CN110494248B - 焊接电源装置 - Google Patents

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Abstract

焊接电源装置具备：将直流电力变换成交流电力并输出到焊接负载的逆变电路；和在所述逆变电路的输出电流的极性切换时在向所述焊接负载的输出叠加再起弧电压的电压叠加电路。所述电压叠加电路具备：将所述再起弧电压充电的再起弧电容器；对所述再起弧电容器充电所述再起弧电压的充电电路；和将所述再起弧电容器所充电的所述再起弧电压放电的放电电路。所述充电电路具备：输出直流电压的直流电源；和将所述直流电源的直流电压升压的升压单元。所述充电电路在将所述直流电源的直流电压直接施加给所述再起弧电容器的第1状态、和所述第1状态后将由所述升压单元升压过的直流电压施加给所述再起弧电容器的第2状态下，对所述再起弧电容器进行充电。

Description

焊接电源装置
技术领域
本公开涉及焊接系统中所用的电源装置。本公开特别涉及用于交流电弧焊接的焊接电源装置。
背景技术
过去，在交流电弧焊接中，在输出电流的极性切换时易于引起电弧耗尽。作为用于抑制电弧耗尽的一个手法，已知在切换输出电流的极性的定时施加高电压(再起弧电压)。在专利文献1公开了这样构成的焊接电源装置的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平06-91369号公报
作为基于再起弧电压施加的电弧耗尽抑制法，在输出电流的极性切换频率低的情况下是有效的。但若极性切换频率变高，例如有时会由于充电时间的不足而得不到再起弧所需的所期望的电压。在这样的情况下，用于再起弧的能量不足而发生电弧耗尽。
发明内容
发明要解决的课题
本公开鉴于上述的情况而提出。本公开的一个课题在于，提供在输出电流的极性切换频率变高的情况下也能达成比过去更合适地抑制电弧耗尽的技术。
用于解决课题的手段
由本公开的第1侧面提供的焊接电源装置具备：将直流电力变换成交流电力并输出到焊接负载的逆变电路；和在所述逆变电路的输出电流的极性切换时在向所述焊接负载的输出叠加再起弧电压的电压叠加电路。所述电压叠加电路具备：被充电所述再起弧电压的再起弧电容器；对所述再起弧电容器充电所述再起弧电压的充电电路；和将所述再起弧电容器所充电的所述再起弧电压放电的放电电路。所述充电电路具备输出直流电压的直流电源；和将所述直流电源的直流电压升压的升压单元。所述充电电路在将所述直流电源的直流电压直接施加给所述再起弧电容器的第1状态和所述第1状态后将由所述升压单元升压过的直流电压施加给所述再起弧电容器的第2状态下，对所述再起弧电容器充电。
根据上述结构，充电电路通过在第1状态下将直流电源的直流电压直接施加，能将再起弧电容器急速充电。之后，充电电路通过在第2状态下施加由升压单元升压过的直流电压，来将再起弧电容器充电到给定的电压。由此，与最初就用在升压单元升压过的电压进行充电的情况相比，能以短的时间将再起弧电容器充电到给定的电压。即，与过去相比，能缩短用于将再起弧电容器充电到给定的电压所需的时间。因此，在极性切换频率变高的情况下，也能比现有方案更合适地抑制电弧耗尽。
附图说明
图1是说明第1实施方式所涉及的焊接电源装置的框图。
图2A是说明第1实施方式所涉及的充电电路的电路图。
图2B是说明第1实施方式所涉及的放电电路的电路图。
图3是表示第1实施方式所涉及的各信号的波形的时序图。
图4是表示对第1实施方式所涉及的电压叠加电路的动作进行仿真的结果的图。
图5A是说明比较例的焊接电源装置中的再起弧电容器的充电时间的图。
图5B是说明第1实施方式所涉及的焊接电源装置中的再起弧电容器的充电时间的图。
图6是表示第1实施方式的变形例所涉及的各信号的波形的时序图。
图7是说明第2实施方式所涉及的焊接电源装置的框图。
图8A是说明第3实施方式所涉及的焊接电源装置的框图。
图8B是说明第4实施方式所涉及的焊接电源装置的框图。
图8C是说明第5实施方式所涉及的焊接电源装置的框图。
图9是说明第6实施方式所涉及的充电电路的电路图。
图10是说明比较例(焊接电源装置)的框图。
具体实施方式
以下参考附图来具体说明本公开的实施方式。
图1～图3是用于说明第1实施方式所涉及的焊接电源装置A1的图。具体地，图1表示包含焊接电源装置A1的焊接系统的整体结构。图2A以及图2B分别是表示焊接电源装置A1的充电电路63以及放电电路64的电路图。图3是表示焊接电源装置A1中所使用的多种信号的波形的时序图。
