JPH10136662A - 自励式インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力直流電圧により起動され、供給された直
流電圧に応じて交流電圧発生し負荷に供給する自励式イ
ンバータに関し、容量性負荷に対して動作波形に歪みが
なく、かつ、変換効率が良好な自励式インバータを提供
することを目的とする。 【解決手段】 本発明のインバータ２１は、１次側に発
生する交流電圧に応じて２次側に接続された負荷に交流
電圧を印加するトランス６と、トランス６の１次巻線に
エミッタフォロワ接続されたトランジスタＱ1 と、トラ
ンジスタＱ1 のベースとトランス６の二次巻線との間に
接続され、トランス６の二次側から正帰還を行うコンデ
ンサＣ1 と、トランジスタＱ1 のベースに接続された抵
抗Ｒ1 と、抵抗Ｒ1 と直流電圧が供給される入力端子と
の間に接続された抵抗Ｒ11と、抵抗Ｒ11に並列に接続さ
れたコンデンサＣ11とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自励式インバータに
係り、特に、入力直流電圧により起動され、供給された
直流電圧に応じて交流電圧発生し負荷に供給する自励式
インバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ（electroluminescence ；電界発
光）を利用したランプ（以降ＥＬランプと呼ぶ）は、誘
電物質からなり、蛍光物質が含有された発光体を２枚の
電極で狭持し、発光体を狭持した２枚の電極の間に高周
波、高電圧の交流電圧を印加し、発光体に含有された蛍
光物質に交流電界を加えることにより蛍光物質を励起し
て発光させる。このため、ＥＬを利用したランプを発光
させるには交流電圧が必要となる。

【０００３】ＥＬランプを構成する発光体には、印加電
圧の大きさ、及び、周波数に比例して輝度が増大するも
のがあり、このような発光体を用いる場合、商用交流電
圧をそのまま印加するよりも、乾電池、蓄電池による直
流電圧、あるいは、商用交流電圧を整流し、直流に変換
した直流電圧をインバータにより高周波、高電圧の交流
電圧に変換して、ＥＬランプに供給した方が効率的な点
灯が行える。

【０００４】このため、従来から直流電圧を高周波、高
電圧の交流電圧に変換するためのＥＬランプ用のインバ
ータが開発されている。図４に従来のこの種のインバー
タの回路構成図である。同図中、１は直流電源、２はス
イッチ、３はフィルタ、４はインバータ、５はＥＬラン
プなどの容量性負荷を示す。

【０００５】直流電源１の直流電圧はスイッチ２、フィ
ルタ３を介してノイズが除去されてインバータ４に供給
される。インバータ４は、二次側にＥＬランプなどの容
量性負荷５が接続されたトランス６、トランス６の一次
側とフィルタ３との間のコレクタ−エミッタが接続され
たＮＰＮトランジスタ（以降、単にトランジスタ）Ｑ1
、トランジスタＱ1 のベースとトランスの二次側に接
続されたバイアス用コンデンサＣ1 、トランジスタＱ1
のベースとコレクタとの間に接続された抵抗Ｒ1から構
成される。

【０００６】次に、図４に示す回路の動作を説明する。
スイッチ２を投入すると、直流電源１からフィルタ３を
介して直流電圧がインバータ４に供給される。インバー
タ４は、直流電圧が印加されると、まず、コンデンサＣ
1 が充電され、一定電圧まで充電され、トランジスタＱ
1 のベース−エミッタ間がオン電圧になると、トランジ
スタＱ1 がオンし、トランジスタＱ1 のコレクタ−エミ
ッタ間を介してトランス６に電流が流れる。

【０００７】トランス６に電流が流れ、トランス６が飽
和すると、トランジスタＱ1 がオフし、トランス６への
電流の供給が停止される。以降、上記動作によりトラン
ジスタＱ1 がスイッチングされ、容量性負荷５のＥＬラ
ンプに交流電圧が印加される。

