JPH0729751Y2 - インバ−タ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔技術分野〕 この考案はスイッチング素子のオンオフによって負荷へ
高周波等の交流電力を供給するインバータ装置に関する
もので、特に動作中に直流電源へ回生電流が流れるもの
に係る。

〔背景技術〕

従来、インバータ装置には、動作中に直流電源から一方
的に電力が供給されるものと動作中に直流電源へ回生電
流が流れるものとがある。

まず、第５図に直流電源への回生電流のないインバータ
装置の一例を示す。51,52はスイッチング素子（トラン
ジスタ）、53は発振トランスで、１次巻線55,2次巻線5
7,帰還巻線56を有する。54は共振コンデンサ、58は負
荷、59,60,61は抵抗、62はチョークコイル、63は平滑コ
ンデンサ、64は整流ブリッジ、65は商用電源、66は直流
電源である。

第６図は第５図の各部の波形図で、（Ａ）はスイッチン
グ素子51の両端の電圧V₅₁を、（Ｂ）はスイッチング素
子52の両端の電圧V₅₂を、（Ｃ）はスイッチング素子51
に流れる電流I₅₁を、（Ｄ）はスイッチング素子52に流
れる電流I₅₂を、（Ｅ）はチョークコイル62に流れる電
流I₆₂をそれぞれ示している。

このインバータ装置では、スイッチング素子51,52の電
圧V₅₁,V₅₂が発振トランス53と共振コンデンサ54により
共振形となり、電流I₅₁,I₅₂はチョークコイル62により
定電流形の矩形波状となる。負荷58へは発振トランス53
の２次巻線57より電力が供給される。チョークコイル62
により直流電源66への回生電流はなく、平滑コンデンサ
63に高周波電流は流れない。

つぎに、第７図に直流電源への回生電流を有するインバ
ータ装置の一例を示す。71はスイッチング素子（トラン
ジスタ）、72は共振コンデンサ、73は発振トランスで、
１次巻線74,2次巻線75,帰還巻線76を有する。82はダン
パーダイオード、77は負荷、78,79は抵抗である。80は
平滑コンデンサ、81は整流ブリッジ、83は商用電源で、
これらは直流電源84を構成する。

第８図は第７図の各部の波形図で、（Ａ）はスイッチン
グ素子71の両端の電圧V₇₁を、（Ｂ）はスイッチング素
子71に流れる電流I₇₁およびダンパーダイオード82に流
れる電流I₈₂をそれぞれ示している。

このインバータ装置においては、スイッチング素子71が
オンとなると、発振トランス73の１次巻線74に直線的に
増加する電流I₇₁が流れる。この電流I₇₁がある値に達し
たとき、スイッチング71がオフとなると、１次巻線74に
流れていた電流は流れ続けようとし、共振コンデンサ72
を逆方向に充電しはじめる。共振コンデンサ72の電圧が
最大となる時、つまりスイッチング素子71の電圧V₇₁が
最大となった時から共振コンデンサ72は放電しはじめ、
共振により電圧V₇₁がゼロ以下になろうとすると、平滑
コンデンサ80とダンパーダイオード82を通して直流電源
84へ回生電流I₈₂が流れる。負荷77へは、２次巻線75か
ら電力が供給される。

以上の２種類のインバータ装置は、いずれも、発振トラ
ンス53,73から直接スイッチング素子51,52,71のベース
信号を得るもので、その発振周波数は、発振トランス5
3,73,チョークコイル62,共振コンデンサ54,72などの回
路固有の特性で決まるものである。

さて、これらのインバータ装置において、共振出力の一
部を取り出してコンデンサで平滑し、これをスイッチン
グ素子の制御電源とする試みが従来から種々行われてい
るが、回生電流が存在する後者（第７図）のインバータ
装置を用いた場合、回生電流が上記制御電源に悪影響を
及ぼすという問題がある。以下、この点についてさらに
詳しく説明する。

第９図において、１はスイッチング素子、２はチョーク
コイル、３はその主巻線、４はベース駆動電源用巻線、
５は共振コンデンサ、６はダンパーダイオード、７はベ
ース駆動電源を供給するダイオードなどの整流器、８は
負荷、９は駆動回路、10は平滑コンデンサ、11は起動用
コンデンサ、12はベース駆動電源を供給する平滑コンデ
ンサ、13は整流ブリッジ、28は商用電源、29は直流電源
である。

