JPH11299265A

JPH11299265A - ブリッジ形インバータ回路

Info

Publication number: JPH11299265A
Application number: JP10093497A
Authority: JP
Inventors: Sadanori Suzuki; 定典鈴木
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-06
Also published as: CA2267811C; JP3436122B2; CA2267811A1; US6115275A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はブリッジ形インバータ回路に関し、
特に単一の駆動電源を使用し、かつ高周波駆動が可能な
ブリッジ形インバータ回路を提供するものである。【解決手段】上下ＦＥＴ切換信号Ｌ、ＲによってＦＥ
Ｔ２１と２４、及び２２と２３を交互にスイッチングす
る間、高周波駆動信号によって高周波スイッチングを行
う。例えば、ＦＥＴ２２と２３がオンする間高周波駆動
信号Ｆをオアゲート３０を介してトランジスタ３１、３
２に供給し、トランジスタ３１、３２を交互にオン、オ
フしてＦＥＴ２２を高周波駆動する。また、ＦＥＴ２１
と２４がオンする間にも上述と同様、高周波駆動信号Ｆ
をオアゲートを介して２個のトランジスタに供給し、２
個のトランジスタを交互にオン、オフしてＦＥＴ２４を
高周波駆動する。このように構成することにより、交流
負荷に高周波駆動に基づく電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスイッチング手段を
Ｈブリッジ形に形成したブリッジ形インバータ回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】交流モータ等の負荷を駆動する際、供給
電圧を調整しながら負荷駆動する場合がある。かかる場
合、Ｈ形ブリッジのブリッジ形インバータ回路が広く使
用されている。図４及び図５に示すブリッジ形インバー
タ回路はその例であり、図４には３電源駆動の場合の例
を示し、図５には単電源駆動の場合の例を示す。

【０００３】（イ）先ず、図４に示すブリッジ形インバ
ータ回路は、第１〜第４のスイッチング手段である電界
効果トランジスタ（以下、ＦＥＴで示す）１〜４を、そ
れぞれ対応するドライブ回路１ａ〜４ａで駆動する構成
である。すなわち、ドライブ回路１ａ〜４ａに対してそ
れぞれ独立の駆動信号１ｂ〜４ｂを供給し、対応するド
ライブ回路１ａ〜４ａを駆動してＦＥＴ１と４、及びＦ
ＥＴ２と３を交互に駆動する。このため、この回路では
ドライブ回路１ａを駆動する直流電源５と、ドライブ回
路３ａを駆動する直流電源６と、ドライブ回路２ａ及び
４ａを駆動する直流電源７の３駆動電源を使用する。

【０００４】（ロ）一方、図５に示すブリッジ形インバ
ータ回路は、単駆動電源でＦＥＴ１〜４を駆動するもの
であり、一つの駆動信号８（８ａ、８ｂ）のハイレベル
（以下“Ｈ”で示す）、ローレベル（以下“Ｌ”で示
す）によりＦＥＴ１〜４を駆動する。例えば、駆動信号
８ａが“Ｈ”の時抵抗Ｒ１を介してＦＥＴ２をオンし、
駆動信号８ａが“Ｌ”の時ＦＥＴ１をオンし、この駆動
を繰り返すことによってＦＥＴ１と２を交互にオン、オ
フする。尚、不図示のＦＥＴ３、４においても駆動信号
８ｂによって交互駆動が行われ、駆動信号８ｂは上述の
“Ｈ”、“Ｌ”の出力タイミングが駆動信号８ｂと逆で
あり、前述のＦＥＴ２がオンの時ＦＥＴ３をオンし、Ｆ
ＥＴ１がオンの時ＦＥＴ４をオンし、不図示の交流負荷
に電力を供給する。

【０００５】尚、図５において、トランジスタ１０は駆
動信号８ａがハイレベルの時、抵抗Ｒ４を介してハイ信
号が供給されオンし、抵抗Ｒ５を介してＦＥＴ１をオフ
状態に設定する。また、電解コンデンサ１１は駆動信号
８ａがハイレベルの時、抵抗Ｒ２、ダイオード９を介し
て電荷を蓄積し、駆動信号８ａがローレベルになった時
前述のようにＦＥＴ１を駆動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の回路では以
下の問題が発生する。先ず、上記（イ）の回路では３個
の駆動電源５〜７を必要とし、装置のコストアップの原
因となる。また、駆動信号１ｂ〜４ｂは独立であり、同
時にＦＥＴ１と２、又は３と４がオンすることを防止す
る（短絡を防止する）信号制御が難しい。

