JPH07231670A - 高周波インバータ装置 - Google Patents

高周波インバータ装置

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JPH07231670A
JPH07231670A JP6017398A JP1739894A JPH07231670A JP H07231670 A JPH07231670 A JP H07231670A JP 6017398 A JP6017398 A JP 6017398A JP 1739894 A JP1739894 A JP 1739894A JP H07231670 A JPH07231670 A JP H07231670A
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JP
Japan
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power mos
mos fet
current
circuit
power
Prior art date
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Pending
Application number
JP6017398A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichi Morio
浩一 森尾
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Amada Co Ltd
Original Assignee
Amada Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外付けの高速ダイオードやスナバ回路を用い
ることなく、安定に動作する高周波インバータ装置を提
供する。 【構成】 フルブリッジの出力側に、可変リアクタンス
素子jXを接続し、この素子の定数を、フルブリッジの
各ブランチのパワーMOS FETを流れる電流の向き
がデッドタイム後のそのパワーMOS FETの駆動期
間中に反転する値に設定する。このように設定すると、
各パワーMOS FETに等価的に存在する各寄生ダイ
オードD1〜D4は、その寄生ダイオードの属するパワ
ーMOSFETの駆動期間中に逆回復電流を流すように
なり、主回路が寄生ダイオードの逆回復電流により短絡
することがなく、外付けの高速ダイオードやスナバ回路
を用いなくても安定に動作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CO2 レーザ加工機の
発振器の高電圧電源等に好適な高周波インバータ装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】CO2 レーザ加工機の発振器の高電圧電
源には、直流から数MHzの高周波の装置がある。そし
て一般に、交流の方がレーザ発振器の制御がし易く、モ
ードの調整,加工条件の調整がし易いという利点があ
る。
【0003】図3は、この種の交流高電圧電源を用いら
れるインバータ(従来例1)のフルブリッジの主回路を
示す回路図である。図において、P1,P2は入力電源
端子、Q1〜Q4はフルブリッジの各ブランチを構成す
るパワーMOS FETである。ところでパワーMOS
FETは、その製造上必然的に生ずる整流能力を有し
ており、この等価的な整流ダイオードを寄生ダイオード
と呼んでいる。
【0004】図3では、この寄生ダイオードをD1〜D
4で表示している。Lはインバータの出力を昇圧する出
力トランスを含む負荷である。なお寄生ダイオードD1
〜D4は後述のように帰還ダイオードとして動作する。
【0005】この主回路において、パワーMOS FE
TはQ1,Q4とQ3,Q2が交互にオンするように駆
動され、負荷Lに所要の交流電力が供給される。
【0006】前述のように、パワーMOS FETQ
1,Q4とQ3,Q2は交互にオンするが、Q1,Q4
とQ3,Q2を同時に切り換えると、ブランチQ1,Q
2から構成される直列回路、或はブランチQ3,Q4か
ら構成される直列回路が短絡するので、実際は、図4に
示すように、Q1,Q4とQ3,Q2の駆動期間の間に
所定のデッドタイムをおいて切り換えている。このデッ
ドタイムは、パワーMOS FETの駆動波形,スレッ
シホールド電圧、型式等に基づいて決定される。
【0007】図5は、図3に示す従来例1の回路におい
て、Q1,Q2の直列回路の各素子に流れる電流の順序
を示している。図示のように、パワーMOS FETQ
2の駆動期間が終りデッドタイムが始まると、負荷Lに
流れていた電流は寄生ダイオードD1を介して電源側に
還流する。
【0008】負荷Lの電流の向きが反転すると、寄生ダ
イオードD2を介して電源側に還流し、デッドタイムが
終るとパワーMOS FETQ1の駆動期間が始まる。
【0009】パワーMOS FETQ1がオンして、パ
ワーMOS FETQ2にかかる電圧極性が反転する
と、図6に示すように、パワーMOS FETQ2の寄
生ダイオードD2には50〜300nsecの間逆回復
電流が流れ、Q1,Q2の直流回路に短絡電流が流れて
パワーMOS FETを破損するおそれがある。
