(57)【要約】【課題】簡単な回路で、電源投入時にトランジスターに流れる投入電流を減少し、安定して効率よく発振させて寄生振動を少なくする。【解決手段】自励形のインバータ回路は、パワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースを始動回路４を介して電源に接続している。始動回路４は、電源側に接続される電源側抵抗Ｒ１と、この電源側抵抗Ｒ１と直列に接続されると共にパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース側に接続されるベース側抵抗Ｒ２と、このベース側抵抗Ｒ２と電源側抵抗Ｒ１との中間接続部とアース側とに接続している入力トランジスターＱ３と、この入力トランジスターＱ３のコレクタ−ベース間に接続しているバイアスコンデンサーＣ２とを備え、バイアスコンデンサーＣ２を介して入力トランジスターＱ３をオンオフし、入力トランジスターＱ３でパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流を制御する。【選択図】  図２
2005012910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランス（１）の１次コイル（Ｌ１，Ｌ２）にパワートランジスター（Ｑ１，Ｑ２）を接続しており、このパワートランジスター（Ｑ１，Ｑ２）のベースをトランス（１）の帰還コイル（Ｌ３）に接続すると共に、ベースを始動回路（４）を介して電源に接続している自励形のインバータ回路において、
始動回路（４）が、電源側に接続される電源側抵抗（Ｒ１）と、この電源側抵抗（Ｒ１）と直列に接続されると共にパワートランジスター（Ｑ１，Ｑ２）のベース側に接続されるベース側抵抗（Ｒ２）と、このベース側抵抗（Ｒ２）と電源側抵抗（Ｒ１）との中間接続部とアース側とに接続している入力トランジスター（Ｑ３）と、この入力トランジスター（Ｑ３）のコレクタ−ベース間に接続しているバイアスコンデンサー（Ｃ２）とを備えており、バイアスコンデンサー（Ｃ２）を介して入力トランジスター（Ｑ３）をオンオフし、入力トランジスター（Ｑ３）でパワートランジスター（Ｑ１，Ｑ２）のベース電流を制御するようにしてなる自励形のインバータ回路。
【請求項２】
トランス（１）の１次コイル（Ｌ１，Ｌ２）にパワートランジスター（Ｑ１，Ｑ２）をプッシュプルに接続している請求項１に記載される自励形のインバータ回路。
【請求項３】
電源側抵抗（Ｒ１）をスイッチング回路（５）を介して電源側に接続している請求項１に記載される自励形のインバータ回路。
【請求項４】
入力トランジスター（Ｑ３）のベースとアース側との間に、バイアスコンデンサー（Ｃ２）を放電するダイオード（Ｄ１）を接続している請求項１に記載される自励形のインバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自励形のインバータ回路に関し、とくに安定に発振できる自励形のインバータ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自励形のインバータ回路は、複雑な発振回路を設けることなく、電圧変換用のトランジスターに設けた帰還コイルでトランジスターを発振させるので、簡単な回路構成にできる特徴がある。この特徴が生かされて、直流電圧を変換する回路に、あるいは交流の周波数を変換しながら出力電圧を調整する回路として多く使用されている。自励形のインバータ回路は、たとえば以下の公報に記載される。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭５８−１４８９００号公報
【特許文献２】
実開昭６１−１８０４９９号公報
【０００４】
これ等の公報に記載される自励形のインバータ回路の基本的な回路図を図１に示す。このインバータ回路は、トランス１に設けた帰還コイルＬ３でトランジスターＱ１、Ｑ２を発振させて一定の周期でオンオフにスイッチングさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す自励形のインバータ回路は、常に安定して理想的な動作状態でトランジスターをオンオフにスイッチングするのが難しい。たとえば、電源を投入する瞬間にトランジスターのベースに投入電流が流れ、これがトランジスターのコレクターに瞬時に過大な電流を流してトランジスターを電流破壊させる原因となる。この弊害はトランジスターＱ１、Ｑ２のベースに接続しているバイアス抵抗２の抵抗値を大きくして少なくできる。反対に、バイアス抵抗２の抵抗値を小さくすると、常にトランジスターに流れるベース電流が大きくなって効率が悪くなる。とくに電源電圧が高くなると、ベース電流はますます増加して効率を悪くする。また、自励形のインバータ回路は、他励形インバータ回路のように、別の発振回路で得られる矩形波の入力信号をベースに入力するのではなく、トランス１に巻いた帰還コイルＬ３からベースに正帰還をかけて発振させるので、トランジスターＱ１、Ｑ２はベースとコレクターの両方に大きなインダクタンスを接続する状態となり、さらに両インダクタンスが結合しているので寄生振動が極めて発生しやすい。さらに、負荷が変動すると寄生振動は大きくなる。寄生振動が大きくなると、トランジスターのコレクター波形は大きく振動してコレクター電圧が耐圧を越えて破壊されることがあり、また安定して効率よく電圧変換できなくなる。寄生振動を防止するために、コンデンサーと抵抗を直列に接続しているブリーダー抵抗３が、２次コイルＬ５と並列に接続される（又は１次側のＣ−Ｃ間）。しかしながら、ブリーダー抵抗３を接続するとこれが電力を消費するので、電源の利用効率が悪くなってしまう。とくに、ブリーダー抵抗３は電力消費を少なくすると、寄生振動を防止する作用も少なくなる。このため、やむなくブリーダー抵抗に電力を消費さて寄生振動を少なくしているのが実状である。
