CN1663728A - 电弧加工用电源装置以及逆变电源装置 - Google Patents

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田中和裕
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Abstract

一种电源装置，其具备：第1功率通断用开关元件，其被设置在直流电源电路的正极侧和逆变电路之间，通断直流电源电路的输出；和第2功率通断用开关元件，其被设置在直流电源电路的负极侧和逆变电路之间，通断直流电源电路的输出；辅助电容器，其由直流电源电路的直流电压进行充电；功率开关用驱动电路，其交替通断控制第1功率通断用开关元件以及第2功率通断用开关元件，通过在各开关元件从导通变为截止前，截止第1和第2功率通断用开关元件，使逆变电路的关断损耗的值减小。

Description

电弧加工用电源装置以及逆变电源装置
技术领域
本发明涉及在用于电弧焊接、电弧切割等的电弧加工用电源装置以及将高频功率供给到等离子处理装置中的高频电源的逆变电源装置中，特别涉及减小在通过开关元件将直流电压转换为高频交流电压时所产生的逆变部的开关损耗值的技术。
背景技术
图10是表示使用现有技术的全桥形式的逆变电路的电弧加工用电源装置的电气连接图。在图10中，第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4两者错开交替重复导通和截止，控制来自直流电源电路的直流电压的供给。此外在全桥形式的逆变电路的各开关元件关断时，辅助电容器C5，存在由存储在主变压器INT的漏电感中的能量对其充电到高电压，达到比全桥形式的逆变电路的各开关元件TR1、TR2、TR5以及TR6的额定电压大的情况。第1浪涌电压再生用开关元件TR7以及第2浪涌电压再生用开关元件TR8使上述辅助电容器C5的充电电压旁路到第2滤波电容器C2以及第1滤波电容器C1上，防止产生高电压。
辅助电容器C5是由零电压逆使变电路的第5开关元件TR5以及第2开关元件TR2、第1开关元件TR1以及第6开关元件TR6、第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4通断的元件。在已关断第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4后，辅助电容器C5进行放电，在上述辅助电容器C5的电压变为零后关断上述逆变电路的各开关元件，因此可以由零电压关断。此外存在上述辅助电容器C5，由此在第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4上施加的电压为零，能够进行零电压开关。
对应全桥形式的逆变电路的功率开关用驱动电路HRC，在对第1输出控制信号Sc1和第5开关元件驱动信号Tr5执行AND逻辑运算，输出第1功率通断用元件驱动信号Tr3的同时，第5开关元件驱动信号Tr5变为截止，在经过预先设定的时间后，就输出第1浪涌电压再生用元件驱动信号Tr7。接着，在对第2输出控制信号Sc2和第1开关元件驱动信号Tr1执行AND逻辑，输出第2功率通断用元件驱动信号Tr4的同时，第1开关元件驱动信号Tr1变为OFF，在经过预先设定的时间后就输出第2浪涌电压再生用元件驱动信号Tr8。
在图10中表示，输出第5开关元件驱动信号Tr5以及第2开关元件驱动信号Tr2，将第5开关元件TR5以及第2开关元件TR2从截止变为导通，输出第1功率通断用元件驱动信号Tr3，将第1功率通断用开关元件TR3从截止变为导通。此时，因为第1滤波电容器C1以及第2滤波电容器C2的以电容相等那样被设定，所以辅助电容器C5的端子电压Vc5，为将交流商用电源AC的输出整流滤波后的电压E的1/2E。
如果第1功率通断用元件驱动信号Tr3为OFF，第1功率通断用开关元件TR3为截止，那么停止从第1滤波电容器C1向逆变电路的功率供给。此时在第1功率通断用开关元件TR3截止时，由于第1滤波电容器C1和辅助电容器C5的充电电压为大致相同电压，因此施加在第1功率通断用开关元件TR3上的电压变为零，关断损耗的值也大致为零。
如果第5开关元件驱动信号Tr5以及第2开关元件驱动信号Tr2为OFF，那么第5开关元件TR5以及第2开关元件TR2截止，此时由于在已经过相当于辅助电容器C5进行放电的预先设定的辅助电容器放电时间后截止，所以关断损耗也大致为零。
但是，在专利文献1中记载的现有技术中公开了在上述的全桥形式的逆变电路中减小由零电压使各开关元件关断的损耗的技术。
在对应现有技术的高电压的全桥形式的逆变电路中，主回路的电路结构变复杂，装置整体大型化，成本增加。进一步，主回路变复杂控制电路也变复杂。
专利文献1：特开2003-311408号公报。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种电路构成简化、控制电路简单、实现零电压关断、关断损耗少的逆变电路。
