JPH0834698B2 - インバータ装置 - Google Patents
インバータ装置Info
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- JPH0834698B2 JPH0834698B2 JP61243207A JP24320786A JPH0834698B2 JP H0834698 B2 JPH0834698 B2 JP H0834698B2 JP 61243207 A JP61243207 A JP 61243207A JP 24320786 A JP24320786 A JP 24320786A JP H0834698 B2 JPH0834698 B2 JP H0834698B2
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- Inverter Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータ装置に関し、特に、直流電圧入力
点と負荷の間にMOS（金属酸化物半導体）トランジス
タ、より広くはMIS（金属絶縁物半導体）トランジス
タ、を直列に介在させ、該MOSトランジスタを単一周波
数の信号により駆動することにより直流電圧を該単一周
波数に応じた交流電圧に変換するインバータ装置に関す
る。本発明による装置は、例えばRF（高周波）励起型CO
2（炭酸ガス）レーザ装置の高周波電源として利用され
得る。
点と負荷の間にMOS（金属酸化物半導体）トランジス
タ、より広くはMIS（金属絶縁物半導体）トランジス
タ、を直列に介在させ、該MOSトランジスタを単一周波
数の信号により駆動することにより直流電圧を該単一周
波数に応じた交流電圧に変換するインバータ装置に関す
る。本発明による装置は、例えばRF（高周波）励起型CO
2（炭酸ガス）レーザ装置の高周波電源として利用され
得る。
第２図には上述したインバータ装置の従来形の一構成
例が示される。同図においてQ21,Q22,Q23およびQ24はＮ
チャネル型MOSトランジスタを示し、直流電圧ESの入力
点間に、トランジスタQ21およびQ22が直列接続され、か
つトランジスタQ23およびQ24が直列接続されている。ト
ランジスタQ21およびQ22の接続点とトランジスタQ23お
よびQ24の接続点との間には負荷20が接続される。ま
た、各トランジスタQ21〜Q24のゲート端子にはそれぞれ
単一周波数の駆動信号VGS1，VGS2，VGS3，VGS4が印加さ
れるようになっている。ここで、駆動信号VGS1とVGS4は
同一信号であり、VGS2とVGS3も同一信号であり、前者と
後者は互いに逆位相の関係にある。従って、トランジス
タ対Q21およびQ24と、Q22およびQ23は、駆動信号VGS1の
周波数に応じて交互にオン・オフ動作を行う。これによ
って、トランジスタQ21およびQ24がオン状態の時は負荷
20にESの電圧が印加され、トランジスタQ22およびQ23が
オン状態の時は負荷20に−ESの負電圧が印加される。
例が示される。同図においてQ21,Q22,Q23およびQ24はＮ
チャネル型MOSトランジスタを示し、直流電圧ESの入力
点間に、トランジスタQ21およびQ22が直列接続され、か
つトランジスタQ23およびQ24が直列接続されている。ト
ランジスタQ21およびQ22の接続点とトランジスタQ23お
よびQ24の接続点との間には負荷20が接続される。ま
た、各トランジスタQ21〜Q24のゲート端子にはそれぞれ
単一周波数の駆動信号VGS1，VGS2，VGS3，VGS4が印加さ
れるようになっている。ここで、駆動信号VGS1とVGS4は
同一信号であり、VGS2とVGS3も同一信号であり、前者と
後者は互いに逆位相の関係にある。従って、トランジス
タ対Q21およびQ24と、Q22およびQ23は、駆動信号VGS1の
周波数に応じて交互にオン・オフ動作を行う。これによ
って、トランジスタQ21およびQ24がオン状態の時は負荷
20にESの電圧が印加され、トランジスタQ22およびQ23が
オン状態の時は負荷20に−ESの負電圧が印加される。
また、第２図において破線表示されるキャパシタ
ＣS1′,CS2′ＣS3′,CS4′はそれぞれMOSトランジスタQ
21,Q22,Q23,Q24のドレイン・ソース間の出力容量を表わ
す。このような出力容量はMOSトランジスタのドレイン
領域およびソース領域の大きさと不純物濃度、ドレイン
・ソース間の形成位置等により決まるものであり、その
存在は当業者には一般に知られている。
ＣS1′,CS2′ＣS3′,CS4′はそれぞれMOSトランジスタQ
21,Q22,Q23,Q24のドレイン・ソース間の出力容量を表わ
す。このような出力容量はMOSトランジスタのドレイン
領域およびソース領域の大きさと不純物濃度、ドレイン
・ソース間の形成位置等により決まるものであり、その
存在は当業者には一般に知られている。