【０００６】
さらに、従来の自励形のインバータ回路は、電源電圧が変動するとトランジスターのベース電流が変化して効率が悪くなる欠点もある。たとえば、電源電圧が高くなるとトランジスターのベース電流が設定値よりも大きくなり、反対に電源電圧が低くなるとベース電流が設定値よりも小さくなるので、電源電圧が変化すると安定して効率よく発振できなくなる。
【０００７】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路で、電源投入時にトランジスターに流れる投入電流を減少できると共に、安定して効率よく発振して寄生振動を少なくできる自励形のインバータ回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の自励形のインバータ回路は、トランス１の１次コイルにパワートランジスターＱ１、Ｑ２を接続しており、このパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースをトランス１の帰還コイルＬ３に接続すると共に、ベースを始動回路４を介して電源に接続している。始動回路４は、電源側に接続される電源側抵抗Ｒ１と、この電源側抵抗Ｒ１と直列に接続されると共にパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース側に接続されるベース側抵抗Ｒ２と、このベース側抵抗Ｒ２と電源側抵抗Ｒ１との中間接続部とアース側とに接続している入力トランジスターＱ３と、この入力トランジスターＱ３のコレクタ−ベース間に接続しているバイアスコンデンサーＣ２とを備えている。始動回路４は、バイアスコンデンサーＣ２を介して入力トランジスターＱ３をオンオフし、入力トランジスターＱ３でパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流を制御する。
【０００９】
本発明の請求項２の自励形のインバータ回路は、トランス１の１次コイルＬ１、Ｌ２に一対のパワートランジスターＱ１、Ｑ２をプッシュプルに接続している。本発明の請求項３の始動回路４は、電源側抵抗Ｒ１をスイッチング回路５を介して電源側に接続している。また、本発明の請求項４の自励形のインバータ回路は、入力トランジスターＱ３のベースとアース側との間に、バイアスコンデンサーＣ２を放電するダイオードＤ１を接続している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための自励形のインバータ回路を例示するものであって、本発明は自励形のインバータ回路を以下のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図２に示す自励形のインバータ回路は、電圧を変換するトランス１と、このトランス１の１次コイルＬ１、Ｌ２と帰還コイルＬ３に接続されたパワートランジスターＱ１、Ｑ２と、このパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースと電源との間に接続している始動回路４と、パワートランジスターＱ１、Ｑ２の発振を停止させるスイッチング回路５を備える。
【００１３】
トランス１は、プッシュプルに接続している一対のパワートランジスターＱ１、Ｑ２のコレクターに接続される１次コイルＬ１、Ｌ２と、一対のパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースに両端を接続している帰還コイルＬ３と、出力側となる２次コイルＬ５とをコアーに巻いたものである。１次コイルＬ１、Ｌ２は中間を定電流用のチョークコイルＬ４を介して電源側に接続している。チョークコイルは省略して、１次コイルＬ１、Ｌ２の中間を直接に電源に接続することもできる。トランス１は、１次コイルＬ１、Ｌ２と２次コイルＬ５の巻数比で出力電圧が特定されるので、２次コイルＬ５の巻数を出力電圧が設定電圧となるようにする。帰還コイルＬ３は、トランジスターＱ１、Ｑ２のベースの帰還信号を入力して、安定に発振できる巻数に設計される。自励形のインバータ回路の発振周波数は、トランス１の１次コイルＬ１、Ｌ２と並列に接続している共振コンデンサーＣ１の静電容量で特定される。発振周波数が、たとえば１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとなるように、トランス１と共振コンデンサーＣ１を特定する。図の自励形のインバータ回路は、トランス１にプッシュプルに一対のトランジスターＱ１、Ｑ２を接続しているが、本発明のインバータ回路は、ひとつのトランジスターをトランスに接続してシングルトランジスターで発振させることもできる。