如图1所示那样，焊接系统具备焊接电源装置A1以及焊枪B。该焊接系统例如是TIG焊接系统，是进行交流电弧焊接的结构。焊接电源装置A1大致将来自商用电源D的交流电力变换成适合焊接的电力，将其从输出端子a、b输出。第1输出端子a通过线缆与被加工物W连接。第2输出端子b通过其他线缆与焊枪B的电极连接。通过从焊接电源装置A1提供的电力而在焊枪B的电极的前端与被加工物W之间产生电弧，通过该热进行焊接。在本实施方式中，将焊枪B、被加工物W以及电弧合起来称作「焊接负载」。另外，有时也将除去这3个要素当中1者或2者的要素称作「焊接负载」。更一般地，本公开中所谓「焊接负载」，是指与焊接电源装置A1的输出端子a、b连接而构成电流流路且实质消耗电力的要素的一组。关于此，虽然单纯的连接要素(例如将输出端子a和被加工物W相连的线缆)等由于消耗电力相对较少而未含在「焊接负载」中，但本公开并不限定于此。
如图1所示那样，焊接电源装置A1具备整流平滑电路1、第1逆变电路2、变压器3、整流电路4、直流电抗器5、电压叠加电路6、第2逆变电路7、控制电路8、第1电流传感器91、电压传感器92以及第2电流传感器93(参考图2A)。另外，在本公开中，「第1」、「第2」等词仅单纯用作区别同种要素，并不具有要素间的重要度(例如功能上的重要度)等实质的意义。
整流平滑电路1将从商用电源D输入的交流电力变换成直流电力，并将该直流电力输出。整流平滑电路1具备将交流电流整流的整流电路和将整流后的电流平滑化的平滑电路(平滑电容器)。
逆变电路2例如是单相全桥型的PWM控制逆变器，具备4个开关元件。逆变电路2通过从控制电路8输入的驱动信号使各开关元件开关(接通/断开驱动)，由此将从整流平滑电路1输入的直流电力变换成交流电力(例如给定的高频电力)并输出该交流电力。逆变电路2并不限于单相全桥型，例如也可以是半桥型，还可以是其他结构的逆变电路。
变压器3将从逆变电路2输入的交流电力的电压变压且输出该变压后的交流电力。具体地，变压器3具备一次侧绕组3a、二次侧绕组3b以及辅助绕组3c。一次侧绕组3a的各输入端子与逆变电路2的各输出端子分别连接。二次侧绕组3b的各输出端子与整流电路4的各输入端子分别连接。辅助绕组3c的各输出端子与充电电路63的各输入端子分别连接。来自逆变电路2的输出电压对应于一次侧绕组3a与二次侧绕组3b的匝数比而被变压，变压后的交流电力被输出到整流电路4。另外，来自逆变电路2的输出电压对应于一次侧绕组3a与辅助绕组3c的匝数比而被变压，变压后的交流电力被输出到充电电路63。
整流电路4例如是全波整流电路。整流电路4对由变压器3输入的交流电力进行整流，且将该整流后的电力(直流电力)输出到逆变电路7。整流电路4并不限于全波整流电路，例如可以是半波整流电路。在本实施方式中，在整流电路4的一个输出端连接直流电抗器5。直流电抗器5将整流电路4输出的直流电流平滑化。
逆变电路7例如是单相全桥型的PWM控制逆变器，具备4个开关元件。逆变电路7通过从控制电路8输入的开关驱动信号使各开关元件开关，由此将从整流电路4输入的直流电力变换成交流电力，且输出变换后的交流电力。逆变电路7并不限于单相全桥型，例如也可以是半桥型，还可以是其他结构的逆变电路。
电压叠加电路6配置于整流电路4与第2逆变电路7之间。在逆变电路7的输出电流的极性切换时，由电压叠加电路6对焊接电源装置A1的输出端子a、b间施加给定的电压(例如给定的高电压)(例如在已经输出电压叠加其他电压)。该高电压用于使极性切换时的再起弧性提升，以下适宜称作「再起弧电压」。电压叠加电路6具备二极管61、电容器(「再起弧电容器」)62、充电电路63以及放电电路64。
电容器62是具有比给定的基准值大的静电容的电容器，被充电用于叠加在焊接电源装置A1的输出的高电压(「再起弧电压」)。电容器62与整流电路4并联连接。电容器62通过充电电路63被充电，通过放电电路64被放电。
充电电路63与电容器62并联连接，是用于对电容器62充电再起弧电压的电路。如图2A所示那样，充电电路63具备整流平滑电路63c以及升压斩波器63d。整流平滑电路63c具备将交流电流全波整流的整流电路、和平滑电容器。整流平滑电路63c将从变压器3的辅助绕组3c输入的交流电压变换成直流电压，输出该直流电压。即，在充电电路63内，整流平滑电路63c作为「(直流)电源」发挥功能。整流平滑电路63c的电路结构并不限定于图示的示例。
升压斩波器63d将从整流平滑电路63c输入的直流电压升压，并输出到电容器62。升压斩波器63d成为如下结构：在输入端子与输出端子之间将线圈和二极管串联连接(将线圈的一方的端子和二极管的阳极端子连接，在输入端子侧配置线圈，在输出端子侧配置二极管)，在该连接点并联连接开关元件63b，在二极管的阴极端子并联连接电容器。另外，升压斩波器63d的电路结构并不限定于图示的示例。