【０００７】一方、（ロ）の回路でも上述と同様短絡防
止は重要であり、このためＦＥＴのスイッチング速度を
高くすることができない。このため、本回路では精々数
十ＫＨｚ程度までしか制御できず、例えば数百ＫＨｚオ
ーダー以上の高周波制御を行うことはできない。

【０００８】本発明は上記課題を解決するため、単一の
駆動電源を使用し、かつ高周波駆動が可能なブリッジ形
インバータ回路を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、請求項
１記載の発明によれば、第１、第２のスイッチング手段
の接続点と、第３、第４のスイッチング手段の接続点間
に負荷が接続され、前記第１、第２のスイッチング手段
と、第３、第４のスイッチング手段が、前記負荷を挟ん
で対象に接続されたブリッジ形インバータ回路におい
て、前記第１、第４のスイッチング手段と前記第２、第
３のスイッチング手段に対し互いに位相が反転した低周
波信号を供給する低周波信号供給手段と、前記第２のス
イッチング手段が前記低周波信号によりオン駆動されて
いる時に、該第２のスイッチング手段に高周波信号を供
給する第１の高周波信号供給手段と、前記第４のスイッ
チング手段が前記低周波信号によりオン駆動されている
時に、該第４のスイッチング手段に高周波信号を供給す
る第２の高周波信号供給手段とを有するブリッジ形イン
バータ回路を提供することによって達成できる。

【００１０】ここで、第１、第２のスイッチング手段、
及び第３、第４のスイッチング手段はＦＥＴ、ＩＧＢ
Ｔ、バイポーラトランジスタ、等の各種スイッチング素
子が対応し、交流負荷としてはモータ等が対応する。

【００１１】また、低周波信号供給手段は、例えば数百
ＫＨｚの切り換え信号を交互に第１、第４のスイッチン
グ手段と、第２、第３のスイッチング手段に供給し、更
に第２のスイッチング手段に低周波信号が供給されてい
る間、同じ第２のスイッチング手段には高周波信号供給
手段により高周波信号を供給する。したがって、第２の
スイッチング手段は、低周波信号によりオン駆動されて
いる時には、高周波信号によりオン、オフされ、高周波
駆動することができる。

【００１２】このことは第４のスイッチング手段につい
ても同様であり、第４のスイッチング手段に低周波信号
が供給されている間、同じ第４のスイッチング手段には
高周波信号供給手段により高周波信号を供給する。した
がって、第４のスイッチング手段は、低周波信号により
オン駆動されている時には、高周波信号によりオン、オ
フされ、高周波駆動することができる。

【００１３】このように構成することにより、第２、第
３のスイッチング手段、及び第１、第４のスイッチング
手段を交互に高周波駆動するブリッジ形インバータ回路
を提供することが可能となる。

【００１４】請求項２の記載は、上記請求項１記載の発
明において、前記第１の高周波信号供給手段、及び第２
の高周波信号供給手段には、対応する高周波信号に従っ
てハイ信号とロー信号を交互に出力するトランジスタ回
路が設けられている構成である。

【００１５】例えば、対応する高周波信号がベースに入
力する２個のトランジスタを、一方をＰＮＰ形、他方を
ＮＰＮ形で形成することにより、高周波で変化するハイ
信号とロー信号を２個のトランジスタから交互に取り出
すことができる。

【００１６】請求項３の記載は、上記請求項１又は２の
記載において、前記第１の高周波信号供給手段、及び第
２の高周波信号供給手段にはスピードアップ用の容量手
段が接続されている構成である。

【００１７】このように構成することにより、高周波駆
動する際必要となる駆動電流の供給をより確実に行え、
ブリッジ形インバータ回路のより正確な高周波駆動を実
現できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態例で使用す
るブリッジ形インバータ回路の駆動回路を示す図であ
る。同図において、第１のスイッチング手段としてのＦ
ＥＴ２１と第２のスイッチング手段としてのＦＥＴ２２
は直列に接続され、その接続点Ａ１は不図示の交流負荷
の一端に接続されている。また、第３のスイッチング手
段としてのＦＥＴ２３と第４のスイッチング手段として
のＦＥＴ２４も直列に接続され、その接続点Ａ２は同じ
く不図示の交流負荷の他端に接続されている。したがっ
て、本例で適用するＤＣ−ＡＣコンバータはＦＥＴ２
１、２２と、ＦＥＴ２３、２４が上述の交流負荷を挟ん
で対象に接続されたブリッジ形インバータ回路であり、
ＦＥＴ２１と２４、ＦＥＴ２２と２３を交互にオン、オ
フすることによって交流負荷に電力を供給する。

