JPH07312879A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】交流電源１電圧を整流する整流回路２を備え、
順直列に接続され交互に導通する一対のスイッチ素子６
２・６３を含む順直列スイッチング回路６２・６３を備
え、各スイッチ素子６２・６３に逆並列に接続された各
逆導通用整流器７２・７３を備え、整流回路２の直流出
力端子を順直列スイッチング回路６２・６３両端の直流
入力端子に接続し、順直列スイッチング回路６２・６３
および各逆導通用整流器７２・７３を含む主インバータ
２００の主交流出力端子間に交流負荷３００を接続し、
前記直流入力端子間に１個以上の例えば２個のコンデン
サ３２・３３を含むコンデンサ回路３２・３３を接続し
たインバータ装置を前提とする。 【効果】単一の補助インダクタを用いて、高周波の毎半
サイクル充電形の電源回路を形成することができるの
で、安価である。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は高力率形の電源回路を前
段に備えたインバータ装置に関するものである。特にそ
のインバータ用電源回路を当該インバータの構成に絡め
て改良したものである。

【従来の技術】高力率形の電源回路を前段に備えた図６
の従来のインバータ装置について説明する。図６装置は
交流電源１電圧を整流する整流回路２を備える。順直列
に接続され交互に導通する一対のスイッチ素子６２・６
３を含む順直列スイッチング回路（便宜上、部品符号を
６２・６３をカッコでくくって付記する。以下、同様の
表記法とする。）を備える。各スイッチ素子６２・６３
に逆並列に接続された各逆導通用整流器７２・７３を備
える。整流回路２の直流出力端子を補助インダクタ８ａ
を介して一方のスイッチ素子６３に接続する。順直列ス
イッチング回路（６２・６３）および各逆導通用整流器
７２・７３を含むインバータ２００の交流出力端子間に
交流負荷３００を接続する。順直列スイッチング回路
（６２・６３）両端にコンデンサ３１を含むコンデンサ
回路（３１）を接続する。一方のスイッチ素子６３がオ
ンのときに、補助インダクタ８ａに電磁エネルギを蓄積
する。オフのときに、電磁エネルギを一方の逆導通用整
流器７２を介して放出し、コンデンサ３１を充電する。
図６の１００の範囲は電源回路に相当する。それによっ
て、コンデンサ３１両端に直流電圧を形成し、その直流
電圧でインバータ２００を駆動する。電源回路１００と
インバータ２００は入り組む回路構成となる。図６装置
のインバータ２００は順直列スイッチング回路（６４・
６５）および各逆導通用整流器７６・７７を備える。従
って、フルブリッジ形のインバータ２００形式である。
また、補助インダクタ８ａと対をなすもう一つの補助イ
ンダクタ８ｂを備える。補助インダクタ８ｂは整流回路
２の直流出力端子と他方のスイッチ素子６５との間に介
在する。スイッチ素子６５がオンのときに、補助インダ
クタ８ｂに電磁エネルギを蓄積する。オフのときに、電
磁エネルギを一方の逆導通用整流器７６を介して放出
し、前記コンデンサ３１を充電する。図６の補助インダ
クタ８ａも補助インダクタ８ｂも電源回路１００の範囲
に入る。インバータ２００の高周波周期における正半波
期間（主として、スイッチ素子６３がオン、スイッチ素
子６５がオフの期間）では、補助インダクタ８ａに電磁
エネルギを蓄え、かつ補助インダクタ８ｂの電磁エネル
ギを放出する。また、負半波期間（主として、スイッチ
素子６３がオフ、スイッチ素子６５がオンの期間）で
は、補助インダクタ８ａの電磁エネルギを放出し、かつ
補助インダクタ８ｂに電磁エネルギを蓄積する。よっ
て、インバータ高周波の各半サイクルで動作し、コンデ
ンサ３１を各半サイクル毎に充電する高力率形の電源回
路１００となる。図６装置はフルブリッジ形のインバー
タ２００のを利用し、毎半サイクル充電形の電源回路１
００を実現する。図６における交流負荷３００は放電灯
（蛍光ランプ）５３・バラストインダクタ５１・電極加
熱用コンデンサ５２を含む放電灯点灯回路である。６は
スイッチ素子６２・６５と６３・６４を高周波周期で交
互に導通させる制御回路である。