在本实施方式中，开关元件63b是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。取而代之，开关元件63b也可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等双极晶体管。
升压斩波器63d具备用于驱动开关元件63b的驱动电路63a。驱动电路63a基于从充电控制部86(后述)输入的充电电路驱动信号来输出用于使开关元件63b驱动的脉冲信号。驱动电路63a在充电电路驱动信号失效(OFF)之间(例如相对低电平的状态)不进行脉冲信号的输出。这期间，开关元件63b继续断开状态。因此，来自整流平滑电路63c的直流电压直接施加给电容器62，电容器62被充电。另一方面，驱动电路63a在充电电路驱动信号起效(ON)的期间(例如相对高电平的状态)，将给定的脉冲信号输出到开关元件63b。由此，升压斩波器63d进行驱动，来自整流平滑电路63c的直流电压被升压。升压的直流电压施加在电容器62，电容器62被充电。
如此地，本实施方式的充电电路63构成为基于充电电路驱动信号来在2个状态间切换对电容器62的电压施加。即，充电电路63在将来自整流平滑电路63c的电压直接(不变压地)施加给电容器62的状态和将升压的电压施加给电容器62的状态进行切换。
也可以取代图2A所示的结构而设为不设驱动电路63a的结构。在该情况下，例如考虑对开关元件63b从充电控制部86直接输入脉冲信号(充电电路驱动信号)。
放电电路64将对电容器62充电的再起弧电压放电，与电容器62串联连接。如图2B所示那样，放电电路64具备开关元件64a以及电阻(限流电阻)64b。在本实施方式中，开关元件64a是IGBT。另外，开关元件64a也可以是双极晶体管、MOSFET等。开关元件64a的集电极端子与电阻64b的一端连接，电阻64b的另一端与电容器62连接。另外，开关元件64a的发射极端子与整流电路4的正极侧的端子连接。对开关元件64a的栅极端子从放电控制部85(后述)输入放电电路驱动信号。另外，也可以将电阻64b与开关元件64a的发射极端子连接。
开关元件64a在放电电路驱动信号为起效状态之间(例如相对高电平的状态)成为接通状态。由此，对电容器62充电的再起弧电压被放电，经由电阻64b叠加在整流电路4的输出电压。另一方面，开关元件64a在放电电路驱动信号为失效状态的期间(例如相对低电平的状态)成为断开状态，再起弧电压的放电停止。即，放电电路64基于放电电路驱动信号来切换将电容器62放电的状态和不放电的状态。另外，放电电路64的结构并不限定于图示的示例。
二极管61与放电电路64并联连接，阳极端子与逆变电路7的输入的正极侧的端子连接，阴极端子与电容器62连接。二极管61用于使电容器62吸收会在向逆变电路7的电压输入时产生的过渡电压。
电流传感器91检测焊接电源装置A1的输出电流。在本实施方式中配置在将逆变电路7的一个输出端子和焊接电源装置A1的输出端子a相连的连接线上，但还能配置在其他位置。电流传感器91检测输出电流的瞬时值并将检测结果输出给控制电路8。关于电流的正负，例如将从逆变电路7流向输出端子a的情况设为正，将从输出端子a流向逆变电路7的情况设为负，但并不限定于此。
电压传感器92检测电容器62的端子间电压。电压传感器92检测端子间电压的瞬时值并将检测结果输出到控制电路8。
电流传感器93检测充电电路63的充电电流。在本实施方式中配置在将整流平滑电路63c的负极侧的输出端子和升压斩波器63d的负极侧的输入端子相连的连接线，但还能配置在其他位置。电流传感器93检测充电电流的瞬时值并将检测结果输出到控制电路8。
控制电路8是用于控制焊接电源装置A1的电路，例如由微型计算机等实现。对控制电路8分别输入来自电流传感器91的输出电流的瞬时值、来自电压传感器92的电容器62的端子间电压的瞬时值以及来自电流传感器93的充电电流的瞬时值。控制电路8对逆变电路2、逆变电路7、充电电路63以及放电电路64分别输出驱动信号。控制电路8具备电流控制部81、电流目标设定部82、极性切换控制部83、波形目标设定部84、放电控制部85以及充电控制部86。
电流控制部81对逆变电路2进行控制。电流控制部81根据从电流传感器91输入的输出电流的瞬时值来算出实效值。电流控制部81基于算出的所述实效值和从电流目标设定部82输入的实效值目标值来生成驱动信号，输出到逆变电路2。基于该驱动信号来控制逆变电路2的开关元件。
极性切换控制部83对逆变电路7进行控制。极性切换控制部83基于从电流传感器91输入的输出电流的瞬时值和从波形目标设定部84输入的电流波形目标值来生成开关驱动信号，并输出到逆变电路7。基于该开关驱动信号来控制逆变电路7的开关元件。
