(57)【要約】【課題】高周波電力の供給を受ける誘導性負荷７０の無効電力を軽減し、回路損失を緩和する。【解決手段】直流電源１０を備える。前記直流電源１０の両端に接続される順直列一対の主スイッチング素子５１・５２を含む回路を備える。前記各主スイッチング素子５１・５２と逆並列に接続される各フライホイールダイオード４１・４２を備える。前記主スイッチング素子５１・５２の交点に一端が接続される誘導性負荷７０を備える。前記主スイッチング素子５１・５２およびフライホイールダイオード４１・４２を含み前記直流電源１０から給電を受け前記誘導性負荷７０へ高周波電力を供給するインバータ回路を具備する。順直列一対の補助スイッチング素子６１・６２を備える。前記各補助スイッチング素子６１・６２をそれらのオン時に前記誘導性負荷７０が短絡されるように接続しる。前記補助スイッチング素子６１・６２を対応する前記主スイッチング素子５１・５２のターンオフ時にターンオンしかつ前記誘導性負荷７０の電磁エネルギーの減少を待ってターンオフするように制御する制御回路３０を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源を備え、前記直流電源の両端に接続される順直列一対の主スイッチング素子を含む回路を備え、前記各主スイッチング素子と逆並列に接続される各フライホイールダイオードを備え、前記主スイッチング素子の交点に一端が接続される誘導性負荷を備え、前記主スイッチング素子およびフライホイールダイオードを含み前記直流電源から給電を受け前記誘導性負荷へ高周波電力を供給するインバータ回路を具備し、
順直列一対の補助スイッチング素子を備え、前記各補助スイッチング素子をそれらのオン時に前記誘導性負荷が短絡されるように接続し、前記補助スイッチング素子を対応する前記主スイッチング素子のターンオフ時にターンオンしかつ前記誘導性負荷の電磁エネルギーの減少を待ってターンオフするように制御する制御回路を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流電源から給電を受け、誘導性負荷へ高周波電力を供給するインバータ回路を具備するインバータ装置に関するものである。ここにいうインバータ装置はインバータ回路を含み、直流電源・誘導性負荷を含む。
【０００２】
【従来の技術】
図３はごく普通のハーフブリッジ形のインバータ装置である。図２装置は直流電源１０を備える。前記直流電源１０の両端に接続される順直列一対の主スイッチング素子５１・５２を含む回路を備える。前記各主スイッチング素子５１・５２と逆並列に接続される各フライホイールダイオード４１・４２を備える。前記主スイッチング素子５１・５２の交点に一端が接続される誘導性負荷７０を備える。前記主スイッチング素子５１・５２およびフライホイールダイオード４１・４２を含み前記直流電源１０から給電を受け前記誘導性負荷７０へ高周波電力を供給するインバータ回路を具備する。３０は前記各主スイッチング素子５１・５２を制御する制御回路である。制御回路３０はタイマー回路であり、また所要の制御電流を供給するドライブ回路である。これにより、図３に図示した▲１▼▲３▼▲４▼▲６▼▲１▼…の８の字の順でターンオンがなされ、インバータ動作が生ずる。
【０００３】
１９は直流電源１０に付属する平滑用のコンデンサである。８１・８２はブリッジ構成の二辺を形成するアーム用のコンデンサである。コンデンサ１９・８１・８２のうちのいずれかひとつは省略可能である。図３のその他の細かな説明は割愛するが、それらの部品符号は後に説明する図１のそれと同等・同効である。
前記誘導性負荷７０は誘導性無効電力を取る。直流電源１０から供給された電力の一部（無効電力相当分）は誘導性負荷７０内で消費されず、その後に直流電源１０へ帰還し、無効電力となる。無効電力相当分を受取り、その後に無効電力として帰還する動作となる。無効電力といえども回路損失の原因になるので、この意味では有害である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高周波電力の供給を受ける誘導性負荷の無効電力を軽減し、回路損失を緩和することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、順直列一対の補助スイッチング素子を備える。前記各補助スイッチング素子をそれらのオン時に前記誘導性負荷が短絡されるように接続する。前記補助スイッチング素子を対応する前記主スイッチング素子のターンオフ時にターンオンしかつ前記誘導性負荷の電磁エネルギーの減少を待ってターンオフするように制御する制御回路を備える。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１・図２を用いて説明する。図１の本発明に係るインバータ装置は直流電源１０を備える。前記直流電源１０の両端に接続される順直列一対の主スイッチング素子５１・５２を含む回路を備える。前記各主スイッチング素子５１・５２と逆並列に接続される各フライホイールダイオード４１・４２を備える。前記主スイッチング素子５１・５２の交点に一端が接続される誘導性負荷７０を備える。前記主スイッチング素子５１・５２およびフライホイールダイオード４１・４２を含み前記直流電源１０から給電を受け前記誘導性負荷７０へ高周波電力を供給するインバータ回路を具備する。