【００１９】ここで、同図に点線枠で示す回路Ｂ１は上
述のＦＥＴ２１と２２を駆動する回路であり、内部回路
を省略したＢ２の回路は上述のＦＥＴ２３と２４を駆動
する回路である。尚、回路Ｂ２は回路Ｂ１に対して回路
構成が対象であるので省略している。また、同じく点線
枠で示す回路Ｂ３は共通に使用される回路である。

【００２０】低周波信号供給手段としての低周波信号供
給回路は、先ずＦＥＴ２１へ低周波信号を供給する場
合、抵抗Ｒ６、ダイオード２５、電解コンデンサ２６、
抵抗Ｒ７、及び抵抗Ｒ８、トランジスタ２７、抵抗Ｒ９
が対応する。また、ＦＥＴ２２へ低周波信号を供給する
場合、上述の回路Ｂ３（オアゲート２８、ワンショット
フリップフロップ（以下、単にワンショットＦ／Ｆで示
す）２９）、オアゲート３０、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１
１、インバータ３５、等が対応する。すなわち、ＦＥＴ
２１は上下ＦＥＴ切換信号（以下、単に切換信号で示
す）Ｌが“Ｌ”である時、電解コンデンサ２６に蓄積し
た電荷によって抵抗Ｒ７を介して“Ｈ”信号が供給され
オン駆動する。また、切換信号Ｌが“Ｈ”になると抵抗
Ｒ８を介してトランジスタ２７がオンし、トランジスタ
２７、抵抗Ｒ９を介してＦＥＴ２１のゲートに“Ｌ”信
号が供給されオフする。

【００２１】一方、ＦＥＴ２２側では切換信号Ｌが
“Ｈ”になるとインバータ３５を介してオアゲート３０
に“Ｌ”信号が供給され、切換信号Ｌが“Ｌ”になると
インバータ３５を介してオアゲート３０に“Ｈ”信号が
供給される。また、オアゲート２８とワンショットＦ．
Ｆ２９で構成される回路Ｂ３は切換信号Ｌが“Ｈ”にな
った時、一定時間だけこの“Ｈ”信号をオアゲート３０
に供給する回路である。また、この回路Ｂ３はＦＥＴ２
３、２４側の駆動に関しても使用されるため、切換信号
Ｒが“Ｈ”になった時にも同様に動作する。尚、上述の
一定時間はワンショットＦ．Ｆ２９に設定された時間で
ある。

【００２２】一方、第１の高周波信号供給手段としての
第１の高周波信号供給回路は、高周波駆動信号Ｆが供給
されるオアゲート３０、抵抗Ｒ１０、トランジスタ３
１、３２、抵抗Ｒ１１が対応する。また、ダイオード３
３、抵抗Ｒ１２、電解コンデンサ３４は、ＦＥＴ２２を
高周波駆動する際、駆動速度を正確に維持するための回
路である。尚、本例では高周波駆動信号Ｆは例えば数百
ＫＨｚオーダー以上の信号であり、オアゲート３０に出
力される。オアゲート３０には、ワンショットＦ．Ｆ２
９からワンショット信号も供給され、またインバータ３
５を介して前述の切換信号Ｌも供給される。オアゲート
３０の出力は抵抗Ｒ１０を介してトランジスタ３１、及
び３２のベースに供給され、オアゲート３０の出力レベ
ルに従ってオン、オフ駆動し、抵抗Ｒ１１を介してＦＥ
Ｔ２２をオン、又はオフに駆動する。

【００２３】また、電解コンデンサ３４はトランジスタ
３１にエミッタ電流を供給するスピードアップ用のコン
デンサであり、トランジスタ３１がオフの時ダイオード
３３、抵抗Ｒ１２を介して供給される電荷を蓄積し、ト
ランジスタ３１がオンする際の供給用電流として使用す
る。

【００２４】尚、前述のように回路Ｂ２においても、上
述の回路Ｂ１と同じ回路が形成され、特に前述のオアゲ
ート３０、トランジスタ３１、３２、等に対応する回路
は第２の高周波信号供給手段として機能する。