【００１４】
一対のパワートランジスターＱ１、Ｑ２は、コレクターを１次コイルＬ１、Ｌ２に、エミッタをアース側にベースを帰還コイルＬ３の両端と、始動回路４に接続している。ところで、本明細書においてトランジスターはＦＥＴを含む広い意味に使用する。ただし、トランジスターをＦＥＴとする場合、ベースをゲートに、カソードをソースに、コレクターをドレインとする。一対のトランジスターＱ１、Ｑ２は、ベースに入力される信号でもって交互にオンオフにスイッチングされて、トランス１の２次コイルＬ５に矩形波の交流を出力する。一対のトランジスターＱ１、Ｑ２はいずれか一方がオンとなるときに、他方はオフとなる。このトランジスターＱ１、Ｑ２は、図３に示すベース電圧が入力されて、コレクターには図３に示す矩形波の電流が流れる。
【００１５】
始動回路４は、電源側に接続している電源側抵抗Ｒ１と、この電源側抵抗Ｒ１と直列に接続されてパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース側に接続しているベース側抵抗Ｒ２と、このベース側抵抗Ｒ２と電源側抵抗Ｒ１との中間接続部とアース側とに接続している入力トランジスターＱ３と、この入力トランジスターＱ３のコレクタ−ベース間に接続しているバイアスコンデンサーＣ２とを備えている。さらに、図の始動回路４は、入力トランジスターＱ３のベースとアース側とに間に、バイアスコンデンサーＣ２を放電するダイオードＤ１を接続している。
【００１６】
電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２は、電源回路からベースに最適なバイアス電流を供給できる抵抗値に設定される。また、電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２は、中間接続部を入力トランジスターＱ３でアース側に接続して、安定して発振できる抵抗値に設定される。電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２の電気抵抗が大きいと、パワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流が少なくなり、反対に電気抵抗が小さいとベース電流は大きくなる。パワートランジスターＱ１、Ｑ２の最適なベース電流は、電流増幅率等で一定ではない。電流増幅率の大きいパワートランジスターＱ１、Ｑ２は、電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくして、ベース電流を小さくする。したがって、電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２の抵抗値は、パワートランジスターＱ１、Ｑ２の特性に最適なベース電流となるように設定される。
【００１７】
入力トランジスターＱ３は、ベース側抵抗Ｒ２と電源側抵抗Ｒ１との中間接続部をアース側に接続するものであるから、コレクターを中間接続部にエミッタをアース側にベースをバイアスコンデンサーＣ２を介してコレクターに接続している。図は入力トランジスターＱ３にｎｐｎ型のトランジスターを使用するが、トランジスターにはｐｎｐトランジスターやＦＥＴも使用できる。いずれのトランジスターを入力トランジスターに使用するにしても、入力トランジスターをオンにする状態で、ベース側抵抗Ｒ２と電源側抵抗Ｒ１の中間接続部をアース側に接続するように接続する。
【００１８】
バイアスコンデンサーＣ２は、充電電流を入力トランジスターＱ３のベースに流して、入力トランジスターＱ３をオンに切り換える。バイアスコンデンサーＣ２は、静電容量の大きさで入力トランジスターＱ３のベース電流を決定する。静電容量を大きくすると、バイアスコンデンサーＣ２の充電に時間がかかるので、ベース電流が流れる時間が長く、電流も大きくなる。また、バイアスコンデンサーＣ２の充電電流は、電源側抵抗Ｒ１やベース側抵抗Ｒ２を介してコンデンサーに流れるので、電源側抵抗Ｒ１やベース側抵抗Ｒ２の電気抵抗も、バイアスコンデンサーＣ２の充電時間と電流値を特定する。バイアスコンデンサーＣ２の充電時間は、自励形のインバータ回路の発振周波数で最適値に設定される。自励形のインバータ回路の発振周波数が高くなると、バイアスコンデンサーＣ２の静電容量を小さく、発振周波数が低くなると静電容量を大きくする。発振周波数が高くなると１周期の時間が短くなるから、入力トランジスターＱ３をオンにする時間も短くする必要があるからである。
【００１９】
スイッチング回路５は、電源側抵抗Ｒ１と電源側との間に接続されるスイッチング素子Ｑ４と、このスイッチング素子Ｑ４をオンオフに切り換えるｏｎ・ｏｆｆ回路６を備える。図のスイッチング回路５はスイッチング素子Ｑ４にトランジスターを使用する。ただし、スイッチング素子Ｑ４にはリレー等を使用することもできる。ｏｎ・ｏｆｆ回路６が、スイッチング素子Ｑ４をオフに切り換えると、パワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースにバイアス電流が流れなくなって発振は停止される。ｏｎ・ｏｆｆ回路６がスイッチング素子Ｑ４をオンにすると、パワートランジスターＱ１、Ｑ２が発振する。したがって、スイッチング回路５を備える自励形のインバータ回路は、スイッチング回路５をオンオフに切り換えて、電源ラインをオンオフに切り換えることなく出力を切り換えできる。電源ラインは電流が大きいのでオンオフの切り換えにパワートランジスターやリレー等を必要とするが、スイッチング回路５はパワートランジスターのベース電流を制御するので、小パワーのトランジスター等の簡単で安価な回路で出力を制御できる。