上述した従来形のインバータ装置においては、スイッ
チング用MOSトランジスタのドレイン・ソース間に出力
容量（キャパシタ）が存在するために、該キャパシタの
充放電特性に起因してスイッチング動作が速やかに行わ
れないという問題があった。このため、例えばトランジ
スタ（Q21,Q22,Q23,Q24）が（オン、オフ、オフ、オ
ン）の状態から、（オフ、オン、オン、オフ）の状態に
スイッチングする時に、トランジスタQ21およびQ22を通
してキャパシタＣS1′の充電電流およびキャパシタ
ＣS2′の放電電流が流れ、同時に、トランジスタQ23お
よびQ24を通して同様に充放電電流が流れるので、該ト
ランジスタQ21〜Q24のそれぞれのオン抵抗とキャパシタ
ＣS1′〜ＣS4′の値に基づく電力損失が生じるという問
題があった。
チング用MOSトランジスタのドレイン・ソース間に出力
容量（キャパシタ）が存在するために、該キャパシタの
充放電特性に起因してスイッチング動作が速やかに行わ
れないという問題があった。このため、例えばトランジ
スタ（Q21,Q22,Q23,Q24）が（オン、オフ、オフ、オ
ン）の状態から、（オフ、オン、オン、オフ）の状態に
スイッチングする時に、トランジスタQ21およびQ22を通
してキャパシタＣS1′の充電電流およびキャパシタ
ＣS2′の放電電流が流れ、同時に、トランジスタQ23お
よびQ24を通して同様に充放電電流が流れるので、該ト
ランジスタQ21〜Q24のそれぞれのオン抵抗とキャパシタ
ＣS1′〜ＣS4′の値に基づく電力損失が生じるという問
題があった。
また、駆動信号VGS1〜VGS4の周波数が高くなればなる
ほど、キャパシタＣS1′〜ＣS4′のリアクタンスが減小
して電流が流れ易くなるので電力損失が一層増大し、し
かも上述したスイッチング動作のスピード劣下がより顕
著に現われるので、高速化すなわち電源の高周波化が損
なわれるという問題もあった。
ほど、キャパシタＣS1′〜ＣS4′のリアクタンスが減小
して電流が流れ易くなるので電力損失が一層増大し、し
かも上述したスイッチング動作のスピード劣下がより顕
著に現われるので、高速化すなわち電源の高周波化が損
なわれるという問題もあった。
本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みな
されたもので、装置内の電力損失を低減させて効率の増
大を図ると共に、電源としての高周波化を可能にするイ
ンバータ装置を提供することを目的としている。
されたもので、装置内の電力損失を低減させて効率の増
大を図ると共に、電源としての高周波化を可能にするイ
ンバータ装置を提供することを目的としている。
本発明によれば、直流電圧入力点と負荷の間に直列に
介在され、単一周波数の駆動信号に応答してこの単一周
波数に応じたスイッチング動作を行う少くとも１個のMI
Sトランジスタと、上述の直流電圧入力点に直列に挿入
され、上述の単一周波数においてMISトランジスタの出
力電流を一定にする第１のインダクタンス素子と、上述
の負荷と並列に接続され、この負荷から入力側を見た時
の等価総容量と並列共振する第２のインダクタンス素子
と、を備えてなるインバータ装置が提供される。
介在され、単一周波数の駆動信号に応答してこの単一周
波数に応じたスイッチング動作を行う少くとも１個のMI
Sトランジスタと、上述の直流電圧入力点に直列に挿入
され、上述の単一周波数においてMISトランジスタの出
力電流を一定にする第１のインダクタンス素子と、上述
の負荷と並列に接続され、この負荷から入力側を見た時
の等価総容量と並列共振する第２のインダクタンス素子
と、を備えてなるインバータ装置が提供される。
本発明によるインバータ装置においては、負荷から入
力側を見た時の等価総容量（等価キャパシタ）と共振す
る第２のインダクタンス素子が該負荷と並列に接続され
ているので、MISトランジスタのドレイン・ソース間の
出力容量（キャパシタ）を含む装置全体の容量による影
響が第２のインダクタンス素子により相殺される。これ
は、キャパシタが存在しないことと等価である。従っ
て、MISトランジスタのスイッチング時に該キャパシタ
の充放電電流が流れることにより生じる電力損失を皆無
にすることができ、これによってインバータ装置の高効
率化が可能となる。
力側を見た時の等価総容量（等価キャパシタ）と共振す
る第２のインダクタンス素子が該負荷と並列に接続され
ているので、MISトランジスタのドレイン・ソース間の
出力容量（キャパシタ）を含む装置全体の容量による影
響が第２のインダクタンス素子により相殺される。これ
は、キャパシタが存在しないことと等価である。従っ
て、MISトランジスタのスイッチング時に該キャパシタ
の充放電電流が流れることにより生じる電力損失を皆無
にすることができ、これによってインバータ装置の高効
率化が可能となる。
また、キャパシタによる影響が無いので、従来形にお
