JPH10164861A - 共振形インバータ回路 - Google Patents

共振形インバータ回路

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Publication number
JPH10164861A
JPH10164861A JP8321434A JP32143496A JPH10164861A JP H10164861 A JPH10164861 A JP H10164861A JP 8321434 A JP8321434 A JP 8321434A JP 32143496 A JP32143496 A JP 32143496A JP H10164861 A JPH10164861 A JP H10164861A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inductor
capacitor
load
switching
transformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8321434A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Haga
博之 羽賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Publication of JPH10164861A publication Critical patent/JPH10164861A/ja
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Inverter Devices (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷が大幅に変動してもスイッチング損失が
小さいものを安価に構成する。 【解決手段】 スイッチング素子14,15が交互にオ
ン、オフされて、素子15の両端間にインダクタ18を
介してトランス32が接続され、トランス32の2次側
に並列にコンデンサ19が接続され、その2次側の一端
と蛍光灯21の一端との間にインダクタ38が接続さ
れ、インダクタ18とコンデンサ19との共振周波数
で、素子14,15がオン、オフされ、インダクタ18
のインダクタンスL1 に対し、インダクタ38のインダ
クタンスL2 をa2 倍(aはトランス32の巻数比)と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は直流電源の両端に
直列に接続され、交互にオンオフする第1,第2スイッ
チング素子が接続され、その一方のスイッチング素子の
両端間に直列共振回路が接続されると共に、その一方の
共振素子を1次又は2次側に並列接続されたトランスを
介して、熱陰極放電管のような負荷が接続される共振形
インバータ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図4Aに従来のインバータ回路を示す。
直流電源11の両端は、コンデンサ12,13の直列回
路と、スイッチング素子14,15の直列回路の各両端
に接続され、コンデンサ12,13の接続点16と、ス
イッチング素子14,15の接続点17との間に、イン
ダクタ18と、コンデンサ19と、例えば蛍光灯(熱陰
極放電管)のような負荷21との直列回路が接続され
る。スイッチング素子14,15にこれをそれぞれオン
オフ制御する駆動回路22,23が接続される。
【0003】駆動回路22,23によりスイッチング素
子14,15はそれぞれ図4Bのa,bに示すように、
交互に同一期間T/2ずつオン、オフ制御される。スイ
ッチング素子14がオンになると、コンデンサ12の電
荷がスイッチング素子14を通じて更に負荷21を通じ
て接続点16へ電流として流れ、スイッチング素子15
がオンとなった時はコンデンサ13の電荷が接続点16
から負荷21を通じ、更にスイッチング素子15を通じ
て電流として流れ、負荷21に交互に逆方向に電流が流
れる。インダクタ18とコンデンサ19の共振周波数が
スイッチング素子14,15の各スイッチング周波数1
/Tの場合、接続点12,13間に発生する電圧、つま
りスイッチング回路の出力電圧は図4BCの曲線24と
なり、これら接続点12,13間に流れる電流、つまり
スイッチング回路の出力電流は曲線25となる。つまり
スイッチング素子14,15は、スイッチング回路の電
流がゼロとなった時点(ゼロ点を切る時点)でオンオフ
の切替えが行われる。このため、スイッチング素子1
4,15での電力損失は最小となる。
【0004】しかし、インダクタ18、コンデンサ19
の直列共振回路のリアクタンス特性は図5Aに示すよう
に共振周波数frでリアクタンスjxはゼロとなるが、
例えば周波数fがfrより低くなると、リアクタンスj
xは負となり、共振回路を流れる電流は進み位相とな
り、図5BCの曲線25に示すようにスイッチング出力
回路の出力電流は、スイッチング出力回路の出力電圧
(曲線24)よりも進み位相となる。このため、スイッ
チング素子14,15は、スイッチング出力回路に電流
が流れている状態でオン制御が行われ、スイッチング素