放电控制部85对放电电路64进行控制。放电控制部85基于从电流传感器91输入的输出电流的瞬时值和从极性切换控制部83输入的开关驱动信号来生成放电电路驱动信号，并输出到放电电路64。基于该放电电路驱动信号来控制放电电路64。放电电路驱动信号也被输出到充电控制部86。
如图3所示那样，焊接电源装置A1的输出电流(参考(b))对应于开关驱动信号(参考(a))而变化。在开关驱动信号为起效时，输出端子a(被加工物W)成为正，输出端子b(焊枪B)成为负。在开关驱动信号为失效时，输出端子a(被加工物W)成为负，输出端子b(焊枪B)成为正。焊接电源装置A1的输出电流在开关驱动信号从起效切换到失效时(时刻t1)开始减少，这样持续减少而在时刻t2成为零。之后也是焊接电源装置A1的输出电流减少(极性成为相反)，在时刻t3成为最小值。该最小值被从时刻t3维持到t6。
若开关驱动信号从失效切换到起效(时刻t6)，则焊接电源装置A1的输出电流从上述的最小值开始增加，在时刻t7成为零(且之后极性成为相反)，在时刻t8成为最大电流值。
放电控制部85生成以及输出放电电路驱动信号(图3的(c))。在本实施方式中，放电电路驱动信号是至少在极性变化时间点(焊接电源装置A1的输出电流的极性改变的时间点、例如t2、t7等)为起效的脉冲信号。具体地，放电控制部85所生成的放电电路驱动信号是脉冲信号，在切换开关驱动信号的起效、失效的时间点(时刻t1、t6)切换为起效，在之后输出电流的瞬时值成为最小电流值或最大电流值的时间点(时刻t3、t8)切换为失效。另外，实际上，由于从电流传感器91输入的电流瞬时值微小变动，因此放电控制部85在电流瞬时值成为给定的阈值(第1阈值)以上的情况下判断为成为最大电流值，在电流瞬时值成为给定的阈值(比第1阈值低的第2阈值)以下的情况下判断为成为最小电流值。
放电控制部85生成放电电路驱动信号的方法并不限定于上述的方法。要点在于，在焊接电源装置A1的输出电流的极性改变的时间点输出再起弧电压。因而，放电电路驱动信号也可以在极性改变前变得起效且在极性改变后变得失效。例如，也可以在输出电流的瞬时值成为零并经过给定时间时，将放电电路驱动信号切换为失效。另外也可以是，放电控制部85取代从极性切换控制部83被输入开关驱动信号，从波形目标设定部84被输入电流波形目标值，在电流波形目标值切换时将放电电路驱动信号切换为起效。在该情况下，放电电路驱动信号的波形也与基于开关驱动信号来切换的情况同样。进而也可以是，放电控制部85从电流传感器91仅被输入输出电流的瞬时值，在输出电流的瞬时值从最大电流值降低时或者从最小电流值上升时，将放电电路驱动信号切换为起效。在该情况下，放电电路驱动信号的波形也与基于开关驱动信号进行切换的情况同样。另外也可以是，分别将第1阈值设定为比最大电流值小比零大的值，将第2阈值设定为比最小电流值大比零小的值，使放电电路驱动信号在输出电流的瞬时值进入第1阈值与第2阈值之间的范围时切换为起效，另一方面，在从该范围脱离时切换为失效。在该情况下，放电电路驱动信号也在极性改变前成为起效，在极性改变后成为失效。
充电控制部86对充电电路63进行控制。充电控制部86基于从电流传感器93输入的充电电流的瞬时值、从电压传感器92输入的电容器62的端子间电压的瞬时值和从放电控制部85输入的放电电路驱动信号，来生成用于控制充电电路63的充电电路驱动信号，并输出到充电电路63。
如图3所示那样，电容器62的端子间电压(e)在放电电路驱动信号(c)成为起效(时刻t1)、输出电流(b)的极性改变的时间点(时刻t2)，通过放电而降低。直到下一放电的定时(时刻t7)为止，需要对电容器62充电再起弧电压。因而，例如可以设为从电容器62的放电结束的时间点(时刻t3)起开始电容器62的充电的结构。另外在本实施方式中，由于在放电中也进行充电，因此在时刻t2到时刻t3之间，电容器62的端子间电压稍微上升。在电容器62的充电的最初的期间，充电控制部86使充电电路驱动信号(d)保持失效不变。这时，从整流平滑电路63c输出的直流电压原样不变地对电容器62施加，急速进行电容器62的充电(参考图3(e)的时刻t3～t4的直线的倾斜度)。
在电容器62的端子间电压成为整流平滑电路63c的输出电压时(时刻t4)，充电控制部86使充电电路驱动信号成为起效。充电控制部86在放电结束后，在电流传感器93(图2A)检测到的充电电流成为给定的电流值以下时，判断为电容器62的端子间电压成为整流平滑电路63c的输出电压，使充电电路驱动信号成为起效。这时，从整流平滑电路63c输出的直流电压升压并对电容器62施加，电容器62被充电到给定的电压(图3(e)的时刻t5)。由于若电容器62被充电到给定的电压，就不需要进行进一步的充电，因此充电控制部86使充电电路驱动信号成为失效。即，充电控制部86生成脉冲信号，并作为充电电路驱动信号(d)输出，该脉冲信号在由放电控制部85输入的放电驱动信号从起效切换为失效后，在电流传感器93检测到的充电电流成为给定的电流值以下时(t4、t9)切换为起效，在电容器62的端子间电压成为给定的电压时(t5、t10)切换为失效。
