(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、高周波トランスと高周波トランスの１次巻線に共振接続した共振コンデンサとからなる共振回路に接続した、スイッチング素子とスイッチング素子をドライブするドライブ手段とからなる共振型としたインバータ回路と、前記高周波トランスの２次巻線に接続した整流手段と、前記整流手段の出力を所定の周波数に変換する周波数変換回路と、前記ドライブ手段の動作を制御する電流波形制御手段と、前記ドライブ手段を間引き駆動する間引き駆動手段と、制御手段とを有し、前記制御手段は、負荷に供給する出力電流の波形が正弦波となるべく、前記電流波形制御手段の記憶する商用交流波形に沿って前記ドライブ手段を駆動させ出力の包絡線が商用交流波形に沿うようにし、かつ、包絡線が０付近となる低電圧部では、包絡線を構成する高周波のスイッチング波形がゼロクロスしないことに起因して前記高周波トランスの１次コイルに流れる電流の波形が乱れた波形とならないように前記インバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに前記ドライブ手段の駆動を電流波形制御手段から前記間引き駆動手段に切り替えるコンバータ。
【請求項２】
制御手段は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する請求項１記載のコンバータ。
【請求項３】
制御手段は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の情報と、周波数変換回路の出力電圧を検知する電圧検知手段の情報とからインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する請求項１記載のコンバータ。
【請求項４】
制御手段は、周波数変換回路が出力するべき基準波形信号と周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する請求項１記載のコンバータ。
【請求項５】
制御手段は、周波数変換回路の出力電圧が所定値より低い間はドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動する請求項１記載のコンバータ。
【請求項６】
制御手段は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の位相情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する請求項１記載のコンバータ。
【請求項７】
直流電源と、高周波トランスと高周波トランスの１次巻線に共振接続した共振コンデンサとからなる共振回路に接続した、スイッチング素子とスイッチング素子をドライブするドライブ手段とからなるインバータ回路と、高周波トランスの２次巻線に接続した整流手段と、整流手段の出力を所定の周波数に変換する周波数変換回路と、前記ドライブ手段の動作を制御する電流波形制御手段と、前記ドライブ手段を間引き駆動する間引き駆動手段と、前記インバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに前記ドライブ手段の駆動を電流波形制御手段から間引き駆動手段に切り替える制御手段と、負荷である商用交流電源を有し、前記制御回路は商用交流電源の極性転換点を検知してから所定時間は間引き駆動手段によってドライブ手段を駆動するコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した電力の形態を接続した負荷あるいは配電系統に適合するように変換して供給するコンバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から使用されているコンバータの一例を図６を使用して説明する。コンバータ２１は、インバータ回路２３・高周波トランス２４からなる非共振型インバータ部２５と、整流ブリッジ２６・コイル２７・周波数変換回路２８と制御回路２９とによって構成しており、前記非共振型インバータ部２５に直流電源２２を、周波数変換回路２８の出力を負荷３０に接続している。インバータ回路２３は、４個のトランジスタ２３ａ・２３ｂ・２３ｃ・２３ｄによって直流電源２２が供給する直流を数１０ｋＨｚの高周波に変換している。インバータ回路２３の出力は、高周波トランス２４の１次コイルに接続しており、高周波トランス２４の２次コイルから１次コイルに加わった電圧波形と相似の高周波電圧が出力される。この高周波電圧は、高周波トランス２４の２次コイルに接続した整流ブリッジ２６・コイル２７によって整流・平滑され、制御回路２９によって商用周波数で駆動される周波数変換回路２８によって商用周波数の交流に変換される。この周波数変換回路２８の出力は、負荷３０に供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のコンバータは、インバータ回路・周波数変換回路として４個のスイッチング素子を使用する構成となっており構成が複雑であるという課題を有している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、共振型としたインバータ回路を使用して、構成が簡単で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、直流電源と、高周波トランスと高周波トランスの１次巻線に共振接続した共振コンデンサとからなる共振回路に接続した、スイッチング素子とスイッチング素子をドライブするドライブ手段とからなる共振型としたインバータ回路と、前記高周波トランスの２次巻線に接続した整流手段と、前記整流手段の出力を所定の周波数に変換する周波数変換回路と、前記ドライブ手段の動作を制御する電流波形制御手段と、前記ドライブ手段を間引き駆動する間引き駆動手段と、制御手段とを有し、制御手段は、負荷に供給する出力電流の波形が正弦波となるべく、前記電流波形制御手段の記憶する商用交流波形に沿って前記ドライブ手段を駆動させ出力の包絡