JPH074064B2 - 自励インバータの起動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力抵抗の大きいスイ
ッチング素子を利用した例えば高周波スイッング電源に
おける入力側の自励インバータの起動回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来において、図２に示すような自励イ
ンバータ回路では、電源Ｅの正極は主変圧器１の主巻線
１ａを介してＭＯＳ型ＦＥＴ２のドレインに接続し、Ｆ
ＥＴ２のゲートは抵抗３、４を介して主変圧器１の補助
巻線１ｂの一端に接続し、補助巻線１ｂの他端はＦＥＴ
２のドレインと電源Ｅの負極に、また飽和リアクトル５
を介して抵抗３、４の結合点に接続している。電源Ｅの
正極に接続された抵抗６と電源Ｅの負極に接続されたコ
ンデンサ７の直列回路の結合点と、スイッチング素子で
あるＦＥＴ２のゲートとの間にトリガダイオード８を挿
入し、抵抗６とコンデンサ７との結合点とＦＥＴ２のソ
ースの間をダイオード９と抵抗１０の直列回路で接続し
ている。トリガダイオード８からの放電により、コンデ
ンサ７の両端の電圧Vcを図３(a) に示すように発振さ
せ、コンデンサ７の充電電圧Vc2 の放電時に図３(b) に
示すようなパルス電圧Vpを出力し、この出力によりＦＥ
Ｔ２にゲート電圧を供給して起動させ、起動と同時にコ
ンデンサ７の充電電圧Vc2 はダイオード９と抵抗１０に
よってＦＥＴ２を通じて放電させて、不必要な再起動を
防止するように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２に示すよ
うな方法でＦＥＴ２の起動を図る場合は、図中の点線方
向の電流で絶えず磁束が一方向にセットされ、リセット
とセットの繰り返しが充分に行われない。勿論、運転に
入れば飽和リアクトル５はセットとリセットを繰り返す
が、この場合は運転に入る以前において一方向のセット
方向に飽和したままとなり、安定な運転状態に入るには
更に工夫が必要とされる。トリガダイオード８によるパ
ルスにより起動を図ることも以上の配慮の一端である
が、次に述べる点において問題がある。

【０００４】従来の回路で必須であるトリガダイオード
８は固有の重大な弱点を持っている。即ち、第１にその
放電電圧は略３０〜３５Ｖ程度であるので、入力電源電
圧が３０Ｖ以下のスイッチング電源には使用不可能であ
ること、第２にその構造上、高品質の通信工業規格を製
造メーカが保証せず、全て民生規格であり使用保証温度
も０〜８５℃内であることである。

【０００５】本発明の目的は、汎用の部品で構成され、
最低起動電圧が低く、かつインバータの広い動作電圧範
囲内において、スイッチング素子への負担が少ない自励
インバータの起動回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る自励インバータの起動回路は、第１の
スイッチング素子を介して変圧器に入力電圧を接続し、
整流器を介して前記第１のスイッチング素子に並列に接
続したコンデンサの電圧と入力電圧との差を第２のスイ
ッチング素子を介して前記変圧器に接続し、前記変圧器
の補助巻線がインピーダンス素子を直列に介しかつ飽和
リアクトルを並列に介して前記第１のスイッチング素子
の駆動入力に接続している自励インバータにおいて、前
記第１のスイッチング素子の駆動入力と前記飽和リアク
トルとの結線に直列に複数のコンデンサを挿入し、これ
らのコンデンサのそれぞれと並列に定電圧放電素子を接
続し、前記複数のコンデンサの両端に高インピーダンス
素子を介して入力電圧を接続し、前記変圧器の補助巻線
の電圧を他のインピーダンス素子を介して、前記複数の
コンデンサのそれぞれに前記高インピーダンス素子を介
する入力電圧と逆向きに印加するよう構成したことを特
徴とするものである。

【０００７】

【作用】上述の構成を有する自励インバータの起動回路
は、入力電圧を印加すると、高インピーダンス素子を介
して直列の複数のコンデンサの両端に電圧が印加され、
このコンデンサに並列の定電圧放電素子の電圧の和だけ
コンデンサが充電される。この電圧は飽和リアクトルを
介して第１のスイッチング素子の駆動入力に印加される
ため、第１のスイッチング素子が導通して発振が起動さ
れる。この起動によりコンデンサの電圧と補助巻線の電
圧の和が駆動入力に印加されることになるが、補助巻線
の電圧が高くなると、この電圧により他のインピーダン
ス素子を介して前述のコンデンサの電荷が放電されるた
め、駆動入力に過大な電圧が印加されることがない。

