JPH0550234B2 - - Google Patents

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JPH0550234B2
JPH0550234B2 JP56167834A JP16783481A JPH0550234B2 JP H0550234 B2 JPH0550234 B2 JP H0550234B2 JP 56167834 A JP56167834 A JP 56167834A JP 16783481 A JP16783481 A JP 16783481A JP H0550234 B2 JPH0550234 B2 JP H0550234B2
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transistor
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RCA Licensing Corp
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Publication of JPH0550234B2 publication Critical patent/JPH0550234B2/ja
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M3/3384—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement in a push-pull circuit arrangement of the parallel type
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/30—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using a transformer for feedback, e.g. blocking oscillator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプツシユプル・インバータ電源に関
する。
スイツチング電源は、20KHzまたはそれ以上の
比較的高い周波数で動作するときは比較的軽量コ
ンパクト電源となり、また比較的良好な動作効率
を示す。スイツチング電源の１つの型がプツシユ
プル・インバータ電源で、電力変成器の１次巻線
のセンタータツプに直流電圧源が結合され、２つ
のトランジスタスイツチのコレクタ電極が１次巻
線の両端の端子にそれぞれ結合されたものであ
る。この２つのトランジスタスイツチが制御回路
によつて交互に導通され、その電力変成器の供給
巻線の両端間に極性が交番する出力電圧を発生す
る。
このプツシユプル・インバータの１つの型が可
飽和変成器制御回路を持つ自走インバータで、ト
ランジスタスイツチから可飽和変成器へのコレク
タ電流帰還によつて所要のスイツチング動作を行
わせる。この電流帰還を別の可飽和変成器制御回
路に行う自走インバータは、大きな負荷電流を引
出す自走インバータを確実に動作させることので
きる信頼度の高い回路配置である。整流器の濾波
キヤパシタを充電するために比較的大きな負荷電
流を供給する必要がある始動期間中もこの動作が
保証される。
可飽和変成器電流帰還プツシユプル・インバー
タに動作時には、可飽和変成器の駆動巻線が２つ
のトランジスタスイツチのベース電極に結合さ
れ、また２つの制御巻線がそれぞれ各トランジス
タスイツチを流れるコレクタ電流の直列路中に挿
入される。一方のトランジスタスイツチが導通し
ているときは、可飽和変成器の対応する制御巻線
を流れるコレクタ電流がその可飽和変成器の駆動
巻線にそのトランジスタスイツチを順バイアスす
る電圧を発生させる。最終的には、制御巻線を流
れる電流の励磁電流成分が可飽和変成器の磁心中
にこれを磁気的に飽和させるに足るレベルまで磁
束を発生させる。一旦磁心が飽和すると、導通中
のトランジスタスイツチの順方向駆動電圧が消滅
してそのコレクタ電流が低下し始める。
このコレクタ電流の低下によつて最終的に磁心
は不飽和になり、可飽和変成器の駆動巻線に逆極
性の電圧が誘起される。この逆極性の誘起電圧の
大きさが他方のトランジスタスイツチの順方向ベ
ース・エミツタ導通閾値以上になるとその他方の
トランジスタスイツチが導通する。その他方のト
ランジスタスイツチのコレクタ電流が対応する可
飽和変成器の制御巻線を流れて駆動巻線に上記一
方のトランジスタスイツチのコレクタ電流が零に
なつた後この他方のトランジスタスイツチの導通
を維持するのに要する順方向駆動電圧を発生す
る。
第１のトランジスタスイツチのコレクタ電流の
低下により初めて第２のトランジスタスイツチの
順方向駆動用逆極性駆動電圧が発生されるから、
２つのトランジスタスイツチが同時にコレクタ電
流を流す期間が存在する。このような同時導通
