(57)【要約】【課題】故障に際してもＡＣ１００Ｖ出力が遮断される危険性を極力無くし、人命にかかわる医療行為等が継続して行われるＤＣ／ＡＣインバータユニットを提供する。【解決手段】バッテリー２から直流が供給されて負荷３へ商用交流を出力するＤＣ／ＡＣインバータユニット１を、第１インバータユニット４ａと第２インバータユニット４ｂの並列接続で構成し、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂは、共に、基準正弦波信号線ＬＳを流れる基準正弦波を使って生成したＰＷＭ信号で直流を交流に変換し、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂより出力される同形・同相・同周波数の交流を合成して負荷３へ供給することで、一方のインバータユニットが動作不能となっても、同波形の交流が他方のインバータユニットから負荷３へ供給され続けるようにする。【選択図】        図１
2004242410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される直流が等しく分配される複数のインバータユニットを１本の基準正弦波信号線で有機的に結合し、
各インバータユニットは、
上記基準正弦波信号線から正弦波が入力される信号路と、正弦波発振手段により生成した正弦波を出力する信号路とが共通な入出力線路を備え、該入出力線路より得た正弦波形と上記正弦波発振手段により得られる正弦波形とが同形・同周波数・同相となるように、上記正弦波発振手段を制御して基準正弦波信号を発生させる基準正弦波発生手段と、
上記基準正弦波信号に基づいて生成したＰＷＭ信号を用いて、直流を正弦波交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換手段と、
を備え、
各インバータユニットより出力される波形の揃った正弦波交流を合成して出力することを特徴とするＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項２】
上記インバータユニットは、接続された負荷へ供給する負荷電流の電流値を負荷電流情報として取得可能な負荷電流検出手段と、上記ＤＣ／ＡＣ変換手段へ供給する直流電圧を昇圧する昇圧部と、を備えるものとし、
ＤＣ／ＡＣ変換手段へ供給する直流電圧が負荷電流の増加に伴って下がってゆく給電電圧制御特性を予め設定し、この給電電圧制御特性および上記負荷電流検出手段からの負荷電流情報に基づいて、上記昇圧部がＤＣ／ＡＣ変換手段へ供給する直流電圧を制御することで、各インバータユニットの負荷電流をバランスさせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＡＣインバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の交流１００Ｖが得られない場所で使用する、直流を交流１００Ｖに変換するＤＣ／ＡＣインバータに関し、特に、正弦波交流電源として高信頼性が要求される救急車等で使用するのに好適なされる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用電源装置のＤＣ／ＡＣインバータとしては、バッテリーを電源とする直流を交流１００Ｖに変換し、外部負荷へ供給するものであった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−７４６６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＤＣ／ＡＣインバータが故障した際には、その動作を停止させて交流１００Ｖの供給を停止していたため、電源断の許されない医療機器の電源として使うには適さない。なお、予備用のＤＣ／ＡＣインバータを搭載すれば、Ｓちらへ切り換えることで電源供給を再開することもできるが、故障時はスイッチ等でわざわざ切り替えなければならないし、電源断により医療機器が使用不能となる危険性があるため緊急医療行為等には適さないという点でも問題である。
【０００５】
そこで、本発明は、故障に際してもＡＣ１００Ｖ出力が遮断される危険性を極力無くし、人命にかかわる医療行為等が継続して行われるようにするＤＣ／ＡＣインバータユニットの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、供給される直流が等しく分配される複数のインバータユニット（例えば、第１インバータユニット４ａ、第２インバータユニット４ｂ）を１本の基準正弦波信号線（ＬＳ）で有機的に結合し、各インバータユニットは、上記基準正弦波信号線から正弦波が入力される信号路と、正弦波発振手段（１３）により生成した正弦波を出力する信号路とが共通な入出力線路（１１）を備え、該入出力線路より得た正弦波形と上記正弦波発振手段により得られる正弦波形とが同形・同周波数・同相となるように