【０００８】

【実施例】本発明を図１に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図１は自励インバータの回路図であり、ト
ランス１１の主巻線１１ａは始端が正極入力端子１２に
接続され、終端が主スイッチング素子であるＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ１３のドレイン１３ｄに接続され、ＦＥＴ１３のソ
ース１３ｓは負極入力端子１４に接続されている。ＦＥ
Ｔ１３のドレイン１３ｄにはダイオード１５のアノード
が接続され、ダイオード１５のカソードとＦＥＴ１３の
ソース１３ｓの間にコンデンサ１６が介在されている。

【０００９】トランス１１のリセット巻線１１ｂの始端
は、従スイッチング素子であるＭＯＳ型ＦＥＴ１７のド
レイン１７ｄに接続され、終端はダイオード１５のカソ
ードに接続されていて、ＦＥＴ１７のソース１７ｓは正
極入力端子１２に接続されている。トランス１１の第１
の補助巻線１１ｃには、始端とタップの間に調節用抵抗
器１９の両端が結線され、抵抗器１９の可動端子は抵抗
器２０を介してＦＥＴ１３のゲート１３ｇに接続されて
いる。ＦＥＴ１３のソース１３ｓはまたツェナダイオー
ド２１のアノードに接続され、ツェナダイオード２１の
カソードはツェナダイオード２２のアノードに接続さ
れ、ツェナダイオード２２のカソードは第１の補助巻線
１１ｃの終端に接続されている。ツェナダイオード２
１、２２にはそれぞれコンデンサ２３、２４が並列に接
続されている。ツェナダイオード２２のカソードには、
抵抗器２５を介してツェナダイオード２６のアノードが
接続され、ツェナダイオード２６のカソードは正極入力
端子１２に結線されている。

【００１０】調整用抵抗器１９の可動端子は抵抗器２８
を介してツェナダイオード２２のアノードに接続され、
抵抗器１９の可動端子はまたツェナダイオード３０のカ
ソードに接続され、ツェナダイオード３０のアノードは
抵抗器３１を介してツェナダイオード２１のアノードに
接続されている。ＦＥＴ１３のゲート１３ｇには可飽和
リアクトル３２の一端が接続され、可飽和リアクトル３
２の他端は第１の補助巻線１１ｃの終端に接続されてい
る。

【００１１】第２の補助巻線１１ｄの始端は正極入力端
子１２に接続され、終端はコンデンサ３７の一端に接続
されていて、コンデンサ３７の他端はダイオード３８の
カソードに結線され、ダイオード３８のアノードは正極
入力端子１２に接続されている。ＦＥＴ１７のゲート１
７ｇは抵抗器３９を介してダイオード３８のカソードに
接続されている。

【００１２】トランス１１の第１の２次巻線１１ｅの始
端にダイオード４０のアノードが接続され、ダイオード
４０のカソードはチョークコイル４１を介して正極出力
端子４２に接続されている。また、２次巻線１１ｅの終
端には負極出力端子４３が結線され、出力端子４２、４
３間にはコンデンサ４４が介在されており、負極出力端
子４３にアノードを結線されたダイオード４５のカソー
ドとダイオード４０のカソード同志が接続されている。
出力端子４２、４３の間を抵抗器４６、４７が直列接続
で結合され、抵抗器４８を介して正極出力端子４２にカ
ソード側を接続されたツェナダイオード４９のアノード
が負極出力端子４３に結線されている。

【００１３】ＦＥＴ１７のゲート１７ｇには抵抗器５０
を介してＮＰＮ型トランジスタ５１のコレクタ５１ｃが
接続され、トランジスタ５１のエミッタ５１ｅは正極入
力端子１２に接続されている。トランジスタ５１のベー
ス５１ｂはツェナダイオード４９のカソードに接続さ
れ、エミッタ５１ｅは抵抗器４６と抵抗器４７の結合点
に接続している。