【発明が解決しようとする課題】従来の図６装置は２個
一組の補助インダクタ８ａ・８ｂを必要とするので高価
である。ちなみに、１個たとえば補助インダクタ８ａの
みを用い、それで補助インダクタ８ｂの機能をも兼ねよ
うとすると、補助インダクタ８ａの右端がスイッチ素子
６３・６５の両方に接続する態様となり、交流負荷３０
０が短絡するので、実現不可である。本発明の目的は単
一の補助インダクタを用いて高周波の毎半サイクル充電
形の電源回路を実現することである。

【課題を解決するための手段】本発明においては、イン
バータ用の一対のスイッチ素子を含む順直列スイッチン
グ回路を利用し、その一方のスイッチ素子を介して充電
され、かつ他方のスイッチ素子を介して放電される補助
コンデンサを加えて補助インバータを形成する。補助コ
ンデンサを含む前記補助インバータの補助交流出力端子
間に補助インダクタを接続する。また、前記補助コンデ
ンサの前記他方のスイッチを介してなされる放電を許容
し、かつ補助インダクタの電磁エネルギの補助コンデン
サへの帰還を阻止する極性の逆阻止用整流器を設ける。
本発明は順直列スイッチング回路を共用した一対のイン
バータを形成し、その一方を主インバータとして交流負
荷用に利用し、もう一方を補助インダクタを負荷とする
補助インバータとして利用し、かつ後者を電源回路形成
に役立てるという着想に基く。

【作用】主インバータ用の順直列スイッチング回路を利
用し、補助コンデンサ等を加えて形成された補助インバ
ータの負荷は補助インダクタである。補助インダクタに
高周波交流電流が流れる。補助インダクタ電流の各半波
に注目すると、その半波前半の電流増加期間は補助イン
ダクタに電磁エネルギを蓄積する期間であり、半波後半
の電流減少期間は電磁エネルギの放出期間に相当する。
補助インダクタから放出する電磁エネルギの帰還を逆阻
止用整流器で抑える。その電磁エネルギを順直列スイッ
チング回路両端のコンデンサないしはコンデンサ回路に
与え、これを充電する。

