JPH08214554A - インバータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路構成を複雑にすることなく、また、ゼロ
近傍における波形ひずみを発生させずに正弦波を出力す
ることができるインバータ回路を提供する。 【構成】 ＤＣ／ＡＣインバータ２００と、ＤＣ／ＡＣ
インバータ２００の動作を制御する制御部３００とから
主に構成され、制御部３００内部には、基準となる正弦
波が作製される基準正弦波発生部３２０と、交流出力波
形と基準となる正弦波とを比較し、誤差信号を増幅出力
する誤差増幅部３１０と、誤差信号の電圧レベルに比例
したパルス幅信号を作製するＰＷＭ回路部３３０と、パ
ルス幅信号を用いてＤＣ／ＡＣインバータ２００を駆動
させ、正弦波を発生させるドライバー３５０と、ＤＣ／
ＡＣインバータ２００内の二系統の切り換えを行う系切
換部３４０と、二系統の切り換え時のゼロクロス点にお
ける波形ひずみを改善するための信号を発生させるゼロ
クロス信号発生回路部３６０とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電圧を単相交流電
圧に変換するインバータ回路に関し、特に、インバータ
電力変換回路およびその制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のインバータ回路のブロッ
ク図である。

【０００３】従来のインバータ回路は図７に示すよう
に、２つのＤＣ／ＡＣインバータ５２０，５３０と、Ｄ
Ｃ／ＡＣインバータ５２０，５３０の動作を制御する制
御部５５０とから主に構成され、外部には直流電源５１
０がインバータ回路５００の入力として入力側に、負荷
５６０がインバータ回路５００の負荷として出力側にそ
れぞれ接続されている。

【０００４】さらに、制御部５５０内部には、インバー
タ回路５００の出力の基準となる正弦波が作製される基
準正弦波発生回路５５２と、インバータ回路５００の交
流出力電圧と基準正弦波発生回路５５２で作製された基
準となる正弦波とを比較し、正弦波の正の半周期と負の
半周期のそれぞれにおける誤差信号を分けて増幅出力す
る誤差増幅部５５１と、正弦波の正の半周期における誤
差信号の電圧レベルに比例したパルス幅信号を作製する
ＰＷＭ回路部５５３と、正弦波の負の半周期における誤
差信号の電圧レベルに比例したパルス幅信号を作製する
ＰＷＭ回路部５５４と、ＰＷＭ回路部５５３，５５４側
と誤差増幅部５５１側のアースに短絡電流が流れないよ
うに設けられ、誤差増幅部５５１にて出力された誤差信
号をＰＷＭ回路部５５３，５５４にそれぞれ伝達するフ
ォトカプラ５５６，５５７と、ＰＷＭ回路部５５３にて
作製されたパルス幅信号を用いてＤＣ／ＡＣインバータ
５２０を駆動させ、正の正弦波を発生させるドライバー
５５８と、ＰＷＭ回路部５５４にて作製されたパルス幅
信号を用いてＤＣ／ＡＣインバータ５３０を駆動させ、
負の正弦波を発生させるドライバー５５９と、ドライバ
ー５５８，５５９によるＤＣ／ＡＣインバータ５２０，
５３０への駆動制御の切り換えを行うドライバー切換コ
ントロール部５５５とが設けられている。

【０００５】図８は、図７に示すインバータ回路におけ
る各部の動作波形を示す図である。

【０００６】以下に、図８を参照して図７に示したイン
バータ回路の動作について説明する。

【０００７】まず、負荷５６０への出力電圧波形である
ｍ点における波形が、図８のｍ点における波形図に示す
ような波形であったとすると、誤差増幅部５５１におい
て基準正弦波発生部５５２にて作製された基準信号と比
較され、ｍ点における波形が正の正弦波である部分につ
いては図８のｎ点における波形図に示すような波形が、
また、ｍ点における波形が負の正弦波である部分につい
ては図８のｏ点における波形図に示すような波形がＰＷ
Ｍ回路部５５３，５５４のそれぞれにフォトカプラ５５
６，５５７を介して入力される。