線が商用交流波形に沿うようにし、かつ、包絡線が０付近となる低電圧部では、包絡線を構成する高周波のスイッチング波形がゼロクロスしないことに起因して前記高周波トランスの１次コイルに流れる電流の波形が乱れた波形とならないようにインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに、インバータ回路を構成するスイッチング素子をドライブするドライブ手段の駆動を電流波形制御手段から間引き駆動手段に切り替えて、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、電流検知手段の情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに、ドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動するようにして、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、電圧検知手段が検知した出力電圧の波形と、電流検知手段が検知した出力電流の波形とを比較し、両者が一致しなくなった時をインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能として、ドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動するようにして、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、電流検知手段が検知した出力電流の波形が基準波形信号と一致しなくなった時点をインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能として、ドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動するようにして、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、周波数変換回路の出力電圧が所定値より低い間はドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動するようにして、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、電流検知手段の検知する電流波形の位相情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに、ドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動するようにして、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【００１１】
請求項７に記載した発明は、極性点検知手段によって負荷である商用電源の極性転換点を検知し、極性転換点を検知してから所定時間は間引き駆動手段によってドライブ手段を駆動するようにして、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータとしている。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について説明する。図１は本実施例のコンバータの構成を示すブロック図である。本実施例のコンバータは、直流電源１と、共振回路２と、インバータ回路３と、整流手段４と、周波数変換回路５と、電流波形制御手段６と、間引き駆動手段７と、制御手段８とを備えている。また１０は、周波数変換回路５の出力に接続している負荷である。共振回路２は、高周波トランス２ａと高周波トランス２ａの１次コイルに共振接続した共振コンデンサ２ｂとを有している。インバータ回路３は、共振回路２に接続しているＩＧＢＴで構成したスイッチング素子３ａとスイッチング素子３ａをドライブ駆動するドライブ手段３ｂを有している。整流手段４の整流出力は、４個のトランジスタ５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄによって構成している周波数変換回路５に接続している。周波数変換回路５は制御手段８によって駆動されている。電流波形制御手段６は、周波数変換回路５の出力電流波形を好ましいものとするようにドライブ手段３ｂの動作を制御しているものである。また間引き駆動手段７は、ドライブ手段３ｂをＰＷＭ制御等によって間引き駆動するものである。ここで本実施例では、制御回路８は、インバータ回路３を構成するスイッチング素子３ａのゼロクロススイッチングの不能を検知したときにドライブ手段３ｂの駆動を電流波形制御手段６から間引き駆動手段７に切り替えるように作用しているものである。
【００１３】
以下本実施例の動作について説明する。図示していないスイッチをオンして共振回路２に直流電源１の出力を接続すると、コンバータは動作を開始する。高周波トランス２ａの１次巻線には、ドライブ手段３ｂとスイッチング素子３ａによってスイッチングされた高周波電圧が供給され、高周波トランス２ａの２次巻線にこの高周波電圧が所定の大きさに変換されて出力される。この２次電圧は、整流手段４によって整流され、制御回路８の指示によって駆動される周波数変換回路５によって、商用周波数の交流に変換される。従って負荷１０には、この商用周波数の交流電力が供給される。
【００１４】