【実施例】

（図１の実施例）本発明に係る図１の実施例について説
明する。なお、前記図６の部品符号をそのまま転用し、
重複する説明の一部を割愛する。図１装置は交流電源１
電圧を整流する整流回路２を備え、順直列に接続され交
互に導通する一対のスイッチ素子６２・６３を含む順直
列スイッチング回路（６２・６３）を備え、各スイッチ
素子６２・６３に逆並列に接続された各逆導通用整流器
７２・７３を備える。整流回路２の直流出力端子を順直
列スイッチング回路（６２・６３）両端の直流入力端子
に接続する。順直列スイッチング回路（６２・６３）お
よび前記各逆導通用整流器７２・７３を含む主インバー
タ２００の主交流出力端子間に交流負荷３００を接続す
る。前記直流入力端子間に１個以上のコンデンサ３２・
３３を含むコンデンサ回路（３２・３３）を接続する。
以上のようなインバータ装置を前提とし、さらに次のよ
うに構成する。一方のスイッチ素子６２を介して充電さ
れ、かつ他方のスイッチ素子６３を介して放電する補助
コンデンサ３５を設ける。また、一方のスイッチ素子６
２を介して放電し、かつ他方のスイッチ素子６２を介し
て充電される補助コンデンサ３４を設ける。順直列スイ
ッチング回路（６２・６３）、補助コンデンサ３４・３
５を含む補助インバータの補助交流出力端子間に補助イ
ンダクタ８を接続する。さらに、補助コンデンサ３４・
３５のスイッチ素子６２・６３を介してなされる放電を
許容し、かつ補助インダクタ８の電磁エネルギの補助コ
ンデンサ３４・３５への帰還を阻止する極性の一個の逆
阻止用整流器７４・７５を設ける。図１装置についての
構成の説明を補足する。本実施例の主インバータ４はハ
ーフブリッジ形のものである。前記コンデンサ３２・３
３はスイッチ素子６２・６３と共にブリッジ回路を形成
する。それらの中点間が主インバータ２００の主交流出
力端子となる。スイッチ素子６２・６３はトランジスタ
であり、制御回路６により４０ｋＨｚの高周波周期で交
互に導通するように制御される。交流負荷５は放電灯点
灯回路であり、放電灯（蛍光ランプ）５３、放電灯５３
と直列のバラストインダクタ５１、放電灯５３の非電源
側電極端子間の電極加熱用コンデンサ５２を含む。図１
の１００の範囲は電源回路である。その一部は主インダ
クタ２００と重複する。電源回路１００の主役は主イン
バータ２００用の順直列スイッチング回路（６２・６
３）を兼用し、それに補助コンデンサ３４・３５等を加
えて形成された補助インバータである。補助インバータ
も主インバータ２００同様のハーフブリッジ形のもので
ある。補助インバータが動作すると、補助インダクタ８
に高周波交流電流が流れる。その半波前半の電流増加期
間は補助インダクタ８に電磁エネルギを蓄積する期間で
あり、それに続く半波後半の電流減少期間は電磁エネル
ギを放出する期間である。この放出は逆導通用整流器７
２ないしは７３を介してコンデンサ回路（３２・３３）
に対してなされ、これを充電する。図１装置の補助イン
バータの動作等について、図５を引用してもう少し詳し
く説明する。図５は図１装置の各動作ステップに対応す
る等価回路である。図５の電池２０は図１の全波整流電
源（図１の２０）に対応し、スイッチ６２・６３は図１
のスイッチ素子６２・６３に対応する。図５各図の左側
に補助インバータの動作電流を図示し、右側に主インバ
ータの動作電流を図示してあるが、前者に的を絞って説
明する。今、スイッチ素子６２がオフでスイッチ素子６
３がオンであるものとすると、図５（ａ）の局面とな
り、補助インダクタ８に右向き電流が流れる。それは一
方の補助コンデンサ３４の充電電流（破線の電流）であ
り、他方の補助コンデンサ３５の放電電流（一点鎖線の
電流）である。流れる経路は一方の補助コンデンサ３４
から下向きに辿る３４−８−６３−７５−２０−３４の
閉回路（破線の電流が流れる閉回路）であり、他方の補
助コンデンサ３５から上向きに辿る３５−８−６３−７
５−３５の閉回路（一点鎖線の電流が流れる閉回路）で
ある。この間に補助インダクタ８の右向き電流が増加
し、そこに電磁エネルギを蓄積する。若干の時間が経過
し、スイッチ素子６２がオンでスイッチ素子６３がオフ
に切り替わると、図５（ｂ）の局面に進む。この状態に
なると、補助インダクタ８の右向き電流は減少し始め、
電磁エネルギが放出される。その電流経路は補助インダ
クタ８から右きに辿る８−７２−３２−３３−２０−３
４−８の閉回路（破線の電流が流れる閉回路）である。
もう一つの経路は８−７２−３２−３３−７５−３５−
８の閉回路（一点鎖線の電流が流れる閉回路）である。
これにともない、補助インダクタ８の電磁エネルギが放
出され、コンデンサ３２・３３を充電する。この際の逆
阻止用整流器７４の役割は、補助インダクタ８から右向
きに辿る８−７２−７４−３４−８の閉回路形成を阻止
し、電磁エネルギの補助コンデンサ３４への無意味な帰
還を阻止することである。電磁エネルギの放出を完了す
ると、補助インダクタ８の電流は左向きに転向し、図５
（Ｃ）の局面に進む。それは一方の補助コンデンサ３５
の充電電流（破線の電流）であり、他方の補助コンデン
サ３４の放電電流（一点鎖線の電流）である。電流の経
路は一方の補助コンデンサ３５から下向きに辿る３５−
２０−７４−６２−８−３５の閉回路（破線の電流が流
れる閉回路）である。もう一つは、他方のコンデンサ３
４から上向きに辿る３４−７４−６２−８−３４の閉回
路（一点鎖線の電流が流れる閉回路）である。かくし
て、補助インダクタ８に再び電磁エネルギが蓄積され
る。スイッチ素子６２・６３の極性が反転すると、図５
（ｄ）の局面に進み、補助インダクタ８の左向き電流に
基づく電磁エネルギが放出される。放出電流の経路は補
助インダクタ８から左きに辿る８−３５−２０−７４−
３２−３３−７３−８の閉回路（破線の電流が流れる閉
回路）である。もう一つの経路は８−３４−７４−３２
−３３−７３−８の閉回路（一点鎖線の電流が流れる閉
回路）である。これにともない、補助インダクタ８の電
磁エネルギが放出され、コンデンサ３２・３３を充電す
る。この際の逆阻止用整流器７５の役割は、補助インダ
クタ８から左向きに辿る８−３５−７５−７３−８の閉
回路形成を阻止し、電磁エネルギの補助コンデンサ３５
への無意味な帰還を阻止することである。電磁エネルギ
放出後は前記図５（ａ）の局面に戻り、動作を繰り返え
す。図１装置は以上の動作説明から明らかなように、補
