(57)【要約】【課題】一対のスイッチング素子２１・２２の負担割合を均衡化させ、負担の程度を緩和させる。【解決手段】インバータ回路２００を具備する。また、チョッパ回路１００を具備する。インバータ回路２００の一方のスイッチング素子２１をチョッパ回路１００のためのチョッパスイッチとして兼用する。インバータ回路２００に属するスイッチング制御回路２９の制御特性を、チョッパ用スイッチを兼用するする側のスイッチング素子２１のオン期間Ｔ２１が短く、かつ残りのスイッチング素子２２のオン期間Ｔ２２が長くなるように定める一対のスイッチング素子２１・２２はインバータ動作に伴う負担を負う。各スイッチング素子２１・２２のデューティを変えて高負担・低負担の差異を与える。そして、低負担のスイッチング素子２１にチョッパ用スイッチとしての兼用動作を負わせる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源（１１）電圧を整流する整流電源（１０）を備え、前記整流電源（１０）と並列に接続する振動用コンデンサ（２０）を備え、順直列一対の第一スイッチング素子（７１）および第二スイッチング素子（７２）を備え、前記第一スイッチング素子（７１）と逆並列に接続する第一フライホイールダイオード（８１）を備え、前記第二スイッチング素子（７２）と逆並列に接続する第二フライホイールダイオード（８２）を備え、前記振動用コンデンサ（２０）の電圧を前記第一スイッチング素子（７１）・第二スイッチング素子（７２）の回路に順方向に印可する振動用インダクタ（３０）を備え、前記第一スイッチング素子（７１）・第二スイッチング素子（７２）の交点に接続する誘導性負荷（６０）を備え、順直列の３個の第一補助補助ダイオード（５１）・第二補助補助ダイオード（５２）・第三補助補助ダイオード（５３）を備え、前記第一スイッチング素子（７１）・第二スイッチング素子（７２）・第一補助補助ダイオード（５１）・第二補助補助ダイオード（５２）・第三補助補助ダイオード（５３）をそれらの各素子を順方向に含む開回路を形成するように配置し、前記第一補助補助ダイオード（５１）・第二補助補助ダイオード（５２）を跨ぐ第一コンデンサ（５１）を備え、前記第二補助補助ダイオード（５２）・第三補助補助ダイオード（５３）を跨ぐ第三主コンデンサ（５３）を備え、前記第一補助ダイオード（５１）がオンしたときに前記誘導性負荷（６０）を介して充電もしくは放電する第二主コンデンサ（５２）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】
本発発明は交流電源電圧を整流する整流電源から誘導性負荷へ高周波電力を供給するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
整流電源から誘導性負荷へ高周波電力を供給するインバータ装置は公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術においては、チョッパ用スイッチとスイッチング素子を兼用するそのため、その分だけ簡単安価な構成となる。しかし、チョッパ用スイッチ兼用のスイッチング素は相対的に重負担となり、兼用しない方のスイッチング素子は相対的に軽負担となり、その点がスト高の要因となる。
本発明の目的は一対のスイッチング素子の負担割合を均衡化させ、前記重負担の程度を緩和させることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、順直列に接続される一対のスイッチング素子２１・２２と、前記各スイッチング素子２１・２２を交互にオン・オフさせるスイッチング制御回路２９と、前記各スイッチング素子２１．２２と逆並列に接続されるフライホイールダイオード３１・３２とを備え、前記各スイッチング素子２１・２２の接続中点に接続される誘導性負荷９０へ交流電力を供給するインバータ回路２００を具備する。また、交流電源１１の電圧を整流する整流電源１０とチョッパ用インダクタ１９とを備え、前記各スイッチング素子２１・２２のうちのいずれか一方のスイッチング素子２１を介して前記整流電源１０電圧を前記チョッパ用インダクタ１９へ断続的に印加するチョッパ回路１００を具備する。
