JPH05276764A - インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏磁の有無を検出して、偏磁がある場合には
それを抑制して電力ロスを減少する。 【構成】 出力トランスＴはセンタタップ１ａを有する
一次側コイル１と、鉄心２と、二次側コイル３とから構
成されている。センタタップ１ａには直流電源４の正極
が接続されている。一次側コイル１の一端と直流電源４
の負極との間には第１のスイッチング素子ＳＷ１が接続
され、一次側コイル１の他端と直流電源４の負極との間
には第２のスイッチング素子ＳＷ２が接続されている。
制御部５は両スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に交互に
オン、オフ制御信号を出力する。制御部５はホール素子
８の検出信号に基づいて出力トランスＴの偏磁の有無を
判断し、偏磁が有ると判断したとき、偏磁を解消するよ
うに各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のスイッチング
時間の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインバータに係り、詳し
くはプッシュプル型インバータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プッシュプル型インバータは図４
に示すように、センタタップ２１ａを有する一次側コイ
ル２１、鉄心２２及び二次側コイル２３からなる出力ト
ランスＴを備えている。センタタップ２１ａには直流電
源２４の正極が接続されている。前記一次側コイル２１
の一端と直流電源２４の負極との間に第１のスイッチン
グ素子ＳＷ１が接続され、一次側コイル２１の他端と直
流電源２４の負極との間に第２のスイッチング素子ＳＷ
２が接続されている。スイッチング素子にはトランジス
タ、サイリスタ等の半導体スイッチが使用されている。
そして、図示しない制御部からの信号により両スイッチ
ング素子ＳＷ１，ＳＷ２が交互にオン、オフ動作を繰り
返すことにより、出力トランスＴの二次側コイル２３に
交流電圧が発生する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
インバータではスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の特性
の差異によって生じる出力トランスＴの偏磁の抑制に対
する配慮がなされていない。すなわち、スイッチング素
子ＳＷ1 ，ＳＷ２の特性の差異等によってオン時間に若
干のずれがあると、出力トランスＴの鉄心２２が偏磁
し、それを解消することができない。鉄心２２が偏磁す
ると、二次側コイルに所定の電力を伝達するのに必要な
一次側コイルの励磁電流が増加し、電力ロスが増加する
だけでなく、場合によっては過大電流によりスイッチン
グ素子の損傷を招くという問題がある。そして、電力ロ
スが増加するとその分、発熱量が増加し、インバータの
冷却手段が大型化するという問題がある。

【０００４】特開昭６３−１９４５７８号公報には、２
個のトランジスタ（スイッチング素子）のオン、オフ制
御により、出力トランスを介して負荷側に電力を供給す
る発振回路において、出力トランスの偏磁を防止する方
法として、コンデンサを利用する方法が開示されてい
る。すなわち、両トランジスタへのベース電流の供給を
コンデンサの充電時定数で定まる周期で行わせ、その時
定数を同じに設定することにより両トランジスタのオン
時間に差が生じないようにしている。ところが、この場
合にはコンデンサの劣化等で両コンデンサの充電時定数
に変化が生じた場合には、出力トランスに偏磁が発生す
るという問題がある。

【０００５】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は偏磁の有無を検出して、偏磁が
ある場合にはそれを抑制して電力ロスを減少することが
できるインバータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明においては、センタタップ付の一次側コイル、
鉄心及び二次側コイルからなる出力トランスと、前記セ
ンタタップに接続された直流電源と、前記一次側コイル
の一端と前記直流電源との間に接続された第１のスイッ
チング素子と、前記一次側コイルの他端と前記直流電源
との間に接続された第２のスイッチング素子と、前記出
力トランスの磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、
前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素
子に交互にオン、オフ制御信号を出力するとともに、前
記磁束密度検出手段の検出信号に基づいて出力トランス
の偏磁の有無を判断し、偏磁が有ると判断したとき偏磁
を解消するように各スイッチング素子のスイッチング時
間の制御を行う制御部とを備えた。

【０００７】

【作用】制御部からの信号により両スイッチング素子が
交互にオン、オフ動作を繰り返すことにより、出力トラ
ンスの二次側コイルに交流電圧が発生する。制御部は磁
束密度検出手段の検出信号に基づいて出力トランスの偏
磁の有無を判断する。制御部は偏磁が有ると判断したと
き、偏磁を解消するようにスイッチング素子のスイッチ
ング時間の制御を行う。

