JPH10174445A - 共振型インバータ電源回路 - Google Patents

共振型インバータ電源回路

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JPH10174445A
JPH10174445A JP8326862A JP32686296A JPH10174445A JP H10174445 A JPH10174445 A JP H10174445A JP 8326862 A JP8326862 A JP 8326862A JP 32686296 A JP32686296 A JP 32686296A JP H10174445 A JPH10174445 A JP H10174445A
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Yoshiaki Doi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線の温度上昇を抑えて正弦波駆動と同等の
信頼性を得ること。 【解決手段】 ファン11の動作に必要な進相コンデン
サ10の値に対して、絶縁トランス9の漏れインダクタ
ンスを適切な値に設定することにより、電流共振させて
正弦波状の電流波形を得ている。漏れインダクタンスの
設定が容易ではない場合には、インバータ13のスイッ
チング素子8と前記絶縁トランス9との間にチョークコ
イル5を挿入することによって等価の効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はAC出力を得るため
のプッシュプル・共振型インバータ電源回路に属し、特
にファン用の共振型インバータ電源回路に属する。
【0002】
【従来の技術】従来のインバータ電源回路は、図4
(a)に示すように、入力電源1、スイッチ駆動回路
7、絶縁トランス9、進相コンデンサ10、ファン1
1、レギュレータ12及びプッシュプル・インバータ1
3を有している。プッシュプル・インバータ13は一対
のスイッチング素子8を有している。
【0003】一般にACファン用のインバータ電源回路
においては、入力電源1から供給される直流電圧をレギ
ュレータ12により安定化した後、プッシュプル・イン
バータ13によって駆動される絶縁トランス9を介し
て、ファン11にAC電圧として供給する。ここで、プ
ッシュプル・インバータ13によるファン駆動電圧は、
回路の小型、軽量化を図るため、正弦波ではなく矩形波
電圧としている。
【0004】ファン11の印加電圧値は、要求される正
弦波電圧値と実効値が一致するようレギュレータ12の
出力を設定している。入力電圧変動はレギュレータ12
によって圧縮されるため、インバータ13の動作デュー
ティは常に一定でよく、ファン11の要求する周波数
(50Hz、60Hz、400Hz等)のAC電圧を安
定供給できる。
【0005】また、インバータ電源回路にはファン等モ
ータ駆動用のインバータ電源回路がある。このファン等
モータ駆動用のインバータ電源回路は、図4(a)に示
したインバータ電源回路のプッシュプル・インバータ1
3に代えて、図4(b)に示すようなブリッジ・インバ
ータ14によって駆動するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プッシュプル・インバー13を採用した方式では、回路
構成が単純であり、回路の小型、軽量化を図れる反面、
プッシュプル・インバー13のスイッチング素子8が一
対しかなく駆動電圧波形を正弦波に近づけることができ
ないため、プッシュプル・インバータ13による駆動電
圧波形が矩形波であるため、出力電流波形もほぼ矩形波
となって高調波を含む。このため、ファン11の巻線温
度上昇が正弦波駆動の場合に較べて高くなることであ
る。これにより正弦波駆動の場合に較べてファン11の
寿命が短くなる問題がある。
【0007】また、矩形波駆動の場合、プッシュプル・
インバータ13の同時オンによる一対のスイッチング素
子8へのストレスを避けるために、動作デューティにお
いて休止期間を設け50%未満で動作させているが、こ
れも高調波成分を増加させる要因となっている。
【0008】その理由は、図5に示すように、休止期間
を大きくして動作デューティを50%から下げていくに
つれて、周波数軸上に隣接する高調波のスペクトルの間
隔は変化しないが、周波数スペクトルの包絡関数が50
%に対するデューティ比(例えば33%に下げた場合に
は、50%/33%=1.5倍)分だけ高次方向に拡が
ることにより高調波スペクトルは増加するためである。
【0009】さらに、以上の問題を解決するために図4
(b)に示したブリッジ・インバータ14を採用すれ
ば、スイッチング素子8の駆動を制御することで低歪み
の正弦波出力を得ることは可能であるが、スイッチ回路
及び制御回路が非常に複雑になり、回路が大型化するの
で大型モータやUPS(無停電電源装置)等の大電力負
荷には採用されているが、ファン程度の小電力容量のモ
ータ負荷に対してはほとんど採用されていない。
【0010】それ故に、本発明の課題は、従来のプッシ
ュプル・インバータ回路の簡易な構成で、回路の小型・