为了解决上述的课题，本发明的第1方案的一种电弧加工用电源装置，设有：输出直流电压的直流电源电路；串联电路，其由与所述直流电源电路并联设置的具有相同的电容值的第1滤波电容器以及第2滤波电容器构成；逆变电路，其由第1开关元件、第2开关元件、第1辅助电容器以及第2辅助电容器形成半桥；输出控制电路，其输出互相相差半个周期的第1输出控制信号以及第2输出控制信号，控制上述逆变电路；和主变压器，其转换出适于电弧加工的高频交流电压；2次整流电路，其对上述主变压器的输出进行整流，输出直流电压，其特征在于，具备：第1功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的正极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；第2功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的负极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；所述第1辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第1功率通断用开关元件的发射极侧之间；所述第2辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第2功率通断用开关元件的集电极侧之间；功率通断用驱动电路，其根据第1输出控制信号的ON和OFF，使所述第1功率通断用开关元件导通和截止，根据第2输出控制信号的ON和OFF，使所述第2功率通断用开关元件导通和截止；和逆变驱动电路，所述第1输出控制信号变为ON，就使所述第1开关元件导通，所述第1输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第1辅助电容器进行放电为止的第1辅助电容器放电时间后使所述第1开关元件截止，接着，所述第2输出控制信号变为ON，就使所述第2开关元件导通，所述第2输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第2辅助电容器进行放电为止的第2辅助电容器放电时间后使所述第2开关元件截止。
本发明的第2方案的特征在于，根据本发明方案1中所述的电弧加工用电源装置，所述第1辅助电容器放电时间，从所述第1输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第1辅助电容器的放电电压在预先设定的基准电压以下时，将此作为所述第1辅助电容器放电时间；所述第2辅助电容器放电时间，从所述第2输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第2辅助电容器的放电电压在所述基准电压以下时，将此作为所述第2辅助电容器放电时间。
本发明第3方案的特征在于，根据本发明方案1中所述的电弧加工用电源装置，所述第1辅助电容器放电时间，在所述第1输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第1辅助电容器放电时间；所述第2辅助电容器放电时间，在所述第2输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第2辅助电容器放电时间。
本发明第4方案的一种逆变电源装置，其设有：输出直流电压的直流电源电路；串联电路，其由与所述直流电源电路并联设置的具有相同电容值的第1滤波电容器以及第2滤波电容器构成；逆变电路，其由第1开关元件、第2开关元件、第1辅助电容器以及第2辅助电容器形成半桥；整流滤波电路，其采用所述逆变电路，将从所述直流电源电路得到的直流电压转换为高频交流电压，对所述已转换的输出进行整流滤波使波动成分衰减，输出规定的直流电压；和功率变换电路，将所述直流电压转换为对应负载的输出功率并进行供给，其特征在于，所述逆变电源装置具备软开关电路、功率通断用驱动电路及逆变驱动电路，所述软开关电路由下述元件构成：第1功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的正极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；第2功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的负极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；所述第1辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第1功率通断用开关元件的发射极侧之间；和所述第2辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第2功率通断用开关元件的集电极侧之间，所述功率通断用驱动电路，其根据第1输出控制信号的OFF和ON，使所述第1功率通断用开关元件导通和截止；根据第2输出控制信号的OFF和ON，使所述第2功率通断用开关元件导通和截止；所述逆变驱动电路，所述第1输出控制信号变为ON就使所述第1开关元件导通，所述第1输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第1辅助电容器进行放电为止的第1辅助电容器放电时间后就使所述第1开关元件截止，接着，所述第2输出控制信号变为ON就使所述第2开关元件导通，所述第2输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第2辅助电容器进行放电为止的第2辅助电容器放电时间后就使所述第2开关元件截止，以如此方式驱动所述半桥逆变电路。
本发明的第5方案的特征在于，根据本发明第4方案的逆变电源装置，所述第1辅助电容器放电时间，是从所述第1输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第1辅助电容器的放电电压在预先设定的基准电压以下时，将此作为所述第1辅助电容器放电时间；所述第2辅助电容器放电时间，是从所述第2输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第2辅助电容器的放电电压在所述基准电压以下时，将此作为所述第2辅助电容器放电时间。