【０００８】

【実施例】（実施例１）以下、本発明を具体化した第１
実施例を図１及び図２に従って説明する。図１に示すよ
うに、出力トランスＴはセンタタップ１ａを有する一次
側コイル１と、鉄心２と、二次側コイル３とから構成さ
れている。センタタップ１ａには直流電源４の正極が接
続されている。前記一次側コイル１の一端と直流電源４
の負極との間には第１のスイッチング素子ＳＷ１が接続
され、一次側コイル２１の他端と直流電源４の負極との
間には第２のスイッチング素子ＳＷ２が接続されてい
る。そして、第１のスイッチング素子ＳＷ１がオンのと
きに鉄心２の磁束密度が正方向に増大し、第２のスイッ
チング素子ＳＷ２がオンのときに鉄心２の磁束密度が負
方向に増大するようになっている。又、スイッチング素
子ＳＷ１，ＳＷ２にはＭＯＳＦＥＴが使用されている。

【０００９】前記各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ１は
制御部５から出力されるオン、オフ制御信号によりオ
ン、オフ動作するようになっている。制御部５は各スイ
ッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２用のＰＷＭ(Pulse Width M
odulation)回路６ａ，６ｂと、ドライブ回路７ａ，７ｂ
とを備え、各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をＰＷＭ
制御するようになっている。

【００１０】出力トランスＴの近傍には磁束密度を検出
する磁束密度検出手段としてのホール素子８が設けられ
ている。ホール素子８は制御部５に接続され、その検出
信号が制御部５に入力されるようになっている。制御部
５はホール素子８の検出信号に基づいて出力トランスＴ
の偏磁の有無を判断し、偏磁が有ると判断したとき偏磁
を解消するため、両スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の
いずれか一方のスイッチング時間を変更するように制御
を行うようになっている。

【００１１】次に前記のように構成されたインバータの
作用について説明する。制御部５からの制御信号により
両スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ2 が交互にオン、オフ
制御される。第１のスイッチング素子ＳＷ１がオン、第
２のスイッチング素子ＳＷ２がオフのときは、電流が図
１の矢印のループで流れ、出力電圧はプラスとなる。
第１のスイッチング素子ＳＷ１がオフ、第２のスイッチ
ング素子ＳＷ２がオンのときは、電流が図１の矢印の
ループで流れ、出力電圧はマイナスとなる。すなわち、
図２に示すように両スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ2 の
オン、オフに対応して、出力トランスＴの二次側コイル
３から方形波交流電圧が出力される。

【００１２】両スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ2 のオン
時間が確実に同じ長さで交互にスイッチング制御されれ
ば、鉄心２のヒステリシスループは原点を中心とした対
称形状となる。しかし、両スイッチング素子ＳＷ１，Ｓ
Ｗ2 の特性の差等の原因で、オン時間に若干のずれが生
じると、鉄心２が偏磁する。鉄心２が偏磁すると一次側
コイル１のインダクタンスＬ１が減少し、二次側コイル
３に所定の電流を流すのに必要な起電力を発生させるた
めに必要な励磁電流が増加する。そして、その増加分が
電力ロスとなり、発熱量が増加する。偏磁の状態が解消
されないと、励磁電流が次第に増大し、スイッチング素
子ＳＷ１，ＳＷ２に過大な電流が流れてスイッチング素
子ＳＷ１，ＳＷ２の破損を招く場合もある。

【００１３】しかし、この実施例では出力トランスＴの
磁束密度が常にホール素子８により検出され、その検出
信号が制御部５に入力される。制御部５は前記検出信号
に基づいて偏磁の有無を判断する。そして、制御部５は
磁束密度の絶対値が所定の値より大きな場合に偏磁が発
生したと判断し、偏磁を解消するようにスイッチング素
子ＳＷ１，ＳＷ２の一方のスイッチング時間を変更す
る。その結果、偏磁が解消し、一次側コイル１に流れる
励磁電流の増大が抑制され、電力ロスが減少するととも
に発熱量も減少する。

【００１４】いずれのスイッチング素子のスイッチング
時間を変更するかは、偏磁の状況により決定される。す
なわち、磁束密度の正方向に偏磁している場合は第１の
スイッチング素子ＳＷ１のオン時間を、負方向に偏磁し
ている場合は第２のスイッチング素子ＳＷ２のオン時間
をそれぞれ短くするように変更される。スイッチング時
間の変更は、パルスの周期は変更せずに、パルス幅を変
更することにより行われる。すなわち、パルスの立ち上
がり時期を変更せずに立ち下がり時期を変更するか、パ
ルスの立ち下がり時期を変更せずに立ち上がり時期を変
更する。又、スイッチング時間の変更後に、偏磁が前の
状態と逆方向に偏った場合は、前回短縮したスイッチン
グ時間を長くするように変更する。例えば、第１のスイ
ッチング素子ＳＷ１のスイッチング時間の変更を、パル
スの立ち上がり時期を変更せずに行う場合は、図２に鎖
線で示すようになる。

