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IGBTのソフトスイッチング(電圧共振)の動作を教えてください。

(a) 電圧共振回路例
(a) 電圧共振回路例

ソフトスイッチングの応用回路として電圧共振形IH調理器の例を図(a)に、動作および波形を図(b)に示します。

図(a)の回路においてIGBTがオンすると加熱コイルL1に電流が流れます。IGBTがオフするとL1とC1で共振が起こり、IGBTに正弦波の電圧が印加されます。L1とC1の共振は反転しC1の電圧はC2電圧を相殺する方向になり、C2の電圧を超えた時にC1-C2-FWD-C1のループで電流が流れ始めます。この期間のIGBTのコレクターーエミッター間電圧はFWDのVF(ほぼゼロ電圧)であり、このタイミングでIGBTはターンオンします。IGBTがオンすることで再び入力側から加熱コイルL1に電流が流れ始め、この動作を繰り返します。

電圧共振回路は、部品点数が少なく構成コストが安価ですが、システムの電力容量を大きくするには共振電圧を大きくする必要がありますのでIGBTの耐圧は非常に高いものが要求されます。そのためシステム容量としては AC 100 V入力で 1.5 kW、AC 200 Vで 3 kW程度を目安に使用され、多くの家電IH市場で使用されています。また入力側の平滑コンデンサーC2は、1パルス期間の電力が供給されるため、その容量値は小さく、C2両端の電圧は正弦全波波形を描きますので、入力側の力率は高くPFC回路は不要になります。

(b)動作波形例
(b)動作波形例
  1. IGBTがオン
    L1を通じてコレクター電流が流れる。
  2. IGBTがオフ
    L1とC1で共振、電圧が上昇する。
  3. FWDが導通
    C1のエネルギーがFWDを通して電源へ 回生する。共振電圧が基準電圧を下回るとIGBTへオン信号が入力される。

以降1~3の動作を繰り返す。

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