【０００８】次に、ＰＷＭ回路部５５３，５５４におい
てパルス幅信号作製のための三角波が誤差増幅部５５１
からの波形に重ね合わせられ、パルス幅信号が作製され
る。

【０００９】作製されたパルス幅信号から、ドライバー
５５８，５５９のそれぞれにおいて図８のｐ点，ｑ点に
おける波形図に示すような波形が作製され、ドライバー
切り換えコントロール部５５５にてドライバー５５８に
よるＤＣ／ＡＣインバータ５２０へのパルス幅信号送出
と、ドライバー５５９によるＤＣ／ＡＣインバータ５３
０へのパルス幅信号送出とが切り換えられて、ＤＣ／Ａ
Ｃインバータ５２０，５３０において、それぞれに送ら
れてきたパルス幅信号をもとに基準正弦波発生部５５２
にて作製された基準信号に近い正弦波が発生する。

【００１０】上述した動作が繰返し行われることによ
り、インバータ回路の出力電圧波形は、基準正弦波発生
部５５２にて作製された基準正弦波に限りなく近付く。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来のインバータ回路では、ＤＣ／ＡＣインバータが正
弦波の正負のどちらか一方しか一度に処理することがで
きないため、ＤＣ／ＡＣインバータ、ＰＷＭ回路部およ
び誤差信号伝達用フォトカプラが２組必要となり、回路
構成が複雑になるという問題点がある。

【００１２】また、二系統のＤＣ／ＡＣインバータの動
作の切り換えを行うため、切り換えの際に正弦波出力電
圧がゼロ電位近傍で波形ひずみを生じるという問題点が
ある。

【００１３】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、回路構成を
複雑にすることなく、また、ゼロ近傍における波形ひず
みを発生させずに正弦波を出力することができるインバ
ータ回路を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ＤＣ／ＡＣインバータと該ＤＣ／ＡＣイン
バータの動作を制御する制御部とから主に構成され、直
流電源に接続されて直流を交流に交換するインバータ回
路において、前記ＤＣ／ＡＣインバータは、二次側に２
つの巻線を有するトランスと、前記トランスの二次側の
巻線のそれぞれに整流器とスイッチ素子が直列接続さ
れ、それぞれが逆並列に接続される２つの出力系とを有
し、前記制御部は、前記インバータ回路の出力波形の基
準となる正弦波を作製する基準正弦波発生回路と、前記
基準正弦波発生回路において作製された正弦波と前記イ
ンバータ回路の出力交流波形とを比較し、誤差信号を増
幅出力する誤差増幅部と、前記誤差増幅部から出力され
た誤差信号の電圧レベルに比例したパルス幅信号を作製
するＰＷＭ回路部と、前記ＰＷＭ回路部において作製さ
れたパルス幅信号を用いて前記ＤＣ／ＡＣインバータを
駆動させ正弦波を発生させるドライバーと、前記ＤＣ／
ＡＣインバータ内の２つの出力系の切り換えを前記基準
正弦波発生部において作製される正弦波が正の半周期か
ら負の半周期または負の半周期から正の半周期に変化す
るタイミングで行う系切換部とを有することを特徴とす
る。

【００１５】また、前記系切換部における出力系の切換
時に一定の期間のみ２つの出力系を同時に動作させるた
めの信号を前記系切換部に送出するゼロクロス信号発生
回路を有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記のように構成された本発明では、ＤＣ／Ａ
Ｃインバータ内に二次側に２つの巻線を有するトランス
と、トランスの二次側のそれぞれの巻線を含む２つの出
力系とを設け、その出力系を決められたタイミングで切
り換える系切換部を設けたので、二系統の出力を制御す
るためにＰＷＭ回路部と、ドライバーと、ＤＣ／ＡＣイ
ンバータをそれぞれ２つずつ設ける必要がなくなる。

【００１７】また、出力系の切換時に一定の期間のみ２
つの出力系を同時に動作させるための信号を系切換部に
送出するゼロクロス信号発生回路を設けたので、出力系
の切り換え時に波形ひずみが発生しない。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明における実施例について図面
を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明におけるインバータ回路の
一実施例を示すブロック図である。

【００２０】本実施例におけるインバータ回路は、図１
に示すように、ＤＣ／ＡＣインバータ２００と、ＤＣ／
ＡＣインバータ２００の動作を制御する制御部３００と
から主に構成され、外部には直流電源２６０がインバー
タ回路１００の入力として入力側に、負荷２８０がイン
バータ回路１００の負荷として出力側にそれぞれ接続さ
れている。