本発明においては、前記スイッチング制御回路２９の制御特性を前記チョッパ用スイッチ２１を兼用するする側の前記スイッチング素子２１のオン期間が短く、かつ残りのスイッチング素子２２のオン期間が長くなるように定める。一対のスイッチング素子はインバータ動作に伴う負担を負う。その負担の総量を緩和することはできない。しかし、その負担割合を変えることはできる。本発明においては、各スイッチング素子２１・２２のデューティを変えて高負担・低負担の差異を与える。そして、低負担のスイッチング素子２１にチョッパ用スイッチとしての兼用動作を負わせる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１・図２を用いて本発明の実施形態について説明する。図示のインバータ装置は、順直列に接続される一対のスイッチング素子２１・２２と、各スイッチング素子２１・２２を交互にオン・オフさせるスイッチング制御回路２９と、各スイッチング素子２１・２２と逆並列に接続されるフライホイールダイオード３１・３２とを備え、各スイッチング素子２１・２２の接続中点ＰＯに接続される誘導性負荷９０へ交流電力を供給するインバータ回路２００を具備する。また、交流電源１１の電圧を整流する整流電源１０とチョッパ用インダクタ１９とを備え、各スイッチング素子２１・２２のうちのいずれか一方のスイッチング素子２１を介して整流電源１０電圧をチョッパ用インダクタ１９へ断続的に印加するチョッパ回路１００を具備する。本発明においては、スイッチング制御回路２９の制御特性をチョッパ用スイッチを兼用するする側のスイッチング素子２１のオン期間が短く、かつ残りのスイッチング素子２２のオン期間が長くなるように定める。
【０００６】
もう少し詳しく説明する。一対のスイッチング素子２１・２２はトランジスタである。フライホイールダイオード３１・３２はスイッチング素子２１・２２の寄生ダイオードである。寄生ダイオードが付属しない場合は独立のダイオードを使用する。４３は各スイッチング素子２１・２２の全体を跨ぐＰ１・Ｐ２間に接続された平滑用コンデンサである。誘導性負荷９０の例は放電灯（蛍光ランプ）９１・放電灯９１と直列のバラストインダクタ９２・放電灯９１の非電源側端子間に接続された予熱用コンデンサ９３を含む放電灯点灯回路である。誘導性負荷９０の一端は各スイッチング素子２１・２２の接続中点ＰＯに接続される。誘導性負荷９０の他端はアーム用コンデンサ４１を介して前記端子Ｐ回ご接続される。また、誘導性負荷９０の他端は別のアーム用コンデンサ４２を介して別の前記端子Ｐ２に接続される。スイッチング制御回路２９の例は他励式回路であり、誘導性負荷９０に与える交流電力（インバータ出力）の周波数を適宜に調整する能力を持つ。また、各スイッチング素子２１・２２のオン期間の比率すなわちデューティを適宜に調整する能力を持つ。２９０はスイッチング制御回路２９に付属するデューティ調整部である。デューティ調整部２９０は可変抵抗形であり、その抵抗値を変えると、スイッチング制御回路２９内部のタイマＩＣの出力が変化し、スイッチング素子２１・２２の各オン期間を可変する。本発明においては、デューティ調整部２９０を、チョッパ用スイッチを兼用するする側のスイッチング素子２１のオン期間が短く、かつ残りの兼用しない側のスイッチング素子２２のオン期間が長くなるように設定する。
【０００７】
図１のインバータ回路２００のインバータ形式は一対のスイッチング素子２１・２２と一対のアーム用コンデンサ４１・４２とでブリッジアームを組む形態のハーフブリッジ形である。アーム用コンデンサ４１・４２および平滑用コンデンサ４３の個数は３個であるが、そのうちの１個は省略可能である。平滑用コンデンサ４３を省いた場合は、アーム用コンデンサ４１・４２の直列回路が平滑用コンデンサとして機能する。アーム用コンデンサ４１を省略した場合は、残りのアーム用コンデンサ４２と平滑用コンデンサ４３の直列回路がアーム用コンデンサ４１としての役割を兼用する。アーム用コンデンサ４１にたとえば下向きに流れる電流は、それが省略された場合はアーム用コンデンサ４２を上向きに流れ、かつ平滑用コンデンサ４３を下向きに流れる。