助インダクタ８による電磁エネルギ放出・蓄積でワンセ
ットの動作が一方のスイッチ素子６２がオンである半サ
イクルに１回発生し、それによりコンデンサ回路（３２
・３３）を充電する。かつ、他方のスイッチ素子６３が
オンである半サイクルにも１回発生し、コンデンサ回路
（３２・３３）を充電する。１サイクル当たり２セット
分の動作となる。単一の補助コンデンサ８であるにもか
かわらず、毎半サイクル形の充電動作となる。仮に、正
半サイクルで充電し、負半サイクルで充電を休止すると
いう１回おきのパターンであれば、奇数半サイクル時の
補助インダクタ８に偶数半サイクル分も含めた倍の電磁
エネルギを蓄積する必要があり、補助インダクタ８が高
価となる。毎半サイクル形動作の場合は奇数半サイクル
形動作（偶数半サイクル形動作）の場合よりも補助イン
ダクタ８の位置から見た動作周波数が２倍になるために
補助インダクタ８がより小形になると理解される。図１
装置の補助インダクタ８はスイッチ素子６２がオンのと
きにも、スイッチ素子６３がオンのときにも有用され
る。従って、部品としての利用効率がよい。また、整流
回路２の直流出力電圧を補助コンデンサ３４と３５で按
分した低い電圧が補助インダクタ８に印加するので、補
助インダクタ８の耐圧が低くなる。図１装置の一方のス
イッチ素子６２がオンのときには、スイッチ素子６２に
主インバータ動作電流と補助インバータ動作電流が合流
して流れる。他方のスイッチ素子６３がオンのときにも
同様である。したがって、補助インバータ動作電流を見
込んだ大電流容量のスイッチ素子６２・６３を使用する
ことになるが、その程度は同じであるため、同一仕様の
スイッチ素子６２・６３が使える。また、高周波周期で
オンとなるスイッチ素子６２・６３が切替わるが、常に
ほぼ均等レベルの負担となるので、高容量スイッチ素子
６２・６３の利用効率がよい。図１装置の補助コンデン
サ３４・３５はこの位置に配置される常用の平滑コンデ
ンサほどに大容量のものである必要はない。整流回路２
出力電圧の瞬時値が低い場合は補助コンデンサ３４・３
５および補助インダクタ８を媒介してなされる電源回路
１００の出力（電力）も当然に小さくなるが、その間は
コンデンサ３２・３３に蓄えてあるエネルギを放出して
主インバータ２００の正常な動作を保持できるためであ
る。また、補助コンデンサ３４・３５の容量が高すぎる
と、その両端電圧が整流回路２出力電圧（瞬時値）に追
随して変化せず、整流回路２に定期的な非導通角を形成
するので、力率低下の原因となる。図１装置のコンデン
サ３２・３３はハーフブリッジ形の主インバータ２００
の構成部品である。同時に従来の図６装置の平滑用のコ
ンデンサ３１としての役割を兼ねる。このため、コンデ
ンサ３２・３３の利用効率がよい。 （図２の実施例）図２は本発明の別の実施例回路であ
る。以下、図１同様の事項についての説明を割愛し、図
２装置特有の事項に限って説明する。図２の主インバー
タ２００は変形ハーフブリッジ形のものである。この主
インバータ２００は順直列スイッチング回路（６２・６
３）両端の直流入力端子を跨ぐコンデンサ回路（図１の
コンデンサ３２・３３に相当する回路）を持たない。こ
のため順直列スイッチング回路（６２・６３）両端の直
流入力端子間に１個のコンデンサ３１を含むコンデンサ
回路（３１）を付設する。このコンデンサ３１は補助イ
ンダクタ８の電磁エネルギを受け、主インバータ２００
に給電するための平滑用のコンデンサである。図２装置
のコンデンサ３４は図１装置の３３と対応する。コンデ
ンサ３４は一方のスイッチ素子６２を介して充電し、他
方のスイッチ素子６３を介して放電し、その充放電電流
を交流負荷３００に対して供給する。 （図３の実施例）図３は他の実施例回路である。その特
有な事項について説明する。図２の電源回路１００に含
まれる補助インバータは変形ハーフブリッジ形のもので
ある。補助インダクタ８に形成される電流は専ら補助コ
ンデンサ３４の充放電電流となる。図１の３５相当の補
助コンデンサはないが、その容量の分だけ図３の補助コ
ンデンサ３４の容量を大きくすれば、図１電源回路１０
０と等価となる。図１の３５相当の補助コンデンサを省
略したので、これに関連する図１の７５相当の逆阻止用
整流器も不要となる。図３の補助インダクタ８から左向
きに辿る８−２−７３−８の閉回路は整流回路２の所が
逆極性であり、補助インダクタ８の左向き電流に基づく
電磁エネルギの帰還回路としては働かない。 （図４の実施例）図４の実施例について説明する。これ
は整流回路２構成用の４個の整流器２１・２２・２３・
２４のうちの整流器２１・２４の接続点を図１に対して
変更したものである。そのうちの整流器２１のカソード
を逆阻止用整流器７４のアノード側からそのカソード側
に繋ぎ変える。また、整流器２４のアノードを逆阻止用
整流器７５のアノード側からそのカソード側に繋ぎ変え
る。これでもほぼ同効である。この場合でもスイッチ素
子６２・６３が交互に導通して形成される高周波周期の
各半サイクル毎に、補助インダクタ８に電磁エネルギー
を蓄積し、かつコンデンサ回路（３２・３３）に向かっ
て放出する。本発明に係る主インバータ２００について
補足する。主インバータ２００は図１のようなハーフブ
リッジ形のものでも、図２のような変形ハーフブリッジ
形のものでもよい。また、図示は省略したが図６のよう
なスイッチ素子６４・６５等を加えたフルブリッジ形の
ものでもかまわない。それらに共通な事項は順直列スイ
ッチング回路（６２・６３）および各逆導通用整流器７
２・７３を含む主インバータ２００であり、かつ順直列
スイッチング回路（６２・６３）両端を直流入力端子と
する点である。なお、図２のような変形ハーフブリッジ
形のもの、あるいはフルブリッジ形のものである場合
は、順直列スイッチング回路（６２・６３）両端の直流
入力端子に繋がるべきコンデンサ回路がないので、それ
専用の平滑用のコンデンサ（図２あるいは図６における
３１相当のコンデンサ）を補う必要がある。本発明の電
源回路１００に含まれる補助インバータの形式について
補足する。この補助インバータは図１のようなハーフブ
リッジ形のものでも、図２のような変形ハーフブリッジ
形のものでもよい。理論上は図１の補助コンデンサ３４
・３５のそれぞれを下向きの新たなスイッチ素子で代変
えし、そのそれぞれに逆導通用整流器を加えたフルブリ
ッジ形のものでもよいが、コスト負担が嵩むので得策で
ない。