順直列一対の補助スイッチング素子６１・６２を備える。前記各補助スイッチング素子６１・６２をそれらのオン時に前記誘導性負荷７０が短絡されるように接続する。前記補助スイッチング素子６１・６２を対応する前記主スイッチング素子５１・５２のターンオフ時にターンオンしかつ前記誘導性負荷７０の電磁エネルギーの減少を待ってターンオフするように制御する制御回路３０を備える。
図１の制御回路３０は主スイッチング素子５１・５２を制御し、かつ補助スイッチング素子６１・６２を制御する制御回路である。制御回路３０の出力は主スイッチング素子５１・５２および補助スイッチング素子６１・６２のゲート（ベース端子）へ供給される。
説明を補足する。直流電源１０は交流電源１１、整流用ダイオード１２〜１５、整流出力を平滑するコンデンサ１９を備える。主スイッチング素子５１・５２はトランジスタである。フライホイールダイオード４１・４２はトランジスタ（ＦＥＴ）に付属する寄生ダイオードでもよい。誘導性負荷７０は蛍光ランプ７１と該蛍光ランプ７１に直列のバラスト用インダクタ７２と該蛍光ランプ７１に並列の予熱用コンデンサ７３を含む放電灯点灯回路であり、全体特性は誘導性インピーダンスである。補助スイッチング素子６１・６２はトランジスタである。記号▲１▼〜▲６▼はターンオンの順番を示す。▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼▲５▼▲６▼▲１▼▲２▼の順である。全体としては８字形を呈する。補助スイッチング素子６１は誘導性負荷７０を右向きに短絡し、補助スイッチング素子６２は誘導性負荷７０を左向きに短絡する。誘導性負荷７０に右向きの負荷電流Ｉ７０（正電流）が形成されているときに補助スイッチング素子６１がターンオンすると、誘導性負荷７０中のバラスト用インダクタ７２に蓄積されていた電磁エネルギーが減少する。減少分の電磁エネルギーは主として蛍光ランプ７１によって消費される。誘導性負荷７０に左向きの負荷電流Ｉ７０（負電流）が形成されているときに補助スイッチング素子６２がターンオンすると、誘導性負荷７０中のバラスト用インダクタ７２に蓄積されていた電磁エネルギーが減少する。減少分の電磁エネルギーは主として蛍光ランプ７１によって消費される。
図２は負荷電流Ｉ７０との関連でみた動作説明図である。負荷電流Ｉ７０の波形は増減傾向のみを正確に表示し、増減の程度は無視している。以下、▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼▲５▼▲６▼の各期間の動作を説明する。
▲１▼期間
主スイッチング素子５１のオン期間である。１９→５１→７０→８２→１９の閉回路に右向き（正極性）の負荷電流Ｉ７０が流れる。直流電源１０からの給電期間である。誘導性負荷７０（より正確にはその中のバラスト用インダクタ７２）に電磁エネルギーが蓄積される。主スイッチング素子５１のターンオフに備えて、補助スイッチング素子６１にオン制御を与える。しかし、補助スイッチング素子６１に逆電圧が印加するために、実際にはまだターンオンはしない。主スイッチング素子５１がターンオフすると、▲１▼期間が終了する。
▲２▼期間
補助スイッチング素子６１のオン期間である。７２→７１→６１→７２の閉回路に右向き（正極性）の負荷電流Ｉ７０が流れる。バラスト用インダクタ７２は電磁エネルギーを放出する。▲２▼期間は主スイッチング素子５１のターンオフによりスタートする。主スイッチング素子５１がターンオフすると、誘導性負荷７０電圧が反転し、すでにオン制御がなされた補助スイッチング素子６１に対して順電圧が印加するためである。▲２▼期間は補助スイッチング素子６１がターンオフするまで続く。
▲３▼期間
７２→７１→８１→１９→４２→７２の閉回路に右向き（正極性）の負荷電流Ｉ７０が流れる。バラスト用インダクタ７２は電磁エネルギーをさらに放出する。電磁エネルギーの一部は直流電源１０側のコンデンサ１９へ帰還し、無効電力を形成する。▲３▼期間はバラスト用インダクタ７２の電磁エネルギーが空になるまで続く。それに先立ち、主スイッチング素子５２にオン制御を与える。右向き（正極性）の負荷電流Ｉ７０が途絶えると、主スイッチング素子５２に順電圧が形成され、次の▲４▼期間に移行する。
▲４▼期間