、上記正弦波発振手段を制御して基準正弦波信号を発生させる基準正弦波発生手段（１０）と、上記基準正弦波信号に基づいて生成したＰＷＭ信号を用いて、直流を正弦波交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換手段（８）と、を備え、各インバータユニットより出力される波形の揃った正弦波交流を合成して出力することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載のＤＣ／ＡＣインバータにおいて、上記インバータユニットは、接続された負荷へ供給する負荷電流の電流値を負荷電流情報として取得可能な負荷電流検出手段と、上記ＤＣ／ＡＣ変換手段へ供給する直流電圧を昇圧する昇圧部（７）と、を備えるものとし、ＤＣ／ＡＣ変換手段へ供給する直流電圧が負荷電流の増加に伴って下がってゆく給電電圧制御特性を予め設定し、この給電電圧制御特性および上記負荷電流検出手段からの負荷電流情報に基づいて、上記昇圧部がＤＣ／ＡＣ変換手段へ供給する直流電圧を制御することで、各インバータユニットの負荷電流をバランスさせるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係るＤＣ／ＡＣインバータの実施形態を説明する。
【０００９】
ＤＣ／ＡＣインバータ１は、バッテリー２から供給された直流（１２Ｖ）を交流（商用交流１００Ｖ）に変換して負荷３へ供給するものである。このＤＣ／ＡＣインバータ１は、第１インバータユニット４ａと第２インバータユニット４ｂの２つのＤＣ／ＡＣインバータ機能を備えており、バッテリー２からの直流が受電ラインＬｉｎを介して各々配電され、給電ラインＬｏｕｔを介して負荷３へ交流を供給する。
【００１０】
上記第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂは、同一構成のユニットであり、例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ１の筐体内に形成されたインバータユニット収容スペースに収容され、各ユニット外装に設けた接続端子を介して、上記受電ラインＬｉｎおよび給電ラインＬｏｕｔに接続される。また、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂには、夫々一対の基準ライン接続端子５，５を設けてあり、これら基準ライン接続端子５，５を基準ライン接続線６を介して接続することで、１本の基準正弦波信号線（後に詳述）で第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂが有機的に結合される。
【００１１】
なお、本実施形態のＤＣ／ＡＣインバータ１では、各インバータユニットを共通化して２つの基準ライン接続端子５，５を設けたので、３つ以上のインバータユニットを搭載する場合でも、上記と同様に、各インバータユニットの基準ライン接続端子５を基準ライン接続線６で相互に接続して数珠繋ぎとすれば、１本の基準正弦波信号線を形成できるが、２つのインバータユニットのみを搭載するＤＣ／ＡＣインバータとする場合には、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂに夫々一つの基準ライン接続端子５を設ければ十分である。
【００１２】
次に、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂの具体的構成につき説明する。なお、第１インバータユニット４ａと第２インバータユニット４ｂとは、同一構成であるので、以下、インバータユニット４として説明する。
【００１３】
インバータユニット４は、バッテリー２からの直流を昇圧する昇圧部７と、該昇圧部７によって昇圧された直流を受け、商用周波数の交流１００Ｖに変換するＤＣ／ＡＣ変換部８とからなる。
【００１４】
上記昇圧部７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１と、これを制御する昇圧制御回路７２とからなる。この昇圧制御回路７２は、後に詳述するように、インバータユニット４の負荷電流に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御し、ＤＣ／ＡＣ変換部８へ供給する直流電圧を制御する機能を有する。なお、インバータユニット４は、接続された負荷３へ供給する負荷電流の電流値を負荷電流情報として取得可能な負荷電流検出手段（図示省略）を備え、この負荷電流検出手段からの負荷電流情報が昇圧制御回路７２へ供給される。
【００１５】