图4表示在图1所示的焊接电源装置A1中对电压叠加电路6的动作进行仿真的结果。Vc表示电压传感器92检测到的电容器62的端子间电压的瞬时值的波形。Ic表示电流传感器93检测到的充电电路63的充电电流的瞬时值的波形。Vs表示开关元件63b的漏极-源极间电压的瞬时值的波形。
若放电电路驱动信号成为起效，焊接电源装置A1的输出电流的极性改变，则放电期间开始。如图4所示那样，由于和放电期间的开始一起由放电电路64进行电容器62的放电，因此电压Vc减少。另一方面，在放电期间中，若电容器62的端子间电压Vc低于整流平滑电路63c的输出电压，就流过充电电流Ic，进行电容器62的充电。为此，在放电期间的后半，电压Vc上升。
在放电电路驱动信号成为失效、放电期间结束后，开始充电期间，通过整流平滑电路63c的输出电压让电容器62被急速充电。这时如图4所示那样电压Vc急上升。另一方面，充电电流Ic从上升转为下降，开始不断降低。在本实施方式中，在充电电流Ic成为给定的电流值以下时，判断为电容器62的端子间电压成为整流平滑电路63c的输出电压(本仿真中为240V)，使充电电路驱动信号成为起效。由此，开始进行升压斩波器63d(开关元件63b)的开关的开关期间。在开关期间中，从整流平滑电路63c输出的直流电压被升压并输出到电容器62，电容器62被进一步充电。如图4所示那样，对应于开关而电压Vs以及充电电流Ic发生变化。
在电压Vc成为给定的电压(本仿真中为300V)时，充电电路驱动信号成为失效，开关期间(以及充电期间)结束。直到下一放电期间开始为止充电电流Ic都成为「0」，电压Vs成为大致固定的电压，电压Vc持续给定的电压。
接下来说明本实施方式所涉及的焊接电源装置的作用以及效果。
根据本实施方式，在充电开始时，充电电路63将从整流平滑电路63c输入的直流电压直接对电容器62施加，来讲电容器62急速充电。然后，在电容器62的端子间电压成为整流平滑电路63c的输出电压时，充电电路63进行开关元件63b的开关并使升压斩波器63d驱动。由此，将从整流平滑电路63c输入的直流电压升压并施加给电容器62，将电容器62充电到给定的电压。
根据上述的结构，与需要从充电开始时起进行开关来升压的情况相比，能在更短的时间将电容器62充电到给定的电压。在焊接电极的极性切换频率变高、从充电开始到放电的时间变短的情况下，也能通过充电时间的缩短将电容器62充电到给定的电压。由此能更加抑制电弧耗尽的发生。
图5A以及图5B是用于在比较例(图10所示的焊接电源装置A100)和焊接电源装置A1中比较将电容器62充电到给定的电压所需的时间的仿真结果。图5A是焊接电源装置A100(比较例)，图5B是焊接电源装置A1。都表示的是电容器62的端子间电压Vc的波形和充电电路63(630)的开关信号Sw的波形。
参考图10来简单说明作为比较例的焊接电源装置A100。焊接电源装置A100具备整流平滑电路1、逆变电路2、变压器3等。来自商用电源D的交流电力在经由这些电路被变换成直流电力后，被输入到逆变电路7。逆变电路7将输入的直流电力保持交流电力并输出。电压叠加电路600在逆变电路7的输出电流的极性切换时将电容器62所充电的电压放电，来使其叠加在逆变电路7的输出。充电电路630与商用电源D相连，将从商用电源D提供的交流电压变换成给定的直流电压，以该变换后的电压来对电容器62充电。充电电路630以及放电电路64被控制电路800控制。作为充电电路630，例如是将商用电源D的交流电压保持直流电压、将该直流电压通过正向转换器进行变压的结构。
在比较例所涉及的充电电路630中，用于将电容器62充电的时间变长。具体地，如图5A所示那样，在焊接电源装置A100的情况下，需要从充电开始时起进行开关(参考Sw)，将电容器62充电到300V需要约0.7ms的时间(参考Vc)。该时间在转换电路7的极性切换频率例如200Hz的情况下并没有特别问题。但若极性切换频率成为例如500Hz，就会出现问题。在极性切换频率为500Hz的情况下，极性切换的周期为2ms。但在为了提高输出而暂时使极性切换频率上升的情况下，周期变得更短。另外，在极性切换的占空比从50％变化的情况下，即使周期保持2ms不变，一方的极性的期间也会变短。在这些情况下，会在充分进行电容器62的充电前就放电。其结果，叠加在逆变电路7的输出的电压变低，用于再起弧的能量不足而发生电弧耗尽。