【発明の効果】本発明によれば、単一の補助インダクタ
を用いて高周波の毎半サイクル充電形の電源回路が形成
できる。従って、安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示す回路図

【図２】他の実施例装置を示す回路図

【図３】別の実施例装置を示す回路図

【図４】さらに別の実施例装置を示す回路図

【図５】図１装置の各動作ステップに応じた動作説明用
回路図

【図６】従来装置の回路図

【符号の説明】

１００：電源回路、２００：主インバータ、３００：交
流負荷、１：交流電源、２：整流回路、６２・６３：ス
イッチ素子、７２・７３：逆導通用整流器、３２・３
３：コンデンサ、３４・３５：補助コンデンサ、８：補
助インダクタ、７４・７５：逆阻止用整流器

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【手続補正書】

【提出日】平成７年４月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源電圧を整流する整流回路を備え、
   順直列に接続され交互に導通する一対のスイッチ素子を
   含む順直列スイッチング回路を備え、前記各スイッチ素
   子に逆並列に接続された各逆導通用整流器を備え、前記
   整流回路の直流出力端子を前記順直列スイッチング回路
   両端の直流入力端子に接続し、前記順直列スイッチング
   回路および前記各逆導通用整流器を含む主インバータの
   主交流出力端子間に交流負荷を接続し、前記直流入力端
   子間に１個以上のコンデンサを含むコンデンサ回路を接
   続したインバータ装置において、 前記の一方のスイッチ素子を介して充電され、かつ他方
   のスイッチ素子を介して放電される補助コンデンサを設
   け、前記順直列スイッチング回路と前記補助コンデンサ
   を含む補助インバータの補助交流出力端子間に補助イン
   ダクタを接続し、前記補助コンデンサの前記他方のスイ
   ッチ素子を介してなされる放電を許容し、かつ前記補助
   インダクタの電磁エネルギの前記補助コンデンサへの帰
   還を阻止する極性の逆阻止用整流器を設けたことを特徴
   とするインバータ装置。