本发明的第6方案的特征在于，根据本发明第4方案的逆变电源装置，所述第1辅助电容器放电时间，在所述第1输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第1辅助电容器放电时间；所述第2辅助电容器放电时间，在所述第2输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第2辅助电容器放电时间。
(发明效果)
根据本发明的第1方案，通过将全桥形式的逆变电路置换为半桥形式的逆变电路而使用，可实现主电路的构成简单化以及控制简易化。进一步，与现有技术相同在分别将本发明的逆变电路的各元件从导通变为截止前通过截止功率通断用开关元件，使来自直流电源电路的直流电源的供给停止，能够由零电压关断上述逆变电路的各元件，因此能够大幅减小关断损耗的值。根据上述能够实现开关频率的高频化，能够实现主变压器或直流电抗线圈的小型化，作为结果可实现设备的小型轻量化。
根据本发明的第2方案，检测各辅助电容器的放电电压达到预先设定的基准电压以下时，作为辅助电容器放电时间，由此能够正确地由零电压软开关逆变电路的各元件。
根据本发明的第3方案，检测从逆变电路输出的一次电流，根据上述已检测出的一次电流的值，在电流值小时将上述辅助电容器放电时间的时间长度延长，反过来在电流值大时将辅助电容器放电时间的时间长度缩短，通过进行上述调整，即使在负载上产生变化也能正确地由零电压软开关逆变电路的各元件。
根据本发明的第4方案，半桥软开关逆变电路不仅在电弧加工用电源装置上，在逆变电源装置领域，例如开关·稳压器或高频电源装置等的领域中也能使用，根据逆变电路的关断损耗的减小效果对设备的小型轻量化有很大贡献。此外只对控制电路进行一些修正，就能控制上述软开关半桥逆变电路，在逆变电源装置的广阔领域中能够容易使用。
根据本发明的第5方案，与上述本发明的第2方案相同检测各辅助电容器的放电电压在变为预先设定的基准电压时作为辅助电容器放电时间，因此能够正确地由零电压软开关逆变电源装置的逆变电路各元件，能够大幅减小关断时的损耗值。
根据本发明的第6方案，检测从逆变电路输出的一次电流，根据上述已检测出的一次电流的值调整辅助电容器放电时间的时间长度，即使在负载上产生变化也能由零电压正确软开关逆变电路的各元件。
附图说明：
图1是本发明的实施方式1的电弧加工用电源装置的电气连接图。
图2是在图1中所示的逆变驱动电路SR的详细图。
图3是说明本发明的电弧加工用电源装置的动作的时序图。
图4是本发明的实施方式2的电弧加工用电源装置的电气连接图。
图5是在图4中表示的逆变驱动电路SRV的详细图。
图6是本发明的实施方式3的电弧加工用电源装置的电气连接图。
图7是在图6中表示的逆变驱动电路SRI的详细图。
图8是将本发明的软开关半桥逆变电路用在开关电源装置中的实施方式4的电气连接图。
图9是将本发明的软开关半桥逆变电路使用在高频电源装置中的实施方式5的电气连接图。
图10是现有技术的电弧加工用电源装置的电气连接图。
图中：AC-交流商用电源；CT-1次电流检测电路；C1-第1滤波电容器；C2-第2滤波电容器；C3-第1辅助电容器；C4-第2辅助电容器；C5-辅助电容器；C6-2次滤波电容器；CP1-第1比较电路；CP2-第2比较电路；CV1-第1个1次电压检测电路；CV2-第2个1次电压检测电路；DCL-直流电抗线圈；DR1-第1二极管；DR2-第2二极管；DR3-第3二极管；DR4-第4二极管；DR5-第1逆充电防止用二极管；DR6-第2逆充电防止用二极管；DR7-1次整流电路；DR8-2次整流电路；DR9-第9二极管；DR10-第10二极管；DR11-第11二极管；DR12-第12二极管；ER-比较运算电路；FC-滤波电路；HR-功率开关用驱动电路；HRC-功率开关用驱动电路(对应全桥形式的逆变电路)；ID-输出电流检测电路；IR-输出电流设定器；IN-逆变电路；INT-主变压器；M-被加工物；MC-控制电路；MSC-主控制电路；OR1-第1或门；OR2-第2或门；OR3-第3或门；OR4-第4或门；PD-功率检测电路；PC-功率转换电路；RC-直流电源滤波电路；RS-整流滤波电路；SC-输出控制电路；SR-转换驱动电路；SINV-软开关半桥逆变电路；SRC-逆变驱动电路(对应全桥形式的逆变电路)；SRI-对应1次电流的逆变驱动电路；SRV-对应1次电压的逆变驱动电路；TH-焊枪；TS-启动开关；TC1-对应第1个1次电流的逆变驱动设定时限电路；TC2-对应第2个1次电流的逆变驱动设定时限电路；TI1-第1个逆变驱动设定时限电路；TI2-第2个逆变驱动设定时限电路；TV1-对应第1个1次电压的逆变驱动设定时限电路；TV2-对应第2个1次电压的逆变驱动设定时限电路；TR1-第1开关元件；TR2-第2开关元件；TR3-第1功率通断用开关元件；TR4-第2功率通断用开关元件；VD-输出电压检测电路；VR-输出电压设定电路；VR1-第1基准电压设定电路；VR2-第2基准电压设定电路；Cv1-第1个1次电压检测信号；Cv2-第2个1次电压检测信号；Er-比较运算信号；Id-输出电流检测信号；Ir-输出电流设定信号；Ic1-第1开关元件的集电极电流；Ic2-第2开关元件的集电极电流；Ic3-第1功率通断用开关元件TR3的集电极电流；Ic4-第2功率通断用开关元件TR4的集电极电流；Sc1-第1输出控制信号；Sc2-第2输出控制信号；Ta-第1辅助电容器放电时间；Tb-第2辅助电容器放电时间；Ts-启动信号；Tr1-第1开关元件驱动信号；Tr2-第2开关元件驱动信号；Tr3-第1功率通断用元件驱动信号；Tr4-第2功率通断用元件驱动信号；T1-脉宽期间；T2-脉宽期间；T3-第1开关元件TR1的导通时间；T4-第2开关元件TR2的导通时间；T5-第1功率通断用开关元件TR3的导通时间；T6-第2功率通断用开关元件TR4的导通时间；T7-停止时间；V1-第1元件的集电极·发射极间电压；V2-第2元件的集电极·发射极间电压；Vc3-辅助电容器的端子电压；Vc4-辅助电容器的端子电压。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示对应高电压的本发明电弧加工用电源装置的电气连接图。在图1中，第1滤波电容器C1以及第2滤波电容器C2是并联设置在一次整流电路DR7的输出端子间的串联回路，将上述两个电容器的电容值设定为相同。此外，由对交流商用电源AC的输出进行整流转换为直流电压的一次整流电路DR7，和对上述一次整流电路DR7转换出的直流电压进行滤波的第1滤波电容器C1以及第2滤波电容器C2形成对应高电压的直流电源回路。