【０００８】図５に従来の一例の動作波形図を示す。図
５（Ａ）は直流電源１から供給される電流Ｉinの波形、
図５（Ｂ）はインバータ４に印加される直流電圧Ｖinの
波形、図５（Ｃ）はインバータ４に供給される電流Ｉi
n' の波形、図５（Ｄ）はインバータ４から容量性負荷
５に印加される交流電圧Ｖout の波形、図５（Ｅ）はイ
ンバータ４から容量性負荷５に供給される電流Ｉout の
波形図を示す。

【０００９】インバータ４の負荷は容量性負荷５である
ため、容量性負荷５の抵抗及び容量によりトランス６に
発生する交流電圧に位相のずれが発生してしまい、図５
（Ｄ）に示すように容量性負荷５に印加される交流電圧
が大きく歪んでしまう。この交流電圧の歪みによりＥＬ
ランプの発光効率が劣化してしまう。

【００１０】そこで、特公昭６２−１５０３２号で、比
較的簡単な構成で交流電圧の歪みが低減できるインバー
タが提案されていた。図６に従来の他の一例の回路構成
図を示す。図６は特公昭６２−１５０３２号で提案され
たインバータの回路構成図を示す。同図中、図４と同一
構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００１１】図６に示すインバータ１１は、トランジス
タＱ1 のベースとコレクタとの間にコンデンサＣ2 を接
続し、また、抵抗Ｒ1 とコンデンサＣ1 との接続点とト
ランジスタＱ1 のベースとの間に抵抗Ｒ2 を接続してな
るタイミング調整回路１２を設けてなる。

【００１２】タイミング調整回路１２は、コンデンサＣ
2 及び抵抗Ｒ2 によりコンデンサの充放電定数を調整す
ることにより、トランジスタＱ1 のベース電位を調整
し、トランジスタＱ1 のスイッチングのタイミングを調
整する。図７に従来の他の一例の動作波形図を示す。図
７（Ａ）は直流電源１から供給される電流Ｉinの波形、
図７（Ｂ）はインバータ１１に印加される直流電圧Ｖin
の波形、図７（Ｃ）はインバータ１１に供給される電流
Ｉin' の波形、図７（Ｄ）はインバータ１１から容量性
負荷５に印加される交流電圧Ｖout の波形、図７（Ｅ）
はインバータ１１から容量性負荷５に供給される電流Ｉ
out の波形図を示す。

【００１３】図６に示すインバータ１１によれば、タイ
ミング調整回路１２により電流Ｉin' の波形が図７
（Ｃ）に示すように制御され、トランジスタＱ1 のベー
ス電位が調整され、トランジスタＱ1 のスイッチングの
タイミングが調整される。これより図７（Ｄ）に示すよ
うに出力電圧Ｖout の波形に歪みなく出力できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図４に示す
インバータや図６に示す特公昭６２−１５０３２号のイ
ンバータでは、直流電源１に戻る脈動分の電流が抵抗Ｒ
1 で消費されるため、電流消費が多い等の問題点があっ
た。

【００１５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、容量性負荷に対して動作波形に歪みがなく、かつ、
変換効率が良好な自励式インバータを提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電圧が供
給され、供給された該直流電圧を交流電圧に変換して出
力する自励式インバータにおいて、２次側に接続された
負荷に交流電圧を印加するトランスと、前記トランスの
１次側にエミッタフォロワ接続されたトランジスタと、
前記トランジスタのベースと前記トランスの２次側との
間に接続され、前記トランスの２次側から正帰還を行う
第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサと前記トラ
ンジスタのベースとの接続点に一端が接続された第１の
抵抗と、前記第１の抵抗の他端と前記直流電圧との間に
接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗に並列に接続
された第２のコンデンサとを有することを特徴とする本
発明によれば、直流電源に戻る脈動分の電流は第２のコ
ンデンサをバイパスするため、第２の抵抗での電流消費
を低減でき、よって、駆動効率を向上できる。