は、その間電力変成器の１次巻線が直流電圧源を
介して瞬時短絡するため、プツシユプル・インバ
ータ回路には不都合である。この同時導通期間中
にコレクタ電流のスパイクが発生するため両トラ
ンジスタに比較的大きな電力が消費される。この
電流スパイクはまた不都合な量の無線周波数輻射
を生ずることもある。
この両トランジスタスイツチの同時導通期間
は、スイツチング速度の速いトランジスタを用
い、また可飽和変成器の磁心に比較的矩形の磁気
ヒステリシスを持つ磁化材料を使用することによ
り短縮することができるが、このようなものを用
いても同時導通を完全になくすことは比較的困難
である。
電圧帰還型可飽和変成器プツシユプル・インバ
ータで、可飽和変成器の駆動巻線と２つのトラン
ジスタスイツチのベースとの間にRC積分回路網
を挿入することは公知である。しかしながら、こ
の回路はクロス導通を完全になくすか、これを最
小にするために極めて大きい初期電流を必要とす
る。また電圧帰還型可飽和変成器プツシユプル・
インバータ回路の可飽和変成器の制御巻線に、磁
心の飽和を助けるためにキヤパシタだけを接続す
ることも知られているが、制御巻線の空心インダ
クタンスすなわち飽和インダクタンスが極めて低
いため、そのキヤパシタ電流だけでは顕著なイン
バータの不働時間を形成するには不充分である。
この発明の目的は、スイツチング速度の速いト
ランジスタや比較的高価な矩形ヒステリシスの可
飽和変成器磁心材料を用いずに２つのトランジス
タスイツチに順方向電流が同時に流れないように
する可飽和変成器プツシユプル・インバータ電源
を提供することにある。電力変成器の１次巻線が
直流電圧源に結合され、その１次巻線に第１およ
び第２のトランジスタスイツチがプツシユプル構
成に結合されている。その各トランジスタスイツ
チの制御電極に可飽和変成器の駆動巻線が結合さ
れて、各トランジスタスイツチに交互に順方向駆
動電圧を供給する。可飽和変成器の制御巻線には
その磁心を磁気的に飽和させる大きさに達する制
御電圧が供給され、各トランジスタスイツチから
順方向駆動電圧を除去して電力変成器の供給巻線
の両端間に極性が交番する出力電圧を発生させ
る。可飽和変成器の駆動巻線にはキヤパシタを含
む共振回路が結合され、磁心が飽和するとこのキ
ヤパシタの両端間の電圧によつて共振による発振
が始まる。この共振発振の周波数は充分に低く、
導通中のトランジスタスイツチの順方向コレクタ
電流が停止した後で、他方のトランジスタスイツ
チに順方向コレクタ電流が流れ始める前も磁心の
飽和を維持する励磁電流をキヤパシタから上記駆
動巻線に供給し得るようになつている。
この発明によるプツシユプル・インバータ電源
の主要部の構成を後程説明する推奨実施例につい
て示すと、この発明のプツシユプル・インバータ
電源は、２個の１次巻線２０ａ，２０ｂと供給巻
線２０ｃとを有する電力変成器２０と、磁気的に
密結合された２個の制御巻線３０ａ，３０ｂと駆
動巻線３０ｃとを有する可飽和変成器３０と、エ
ミツタが相互に接続された第１のトランジスタＱ
１と第２のトランジスタＱ２とによつて構成され
たトランジスタスイツチとを具備している。この
トランジスタスイツチの各トランジスタが上記電
力変成器の１次巻線に対してプツシユプル構成を
なして結合されるように、上記各トランジスタの
コレクタは上記可飽和変成器のそれぞれの制御巻
線３０ａ，３０ｂを経て上記電力変成器のそれぞ
れの１次巻線２０ａ，２０ｂの各一端に接続され
ている。
この発明のプツシユプル・インバータ電源は、
さらに、上記可飽和変成器３０の駆動巻線３０ｃ
の両端間に結合されたキヤパシタを含む共振回路
３５，５０と、上記電力変成器の各１次巻線の相
互に接続された他端２２と上記各トランジスタの
相互に接続されたエミツタとの間に結合された直
流電源２３と、上記各トランジスタのベース−エ
ミツタ間にその接合方向と逆方向に接続されたダ
イオードＤ１，Ｄ２とを具備している。
この発明のプツシユプル・インバータ電源で
は、上記駆動巻線３０ｃの一端は上記第１のトラ
ンジスタＱ１のベースに接続されており、上記駆
動巻線の他端は上記第２のトランジスタＱ２のベ
ースに接続されている。また、上記可飽和変成器
３０の各制御巻線３０ａ，３０ｂには、上記直流
電源２３より上記可飽和変成器の磁心を磁気的に
飽和させて上記トランジスタスイツチからその順
方向駆動を除いて上記電力変成器の供給巻線２０
ｃの両端間に極性が交番する出力電圧を発生させ
るような大きさに達する制御電流が供給される。
さらに、上記共振回路は、上記駆動巻線３０ｃに
よる上記トランジスタスイツチに対する順方向駆
動が取除かれた後も上記キヤパシタ３５よりこの
共振回路の共振周波数によつて決まる期間中上記
可飽和変成器の磁心の飽和を維持するために上記
駆動巻線を通じて電流を流通させるように動作す
る。
この発明の１実施例では、可飽和変成器の制御
巻線が２つのトランジスタスイツチのコレクタ電