軽量化を図ったままで、ファンに流れる高調波電流を低
減することによって巻線の温度上昇を抑えて正弦波駆動
と同等の信頼性を得る共振型インバータ電源回路を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、直流電
源からAC駆動電源を生成したり、高速AC駆動電源を
生成する際に使用する共振型インバータ電源回路におい
て、入力電源から供給される前記直流電圧を安定化させ
るためのレギュレータと、安定化した後に固定デューテ
ィで動作するプッシュプル・インバータと、該プッシュ
プル・インバータによって駆動される絶縁トランスとを
具備し、前記レギュレータはスイッチング素子、転流ダ
イオード、及び平滑コンデンサによって構成されている
ことを特徴とする共振型インバータ電源回路が得られ
る。
【0012】
【作用】本発明の共振型インバータ電源回路では、ファ
ンの進相コンデンサと絶縁トランスの漏れインダクタン
スによって電流共振させることで、ファンの巻線に流れ
る電流は正弦波状となり、高調波成分が低減されるの
で、巻線の温度上昇を抑えることができる。
【0013】負荷の動作に必要な進相コンデンサの値に
対して、絶縁トランスの漏れインダクタンスを適切な値
に設定することにより、電流共振させて正弦波状の電流
波形を得ている。漏れインダクタンスの設定が容易では
ない場合には、プッシュプル・インバータのスイッチン
グ素子と絶縁トランスとの間にチョークコイル5を挿入
することによって、等価の効果が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に本発明の共振型インバータ電
源回路について図面を参照して説明する。この共振型イ
ンバータ電源回路は、直流電源から50Hz/60Hz
のACファン用駆動電源を生成したり、400Hz等の
特殊高速ACファン用の駆動電源を生成する際に、使用
するものである。
【0015】図1(a)及び図1(b)は本発明の一実
施の形態例を示すブロック図である。なお、図4(a)
に示した共振型インバータ電源回路と同じ部分には同じ
符号を付して説明する。
【0016】図1(a)及び図1(b)を参照して、共
振型インバータ電源回路は、入力電源1、スイッチ駆動
回路7、スイッチング素子8、絶縁トランス9、進相コ
ンデンサ10、ファン11、レギュレータ12、及びプ
ッシュプル・インバータ13を有している。
【0017】レギュレータ12はスイッチング素子2、
PWM制御部3、転流ダイオード4、チョークコイル
5、及び平滑コンデンサ6を有している。プッシュプル
・インバータ13は一対のスイッチング素子8を有して
いる。
【0018】この共振型インバータ電源回路では、絶縁
トランス9を介した絶縁形のプッシュプル・インバータ
電源回路に関して、進相コンデンサ10を要するファン
11を負荷とする際に、絶縁トランス9の漏れインダク
タンスと、進相コンデンサ10によって共振回路を構成
し、負荷であるファン11に流れる電流を共振させて正
弦波状にする。
【0019】また、インバータ電源回路の前段に電圧安
定化回路としてレギュレータ12を備えることにより、
入力電圧変動に対してもインバータの動作デューティと
周波数の設定は固定でよいので、AC負荷として、電圧
と周波数が一定であることを要求されるファン11につ
いても駆動可能となるものである。
【0020】この共振型インバータ電源回路では、入力
電源1から供給される直流電圧を、レギュレータ12の
スイッチング素子2と、転流ダイオード4、チョークコ
イル5、及び平滑コンデンサ6から構成される降圧型の
レギュレータ12によって安定化した後、固定デューテ
ィで動作するプッシュプル・インバータ13によって駆
動される絶縁トランス9を介してファン11にAC電圧
として供給する。
【0021】ここで、従来よりファン11の動作に必要
な進相コンデンサ10が接続されており、この進相コン
デンサ10に対して絶縁トランス9の漏れインダクタン
スを適切な値に設定することによって共振回路を構成さ
せて、ファン11に流れる電流を正弦波状にすることが
可能となる。
【0022】また、入力電源1の電圧変動は、レギュレ
ータ12で抑圧されるので、プッシュプル・インバータ
13の動作デューティは一定のままでよく、従来技術の
インバータの方式と同様に制御回路を小規模で且つ容易
に実現できる。
【0023】次に、本発明の一実施例の動作について図
2(a)及び図2(b)、図3(a)及び図3(b)を
参照して説明する。図2(a)及び図2(b)はファン
11に印加される電圧及び電流の動作波形を示すために
シミュレーションによって解析した波形である。図3
(a)及び図3(b)は本発明によって得られる効果を
示すためにシミュレーションによって解析したファン1
1の巻線に流れる電流(IL )の高調波成分を示す周波
数スペクトル波形である。
【0024】図2(a)は、図4(a)に示した従来の
インバータ回路におけるファン11に印加される電圧
(V0 )及び電流(I0 )波形であり、非共振時のもの
である。
【0025】また図2(b)は、図1(a)に示す本発
明の実施の形態例におけるファン11に印加される電圧
(V0 )波形とファンに流れる共振電流(I0 )波形で