【０００８】
図２を参照して図１装置の動作を説明する。図２は誘導性負荷９０を流れる負荷電流１９０の波形である。ここでは説明の便宜上、強遅相形（誘導性負荷９０の動作は遅相形動作となるが、そのうちの完全遅相に近似する動作）の負荷電流１９０とする。このため、負荷電流１９０の瞬時値は直線的に変化し、かつその傾きはアーム用コンデンサ４１（または４２）の電圧レベルに依存する。図２の実線はスイッチング素子２１・２２のオン期間Ｔ２１・Ｔ２２が等しい場合（本発明によらない場合）の負荷電流１９０であり、破線（その一部は実線と重なる）は兼用形のスイッチング素子２１のオン期間Ｔ２１が短く、かつ残りの非兼用形のオン期間Ｔ２２が長い場合（本発明の場合）の負荷電流１９０である。いずれの場合の負荷電流１９０も直流成分を含まない交流である。一対のスイッチング素子２１・２２と一対のフライホイールダイオード３１・３２は８字形配置である。一般にこれらが８字の筆順に相当する順番でオンする態のインバータ動作を営む。図２の図示範囲は各素子が２２・３１・２１・３２の順にオンする１サイクル分の動作であり、以下はこれを繰り返す。図１のスイッチング素子２２がオン状態となる図２の期間Ｔ２２（Ｔ２２）においては、負荷電流１９０は２２−９０−４２（および４１−４３）−２２の閉経路を流れる。期間Ｔ２２（Ｔ２２）の終点でスイッチング素子２２はオフに制御される。その後の期間Ｔ３１（Ｔ３１）の負荷電流１９０は３１−９０−４１（および４２−４３）−３１の閉経路を流れる。誘導性負荷９０に蓄積されていた電磁エネルギが消失し、負荷電流１９０の瞬時値がゼロになると、フライホイールダイオード３１がターンオフしスイッチング素子２１がターンオンする。その後の期間Ｔ２１（Ｔ２１）の負荷電流１９０は２１−４１（および４３−４２）−９０−２１の閉経路を流れる。期間Ｔ２１（Ｔ２１）の終点でスイッチング素子２１はオフに制御される。その後の期間Ｔ３２（Ｔ３２）の負荷電流１９０は３２−４２（および４３−４１）−９０−３２の閉経路を流れる。誘導性負荷９０に蓄積されていた電磁エネルギが消失し、負荷電流１９０の瞬時値がゼロになると、フライホイールダイオード３２がターンオフし、スイッチング素子２２がターンオンする。以下、図２冒頭の期間Ｔ２２（Ｔ２２）に戻り、繰り返す。
【０００９】
チョッパ用インダクタ１９には、フライホイールダイオード３１・スイッチング素子２１がオン状態になるＴ３１（Ｔ３１）〜Ｔ２１（Ｔ２１）の期間に整流電源１０電圧が印加し、電磁エネルギを蓄積する。スイッチング素子２１がターンオフすると、電磁エネルギを放出するＴ３２（Ｔ３２）の期間に移行する。その期間には、１９−３２−４３（および４２−４１）−１０−１９の開回路に電流が流れ、チョッパ用インダクタ１９の電磁エネルギは主として平滑用コンデンサ４３に移行する。図２の実線はスイッチング素子２１・２２のオン期間Ｔ２１・Ｔ２２が等しい場合（本発明によらない場合）の負荷電流１９０であり、この場合のスイッチング素子２１・２２の負担は相等しい。破線は兼用形のスイッチング素子２１のオン期間Ｔ２１が短く、かつ残りの非兼用形のオン期間Ｔ２２が長い場合（本発明の場合）の負荷電流１９０である。
【００１０】
説明の便宜上、実線から破線への過渡的経過について考える。スイッチング素子２１・２２のオン期間Ｔ２１・Ｔ２２が等しい状態を改め、オン期間Ｔ２１短・オン期間Ｔ２２長の変化を与えると、スイッチング素子２１電流は減少傾向となり、スイッチング素子２２は増加傾向となる。その影響で負荷電流１９０に直流成分が派生する。また、その影響でアーム用コンデンサ４１電圧は増加傾向となり、アーム用コンデンサ４２電圧は減少傾向となる。そして、このような電圧変化の影響で、フライホイールダイオード３１電流が減少傾向となり、フライホイールダイオード３２電流は増加傾向となる。このような一連の変化は負荷電流１９０の直流成分がなくなるまで続き、その後の安定状態においては直流成分を含まない、交流の負荷電流１９０となる。