JPS5866524A - 高周波インバ−タの保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば誘導加熱等に用いられる高周波イン
バータに係るもので、特に負荷が短絡された場合等に回
路素子を破壊から保護する高周波インバータの保護回路
に関するものである。

まず、この種の高周波インバータの動作原理を、第１図
に示す基本回路に基づいて説明する。この図において、
１はλつの直流電圧Ｅ　１、Ｅ’２　（Ｅ　１−Ｅ　２
）を発生する直流電源であシ、導通角制御されたサイリ
スタを整流素子とする可変電圧源２とチョークコイル３
と平滑コンデンサ４．５とからなるものである。６はμ
個のサイリスタ６ａ〜６ｄがブリッジ接続されてなる第
１のスイッチ回路（回路開閉手段）であシ、このスイッ
チ回路６におけるサイリスタ６ａ、６ｂの接続点と、サ
イリスタ６ｃ、６ｄの接続点との間には第７の共振コン
デンサ７（容量Ｃ）が介挿されている。また８は配線イ
ンダクタンスと転流用誘導コイルのインダクタンスとを
含んでなる第７の共振インダクタンス（インダクタンス
はＬ）である。以上の部分において、平滑コンデンサ４
（電圧Ｅｌの「α流電源）、スイッチ回路６、共振コン
デンサ７、共振インダクタンス８は第７の直列共振回路
１２を構成している。また、９は前記スイッチ回路６に
対応する第２のスイッチ回路、１０は前記共振コンデン
サ７に対応する第一の共振コンデンサ（容量Ｃ）、１１
は前記共振インダクタンス８に対応する第２の共振イン
ダクタンス（インダクタンスはＬ）であシ、これらのス
イッチ回路９、共振コンデンサ１０、共振インダクタン
ス１１および前記平滑コンデンサ５（電圧Ｅ２の直流電
源）は第２の直列共振回路１３を構成している。そして
直列共振回路１２．１３の各両端子１４．１５の間には
負荷１６が介挿されている。

この構成において、サイリスタ６ａ、６ｄ、サイリスタ
９ｃ、９ｂ、サイリスタ６ｃ、６ｂ、サイリスタ９ａ、
９ｄを、第２図の（イ）、０、（ハ）、に）に示すよう
なゲート電流によシ時刻ｔ１．ｔ２゜ｔ３．ｔ４・・・
の順に各々点弧すれば、同図の（ホ）に示すように、第
７の直列共振回路１２には正弦半波状の共振電流工１が
、また第２の直列共振回路１３には正弦半波状の共振電
流工２が流れ、結果として、負荷１６には、これらの両
共振電流工１゜工２を合成した畠周波の出力電流Ｉｔが
流れる。

そしてこの場合、共振コンデンサ７．１０の各両端間電
圧ＶＣ１，ｖＣ２は、第２図の（へ）、（ト）に示すよ
うに変化する１゜ ところで、このような高周波インバータにおいて、負荷
１６が短絡された場合、直列共振回路１２゜（１３）の
Ｑが略無限大となるため、共振コンデンサ７、（１０）
の両端間電圧ＶＣ１，（ＶＣ２）は負荷１６が短絡され
た時点から転流動作が行なわれる毎に電圧Ｅ１．　　（
ｇ２）の２倍の電圧が累算でれる形で増加する。すなわ
ち第３図に示すように、時刻ｔ１の直前から負荷１６が
短絡てれたとするが行われる毎に、Ｖ（！　１＋ｕＥ１
、ＶＣ１−＋４Ｅ１、Ｖｃ　１−１１ＥＩ、Ｖｃ　１−
１−Ｊ’ＥＩ、・１７）ように増加する。したがって、
このような高周波インバータにおいては、負荷が短絡さ
れると共振コンデンサの両端間電圧が異常に上昇し、こ
れによシ、使用されているサイリスタ咎の回路部品が高
電圧によシ破壊される危険性がある。

上述したような負荷インピーダンスの急変に伴なう共振
コンデンサ電圧の異常上昇を防止するための保護回路と
しては、従来、第μ図に示すように、電圧クランプ用の
ダイオードを設けるものが提唱されている。