【００２１】さらに、制御部３００内部には、インバー
タ回路１００の出力の基準となる正弦波が作製される基
準正弦波発生部３２０と、インバータ回路１００の交流
出力波形と基準正弦波発生部３２０で作製された基準と
なる正弦波とを比較し、誤差信号を増幅出力する誤差増
幅部３１０と、誤差信号の電圧レベルに比例したパルス
幅信号を作製するＰＷＭ回路部３３０と、ＰＷＭ回路部
３３０にて作製されたパルス幅信号を用いてＤＣ／ＡＣ
インバータ２００を駆動させ、正弦波を発生させるドラ
イバー３５０と、ＤＣ／ＡＣインバータ２００内の二系
統の切り換えを行う系切換部３４０と、二系統の切り換
え時のゼロクロス点における波形ひずみを改善するため
の信号を発生させるゼロクロス信号発生回路部３６０と
が設けられている。

【００２２】図２は、図１に示すインバータ回路の具体
的な回路構成図である。

【００２３】ＰＷＭ回路部３３０には、クロック発生回
路３３１、三角波発生回路３３２およびコンパレータ３
３３が設けられており、誤差増幅部３１０から出力され
た誤差信号と三角波発生回路３３２にて作製された三角
波がコンパレータ３３３によって比較され、その結果
と、クロック発生回路３３０からのクロック信号がドラ
イバー３５０に出力される。

【００２４】ドライバー３５０は、コンパレータ３５１
と、３つのインバータ３５２，３５３，３５４と、２つ
のＡＮＤゲート３５５，３５６と、ＯＲゲート３５７と
から構成されており、以下に各々の接続について説明す
る。

【００２５】コンパレータ３５１については非反転端子
には誤差増幅部３１０、基準正弦波発生回路３２０およ
びゼロクロス信号発生回路３６０が接続され、反転端子
は接地され、出力端子にはインバータ３５３の入力端
子、ＡＮＤゲート３５６の第２の入力端子および系切換
部３４０が接続されている。

【００２６】インバータ３５２については、入力端子に
はＰＷＭ回路部３３０内のコンパレータ３３３の出力端
子およびＡＮＤゲート３５５の第１の入力端子が接続さ
れ、出力端子にはＡＮＤゲート３５６の第１の入力端子
が接続されている。

【００２７】インバータ３５３については、出力端子に
はＡＮＤゲート３５５の第２の出力端子および系切換部
３４０が接続されている。

【００２８】インバータ３５４については、入力端子に
はＰＷＭ回路部３３０内のクロック発生回路３３１およ
びＡＮＤゲート３５５の第３の入力端子が接続され、出
力端子にはＡＮＤゲート３５６の第３の入力端子が接続
されている。

【００２９】ＡＮＤゲート３５５については、出力端子
にはＯＲゲート３５７の第１の入力端子が接続されてい
る。

【００３０】ＡＮＤゲート３５６については、出力端子
にはＯＲゲート３５７の第２の入力端子が接続されてい
る。

【００３１】ＯＲゲート３５７については、出力端子に
はＤＣ／ＡＣインバータ２００が接続されている。

【００３２】また、ＤＣ／ＡＣインバータ２００は、二
次側に２つの巻線を有するトランス２１０と、スイッチ
素子である３つのｎ型ＭＯＳＦＥＴ２４０，２５０，２
７０と、整流器である２つのダイオード２２０，２３０
とから構成されており、以下に各々の接続について説明
する。

【００３３】トランス２１０については、一次側の一端
には直流電源２６０のプラス端子が、他端にはＭＯＳＦ
ＥＴ２７０のドレイン端子が接続され、二次側の巻線Ｎ
ｓ１の一端にはＭＯＳＦＥＴ２５０のソース端子と、コ
ンデンサ２９０と、出力端子が、他端にはダイオード２
２０のアノード端子が接続され、二次側の巻線Ｎｓ２の
一端にはＭＯＳＦＥＴ２４０のソース端子と、コンデン
サ２９０と、出力端子が、他端にはダイオード２３０の
アノード端子が接続されている。

【００３４】ＭＯＳＦＥＴ２７０については、ゲート端
子にはＯＲゲート３５７の出力端子が、ソース端子には
直流電源２６０のマイナス端子がそれぞれ接続されてい
る。

【００３５】ＭＯＳＦＥＴ２４０については、ゲート端
子には系切換部３４０が、ドレイン端子にはダイオード
２２０のカソード端子がそれぞれ接続されている。

【００３６】ＭＯＳＦＥＴ２５０については、ゲート端
子には系切換部３４０が、ドレイン端子にはダイオード
２３０のカソード端子がそれぞれ接続されている。

【００３７】上記の構成において、トランス２１０の二
次側の巻線Ｎｓ１、ダイオード２２０および、ＭＯＳＦ
ＥＴ２４０からなる出力系と、トランス２１０の二次側
の巻線Ｎｓ２、ダイオード２３０および、ＭＯＳＦＥＴ
２５０からなる出力系とが逆並列に接続されている。