このとき本実施例では、電流波形制御手段は図２（ａ）に示しているような商用交流波形を記憶しており、ドライブ手段３ｂをこの電圧波形に沿って駆動している。しかしスイッチング素子３ａは、図２（ｂ）に示しているように、包絡線が０付近となる低電圧部では、包絡線を構成する高周波のスイッチング波形がゼロクロスしないものである。従って高周波トランス２ａの１次コイルに流れる電流の波形は、図２（ｃ）に示しているようにゼロ付近でピークが生じた乱れた波形となるものである。この結果、高周波トランス２ａの２次コイルにも、同様の波形の電流が流れ、周波数変換回路５の出力電流は正弦波の商用交流波形とはならないものである。そこで本実施例では、制御手段８は周波数変換回路５が出力する電流の波形を検知するようにして、前記０付近での波形の乱れを検知したときには、ドライブ手段３ｂの駆動を電流波形制御手段６から間引き駆動手段７に切り替えているものである。つまり、インバータ回路３のゼロクロススイッチングの不能を検知したときには、ドライブ手段３ｂの駆動を電流波形制御手段６から間引き駆動手段７に切り替えるようにしているものである。間引き駆動手段７は、図２（ｄ）に示しているように、０付近での低電圧時にはＰＷＭ等の制御を行うようにしている。ここで共振コンデンサ２ｂの容量は充分大きいため、スイッチング素子３ａの波形が図２（ｄ）に示すような間引き波形となると、高周波トランス２ａの１次コイルに流れる電流は図２（ｅ）に示しているような商用交流波形となるものである。
【００１５】
以上のように本実施例によれば、構成が簡単で、ゼロクロススイッチング不能時も電流波形整形できる。つまり、図６に示している従来の構成のものは、４個のトランジスタ２４ａ・２４ｂ・２４ｃ・２４ｄによって構成したインバータ回路２４となっているのに対し、本実施例のものは高周波トランス２ａに供給する高周波電圧を作る構成が、１個のスイッチング素子３ａとドライブ手段３ｂだけの非常に簡単な構成となっているものである。また同時に、低電圧時には間引き駆動手段７を駆動するようにしているため、負荷１０に供給する出力電流の波形もほぼ正弦波となるものであり、電磁ノイズの発生レベルの極めて低いコンバータを実現するものである。
【００１６】
なお、本実施例の動作を説明する図２では、負荷１０への供給電力を６０Ｈｚとしているが、前記説明の通り商用周波数とすることは可能である。また入力電源を直流電源１としたが、特に直流電源に限定する必要はないものである。更にスイッチング素子３ａをＩＧＢＴとしたが、ＭＯＳＦＥＴ・トランジスタなどとしてもよいことは言うまでもない。また間引き駆動手段７はＰＷＭ制御するとして説明しているが、ＰＷＭ制御以外の制御でもよいことは言うまでもない。
【００１７】
（実施例２）
続いて本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、図３に示しているように、周波数変換回路５の出力電流を検知する電流検知手段１３を設け、制御手段８はこの電流検知手段の情報からインバータ回路３のゼロクロススイッチングの不能を検知しているものである。電流検知手段１３としては、カレントトランスを使用している。
【００１８】
以上のように本実施例では、電流のセンシングだけの簡単な構成で、制御手段８がドライブ手段３ｂの制御を電流波形制御手段６から間引き駆動手段７に切り替えるようにして、簡単な構成で、低電圧まで出力することが可能で歪みの少ない波形出力のコンバータを実現しているものである。
【００１９】
（実施例３）
続いて本発明の第３の実施例について説明する。本実施例では図４に示しているように、周波数変換回路５の出力電流を検知する電流検知手段１３と、電圧検知手段１４を設け、制御手段８はこれらの手段によってインバータ回路３のゼロクロススイッチングの不能を検知しているものである。
【００２０】
つまり本実施例では、電圧検知手段１４が検知した出力電圧の波形と、電流検知手段１３が検知した出力電流の波形とを比較し、両者が一致しなくなった時をインバータ回路３のゼロクロススイッチングの不能時として、ドライブ手段３ｂを間引き駆動手段７によって駆動するようにしているものである。このため、本実施例によればゼロクロススイッチング不能時をより正確に判断でき、簡単な構成で、低電圧まで出力することが可能で歪みの少ない波形出力のコンバータを実現しているものである。
【００２１】
（実施例４）
続いて本発明の第４の実施例について説明する。図５は本実施例の構成を示している。本実施例では、制御回路８は周波数変換回路５が出力するべき基準波形信号を予め記憶しており、この基準波形信号と電流検知手段１３が検知する出力電流の波形とを比較しているものである。つまり、電流検知手段１３が検知した出力電流の波形が基準波形信号と一致しなくなった時点をインバータ回路３のゼロクロススイッチングの不能として、ドライブ手段３ｂを間引き駆動手段７によって駆動するようにして、低電圧まで出力することが可能な簡単な構成のコンバータとしている。
【００２２】
（実施例５）
次に本発明の第５の実施例について説明する。図６は本実施例の構成を示している。本実施例では制御手段８は、周波数変換回路５の出力電圧が所定値より低い間はドライブ手段３ｂを間引き駆動手段７によって駆動する構成としているものである。つまり、制御手段８は電圧検知手段１４から周波数変換回路５の出力電圧の情報を得ており、この出力電圧の大きさが内蔵している所定値と比較するようにしているものである。このため本実施例によっても、簡単な構成で、低電圧まで出力することが可能で歪みの少ない波形出力のコンバータを実現できるものである。
【００２３】
（実施例６）
次に本発明の第６の実施例について説明する。本実施例の構成は、前記図３に示したものと同様となっている。つまり、制御手段８は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段１３の電流波形の情報を得ているものである。但し本実施例では、電流検知手段１３から得る電流情報は基準点からの位相情報としているものである。この位相情報を内蔵している基準値と比較することによって、インバータ回路３のゼロクロススイッチングの不能を検知するようにしているものである。
【００２４】
例えば、使用している負荷１０が商用交流電源である場合には、図７に示す構成のものを使用することが出来る。つまり、電圧検知手段１４は負荷１０の両端の電圧を検知しており、この情報を制御手段８に伝達しているものである。制御手段８は、前記電圧検知手段１４が検知する電圧波形を示す情報から商用交流電源の極性転換点を検知し、この検知時点から所定時間は間引き駆動手段７を駆動するように動作するものである。またこの所定時間は、内蔵している計時機能を使用することによって簡単に計時することが出来るものである。つまり極性転換点から所定時間の間は、電圧が０付近の低電圧であるとするものである。