在图1中所示的半桥连接的逆变电路，由第1开关元件TR1、第2开关元件TR2、第1辅助电容器C3以及第2辅助电容器C4形成，上述第1开关元件TR1以及第2开关元件TR2重复交替导通和截止，将直流电压转换为高频交流电压。
第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4两者错开重复交替导通和截止，控制来自直流电源电路的直流电压的供给。此外，存储在主变压器INT的漏电感中的能量在第1开关元件TR1关断时产生电动势，使第2辅助电容器C4充电，在第2开关元件TR2关断时也由主变压器INT漏电感的能量产生电动势，使第1辅助电容器C3充电。此时，存在电容器电压比第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4的额定电压大的情况。但是根据第3二极管DR3以及第4二极管DR4，第1辅助电容器C3或第2辅助电容器C4的充电电压比1/2E大，上述第3二极管DR3以及第4二极管DR4导通，使上述第1辅助电容器C3以及第2辅助电容器C4的充电电压旁路到第1滤波电容器C1以及第2滤波电容器C2上，防止产生高电压。
第1辅助电容器C3是由零电压开关第1功率通断用开关元件TR3和第2开关元件TR2的元件，第2辅助电容器C4是由零电压开关第2功率通断用开关元件TR4和第1开关元件TR1的元件。在第1功率通断用开关元件TR3已关断后，第1辅助电容器C3进行放电，在上述第1辅助电容器C3的电压为零时关断第1开关元件TR1。此时在半个周期前的第2开关元件TR2已截止时，上述第2辅助电容器C4的电压变为零，因此上述第1开关元件TR1能够由零电压关断。在第2功率通断用开关元件TR4也已关断后，第2辅助电容器C4进行放电，在上述第2辅助电容器C4的电压为零时关断第2开关元件TR2。此时在半个周期前的第1开关元件TR1已截止时，上述第1辅助电容器C3的电压为零，因此上述第2开关元件TR2能由零电压关断。此外，由于存在上述第1辅助电容器C3以及第2辅助电容器C4故施加在第1功率通断用开关元件TR3以及第2功率通断用开关元件TR4上的电压为零，可实现零电压开关。
二极管DR1以及二极管DR2以逆极性并联与第1开关元件TR1以及第2开关元件TR2连接，在从导通转换为截止时将产生的浪涌电压旁路到第2辅助电容器C4以及第1辅助电容器C3上，防止外加逆电压。主变压器INT将一次侧的高频交流电压转换为适于电弧加工的电压。二次整流电路DR8对上述主变压器INT的输出进行整流转换为电弧加工用直流电压，通过直流电抗线圈DCL供给。
输出电流检测电路ID输出输出电流检测信号Id。比较运算电路ER将输出电流设定信号Ir和输出电流检测信号Id进行比较运算，输出比较运算信号Er＝Ir-Id的值。输出控制电路SC进行脉冲频率恒定调制脉宽的PWM控制，根据比较运算信号Er的值控制第1输出控制信号Sc1以及第2输出控制信号Sc2的脉宽。
逆变驱动电路SR由在图2中所示的第1或门OR1、第2或门OR2、第1逆变驱动设定时限电路TI1以及第2逆变驱动设定时限电路TI2形成。第1输出控制信号Sc1为ON，第1逆变驱动设定时限电路TI1就开始动作，输出放电相当于第1辅助电容器C3电压的预先设定期间的第1辅助电容器放电时间Ta。第1或门OR1对上述第1输出控制信号Sc1和辅助电容器放电时间Ta进行或逻辑运算，输出第1开关元件驱动信号Tr1。第2转换驱动设定时限电路TI2进行与上述相同的动作，输出第2开关元件驱动信号Tr2。
功率开关用驱动电路HR，对应第1输出控制信号Sc1输出第1功率通断用元件驱动信号Tr3，对应第2输出控制信号Sc2，输出第2功率通断用元件驱动信号Tr4。
图3是用于说明在图1中所示的对应高电压的电弧加工用电源装置的动作的波形时序图。图3(A)的波形表示第1输出控制信号Sc1，图3(B)的波形表示第2输出控制信号Sc2。图3(C)的波形表示第1开关元件驱动信号Tr1，图3(D)的波形表示第2开关元件驱动信号Tr2，图3(E)的波形表示第1功率通断用元件驱动信号Tr3，图3(F)的波形表示第2功率通断用元件驱动信号Tr4。图3(G)的波形表示第1辅助电容器C3的端子电压Vc3，图3(H)的波形表示第1开关元件TR1的集电极·发射极间的电压V1，图3(I)的波形表示第1开关元件TR1的集电极电流Ic1。图3(J)的波形表示第2辅助电容器C4的端子电压Vc4，图3(K)的波形表示第2开关元件TR2的集电极·发射极间的电压V2，图3(L)的波形表示第2开关元件TR2的集电极电流Ic2。图3(M)的波形表示第1功率通断用开关元件TR3的集电极电流Ic3，图3(N)的波形表示第2功率通断用开关元件TR4的集电极电流Ic4。