第を図において、１７および１８は各々、電圧ｖＣ１、
ＶＣ２を所定の電圧にクランプするためのダイオードで
ある。ここでダイオード１７は、サイリスタ６ｂ、６ｄ
の各カソードの接続点と平滑コンデンサ５の負側端子と
の間に介挿されるが、この場合、一般的に共振インダク
タンス８のインダクタンスＬのうちの略グＯチに相当す
る配線インダクタンス８ａが、平滑コンデンサ５−平滑
コンデンサ４−サイリスタ６ａ（６ｃ）−共振コンデン
サ７−サイリスク６８（６ｂ）−インダクタンス８ａ−
ダイオード１７−平滑コンデンサ５なる経路（ダイオー
ド環流電流経路）に存在することになる。また同様に、
ダイオード１８を含むダイオード環流電流経路には、配
線インダクタンス１１ａが存在することになる。

したがって、このような保護回路を備える高周波インバ
ータにおいては、負荷が例えば逓栴倍共振負荷（負荷の
共振周波数が出力電流Ｉｔの周波数のｎ倍になっている
もの）である場合のように、出力電流工ｔのパルス幅を
極めて短かくする必袈がある場合において、例えば負荷
１６が短絡されたとすると、電圧ｖｃｌ、（ＶＣ２）が
ダイオード１７、（１８）を導通させるクランプ電圧（
この電圧はＥ　１　十Ｅ　２となる）に達した後におい
ても、前記配線インダクタンス８　ａ　、　　（１１ａ
）のエネルギがダイオード環流電流経路を介して消費さ
れるまで上昇し続けることになる。このような場合、電
圧Ｖｃ１、（Ｖ（！２）は電圧Ｅｌ、　　（Ｅ２）の例
えば１０倍以上にも上昇してしまうから、サイリスタ６
ａ〜６ｄ、９ａ〜９ｄ等の回路部品が破壊される危険性
が極めて高い。またこのような保護回路を備えた高周波
インバータにおいては、通常の負荷状態においても電圧
Ｖｅｌ、Ｖ（！２は常にダイオード１７．１８によるク
ランプ電圧まで上昇することになるから、例えば配線イ
ンダクタンス８ａ、（ｌｌａ）が共振インダクタンス８
、（１１）の例えばｐｏ％であれば、定格出力の実に、
２０％もの電力がダイオード環流電流経路において消費
されることになシ実用的でない。またこのような保護回
路を備えた場合は、出力電流工ｔの周波数が低い場合に
おいても前記ダイオード環流電流のために同出力電流Ｉ
ｔのパルス幅が広がシ、このため力率が低下して直列共
振回路のＱが等倹約に増加するため、電圧ＶＣ１、■Ｃ
２はその分上昇した状態において平衡することになる。

第５図はこのような状況を負荷１６が３逓倍共振負荷で
ある場合を例にして示した波形図であシ、この図におい
て実線ａは負荷１６の両端間電圧、実線すは直列共振回
路１２．　　（１３）に流れる電流、破線ｄはダイオー
ド１７．　　（１８）を設けない場合の直列共振回路１
２．　　（１３）の電流を各々示している。

この発明は上述した諸問題を解決することを目的として
なされたもので、共振コンデンサの両端間電圧を全波整
流する整流回路と、との整流回路の出力端間に介挿され
かつ共振コンデンサよシ大容量を有するクランプ用コン
デンサと、とのクランプ用コンデンサの両端間に所定の
クランプ電圧を供給する充電電源とを設けて共振コンデ
ンサの両端間電圧がクランプ電圧よシ上昇するのを防止
するようにしたことを特徴とするものである。