【００２５】
また負荷１０が商用交流電源でない場合には、例えば出力電圧の波形を微分する等の方法で前記極性転換点を特定することができ、同様に内蔵している計時機能を使用することによって低電圧部を簡単に計時することができるものである。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明は、直流電源と、高周波トランスと高周波トランスの１次巻線に共振接続した共振コンデンサとからなる共振回路に接続した、スイッチング素子とスイッチング素子をドライブするドライブ手段とからなる共振型としたインバータ回路と、前記高周波トランスの２次巻線に接続した整流手段と、前記整流手段の出力を所定の周波数に変換する周波数変換回路と、前記ドライブ手段の動作を制御する電流波形制御手段と、前記ドライブ手段を間引き駆動する間引き駆動手段と、制御手段とを有し、前記制御手段は、負荷に供給する出力電流の波形が正弦波となるべく、前記電流波形制御手段の記憶する商用交流波形に沿って前記ドライブ手段を駆動させ出力の包絡線が商用交流波形に沿うようにし、かつ、包絡線が０付近となる低電圧部では、包絡線を構成する高周波のスイッチング波形がゼロクロスしないことに起因して前記高周波トランスの１次コイルに流れる電流の波形が乱れた波形とならないように前記インバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに前記ドライブ手段の駆動を電流波形制御手段から間引き駆動手段に切り替える制御手段とを有する構成として、歪みの少ない波形の出力が出来る簡単な構成で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【００２７】
請求項２に記載した発明は、制御手段は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する構成として、簡単な構成で歪みの少ない波形の出力が出来る、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【００２８】
請求項３に記載した発明は、制御手段は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の情報と、周波数変換回路の出力電圧を検知する電圧検知手段の情報とからインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する構成として、歪みの少ない波形の出力が出来る簡単な構成で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【００２９】
請求項４に記載した発明は、制御手段は、周波数変換回路が出力するべき基準波形信号と周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する構成として、歪みの少ない波形の出力が出来る簡単な構成で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【００３０】
請求項５に記載した発明は、制御手段は、周波数変換回路の出力電圧が所定値より低い間はドライブ手段を間引き駆動手段によって駆動する構成として、歪みの少ない波形の出力が出来る簡単な構成で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【００３１】
請求項６に記載した発明は、制御手段は、周波数変換回路の出力電流を検知する電流検知手段の位相情報からインバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知する構成として、歪みの少ない波形の出力が出来る簡単な構成で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【００３２】
請求項７に記載した発明は、直流電源と、高周波トランスと高周波トランスの１次巻線に共振接続した共振コンデンサとからなる共振回路に接続した、スイッチング素子とスイッチング素子をドライブするドライブ手段とからなるインバータ回路と、高周波トランスの２次巻線に接続した整流手段と、整流手段の出力を所定の周波数に変換する周波数変換回路と、前記ドライブ手段の動作を制御する電流波形制御手段と、前記ドライブ手段を間引き駆動する間引き駆動手段と、前記インバータ回路のゼロクロススイッチングの不能を検知したときに前記ドライブ手段の駆動を電流波形制御手段から間引き駆動手段に切り替える制御手段と、負荷である商用交流電源を有し、前記制御回路は商用交流電源の極性転換点を検知してから所定時間は間引き駆動手段によってドライブ手段を駆動する構成として、歪みの少ない波形の出力が出来る簡単な構成で、電磁ノイズの発生レベルが極めて低いコンバータを実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であるコンバータの構成を示すブロック図
【図２】同、各部の動作を示す波形図
【図３】本発明の第２の実施例であるコンバータの構成を示すブロック図
【図４】本発明の第３の実施例であるコンバータの構成を示すブロック図
【図５】本発明の第４の実施例であるコンバータの構成を示すブロック図
【図６】本発明の第５の実施例であるコンバータの構成を示すブロック図
【図７】本発明の第６の実施例であるコンバータの構成を示すブロック図
【図８】従来例であるコンバータを示すブロック図
【符号の説明】
１  直流電源
２  共振回路
２ａ  高周波トランス
２ｂ  共振コンデンサ
３  インバータ回路
３ａ  スイッチング素子
３ｂ  ドライブ手段
４  整流手段
５  周波数変換回路
６  電流波形制御手段
７  間引き駆動手段
８  制御手段
１３  電流検知手段
１４  電圧検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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