在时刻t＝t1，在图3(C)中表示第1开关元件驱动信号Tr1为ON，第1开关元件TR1从截止变为导通，在图3(E)中表示第1功率通断用元件驱动信号Tr3也为ON，第1功率通断用开关元件TR3从截止变为导通。因为第1滤波电容器和第2滤波电容器的电容值设定得相等，因此在此时的图3(G)中表示的第1辅助电容器C3的端子电压Vc3，为对交流商用电源AC的输出进行整流、滤波后电压E的1/2E。进一步，流入在图3(I)中所示的第1开关元件TR1的集电极电流Ic1，在主变压器INT中存在漏电感，由于第1开关元件TR1的集电极电流Ic1不会急剧增大，因此不产生上述第1开关元件TR1的关断损耗。
在时刻t＝t2，在图3(E)中所示的第1功率通断用元件驱动信号Tr3为OFF，第1功率通断用开关元件TR3被截止，停止从第1滤波电容器C1向逆变电路的功率供给。上述第1功率通断用开关元件TR3在导通时间T5期间产生饱和损耗。在上述第1功率通断用开关元件TR3截止时，因为第1滤波电容器C1和第1辅助电容器C3之间的充电电压大致为相同的电压，所以在第1功率通断用开关元件TR3上的电压变为零，关断损耗的值也大致为零。
在图3(C)中表示的时刻t＝t3，第1开关元件驱动信号Tr1为OFF，第1开关元件TR1截止，由于此时在已经过相当于第1辅助电容器C3进行放电的预先设定的第1辅助电容器放电时间Ta后截止，因此第1辅助电容器C3放电端子电压Vc3大致为零。此外，由于第1开关元件TR1已截止，由主变压器INT的漏电感的能量产生电动势，在半个周期前第2开关元件TR2截止后，因为第2辅助电容器C4的电压大致为零，因此第1开关元件TR1的关断损耗大致为零。在此之后，由被存储在主变压器INT的漏电感中的能量对第2辅助电容器C4进行充电。此时第2辅助电容器C4的端子电压Vc2超过第1滤波电容器C2的端子电压1/2E，在第4二极管DR4中就流过电流，使第2辅助电容器C4的端子电压Vc2的值维持为1/2E。
从时刻t＝t3到时刻t＝t4的期间，是用于防止桥臂短路电流的停止时间T7。在时刻t＝t4，输出在图3(D)中所示的第2开关元件驱动信号Tr2，将第2开关元件TR2从截止变为导通，还输出在图3(F)中所示的第2功率通断用元件驱动信号Tr4，将第2功率通断用开关元件TR4从截止变为导通。由于第1滤波电容器C1以及第2滤波电容器C2的电容相等地被设定，所以在此时的图3(J)中所示的第2辅助电容器C4的端子电压Vc4，为对交流商用电源AC的输出进行整流滤波后的电压E的1/2E。进一步，流入在图3(L)中所示的第2开关元件TR2的集电极电流Ic2，在主变压器INT上存在漏电感，第2开关元件TR2的集电极电流Ic2不会突然增大，因此不会产生上述第2开关元件TR2的关断损耗。
在时刻t＝t5，在图3(F)中所示的第2功率通断用元件驱动信号Tr4为OFF，第2功率通断用开关元件TR4就截止，停止从第2滤波电容器C2向逆变电路的功率供给。上述第2功率通断用开关TR4在导通时间T5期间产生饱和损耗。在上述第2功率通断用开关元件TR4截止时，第2滤波电容器C2和第2辅助电容器C4的充电电压是大致相同的电压，因此在第2功率通断用开关元件TR4上的电压为零，关断损耗的值也大致为零。
在图3(D)中所示的时刻t＝t6中，第2开关元件驱动信号Tr2为OFF，第2开关元件TR2截止，由于此时在已经过相当于第2辅助电容器C4进行放电的预先设定的第2辅助电容器放电时间Tb后截止，因此上述第2辅助电容器C4进行放电，端子电压Vc4大致为零。此外，由于第2开关元件TR2截止，由主变压器INT的漏电感的能量产生电动势，在半个周期前第1开关元件TR1已截止之后，第1辅助电容器C3的电压大致为零，因此第2开关元件TR2的关断损耗大致为零。在此之后，由被存储在主变压器INT的漏电感上的能量对第1辅助电容器C3进行充电。
如图3(D)所示从时刻t＝t6到时刻t＝t7的期间，是用于防止桥臂短路电流的停止时间t7。此外，在此之后重复上述的动作。进一步也可将上述的第1辅助电容器放电时间Ta和第2辅助电容器放电时间Tb的值作为相同的值。
(实施方式2)
图4是表示对应高电压的实施方式2的电弧加工用电源装置的电气连接图。在图4中与在图1中所示的表示本发明的实施方式1的电弧加工用电源装置的电气连接图相同的符号表示进行相同的动作，因此省略其说明，对不同的动作进行说明。
第1个1次电压检测电路CV1，连接在第1辅助电容器C3的两端上，检测上述第1辅助电容器C3的放电电压，作为第1个1次电压检测信号Cv1输出。此外，第2个1次电压检测电路CV2连接在第2辅助电容器C4两端上，检测上述第2辅助电容器C4的放电电压，作为第2个1次电压检测信号Cv2输出。
对应1次电压的逆变驱动电路SRV，由在图5中所示的第3或门OR3、第4或门OR4、对应第1个1次电压的转换驱动设定时限电路TV1、对应第2个1次电压的转换驱动设定时限电路TV2、第1比较电路CP1、第2比较电路CP2、第1基准电压设定电路VR1以及第2基准电压设定电路VR2形成。第1比较电路CP1将第1个1次电压检测信号Cv1的值和由第1基准电压设定电路VR1所设定的预先规定的第1基准电压设定信号Vr1的值进行比较，在比上述第1基准电压设定信号Vr1小时，将第1比较信号Cp1置为OFF。对应第1个1次电压的转换驱动设定时限电路TV1，在第1输出控制信号Sc1为OFF时就开始动作，辅助电容器放电时间Ta为ON。接着，在上述第1比较信号Cp1为OFF时就停止动作，上述第1辅助电容器放电时间Ta为OFF。第3或门OR3进行上述第1输出控制信号Sc1和上述第1辅助电容器放电时间Ta之间的或逻辑运算，作为第1开关元件驱动信号Tr1输出。对应第2个1次电压的转换驱动设定时限电路TV2等进行与上述相同的动作，输出第2开关元件驱动信号Tr2。
