JPH0417576A - 直流交流変換装置 - 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］ 本発明はトランジスタ等のリニア素子をスイッチング素
子として使用する直流交流変換装置に関し、さらに詳し
くは第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
が転流時開時に導通状態となることを防止するためのデ
ッドタイムを有するスイッチング素子制御用信号の発生
回路に関する。

［従来の技術］ 直流電力を方形波形を有する交流に変換する直流交流変
換装置においては、直流入力電源の電圧と希望する交流
出力電圧により種々の方式が適用される。

このなかで直流電源の電圧が比較的低く、直流電圧より
高い交流電圧を得る場合は、直列接続された２つの１次
コイルを有するトランスを使用する方式が回路の構成が
簡易であり効率も高いため比較的広く使用されている。

この方式は第４図に示すようにトランスの１次コイル（
１ａ、１ｂ）の直列直列接続点とそれに接続された直流
電源（２）に対称にスイッチング素子（３，４）を配し
、制御回路（５）により２つのスイッチング素子（３，
４）を交互にオンオフすることによってトランスの２次
側コイル（１ｃ）に方形波状の交流電圧を得るものであ
る。

この方式にあってスイッチング素子としてサイリスクな
いしはゲートターンオフサイリスク（以下ＧＴＯと記す
）等のノンリニアスイッチング素子が使用される場合が
ある。しかしながらサイリスクは自己消弧性を持たない
ため、そのサイリスクをオフとするためには、サイリス
クと並列に主回路中に転流コンデンサなどの強制転流回
路を付加する必要のあることは公知であるが、回路が複
雑となるという問題がある。またＧＴＯを使用した場合
は主回路中に転流回路を挿入する必要はないが、オフす
るためには制御端子であるゲートに逆バイアスを印加す
る必要があり、制御回路が複雑となることは避けること
ができない。

それに対し、トランジスタ等のリニア素子をスイッチン
グ素子として使用する場合には、制御端子であるベース
への印加電圧を除去すれば、主回路をオフとすることが
でき、回路構成を簡略化することが可能である。

しかしながら、スイッチング素子としてノンリニア素子
を使用した場合だけでなくリニア素子を使用した場合で
あっても制御信号に対して実際のスイッチング動作は遅
れを有するため、第１の回路を制御するスイッチング素
子をオフとしだ後直ちに第２の回路を制御するスイッチ
ング素子をオン状態とする、また逆に第２のスイッチン
グ素子をオフとした後直ちに第１のスイッチング素子を
オンとすると、２つのスイッチング素子が同時にオン状
態となる場合があり、スイッチング素子を損傷するおそ
れがある。

このため第１または第２のスイッチング素子のためのオ
フ制御信号と第２または第１のスイッチング素子のため
のオン制御信号との間に時間差（デッドタイム）を設け
る必要がある。

第５図にデッドタイムを発生する回路の１例を、また第
６図にこの回路の動作波形を示す。この方式は比較回路
で、方形波状のスイッチング素子用制御信号と、その信
号と同期する第２の発振器から出力された三角波とを比
較し、比較器の出力をリミッタにより正の電圧に制限す
ることにより、２つのスイッチング素子制御信号の間に
デッドタイムを設けている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながらデッドタイムを発生するために新たに三角
波発振器、比較器およびリミッタが必要となり、回路構
成が複雑となるばかりでなく、コスト的にも問題が生じ
る。

従って本発明は、上記問題点に鑑みリニア素子をスイッ
チング素子とする直流交流変換装置用の簡易かつ安価な
デッドタイム発生回路を提供することを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明の基本構成は第１図に示すように、直列接続され
た２つの１次コイルを有するトランスを使用し、バイポ
ーラトランジスタないしは電界効果型トランジスタ等の
リニア素子をスイッチング素子３．４とする方形波形の
交流を出力とする直流交流変換装置の制御回路の中に、
スイッチング素子制御用信号として使用する方形波発振
器５ａの出力を入力とし、このパルス信号の前縁および
後縁に傾斜を与えるコンデンサ５ｂと、コンデンサ５ｂ
の出力を入力とし、前縁と後縁に傾斜を与えられた台形
状の信号がしきい値を越える範囲において２つのスイッ
チング素子３．４に交互に制御信号を印加するための各
スイッチング素子３．４に対応したしきい値素子５Ｃ１
５ｄとで構成される。

［作用］ 上記のように構成されたスイッチング素子制御回路５に
おいては、方形波発振器５ａから出力される方形波がコ
ンデンサ５ｂによって前縁および後縁に傾斜が与えられ
、台形状の波形に変換される。この台形状の波形を規定
のしきい値を有するしきい値素子５ｃ、５ｄを通過させ
ることにより、スイッチング素子制御用信号中にしきい
値以下の部分に比例したデッドタイムを設ける。

［実施例コ 第２図は本発明を具体的に実現した実施例を示す図、ま
た第３図はこの回路の主な点の電圧波形を示す図である
。なお第１図の基本構成と同一の要素については同一の
参照番号を付している。