【００１７】また、トランジスタは第２のコンデンサ、
第１の抵抗を介して直流電圧側と接続されるため、起動
時にはトランジスタのベースに急激に電流が流れること
を防止でき、さらに、定常動作時には第１の抵抗により
トランジスタＱ1 のベース電位の低下が低減できるた
め、トランジスタＱ1 をスムーズに動作させることがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例の回路構
成図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号
を付し、その説明は省略する。また、図１において、ト
ランス６は特許請求の範囲のトランス、トランジスタＱ
1 は特許請求の範囲のトランジスタ、コンデンサＣ1 は
特許請求の範囲の第１のコンデンサ、抵抗Ｒ11は特許請
求の範囲の第１の抵抗、抵抗Ｒ１は特許請求の範囲の第
２の抵抗、抵抗Ｒ12は特許請求の範囲の第３の抵抗に相
当する。

【００１９】本実施例のインバータ２１は、図４に示す
インバータ４において、抵抗Ｒ1 とトランジスタＱ1 の
ベースとの間に直流電源１への戻り電流を制限する電流
制限用の抵抗Ｒ11を設け、また、抵抗Ｒ1 に並列に抵抗
Ｒ1 を介して直電流源１に戻る電流をバイパスするとと
もに、トランジスタＱ1 のベース電位を調整し、トラン
ジスタＱ1 のスイッチングのタイミングを制御するコン
デンサＣ11、トランジスタＱ1 のベースとコンデンサＣ
1 との間に直流電源１への戻り電流を制限する電流制限
用の抵抗12を設けてなる。

【００２０】コンデンサＣ11は、トランジスタＱ1 のベ
ースから抵抗Ｒ1 を介して直流電源１側に戻る戻り電流
をバイパスして、抵抗Ｒ1 での消費を低減する。また、
発振後の定常状態では、抵抗Ｒ1 とともに回路の時定数
τ＝Ｃ11／／Ｒ1 を決定し、トランジスタＱ1 のスイッ
チングタイミングを出力電圧の歪みが吸収されるように
調整されている。

【００２１】また、コンデンサＣ11は、抵抗Ｒ12を介し
て直流電源１とトランジスタＱ1 との間に接続され、特
公昭６２−１５０３２号のようにトランジスタＱ1 のベ
ースに直接接続されてはいないため、起動時にトランジ
スタＱ1 の立ち上がりをスムーズにでき、スムーズな発
振が可能となり、また、定常動作時には抵抗Ｒ11により
トランジスタＱ1 のベース電位が必要以上に低下するこ
とがない。よって、トランジスタＱ1 を起動時、定常時
でスムーズに動作させることができる。

【００２２】次に、本実施例の動作を図面と共に説明す
る。図２に本発明の一実施例の動作波形図を示す。図２
（Ａ）は直流電源１から供給される電流Ｉinの波形、図
２（Ｂ）はインバータ２１に印加される直流電圧Ｖinの
波形、図２（Ｃ）はインバータ２１に供給される電流Ｉ
in' の波形、図２（Ｄ）はインバータ２１から容量性負
荷５に印加される交流電圧Ｖout の波形、図２（Ｅ）は
インバータ２１から容量性負荷５に供給される電流Ｉou
t の波形図を示す。

【００２３】図２時刻ｔ1 でスイッチ２が投入される
と、直流電源１から直流電圧がフィルタ３を介してイン
バータ２１に印加される。インバータ２１は、直流電源
１から直流電圧が印加されると、コンデンサＣ1 の充電
が開始される。このとき、コンデンサＣ1 には、抵抗Ｒ
1 及び抵抗Ｒ1 に並列に接続されたコンデンサＣ11、抵
抗Ｒ11、Ｒ12を介して電流が供給され、充電される。

【００２４】次に、トランス６の一次巻線に入力電圧Ｖ
inの大部分が印加されるようになると、帰還巻線の誘導
電圧によりコンデンサＣ1 に逆充電電流が流れる。コン
デンサＣ1 に逆充電電流が流れると、トランジスタＱ1
のベース電位が低下し、入力電流Ｉin' が低下し始め
る。このとき、抵抗Ｒ11により直流電源１側への電流供
給が制限されているため、トランジスタＱ1 のベース電
位の低下が防止される。また、抵抗Ｒ11を介して直流電
源１側に流れる電流は、抵抗Ｒ1 及びコンデンサＣ11か
らなる並列回路に供給され、コンデンサＣ11をバイパス
して直流電源１側に供給され、抵抗Ｒ1 に流れる電流を
低減できる。よって、抵抗Ｒ1 での電流消費を低減で
き、電流効率に寄与する。

