JPH03277174A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、交流電源を整流平滑して得た直流電力をスイ
ッチング素子により高周波の電力に変換して負荷に供給
するインバータ装置に関するものである。

［従来の技術］ 第８図は従来例の回路図である。この従来例にあっては
、入力交流電源ＡＣをダイオードブリッジＤＢにより整
流した全波整流電圧を１対のスイッチング素子Ｔｒ＋、
Ｔｒ２と、インダクタＬ、、コンデンサＣＩによりＬＣ
共振させ、負荷２に対して高周波電力を供給する直列イ
ンバータを構成している。この回路では、インバータの
入力電源が脈流電圧であるため、負荷２が蛍光灯の場合
、管電圧、管電流は第１０図に示すようになり、高周波
点灯であるにも拘わらず、ちらつきを感じたり、光出力
が十分に出せないという問題が生じる。

また、第９図は他の従来例の回路図であり、この従来例
にあっては、入力交流電源ＡＣをダイオードブリッジＤ
Ｂにより整流した全波整流電圧をコンデンサＣ３により
平滑した全波整流平滑電圧をインバータの入力電源とし
たもので、この場合には、前述のようなちらつきや、光
出力が弱くなるという問題は生じない、しかしながら、
第１１図に示すように、入力電流は休止区間を含んだ波
形となり、電源波形を歪ませたり、他の機器に悪影響を
与えるという問題が生じる。

［発明が解決しようとする課題〕 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、平滑された直流電圧を高周波
電圧に変換することにより十分な電力を負荷に与えなが
ら、交流電源からの入力電流も休止区間を生じないよう
にして、入力電流の歪みを少なくしたインバータ装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の基本構成を示す回路図である。

この回路にあっては、入力交流電源ＡＣをダイオードブ
リッジＤＢにより整流し、ダイオードブリッジＤＢの出
力側端子間にダイオードＤ、を介して平滑用のコンデン
サＣ１を接続して、平滑電源を作っている。そして、コ
ンデンサＣ３の両端間に１対のスイッチング素子Ｔｒ、
、Ｔｒ２の直列回路を接続している。各スイッチング素
子Ｔｒｙ、Ｔｒ２には、それぞれダイオードＤ、、Ｄ２
が逆並列に接続されている。そして、スイッチング素子
Ｔｒ、の両端間にＬＣ共振用のインダクタし２、コンデ
ンサＣ１を直列に接続し、更にコンデンサＣ１に並列に
直流カット用のコンデンサＣ２を介して負荷２を接続し
ている。また、スイッチング素子Ｔ　ｒ　１　、　Ｔ　
ｒ　２の接続点より、他のスイッチング素子Ｔｒｓがダ
イオードブリッジＤＢの出力側端子の低圧側に接続され
ており、駆動回路１により各スイッチング素子Ｔｒｌ〜
Ｔｒ＝に駆動信号を与えている。

［作用］ 次に、上記回路の動作について説明する。第６図は各ス
イッチング素子Ｔｒ、〜Ｔｒ＝の駆動信号を示している
。最初に、スイッチング素子Ｔｒ、、Ｔｒｚに同時に駆
動信号が与えられ、スイッチング素子Ｔ　ｒ　２　、　
Ｔ　ｒ　３がオンすると、平滑用のコンデンサＣ５から
、共振用のコンデンサＣ５、インダクタしスイッチング
素子Ｔｒ２、コンデンサＣ１を通る経路と、交流電源Ａ
ＣからダイオードブリッジＤＢ、コンデンサＣ１、イン
ダクタＬ１、スイッチング素子Ｔｒ３、ダイオードブリ
ッジＤＢ、交流電源ＡＣを通る経路を介して電流が流れ
るが、交流電源ＡＣの瞬時電圧が低い区間では、後者の
経路の電流は流れない、ところが、スイッチング素子Ｔ
ｒ２の駆動信号はスイッチング素子Ｔｒ３の駆動信号よ
りも短く設定しており、やがてスイッチング素子Ｔｒ２
がオフ、スイッチング素子Ｔｒ３がオン状態となる。

このため、たとえ交流電源ＡＣの電圧が低い区間でも、
インダクタし、にそれまで蓄えられたエネルギーにより
、交流電源ＡＣ、ダイオードブリッジＤＢ、コンデンサ
Ｃ３、インダクタしｌ、スイッチング素子Ｔｒｚ、ダイ
オードブリッジＤＢ、交流電源ＡＣを通る経路に負荷側
の共振電流が流れる。