【００１５】すなわち、従来装置と異なり出力トランス
Ｔの偏磁の有無を判断し、偏磁が発生した場合にはその
偏磁を解消するようにスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２
のスイッチング時間を制御するため、偏磁が確実に抑制
される。従って、偏磁を考慮して励磁電流の最大値を小
さく抑えずに、インバータの許容限度まで安全に出力を
増大することが可能となる。

【００１６】（実施例２）次に第２実施例を図３に従っ
て説明する。この実施例では磁束密度検出手段の構成が
前記実施例と異なっている。すなわち、出力トランスＴ
として直交トランスが用いられ、鉄心２は一次側コイル
１及び二次側コイル３が巻かれた部分２ａに対して直交
する部分２ｂを有している。部分２ｂには検出コイル９
が巻かれ、検出コイル９はその誘起電圧から磁束密度を
検出する磁束密度検出回路１０に接続されている。磁束
密度検出回路１０は前記制御部５に接続されている。部
分２ｂ、検出コイル９及び磁束密度検出回路１０により
磁束密度検出手段が構成されている。直交トランスを使
用すると出力トランスＴの飽和度を一次側コイル１及び
二次側コイル３のインダクタンスＬ1 ，Ｌ2 と無関係に
検出コイル９で検出することができる。すなわち、偏磁
により出力トランスＴの飽和度が大きくなると、検出コ
イル９のインダクタンスＬ3 が減少して誘起電圧も減少
するため、誘起電圧を測定することにより偏磁の有無及
び程度を確認できる。

【００１７】制御部５は磁束密度検出回路１０からの検
出信号に基づいて偏磁が有ると判断したとき、前記実施
例と同様に偏磁を解消するように両スイッチング素子Ｓ
Ｗ１，ＳＷ２のいずれか一方のスイッチング時間を変更
するように制御を行う。従って、前記実施例と同様に一
次側コイル１に流れる励磁電流の増大が抑制され、電力
ロスが減少するとともに発熱量も減少する。

【００１８】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、偏磁を解消するためにスイッチン
グ素子ＳＷ１，ＳＷ２のいずれか一方のみのスイッチン
グ時間を変更する代わりに、両者のスイッチング時間を
同時に変更するようにしてもよい。又、スイッチング素
子ＳＷ１，ＳＷ２としてＭＯＳＦＥＴに代えて接合型Ｆ
ＥＴ、バイポーラトランジスタ、静電誘導型トランジス
タやサイリスタ等他の半導体スイッチを使用してもよ
い。又、出力側に負荷を直接接続して交流で負荷を駆動
する場合に限らず、出力側に整流回路を接続したＤＣ−
ＤＣコンバータに適用してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、偏
磁の有無を検出して、偏磁がある場合にはそれを解消す
るようにスイッチング素子のスイッチング時間が制御さ
れるため、偏磁が継続あるいは偏磁の度合いが大きくな
ることによる励磁電流の増大に伴う電力ロスの増加を確
実に防止でき、電力ロスによる発熱量が減少し冷却装置
の小型化が可能となる。又、偏磁を考慮して励磁電流の
最大値を小さく抑えずに、インバータの許容限度まで安
全に出力を増大することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例の回路図であ
る。

【図２】スイッチング素子のオン、オフ時期と、出力電
圧の変化を示すタイムチャートである。

【図３】第２実施例の回路図である。

【図４】従来例のインバータを示す回路図である。

【符号の説明】

１…一次側コイル、１ａ…センタタップ、２…鉄心、３
…二次側コイル、４…直流電源、５…制御部、８…磁束
密度検出手段としてのホール素子、９…磁束密度検出手
段を構成する検出コイル、ＳＷ１…第１のスイッチング
素子、ＳＷ２…第２のスイッチング素子、Ｔ…出力トラ
ンス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センタタップ付の一次側コイル、鉄心及
   び二次側コイルからなる出力トランスと、 前記センタタップに接続された直流電源と、 前記一次側コイルの一端と前記直流電源との間に接続さ
   れた第１のスイッチング素子と、 前記一次側コイルの他端と前記直流電源との間に接続さ
   れた第２のスイッチング素子と、 前記出力トランスの磁束密度を検出する磁束密度検出手
   段と、 前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素
   子に交互にオン、オフ制御信号を出力するとともに、前
   記磁束密度検出手段の検出信号に基づいて出力トランス
   の偏磁の有無を判断し、偏磁が有ると判断したとき偏磁
   を解消するように各スイッチング素子のスイッチング時
   間の制御を行う制御部とを備えたインバータ。