另一方面，如图5B所示那样，在焊接电源装置A1的情况下，在充电开始时不进行开关，从电压Vc达到约225V时起开始开关。电压Vc从0V上升到约225V所需的时间是约0.25ms(比较例中，电压Vc从0V上升到约225V所需的时间为约0.4ms)。另外，电压Vc从0V达到给定的电压(300V)的时间为约0.55ms，相对于比较例(图5A)的约0.7ms变短了约0.15ms。该差相当于电压Vc从0V上升到约225V所需的时间的差(0.4-0.25[ms])。
根据本实施方式，充电电路63在电容器62的端子间电压(图3(e))成为给定的电压时停止充电。由此，充电电路63能抑制对电容器62过分充电。
根据本实施方式，放电电路64基于由放电控制部85输入的放电电路驱动信号来控制放电。放电电路驱动信号(图3(c))在开关驱动信号(图3(a))切换时(t1、t6)切换为起效，在输出电流(图3(b))成为最小电流值或最大电流值时(t3、t8)切换为失效。因此，在焊接电源装置A1的输出电流的极性改变时，由于放电电路驱动信号必定成为起效，因此放电电路64能使所期望的再起弧电压在合适的定时放电。
根据本实施方式，由于在变压器3中，二次侧绕组3b以及辅助绕组3c相对于一次侧绕组3a而绝缘，因此能防止来自商用电源D的电流流到二次侧的电路。另外，在变压器3中，二次侧绕组3b和辅助绕组3c绝缘。根据这些，能减低触电的危险性。
在上述的实施方式中，充电控制部86是在放电结束后在充电电流成为给定的电流值以下时使充电电路驱动信号成为起效的结构。也可以取而代之，在电压传感器92检测到的电容器62的端子间电压成为基于整流平滑电路63c的输出电压的给定的电压(例如比整流平滑电路63c的输出电压稍低的电压)以上时，使充电电路驱动信号成为起效。在该情况下，充电控制部86能仅基于电压传感器92检测到的电容器62的端子间电压来生成充电电路驱动信号。
在上述的实施方式中，说明了输出电流的波形为大致矩形波的情况(参考(b))，但输出电流的波形也可以是例如正弦波。若波形目标设定部84输出正弦波信号作为电流波形目标值，极性切换控制部83基于从电流传感器91输入的输出电流的瞬时值和从波形目标设定部84输入的电流波形目标值来生成开关驱动信号，就能使输出电流的波形为正弦波。在输出电流的波形为正弦波的情况下，基于电流传感器91检测到的输出电流的瞬时值来生成放电电路驱动信号即可。例如，设定比最大电流值小比零大的第1阈值和比最小电流值大比零小的第2阈值，将放电电路驱动信号在输出电流的瞬时值进入第1阈值与第2阈值之间的范围时切换为起效，在从该范围脱离时切换为失效即可。由于若使输出电流的波形为正弦波，则产生的电弧就会变得宽幅，因此能使焊接痕迹宽幅。另外，还能抑制从焊接电源装置A1产生的声音。
接下来参考图6来说明与再起弧电压的叠加方式相关的变形例。在上述的实施方式中，是在焊接电源装置A1的输出电流的极性改变时始终叠加再起弧电压的结构。一般已知，电弧耗尽易于在从正极性(输出端子a或被加工物W为正、输出端子b或焊枪B为负)切换为相反极性(输出端子a或被加工物W为负、输出端子b或焊枪B为正)时发生。在图6的变形例中，仅在从正极性切换到相反极性时使再起弧电压叠加，在从相反极性切换到正极性时不使再起弧电压叠加。在该变形例中，放电控制部85的放电电路驱动信号的生成方法与上述的实施方式不同。
图6是表示变形例中的各信号的波形的时序图。图6(a)表示极性切换控制部83生成的开关驱动信号，与图3(a)所示的相同。图6(b)表示焊接电源装置A1的输出电流，与图3(b)所示的相同。图6(c)表示放电控制部85生成的放电电路驱动信号。图6(d)表示充电控制部86生成的充电电路驱动信号。图6(e)表示电容器62的端子间电压。
变形例所涉及的放电控制部85生成在焊接电源装置A1的输出电流的极性从正极性变为相反极性时成为起效的放电电路驱动信号。具体地，放电控制部85生成脉冲信号，并将其作为放电电路驱动信号输出(图6(c))，该脉冲信号在开关驱动信号(图6(a))从起效切换为失效时(时刻t1)切换为起效，在焊接电源装置A1的输出电流(参考图6(b))成为最小电流值时(时刻t3)切换为失效。放电控制部85在开关驱动信号从失效切换为起效时(时刻t6)以及焊接电源装置A1的输出电流成为最大电流值时(时刻t8)不进行放电电路驱动信号的切换。
由于放电控制部85生成的放电电路驱动信号(图6(c))与图3(c)所示的放电驱动信号不同，因此充电控制部86生成的充电电路驱动信号(图6(d))以及电容器62的端子间电压(图6(e))分别成为与图3(d)以及图3(e)所示的不同的波形。