第10図は第９図に示したインバータ装置の各部の波形を
示すもので（Ａ）はスイッチング素子１に加えられるベ
ース信号V₉を、（Ｂ）はスイッチング素子１に流れる電
流I₁を、（Ｃ）はスイッチング素子１の両端電圧V₁を、
（Ｄ）はダンパーダイオード６に流れる電流I₆を、
（Ｅ）は共振コンデンサ５に流れる電流I₅を、（Ｆ）は
負荷８に流れる電流I₈を、（Ｇ）は平滑コンデンサ12に
流れる電流I₁₂を、（Ｈ）は平滑コンデンサ12の両端電
圧V₁₂を、（Ｉ）は起動用コンデンサ11に流れる電流I₁₁
をそれぞれ示している。

このインバータ装置は、商用電源28から電力が供給され
ると平滑コンデンサ10と起動用コンデンサ11および平滑
コンデンサ12の直列回路に電圧が印加される。この時、
平滑コンデンサ12の電圧V₁₂は、起動用コンデンサ11と
平滑コンデンサ12との容量比で決まる電圧となり、駆動
回路９へ供給される。これにより、スイッチング素子１
にベース信号V₉が印加される。ベース信号V₉が高レベル
となってスイッチング素子１がオンとなると、チョーク
コイル２の主巻線３を通して直線的に増加する電流I₁が
流れる。駆動回路９の時定数により所定時間後にスイッ
チング素子１がオフとなると、主巻線３に流れていた電
流は流れ続けようとし、共振コンデンサ５に電流I₅を流
して共振コンデンサ５を充電していく。やがて、電流I₅
がゼロとなりスイッチング素子１の電圧V₁が最大とな
る。ここからは、主巻線3,負荷8,平滑コンデンサ10,起
動用コンデンサ11,平滑コンデンサ12を通して回生電流
が流れる。電圧V₁はさらに減少していき、負になろうと
すると、ダンパーダイオード６がオンとなり、電流I₆と
して回生電流が流れ続ける。

この繰返しによって、負荷８へ高周波交流電流が供給さ
れる。また、チョークコイル２のベース駆動電源用巻線
４と整流器７により、起動後は、共振回路（チョークコ
イル2,共振コンデンサ５）よりベース駆動電源を供給
し、起動用コンデンサ11からのエネルギー供給はなくな
り、高効率化が図れ、さらに負荷８が外れる等による無
負荷時は、発振動作が停止する特徴がある。

ここで、先に述べた電源への回生電流は、主として平滑
コンデンサ10に流れるが、一部は起動用コンデンサ11お
よび平滑コンデンサ12にも流れる。これにより、ベース
駆動用電源となる電圧V₁₂は上昇し、また、そのエネル
ギー放出時に下降する。ゆえに、電圧V₁₂は回生電流に
より変動を受ける。これにより駆動回路９の発振周波数
が変化したり、ベース電圧V₉が変動したりするので、ス
イッチング動作が変化し、電圧V₁₂によってベース電
流，コレクタ電流（I₁）が影響を受け、ベース変調のか
かった電流が負荷８に供給されることになる。このた
め、発振周波数の高調波成分の周波数が変化したり、AM
ラジオ等で受信，復調された時の成分も増加するので、
他の機器に雑音による妨害を与えやすくなるという欠点
をも有している。

〔考案の目的〕

この考案は、回生電流を有するタイプのインバータ装置
において、起動用コンデンサを通して流れる回生電流に
よるベース駆動回路用電源の変動を抑え、雑音を抑制す
ることを目的とする。

〔考案の開示〕

この考案のインバータ装置は、出力端に第１の平滑コン
デンサを有する直流電源と、この直流電源より給電され
るとともに前記直流電源へ回生電流を流す共振回路と、
前記直流電源および共振回路の間に介挿してオンオフ動
作するスイッチング素子と、このスイッチング素子と逆
並列に接続されたダイオードと、前記スイッチング素子
を周期的にオンオフ駆動する駆動回路と、前記共振回路
から給電される負荷と、前記共振回路の出力の一部を整
流する整流器と、この整流器の出力を平滑して前記駆動
回路へ動作電源として与える第２の平滑コンデンサと、
前記直流電源と前記第２の平滑コンデンサとの間に接続
した起動用コンデンサと、起動時に前記起動用コンデン
サに流れる起動電流の方向を順方向として前記直流電源
と前記第２の平滑コンデンサとの間に前記起動用コンデ
ンサに直列に介挿した単方向性スイッチ素子とを備えて
いる。