やがて、スイッチング素子Ｔｒ３も駆動信号がなくなり
、オフ状態になると、スイッチング素子Ｔｒに駆動信号
が与えられ、オン状態となる。このとき、最初はインダ
クタし８、ダイオードＤ１、コンデンサＣ２、インダク
タＬ１を通る経路で電流が流れるが、ＬＣ共振により極
性が反転して、インダクタＬ３、コンデンサＣ１、スイ
ッチング素子Ｔｒ＋、インダクタし、の経路で電流が流
れ出し、共振を続ける。その後、スイッチング素子Ｔｒ
、の駆動信号がなくなり、スイッチング素子Ｔｒ＋がオ
フ状態になると、再びスイッチング素子Ｔ　ｒ　２　、
　Ｔ　ｒ　３に同時に駆動信号が与えられ、スイッチン
グ素子Ｔｒ２゜Ｔｒ、は共にオン状態となる。この場合
も、最初はインダクタＬ１、コンデンサＣ１、コンデン
サＣ３、ダイオードＤ２、インダクタＬ１の経路で電流
が流れるが、やがてＬＣ共振により極性が反転すると、
最初に述べたように、コンデンサＣ３から、コンデンサ
Ｃ１、インダクタＬ５、スイッチング素子Ｔｒ２、コン
デンサＣ２の経路と、交流電源ＡＣ、ダイオードブリッ
ジＤＢ、コンデンサＣ３、インダクタし７、スイッチン
グ素子Ｔｒ３、ダイオードブリッジＤＢ、交流電源ＡＣ
の経路が形成されて、以後、上述の動作を繰り返して、
負荷２に高周波の電力を供給する。この場合、高周波の
毎サイクルごとに入力交流電源ＡＣに共振電流を帰還さ
せており、これをフィルター等で整形することにより、
休止区間の無い電流歪みの改善された入力電流波形とす
ることができる。

なお、第２図〜第４図は上記基本構成の変形例を示して
いる。

まず、第２図に示す回路は、−石式のインバータに応用
した例を示している。第１図に示す基本構成において、
スイッチング素子ＴｒｌとダイオードＤ、の並列回路を
除去し、代わりに共振用のインダクタＬ２を接続してい
る。また、共振用のコンデンサＣ３はインダクタＬ２と
並列的に接続している。この回路においても、スイッチ
ング素子Ｔ　ｒ　２　。

Ｔｒ３に同時に駆動信号を与えているが、スイッチング
素子Ｔｒ２が早くオフ状態になり、その後、交流電源Ａ
Ｃ、ダイオードブリッジＤＢ、インダクタＬ２、スイッ
チング素子Ｔｒ１、ダイオードブリ・ンジＤＢ、交流電
源ＡＣの経路で入力側に高周波の電流を帰還させている
。

第３図に示す回路は、スイッチング素子Ｔｒ＋をハーフ
ブリッジ式インバータ回路における上側のスイ・ソチン
グ素子Ｔｒ＋と並列に挿入した回路例であり、スイッチ
ング素子Ｔ　ｒ　１　、　Ｔ　ｒ　ｙの駆動信号は同時
に与えられるが、スイッチング素子Ｔｒ、が早くオフ状
態になり、その間、交流電源ＡＣ、ダイオードブリッジ
ＤＢ、スイッチング素子Ｔｒ＝、インダクタし３、コン
デンサＣ３、ダイオードブリッジＤＢ、交流電源ＡＣの
経路で共振電流を入力側に帰還させている。

さらに、第４図に示す回路は、スイッチング素子Ｔｒ３
を使って平滑用コンデンサＣ３の電源を制御するもので
、スイッチング素子Ｔ　ｒ　ｌとＴｒ３が同時に駆動信
号を与えられ、オン状態になると、コンデンサＣ３、ス
イッチング素子Ｔ　ｒ　３．　Ｔ　ｒ　、　、インダク
タＬ１、コンデンサＣ１、コンデンサＣ３の経路で電流
が流れるが、やがてスイッチング素子Ｔｒ＋の方が早く
オフ状態となる６すると、交流電源ＡＣ、ダイオードブ
リッジＤＢ、スイッチング素子Ｔｒ＋、インダクタＬ、
、コンデンサＣ２、ダイオードブリッジＤＢ、交流電源
ＡＣの経路により入力側に電流を帰還させることができ
る。