いて駆動信号の周波数の増大に伴いMISトランジスタの
スイッチング速度が損なわれるという問題点を解決する
ことができる。これは、周波数の上限に制約を与えない
ことを意味し、言い換えると、本発明装置が電源として
高周波化され得ることを意味するものである。
いて駆動信号の周波数の増大に伴いMISトランジスタの
スイッチング速度が損なわれるという問題点を解決する
ことができる。これは、周波数の上限に制約を与えない
ことを意味し、言い換えると、本発明装置が電源として
高周波化され得ることを意味するものである。
第１図には本発明の一実施例としてのインバータ装置
の回路構成が示される。第１図の例示は、RF励起型CO2
レーザ装置の高周波電源として本装置を組込んだ場合を
示す。
の回路構成が示される。第１図の例示は、RF励起型CO2
レーザ装置の高周波電源として本装置を組込んだ場合を
示す。
第１図においてRFCは高周波チョークコイルを示し、
該コイルは回路に流れる電流を一定に維持するためのも
のである。Q1〜Q4はそれぞれＮチャネル型MOSトランジ
スタを示し、直流電圧ESの入力点間に高周波チョークコ
イルRFCを介して、トランジスタQ1およびQ2が直列接続
され、かつトランジスタQ3およびQ4が直列接続されてい
る。また、破線表示されるキャパシタCS1，CS2，CS3，C
S4はそれぞれトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4のドレイン・ソ
ース間の出力容量を表わす。10は負荷としてのレーザ管
を示し、該レーザ管は、高周波のインバータ出力電圧V
OUTが印加される１対の電極10a,10bと、放電用の石英管
10cとからなっている。この１対の電極10aおよび10bの
間にはコイルＬが接続される。11はインバータ回路とレ
ーザ管を電気的に接続するための同軸ケーブルであり、
中心導体11aおよび外部導体11bを有している。なお、破
線表示されるキャパシタCOはケーブル11の等価容量を表
わす。このケーブルの中心導体11aを介してレーザ管10
の一法の電極10aがトランジスタQ1およびQ2の接続点に
接続され、外部導体11bを介してレーザ管10の他方の電
極10bがトランジスタQ3およびQ4の接続点に接続されて
いる。
該コイルは回路に流れる電流を一定に維持するためのも
のである。Q1〜Q4はそれぞれＮチャネル型MOSトランジ
スタを示し、直流電圧ESの入力点間に高周波チョークコ
イルRFCを介して、トランジスタQ1およびQ2が直列接続
され、かつトランジスタQ3およびQ4が直列接続されてい
る。また、破線表示されるキャパシタCS1，CS2，CS3，C
S4はそれぞれトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4のドレイン・ソ
ース間の出力容量を表わす。10は負荷としてのレーザ管
を示し、該レーザ管は、高周波のインバータ出力電圧V
OUTが印加される１対の電極10a,10bと、放電用の石英管
10cとからなっている。この１対の電極10aおよび10bの
間にはコイルＬが接続される。11はインバータ回路とレ
ーザ管を電気的に接続するための同軸ケーブルであり、
中心導体11aおよび外部導体11bを有している。なお、破
線表示されるキャパシタCOはケーブル11の等価容量を表
わす。このケーブルの中心導体11aを介してレーザ管10
の一法の電極10aがトランジスタQ1およびQ2の接続点に
接続され、外部導体11bを介してレーザ管10の他方の電
極10bがトランジスタQ3およびQ4の接続点に接続されて
いる。
MOSトランジスタQ1〜Q4のそれぞれのゲートには、単
一周波数f0の駆動信号VGS1，VGS2，VGS3，VGS4が印加さ
れるようになっている。ここで、駆動信号VGS1とVGS4は
同一信号であり、VGS2とVGS3も同一信号であり、前者と
後者は互いに逆位相の関係にある。従って、トランジス
タQ1およびQ4と、Q2およびQ3は、駆動信号の周波数f0に
応じて交互にオン・オフ動作を行う。これによって、レ
ーザ管10の電極間には該周波数f0に対応した、振幅ESの
高周波電圧が印加される。
一周波数f0の駆動信号VGS1，VGS2，VGS3，VGS4が印加さ
れるようになっている。ここで、駆動信号VGS1とVGS4は
同一信号であり、VGS2とVGS3も同一信号であり、前者と
後者は互いに逆位相の関係にある。従って、トランジス
タQ1およびQ4と、Q2およびQ3は、駆動信号の周波数f0に
応じて交互にオン・オフ動作を行う。これによって、レ
ーザ管10の電極間には該周波数f0に対応した、振幅ESの
高周波電圧が印加される。
レーザ管10と並列に接続されたコイルＬは、レーザ管
の両電極端から入力側すなわちインバータ回路側を見た
時の等価総容量（等価キャパシタ）と並列共振する値に
選定されている。すなわち、各素子の値と駆動信号の周
波数f0との間には、 の関係がある。ここで、キャパシタCKは（CS2＋CS3）ま