参照图3的时序图说明在图4中表示的实施方式2的动作。在图3(A)中表示的时刻t＝t1中，第1输出控制信号Sc1被输入到对应1次电压的逆变驱动电路SRV中，对应上述1次电压的逆变驱动电路SRV使在图3(C)中表示的第1开关元件驱动信号Tr1为ON，将第1开关元件从截止变为导通。
在时刻t＝t2，第1输出控制信号Sc1为OFF，在图5中所示的对应第1个1次电压的逆变驱动设定时限电路TV1就开始动作，第1辅助电容器放电时间Ta为ON。第1比较电路CP1将第1个1次电压检测信号Cv1的值和第1基准电压设定信号Vr1的值进行比较，在比上述第1基准电压设定信号Vr1小时，使第1比较信号Cp1为OFF。上述第1比较信号Cp1为OFF，对应上述第1个1次电压的转换驱动设定时限电路TV1就停止动作，停止上述第1个辅助电容器放电时间Ta。
在图3(C)中所示的时刻t＝t3，第1开关元件驱动信号Tr1为OFF，第1开关元件TR1就截止，由于此时在已经过第1辅助电容器C3放电大致为零电压的第1辅助电容器放电时间Ta后截止，因此上述第1辅助电容器C3的电压大致为零。此外，在半个周期前在第2开关元件TR2已截止后，因为第2辅助电容器C4的电压大致为零，所以上述第1开关元件TR1的关断损耗值大致为零。
(实施方式3)
图6是表示对应高电压的实施方式3的电弧加工用电源装置的电气连接图。在图6中，与在图1中所示的表示本发明的实施方式1的电弧加工用电源装置的电气连接图相同的符号表示进行相同的动作，因此省略说明，对不同的动作进行说明。
一次电流检测电路CT连接在第1开关元件TR1和第2开关元件TR2之间的接点和主变压器INT的一次侧之间，检测一次电流，作为一次电流检测信号Ct输出。
对应1次电流的逆变驱动电路SRI由在图7中表示的第3或门OR3、第4或门OR4、对应第1个1次电流的转换驱动设定时限电路TC1、对应第2个1次电流的转换驱动设定时限电路TC2形成。对应上述第1个1次电流的转换驱动设定时限电路TC1，在第1输出控制信号Sc1为OFF时开始动作，对应一次电流检测信号Ct的值决定第1辅助电容器放电时间Ta。第3或门OR3进行上述第1输出控制信号Sc1和第1辅助电容器放电时间Ta之间的或逻辑运算，作为第1开关元件驱动信号Tr1输出。此外，对应上述第2个1次电流的转换驱动设定时限电路TC2，在第2输出控制信号Sc2为OFF时，就开始动作，对应一次电流检测信号Ct的值，决定第2辅助电容器放电时间Ta。第3或门OR4，进行上述第2输出控制信号Sc2和第2辅助电容器放电时间Ta之间的或逻辑运算，作为第2开关元件驱动信号Tr2输出。
如图6所示，参照图3的时序图说明实施方式3的动作。在图3(A)中表示的时刻t＝t1，将第1输出控制信号Sc1输入到对应1次电流的逆变驱动电路SRI中，对应上述1次电流的逆变驱动电路SRI，输出在图3(C)中表示的第1开关元件驱动信号Tr1，将第1开关元件TR1从截止状态变为导通状态。
在图3(A)表示的时刻t＝t2，第1输出控制信号Sc1为OFF，如图7所示，对应1次电流的逆变驱动设定时限电路TC1开始动作，对应1次电流检测信号Ct的值，决定第2辅助电容器放电时间Ta。第3或门OR3，进行上述第1输出控制信号Sc1和第1辅助电容器放电时间Ta之间的或逻辑运算，如图3(C)所示，作为第1开关元件驱动信号Tr1输出。对应上述第2个1次电流的逆变驱动设定时限电路TC2也进行与上述相同的动作。
(实施方式4)
图8是将在本发明的实施方式1中使用的软开关半桥逆变电路SINV置换为作为逆变电源装置的代表例开关·稳压器的逆变部使用时的电气连接图。在图8中与图1所示的本发明的实施方式1的电气连接图相同的符号表示进行相同的动作，因此省略其说明，对不同的动作进行说明。
直流电源滤波电路RC，如图1所示，所示的由直流电源电路的一次整流电路DR7和串联电路的相同电容值的第1滤波电容C1以及第2滤波电容器C2形成。
图8中的软开关半桥逆变电路SINV，由在图1中所示的软开关电路和半桥逆变电路构成，软开关电路由第1功率通断用开关元件TR3、第2功率通断用开关元件TR4、第1浪涌电压再生用二极管DR5以及第2逆充电防止用二极管DR6形成；半桥逆变电路由第1开关元件TR1、第2开关元件TR2、第1辅助电容器C3以及第2辅助电容器C4构成。
整流滤波电路RS由主变压器INV、2次整流电路DR8、直流电抗线圈DCL以及2次滤波电容器C6构成，由上述主变压器INV将上述半桥逆变电路的高频交流电压转换为规定的电压，由上述2次整流电路DR8、直流电抗线圈DCL以及2次滤波电容器C6对上述变换后的电压进行整流滤波，转换为使波动成分衰减的直流电压供给到负载。
输出电压检测电路VD检测直流电压，作为输出电压检测信号Vd输出。比较运算电路ER将输出电压设定信号Vr和输出电压检测信号Vd进行比较运算，输出比较运算信号Er＝Vr-Vd的值。主控制电路MSC由在图1中所示的输出控制电路SC、逆变驱动电路SR以及功率开关用驱动电路HR构成，根据比较运算信号Er的值控制第1开关元件驱动信号Tr1、第2开关元件驱动信号Tr2、第1功率通断用元件驱动信号Tr3以及第2功率通断用元件驱动信号Tr4的输出，进行恒压控制。
采用在图3中表示的时序图说明在图8中所示的开关·稳压器的软开关半桥逆变电路SINV的动作。
在图3(A)中所示时刻t＝t1，在图3(C)中表示的第1开关元件驱动信号Tr1为ON，将第1开关元件TR1从截止变为导通，在图3(E)中表示的第1功率通断用元件驱动信号Tr3也为ON，将第1功率通断用开关元件TR3从截止变为导通。在此时的图3(G)中所示的第1辅助电容器C3的端子电压Vc3，因为第1滤波电容器C1以及第2滤波电容器C2的电容被设定得相等，所以变为将交流商用电源AC的输出进行整流滤波后的电压E的1/2E。接着开始流入在图3(I)中表示的第1开关元件TR1的集电极电流Ic1，由于漏电感电流缓慢增加，因此不产生开通损耗。