［実施例］ 第５図は本発明の具体的な実施例を示す回路図である。

以下、その回路構成について説明する。

入力交流電源ＡＣは、コンデンサＣＩＯとトランスＬ３
よりなるノイズフィルタを介してダイオードブリッジＤ
Ｂの交流入力端に接続されている。ダイオードブリッジ
ＤＢの直流出力端には、ダイオードＤ、を介して平滑用
のコンデンサＣ３が接続されている。このコンデンサＣ
３の両端には、インバータ回路の主スイツチング素子た
るトランジスタＴ　ｒ　２　、　Ｔ　ｒ　３の直列回路
が並列接続され、各トランジスタＴ　ｒ　２　、　Ｔ　
ｒ　３にはそれぞれダイオードＤ１゜Ｄ２が逆並列接続
されている。トランジスタＴｒの両端には、限流及び共
振用のインダクタＬ１と、直流成分をカットするための
結合コンデンサＣ２と、負荷を流を帰還するための電流
トランスＬ２とを介して、放電灯３が接続されている。

放電灯３は蛍光灯のような熱陰極型の放電灯であり、そ
のフィラメントの非電源側端子間には、共振及び予熱電
流通電用のコンデンサＣＩが並列接続されている。コン
デンサＣ１とインダクタＬ１及び放電灯３でＬＣ共振回
路が構成されており、負荷電流は振動電流となる。この
振動を流は電流トランスＬ２の１次巻線を介して流れる
。したがって、電流トランスＬ２の２次巻線には、負荷
回路に流れる振動電流に応じて極性の変化する電圧が誘
起され、この誘起電圧をトランジスタＴｒ、のベース・
エミッタ間に印加して、トランジスタＴｒ、をスイッチ
ングさせる。トランジスタＴｒ２のベースには、駆動回
路１の出力信号が供給されている。駆動回路１において
は、トランジスタＴｒ２の両端電圧を抵抗Ｒ３、Ｒ−に
より検出して、トランジスタＴｒ２の両端電圧が立ち下
がってから所定時間トランジスタＴｒ２をオンさせるも
のである。

このインバータ回路は、コンデンサＣ５の直流電圧が立
ち上がったときに、自励発振動作を開始するための起動
回路を備えている。この起動回路は電源投入によりコン
デンサＣ５が抵抗Ｒ２を介して充電され、その充！電圧
が２端子サイリスタＱのブレークオーバー電圧に達する
と２端子サイリスタＱ１がオンし、トランジスタＴｒ２
のベースに２端子サイリスタＱ、を介してベース電流を
流してトランジスタＴｒ２を最初にオン動作させ、発振
動作を開始させるものである。

次に、駆動回路１の回路構成について説明する。

ダイオードブリッジＤＢの直流出力端には、降圧用の抵
抗Ｒ２を介してコンデンサＣ４が接続されており、コン
デンサＣ４には電圧規制用のツェナダイオードＺＤ、が
並列接続されている。このコンデンサＣ４に得られる直
流電圧を動作電源として、汎用の集積回路（例えば日本
電気製μＰＤ４５３８）よりなる単安定マルチバイブレ
ータＩＣ，、ＩＣ２が駆動される。単安定マルチバイブ
レータＩＣ，、ＩＣ２は、立ち下がりトリガー入力端子
Ｂが“Ｈｉｇｈ”レベルから“Ｌｏｗ”レベルに変化し
た後、一定時間は出力端子Ｑが“Ｈ’ｒｇｈ”レベル、
出力端子口が“Ｌｏｗ”レベルとなる。本実施例にあっ
ては、トランジスタＴｒ２の両端電圧を抵抗Ｒ，，Ｒ，
の直列回路で分圧することにより検出し、単安定マルチ
バイブレータＩＣ，のトリガー信号としている。