流の直列電路中に結合され、そのコレクタ電流が
可飽和変成器の磁心中に磁束を発生させ、最終的
にはその磁心を磁気的に飽和させて上記共振電流
を流し始める。
この発明の他の実施例では、その共振回路が駆
動巻線の両端間にキヤパシタとインダクタの直列
回路を有し、可飽和変成器の駆動巻線の電圧が磁
心の飽和により消滅したとき、このインダクタ中
とキヤパシタ中の電流が発振してその駆動巻線を
流れる励磁電流を生ずる。このキヤパシタとイン
ダクタの各値は、遮断されつつあるトランジスタ
スイツチのコレクタ電流の立下り時間中、可飽和
変成器の駆動巻線にその磁心を磁気的飽和状態に
維持するのに充分な大きさの電流が流れるように
選択されている。
次にこの発明を添付図面を参照しつつさらに詳
細に説明する。
第１図のプツシユプル・インバータ電源１０で
は、直流電圧Vinの電源２３、例えば12ボルトの
電池が入力端子２２と接地点すなわち電流帰路端
子２１との間に接続されている。入力端子２２は
電力変成器２０の１次巻線のセンタータツプに結
合されている。電力変成器２０の１次巻線は、
各々の一端がセンタータツプで入力端子２２に結
合された２つの巻線部分２０ａ，２０ｂから成つ
ている。この電力変成器２０の２次巻線すなわち
出力供給巻線２０ｃは全波ブリツジ整流器３６の
入力端子３７，３８に結合されている。このブリ
ツジ整流器３６の出力端子３９と接地された電流
帰路端子４０との間には濾波キヤパシタ４１が接
続されている。供給巻線２０ｃと１次巻線部分２
０ａ，２０ｂは互いに緊密に磁気結合されてい
る。供給巻線２０ｃに生ずる極性が交番する逓昇
された出力電圧はブリツジ整流器３６で全波整流
されて、濾波キヤパシタ４１と並列に接続された
負荷４２の端子３９に例えば＋150Vの直流供給
電圧V0を生成する。
電力変成器の１次巻線部分２０ａのセンタータ
ツプと反対側の端子は可飽和変成器３０の制御巻
線３０ａを介してトランジスタスイツチＱ１のコ
レクタに結合され、１次巻線部分２０ｂのセンタ
ータツプと反対側の端子は可飽和変成器３０の制
御巻線３０ｂを介してトランジスタスイツチＱ２
のコレクタに結合されている。トランジスタスイ
ツチＱ１，Ｑ２のエミツタ電極は接地されてい
る。可飽和変成器３０の駆動巻線３０ｃの一方の
端子はトランジスタスイツチＱ１のベース電極す
なわち制御電極に結合され、駆動巻線３０ｃの他
方の端子はインダクタ５０を介してトランジスタ
スイツチＱ２のベース電極すなわち制御電極に結
合されている。制御巻線３０ａ，３０ｂおよび駆
動巻線３０ｃは互いに緊密に磁気結合されてい
る。可飽和変成器の駆動巻線３０ｃとインダクタ
５０の直列回路と並列にキヤパシタ３５が結合さ
れ、このキヤパシタ３５と巻線３０ｃとの接続点
がトランジスタスイツチＱ１のベースに、キヤパ
シタ３５とインダクタ５０との接続点がトランジ
スタスイツチＱ２のベースに接続されている。ト
ランジスタスイツチＱ１のベースにはダイオード
Ｄ１の陰極が接続され、その陽極は接地されてい
る。同様にトランジスタスイツチＱ２のベースに
はダイオードＤ２の陰極が接続され、その陽極は
接地されている。
トランジスタスイツチＱ１，Ｑ２は電力変成器
２０の１次巻線部分２０ａ，２０ｂにプツシユプ
ル型に接続されている。可飽和変成器３０の駆動
巻線３０ｃは２つのトランジスタスイツチＱ１，
Ｑ２に交互に順方向駆動電圧を供給する。この２
つのトランジスタスイツチＱ１，Ｑ２のコレクタ
からの電流帰還によつて２つの制御巻線３０ａ，
３０ｂに制御電流が供給され、これによつて可飽
和変成器３０の磁心１３０が磁気的に飽和されて
そのトランジスタスイツチから順方向駆動電圧を
交互に除去する。それによつて電力変成器の供給
巻線２０ｃに極性が交番する出力電圧を発生させ
るスイツチング動作を開始する。このトランジス
タスイツチＱ１，Ｑ２のコレクタからの電流帰還
のため、プツシユプル・インバータ１０は自走モ
ードの動作が可能になり、別の発振器やこれに付
随する制御回路を設ける必要はない。
次に第２図Ａ〜Ｉおよび第３図Ａ〜Ｆの波形お
よび曲線を用いて自走プツシユプル・インバータ
電源１０の動作を説明する。トランジスタスイツ
チＱ１は第２図Ａ〜Ｉの時点t0から飽和状態にな
つていると仮定する。トランジスタスイツチＱ１
が導通すると、入力電圧Vinが電力変成器２０の
１次巻線部分２０ａと可飽和変成器の制御巻線３
０ａの直列回路の両端間に供給され、その入力電
圧Vinのほとんど全部が電力変成器の１次巻線部
分２０ａに印加される。電力変成器の供給巻線部
分２０ｃの両端間に発生する電圧は、変成器動作
により入力電圧Vinをその電力変成器２０の１次
巻線対２次巻線比で乗じた値に実質的に等しい。
供給巻線２０ｃからブリツジ整流器３６を介し
て濾波キヤパシタ４１および負荷４２に２次巻線
電流ｉ２０ｃが流れる。この電流ｉ２０ｃを第２
図Ａに示す。供給巻線２０ｃを流れる電流ｉ２０
ｃの波形は、濾波キヤパシタ４１、負荷４２、お
よび供給巻線２０ｃに付帯する電源インピーダン