【0010】以下図7〜図10によりこの短絡現象を詳
しく説明する。
【0011】まず、図4に示すパワーMOS FETQ
3,Q2の駆動期間が始まると、図7に矢印で示すよう
に、Q3,Q2を介して負荷Lに電流が流れる。Q3,
Q2の駆動期間が終ると、デッドタイム前半では、図8
に矢印で示すように、負荷Lの電流は寄生ダイオードD
4,D1を介して電源側へ還流する。デッドタイム後半
になって負荷Lの電流の向きが反転すると、図9に矢印
で示すように、負荷Lの電流は寄生ダイオードD2,D
3を介して電源側へ還流する。
【0012】デッドタイムが終了すると、図4に示すよ
うに、パワーOS FETQ1,Q4の駆動期間とな
り、パワーMOS FETQ2の電圧極性が反転するの
で、図6に示すように寄生ダイオードD2に逆回復電流
が流れ、図10に矢印で示すように、Q1,Q2の直列
回路に短絡電流が流れる。
【0013】同様にして、パワーMOS FETQ3,
Q2の駆動期間の始めに寄生ダイオードD1に逆回復電
流が流れ、Q1,Q2の直列回路に短絡電流が流れる。
同様の動作によりQ3,Q4の直列回路にも短絡電流が
流れる。
【0014】この寄生ダイオードによる短絡電流の変化
di/dtと回路中の浮遊インダクタンス等により主回
路に過大電圧,異常発振等が発生し、パワーMOS F
ETを破損するおそれがある。この防止対策として、図
11の従来例2に示すように、各ブランチのパワーMO
S FETに高速ダイオード(高速整流ダイオードとも
いう)141,142を外付けして寄生ダイオードに電
流を流さないようにする、或は図12の従来例3に示す
ように、各ブランチのパワーMOS FETに並列に、
コンデンサC12,抵抗R12の直列接続からなるスナ
バ回路を接続して過大電圧を抑制することが行われてい
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来例2,3に
よれば、一応過大電圧,異常発振等の発生を抑えること
はできる。
【0016】しかし図11の従来例2では、高周波では
外付けの高速ダイオードの逆回復電流が新たに問題とな
る。
【0017】また図12の従来例3では、スナバ回路の
適当な定数を決めることが難しいという問題がある。
【0018】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、外付けの高速ダイオードや、スナバ回路を用
いることなく、安定に動作する高周波インバータ装置を
提供することを目的とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、高周波インバータ装置を次の(1)のとお
りに構成する。
【0020】(1)フルブリッジの主回路の各ブランチ
におけるスイッチング素子にMOSFETを用いた高周
波インバータ装置であって、前記フルブリッジの出力側
に接続したリアクタンス素子を備え、このリアクタンス
素子の定数を、前記各ブランチのMOS FETを流れ
る電流の向きが、デッドタイム後のそのMOS FET
の駆動期間中に反転する値に設定した高周波インバータ
装置。
【0021】
【作用】前記(1)の構成により、主回路を構成する各
パワーMOS FETの駆動期間中に、各パワーMOS
FET内の寄生ダイオードの逆回復が行われ、寄生ダ
イオードによる主回路の短絡現象が発生しない。
【0022】
【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。
【0023】図1は実施例である“高周波インバータ装
置”の主回路を示す回路図である。図において、P1,
P2は入力電源端子で、不図示の直流電源の正極側に端
子P1が負極側に端子P2が接続される。Q1〜Q4は
スイッチング素子であるパワーMOS FETで、図示
のようにフルブリッジ接続されている。
【0024】ブリッジの出力端には、可変リアクタンス
素子jXと出力端子P3,P4が直列接続されている。
出力端子P3,P4間には、インバータの出力を昇圧す
る出力トランスを含む負荷Lが接続されている。
【0025】この回路において、不図示のゲート駆動回
路により、パワーMOS FETQ1,Q4とQ3,Q
2を、図4に示すように、デッドタイムをおいて交互に
オンするように駆動し、出力端子P3,P4に所要の周
波数の高周波出力が供給される。
【0026】この際に、各パワーMOS FETを介し
てブリッジの出力側に流れる電流の向きが、デッドタイ
ム終了後に反転するように可変リアクタンス素子jXの
定数を設定する。
【0027】このように可変リアクタンス素子jXの定
数を設定すると、主回路の各素子に流れる電流は、図2
に示すようになる。
【0028】すなわち、パワーMOS FETQ3,Q
2の駆動期間には、パワーMOSFETQ2には図7の
矢印に示す向きの電流が流れ、デッドタイムに入ると寄
生ダイオードD1には図8に示す向きに電流が流れる。
デッドタイム後半においても電流の向きが反転しないの
で、寄生ダイオードD1に流れ続ける。デッドタイムが
終了するとパワーMOS FETQ1,Q4が駆動さ
れ、パワーMOS FETQ1には図10の矢印に示す
向きに電流が流れ始める。このとき、寄生ダイオードD
2は直前に電流を流していないので逆回復電流が流れ
ず、一方寄生ダイオードD1は逆電圧が印加され逆回復