ある。
【0026】ファン11に接続された進相コンデンサ1
0と絶縁トランス9の漏れインダクタンスによって構成
される共振回路によって出力電流は正弦波状となってい
る。この時、図1(b)に示すファン11の内部回路に
おいて、巻線に流れる電流(IL )の高調波成分を示す
周波数スペクトルは図3(a)及び図3(b)に示す通
り非共振時に較べて共振時には明らかに低減されてい
る。
【0027】
【発明の効果】以上、実施の形態例によって説明したよ
うに、本発明の共振型インバータ電源回路によれば、従
来のブリッジインバータ方式のように大規模なスイッチ
回路の採用や、複雑な制御を行って正弦波電圧を供給し
なくても、上記の単純な共振回路によって、巻線に流れ
る電流波形を正弦波状にできるため第1の効果として、
従来からファンに接続されている進相コンデンサに対し
て、絶縁トランスの漏れインダクタンスを適切に設定す
ることで共振回路を構成することで、従来のプッシュプ
ル・インバータによる矩形波電圧駆動と同様の容易な回
路構成でファンの巻線に流れる電流の高調波成分を低減
できる。
【0028】また、電流波形が正弦波状になるため零電
流スイッチングが可能となり、駆動する矩形波電圧に関
して同時オンの心配がないことから、インバータのスイ
ッチング素子にストレスを与えることなくデューティを
50%近くで動作させることが可能であり、休止期間に
よる高調波成分の発生を第1の効果に加えて更に抑える
ことができることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の共振型インバータ電源回路の一実施の
形態例を示すブロック図,(b)はファンの内部の回路
図である。
【図2】(a)は本発明の共振型インバータ電源回路の
従来例における動作波形図、(b)は一実施の形態例の
動作波形図である。
【図3】(a)(b)は本発明の効果を示すシミュレー
ション波形図である。
【図4】従来の共振型インバータ電源回路を示すブロッ
ク図である。
【図5】従来技術の問題点を説明するための波形図であ
る。
【符号の説明】
1 入力電源 2 スイッチング素子 3 PWM制御部 4 転流ダイオード 5 チョークコイル 6 平滑コンデンサ 7 スイッチ駆動回路 8 スイッチング素子 9 絶縁トランス 10 進相コンデンサ 11 ファン 12 レギュレータ 13 プッシュプル・インバータ 14 ブリッジ・インバータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源からAC駆動電源を生成した
    り、高速AC駆動電源を生成する際に使用する共振型イ
    ンバータ電源回路において、入力電源から供給される前
    記直流電圧を安定化させるためのレギュレータと、安定
    化した後に固定デューティで動作するプッシュプル・イ
    ンバータと、該プッシュプル・インバータによって駆動
    される絶縁トランスとを具備し、前記レギュレータはス
    イッチング素子、転流ダイオード、及び平滑コンデンサ
    によって構成されていることを特徴とする共振型インバ
    ータ電源回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の共振型インバータ電源回
    路において、負荷には該負荷の動作に必要な進相コンデ
    ンサが接続されており、該進相コンデンサに対して前記
    絶縁トランスの漏れインダクタンスを適切な値に設定す
    ることを特徴とする共振型インバータ電源回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の共振型インバータ電源回
    路において、前記トランスを介した前記プッシュプル・
    インバータに関して、前記進相コンデンサを要するファ
    ンを負荷とする際に、前記絶縁トランスの漏れインダク
    タンスと、前記進相コンデンサとによって共振回路を構
    成し、前記負荷であるファンに流れる電流を共振させて
    正弦波状にすることを特徴とする共振型インバータ電源
    回路。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の共振型インバータ電源回
    路において、前記プッシュプル・インバータの前記スイ
    ッチング素子と絶縁トランスとの間に挿入したチョーク
    コイルを有していることを特徴とする共振型インバータ
    電源回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007015651A1 (en) * 2005-08-03 2007-02-08 Auckland Uniservices Limited Resonant inverter
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JP2017188975A (ja) * 2016-04-01 2017-10-12 株式会社デンソー 絶縁型電力変換装置

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