この考案の構成によれば、直流電源と第２の平滑コンデ
ンサとの間に起動用コンデンサと単方向性スイッチ素子
の直列回路を接続したので、起動用コンデンサの放電が
単方向性スイッチ素子で阻止され、したがって起動用コ
ンデンサが最大値まで充電されるとそれ以上は電流が流
れ込まなくなる。この結果、共振回路からスイッチング
素子に逆並列接続したダイオードを通して流れる回生電
流は第１の平滑コンデンサを通るのみで、第２の平滑コ
ンデンサへの回生電流への流入が阻止され、第２の平滑
コンデンサの電圧変動を抑圧することができ（入力リッ
プル低減）、スイッチング素子に回生電流による変調が
かからず低雑音化を達成できる。

実施例 この考案の第１の実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。このインバータ装置は、第１図に示すよう
に、直流電源29と、この直流電源29より給電されるとと
もに前記直流電源29へ回生電流を流す共振回路30と、前
記直流電源29および共振回路30の間に介挿してオンオフ
動作するスイッチング素子１と、このスイッチング素子
１を周期的にオンオフ駆動する駆動回路９と、前記共振
回路30から給電される負荷８と、前記共振回路30の出力
の一部を整流するダイオードなどの整流器７と、この整
流器７の出力を平滑して前記駆動回路９へ動作電源とし
て与える平滑コンデンサ12と、前記直流電源29と前記平
滑コンデンサ12との間に接続した起動用コンデンサ11
と、起動時に前記起動用コンデンサ11に流れる起動電流
の方向を順方向として前記直流電源29と前記平滑コンデ
ンサ12との間に前記起動用コンデンサ11に直列に介挿し
たダイオードなどの単方向性スイッチ素子14とを備えて
いる。この場合、共振回路30はチョークコイル２および
共振コンデンサ５で構成されている。また、直流電源29
は、商用電源28を整流ブリッジ13で全波整流し、さらに
平滑コンデンサ10で平滑することにより得ている。

このインバータ装置は、第９図の回路と比較すると、起
動用コンデンサ11と直列にダイオードなどの単方向性ス
イッチ素子14を介挿した点が相違する。この場合におい
て、単方向性スイッチ素子14は起動時に起動用コンデン
サ11に流れる電流の方向が順方向となるように接続され
る。このように、単方向性スイッチ素子14を設けると、
回生電流が起動用コンデンサ11（および平滑コンデンサ
12）を通して流れることにより起動用コンデンサ11に蓄
積された電荷がインバータ動作によって放出されるのが
防止され、平滑コンデンサ12の両端の電圧V₁₂に現れる
高周波成分を抑圧することができる。

以下、第２図を参照して詳しく説明する。第２図は第１
図の各部の波形図で、（Ａ）はベース電圧V₉を、（Ｂ）
はスイッチング素子１の電流I₁を、（Ｃ）はスイッチン
グ素子１の両端電圧V₁を、（Ｄ）をダンパーダイオード
６の電流I₆を、（Ｅ）は共振コンデンサ５の電流I₅を、
（Ｆ）は負荷８の電流I₈を、（Ｇ）は起動用コンデンサ
11の電流I₁₁を、（Ｈ）は平滑コンデンサ12の両端電圧V
₁₂をそれぞれ示している。

このインバータ装置は、商用電源28を投入すると、平滑
コンデンサ10が充電され、また単方向性スイッチ素子14
を通して起動用コンデンサ11および平滑コンデンサ12が
充電され、駆動回路９に電圧V₁₂が印加され、ベース電
圧V₉がスイッチング素子１に加わる。

以下、第９図に示した回路と同様にスイッチング動作が
行われ、起動後はベース駆動電源用巻線４から整流器７
を通して電力供給を受け、電圧V₁₂を得て負荷８に高周
波電力が供給される。