スによつて表わされる合成インピーダンスの関数
となる。１次巻線部分２０ａと供給巻線２０ｃが
互いに緊密に磁気結合しているため、トランジス
タスイツチＱ１のコレクタ電流icQ１は一般に供
給巻線電流ｉ２０ｃと同じ波形を持ち、電力変成
器２０の巻線数比だけ振幅が高くなつている。
入力電圧Vinが１次巻線部分２０ａに印加され
ているとき、コレクタ電流icQ１はまた電力変成
器の磁心１２０に時間的に変化する磁束を発生さ
せて供給巻線２０ｃに出力電圧を誘起する励磁電
流成分を含んでいる。この１次巻線部分２０ａを
流れる電流の励磁電流成分は比較的小さく、変成
器の負荷電流の大きさの1/10以下で、従つてコレ
クタ電流icQ１の波形は実質的に供給巻線電流ｉ
２０ｃの波形に等しくなる。
時点t0後トランジスタスイツチＱ１は飽和状態
にあるので、第２図Ｇのt0〜t2の間の電圧Vctraで
示すように、入力電圧Vinの一部が可飽和変成器
の制御巻線３０ａに印加される。このt0〜t2の
間、可飽和変成器の制御巻線３０ａの両端間に供
給される電圧は、制御巻線３０ａを流れるコレク
タ電流icQ１に対する励磁電流成分を伴つてい
る。この制御巻線３０ａを流れる電流の励磁電流
成分は、電力変成器の１次巻線部分２０ａを流れ
る励磁電流成分と同様、可飽和変成器の制御巻線
を流れる全コレクタ電流icQ１に比して小さい。
可飽和変成器の制御巻線３０ａはその駆動巻線
３０ｃと緊密に磁気結合しているから、駆動巻線
３０ｃの両端間に発生する電圧Vdrvは第２図Ｇお
よびＨのt0〜t2の間に示すように、制御巻線３０
ａの両端間に供給される電圧の変成電圧に実質的
に等しい。また、駆動巻線３０ｃに流れる電流
idrvは第２図Ｂおよび第２図Ｆの点線波形で示す
ように制御巻線３０ａを流れる電流icQ１の変成
電流に実質的に等しい。駆動巻線３０ｃを流れる
電流idrvはまたインダクタ５０に電流iL５０とし
て流れる。
第２図Ｈに示すように駆動巻線３０ｃの両端間
の電圧の極性は、時点t0後は黒点の付された端子
が正になり、トランジスタスイツチＱ１のベース
に順バイアスすなわち順方向駆動電圧が供給され
て、そのトランジスタスイツチを飽和状態に維持
する。すると、第２図Ｄのt0〜t2の間のベース電
流ibQ１で示すように、駆動巻線３０ｃからトラ
ンジスタスイツチＱ１のベースに順方向駆動電圧
が流れる。このトランジスタスイツチＱ１のベー
ス電流の回路は例えば駆動巻線３０ｃの黒点の付
された端子に始まつてトランジスタスイツチＱ１
のベース−エミツタ接合を順方向に通り、ダイオ
ードＤ２およびインダクタ５０を介して駆動巻線
３０ｃの黒点のない端子に帰路ものである。
トランジスタスイツチＱ１のベース−エミツタ
接合とダイオードＤ２のPN接合は駆動巻線３０
ｃに結合された比較的低いインピーダンスの負荷
を与える。可飽和変成器３０は電流変成器として
働き、t0〜t2の間第２図Ｂの電流icQ１と第２図
Ｄの電流ibQ１が同一の波形で示されるのと同様
に、駆動巻線３０ｃの電流は制御巻線３０ａを流
れるコレクタ電流icQ１の変成電流と実質的に等
しくなる。駆動巻線３０ｃと制御巻線３０ａの巻
数比は、ベース電流ibQ１をコレクタ電流icQ１
より充分大きくして、時点t0以後トランジスタス
イツチＱ１を飽和状態に維持するように定められ
ている。t0〜t2間に駆動巻線３０ｃに発生する電
圧はトランンジスタスイツチＱ１のベース−エミ
ツタ接合とダイオードＤ２のPN接合の順方向電
圧降下の和に本質的に等しくなる。時点t0後に可
飽和変成器の制御巻線３０ａに流れるコレクタ電
流icQ１の励磁電流成分は、可飽和変成器３０の
磁心１３０中に磁界強度Ｈの磁場を発生させる。
制御巻線３０ａを流れる励磁電流によつて発生す
る磁場によつて磁心１３０内に磁束が発生し、こ
れが制御巻線３０ａおよび駆動巻線３０ｃに鎖交
して、その制御巻線３０ａを鎖交する磁束の時間
的変化率が入力電圧Vinの該制御巻線３０ａに供
給される部分に比例するようになる。また駆動巻
線３０ｃと鎖交する磁心１３０の磁束の時間的変
化によつてその駆動巻線３０ｃの両端間に第２図
Ｈのt0〜t2間に示すようにトランジスタスイツチ
Ｑ１の順バイアス電圧が誘起される。コレクタ電
流icQ１の残りは本質的にトランジスタスイツチ
Ｑ１のベースに流れる負荷電流idrvに関連するも
ので、可飽和変成器の磁心の磁束発生には実質的
に寄与しない。
第２図Ｇに示すように時点t0以後は制御巻線３
０ａに比較的一定の電圧が印加されるので、可飽
和変成器の３０の磁心１３０の磁束密度Ｂは制御
巻線３０ａの両端間に供給される電圧の時間積分
に従つて時間と共に増大する。磁心１３０内に特
定の磁束密度を得るのに要する励磁電流とこれに
対応する磁化力Ｈはその磁心の磁化材料に関連す
るＢ−Ｈヒステリシスループ上の磁心の動作点の
位置によつて決まる。
第３図ＡないしＦはフエライ製の可飽和変成器
の磁心の理想化されたヒステリシスループを示