たは（CS1＋CS4）で表わされる。前者はトランジスタ
（Q1,Q2,Q3,Q4）が（オン、オフ、オフ、オン）の状態
から（オフ、オン、オン、オフ）の状態にスイッチング
した場合に相当し、後者は各トランジスタがその逆の状
態にスイッチングした場合に相当する。従って、コイル
Ｌのインダクタンスが固定の値であることを考慮し、各
トランジスタQ1〜Q4の出力容量が（CS2＋CS3）＝（CS1
＋CS4）の関係を満たすように各トランジスタを選定す
る必要がある。
の両電極端から入力側すなわちインバータ回路側を見た
時の等価総容量（等価キャパシタ）と並列共振する値に
選定されている。すなわち、各素子の値と駆動信号の周
波数f0との間には、 の関係がある。ここで、キャパシタCKは（CS2＋CS3）ま
たは（CS1＋CS4）で表わされる。前者はトランジスタ
（Q1,Q2,Q3,Q4）が（オン、オフ、オフ、オン）の状態
から（オフ、オン、オン、オフ）の状態にスイッチング
した場合に相当し、後者は各トランジスタがその逆の状
態にスイッチングした場合に相当する。従って、コイル
Ｌのインダクタンスが固定の値であることを考慮し、各
トランジスタQ1〜Q4の出力容量が（CS2＋CS3）＝（CS1
＋CS4）の関係を満たすように各トランジスタを選定す
る必要がある。
上述したように、コイルＬと等価キャパシタ（CO＋
CK）は並列共振を起こすので、レーザ管の両電極端から
インバータ回路側を見た入力インピーダンスは極めて大
きくなる。すなわち、トランジスタの各出力容量CS1〜C
S4を含む装置全体の容量による影響がコイルＬの作用に
より相殺される。従って、トランジスタのスイッチング
時に各出力容量の充放電電流が当該トランジスタ内を流
れることにより生じる電力損失が無くなるので、装置全
体の電力変換効率が増大する。特に、駆動信号の周波数
f0が高くなればなるほど、この効果は顕著に現われる。
なぜならば、コイルＬが接続されていない場合には、ト
ランジスタQ1〜Q4の出力容量（キャパシタ）CS1〜CS4の
リアクタンスは周波数の増大に伴い減小し、これによっ
て電流が流れ易くなるので電力損失がより一層増大する
からである。
CK）は並列共振を起こすので、レーザ管の両電極端から
インバータ回路側を見た入力インピーダンスは極めて大
きくなる。すなわち、トランジスタの各出力容量CS1〜C
S4を含む装置全体の容量による影響がコイルＬの作用に
より相殺される。従って、トランジスタのスイッチング
時に各出力容量の充放電電流が当該トランジスタ内を流
れることにより生じる電力損失が無くなるので、装置全
体の電力変換効率が増大する。特に、駆動信号の周波数
f0が高くなればなるほど、この効果は顕著に現われる。
なぜならば、コイルＬが接続されていない場合には、ト
ランジスタQ1〜Q4の出力容量（キャパシタ）CS1〜CS4の
リアクタンスは周波数の増大に伴い減小し、これによっ
て電流が流れ易くなるので電力損失がより一層増大する
からである。
また、各トランジスタのキャパシタCS1〜CS4による影
響が無いので、言い換えると、周波数に依存する素子が
等価的に存在しない状態が実現されているので、各トラ
ンジスタを周波数f0の駆動信号によりスイッチング動作
させる場合に該周波数f0の上限に制約を設ける必要がな
くなる。これによって、第１図装置が電源として高周波
化され得るものとなり、しかも周波数f0の大きさにかか
わらずMOSトランジスタQ1〜Q4のスイッチングを速やか
に行わせることができる。
響が無いので、言い換えると、周波数に依存する素子が
等価的に存在しない状態が実現されているので、各トラ
ンジスタを周波数f0の駆動信号によりスイッチング動作
させる場合に該周波数f0の上限に制約を設ける必要がな
くなる。これによって、第１図装置が電源として高周波
化され得るものとなり、しかも周波数f0の大きさにかか
わらずMOSトランジスタQ1〜Q4のスイッチングを速やか
に行わせることができる。
従って、本実施例で使用したレーザ管10のように印加
電圧周波数の増大に伴い効率が増大するような負荷に対
しては、本実施例のインバータ装置は極めて有利とな
る。
電圧周波数の増大に伴い効率が増大するような負荷に対
しては、本実施例のインバータ装置は極めて有利とな
る。
なお、本実施例ではCO2レーザを例によって説明した
が、それに限らず、例えばHe−Ne,CO,エキシマ等の他の
すべてのガスレーザにも適用可能である。
が、それに限らず、例えばHe−Ne,CO,エキシマ等の他の
すべてのガスレーザにも適用可能である。
以上説明したように本発明によれば、インバータ装置
内の電力損失を低減させて電力変換効率を増大させるこ
とができると共に、電源として高周波化を図ることがで
きる。
内の電力損失を低減させて電力変換効率を増大させるこ
