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。

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・エミッター間電圧はFWDのV_F (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。