【００２０】
図２の自励形のインバータ回路は、バイアスコンデンサーＣ２を介して入力トランジスターＱ３をオンオフに切り換え、この入力トランジスターＱ３でパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流を制御する。この自励形のインバータ回路は、以下の動作をして安定に発振する。
【００２１】
（１）  電源投入時
電源投入時には、バイアスコンデンサーＣ２に充電電流が流れる。充電電流は入力トランジスターＱ３にベース電流を流してこれをオンに切り換える。オンに切り換えられて入力トランジスターＱ３は、電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２との中間接続部をアース側に分流して、電源からパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースに大きな投入電流が流れるのを防止する。このため、電源投入時にパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースに投入電流が流れて、パワートランジスターＱ１、Ｑ２に大きな瞬間電流が流れるのが防止される。
【００２２】
（２）  通常の発振状態
通常の発振状態においては、図３に示すように、電源側抵抗Ｒ１とベース側抵抗Ｒ２との間にバイアス電圧が発生する。この図に示すように、パワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースに印加されるバイアス電圧が高くなると、この電圧はベース側抵抗Ｒ２を介してバイアスコンデンサーＣ２に供給されて、バイアスコンデンサーＣ２に充電電流を流す。パワートランジスターＱ１、Ｑ２の充電電流は入力トランジスターＱ３をオンにして、ベース電圧の上昇を制限する。したがって、パワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースに過大な電流が流れることがなく、パワートランジスターＱ１、Ｑ２のベースには、パワートランジスターＱ１、Ｑ２をオンオフに切り換えるのに理想的な、振動しない矩形波に近いスイッチング信号が入力される。このため、パワートランジスターＱ１、Ｑ２は、寄生振動等を少なくしながら、無駄な電力を消費しないで安定して発振する。
【００２３】
（３）  電源電圧が変動するとき
電源電圧が高くなると、バイアスコンデンサーＣ２の充電電流が大きくなって、入力トランジスターＱ３が中間接続部からアース側に分流する電流を増加させる。このため、電源電圧が高くなってもパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流の増加が制限される。反対に、電源電圧が低下すると、バイアスコンデンサーＣ２の充電電流が減少して、入力トランジスターＱ３が中間接続部からアース側に分流する電流を減少させる。このため、電源電圧が低下してもパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流が不足することがない。したがって、電源電圧が高くなり、あるいは低くなってもパワートランジスターＱ１、Ｑ２のベース電流の変化が制限され、パワートランジスターＱ１、Ｑ２は安定して高効率に発振する。
なお、電源としては、図に示す電池７、または、交流を整流した直流電源が利用できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の自励形のインバータ回路は、以上のように、極めて簡単な回路であるにもかかわらず、電源投入時にトランジスターに流れる投入電流を減少できると共に、安定して効率よく発振して寄生振動を少なくできる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自励形のインバータ回路の回路図
【図２】本発明の実施例にかかる自励形のインバータ回路の回路図
【図３】図２に示す自励形のインバータ回路の各点の電圧波形を示すグラフ
【符号の説明】
１…トランス
２…バイアス抵抗
３…ブリーダー抵抗
４…始動回路
５…スイッチング回路
６…ｏｎ・ｏｆｆ回路
７…電池
Ｌ１…１次コイル
Ｌ２…１次コイル
Ｌ３…帰還コイル
Ｌ４…チョークコイル
Ｌ５…２次コイル
Ｑ１、Ｑ２…パワートランジスター
Ｑ３…入力トランジスター
Ｑ４…スイッチング素子
Ｒ１…電源側抵抗
Ｒ２…ベース側抵抗
Ｃ１…共振コンデンサー
Ｃ２…バイアスコンデンサー
Ｄ１…ダイオード
【図１】
2005012910.tif 000003
【図２】
2005012910.tif 000004
【図３】
2005012910.tif 000005