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第を図は、この発明による保護回路の一実施例とこの実
施例を具備する高周波インバータの直列共振回路１２の
要部を示す回路図である。なお、直列共振回路１３にも
この図に示すものと同様の構成の保護回路が設けられる
。第を図において、１９は共振コンデンサ７の両端間電
圧Ｖｃ１を全波整流する整流回路であシ、ダイオード１
９ａ〜１９ｄがブリッジ接続されてなるものである。ま
た２０は、共振コンデンサ７の容量ｃに比較して充分に
大きな容１ｃｅ（例えば８１ｉｔ　Ｃの１０倍〜３０倍
の容量）を有するクランプ用コンデンサ、２１は、交流
電圧源２２と整流回路２３とを有してなシミ圧ＥＯを出
力する充電電源である。そして前記整流回路１９の出力
は抵抗２４（ダンピング用の抵抗でアシ、抵抗値は小さ
い）を介して、また充電電源２１が出力する電圧ＥＯは
抵抗２５を介して、各々クランプ用コンデンサ２０へ供
給されるようになっている。またクランプ用コンデンサ
２０の両端間には抵抗２６からなる放電経路が設けられ
ている。なお、コンデンサ２７はこの高周波インバータ
の動作周波数よシ高い周波数成分をバイパスさせるため
のコンデンサである。

次に上記構成になるこの保護回路の動作について説明す
る。まず、定常状態においては、クランプ用コンデンサ
２０は充電電源２１によシ予め充電され、その両端間電
圧ＶＯ（すなわちクランプ電圧）は、電圧Ｅ。と抵抗２
５．２６の各抵抗値によって決まる一定電圧となる。こ
のクランプ電圧ＶＯは、定常状態における電圧■Ｃ１よ
り僅かに置くなるように設定されておシ、シたがって定
常状態においては整流回路１９のダイオード１９ａ〜１
９ｄは全て逆バイアスとなっている。そして今、もし負
荷１６が突発的に短絡されたとすると、電圧ＶＣＩは急
激に上昇するが、この電圧Ｖｃ１が前記クランプ電圧ｖ
Ｏを越えると、同電圧ＶＣ１は整流回路１９、抵抗２４
を順次介してクランプ用コンデンサ２０へ供給されるこ
とになる。すなわちこの保護回路によれば、電圧■Ｃ１
がクランプ電圧ｖＯを越えると、共振コンデンサ７の容
量Ｃは等倹約にＣＯすなわぢＩＯＣ〜３０Ｃに増加する
ことになる。したがって、電圧Ｖｃ１はクランプ電圧ｖ
Ｏからは殆んど上昇することｄない。

この場合、前記クランプ電圧ＶＯけ、クランプ用コンデ
ンサ２０が電圧Ｖｃ１によって充電されることによシ僅
かに上昇されることになるが、この上昇分は抵抗２６を
介して放電されるので、電圧ｖＣ１が再びクランプ電圧
ＶＯ以下に下降すればこのクランプ電圧ｖＯも元の値に
復帰する。

このようにこの実施例によれば、電圧Ｖｃｌ。

ｖＣ２をクランプ電圧７０以上には上昇しないように制
限することができる。

ところで上記実施例において、保護回路が動作した場合
は、これに応じて電源電圧Ｅｌ、Ｅ２を減少させること
が望ましいが、ここで上記保護回路の出力に基づいて電
源電圧Ｅｌ、Ｅ２を減少させるための指令を発する回路
の一例を第７図に示す。この第７図において、２８は、
クランプ用コンデンサ２０に流れる電流を検出するだめ
の変流器であシフランプ用コンデンサ２０のリード線カ
／次巻線として挿通されたフェライトコア２９と、同フ
ェライトコアの２次巻線３０とからなっている。この２
次巻線３０に得られる出力はダイオード３１によって整
流され抵抗３２に供給されるようになっている。したが
って端子３３．３４間にはクランプ用コンデンサ２０に
流れる電流に対応した電圧Ｖａが得られる。