単安定マルチバイブレータＩＣ，の出力端子Ｑが“Ｈｉ
ｇｈ“レベルになる時間（出力端子ｑが“Ｌｏｗ’“レ
ベルになる時間）は、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ８の時定
数で決定される。出力端子Ｑは駆動用のトランジスタＴ
ｒイのベースに接続され、出力端子ｑは駆動用のトラン
ジスタＴｒ５のベースに接続されている。トランジスタ
Ｔｒ、のコレクタは抵抗Ｒ６を介してコンデンサＣ１の
正極に、トランジスタＴｒｓのエミッタはコンデンサＣ
１の負極に、それぞれ接続され、トランジスタＴｒ、の
エミッタとトランジスタＴｒｓのコレクタは、トランジ
スタＴｒｙのベースに接続されている。したがって、単
安定マルチバイブレータＩＣ，は、トランジスタＴｒ２
のオン期間を決めるためのタイマー回路として動作する
。単安定マルチバイブレータ■ｃ２についても同様であ
り、トランジスタＴｒ３のオン期間を決めるためのタイ
マー回路として動作する。ただし、そのオン期間は抵抗
Ｒ１とコンデンサＣ１の時定数で決定される。このトラ
ンジスタＴｒ、は、トランジスタＴｒ２とダイオードＤ
、の直列回路に並列接続されている。トランジスタＴｒ
、のオン期間ｔ２は、第６図に示すように、トランジス
タＴｒ２のオン期間ｔ１よりも長く設定される。

以下、本実施例の動作について説明する。まず、トラン
ジスタＴｒｚが接続されていないものとして、上記回路
の動作について説明する。電源を投入すると、起動回路
によりトランジスタＴｒ、がオンとなり、その両端電圧
が“Ｌｏｗ”レベルになる。これにより、単安定マルチ
バイブレータＩＣ，がトリガーされて、その出力が“Ｈ
’＋ｇｈ”レベルとなり、トランジスタＴｒ２のオン状
態が維持される。トランジスタＴｒ、がオンすると、ダ
イオードＤ４が導通して、コンデンサＣ３は充電されな
くなるので、起動回路は停止する。このとき、電流トラ
ンスＬ２の２次巻線は、トランジスタＴｒ２のベース・
エミッタ間に逆バイアスの電圧を印加するような極性に
巻かれ、トランジスタＴｒ２はオフ状態を維持する０次
に、所定時間の経過後に、単安定マルチバイブレータＩ
Ｃ，の出力は″Ｌｏｗ″レベルとなり、トランジスタＴ
ｒ２はオフ状態になる。トランジスタＴｒ２がオフする
と、トランジスタＴｒ２のコレクタ電流が減少すること
によりインダクタし、の残留インダクタンスは逆の誘起
電圧を発生し、インダクタし、に流れる振動電流は同一
方向に流れようとするので、ダイオードＤ１が導通する
。また、電流トランスＬ２の２次巻線が逆の誘起電圧を
発生することにより、トランジスタＴｒ＋が順バイアス
されて、トランジスタＴｒｌはオン状態となる。

ダイオードＤ１の電流がゼロになると、コンデンサＣ２
の蓄積電荷を電源としてトランジスタＴｒに電流が流れ
る。このとき、インダクタＬ１のコアは飽和磁束に向か
って直線的に磁化される。やがて、コアが飽和磁束に達
すると、インダクタンスは急激にゼロの方向に向がい、
その結果、トランジスタＴｒ、のコレクタ電流の時間変
化分は無限大となる。トランジスタＴｒｌのコレクタ電
流がベース電流のｈｆｅ倍に達すると、トランジスタＴ
ｒは不飽和状態となり、電流トランスＬ２がら帰還され
るベース電流が減少してトランジスタＴｒ１はオフする
。トランジスタＴｒ１がオフした後も、インダクタし、
に流れる振動電流は同一方向に流れようとするので、ダ
イオードＤ２が導通し、負荷回路、コンデンサＣ２、コ
ンデンサＣ１の経路で電流が流れる。ダイオードＤ２が
導通すると、トランジスタＴｒ２の両端電圧はゼロにな
るので、単安定マルチバイブレータＩＣ，がトリガーさ
れて、単安定マルチバイブレータＩＣ，の出力がＨｉｇ
ｈ”レベルになり、トランジスタＴ　ｒ　２は順バイア
スされる。ダイオードＤ２に流れる振動電流がゼロにな
った後は、コンデンサＣ１より、インダクタしコンデン
サＣ２、負荷回路、トランジスタＴｒ２の経路で電流が
流れる。以下、上述の動作を繰り返すことにより、イン
バータの発振動作が継続される。