【００１４】トランス１１は２つの２次巻線１１ｆを有
し、何れも２次巻線１１ｆの始端には、可飽和リアクト
ル８３を介してダイオード８４のアノードとダイオード
８５のカソードが接続され、ダイオード８４のカソード
はチョークコイル８６を介して正極出力端子８７に接続
されている。２次巻線１１ｆの終端には負極出力端子８
８が結線され、出力端子８７、８８間はコンデンサ８９
により結合されており、負極出力端子８８にアノードを
結線されたダイオード９０のカソードが、ダイオード８
４のカソードに接続されている。

【００１５】出力端子８７、８８の間は抵抗器９１、調
整用抵抗器９２の両端、抵抗器９３の直列接続及びこの
直列接続に並列な抵抗器９４、ツェナダイオード９５の
直列接続により結合されている。ダイオード８５のアノ
ードは抵抗器９４とツェナダイオード９５のカソードと
の結合点に接続され、更にダイオード８５のアノードは
抵抗器９６を介してＮＰＮ型トランジスタ９７のエミッ
タ９７ｅに接続されている。トランジスタ９７のコレク
タ９７ｃは２次巻線１１ｆの終端に接続され、ベース９
７ｂは調整用抵抗器９２の可動端に接続している。

【００１６】以上の構成において、各部分は次に示すよ
うな機能を持っている。即ち、主スイッチング素子であ
るＦＥＴ１３はゲート１３ｇの電圧が正になると導通し
て、トランス１１の主巻線１１ａと入力端子１２、１４
を接続し、また従スイッチング素子であるＦＥＴ１７
は、同様にゲート１７ｇの電圧が正になるとリセット巻
線１１ｂとコンデンサ１６の直列回路を入力端子１２、
１４に接続するようになっている。この接続は主巻線１
１ａとリセット巻線１１ｂでは、ＦＥＴ１３、１７の方
向に関して互いに逆方向になっている。

【００１７】第１の補助巻線１１ｃは始端を正とする起
電力をＦＥＴ１３のゲート１３ｇに伝達する。また、ツ
ェナダイオード２６は入力端子１２、１４の電圧がツェ
ナ電圧を越えるとコンデンサ２３、２４に充電し、補助
巻線１１ｃと抵抗器２０を介してゲート１３ｇに正電圧
を印加するものであり、入力端子１２、１４に電圧を印
加した際に、これによって最初にＦＥＴ１３をオンに
し、主巻線１１ａに電流を流して発振を開始させる。

【００１８】ゲート１３ｇに正電圧が印加されると主巻
線１１ａに電流が流れ始めるため、補助巻線１１ｃに始
端を正とする起電力が発生し、抵抗器２８に電流が流れ
てコンデンサ２４を放電する。起電力が高いときには、
更にツェナダイオード３０が導通してコンデンサ２３も
放電する。補助巻線１１ｃに始端を正とする起電力が生
ずると、可飽和リアクトル３２を通して電流が流れる。
可飽和リアクトル３２が飽和するまではこの電流は少な
いが、飽和すると電流が多くなって抵抗器２０での電圧
降下が増大するため、ゲート１３ｇの電位が降下し閾値
電圧以下になるためＦＥＴ１３はオフになる。また、補
助巻線１１ｃに終端を正とする起電力が生ずれば、可飽
和リアクトル３２にリセット電流が流れる。

【００１９】コンデンサ３７は第２の補助巻線１１ｄに
始端を正とする起電力が発生すると、ダイオード３８の
順方向電流によって充電され、逆向きの起電力が発生す
ると、これと抵抗器３９、５０とトランジスタ５１を直
列にした回路で放電される。そして、この放電中は従ス
イッチング素子であるＦＥＴ１７のゲート１７ｇに正電
圧が印加され、電流が比較的に大きい期間だけＦＥＴ１
７がオンになる。

【００２０】ＦＥＴ１３がオフになった直後は、主巻線
１１ａには終端を正とする誘導起電力が生じ、この起電
力と入力電圧が加算され、ダイオード１５を介してコン
デンサ１６が充電される。このため、コンデンサ１６の
電圧は入力端子１２、１４の電圧の約２倍になる。ＦＥ
Ｔ１３がオフになると、補助巻線１１ｄに発生する起電
力の極性が変化し、ＦＥＴ１７がオンになる。このと
き、リセット巻線１１ｂの終端を正とする起電力が充分
に小さくなると、コンデンサ１６からリセット巻線１１
ｂとＦＥＴ１７を通ってリセット電流が流れる。このリ
セット電流の増加中は、補助巻線１１ｄにはＦＥＴ１７
をオンにする極性の起電力が生ずるが、やがてコンデン
サ３７の放電電流が減少して抵抗器５０とトランジスタ
５１による電圧降下がＦＥＴ１７の閾値以下になるた
め、ＦＥＴ１７はオフになる。