【００２５】以上の構成において、本例のＤＣ−ＡＣコ
ンバータの処理動作を説明する。先ず、切換信号Ｌ
“Ｌ”により、ＦＥＴ２１と２４がオンし、図１の矢印
ａ方向に電流が流れているものとする。この状態におい
て、切換信号Ｌが“Ｈ”になると、前述のトランジスタ
２７がオンし、ＦＥＴ２１の駆動をオフする。

【００２６】一方、上述のように切換信号Ｌが“Ｈ”に
なると、オアゲート２８を介してワンショットＦ．Ｆ２
９に“Ｈ”信号が供給され、前述のように一定時間
“Ｈ”信号がオアゲート３０を介してトランジスタ３
１、３２に供給され、トランジスタ３２をオンしてＦＥ
Ｔ２２をオフ状態に維持する。したがって、この回路動
作によりＦＥＴ２１がオフする前にＦＥＴ２２がオンす
ることを防ぎ、ＦＥＴ２１、２２間の短絡を確実に防止
する。

【００２７】その後、上述の一定時間が経過すると、ワ
ンショットＦ／Ｆ２９の出力は“Ｌ”となり、オアゲー
ト３０を介してトランジスタ３１、３２に“Ｌ”信号が
供給され、トランジスタ３１がオンしてＦＥＴ２２をオ
ン駆動する。この時、トランジスタ３１のエミッタには
スピードアップ用の電解コンデンサ３４が接続されてい
るので、電解コンデンサ３４に蓄積された電荷が直ちに
供給され、ＦＥＴ２２を直ちにオンする。その後、ＦＥ
Ｔ２２に電流が流れ、この時オン状態に設定されている
ＦＥＴ２３を通して供給される電流ｂを流す。

【００２８】一方、高周波駆動信号Ｆは前述のように数
百ＫＨｚオーダー以上の信号を供給しており、切換信号
Ｌが“Ｈ”である間（切換信号Ｒが“Ｌ”である間）、
オアゲート３０には高周波駆動信号Ｆが例えば“Ｈ”信
号として供給される。この高周波駆動信号Ｆによってオ
アゲート３０の出力は再度“Ｈ”となり、トランジスタ
３２をオンしてＦＥＴ２２をオフ状態にする。したがっ
て、この回路動作により前述の電流ｂの流れは停止す
る。また、この間電解コンデンサ３４には再度電荷が蓄
積される。

【００２９】次に、高周波駆動信号が“Ｌ”になると、
オアゲート３０を介して“Ｌ”信号が供給され、再度ト
ランジスタ３１をオンしてＦＥＴ２２をオン駆動する。
この時、前述と同様電解コンデンサ３４から直ちに電流
が供給され、ＦＥＴ２２をオン駆動する。

【００３０】以後、数百ＫＨｚオーダー以上の高周波駆
動信号Ｆに従って、ＦＥＴ２２はオン、オフ駆動を繰り
返し、この間ＦＥＴ２３は回路Ｂ２側の回路動作によっ
てオン状態に設定されているので、ＦＥＴ２２、２３を
流れる電流ｂは高周波駆動信号Ｆに従って断続的に流れ
る。したがって、交流負荷には高周波駆動信号に従った
駆動電流を流すことができる。

【００３１】その後、切換信号Ｌが“Ｌ”になると、イ
ンバータ３５を介してオアゲート３０に“Ｈ”信号が入
力し、トランジスタ３２をオンしてＦＥＴ２２をオフす
る。また、切換信号Ｌの“Ｌ”への変化によってトラン
ジスタ２７はオフし、電解コンデンサ２６に蓄積された
電荷によってＦＥＴ２１には“Ｈ”信号が供給され、Ｆ
ＥＴ２１をオンする。但し、本例で使用する抵抗Ｒ７は
高抵抗（例えば、数百ＫΩ）で構成されているので直ち
にＦＥＴ２１がオンせず、前述の電流ｂの流れが確実に
停止した後オンする。したがって、ＦＥＴ２１、２２が
共にオンすることによる短絡電流を確実に防止する。

【００３２】一方、ＦＥＴ２１がオン駆動した後は、回
路Ｂ２の動作によってＦＥＴ２４が上述と同様な高周波
駆動を行い、ＦＥＴ２４のオン、オフ駆動を繰り返し、
交流負荷に高周波の交流電流を供給する。