本実施例においてはスイッチング素子３．４として電界
効果型トランジスタを使用しているが、電界効果型トラ
ンジスタはゲート制御回路の構成が簡単であり、電力消
費が少なくて良いこと、小数キャリアによる蓄積効果が
な（スインチンゲスピードを速くできることなど、バイ
ポーラ型トランジスタをスイッチング素子として使用し
た場合に比較して多くの利点を有する。

本実施例において方形波発振器５ａは４つのＮＡＮＤゲ
ート５ａｌから５ａ４で構成され、コンデンサ５ａ５は
レベルシフトの目的で設置されている。

またしきい値素子５ｃ、５ｄとしてはフォトカプラを使
用する。トランジスタ６．７はフォトカプラ５ｃ、５ｄ
の出力波形を整形し、スイッチング素子３．４のゲート
制御を確実にする目的で設置されている。さらにスイッ
チング素子３．４と並列に設置されているダイオード８
．９はトランス１で発生する逆起電力を吸収する目的を
有する。

この回路において方形波発振器５ａで発生されたＰ点の
方形波（第３図に波形Ｐとして示す）の前縁および後縁
はコンデンサ５ｂにより傾斜を与えられた（Ｑ点の出力
、第３図に波形Ｑとして示す）後、フォトカプラ５Ｃ１
５ｄに印加される。

このためフォトカプラ５ｃ、５ｄ内の発光素子には台形
状の波形が印加されることとなり、発光素子が発光する
しきい値以下の電圧では発光素子は発光せず、フォトカ
プラ５ｃ、５ｄ内の受光素子はオフの状態を維持する。

しきい値以上の電圧となれば発光素子からの出力により
受光素子がオン状態となる。

この結果フォトカプラ５Ｃ１５ｄの出力（Ｒ点および８
点）には、しきい値に比例したデッドタイムを有する方
形波が得られる（第３図の波形ＲおよびＳ）。

この出力をトランジスタ６．７で波形整形すればスイッ
チング素子３．４のゲート制御用信号がＴ点およびＵ点
に得られる（第３図の波形ＴおよびＵ）。

なお実施例においてはスイッチング素子３．４が、第１
図に示す基本構成と異なり、トランス１の２つの１次コ
イルの直列接続点と２つの１次コイル１ａ、１ｂの間に
挿入されているが、この変更は本発明の実施にあたって
なんら影響も与えるものでないことは明らかである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によればコンデンサとフォトカプラ
で構成される簡単な回路により、スイッチング素子の制
御用信号に、２つのスイッチング素子が同時にオン状態
となることを防止するためのデッドタイムを設けること
が可能となる。

さらにこのコンデンサを可変コンデンサとすることによ
り、方形波発振器の出力の前縁および後縁の傾斜、およ
びデッドタイムを変化させ、スイッチング素子のオン時
間を制御することによりトランスの２次コイルに発生す
る電力を制御することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す図、 第２図は本発明にかかる１つの実施例を示す回路図、 第３図は第２図に示す回路の各部の電圧波形を示す図、 第４図は従来の直流交流変換装置の原理を示す図、 第５図は従来の直流交流変換装置でデ・ンドタイムを得
るための１つの方法を示す図、 第６図は第５図に示す回路の各部の電圧波形を示す図で
ある。 図において ・トランス ・直流電源 ・・・スイッチング素子 ・制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、それぞれの一端が直列に接続された第１の１次コイ
   ル（１ａ）および第２の１次コイル（１ｂ）ならびに２
   次コイル（１ｃ）を有するトランス（１）と、 該１次コイル（１ａ、１ｂ）の直列接続点に第１の電圧
   端子が接続された直流電源（２）と、該直流電源（２）
   の第２の電圧端子と前記第１の１次コイルの他端とを接
   続する第１のスイッチング素子（３）と、 該直流電源（２）の第２の電圧端子と前記第２の１次コ
   イルの他端とを接続する第２のスイッチング素子（４）
   と、 該第１のスイッチング素子（３）と該第２のスイッチン
   グ素子（４）を交互にオンオフする方形波状のスイッチ
   ング素子制御用信号を発生する方形波発振器（５ａ）を
   含む制御回路（５）とからなり前記トランス（１）の２
   次コイル（１ｃ）に方形波形の交流を発生する直流交流
   変換装置において、 前記制御回路（５）に、 前記方形波発振器（５ａ）の出力を入力とし、前縁およ
   び後縁に傾斜を与えた方形波状のスイッチング素子制御
   用信号を生成するコンデンサ（５ｂ）と、 該コンデンサ（５ｂ）の出力を入力とし、前記スイッチ
   ング素子制御用信号がしきい値を超える範囲において前
   記第１および第２のスイッチング素子（３、４）に交互
   に制御信号を印加するために前記第１のスイッチング素
   子（３）および第２のスイッチング素子（４）にそれぞ
   れ対応して第１のしきい値素子（５ｃ）および第２のし
   きい値素子（５ｄ）とを設けることを特徴とする直流交
   流変換装置。 ２、前記前縁および後縁に傾斜を与えた方形波状のスイ
   ッチング素子制御用信号を生成するコンデンサ（５ｂ）
   が可変コンデンサであることを特徴とする請求項１記載
   の直流交流変換装置。 ３、前記第１および第２のしきい値素子がフォトカプラ
   であることを特徴とする請求項１記載の直流交流変換装
   置。