主スイッチング素子５２のオン期間である。１９→８１→７０→５２→１９の閉回路に左向き（負極性）の負荷電流Ｉ７０が流れる。直流電源１０からの給電期間である。誘導性負荷７０（より正確にはその中のバラスト用インダクタ７２）に電磁エネルギーが蓄積される。主スイッチング素子５２のターンオフに備えて、補助スイッチング素子６２にオン制御を与える。しかし、補助スイッチング素子６２に逆電圧が印加するために、実際にはまだターンオンはしない。主スイッチング素子５２がターンオフすると、▲４▼期間が終了する。
▲５▼期間
補助スイッチング素子６２のオン期間である。７１→７２→６２→７１の閉回路に左向き（負極性）の負荷電流Ｉ７０が流れる。バラスト用インダクタ７２は電磁エネルギーを放出する。▲５▼期間は主スイッチング素子５２のターンオフによりスタートする。主スイッチング素子５２がターンオフすると、誘導性負荷７０電圧が反転し、すでにオン制御がなされた補助スイッチング素子６２に対して順電圧が印加するためである。▲５▼期間は補助スイッチング素子６１がターンオフするまで続く。
▲６▼期間
７１→７２→４１→１９→８２→７１の閉回路に左向き（負極性）の負荷電流Ｉ７０が流れる。バラスト用インダクタ７２は電磁エネルギーをさらに放出する。電磁エネルギーの一部は直流電源１０側のコンデンサ１９へ帰還し、無効電力を形成する。▲６▼期間はバラスト用インダクタ７２の電磁エネルギーが空になるまで続く。それに先立ち、主スイッチング素子５１にオン制御を与える。左向き（負極性）の負荷電流Ｉ７０が途絶えると、主スイッチング素子５１に順電圧が形成され、前に戻って次の▲１▼期間に移行する。
以上で一通りの動作説明は終了である。期間▲３▼（▲６▼）にフライホイールダイオード４２（４１）を経由してなされる無効電力は形成される。しかし、その前の期間▲２▼（▲５▼）において、誘導性負荷７０の電磁エネルギーを予め軽減させるので、その分だけ無効電力が軽減し、回路損失が軽減する。誘導性負荷７０の電磁エネルギーをフライホイールダイオード４１・４２を介して無効電力として帰還させる仕組みは一般的である。そうしないと、負荷電流Ｉ７０遮断にともない、過大電圧が形成させるためである。本発明の着想はそれに先立ち、誘導性負荷７０を右向きあるいは左向きに短絡して、電磁エネルギーを軽減させ、無効電力を減らすことである。
期間▲２▼（▲５▼）を適宜に長くしてその間に誘導性負荷７０に蓄積されていた電磁エネルギーをゼロに落とすことも可能ではあるが、その場合は期間▲３▼（▲６▼）が消失する。そうなると、期間▲２▼▲４▼（▲５▼▲６▼）が隣接し、補助スイッチング素子６１・主スイッチング素子５２（補助スイッチング素子６２・主スイッチング素子５１）が同時に導通する不安がある。一対の補助スイッチング素子６１・６２を単一の交流特性の図外の補助スイッチング素子に置換することも考えられる。しかし、この場合も当該補助スイッチング素子が主スイッチング素子５１あるいは５２と同時に導通する不安がある。
図１の変形余地について補足する。コンデンサ１９・８１・８２のうちのいずれかひとつは省略可能である。平滑用のコンデンサ１９を省略する場合は残りのコンデンサ８１・８２の容量を適宜に高め、それらに平滑の機能を持たせる。この場合のアーム用のコンデンサ８１・８２は直流電源１０の機能を兼ねる。図１はコンデンサ８１・８２を加えてブリッジを形成するハーフブリッジ形である。それらの各コンデンサ８１・８２を５１・４１あるいは５２・４２と同様なスイッチング形装置に置換したフルブリッジ形のインバータ構成としてよく、それでも本発明実施上は全く同効である
【０００７】
【発明の効果】
本発明は、順直列一対の補助スイッチング素子を加え、前記各補助スイッチング素子をそれらのオン時に誘導性負荷が短絡されるように接続し、前記補助スイッチング素子を対応する主スイッチング素子のターンオフ時にターンオンしかつ前記誘導性負荷の電磁エネルギーの減少を待ってターンオフするように制御する制御回路を備えたことを主たる特徴事項とするものである。これによれば、直流電源とインバータ回路ないしは誘導性負荷間を移動する無効電力が軽減し、回路無効電力による回路損失を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発装置の回路図である。
【図２】その動作説明図である。
【図３】従来装置の回路図である。
【符号の説明】
１０：直流電源
３０：制御回路
４１・４２：フライホイールダイオード
５１・５２：主スイッチング素子
６１・６２：補助スイッチング素子
７０：誘導性負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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