電流が流れるが、寄生ダイオードD1の属するパワーM
OS FETQ1の駆動(オン)期間中なので、パワー
MOS FETQ1,Q2の直列回路には短絡現象は発
生しない。
【0029】次のデッドタイムになると、ブリッジの出
力側を流れていた電流は、寄生ダイオードD2,D3を
介して電源側に還流する。そのデッドタイムが終了する
とパワーMOS FETQ3,Q2が駆動され、寄生ダ
イオードD2に逆電圧が印加され逆回復電流が流れる
が、寄生ダイオードD2の属するパワーMOS FET
Q2の駆動期間中であり、このときもパワーMOS F
ETQ1,Q2の直列回路には短絡現象は発生しない。
パワーMOS FETQ3,Q4の直列回路についても
同様の理由で短絡現象は発生しない。
【0030】電流の向きが反転する位相を、図2に示す
ようにI01からI02と遅らせるにしたがい、短絡発生の
危険性は低くなるが、力率が低下するので出力できる有
効電力も小さくなる。
【0031】このように、本実施例によれば、パワーM
OS FETがオンしたとき、そのパワーMOS FE
Tに直接直列接続されている他のパワーMOS FET
の寄生ダイオードが逆回復電流を流すことがないので、
短絡現象が発生せず、この短絡電流による過大電圧,異
常発振等が発生しない。
【0032】したがって、外付けの高速ダイオードやス
ナバ回路を用いることなく、高周波のスイッチング動作
を安定に行うことができる。
【0033】なお、実施例では、可変リアクタンス素子
を出力端子に直列に接続しているが、並列に接続する形
で実施することもできる。また、可変リアクタンス素子
をインダクタのみ或はキャパシタのみで構成する、イン
ダクタおよびキャパシタの一方のみを可変するといった
形で実施することができる。更に可変リアクタンス素子
のかわりに所要の値の固定リアクタンス素子を用いる形
で実施することもできる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
寄生ダイオードの逆回復電流による過大電圧,異常発振
等が発生しない、高周波スイッチング動作の安定した高
周波インバータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の回路図
【図2】 実施例の説明図
【図3】 従来例1の回路図
【図4】 インバータのデッドタイムの説明図
【図5】 従来例1の説明図
【図6】 寄生ダイオードの逆回復時間の説明図
【図7】 寄生ダイオードによる短絡の説明図(I)
【図8】 寄生ダイオードによる短絡の説明図(II)
【図9】 寄生ダイオードによる短絡の説明図(III)
【図10】 寄生ダイオードによる短絡の説明図(IV)
【図11】 従来例2の回路図
【図12】 従来例3の回路図
【符号の説明】
Q1〜Q4 パワーMOS FET D1〜D4 寄生ダイオード jX 可変リアクタンス素子 P3,P4 出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フルブリッジの主回路の各ブランチにお
    けるスイッチング素子にMOS FETを用いた高周波
    インバータ装置であって、前記フルブリッジの出力側に
    接続したリアクタンス素子を備え、このリアクタンス素
    子の定数を、前記各ブランチのMOS FETを流れる
    電流の向きが、デッドタイム後のそのMOS FETの
    駆動期間中に反転する値に設定したことを特徴とする高
    周波インバータ装置。
JP6017398A 1994-02-14 1994-02-14 高周波インバータ装置 Pending JPH07231670A (ja)

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JP6017398A JPH07231670A (ja) 1994-02-14 1994-02-14 高周波インバータ装置

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001031786A1 (fr) * 1999-10-27 2001-05-03 Fuji Electric Co., Ltd. Transistor unipolaire et convertisseur de puissance equipe de celui-ci
US6304475B1 (en) 1998-06-16 2001-10-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Switching power supply for gas laser
JP2008118784A (ja) * 2006-11-06 2008-05-22 Honda Motor Co Ltd 電力変換回路
JP2009065185A (ja) * 1996-05-15 2009-03-26 Siliconix Inc シンクロナス整流器或いは電圧クランプ用の3端子パワーmosfetスイッチ
JP2020198734A (ja) * 2019-06-04 2020-12-10 富士電機株式会社 電力変換装置

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20011218