在上述的变形例中，在易于发生电弧耗尽的从正极性切换为相反极性时叠加再起弧电压，抑制电弧耗尽的发生。另一方面，在难以发生电弧耗尽、从相反极性切换为正极性的时间点不使再起弧电压叠加。由此，与从相反极性切换为正极性时也叠加再起弧电压的情况相比，能减低在电阻64b的损失。另外，由于将再起弧电压放电起到接下来放电为止的时间变长，因此还能合适地应对极性切换频率变得更高的情况。例如即使将极性切换频率设为图6所示情况的2倍，也能在放电前进行给定电压的充电。
接下来参考图7来说明本公开的第2实施方式。在如上述的变形例那样仅在从正极性切换为相反极性时叠加再起弧电压的情况下，也可以将电压叠加电路6配置在逆变电路7的输出侧。图7所示的焊接电源装置A2具有这样的结构。
图7是表示焊接电源装置A2的框图。在图7中，对与第1实施方式(参考图1)相同或类似的要素标注相同附图标记。
在焊接电源装置A2中，电压叠加电路6配置在逆变电路7的输出侧，为将输出端子b(焊枪B)的电位比输出端子a高的再起弧电压对2个输出端子间施加的结构。放电电路64在开关驱动信号(图6(a))从起效切换为失效时(时刻t1)导通，在输出电流(图6(b))的极性改变时(时刻t2)，电容器62放电，再起弧电压叠加在输出端子a、b间。
在第2实施方式中，由于也与第1实施方式同样地能缩短充电所需的时间，因此能合适地抑制电弧耗尽的发生。
图8A～图8C表示向充电电路63的电力的提供源的结构所涉及的实施方式。在这些图中，对与第1实施方式所涉及的焊接系统(参考图1)相同或类似的要素标注相同附图标记。另外，在这些图中，省略了比电压叠加电路6更下游侧的结构以及控制电路8的记载。
图8A是表示第3实施方式所涉及的焊接电源装置A3的框图。焊接电源装置A3在充电电路63的各输入端子与变压器3的二次侧绕组3b的各输出端子分别连接这点上，与第1实施方式所涉及的焊接电源装置A1不同。
在第3实施方式中，由于也与第1实施方式同样地能缩短充电所需的时间，因此能合适地抑制电弧耗尽的发生。另外，根据第3实施方式，由于不需要在变压器3设置第3辅助绕组3c，因此能做出简易的结构。也可以将充电电路63的各输入端子与整流平滑电路1的各输入端子分别连接，将从商用电源D输入的交流电力直接输入到充电电路63。
图8B是表示第4实施方式所涉及的焊接电源装置A4的框图。焊接电源装置A4取代充电电路63而具备充电电路63’，充电电路63’的各输入端子与整流电路4的各输出端子分别连接，在这点上与第1实施方式所涉及的焊接电源装置A1不同。
充电电路63’相当于从图2A的充电电路63去掉整流电路的方案(具有平滑电路)。由于对充电电路63’输入来自整流电路4的输出电压，因此可以没有整流电路。
在第4实施方式中，由于与第1实施方式同样地能缩短充电所需的时间，因此能合适地抑制电弧耗尽的发生。另外，根据第4实施方式，能使充电电路63’成为比充电电路63(图2A)更简易的结构。
图8C是表示第5实施方式所涉及的焊接电源装置A5的框图。焊接电源装置A5取代充电电路63而具备充电电路63”，充电电路63”的各输入端子与整流平滑电路1的各输出端子分别连接，在这点上与第1实施方式所涉及的焊接电源装置A1不同。
充电电路63”相当于从充电电路63(图2A)去掉整流平滑电路63c的方案。由于对充电电路63”输入来自整流平滑电路1的输出电压，因此不需要另外设置整流平滑电路。
在第5实施方式中，也是由于与第1实施方式同样地能缩短充电所需的时间，因此能合适地抑制电弧耗尽的发生。另外，根据第5实施方式，能使充电电路63”成为比充电电路63更加简易的结构。
图9是表示第6实施方式所涉及的焊接电源装置A6的充电电路66的电路图。如图9所示那样，焊接电源装置A6在充电电路66的结构上与第1实施方式所涉及的焊接电源装置A1不同。在图9中，对与第1实施方式所涉及的充电电路63(参考图2A)相同或类似的要素标注相同附图标记。另外，焊接电源装置A6在充电电路66以外的结构上与第1实施方式所涉及的焊接电源装置A1同样，因此省略关于这些结构的记载以及说明。
如图9所示那样，充电电路66具备整流平滑电路63c、升降压斩波电路66d以及开闭开关66e。整流平滑电路63c与第1实施方式所涉及的整流平滑电路63c同样。
升降压斩波电路66d将从整流平滑电路63c输入的直流电压升压，并输出到电容器62。升降压斩波电路66d在输入端子与输出端子之间将开关元件(MOSFET)63b和二极管串联连接。具体地，将开关元件63b的源极端子和二极管的阴极端子连接，在输入端子侧配置开关元件63b，在输出端子侧配置二极管。另外，在开关元件(MOSFET)63b与二极管的连接点连接线圈的一端，在二极管的阳极端子连接电容器的一端。升降压斩波电路66d的电路结构并不限定于图示的示例。在本实施方式中，将开关元件63b设为MOSFET，但也可以设为IGBT等双极晶体管。驱动电路63a与第1实施方式所涉及的驱动电路63a同样，对应于由充电控制部86输入的充电电路驱动信号来输出脉冲信号。