【００２５】次に、時刻ｔ2 で、トランス６の出力電圧
Ｖout が飽和すると、容量性負荷５が充電された状態
で、出力電流Ｉout は０になる。次に、容量性負荷５に
充電された電荷が逆流して出力電流Ｉout は負の方向に
流れ始める。出力電流Ｉout が負の方向に流れ始める
と、トランス６の帰還巻線及び一次巻線側には正方向の
電流が誘導され、コンデンサＣ1 に逆充電電圧が印加さ
れる。

【００２６】次に、時刻ｔ3 で、容量性負荷５に充電さ
れた電荷が放電され、出力電流Ｉout が負の方向に飽和
すると、出力電圧Ｖout が０になる。出力電圧Ｖout が
０になると、トランジスタＱ1 のベース電位が低下し、
トランジスタＱ1 がオフする。トランジスタＱ1 がオフ
すると、入力電流Ｉin' が低下する。

【００２７】時刻ｔ4 で、出力電流Ｉout が０になる
と、出力電圧Ｖout は負の最大値に飽和する。次に、出
力電流Ｉout が上昇し、出力電圧Ｖout は減少する。出
力電圧Ｖoutが負の値をとる間、トランジスタＱ1 には
逆バイアス電圧が印加されることになるので、トランジ
スタＱ1 はオフに維持される。トランジスタＱ1 がオフ
の間にコンデンサＣ1 の電荷がコンデンサＣ11、及び、
抵抗Ｒ1 を介して放電される。

【００２８】このとき、抵抗Ｒ11により直流電源１側へ
の電流供給が制限されているため、トランジスタＱ1 の
ベース電位の低下が防止される。また、抵抗Ｒ11を介し
て直流電源１側に流れる電流は、抵抗Ｒ1 及びコンデン
サＣ11からなる並列回路に供給され、コンデンサＣ11を
バイパスして直流電源１側に供給され、抵抗Ｒ1 に流れ
る電流を低減できる。よって、抵抗Ｒ1 での電流消費を
低減でき、電流効率に寄与する。

【００２９】時刻ｔ5 で時刻ｔ1 の時の状態に戻る。こ
のように、コンデンサＣ11を戻り電流の経路となる抵抗
Ｒ1 に並列に設けることによりトランジスタＱ1 のスイ
ッチングタイミングの調整だけでなく、戻り電流の抵抗
Ｒ1 での消費を低減できるので、入力電流Ｉin' を低減
でき、変換効率を向上できる。

【００３０】また、コンデンサＣ11が抵抗Ｒ11を介して
トランジスタＱ1 のベースに接続されるため、起動時に
トランジスタＱ1 のベース電位の変化をスムーズにで
き、発振動作をスムーズに行える。また、抵抗Ｒ11によ
りトランジスタＱ1 のベース電位の必要以上の低下を防
止でき、トランジスタＱ11の動作をスムーズに行える。

【００３１】本実施例によれば、直流電圧から１つのト
ランジスタＱ1 により自身で発振を開始して、上下左右
対称の正弦波形の交流電圧を発生し、ＥＬランプなどの
容量性負荷５に供給できる。このように、歪みのない交
流電圧を供給できるので、特に、ＥＬランプを発光させ
るためにＥＬランプに供給する交流電圧を発生するイン
バータとして用いた場合、ＥＬランプの輝度を著しく向
上させることができる。

【００３２】なお、本実施例のインバータ２１におい
て、抵抗Ｒ1 を２．７ＫΩ、抵抗Ｒ11を２２０Ω、抵抗
Ｒ12を３．３ＫΩ、コンデンサＣ1 を０．０４７μＦ、
コンデンサＣ11を６．８μＦとし、直流電源１から３．
３Ｖの直流電圧を印加すると、容量性負荷５に印加され
る出力電圧Ｖout は３２．８Ｖ、発振周波数ｆが１１．
１ＫＨｚとなり、このとき、インバータ２１に供給され
る入力電流Ｉin' を測定すると、４６ｍＡになる。