す。第２図Ｇの時点t1では可飽和変成器３０の磁
心１３０はまだ磁気的に飽和していないが、制御
巻線３０ａの両端間に供給された電圧によりその
磁心内の磁束密度Ｂが値Baまで上昇し、変成器
の磁心の動作点を第３図ＡのＢ−Ｈヒステリシス
ループ上の１点ａにする。この変成器の磁心の動
作点をａにするのに要する磁化力ＨはHaに等し
く、この磁化力Haはコレクタ電流icQ１の励磁
成分によつて生成される。
点ａはＢ−Ｈヒステリシスループの不飽和領域
にあり、この動作点が時点t1以後時間の経過と共
にヒステリシスループの曲線上を第３図Ａの矢印
方向に移動すると、磁心１３０内の磁束密度Ｂも
時間と共に上昇し、第２図Ｈに示すように時点t1
以後電圧Vdrvによつて駆動巻線３０ｃの両端間に
トランジスタスイツチＱ１の順方向駆動電圧が誘
起されるようになる。
磁心１３０中の磁束は時点t2において、変成器
の磁心の動作点が第３図ＢのＢ−Ｈヒステリシス
ループ上の点ｂに位置するところにまで達してい
る。この第３図Ｂの理想化されたヒステリシスル
ープ上の点ｂは、磁心がＢ−Ｈヒステリシスルー
プの磁気的飽和領域に入る点である。従つてこの
点ｂにおける磁心の磁束密度はその磁心で得るこ
とのできる最大すなわち飽和磁束密度Bsatに等し
い。この飽和磁束密度Bsatを得るに要する磁化力
はHsatである。Hsat以上に磁化力が上昇すると、
変成器の磁心の動作点がさらに飽和領域内に入る
が、磁束密度はそれ以上上昇しない。
変成器がＢ−Ｈヒステリシスループの磁気飽和
領域で動作するときは磁心内の磁束密度は実質的
に変化しないから、可飽和変成器の制御巻線３０
ａと駆動巻線３０ｃの両端間に発生する電圧は、
磁心１３０が動作の飽和領域に入つた時点t2から
急激に低下し始め、磁心が再度不飽和になつてＢ
−Ｈヒステリシスループの磁気的不飽和領域に再
突入する時点t5頃まで零付近に留まる。
時点t2以前の磁心１３０が磁気的に飽和する前
は、キヤパシタ３５の電圧は駆動巻線３０ｃによ
り第２図Ｈの誘起巻線電圧Vdrvより第２図Ｉのイ
ンダクタ５０の比較的小さい電圧降下VL50だけ低
い電圧に維持される。時点t2以後はキヤパシタ３
５とインダクタ５０が共振回路を形成して、第２
図Ｆに実線のキヤパシタ電流波形icapの共振電流
部分１３５で示すように、共振電流発振を始め
る。キヤパシタ３５の両端間の電圧Vcapは第２図
Ｅに示すように時点t2以後共振的に低下する。
トランジスタスイツチＱ１のベース電流の順方
向導電路はそのベース電極からそのベース−エミ
ツタ接合を順方向に通つて大地に至り、さらにダ
イオードＤ２のPN接合を順方向に通つてその陰
極に至る。従つてキヤパシタ３５はトランジスタ
Ｑ１のベース−エミツタ電路とダイオードＤ２の
直列回路に並列に結合される。このように磁心１
３０が磁気的に飽和に達した後、キヤパシタ３５
によりトランジスタスイツチＱ１に順方向ベース
電流が供給される。t2〜t3の間は第２図Ｂ，Ｃ，
Ｄに示すように、実質的に零のコレクタ電圧VcQ1
によつてトランジスタスイツチＱ１は飽和状態の
ままである。この期間中のトランジスタスイツチ
Ｑ１の順方向ベース電流は第２図Ｆのキヤパシタ
電流icapの共振部分１３５により供給されている。
時点t3の付近において、キヤパシタ３５の共振
電流発振によりキヤパシタの電圧Vcapが第２図Ｅ
の閾値電圧Vt以下に低下する。この閾値電圧レ
ベル以下ではトランジスタスイツチＱ１のベース
に供給される電圧はそのトランジスタスイツチを
順バイアス状態に維持するには不充分である。こ
のため、時点t3以後は第２図Ｄのベース電流ibQ
１と第２図Ｂのコレクタ電流icQ１が比較的急速
に減少して時点t4でトランジスタスイツチＱ１が
遮断され、それ以後はこのトランジスタスイツチ
Ｑ１に順方向コレクタ電流が流れない。
キヤパシタ３５によつて供給される順方向ベー
ス駆動電流によつてトランジスタスイツチＱ１が
飽和状態にあるt2〜t3の間は、コレクタ電流の励
磁電流成分がなお磁心１３０の動作点を磁気的飽
和領域に維持している。第２図ＢおよびＣに示す
ように、t2〜t3の間の中間の時点t2′において、
Hsat以上の磁化力Hcの印加により、コレクタ電
流icQ１の励磁電流部分が変成器の磁心の動作点
を飽和領域にさらに進入した点Ｃに持つて行く
が、この点Ｃにおいても磁束密度はなおBsatの値
を保つ。
第２図Ｂのt3〜t4間のコレクタ電流icQ１の降
下時間中に、制御巻線３０ａを流れて磁心内の磁
場Ｈの発生に寄与する磁心１３０の励磁電流もま
た比較的急速に低下する。キヤパシタ３５がなけ
れば、制御巻線３０ａを流れる励磁電流だけが磁
場発生に寄与する。t3〜t4間のある時点におい
て、励磁電流は磁心を不飽和にしてＢ−Ｈヒステ
リシスループの不飽和領域に持ち込むに充分な大
きさに減少する。この時点以後はその励磁電流従
つて磁化力の減少のために駆動巻線３０ｃに逆極
性の電圧が誘起され、これが他方のトランジスタ
スイツチＱ２を導通させる。このようにして双方