とができると共に、電源として高周波化を図ることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例としてのインバータ装置を示
す回路構成図、 第２図は従来形の一例としてのインバータ装置を示す回
路構成図、 である。 （符号の説明） 10…負荷（レーザ管）、11…同軸ケーブル、Q1〜Q4…MO
Sトランジスタ、RFC…高周波チョークコイル、Ｌ…コイ
ル、CS1〜CS4…出力容量（キャパシタ）、CO…ケーブル
容量、ES…直流電圧、VGS1〜VGS4…駆動信号、VOUT…イ
ンバータ出力電圧。
す回路構成図、 第２図は従来形の一例としてのインバータ装置を示す回
路構成図、 である。 （符号の説明） 10…負荷（レーザ管）、11…同軸ケーブル、Q1〜Q4…MO
Sトランジスタ、RFC…高周波チョークコイル、Ｌ…コイ
ル、CS1〜CS4…出力容量（キャパシタ）、CO…ケーブル
容量、ES…直流電圧、VGS1〜VGS4…駆動信号、VOUT…イ
ンバータ出力電圧。
Claims (1)
- 【請求項１】直流電圧入力点と負荷の間に直列に介在さ
れ、単一周波数の駆動信号に応答して該単一周波数に応
じたスイッチング動作を行う少くとも１個のMISトラン
ジスタと、 該直流電圧入力点に直列に挿入され、該単一周波数にお
いて該MISトランジスタの出力電流を一定にする第１の
インダクタンス素子と、 該負荷と並列に接続され、該負荷から入力側を見た時の
等価総容量と並列共振する第２のインダクタンス素子
と、 を備えてなるインバータ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61243207A JPH0834698B2 (ja) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | インバータ装置 |
| US07/207,092 US4811192A (en) | 1986-10-15 | 1987-10-15 | Inverter apparatus |
| DE8787906772T DE3781402T2 (de) | 1986-10-15 | 1987-10-15 | Wechselrichter. |
| PCT/JP1987/000781 WO1988002949A1 (fr) | 1986-10-15 | 1987-10-15 | Onduleur |
| EP87906772A EP0285674B1 (en) | 1986-10-15 | 1987-10-15 | Inverter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61243207A JPH0834698B2 (ja) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | インバータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6399782A JPS6399782A (ja) | 1988-05-02 |
| JPH0834698B2 true JPH0834698B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=17100424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61243207A Expired - Fee Related JPH0834698B2 (ja) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | インバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834698B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI124291B (fi) | 2012-11-14 | 2014-06-13 | Abb Oy | Järjestely ja menetelmä liikennevälineinvertterikäyttöön |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55117474A (en) * | 1979-03-01 | 1980-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | Transistor inverter |
-
1986
- 1986-10-15 JP JP61243207A patent/JPH0834698B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6399782A (ja) | 1988-05-02 |
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