子14,15の損失が大きくなる。
【0005】この問題を解決するには、スイッチング素
子14,15のスイッチング周波数1/Tを低くして、
共振周波数frと一致するようにスイッチング周波数1
/Tを制御する。又は図6Cに示すように、スイッチン
グ素子14,15の各オン期間TONを、スイッチング周
期Tの1/2よりも短かくして、いわゆるPWM制御し
て、スイッチング回路の出力電流のゼロ点でスイッチン
グ素子14,15をオンにするようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来にお
いては、共振周波数frの変動に対して、スイッチング
周波数、又はスイッチング期間を制御して、スイッチン
グ損失を低減しているため、その共振周波数frの変動
の検出と、これに対応したスイッチング周波数や期間を
制御するための構成が複雑となり、かつ、高価なものと
なった。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、直列共振回路の共振用インダクタの一端が第1,第
2スイッチング素子の接続点に接続される形式のインバ
ータ回路において、トランスの2次巻線の一端と負荷と
の間に、第2インダクタが直列に挿入されて、これによ
り負荷に流れるリアクタンス成分を打消し、負荷変動に
かかわらず、ゼロ点でのスイッチングが行われるように
する。
【0008】請求項2の発明によれば、直列共振回路の
共振用コンデンサの一端が第1,第2スイッチング素子
の接続点に接続される形式のインバータ回路において、
トランスの2次巻線の一端と負荷との間に、第2コンデ
ンサが直列に挿入されて、これにより負荷に流れるリア
クタンス成分を打消し、負荷変動にかかわらず、ゼロ点
でのスイッチングが行われるようにする。
【0009】
【発明の実施の形態】図1Aにこの発明の実施例を示
す。直流電源11の両端にスイッチング素子14,15
の直列回路の両端が接続され、一方のスイッチング素子
15の両端間に直流阻止コンデンサ31を通じ、更にイ
ンダクタ18を通じてトランス32の1次巻線33の両
端が接続され、トランス32の2次巻線34の一端と他
端よりわずか手前の点にコンデンサ19の両端が接続さ
れ、この接続点36と2次巻線34の他端との間に、負
荷21としての蛍光灯の一方のフィラメントの両端が接
続され、トランス32の3次巻線37の両端に負荷21
としての蛍光灯の他方のフィラメントの両端が接続さ
れ、2次巻線34の一端と3次巻線37の一端の間にコ
イル38の両端が接続される。コンデンサ19の容量を
C2 とし、トランス32の巻数比をa=n2 /n1 とす
ると、C2 ′=C2 /a2 に対し、コンデンサ31の容
量C1 は10〜100倍程度に選定されている。
【0010】図1Aに示した回路の等価回路を図1Bに
示す。トランス32はインダクタ18(L1 )と直列の
二つの漏洩インダクタL′,L′と、漏洩インダクタ
L′,L′の接続点に一端接続されたシャントの相互イ
ンダクタMとで表わせ、相互インダクタMのインダクタ
ンスが十分大であり、漏洩インダクタL′のインダクタ
ンスが十分小さいとし、またインダクタ38のインダク
タンスL2 に対し、等価回路ではインダクタンスが
L2 ′=a2 L2 となり、共振周波数fr は1/√
(L1 C2 ′)となる。所でスイッチング素子15の両
端に発生する電圧をE、負荷21の抵抗値をRとする
と、電源11から流れる全電流iは次式となる。
【0011】 i=(E/L1 )(RC2 ′+jωL1 C2 ′) …(1) 従って負荷21に流れる電流iR は次式となる。 iR =C−Eω2 L1 C2 ′/(RC1 −ω2 L1 C2 ′)+jωL1 ) …(2) 1−ω2 L1 C2 ′=0 つまり、共振周波数fr
では、 iR =−Eω2 L1 C2 ′/(jωL1 )=jEωC2 ′ …(3) となり、負荷21を流れる電流は負荷21のインピーダ
ンスRによらず一定となる。しかし、全電流iは式
(1)で与えられ、R=0での立上りも予想され、i=
jEωCとjR と同一となり、つまり電圧Eに対し電流
iが90°遅れ、電流ゼロ点でのスイッチングができな
いことになる。
【0012】従って、負荷21にリアクタンス成分jx
を直列に接続してスイッチング素子14,15を流れる
電流が、その1部が電圧と同位相になるようにされる。
つまり図1Aではインダクタ38が負荷21と直列に接
続され、この直列回路がコンデンサ19の両端に接続さ
れる。この場合でかつR=0の時の全電流iは式(1)
より次式となる。
【0013】 i=j(E/L1 )(ωL2 ′C2 ′+ωL1 C2 ′) …(4) この式(4)の電流がゼロになれば、インダクタ18に
流れる電流と、インダクタンスL2 ′のインダクタ38
に流れる電流との位相差は180°となり、打ち消しあ
うことになる。従って (E/L1 )(ωL2 ′C2 ′+ωL1 C2 ′)=0 とおき、かつ 1−ω2 L1 C2 ′=0 (共振条
件)より、 jωL2 ′=−1/ωC2 ′=1/(jωC2 ′) …(5) となり、インダクタ38のインダクタンスL2 はC2 /
a4 又はL1 /a2 とすればよい。この時、全電流iは