ＤＣ／ＡＣ変換部８は、所要周波数のノコギリ波を発生するノコギリ波発生手段８１、前記基準正弦波信号線から供給される基準正弦波信号と上記ノコギリ波発生手段８１を比較してＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力する比較回路８２、該比較回路８２からのＰＷＭ信号を入力として駆動信号を出力する駆動手段８３、該駆動手段８３に制御されるスイッチング素子８４とからなり、スイッチング素子８４により直流から変換された交流出力は、ローパスフィルタ９により高周波成分が取り除かれ、商用電源と同一の正弦波交流がインバータユニット４より出力される。
【００１６】
上記比較回路８２に供給される基準正弦波信号の生成は、基準正弦波発生手段１０により行うもので、図２に基づき、基準正弦波発生手段１０の機能を説明する。
【００１７】
図２においては、第１〜第３インバータユニットに各々設けられた基準正弦波発生手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各入出力線路１１を基準正弦波信号線ＬＳに接続して例を示す。なお、図１の実施形態の如く２つのインバータユニットの基準正弦波発生手段を基準正弦波信号線ＬＳに接続した場合も、４つ以上にインバータユニットの基準正弦波信号線ＬＳに接続した場合も、基準正弦波発生手段により基準正弦波が生成される機能は同じである。
【００１８】
上記入出力線路１１は、基準正弦波信号線ＬＳから正弦波が入力される信号路と、基準正弦波発生手段１０の内部で生成した正弦波を出力する信号路とが共通となる線路で、この入出力線路１１を流れる正弦波は、位相調整手段１２へ供給される。この位相調整手段１２には、所定周波数の正弦波を発生させる正弦波発振手段１３からの自発振正弦波信号も供給されている。そして、位相調整手段１２は、入出力線路１１から供給される正弦波信号を基準正弦波ｆＳとし、自発振正弦波ｆＯの位相を基準正弦波に近づけるよう、誤差補正のための補正信号を正弦波発振手段１３へ送出する。
【００１９】
すなわち、正弦波発振手段１３の自発振正弦波の位相を基準正弦波の位相に近づけるループ処理を位相調整手段１２が行うことで、正弦波発振手段１３により得られる正弦波信号は基準正弦波信号線ＬＳを流れる基準正弦波と同形・同周波数・同相となるので、各インバータユニット内の基準正弦波発生手段１０ａ〜１０ｃが夫々備える正弦波発振手段１３によって基準正弦波信号が夫々生成されるのである。なお、入出力線路１１と正弦波発振手段１３との間には位相調整用のインピーダンス１４を設け、各々のインバータユニットから出力される正弦波信号の位相が完全には一致しない（ほぼ同相ではあるが、微妙なズレを含む）ところを調整する。
【００２０】
なお、基準正弦波信号線ＬＳを流れる基準信号は、別途設けた基準信号発生源から供給するようにしても良いが、そのような基準信号発生源を設けないでも、各基準正弦波発生手段１０ａ〜１０ｃが動作すれば、自然に基準正弦波が決定し、全ての正弦波発振手段１３で基準正弦波が得られるようになる。すなわち、基準正弦波発生手段１０ａ〜１０ｃは、入出力線路１１を介して基準正弦波信号線ＬＳと接続してあるので、初期状態の正弦波発振手段１３により生成された正弦波が基準正弦波発生手段１０ａ〜１０ｃのぞれぞれより出力され、これら三様の正弦波が合波されて各基準正弦波発生手段１０ａ〜１０ｃの入出力線路１１より位相調整手段１２へ供給されるので、上述したと同様に、位相調整のループ制御が行われて、最終的に全ての基準正弦波発生手段１０ａ〜１０ｃの正弦波発振手段１３より基準正弦波が得られることとなる。
【００２１】
なお、位相調整手段１２の機能は、ＰＬＬ回路により実現可能である。また、上記基準正弦波発生手段１０の正弦波発振手段１３を構成する際には、作成される波形が同形、同周波数となるように、環境条件等による値の変化が少ないデバイスを用い、基準となるクロック信号の供給源も水晶発信器等で構成することが望ましい。
【００２２】
上記のようにして、基準正弦波発生手段１０は基準正弦波を基準正弦波信号線ＬＳへ供給し続けるので、この基準正弦波信号線を流れる基準正弦波信号とノコギリ波発生手段８１からのノコギリ波とに基づいて比較回路８２より出力されるＰＷＭ信号は、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂでほぼ同相の信号となるので、同じＰＷＭ信号を用いて生成した正弦波交流も第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂで同形、同相、同周波数となるので、出力端子部で位相を合わせて接続すれば、出力電力を合成可能となる。
【００２３】
なお、各インバータユニットのＤＣ／ＡＣ変換部８における比較回路８２からのＰＷＭ信号を同相とするためには、原理的に比較するノコギリ波も各インバータユニット毎に同相となるように調整する必要がある。しかしながら、ノコギリ波の周波数が数十ＫＨｚと高周波であれば、各インバータユニットより出力される正弦波波形を重畳させるのに問題無い精度となるため、ノコギリ波発生手段８１より出力されるノコギリ波の位相のズレは、実用上問題とならないので、本実施形態においては、ノコギリ波の位相合わせを行わないものとした。無論、より精度を上げるために、ノコギリ波についても基準正弦波の発生と同様な手法で基準ノコギリ波を発生させるようにし、全てのインバータユニットとで位相の揃ったノコギリ波を用いるようにしても良い。