のトランジスタスイツチがコレクタ電流を流す重
畳期間が生ずる。この重畳期間は遮断しつつある
トランジスタスイツチのコレクタ電流の降下をよ
り速くするか、ヒステリシスループ特性がもつと
矩形に近い磁心材料を用いることにより最小にす
ることができるが、この重畳期間をなくすことは
比較的困難である。
この発明の特徴はトランジスタスイツチＱ１，
Ｑ２の順方向コレクタ電流の同時導通をなくすこ
とである。キヤパシタ３５を可飽和変成器３０の
駆動巻線３０ｃに結合することにより、そのキヤ
パシタによつて磁心１３０の励磁電流の電源を今
１つ形成し、トランジスタスイツチＱ１のコレク
タ電流が降下する期間t3〜t4中とそれ以後の間、
磁心中に引続き磁場を発生させるようにする。
第２図Ｆに示すように、時点t2以後は点線で示
す波形の駆動巻線電流idrvは本質的にキヤパシタ
電流icapの共振電流部分１３５から得られる共振
電流１５０である。t3〜t4の間は電流idrvは負で絶
対値が増大し、電流が駆動巻線３０ｃの黒点の付
された端子に流入することが判る。
時点t3では磁心１３０は飽和状態にあるので、
駆動巻線３０ｃの黒点の付された端子に流入する
電流idrvの実質的に全部がその磁心をＢ−Ｈヒス
テリシスループの磁気飽和領域に維持する励磁電
流になる。キヤパシタ３５とインダクタ５０の値
は、制御巻線３０ａを流れる励磁電流の損失に拘
らず磁心１３０を磁気的に飽和に維持するに足る
共振励磁電流１５０が駆動巻線に流れるように選
ばれている。t3〜t4の間の変成器の磁心の動作点
は、その移動方向が逆になつてＢ−Ｈヒステリシ
スループの不飽和領域に戻る代りに、引続き飽和
領域に向けて移動し、時点t4において第３図Ｄに
示すように最大行程点ｄに達する。このときのＨ
の値は駆動巻線電流idrvの共振励磁電流部分１５
０の時点t4における最大振幅に対応するHnaxに等
しい。電流idrvはさらに第２図Ｄのベース電流
ibQ１の降下期間t3〜t4の間トランジスタスイツ
チＱ１にベース電流を供給する必要がある。
t4〜t5の期間中キヤパシタ電流icapの共振電流発
振が続き、キヤパシタ３５の電圧の極性が反転し
てその大きさを増すが、その電圧は時点t5以前は
他方のトランジスタスイツチＱ２を順バイアスす
るには足りない。第２図Ｂ，Ｄに示すように、各
トランジスタスイツチに順方向ベース電流ibQ１
またはibQ２が流れない不働時間または非導通期
間t4〜t5が存在する。
時点t5付近で電圧Vcapの値が閾値電圧レベルVt
以上に上昇して第２図Ｂ，Ｃ，Ｄの波形で示すよ
うに他方のトランジスタスイツチＱ２を飽和導通
状態に転換させる。キヤパシタ３５とインダクタ
５０の値はキヤパシタの電圧電流の共振発振周波
数を充分低くして、トランジスタスイツチＱ２に
順方向コレクタ電流が流れ始める前にトランジス
タスイツチＱ１の順方向コレクタ電流が停止した
後も磁心１３０を磁気飽和に維持するような励磁
電流をそのキヤパシタから駆動巻線３０ｃに供給
し得るようになつている。すなわち２つのトラン
ジスタの同時導通を防ぐための実質的な不働時間
が存在する。
時点t4以後どちらのトランジスタスイツチにも
ベース電流が流れないので、駆動巻線電流idrvの
共振電流部分１５０はキヤパシタ電流icapの共振
電流部分１３５に実質的に等しくなる。時点t4以
後は駆動巻線３０ｃの共振電流が減少するが、な
おその巻線の黒点の付された端子に流入してい
る。この駆動巻線の共振電流は磁心１３０を飽和
状態にする磁化力を作る励磁電流を含むから、時
点t4以後の駆動巻線電流の減少によつてその磁心
の動作点が第３図ＥのＢ−Ｈヒステリシスループ
の飽和領域の最大行程点ｄからループを逆方向に
たどつて不飽和領域の開始点ｂに戻る移動を行つ
ている。
キヤパシタ３５の両端間の電圧が閾値電圧レベ
ルVt以上に上昇してトランジスタスイツチＱ２
が導通する時点t5までに、可飽和変成器の磁心１
３０の動作点は点ｂの近傍か点ｂからＢ−Ｈヒス
テリシスループの不飽和領域に僅かに入つた点ま
で戻つている。時点t5における磁心の動作点の正
確な位置には関係なく、トランジスタスイツチＱ
２にコレクタ電流が流れ始めると、磁心の動作点
は速やかにＢ−Ｈヒステリシスループの不飽和領
域に入り、例えば第２図Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの時点t6
に、例えば第３図Ｆの点ｅに来る。このt5〜t6の
期間の点ｂ，ｅ間の磁心１３０の動作点の移動方
向は、駆動巻線３０ｃの両端間に逆極性の電圧を
誘起するような方向である。
時点t5以後磁心１３０は再び不飽和状態に入
り、駆動巻線３０ｃに誘起された電圧によつてキ
ヤパシタ３５の共振電流発振が停止する。駆動巻
線３０ｃがトランジスタスイツチＱ２に順方向ベ
ース電流を供給し始め、キヤパシタ３５から電流
供給機能を引継ぐ。これから磁心１３０の励磁電
流は、前述のインバータ動作の半サイクルの期間