开闭开关66e被设为将升降压斩波电路66d的输入端子和输出端子架桥的配置。若开关闭合(构成闭路)，输入端子和输出端子就成为电连接的状态。另一方面，若开关打开(构成开路)，输入端子和输出端子就成为非电连接状态。开闭开关66e可以是半导体开关，也可以是机械开关。开闭开关66e对应于从充电控制部86输入的充电电路驱动信号而开闭。具体地，开闭开关66e在充电电路驱动信号失效(例如低电平信号)的期间闭合，在充电电路驱动信号起效(例如高电平信号)的期间打开。若开闭开关66e闭合，则来自整流平滑电路63c的直流电压绕过升降压斩波电路66d而施加给电容器62。另一方面，若开闭开关66e打开，则成为升降压斩波电路66d介于整流平滑电路63c与电容器62之间存在的状态。在该状态下，通过升降压斩波电路66d进行驱动而来自整流平滑电路63c的直流电压被升压，并施加给电容器62，电容器62被充电。如此地，充电电路66被设为基于充电电路驱动信号来切换将来自整流平滑电路63c的直流电压直接(不变压地)对电容器62施加的状态和升压来进行施加的状态的结构。
在第6实施方式中，由于能与第1实施方式同样地缩短充电所需的时间，因此能合适地抑制电弧耗尽的产生。也可以取代图9所示的升降压斩波电路66d而将其他升压电路设于充电电路66。
上述的焊接电源装置A1～A6能用在TIG焊接系统中，但本公开并不限定于此。本公开所涉及的焊接电源装置也能用在其他半自动焊接系统中。另外，本公开所涉及的焊接电源装置也能用在基于机器人的全自动焊接系统中，另外还能用在被覆电弧焊接系统中。
本公开所涉及的焊接电源装置并不限定于上述的实施方式。本公开所涉及的焊接电源装置的各部的具体的结构能自由地进行种种设计变更。

Claims (7)

1.一种焊接电源装置，其特征在于，具备：
将直流电力变换成交流电力并输出到焊接负载的逆变电路；和
在所述逆变电路的输出电流的极性切换时，在向所述焊接负载的输出叠加再起弧电压的电压叠加电路，
所述电压叠加电路具备：
被充电所述再起弧电压的再起弧电容器；
对所述再起弧电容器充电所述再起弧电压的充电电路；和
将所述再起弧电容器所充电的所述再起弧电压放电的放电电路，
所述充电电路具备：
输出直流电压的直流电源；和
将所述直流电源的直流电压升压的升压单元，
所述充电电路，在将所述直流电源的直流电压直接施加给所述再起弧电容器的第1状态、和所述第1状态后将由所述升压单元升压过的直流电压施加给所述再起弧电容器的第2状态下，对所述再起弧电容器充电。
2.根据权利要求1所述的焊接电源装置，其特征在于，
所述升压单元是升压斩波器，
所述充电电路通过将所述升压斩波器的开关停止而成为所述第1状态，通过进行所述升压斩波器的开关而成为所述第2状态。
3.根据权利要求2所述的焊接电源装置，其特征在于，
所述焊接电源装置还具备：
检测输入到所述充电电路的电流的电流传感器，
所述充电电路基于所述电流传感器检测到的电流值来从所述第1状态切换为所述第2状态。
4.根据权利要求1所述的焊接电源装置，其特征在于，
所述充电电路还具备：绕过所述升压单元的线路；和切换所述线路的闭路和开路的开闭单元，
通过将所述线路闭路而成为所述第1状态，通过将所述线路开路来使所述升压单元动作而成为所述第2状态。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的焊接电源装置，其特征在于，
所述焊接电源装置还具备：
检测所述再起弧电容器的端子间电压的电压传感器，
所述充电电路基于所述电压传感器检测到的电压值来从所述第1状态切换为所述第2状态。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的焊接电源装置，其特征在于，
所述电压叠加电路仅在输出到所述焊接负载的被加工物的电流从正切换为负时叠加所述再起弧电压。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的焊接电源装置，其特征在于，
所述焊接电源装置还具备：
用于将商用电源和所述逆变电路绝缘的变压器，
所述直流电源将所述变压器的辅助绕组输出的交流电压变换成直流电压并输出。
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