【００２４】
また、上記実施形態においては、基準正弦波発生信号線から比較回路８２へ基準正弦波を供給するものとしたが、例えば、基準正弦波発生手段１０の正弦波発振手段１３より基準正弦波を供給するようにしても良い。
【００２５】
このように、本実施形態に係るＤＣ／ＡＣインバータ１によれば、第１インバータユニット４ａ，と第２インバータユニット４ｂが別々に備えている基準正弦波発生手段１０により生成される正弦波は、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂを有機的に結合する１本の基準正弦波信号線ＬＳを流れる基準正弦波信号と同形・同周波数・同相の正弦波となるので、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂの基準正弦波発生手段１０によって同じ基準正弦波信号を得ることができ、また、この基準正弦波信号に基づいて生成したＰＷＭ信号を用いて、ＤＣ／ＡＣ変換手段８が直流を正弦波交流に変換するので、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂより出力される正弦波交流を合成した交流は、波形の揃った安定した電源として使うことができる。
【００２６】
すなわち、ＤＣ／ＡＣインバータ１を２つのインバータユニット４ａ，４ｂから構成することで、一方のインバータユニットが故障して動作不能となった場合、出力電力容量は低下するものの、出力電力自体は瞬断無く供給されるので、信頼性の高い直−交変換機能を提供できる。
【００２７】
しかも、一方のインバータユニットが動作していれば、基準正弦波信号線ＬＳには変わることなく基準正弦波信号が流れるので、ＤＣ／ＡＣインバータ１より出力される正弦波交流の波形が変化することはなく、安定して交流を供給し続けることができる。したがって、救急車等の人命に拘わる重要な器材電源用に、また放送車両等電源ダウンが社会的に与える致命的な事故を未然に防ぐ重要な電源に好適である。
【００２８】
さらに、ＤＣ／ＡＣインバータ１は複数のインバータユニットの連結により構成するので、インバータユニットの連結台数を増やして使用すれば、簡単に大容量化することができるので、大容量のインバータを設計する際にも、新たに回路設計する必要が無く、設計・開発期間を大幅に短縮することが出来る。また、部品を共通化して安価に製作できるというメリットもある。
【００２９】
上述したＤＣ／ＡＣインバータ１では、各インバータユニットの特性が完全に同じとすれば、バッテリー２からの直流が各インバータユニットへ等しく分配されることで、各ユニットの出力波形のピーク値も同じとなるが、実際には、第１，第２インバータユニット４ａ，４ｂの昇圧部７やＤＣ／ＡＣ変換部８の構成デバイス等に起因して微妙ながら特性誤差が生ずるために、バッテリー２から供給される直流電圧は同じでも、出力される交流電圧のピーク値もインバータユニット毎にバラついてしまうことを完全に防ぐことはできない。
【００３０】
そこで、本実施形態に係るＤＣ／ＡＣインバータ１では、昇圧部７からＤＣ／ＡＣ変換手段８へ供給する直流電圧が負荷電流の増加に伴って下がってゆく給電電圧制御特性を予め設定し、この給電電圧制御特性および上記負荷電流検出手段からの負荷電流情報に基づいて、昇圧部７の昇圧制御回路７２がＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御することにより、ＤＣ／ＡＣ変換部８へ供給する直流電圧を制御するものとした。
【００３１】
上記給電電圧制御特性の一例は、図３に示すようなもので、例えば、第１インバータ４ａを実線で、第２インバータユニット４ｂを破線で示す。無負荷時の直流電圧が▲１▼に対応する位置であるから、昇圧制御回路７２による制御が行われていない初期状態では、第１インバータ４ａより出力される交流電圧のピーク値の方が、第２インバータ４ｂより出力される交流電圧のピーク値より高いため、第１インバータユニット４ａより優先的に負荷電流が供給されることとなる。
【００３２】
従って、第１インバータユニット４ａの負荷電流検出手段による負荷電流情報を受けた昇圧制御回路７２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を上記給電電圧制御特性の設定に応じた直流電圧に下げる。この時の負荷電流が▲２▼の位置よりも大であった場合には、第１インバータユニット４ａの負荷電流が低下する反面、第２インバータユニット４ｂの負荷電流が増加することとなる。よって、第１インバータユニット４ａの昇圧制御回路７２は給電電圧を上げ、第２インバータユニット４ｂの昇圧制御回路７２は電圧を下げ、第１インバータユニット４ａと第２インバータユニット４ｂの出力電圧のピーク値が変わり、負荷電流の負担も変化し、各インバータユニットでの給電電圧調整が再度行われることとなる。