在时刻t＝t2，在图3(E)中表示的第1功率通断用元件驱动信号Tr3为OFF，第1功率通断用开关元件TR3就在导通时间T5的期间产生饱和损耗，第1功率通断用开关元件TR3截止，就停止从第1滤波电容器C3向逆变电路的功率供给。此时在第1功率通断用开关元件TR3截止时，第1滤波电容器C1和第1辅助电容器C3之间的充电电压大致为相同的电压，因此在第1功率通断用开关元件TR3上的电压变为零，关断损耗的值也大致变为零，因此上述第1功率通断用开关元件TR3变为软开关。
在图3(C)中所示时刻t＝t3，第1开关元件驱动信号Tr1变为OFF，第1开关元件TR1截止，此时由于在已经过相当于第1辅助电容器C3进行放电的预先设定的第1辅助电容器放电时间Ta后截止，故关断损失也大致为零，因此上述第1开关元件TR1也变为软开关。此外，第1开关元件TR1已截止，由此由主变压器INT的漏电感的能量产生电动势，开始对第2辅助电容器C4充电。此时，如果第2辅助电容器C4的端子电压Vc2超过第2滤波电容器C2的端子电压1/2E，电流就流过第2辅助电容器C4的第2逆电压防止用二极管DR6、第4二极管DR4，将第2辅助电容器C4的端子电压Vc2的值维持为1/2E。
形成软开关半桥逆变电路SINV的第2功率通断用开关元件TR4、第2逆电压防止用二极管DR6、第2开关元件TR2以及第1辅助电容器C4也进行与上述相同的动作，实现软开关。
将在由上述生成的图3(G)以及(J)中所示的来自软开关半桥逆变电路SINV的高频交流电压输入到整流滤波电路RS的主变压器INV中。上述主变压器INV转换为规定电压的高频交流电压，通过2次整流电路DR8、直流电抗线圈DCL以及2次滤波电容器C6进行整流滤波，转换为使波动成分衰减的规定直流电压供给到负载。
根据上述，半桥软开关逆变电路并不限于电弧加工用电源装置，在逆变电源装置电路，例如开关·稳压器的逆变电路中能够容易地使用上述半桥软开关逆变电路。
(实施方式5)
图9是将在本发明的实施方式1中使用的软开关半桥逆变电路置换为将功率供给到作为半导体的制造装置的等离子处理装置中的高频电源装置的逆变部而使用时的电气连接图。在图9中，与在图1中所表示的本发明的实施方式1的电气连接图相同的符号，表示进行相同的动作，因此省略其说明，对不同的动作进行说明。
在图9中表示的整流滤波电路RS由2次整流电路DR8、直流电抗线圈DCL以及2次滤波电容器C6构成，将从软开关半桥逆变电路SINV输出的(例如，输出频率为10KHZ左右的)高频交流电压进行整流滤波，转换为使波动成分衰减的直流电压。
功率转换电路PC，由逆变电路IN、滤波电路FC以及功率检测电路PD形成，上述逆变电路IN将从整流滤波电路RS供给的直流电压转换为(例如，输出频率为100KHZ以上的)高频交流电压。滤波电路FC一般由图中省略的电感L和电容器C形成，使在逆变电路IN的输出电压中所包括的高频成分衰减，输出正弦波形的高频交流电压。
功率检测电路PD，将从功率转换电路PC供给到负载上的行波功率(在负载上被吸收的功率)，和在没有取得功率转换电路PC和负载之间的电感的耦合时由负载进行反射返回到功率转换电路PC上的反射波功率进行比较，将对应已检测出的行波功率的行波功率检测信号Pf和对应反射波功率的反射波功率检测信号Pr输入到控制电路MC中。
软开关半桥逆变电路SINV调整供给到逆变电路IN上的功率。此外，控制电路MC由逆变驱动电路SR以及功率开关用驱动电路HR和控制软开关半桥逆变电路SINV的PWM控制电路形成。
软开关半桥逆变电路SINV的动作与在上述实施方式3的开关电源装置中所使用的软开关半桥逆变电路SINV进行相同的动作，因此省略其说明。
控制电路MC只对现有的控制电路进行一些修正，可控制上述软开关半桥逆变电路SINV。根据上述，在供给等离子处理装置的负载所期望的行波功率的高频电源装置中，能够很容易地将上述软开关半桥逆变电路SINV置换。
(实施方式6)
实施方式6，在将功率供给到上述开关·稳压器或上述等离子处理装置上的高频电源装置的各软开关半桥逆变电路SINV的各辅助电容器中，设有：第1个1次电压检测电路CV1，其如图4所示连接在第1辅助电容器C3的两端上，检测第1辅助电容器C3的放电电压，并作为第1个1次电压检测信号Cv1输出；和第2个1次电压检测电路CV2，其连接在第2辅助电容器C4的两端上，检测第2辅助电容器C4的放电电压，并作为第2个1次电压检测信号Cv2输出。
接着，采用在图5中表示的对应1次电压的逆变驱动电路SRV，驱动将功率供给到上述开关·稳压器或等离子处理装置中的高频电源装置的各软开关半桥逆变电路SINV，检测各辅助电容器的放电电压在为预先设定的基准电压以下时，作为辅助电容器放电时间，由此能够由零电压高精度地软开关将功率供给到上述开关·稳压器或等离子处理装置中的高频电源装置的逆变电路的各元件。

Claims (6)

1、一种电弧加工用电源装置，其设有：输出直流电压的直流电源电路；串联电路，其由与所述直流电源电路并联设置的具有相同的电容值的第1滤波电容器以及第2滤波电容器构成；逆变电路，其由第1开关元件、第2开关元件、第1辅助电容器以及第2辅助电容器形成半桥；输出控制电路，其输出互相相差半个周期的第1输出控制信号以及第2输出控制信号，控制上述逆变电路；和主变压器，其转换出适于电弧加工的高频交流电压；2次整流电路，其对上述主变压器的输出进行整流，输出直流电压，其特征在于，
具备：
第1功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的正极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；