【００３３】その後、切換信号Ｌが再度“Ｈ”となり、
前述の処理を繰り返す。また、回路Ｂ２側でも切換信号
Ｒに従って処理を繰り返し、交流負荷に高周波で断続す
る電流を供給する。しかも本例によれば、駆動電源は単
一であり、単一の駆動電源を使用して高周波駆動を実現
するものである。

【００３４】尚、本実施形態例によれば第１〜第４のス
イッチング手段としてＦＥＴを使用したが、ＦＥＴに限
らず、ＩＧＢＴ等のスイッチング手段を使用することも
できる。

【００３５】また、低周波信号は数十ＫＨｚに限定する
ものではなく、また高周波信号も数百ＫＨｚオーダー以
上に限定するものではない。さらに、低周波信号供給回
路や高周波信号供給回路も図１に示す回路に限定するも
のではなく、低周波信号に基づいて第２又は第４のスイ
ッチング手段をオンする間、高周波信号に従ったオン、
オフ駆動を行える構成であればよい。例えば、最も簡単
な構成としては、第２又は第４のスイッチング手段に対
し、低周波信号出力と高周波信号出力をアンドゲードを
介して供給する構成とするものである。

【００３６】また、高周波信号供給回路にスピードアッ
プ用の電解コンデンサ３４を使用したが、切換信号Ｌ
（切換信号Ｒ）側の出力インピーダンスが十分小さけれ
ば上記構成は不要であり、かかる場合図２に示すように
回路をより簡単に構成できる。尚、図２は図１のＦ部を
示す。

【００３７】また、図３に示す遅延回路は前述の回路Ｂ
３に代えるものであり、回路Ｂ３ではワンショットＦ．
Ｆ２９によって一定時間切換信号Ｌ（切換信号Ｒ）の出
力を遅らせたが、図３に示す遅延回路を前述のインバー
タ３５と共に設けることにより回路Ｂ３を省略すること
ができる。すなわち、コンデンサ３６と抵抗Ｒ１３によ
って設定する時定数を前述の一定時間に設定することに
より、図３に示す回路で回路Ｂ３を代替えするものであ
る。

【００３８】尚、本実施形態例において上記図２に示す
回路と図３に示す回路を両方適用してもよいことは勿論
である。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば単電源駆動によって高周波スイッチングが可能なブ
リッジ形インバータ回路を提供できる。

【００４０】また、スピードアップ用のコンデンサを使
用することによって、より確実な高周波駆動が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態例で使用するブリッジ形インバータ
回路の駆動回路を示す図である。

【図２】図１のＦ部を示し、本実施形態例の変形例を示
す図である。

【図３】遅延回路であり、回路Ｂ３に代える回路構成を
説明する図である。

【図４】３電源駆動の従来回路を説明する図である。

【図５】単電源駆動の従来回路を説明する図である。

【符号の説明】

２１〜２４ＦＥＴ２５ダイオード２６、３４電解コンデンサ２７トランジスタ２８、３０オアゲート２９ワンショットＦ／Ｆ３１、３２トランジスタ３３ダイオード３５インバータ３６コンデンサＲ６〜Ｒ１３抵抗Ｂ１〜Ｂ２回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１、第２のスイッチング手段の接続点
と、第３、第４のスイッチング手段の接続点間に負荷が
接続され、前記第１、第２のスイッチング手段と、第
３、第４のスイッチング手段が、前記負荷を挟んで対象
に接続されたブリッジ形インバータ回路において、前記第１、第４のスイッチング手段と前記第２、第３の
スイッチング手段に対し互いに位相が反転した低周波信
号を供給する低周波信号供給手段と、前記第２のスイッチング手段が前記低周波信号によりオ
ン駆動されている時に、該第２のスイッチング手段に高
周波信号を供給する第１の高周波信号供給手段と、前記第４のスイッチング手段が前記低周波信号によりオ
ン駆動されている時に、該第４のスイッチング手段に高
周波信号を供給する第２の高周波信号供給手段と、を有することを特徴とするブリッジ形インバータ回路。
【請求項２】前記第１の高周波信号供給手段、及び前
記第２の高周波信号供給手段には、対応する高周波信号
に従ってハイ信号とロー信号を交互に出力するトランジ
スタ回路が設けられていることを特徴とする請求項１記
載のブリッジ形インバータ回路。
【請求項３】前記第１の高周波信号供給手段、及び前
記第２の高周波信号供給手段にはスピードアップ用の容
量手段が接続されていることを特徴とする請求項１、又
は２記載のブリッジ形インバータ回路。