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    • 专利摘要:

    公开号:WO1990009056A1
    申请号:PCT/JP1990/000027
    申请日:1990-01-10
    公开日:1990-08-09
    发明作者:Eiji Kobayashi；Akira Egawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:H02M7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 ィ ンバ一タ装置 技 術 分 野
    [0002] 本発明は M〇 S ト ラ ンジスタをスィ ッチイ ングすることに より直流電力を交流電力に変換して出力するィ ンバータ装置 に関し、 特に出力電圧に重畳する同相モー ドの高調波成分を 除去可能なィ ンバータ装置に関する。
    [0003] 本発明は、 高周波放電励起型 C〇 2 ガスレーザ装置、 ある いは高周波誘導加熱炉等の電源として利用され得る。 背 景 技 術
    [0004] 従来、 高周波放電励起型 C 0 2 ガスレーザ装置、 あるいは 高周波誘導加熱装置の電源としては、 M〇 S ト ラ ンジスタを スィ ッチイ ングして直流電力を所望の周波数の交流電力に変 換して出力する構成のィ ンバータ装置が使用されている。
    [0005] ところで、 M〇 S ト ラ ンジスタは ドレイ ン、 ソース間に比 較的大きな出力容量が存在する。 出力容量は ト ラ ンジスタを 形成する際に寄生的に形成されるものであり、 高周波動作を 行う場合には電力損失の原因ともなるが、 他方、 この出力容 量が配線のィ ンダクタ ンスと共振することにより高調波が発 生する。
    [0006] この高調波は M〇 S ト ラ ンジスタの ドレイ ン、 アース間の 浮遊容量、 及び M O S ト ラ ンジスタ と負荷との間に設けられ た整合用の絶縁ト ラ ンスの一次、 二次間の浮遊容量を通して 流れる。 すなわち、 出力の交流電圧に同相モードで重畳する c この結果、 M〇 S ト ラ ンジスタの ドレイ ン、 ソース間に印 加される電圧波形のビーク値が上昇し、 入力の直流電圧のレ ベルが制限されて、 充分な出力電力を得られない。 発 明 の 開 示
    [0007] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 出力 電圧に重畳する同相モードの高調波成分を除去し、 小型、 高 効率で大出力が可能なィ ンバータ装置を提供することを目的 とする。
    [0008] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0009] 直流電源に接続される一組の入力端子と、 負荷に接続され る一組の出力端子と、 前記入力端子の少なく とも一方の入力 端子に直列に接続されたィ ンダクタ ンス素子と、 前記ィ ンダ クタ ンス素子と前記入力端子の他方の端子に直列に接続され， 所定の駆動信号に応答して単一周波数のスィ ッチイ ング動作 を行い、 交流電圧を出力する少なく とも一個の M O S (金属 酸化物半導体） ト ラ ンジスタ と、 前記交流電圧を直流的に絶 縁して前記出力端子に出力する絶縁ト ラ ンスと、 を具備した ィ ンバ一タ装置において、 ィ ンダク タ ンスが等しく、 互いに 磁気的に密に結合された二つのコィルを有する伝送ト ラ ンス を設け、 前記伝送ト ラ ンスの二つのコィルを前記交流電圧を 伝達する一組の線路にそれぞれ一個ずつ、 極性を一致させて 挿入したことを特徵とするィ ンバータ装置が提供される。 伝送ト ラ ンスのィ ン ピ一ダンスは、 正相モ一 ドの正規の交 流電圧に対しては無視できる程小さい。 しかし、 高調波電圧 は同相モー ドであり、 この高調波電圧に対しては伝送ト ラ ン スは極めて高ィ ン ピ一ダンスを示し、. 電流経路を形成させな い。 これにより、 M 0 S トラ ンジスタの ド レイ ン、 ソ ース間 に印加される電圧の波形歪みが減少し、 ピーク値が減少する。 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0010] 第 1図は本発明の一実施例のィ ンバータ装置の回路図、 第 2図は本発明の一実施例のィ ンバータ装置の等価回路図、 第 3図は M〇 S ト ラ ンジスタの ド レイ ン、 ソ ース間に印加 される電圧波形を示した図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0011] 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0012] 第 1図は本発明の一実施例のィ ンバータ装置の回路図であ る。 図において、 ィ ンバータ装置 1の入力端子 a 1及び a 2 には直流電源が接続され、 チョークコ イ ル R F Cを通して N チ ヤ ンネル型の M〇 S ト ラ ンジスタ F ET 1〜F ET 4に所 定の直流電圧が供給される。 これらの M〇 S ト ラ ンジスタは 絶縁シー トを介してアースに接続されたヒー ト シンクに固定 されている。 MO S ト ラ ンジスタのベース部分は ド レイ ンに 相当し、 したがってドレイ ン、 アース間には浮遊容量 C s 1 〜 C s 4が存在する。
    [0013] M〇 S ト ラ ンジスタ F ET 1〜F ET 4の各ゲー ト には、 それぞれ駆動信号 V g 1〜V g 4が与えられる。 駆動信号 V g 1 と V g 4は同一信号、 駆動信号 V g 2と V g 3は同一信 号であり、 且つこれらの二つの種類の駆動信号は互いに 1 8 0 ° 位相がずれてい.る。 これにより、 MO S トラ ンジスタ F E T 1及び M 0 S ト ラ ンジスタ F E T 4と、 M〇 S ト ラ ンジ スタ F E T 2及び M〇 S ト ラ ンジスタ F ET 3とが交互にォ ン、 オフして高周波の交流電圧 E sが発生し、 絶縁ト ラ ンス T、 伝送ト ラ ンス C Ηを通して、 出力端子 b 1及び b 2に接 続された負荷 L oに電流が流れる。 負荷 L oは高周波放電励 起型 CO 2 レーザの放電管、 あるいは高周波誘導加熱炉等で あ o Q