少し整理すると、デューティを適宜に変えると、スイッチング素子２１（スイッチング素子２２）電流は減少（増加）するが、その影響はフライホイールダイオード３２（３１）電流の増加（減少）によって相殺される。スイッチング素子２１・２２電流成分だけを見ると、互いに不均衡となり、スイッチング素子２１（２２）の方が軽負担（重負担）となる。一方、スイッチング素子２目こはチヨッパ用インダクタ１９を経由するチョッパ動作電流も流れ込むので、全体的にみれば、のスイッチング素子２１・２２の負担は均衡化する。本発明は、インバータ動作の負担を不均衡化させることによって、インバータ動作・チョッパ動作を通算した場合の負担を均衡化させる、いわば不均衡形均衡化方式である。
【００１１】
図１回路の変形余地について説明する。図１のスイッチング素子２１は兼用形であり、スイッチング素子２２は非兼用形である。しかし、交流電源１１電圧の極性に応じて、兼用・非兼用の関係が入れ代わる実施形態がある。図１の交流電源１１とチョッパ用インダクタ１９を直列に接続し、その一端を接続中点ＰＯに接続し、他端をそれぞれの図外のダイオードを介して前記各端子Ｐ１・Ｐ２に接続する。この場合の、交流電源１１電圧は該電圧が順極性（逆極性）のときにはスイッチング素子２１（２２）を介して、チョッパ用インダクタ１９に印加する。かくして、交流電源１１電圧の極性に応じて兼用・非兼用の関係が入れ代わる。この場合の本発明の適用形態は、交流電源１１電圧の極性を検知し、その結果に応じて、一方のスイッチング素子２１のオン期間を短くし、あるいは他方のスイッチング素子２２のオン期間を短くするような変則デューティ制御となる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明はスイッチング制御回路２９の制御特性をチョッパ用スイッチ２１を兼用するする側のスイッチング素子２１のオン期間が短く、かつ残りのスイッチング素子２２のオン期間が長くなるように定めたものである。これによれば、各スイッチング素子の負担が均衡化するため、これまでのものよりも低耐量の安価なスイッチング素子を用いた安価な装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の回路図である。
【図２】その負荷電流波形図である。
【符号の説明】
１００：チョッパ回路
１０：整流電源
１１：交流電源
１９：チョッパ用インダクタ
２００：インバータ回路
２１・２２：スイッチング素子
３１・３２：フライホイールダイオード
２９：スイッチング制御回路
ＰＯ：接続中点
９０：誘導性負荷
Ｔ２１：スイッチング素子２１のオン期間
Ｔ２２：スイッチング素子２２のオン期間
Ｔ３１：フライホイールダイオード３１のオン期間
Ｔ３２：フライホイールダイオード３２のオン期間
【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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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月10日(2003.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の回路図である。
【図２】その負荷電流波形図である。
【図３】その動作説明用の回路図である。
【図４】その動作説明用の回路図である。
【図５】その動作説明用の回路図である。
【図６】その動作説明用の回路図である。
【図７】その動作説明用の回路図である。
【符号の説明】
１００：チョッパ回路
１０：整流電源
１１：交流電源
１９：チョッパ用インダクタ
２００：インバータ回路
２１・２２：スイッチング素子
３１・３２：フライホイールダイオード
２９：スイッチング制御回路
ＰＯ：接続中点
９０：誘導性負荷
Ｔ２１：スイッチング素子２１のオン期間
Ｔ２２：スイッチング素子２  ２のオン期間
Ｔ３１：フライホイールダイオード３１のオン期間
Ｔ３２：フライホイールダイオード３  ２のオン期間