中制御巻線３０ａを流れたコレクタ電流について
述べたのと同様に制御巻線３０ｂを流れるコレク
タ電流icQ２によつて供給される。トランジスタ
スイツチＱ２のインバータ動作の半サイクル中に
起る状態の順序はトランジスタスイツチＱ１のイ
ンバータ動作におけるそれと実質的に同じであ
る。
駆動巻線３０ｃの空心インダクタンス（磁心１
３０が飽和している時）は極めて低く、インダク
タ５０のインダクタンスの1/10以下である。キヤ
パシタ３５のキヤパシタンスについて言えば、そ
のキヤパシタ３５の両端間の電圧の共振発振周波
数および第２図Ｆの励磁電流部分１５０を決定す
るものは巻線３０ｃのインダクタンスではなくイ
ンダクタ５０のインダクタンスである。従つて時
点t4におけるピーク励磁電流を慎重に制御するこ
とによつて磁心１３０を磁気的飽和状態に保つに
要する最小値以上の励磁電流が供給されないよう
にすることができる。過大なキヤパシタ電流を発
生する必要はなく、また共振周波数を慎重に制御
して必要な大きさの重畳時間t4〜t5を与えること
ができ、インダクタ５０とキヤパシタ３５を適当
に選べば広範囲に重畳時間を選択することができ
る。
第２図ＡないしＤの期間t3〜t4のような両方の
トランジスタスイツチの順方向コレクタ電流の同
時非導通期間中は、なお電力変成器２０の出力巻
線からブリツジ整流器３６の出力端子に電流が流
れている。この電流はt3〜t4の期間中第２図Ａに
示すように時点t3までの電流の方向と逆の方向に
流れる。t3〜t4の間は出力電流ｉ２０ｃの減少に
よつて電力変成器２０の磁心の動作点が時点t3直
後にその電力変成器に負の電圧を誘起するＢ−Ｈ
ループをたどるため、その電力変成器の出力巻線
には負の電流ｉ２０ｃが流れる。
従つて、この負の電流ｉ２０ｃにより電力変成
器の１次巻線部分２０ａに電圧が誘起され、その
電圧の極性は黒点の付された端子が反対側の端子
に対して正極性になる。これによつてトランジス
タスイツチＱ１のコレクタ電極が接地電圧より充
分低く押し下げられ、そのベース−コレクタPN
接合を順バイアスする。t3〜t4の期間中トランジ
スタスイツチＱ１に第２図Ｂに示されない微小な
逆方向コレクタ電流が流れ、この電流は例えば接
地されたダイオードＤ１の陽極から始まつて順バ
イアスされているトランジスタスイツチＱ１のベ
ース−コレクタ接合を通り、制御巻線３０ａの１
次巻線部分２０ａを通り、さらに電池２３を介し
て接地点に戻る。この逆方向コレクタ電流は、キ
ヤパシタ３５の両端間の電圧が閾値レベルVt以
上に上昇して、時点t4でトランジスタスイツチＱ
２を順バイアスすると停止する。
トランジスタスイツチＱ１，Ｑ２に対する可飽
和変成器駆動を用い、スイツチング動作をする各
トランジスタスイツチのコレクタから可飽和変成
器へ電流帰還を行うことにより、そのトランジス
タスイツチＱ１，Ｑ２を自走動作させることがで
きる。負荷電流ilpadが増大するか直流電圧Vioを上
昇させると、可飽和変成器３０の磁心が早く飽和
し、これによつてインバータのスイツチング周波
数が上昇する。このようにして始動期間中のイン
バータの動作が保証される。最初充電されていな
い濾波キヤパシタ４１を充電するために、ブリツ
ジ整流器の出力端子３９から比較的大電流が流れ
るので、他のインバータ回路構成では起る可能性
のある電力変成器２０の巻線の過負荷や短絡より
も周波数の高いインバータ動作が起る。
始動期間の開始時に一方のトランジスタスイツ
チが確実に導通するようにするため、その一方の
トランジスタスイツチ例えば第１図のトランジス
タスイツチＱ１に入力端子２２からキヤパシタ２
８と抵抗２９から成るRC回路を介してベース電
流が供給される。トランジスタスイツチＱ１が一
旦導通すると正規のインバータ動作とスイツチン
グが始まる。キヤパシタ２８は遂に完全に充電さ
れ、抵抗２９からトランジスタスイツチＱ１のベ
ースに流れる電流によりインバータの定常状態の
動作が乱されるのを防止することができる。キヤ
パシタ２８と並列に比較的大きな抵抗３１を結合
して電源１０の除勢後キヤパシタを放電させて、
次のインバータの再始動ができるようになつてい
る。
入力端子２２と接地端子２１の間には陰極を入
力端子２２側にしてダイオード２４が接続されて
いる。このダイオード２４の目的は、端子２１と
２２との間に電池２３を逆極性で接続したときに
インバータが破壊されないように保護することが
できる。この誤接続によつて生ずる大電流のため
に、このとき電池と直列のヒユーズ（図示せず）
が飛ぶ。入力端子２２と接地点との間にはキヤパ
シタ２５が挿入され入力電圧のリツプルを濾波キ
ヤパシタ除去する働きをする。また入力端子２２
と接地点の間には全回路の除勢時にキヤパシタ２
５を放電させるための抵抗２６と、RFI側路用の
キヤパシタ２７も挿入されている。
負荷電流ilpadが零の無負荷動作時には、インバ
ータ電源１０は動作を停止し、トランジスタスイ
ツチＱ１，Ｑ２はスイツチング動作を停止する。