【００３３】一方、図６に示す特公昭６２−１５０３２
号のインバータ１１で、入力電圧が３．３Ｖで、出力電
圧Ｖout が３２．８Ｖ、出力発振周波数ｆが１１．１Ｋ
Ｈｚを実現するため、抵抗Ｒ1 を２．７ＫΩ、抵抗Ｒ2
を３．３ＫΩ、コンデンサＣ1 を０．０４７μＦ、コン
デンサＣ2 を６．８μＦに設定すると、このとき、イン
バータ１１に供給される入力電流Ｉin' を測定すると５
０ｍＡとなる。

【００３４】本実施例のインバータ２１と図６の従来の
インバータ１１とを比較すると、インバータ２１がイン
バータ１１に比べて入力電流Ｉin' が４ｍＡ低減でき
る。このように、本実施例によれば、図６の特公昭６２
−１５０３２号のインバータ１１に比べて効率が入力電
流換算で８〜１０％改善されていることがわかる。

【００３５】なお、本実施例では、抵抗Ｒ12をコンデン
サＣ1 とトランジスタＱ1 のベースとの間に回路保護用
に接続したが、保護の必要がなければ、特に、設ける必
要はない。図３に本発明の他の実施例の回路構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００３６】本実施例のインバータ３１は、図１に示す
インバータ２１でトランジスタＱ1のベースとコンデン
サＣ1 との間に接続された電流制限用抵抗Ｒ12を削除し
てなる。本実施例によれば、電流制限用抵抗Ｒ12を削除
することによりコンデンサＣ1側に流れる電流及びコン
デンサＣ1 側からトランジスタＱ1 のベース側に流れる
電流が抵抗Ｒ12で消費されることがなくなるため、さら
に、駆動効率を向上させることができる。

【００３７】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、直流電源
に戻る脈動分の電流は第２のコンデンサをバイパスする
ため、第２の抵抗での電流消費を低減でき、よって、駆
動効率を向上できる。

【００３８】また、トランジスタは第２のコンデンサ、
第１の抵抗を介して直流電圧側と接続されるため、起動
時にはトランジスタのベースに急激に電流が流れること
を防止でき、さらに、定常動作時には第１の抵抗により
トランジスタＱ1 のベース電位の低下が低減できるた
め、トランジスタＱ1 をスムーズに動作させることがで
きる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成図である。

【図２】本発明の一実施例の動作波形図である。

【図３】本発明の他の実施例の回路構成図である。

【図４】従来の一例の回路構成図である。

【図５】従来の一例の動作波形図である。

【図６】従来の他の一例の回路構成図である。

【図７】従来の他の一例の動作波形図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ スイッチ ３ フィルタ ５ 容量性負荷 ６ トランス ２１、３１ インバータ Ｑ1 ＮＰＮトランジスタ Ｃ1 、Ｃ11 コンデンサ Ｒ1 、Ｒ11、Ｒ12 抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電圧が供給され、供給された該直流
   電圧を交流電圧に変換して出力する自励式インバータに
   おいて、 ２次側に接続された負荷に交流電圧を印加するトランス
   と、 前記トランスの１次側にエミッタフォロワ接続されたト
   ランジスタと、 前記トランジスタのベースと前記トランスの２次側との
   間に接続され、前記トランスの２次側から正帰還を行う
   第１のコンデンサと、 前記第１のコンデンサと前記トランジスタのベースとの
   接続点に一端が接続された第１の抵抗と、 前記第１の抵抗の他端と前記直流電圧との間に接続され
   た第２の抵抗と、 前記第２の抵抗に並列に接続された第２のコンデンサと
   を有することを特徴とする自励式インバータ。
2. 【請求項２】 前記第１のコンデンサと前記トランジス
   タのベースとの間に電流制限用の第３の抵抗が接続され
   たことを特徴とする請求項１記載の自励式インバータ。
3. 【請求項３】 前記トランジスタは、ＮＰＮトランジス
   タよりなり、エミッタが前記トランスの一次巻線側に接
   続され、コレクタが前記入力端子に接続された請求項１
   又は２記載の自励式インバータ。