【００３３】
上記のようにして、第１インバータユニット４ａと第２インバータユニット４ｂとで、昇圧部７における給電電圧調整が繰り返されると、負荷電流が▲２▼の位置となる直流電圧、すなわち、第２インバータユニット４ｂの直流電圧と同電圧となった状態で落ち着き、第１インバータユニット４ａと第２インバータユニット４ｂの負荷電流をバランスさせることができる。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係るＤＣ／ＡＣインバータ１では、負荷電流の大なるインバータユニットから出力される交流電圧のピーク値を低下させることにより、全てのインバータユニットの出力電位が同レベルになって、各インバータユニットの負担が均等化され、各インバータユニットよりバランス良く負荷電流が流れることとなる。
【００３５】
なお、上述したインバータユニットの電圧調整手法によると、高負荷のインバータユニットの出力電圧を下げることによる揺り返しで他のインバータユニットの負荷電流も増加するため、全インバータユニットの適正な負荷バランスが採れるまで、一時的に電源が不安定となる可能性もある。そこで、検出された負荷電流に応じて一気に出力電圧を低下させるのではなく、単位時間毎に直流電圧を徐々に下げてゆくような制御を昇圧制御回路７２が行うようにしても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るＤＣ／ＡＣインバータによれば、複数のインバータユニットが別々に備えている基準正弦波発生手段により生成される正弦波は、全てのインバータユニットを有機的に結合する１本の基準正弦波信号線を流れる基準正弦波信号と同形・同周波数・同相の正弦波となるので、全てのインバータユニットの基準正弦波発生手段によって同じ基準正弦波信号を得ることができ、また、この基準正弦波信号に基づいて生成したＰＷＭ信号を用いて、ＤＣ／ＡＣ変換手段が直流を正弦波交流に変換するので、全てのインバータユニットより出力される正弦波交流を合成した交流は、波形の揃った安定した電源として使える。
【００３７】
すなわち、複数のインバータユニットから構成することで、一部のインバータユニットが故障して動作不能となった場合、出力電力容量は低下するものの、出力電力自体は瞬断無く供給され、信頼性の高いＤＣ／ＡＣインバータを提供する事が出来る。
【００３８】
しかも、一つ以上のインバータユニットが動作していれば、基準正弦波信号線には変わることなく基準正弦波信号が流れるので、出力される正弦波交流の波形が変化することなく、安定して交流を供給し続けることができる。したがって、救急車等の人命に拘わる重要な器材電源用に、また放送車両等電源ダウンが社会的に与える致命的な事故を未然に防ぐ重要な電源に好適なＤＣ／ＡＣインバータである。
【００３９】
さらに、ＤＣ／ＡＣインバータを複数のインバータユニットの連結により構成するので、インバータユニットの連結台数を増やして使用すれば、簡単に大容量化することができるので、大容量のインバータを設計する際にも、新たに回路設計する必要が無く、設計・開発期間を大幅に短縮することが出来る。また、部品を共通化して安価に製作できるというメリットもある。
【００４０】
また、請求項２に係るＤＣ／ＡＣインバータによれば、インバータユニットの特性誤差に起因して出力される正弦波交流のピーク値にバラツキがあることで、一部のインバータユニットからのみ負荷電流が供給されていても、負荷電流の高いインバータユニットにおける昇圧部の制御によってＤＣ／ＡＣ変換部への給電電圧が負荷電流に応じて下げられるので、全てのインバータユニットの出力電位が同レベルになって、各インバータユニットの負担が均等化され、各インバータユニットよりバランス良く負荷電流が流れることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＤＣ／ＡＣインバータの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】基準正弦波信号線と３つのインバータユニットにおける各基準正弦波発生手段との接続関係を示す機能説明図である。
【図３】インバータユニットの昇圧部が行うＤＣ／ＡＣ変換手段への給電電圧制御に用いる給電電圧制御特性図である。
【符号の説明】
１    ＤＣ／ＡＣインバータ
４ａ  第１インバータユニット
４ｂ  第２インバータユニット
７    昇圧部
８    ＤＣ／ＡＣ変換部
１０    基準正弦波発生手段
１１    出力線路
１３    正弦波発振手段
ＬＳ    基準正弦波信号線
【図１】
2004242410.tif 000003
【図２】
2004242410.tif 000004
【図３】
2004242410.tif 000005