次に第ｒ図は、上記電圧ｖａに基づいて電源電圧Ｅｌ、
Ｅ２の減少指令が発せられるまでの過程を説明する波形
図であシ、この図において（イ）に示す前記電圧Ｖａは
図示せぬ第７の比較器によって第７の基準電圧ｖｂと比
較され、電圧Ｖａが基準る時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３におい
て、図示せぬマルチバイブレータが起動され、このマル
チバイブレータはこの高周波インバータの動作層］υ（
よシ僅かに短かい時間幅のパルス信号ｐａを出力する（
同図の（ロ）参照）。そして、このようにしてイ；すら
れたパルス信号ｐａは図示せぬ積分器によって積分され
（第ｒ図の（ハ）参照）、この檀分結呆として１比圧ｖ
ｄが得られる。この’ｆｌｆ、圧Ｖｄは第２の比較器に
よって第２の基準電圧Ｖｅと比較され、このγｌｒ、圧
Ｖｄが時刻ｔ４において茶亭電圧Ｖｅを越えると、電源
電圧Ｅｌ、Ｅ２の減少指令が発せられる。との減少指令
は例えば前述した可変電圧源２のサイリスク（整流素子
）の導通角を制御して電σ・？電圧Ｅｌ、Ｅ２を減少さ
せるように使用すればよい。

以上説明したように、この発明による高周波インバータ
の保護回路は直流電源と回路開閉手段と、共振コンデン
サと、共振インダクタンスとを直列接続してなる直列共
振回路を具備してなる高周波インバータにおいて、共振
コンデンサの両端間電圧を全波整流する整流回路と、こ
の整流回路の出力端間に介挿されかつ共振コンデンサよ
ジ大容量のクランプ用コンデンサと、このクランプ用コ
ンデンサの両端間に所定のクランプ電圧を供給する充電
電源とを設けてなるものであるから、■従来のクランプ
用のダイオードによる保護回路に比べて直列共振回路に
おける配線インダクタンスを減少させることができ、■
共振コンデンサの両端間電圧のクランプ電圧を充電電源
の出力電圧を変化させることにより任意の値に設定する
ことが可能となり、■　■の結果保護回路には共振コン
デンサの両端間電圧が異常に上昇した時のみ電流が流れ
込むようにすることができるので、無駄なエネルギが保
護回路において消費されることがなくなυ、■負荷が突
発的に短絡されたとしてもクランプ用コンデンサの両端
間電圧は徐々に上昇するようになるので上記短終が短時
間内で解消されれば高周波インバータをそのまま運転続
行させることが可能ニナυ、■クランプ用コンデンサへ
の充電経路が回路開閉手段（サイリスタによるスイッチ
回路）ｔ［−ｔことなく形成されているので回路開閉手
段が閉状態になっても保護回路は正常に動作することが
できる、等の数々の優れた作用効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第７図は高周波インバータの基本回路を示す回路図、第
２図の（イ）〜（ト）は同回路の動作を説明するための
波形図、第３図は同回路の負荷が短絡された場合におけ
る共振コンデンサの両端間電圧の変化を示す波形図、第
弘図は従来の高周波インバータの保護回路を示す回路図
、第５図は同回路の動作を説明するための波形図、第を
図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第７図は
同実施例の出力に基づいて電源電圧を変化させる場合に
用いられる回路の一例を示す回路図、第ｒ図の（イ）〜
（ハ）は同側の動作を説明するための波形図である。 １・・・・・・直流電源、６．９・・・・・・回路開閉
手段（スイッチ回路）、７．１０・・・・・・共振コン
デンサ、８゜１１・・・・・・共振インダクタンス、１
２．１３・・・・・・直列共振回路、１６・・・・・・
負荷、１９・・・・・・整流回路、２０・・・・・・ク
ランプ用コンデンサ、２１・・曲充電電源。 へ　　　　　　　　　　　　　っ 法 橘　　　　　　　　（−Ｌ Ｏつ 沫 り 守 綜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と、回路開閉手段と、共振コンデンサと、共振
   インダクタンスとを直列接続してなる直列共振回路を有
   してなシ、前記回路開閉手段を、高周波数で動作させて
   前記直列共振回路に直列に介挿される負荷に高周波出力
   を供給する高周波インバータにおいて、前記共振コンデ
   ンサの両端間電圧を全波整流する整流回路と、この整流
   回路の出力端間に介挿されかつ、前記共振コンデンサよ
   υ大容量を有するクランプ用コンデンサと、このクラン
   プ用コンデンサの両端間に所定のクランプ電圧を供給す
   る充電電源とを具備してなることを特徴とする高周波イ
   ンバータの保護回路。