この場合において、共振回路30で発生する直流電源29へ
の回生電流は、起動用コンデンサ11の充電電荷の放電が
単方向性スイッチ素子14によって阻止され最大値を維持
しているので、起動用コンデンサ11には流れず平滑コン
デンサ10にのみ流れることになり、共振回路30の回生電
流による電圧V₁₂の変動が従来例に比べて抑制され、ベ
ース変調率の低い低雑音の特性となる。

その他の動作は第９図に示した回路と同じであるので、
説明を省略する。

この考案の第２の実施例を第３図に基づいて説明する。
このインバータ装置は、第１図における負荷８を蛍光ラ
ンプなどの放電ランプ８′に代えたもので、放電ランプ
８′の両フィラメントの非電源側電極端子間に電圧応答
スイッチ素子16およびダイオード17の直列回路からなる
予熱・始動回路が接続されている。

駆動回路９は、タイマ用集積回路（例えばシグネティッ
ク社製NE555）27と、抵抗22,24と、ダイオード23と、可
変抵抗25と、コンデンサ26と、コンデンサ19と、抵抗2
0,21とで構成され、無安定マルチバイブレータとして動
作し、可変抵抗25を調整すると発振周波数が変化する。

また、起動用コンデンサ11に並列接続した抵抗15は、高
い抵抗値を有し、インバータ装置の無負荷時の発振停止
時に、電圧V₁₂をタイマ用集積回路27の動作可能な電圧
よりも少し低い値に保持して再起動性を向上させるため
のものである。

抵抗18は整流器７を通してベース駆動回路９に流れ込む
電流の限流用である。

その他の構成および動作は第１図の回路と同様であり、
この場合も起動用コンデンサ11を通して流れる回生電流
を阻止でき、電圧V₁₂の回生電流による変動を抑圧して
ほぼ一定電圧に保つことができ、雑音の低減を図ること
ができる。

この考案の第３の実施例を第４図に基づいて説明する。
このインバータ装置は、２石式の実施例を示している。
第４図において、31,32はスイッチング素子（トランジ
スタ）、33,34はダンパーダイオード、35,36はドライブ
トランス、37はチョークコイルで、その補助巻線より駆
動回路46へ給電している。38は負荷、39はコンデンサ、
40,41は平滑コンデンサ、42はダイオードなどの単方向
性スイッチ素子、43は起動用コンデンサ、44は平滑コン
デンサ、45は整流ブリッジ、47は商用電源である。

このインバータ装置は、商用電源47を投入すると、単方
向性スイッチ素子42および起動用コンデンサ43を通して
平滑コンデンサ44が充電され、この平滑コンデンサ44の
充電電圧でもって駆動回路46が動作を開始し、スイッチ
ング素子31,32を交互にオンオフ動作させ、これによっ
て負荷38に交流電力を供給する。負荷38への給電が始ま
ると、チョークコイル37の補助巻線から駆動回路46への
給電が始まり、これによって駆動回路46は動作を継続す
る。なお、駆動回路46には、チョークコイル37の補助巻
線の電圧を整流する整流器が内蔵され、この整流器が平
滑コンデンサ44に接続されている。

この場合においても、回生電流が起動用コンデンサ43を
通して流れるのを単方向性スイッチ素子42によって阻止
することができ、前記の実施例と同様に低雑音化を実現
できる。

なお、上記各実施例では、単方向性スイッチ素子14,42
としてダイオードを用いたが、起動電流の方向にのみ電
流を流し、逆方向の電流を遮断する素子であれば何を使
用してもよい。起動後に駆動回路9,46へ給電する電源回
路は上記実施例の回路構成に限らず種々考えることがで
きる。

〔考案の効果〕

この考案のインバータ装置によれば、直流電源と第２の
平滑コンデンサとの間に起動用コンデンサと単方向性ス
イッチ素子の直列回路を接続したので、起動用コンデン
サの放電が単方向性スイッチ素子で阻止され、したがっ
て起動用コンデンサが最大値まで充電されるとそれ以上
は電流が流れ込まなくなる。この結果、共振回路からス
イッチング素子に逆並列接続したダイオードを通して流
れる回生電流は第１の平滑コンデンサを通るのみで、第
２の平滑コンデンサへの回生電流への流入が阻止され、
第２の平滑コンデンサの電圧変動を抑圧することができ
（入力リップル低減）、スイッチング素子に回生電流に
よる変調がかからず低雑音化を達成できる。