制御巻線３０ａ，３０ｂ、さらに励磁用駆動巻線
３０ｃに小さい励磁電流が流入して高周波寄生発
振を起すのを防ぎ、またトランジスタスイツチＱ
１，Ｑ２の高周波不飽和導通を避けるために、駆
動巻線３０ｃに並列に抵抗３２，３３の直列回路
が挿入され、両抵抗の接続点が接地されている。
この抵抗３２，３３は無負荷電源動作状態におけ
る駆動巻線３０ｃの寄生発振を減衰除去する。
電力変成器２０の構造の１例として、磁心は２
つの窓を有する２重Ｅ型で、中央脚の断面は9.5
mm×9.5mm、各外側脚の断面は4.8mm×9.5mm、各窓
は長さ19mm、幅7.9mmである。磁心１２０の材料
はアール・シー・エー社（RCA Corp）製の
RCA540型フエライトで、アール・シー・エー社
のカラーテレビ受像機CTC−85型のフライバツ
ク変成器の磁心材料として用いられるものと同様
のフエライトである。１次巻線２０ａ，２０ｂは
それぞれリツツ線のバイフアイラ10回巻で適当に
センタータツプ接続を形成するように引出されて
いる。各導線は36番（0.1270mm）のポリウレタン
絶縁され、半田付可能の磁石用銅線60本で形成さ
れている。１次巻線部分２０ａ，２０ｂと出力巻
線２０ｃは磁心１２０の中央側に同心的に巻回さ
れ、それぞれ巻回長16.9mm、出力巻線２０ｃは１
次巻線２０ａ，２０ｂのバイフアイラ巻きの上に
ミネソタマイニング社（Minnesota Mining ＆
Manufacturing Co.）製の3M29号テープのよ
うな熱硬化ガラステープ１枚を隔てて巻かれてい
る。
また可飽和変成器３０の構造の１例として、磁
心１３０は外径9.53mm、内径4.75mm、厚さ1.4mmの
トロイド型磁心で、材料はフエロクスキユーブ社
（Ferroxcube Corp.）製のフエロクスキユーブ
3E2A型と同級のフエライトである。制御巻線３
０ａ，３０ｂはそれぞれ22番（0.6438mm）PVC絶
縁フツクアツプ銅線の１回巻、駆動巻線３０ｃは
26番（0.4049mm）ポリウレタン絶縁された半田付
可能の磁石用銅線の12回巻である。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明を実施したプツシユプル・イ
ンバータ電源の回路図、第２図ＡないしＩは第１
図の回路の各部の電圧、電流の波形を示す波形
図、第３図ＡないしＦは第１図の回路で使用され
る変成器の磁心のヒステリシスループを示す図で
ある。 Ｑ１…第１のトランジスタスイツチ、Ｑ２…第
２のトランジスタスイツチ、２０…電力変成器、
２０ａ，２０ｂ…１次巻線部分、２０ｃ…供給巻
線、３０…可飽和変成器、３０ａ，３０ｂ…制御
巻線、３０ｃ…駆動巻線、３５…キヤパシタ、１
３０…可飽和変成器の磁心。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ２個の１次巻線と供給巻線とを有する電力変
    成器と、 磁気的に密結合された２個の制御巻線と駆動巻
    線とを有する可飽和変成器と、 エミツタが相互に接続された第１のトランジス
    タと第２のトランジスタとによつて構成されたト
    ランジスタスイツチであつて、上記の各トランジ
    スタが上記電力変成器の１次巻線に対してプツシ
    ユプル構成をなして結合されるように、上記各ト
    ランジスタのコレクタは上記可飽和変成器のそれ
    ぞれの制御巻線を経て上記電力変成器のそれぞれ
    の１次巻線の各一端に接続されている上記トラン
    ジスタスイツチと、 上記可飽和変成器の駆動巻線の両端間に結合さ
    れたキヤパシタを含む共振回路と、 上記電力変成器の各１次巻線の相互に接続され
    た他端と上記各トランジスタの相互に接続された
    エミツタとの間に結合された直流電源と、 上記各トランジスタのベースエミツタ間にその
    接合方向と逆方向に接続されたダイオードとから
    なり、 上記駆動巻線の一端は上記第１のトランジスタ
    のベースに接続されており、上記駆動巻線の他端
    は上記第２のトランジスタのベースに接続されて
    おり、 上記可飽和変成器の各制御巻線には、上記直流
    電源より上記可飽和変成器の磁心を磁気的に飽和
    させて上記トランジスタスイツチからその順方向
    駆動を除いて上記電力変成器の供給巻線の両端間
    に極性が交番する出力電圧を発生させるような大
    きさに達する制御電流が供給され、 上記共振回路は、上記駆動巻線による上記トラ
    ンジスタスイツチに対する順方向駆動が取除かれ
    た後も上記キヤパシタよりこの共振回路の共振周
    波数によつて決まる期間中上記可飽和変成器の磁
    心の飽和を維持するために上記駆動巻線を通じて
    電流を流通させる、プツシユプル・インバータ電
    源。
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