【００３８】さらに、図２におけるインバータ回路に
は、コンデンサ２９０が平滑用として出力端子に並列に
設けられている。

【００３９】図３は、図２に示した回路の各部における
動作波形図である。また、図４および図５は、図３に示
した動作波形図の詳細を示した図である。

【００４０】以下に、図２から図５を参照しながら本実
施例の動作について説明する。

【００４１】まず、インバータ回路１００（図１参照）
の出力電圧が誤差増幅部３１０に入力されると、基準正
弦波発生回路３２０から出力電圧の基準となる基準正弦
波が誤差増幅部３１０に入力され、インバータ回路１０
０（図１参照）の出力電圧と基準正弦波が比較されて誤
差信号が増幅出力される。

【００４２】次に、ＰＷＭ回路部３３０内の三角波発生
回路３３２において図３に示すような三角波が作製さ
れ、出力される（ｂ点）。

【００４３】誤差増幅部３１０からの出力波形（ｃ点）
と三角波発生回路３３２にて作製された三角波が、コン
パレータ３３３に入力され、パルス信号が作製されてド
ライバー３５０に入力される（ｆ点）。

【００４４】その後、ドライバー３５０において、正弦
波作製のため図３のｊ点、ｋ点における波形図に示すよ
うなパルス信号が作製されてＤＣ／ＡＣインバータ２０
０に入力される。

【００４５】ここで、基準正弦波発生部３２０から出力
される電圧波形が正の半周期の場合、系切換部３４０の
制御によってＭＯＳＦＥＴ２４０はＯＮ、ＭＯＳＦＥＴ
２５０はＯＦＦ状態となる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ２
７０のスイッチング動作によりトランス２１０が駆動し
直流電力が高周波電力に変換されるが、ＭＯＳＦＥＴ２
７０のＯＮ期間に巻線Ｎｐ１に電力が蓄積され、ＯＦＦ
期間に巻線Ｎｓ１を介しトランス２１０の二次側の巻線
Ｎｓ１を含む出力系に電力が伝送される。トランス２１
０の二次側では、ダイオード２２０とコンデンサ２９０
により高周波電力が平滑される。

【００４６】ＰＷＭ信号のパルス幅は交流電圧出力の検
出により時間的に変化し、パルス幅が狭い場合、出力電
圧は低く、パルス幅が広い場合、出力電圧値は高くな
る。制御部３００は、交流出力電圧の検出値によりＰＷ
Ｍ信号のパルス幅を調整する負帰還制御を行い、出力電
圧を定電圧化し、トランス２１０のＮｓ１で半周期の正
弦波を発生させる。

【００４７】また、基準正弦波発生部３２０から出力さ
れる電圧波形が負の半周期の場合、系切換部３４０の制
御によってＭＯＳＦＥＴ２４０はＯＦＦ、ＭＯＳＦＥＴ
２５０はＯＮ状態となる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ２７
０のスイッチング動作によりトランス２１０が駆動し直
流電力が高周波電力に変換されるが、ＭＯＳＦＥＴ２７
０のＯＮ期間に巻線Ｎｐ１に電力が蓄積され、ＯＦＦ期
間に巻線Ｎｓ２を介しトランス２１０の二次側の巻線Ｎ
ｓ２を含む出力系に電力が伝送される。トランス２１０
の二次側では、ダイオード２３０とコンデンサ２９０に
より高周波電力が平滑される。

【００４８】図６は、本実施例におけるゼロクロス信号
発生による波形のひずみの改善について説明するための
図である。

【００４９】以下に、本実施例における、正弦波出力電
圧のゼロ電位近傍でのひずみを改善するためのゼロ電位
近傍における２つの出力の同時ＯＮ制御について説明す
る。

【００５０】基準正弦波発回路３２０（図２参照）にて
作製される基準正弦波が正の半周期から負の半周期また
は、負の半周期から正の半周期に変化するゼロクロスの
タイミングになると、そのタイミングに同期させてゼロ
クロス信号発生回路３６０（図２参照）から一定時間幅
のゼロクロス信号が出力され（ｌ点）、出力されたゼロ
クロス信号と、ｈ点，ｉ点における信号との論理和がと
られることにより、系切換部３４０（図２参照）から出
力される系切換時の信号は、図６のｒ、ｓ点における波
形図に示すように共にハイレベルとなる。それによりこ
の期間では、ＭＯＳＦＥＴ２４０，２５０（図２参照）
による２つの出力系は共に動作状態となり、一方の出力
から他方の出力へスムーズな動作切換ができる。