    [0014] —方、 M〇 S ト ラ ンジスタ F ET 1〜F ET 4の出力容量 C 0 1〜C o 4と配線のィ ンダクタ ンス L 1〜： L 4によって、 スィ ッチイ ング時毎に図示していない同相モードの高調波電 圧 E hが発生する。
    [0015] ここで、 伝送ト ラ ンス CHのユイル CH 1と CH 2はイ ン ダクタ ンスが等しく、 互いに磁気的に密に結合され、 且つ互 いの極性を一致させて線路に挿入されている。 したがって、 正相モードの電圧に対してはィ ンピ一ダンスは無視できる程 小さいが、 同相モー ドの電圧に対しては極めて高ィ ンピ一ダ ンスを示す。
    [0016] 交流電圧 E sと高調波電圧 E hとの関係を第 2図の等価回 路で説明する。 なお、 絶縁ト ラ ンス Tの正相モードにおける ィ ンピーダンスや抵抗等の各定数は省略する。 図において、 交流電圧 E sが負荷 L oに印加され、 電流 I sが流れる。 高調波電圧 E h は、 M〇 S ト ラ ンジスタ F E T 1 〜 F E T
    [0017] 4 の浮遊容量 C s 1 ~ C s 4 の並列回路と、 絶縁ト ラ ンス T の一次、 二次間の浮遊容量 C s 5 と、 伝送ト ラ ンス C Hの同 相モー ドに対するイ ンダクタ ンス L c hとの直列回路を介し て、 交流電圧 E sの電流径路に接続される。
    [0018] しかし、 先に述べたようにィ ンダクタ ンス L c hの値は極 めて大きいので、 実質的に高調波電圧 E hによる電流は殆ど 流れない。 すなわち、 高調波電圧 E hは交流電圧 E s には重 畳されない。
    [0019] 第 3図は M〇 S ト ラ ンジスタの ド レイ ン、 ソ ース間の電圧 波形を示したグラフである。 図において、 2 0 は従来のィ ン バータ装置における電圧波形であり、 同相モー ドの高調波が 重畳している。 これに対し、 本発明の一実施例のィ ンバーク 装置における電圧波形 2 1 は略正弦波であり、 電圧波形のピ ーク値 V f 1 は電圧波形 2 0のピーク値 V f 0 に比して約 3 / 4程度に低下している。
    [0020] したがって、 従来よりも入力の直流電圧のレベルを上げる ことができ、 より大きな出力電力が得られる。
    [0021] なお、 上記の説明では伝送ト ラ ンスを絶緑ト ラ ンスの二次 側と負荷との間に挿入したが、 伝送ト ラ ンスを M O S ト ラ ン ジスタ と絶縁ト ラ ンスの一次側との間に挿入しても、 同様に M O S ト ラ ンジスタの ドレイ ン、 ソース間の電圧波形のピー ク値を減少することができる。
    [0022] 以上説明したように本発明では、 同相モー ドの電流に対し てのみ高イ ンピーダンスを示すように、 伝送ト ラ ンスを交流 . 電圧を伝達する線路に直列に揷入したので、 交流電圧に高調 波が重畳されず、 M O S ト ラ ンジスタの ドレイ ン、 ソース間 - の印加電圧のピーク値が減少する。 これにより、 従来よりも 入力の直流電圧のレベルを上げることができ、 イ ンバータ装 置の出力並びに効率が向上する。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 直流電源に接続される一組の入力端子と、 負荷に接続 される一組の出力端子と、 前記入力端子の少なく とも一方の 入力端子に直列に接続されたィ ンダクタ ンス素子と、 前記ィ ンダクタ ンス素子と前記入力端子の他方の端子に直列に接続 され、 所定の駆動信号に応答して単一周波数のスィ ッチイ ン グ動作を行い、 交流電圧を出力する少なく とも一個の M O S (金属酸化物半導体） ト ラ ンジスタと、 前記交流電圧を直流 的に絶縁して前記出力端子に出力する絶縁ト ラ ンス と、 を具 備したィ ンバ一タ装置において、
    ィ ンダクタ ンスが等しぐ、 互いに磁気的に密に結合された 二つのコ イ ルを有する伝送ト ラ ンスを設け、
    前記伝送ト ラ ンスの二つのコィルを前記交流電圧を伝達す る一組の線路にそれぞれ一個ずつ、 極性を一致させて挿入し たことを特徵とするィ ンバ一タ装置。
    2 . 前記伝送ト ラ ノスの二つのコ ィ ルを前記絶縁 ト ラ ンス の二次側と前記出力端子との間に挿入したことを特徴とする 特許請求の範囲第 1項記載のィ ンバータ装置。
    3 . 前記伝送ト ラ ンスの二つのコ イ ルを前記 M O S ト ラ ン ジスタと前記絶縁ト ラ ンスの一次側との間に挿入したことを 特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のィ ンバータ装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0411138A1|1991-02-06|
    JP2728915B2|1998-03-18|
    JPH02197268A|1990-08-03|
    EP0411138A4|1993-03-31|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-08-09| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-08-09| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1990-08-31| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990901679 Country of ref document: EP |
    1991-02-06| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990901679 Country of ref document: EP |
    1994-06-13| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1990901679 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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