第2功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的负极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；
所述第1辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第1功率通断用开关元件的发射极侧之间；
所述第2辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第2功率通断用开关元件的集电极侧之间；
功率通断用驱动电路，其根据第1输出控制信号的ON和OFF，使所述第1功率通断用开关元件导通和截止，根据第2输出控制信号的ON和OFF，使所述第2功率通断用开关元件导通和截止；和
逆变驱动电路，所述第1输出控制信号变为ON，就使所述第1开关元件导通，所述第1输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第1辅助电容器进行放电为止的第1辅助电容器放电时间后使所述第1开关元件截止，接着，所述第2输出控制信号变为ON，就使所述第2开关元件导通，所述第2输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第2辅助电容器进行放电为止的第2辅助电容器放电时间后使所述第2开关元件截止。
2、根据权利要求1所述的电弧加工用电源装置，其特征在于，
所述第1辅助电容器放电时间，从所述第1输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第1辅助电容器的放电电压在预先设定的基准电压以下时，将此作为所述第1辅助电容器放电时间；
所述第2辅助电容器放电时间，从所述第2输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第2辅助电容器的放电电压在所述基准电压以下时，将此作为所述第2辅助电容器放电时间。
3、根据权利要求1所述的电弧加工用电源装置，其特征在于，
所述第1辅助电容器放电时间，在所述第1输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第1辅助电容器放电时间；
所述第2辅助电容器放电时间，在所述第2输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第2辅助电容器放电时间。
4、一种逆变电源装置，其设有：输出直流电压的直流电源电路；串联电路，其由与所述直流电源电路并联设置的具有相同电容值的第1滤波电容器以及第2滤波电容器构成；逆变电路，其由第1开关元件、第2开关元件、第1辅助电容器以及第2辅助电容器形成半桥；整流滤波电路，其采用所述逆变电路，将从所述直流电源电路得到的直流电压转换为高频交流电压，对所述已转换的输出进行整流滤波使波动成分衰减，输出规定的直流电压；和功率变换电路，将所述直流电压转换为对应负载的输出功率并进行供给，其特征在于，
所述逆变电源装置具备软开关电路、功率通断用驱动电路及逆变驱动电路，
所述软开关电路由下述元件构成：
第1功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的正极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；
第2功率通断用开关元件，其被设置在所述直流电源电路的负极侧和所述逆变电路之间，通断所述直流电压；
所述第1辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第1功率通断用开关元件的发射极侧之间；和
所述第2辅助电容器的逆充电防止用二极管，其被设置在所述串联电路的中点和所述第2功率通断用开关元件的集电极侧之间，
所述功率通断用驱动电路，其根据第1输出控制信号的OFF和ON，使所述第1功率通断用开关元件导通和截止；根据第2输出控制信号的OFF和ON，使所述第2功率通断用开关元件导通和截止；
所述逆变驱动电路，所述第1输出控制信号变为ON就使所述第1开关元件导通，所述第1输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第1辅助电容器进行放电为止的第1辅助电容器放电时间后就使所述第1开关元件截止，接着，所述第2输出控制信号变为ON就使所述第2开关元件导通，所述第2输出控制信号变为OFF，在已经过相当于所述第2辅助电容器进行放电为止的第2辅助电容器放电时间后就使所述第2开关元件截止，以如此方式驱动所述半桥逆变电路。
5、根据权利要求4所述的逆变电源装置，其特征在于，
所述第1辅助电容器放电时间，是从所述第1输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第1辅助电容器的放电电压在预先设定的基准电压以下时，将此作为所述第1辅助电容器放电时间；
所述第2辅助电容器放电时间，是从所述第2输出控制信号变为OFF的时刻开始到检测所述第2辅助电容器的放电电压在所述基准电压以下时，将此作为所述第2辅助电容器放电时间。
6、根据本发明第4方案的逆变电源装置，其特征在于，
所述第1辅助电容器放电时间，在所述第1输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第1辅助电容器放电时间；
所述第2辅助电容器放电时间，在所述第2输出控制信号已变为OFF的时刻开始，检测从所述逆变电路输出的一次电流，根据所述已检测出的一次电流的值，决定所述第2辅助电容器放电时间。
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