ωL1 =1/ωC2 ′ で i=(E/L)RC2 ′ となり、負荷21に流れる電流iR は次式となり、負荷
Rの値に拘わらず一定となる。
【0014】iR =E/(jωL1 ) このようにすれば負荷21の変動にかかわらず、電流ゼ
ロ点でスイッチングを行うことができる。図2Aに示す
ように、コンデンサ19の両端にそれぞれコンデンサ4
1,42の一端を接続し、コンデンサ41,42の各他
端を2次巻線34の両端にそれぞれ接続し、その両接続
点と負荷21としての蛍光灯の両端フィラメントの各一
端にコイル43,44の各両端を接続し、各フィラメン
トの他端と、コンデンサ19とコンデンサ41,42の
各接続点との間にコイル45,46をそれぞれ接続す
る。コイル43,45、44,46は1つの磁気コア上
に巻き、負荷21の電流に対し、コイル43と45を同
相、コイル44,46を同相、コイル43,44を差
動、コイル45,46を差動関係とし、コンデンサ41
の両端間の電圧で一方のフィラメントにフィラメント電
流を流し、コンデンサ42の両端間の電圧で他方のフィ
ラメントにフィラメント電流を流し、かつ、コンデンサ
19に対し、コイル43,45の結合、コイル44,4
6の結合が負荷21に対して直列となり、つまり、図1
Aのインダクタ38と同様の作用をなさしめている。こ
の場合はトランス32の2次巻線34にタップを設ける
必要がない。この場合、コイル43〜46の各インダク
タンスを同一値Lとすれば、図1A中のインダクタ38
のL2 の1/4でよい。
【0015】図2Bに示すように、図1A中のコンデン
サ19を、トランス32の2次巻線34ではなく1次巻
線33の両端に設けてもよい。更に3Aに示すように共
振用コンデンサ19をトランス32の1次巻線33を介
してスイッチング素子15の両端に接続し、トランス3
2の2次巻線34と並列にインダクタ18を接続し、イ
ンダクタ18及び2次巻線34の一端の接続点をコンデ
ンサ51を介して3次巻線37の一端に接続し、つま
り、図1A中のコンデンサ31を省略し、インダクタ1
8とコンデンサ19とを入れかえ、かつ、インダクタ3
8とコンデンサ51とを入れかえた構成としてもよい。
この場合、コンデンサ51の容量は、コンデンサ19の
容量のa2 倍とすればよい。この場合も図3Bに示すよ
うに、インダクタ18をトランス32の1次巻線33側
に変更してもよい。またこの実施例に示すように、トラ
ンス32に帰還コイル52,53をそれぞれ設け、帰還
コイル52,53の誘起電圧でスイッチング素子14,
15をオンオフ制御するように、つまり自動発振形イン
バータ回路とした場合であり、前記の他の実施例も、こ
のように自動発振形インバータ回路として構成すること
もできる。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
トランスの2次巻線と負荷との間に直列にインダクタ又
はコンデンサを接続するという頗る簡単な構成により、
放電管のように、負荷インピーダンスが大幅に変化する
負荷に対しても、常に、ゼロ電流点でスイッチング素子
に対するスイッチングが行われ、スイッチング損失が少
なく、効率がよい、しかも安価に構成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは請求項1の発明の実施例を示す回路図、B
はその等価回路図である。
【図2】請求項1の発明の他の実施例を示す回路図。
【図3】請求項2の発明の実施例を示す回路図。
【図4】Aは従来の共振形インバータ回路を示す図、B
はその動作波形図である。
【図5】Aは共振回路のリアクタンスの周波数特性図、
Bは共振周波数がスイッチング周波数より高い方へずれ
た場合の動作波形図、Cはその改善動作波形図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直列に接続され、交互にオン、オ
    フされる第1,第2スイッチング素子が直流電源の両端
    間に接続され、一方のスイッチング素子の両端間に共振
    用インダクタを介してトランスの1次巻線が接続され、
    上記トランスの1次巻線及び2次巻線の一方と並列に共
    振用コンデンサが接続され、上記2次巻線の両端間に負
    荷が接続される共振形インバータ回路において、 上記2次巻線の一端と上記負荷との間に第2インダクタ
    が直列に挿入されていることを特徴とする共振形インバ
    ータ回路。
  2. 【請求項2】 互いに直列に接続され、交互にオン、オ
    フされる第1,第2スイッチング素子が直流電源の両端
    間に接続され、一方のスイッチング素子の両端間に共振
    用コンデンサを介してトランスの1次巻線が接続され、
    上記トランスの1次巻線及び2次巻線の一方と並列に共
    振用インダクタが接続され、上記2次巻線の両端間に負
    荷が接続される共振形インバータ回路において、 上記2次巻線の一端と上記負荷との間に第2コンデンサ
    が直列に挿入されていることを特徴とする共振形インバ
    ータ回路。
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