【００２１】第１の２次巻線１１ｅはＦＥＴ１３がオン
の期間即ちゲート期間には始端を正とする起電力を発生
し、ＦＥＴ１７がオンのリセット期間には逆方向の起電
力を発生する。始端が正のときはダイオード４０に電流
が流れ、チョークコイル４１を介してコンデンサ４４が
充電されると同時に、チョークコイル４１の磁束が増加
する。始端が負のときは２次巻線１１ｅには電流が流れ
ず、チョークコイル４１の磁束が減少することにより、
ダイオード４５に電流が流れコンデンサ４４が充電され
る。

【００２２】出力端子４２、４３には、ＦＥＴ１３、１
７の動作中には常に電圧が発生しているが、この電圧が
抵抗器４６、４７により分圧され、また抵抗器４８とツ
ェナダイオード４９によって定電圧化されて、その差が
トランジスタ５１に印加される。ここで、抵抗器４６、
４７の結合点の電位がツェナダイオード４９による基準
電位よりも高ければ、トランジスタ５１のベース電流が
流れずトランジスタ５１は高抵抗となる。

【００２３】次に、全体の動作を説明する。正極入力端
子１２を正とし、負極入力端子１４を負とする直流入力
電圧を印加すると、この入力電圧がツェナダイオード２
６のツェナ電圧よりも高ければ、コンデンサ２３、２４
が充電されてＦＥＴ１３がオンになり、主巻線１１ａに
電流が流れて発振が開始される。ＦＥＴ１３がオンにな
ると、主巻線１１ａに流れる電流は零から増加を続け、
補助巻線１１ｄに発生した起電力によりコンデンサ３７
が充電される。

【００２４】可飽和リアクトル３２が飽和するとＦＥＴ
１３がオフになり、ＦＥＴ１７がオンになる。このと
き、補助巻線１１ｃには終端を正とする起電力が発生
し、可飽和リアクトル３２にリセット電流が流れる。Ｆ
ＥＴ１３がオフになることにより主巻線１１ａには慣性
電流が流れ続けて、コンデンサ１６が充電される。トラ
ンス１１の磁束が充分に少なくなり起電力が低減する
と、コンデンサ１６がリセット巻線１１ｂを通して放電
を開始し、トランス１１のコアはリセットされて磁束の
向きが逆になる。ＦＥＴ１７がオンになったときから、
コンデンサ３７の抵抗器５０とトランジスタ５１とによ
る放電時定数が経過した後に、ＦＥＴ１７はオフにな
る。抵抗器４６、４７で分圧された出力電圧のフィード
バックにより、出力電圧が規定の電圧よりも高いほど、
トランジスタ５１のベース電圧が逆バイアスされてトラ
ンジスタ５１のコレクタ・エミッタ間の抵抗が大きくな
るために、この放電時定数が長くなる。

【００２５】ＦＥＴ１７がオフになると補助巻線１１ｃ
の起電力の極性が変化し、可飽和リアクトル３２が充分
にリセットされていればＦＥＴ１３がオンになる。ＦＥ
Ｔ１３がオンになると同時にコンデンサ３７は充電され
始め、ダイオード４０に電流が流れ始める。このとき、
トランス１１の補助巻線１１ｃの電圧が充分に大きけれ
ば、コンデンサ２３、２４の電荷がツェナダイオード３
０を通して放電されるため、可飽和リアクトル３２の飽
和時には、必ずＦＥＴ１３のゲート電圧が閾値電圧以下
に低下し、ＦＥＴ１３がオフになる。

【００２６】このような周期を繰り返して自励発振を行
うことになるが、この回路では入力電圧によって可飽和
リアクトル３２が飽和するまでの時間が変化し、入力電
圧が高いほどゲート時間が短くなる。入力電圧に対する
出力電圧の比はゲート時間が短いほど巻線比と比較して
低くなるため、出力端子４２、４３の電圧は入力電圧の
大幅な変動に対して比較的に安定である。更に、抵抗器
４７での分圧と基準電圧の差をトランジスタ５１でフィ
ードバックし、リセット時間を調整することにより出力
電圧を一定にしている。