次に、トランジスタＴｒ）が接続されている場合の動作
について説明する。この場合の動作は、前述の第１図に
示す基本構成の場合と同じであり、平滑用のコンデンサ
Ｃ５に共振電流を帰還させるトランジスタＴｒ２と、入
力交流電源ＡＣ側に共振電流を帰還させるトランジスタ
Ｔｒ＋の駆動信号の幅に差があり、ｔｌ＜ｔ２であるた
め、トランジスタＴｒ２がオフ状態で、トランジスタＴ
ｒ、がオン状態のとき、入力交流電源ＡＣに高周波の共
振電流が帰還され、それをコンデンサＣＩＯとインダク
タし。

で波形整形することにより、正弦波の歪みの改善された
波形を得ることができる。

第６図は本実施例の高周波的な動作を示しており、トラ
ンジスタＴ　ｒ　１　、　Ｔ　ｒ　２　、　Ｔ　ｒ　３
の駆動信号と、トランジスタＴｒ２．Ｔｒ）のコレクタ
電流の波形を示している。このうち、トランジスタＴｒ
＋のコレクタ電流が交流電源ＡＣ側に帰還されることに
なる。

第７図は本実施例の低周波的な動作を示している。同図
（ａ）はダイオードブリッジＤＢの直流出力端に得られ
る全波整流電圧、同図（ｂ）は放電灯３に印加される管
電圧、同図（ｅ）は放電灯３に流れる管電流、同図（ｄ
）は交流電源ＡＣからの入力電流の波形をそれぞれ示し
ている。

なお、トランジスタＴｒｌとＴｒｓは同時にオンさせて
いるため、そのオン期間にはｔ＋＜ｔｚという関係があ
るが、トランジスタＴｒ３は少なくともトランジスタＴ
ｒ、がオフするまでにオンしていれば良いので、し、≧
１２となる場合も考えられる。すなわち、本発明にあっ
ては、第１のスイッチング素子がオフになり、平滑電源
からの電力供給経路が遮断された際に、第２のスイッチ
ング素子がオンしており、入力交流電源からの電力供給
経路ができて、入力側から電流が流れるように構成され
ていれば良い。

上記実施例ではスイッチング素子としてバイポーラトラ
ンジスタを使用しているが、パワーＭＯＳＦＥＴやその
他の半導体スイッチ素子を使用しても良いことは言うま
でもない。

［発明の効果］ 本発明にあっては、共振回路を含むインバータ回路に、
交流電源を整流平滑した平滑電源がら電源供給を行う第
１のスイッチング素子と、交流電源を整流した整流を源
から電源供給を行う第２のスイッチング素子とを備え、
第２のスイッチング素子は少なくとも第１のスイッチン
グ素子がオフしている期間にオンさせるようにしながら
、インバータ回路の共振電流の一部を入力交流電源側に
帰還させることができ、これによって入力電流歪みを低
減させることができるという効果があり、しかも、イン
バータ回路の出力にはリップルの少ない十分な出力を得
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す回路図、第２図乃至第
４図は本発明のそれぞれ別の変形例を示す回路図、第５
図は本発明の一実施例の回路図、第６図及び第７図は同
上の動作波形図、第８図は従来例の回路図、第９図は他
の従来例の回路図、第１０図及び第１１図は同上の動作
波形図である。 Ｔ　ｒ　＋　、　Ｔ　ｒ　２．　Ｔ　ｒ　３はスイッチ
ング素子、Ｌｌはチョーク、Ｃ＋　、　Ｃ２、Ｃ３はコ
ンデンサ、Ｄ、はダイオード、ＤＢはダイオードブリッ
ジ、ＡＣは交流電源、１は駆動回路、２は負荷である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源を整流する整流回路と、整流回路の出力
   により充電される平滑用コンデンサと、共振回路を含む
   インバータ回路と、平滑用コンデンサからインバータ回
   路に電力を供給する第１のスイッチング素子と、整流回
   路からインバータ回路に電力を供給する第２のスイッチ
   ング素子と、少なくとも第１のスイッチング素子がオフ
   している期間に第２のスイッチング素子をオンさせる駆
   動回路とを備えることを特徴とするインバータ装置。