〔別の従来例〕

なお、第11図に示すように、２個の負荷94,95の各々に
平滑コンデンサ91,92を設け、ダイオード93で各平滑コ
ンデンサ91,92を分離させることは従来から行われてい
るところであるが、このような電源回路は、常に整流ブ
リッジ96側より電力の供給を受けるもので、第１図のよ
うに本来起動時のみ起動用コンデンサ11により起動エネ
ルギーを得、起動用コンデンサ11が、それ自体起動時と
通常動作時とのスイッチの役目を果たしている本考案と
は全く別異である。

なおまた、特願昭57−148287号，特願昭57−148288号に
は、第12図に示すように、自励型Ｌプッシュプル回路を
用いた調光目的のインバータ装置が提案されているが、
このものは、いわば先に第５図に示したと同様、回生電
流のないタイプのものであってやはり本考案とは別異の
ものである。すなわち、このインバータ装置は、脈流の
谷間で発進を停止し、抵抗115,116,コンデンサ117によ
る時定数を適当に合わせることにより調光比を変化させ
るものであり、電圧V₁₁₉が山の時にコンデンサ117が充
電されているため、電圧V₁₁₉の谷間では、電圧V₁₁₉の低
下とともにトランジスタ118が逆バイアスされて発振が
停止するもので、脈流信号を必要とし、トランジスタ11
8のベースの電源経路にコンデンサ117があるが、先に述
べた電源回生電流による悪影響という課題そのものを欠
いている。

なお、第13図は第12図の各部の波形図で、（Ａ）は整流
ブリッジ119の出力電圧V₁₁₉を、（Ｂ）はコンデンサ117
の両端電圧V₁₁₇をそれぞれ示し、第13図（Ｂ）におい
て、V_THはトランジスタ118のスレッシュホールド電圧で
あり、電圧V₁₁₇が V₁₁₇＞V_TH の期間トランジスタ118がオンとなって発振動作が行わ
れ、 V₁₁₇＜V_TH の期間Ｔはトランジスタ118がオフとなって発振動作が
停止する。また、第13図（Ａ）においてV_Xは発振出力の
波形を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１の実施例の構成を示す回路図、
第２図は第１図の各部の波形図、第３図はこの考案の第
２の実施例の構成を示す回路図、第４図はこの考案の第
３の実施例の構成を示す回路図、第５図は従来のインバ
ータ装置の構成を示す回路図、第６図は第５図の各部の
波形図、第７図は別の従来のインバータ装置の構成を示
す回路図、第８図は第７図の各部の波形図、第９図はさ
らに別の従来のインバータ装置の構成を示す回路図、第
10図は第９図の各部の波形図、第11図は電源装置の回路
図、第12図はインバータ装置の回路図、第13図は第12図
の各部の波形図である。 １…スイッチング素子、７…整流器、８…負荷、９…駆
動回路、11…起動用コンデンサ、12…平滑コンデンサ、
14…単方向性スイッチ素子、29…直流電源、30…共振回
路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】出力端に第１の平滑コンデンサを有する直
   流電源と、この直流電源より給電されるとともに前記直
   流電源へ回生電流を流す共振回路と、前記直流電源およ
   び共振回路の間に介挿してオンオフ動作するスイッチン
   グ素子と、このスイッチング素子と逆並列に接続された
   ダイオードと、前記スイッチング素子を周期的にオンオ
   フ駆動する駆動回路と、前記共振回路から給電される負
   荷と、前記共振回路の出力の一部を整流する整流器と、
   この整流器の出力を平滑して前記駆動回路へ動作電源と
   して与える第２の平滑コンデンサと、前記直流電源と前
   記第２の平滑コンデンサとの間に接続した起動用コンデ
   ンサと、起動時に前記起動用コンデンサに流れる起動電
   流の方向を順方向として前記直流電源と前記第２の平滑
   コンデンサとの間に前記起動用コンデンサに直列に介挿
   した単方向性スイッチ素子とを備えたインバータ装置。