【００２７】また、可飽和リアクトル８３は磁気増幅器
として機能する。つまり、出力電圧が低いとツェナダイ
オード９５のカソードよりも抵抗器９２の可動端の電位
が低いためトランジスタ９７は高抵抗となり、ダイオー
ド８５には電流が殆ど流れない。このため、可飽和リア
クトル８３はダイオード８４の順方向電流しか流れず、
リセットされないので飽和して低インピーダンスにな
る。すると、可飽和リアクトル８３を通りチョークコイ
ル８６に流れる電流が増加するため出力電圧が上昇す
る。逆に、出力電圧が高過ぎるとトランジスタ９７は低
抵抗になり、ダイオード８５を通してリセット電流が流
れるため、可飽和リアクトル８３はリセットされインピ
ーダンスが高くなり、ゲート時の出力電圧が下降する。
このように、可飽和リアクトル８３はダイオード８５を
流れる電流によってリセット量が連続的に変化するた
め、ゲート時の出力電圧は負荷の変動に対して一定に保
たれる。

【００２８】このインバータでは、可飽和リアクトル３
２の飽和によってゲート時間を決めているため、入力電
圧の大幅な変動に対して、トランス１１の磁束の最大値
の変動は小さく、また回路構成により発振周波数の変動
も少ない。更に、直流出力電圧をフィードバックしてい
るため、入力電圧の変動による２次側出力の変動は最小
限に抑えられている。

【００２９】このように作動電圧範囲が広いことを特徴
とするインバータであるため、起動する際の入力電圧の
範囲が充分に広くなければこの長所を生かすことができ
ない虞れがある。実施例の回路では、コンデンサ２３、
２４を順次に放電することにより、最低起動電圧から最
高動作電圧までＦＥＴ１３のゲート１３ｇに過大な負担
を掛けずに確実な発振が行われる。また、ツェナダイオ
ードを用いているため、起動開始電圧は温度によって大
きく変わることがなく、起動電圧も充分に低く設定する
ことが容易である。

【００３０】なお、直流出力電圧や過電流のフィードバ
ックをフォトカプラ等を介して行ってもよい。また、被
駆動回路の定電圧回路は磁気増幅器を用いたものに限定
されず、更に直流出力は３組でなくてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る自励イ
ンバータの起動回路は、トリガダイオードを用いないの
で、トリガダイオードの弱点にこだわらずに回路を構成
できる。また、回路構成が簡素で、高安定性を有する。
更に、起動後に、複数のコンデンサの充電電圧を順次に
零にすることにより、ゲート電圧が充分に抑制されて能
率が向上し、出力ノイズも低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の回路図である。

【図２】従来のＤＣ−ＣＤコンバータの構成図である。

【図３】起動回路の出力波形図である。

【符号の説明】

１１ トランス １１ａ 主巻線 １１ｂ リセット巻線 １１ｃ、１１ｄ 補助巻線 １１ｅ、１１ｆ ２次巻線 １２ 正極入力端子 １３、１７ ＭＯＳ型ＦＥＴ １４ 負極入力端子 １６、２３、２４、３７、４４、８９ コンデンサ ２１、２２、２６、４９、９５ ツェナダイオード ３２ 可飽和リアクトル ４１、８６ チョークコイル ４２、８７ 正極出力端子 ４３、８８ 負極出力端子 ５１、９７ トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のスイッチング素子を介して変圧器
   に入力電圧を接続し、整流器を介して前記第１のスイッ
   チング素子に並列に接続したコンデンサの電圧と入力電
   圧との差を第２のスイッチング素子を介して前記変圧器
   に接続し、前記変圧器の補助巻線がインピーダンス素子
   を直列に介しかつ飽和リアクトルを並列に介して前記第
   １のスイッチング素子の駆動入力に接続している自励イ
   ンバータにおいて、前記第１のスイッチング素子の駆動
   入力と前記飽和リアクトルとの結線に直列に複数のコン
   デンサを挿入し、これらのコンデンサのそれぞれと並列
   に定電圧放電素子を接続し、前記複数のコンデンサの両
   端に高インピーダンス素子を介して入力電圧を接続し、
   前記変圧器の補助巻線の電圧を他のインピーダンス素子
   を介して、前記複数のコンデンサのそれぞれに前記高イ
   ンピーダンス素子を介する入力電圧と逆向きに印加する
   よう構成したことを特徴とする自励インバータの起動回
   路。