【００５１】上述した２つの出力系の同時ＯＮ制御によ
り、切換時に発生していたゼロ電位近傍での波形ひずみ
の改善が可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００５３】請求項１に記載のものにおいては、ＤＣ／
ＡＣインバータ内に二次側に２つの巻線を有するトラン
スと、トランスの二次側のそれぞれの巻線を含む２つの
出力系とを設け、さらに、その出力系を決められたタイ
ミングで切り換える系切換部を設けたため、二系統の出
力を制御するためにＰＷＭ回路部と、ドライバーと、Ｄ
Ｃ／ＡＣインバータをそれぞれ２つずつ設ける必要がな
くなる。それにより、回路構成を複雑にすることなくイ
ンバータ回路を構成することができる。

【００５４】請求項２に記載のものにおいては、出力系
の切換時に一定の期間のみ２つの出力系を同時に動作さ
せるための信号を系切換部に送出するゼロクロス信号発
生回路を設けたため、出力系の切り換え時のゼロ近傍に
おける波形ひずみを発生させずに正弦波を出力すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるインバータ回路の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】図１に示すインバータ回路の具体的な回路構成
図である。

【図３】図２に示した回路の各部における動作波形図で
ある。

【図４】図３に示した動作波形図の詳細を示した図であ
る。

【図５】図３に示した動作波形図の詳細を示した図であ
る。

【図６】本発明の一実施例におけるゼロクロス信号発生
による波形のひずみの改善について説明するための図で
ある。

【図７】従来のインバータ回路のブロック図である。

【図８】図７に示すインバータ回路の各部における動作
波形を示す図である。

【符号の説明】

１００ インバータ回路 ２００ ＤＣ／ＡＣインバータ ２１０ トランス ２２０，２３０ ダイオード ２４０，２５０，２７０ ＭＯＳＦＥＴ ２６０ 直流電源 ２８０ 負荷 ２９０ コンデンサ ３００ 制御部 ３１０ 誤差増幅部 ３２０ 基準正弦波発生回路 ３３０ ＰＷＭ回路部 ３３１ クロック発生回路 ３３２ 三角波発生回路 ３３３，３５１ コンパレータ ３４０ 系切換部 ３５０ ドライバー ３５２，３５３，３５４ インバータ ３５５，３５６ ＡＮＤゲート ３５７ ＯＲゲート ３６０ ゼロクロス信号発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＣ／ＡＣインバータと該ＤＣ／ＡＣイ
   ンバータの動作を制御する制御部とから主に構成され、
   直流電源に接続されて直流を交流に交換するインバータ
   回路において、 前記ＤＣ／ＡＣインバータは、 二次側に２つの巻線を有するトランスと、 前記トランスの二次側の巻線のそれぞれに整流器とスイ
   ッチ素子が直列接続され、それぞれが逆並列に接続され
   る２つの出力系とを有し、 前記制御部は、 前記インバータ回路の出力波形の基準となる正弦波を作
   製する基準正弦波発生回路と、 前記基準正弦波発生回路において作製された正弦波と前
   記インバータ回路の出力交流波形とを比較し、誤差信号
   を増幅出力する誤差増幅部と、 前記誤差増幅部から出力された誤差信号の電圧レベルに
   比例したパルス幅信号を作製するＰＷＭ回路部と、 前記ＰＷＭ回路部において作製されたパルス幅信号を用
   いて前記ＤＣ／ＡＣインバータを駆動させ正弦波を発生
   させるドライバーと、 前記ＤＣ／ＡＣインバータ内の２つの出力系の切り換え
   を前記基準正弦波発生部において作製される正弦波が正
   の半周期から負の半周期または負の半周期から正の半周
   期に変化するタイミングで行う系切換部とを有すること
   を特徴とするインバータ回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインバータ回路におい
   て、 前記系切換部における出力系の切換時に一定の期間のみ
   ２つの出力系を同時に動作させるための信号を前記系切
   換部に送出するゼロクロス信号発生回路を有することを
   特徴とするインバータ回路。