JP2009148118A - Power supply unit and arc machining power supply unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply unit that ensures charging and discharging of auxiliary capacitors for soft switching control and that reduces switching loss and suppresses voltage surge. <P>SOLUTION: A resonance circuit 15 is provided between a connection point N2 between switching elements S1, S2 of an inverter circuit 13 and a connection point N1 between the auxiliary capacitors C1, C2 of an auxiliary switching circuit 14. The resonance circuit 15 performs resonance operation before switching elements S3, S4 are each turned off to start discharging the auxiliary capacitors C1, C2, and generates a resonance current that increases the output currents of the switching elements S1, S2 based on the discharge currents of the auxiliary capacitors C1, C2. Thereby, the discharge speed of the auxiliary capacitors C1, C2 becomes fast, so that the discharge time of the auxiliary capacitors C1, C2 is shortened. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、インバータ回路を有する電源装置及びアーク加工用電源装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply device having an inverter circuit and a power supply device for arc machining.

アーク加工機等に用いられる電源装置は、例えば特許文献1に示されるように、商用電源(三相交流電源)を整流回路にて整流し平滑コンデンサにて平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、2個のスイッチング素子のハーフブリッジ回路で構成されるインバータ回路とを備えている。インバータ回路は、その2個のスイッチング素子が交互にオンオフ制御されることで、直流変換回路からの直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換している。そして、インバータ回路からの所定の高周波交流電圧がアーク溶接やアーク切断等のアーク加工に適したアーク加工用直流電圧に更に変換されている。   For example, as disclosed in Patent Document 1, a power supply device used for an arc machine or the like is a DC converter that converts a commercial power supply (three-phase AC power supply) into a DC voltage that is rectified by a rectifier circuit and smoothed by a smoothing capacitor. A circuit and an inverter circuit composed of a half-bridge circuit of two switching elements. The inverter circuit converts the DC voltage from the DC conversion circuit into a predetermined high-frequency AC voltage by alternately turning on and off the two switching elements. A predetermined high-frequency AC voltage from the inverter circuit is further converted into a DC voltage for arc machining suitable for arc machining such as arc welding or arc cutting.

また、特許文献1に示される電源装置では、直流変換回路を構成する平滑コンデンサとインバータ回路との間の一対の電源線間に補助コンデンサが接続されるとともに、平滑及び補助コンデンサ間の各電源線上にそれぞれ補助スイッチング素子が配置されている。各補助スイッチング素子は、インバータ回路の一対のスイッチング素子と組をなしてオンオフ制御され、オン時にはインバータ回路のスイッチング素子と補助スイッチング素子とが組毎に同時オンされ、オフ時にはインバータ回路のスイッチング素子がオフするよりも補助スイッチング素子が先にオフされる。このようなインバータ回路のスイッチング素子及び補助スイッチング素子の動作に付随した補助コンデンサの充放電動作を利用することで、各スイッチング素子におけるスイッチング損失を低減するソフトスイッチング制御を行う構成となっている。
特開2005−279774号公報
Further, in the power supply device disclosed in Patent Document 1, an auxiliary capacitor is connected between a pair of power supply lines between a smoothing capacitor and an inverter circuit constituting a DC conversion circuit, and each power supply line between the smoothing and the auxiliary capacitor is connected to each other. Auxiliary switching elements are arranged in each. Each auxiliary switching element is turned on and off as a pair with a pair of switching elements of the inverter circuit. When the switching element is on, the switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching element are simultaneously turned on for each group. When the switching element is off, the switching element of the inverter circuit is turned on. The auxiliary switching element is turned off before turning off. By utilizing the charge / discharge operation of the auxiliary capacitor associated with the operation of the switching element and the auxiliary switching element of the inverter circuit, soft switching control is performed to reduce switching loss in each switching element.
JP 2005-279774 A

しかしながら、軽負荷時や無負荷時等において、補助コンデンサの充放電が不完全となる場合がある。この補助コンデンサの不完全な充放電動作は、スイッチング損失の増大やサージ電圧発生によるスイッチング素子の破損に繋がるため、これらを解決することが要望されている。   However, the charging and discharging of the auxiliary capacitor may be incomplete during light load or no load. This incomplete charging / discharging operation of the auxiliary capacitor leads to an increase in switching loss and breakage of the switching element due to the generation of a surge voltage. Therefore, it is desired to solve these problems.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ソフトスイッチング制御で用いる補助コンデンサの充放電を負荷状態にかかわらず確実とし、スイッチング損失の低減や電圧サージの抑制を図ることができる電源装置及びアーク加工用電源装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to ensure charging / discharging of the auxiliary capacitor used in soft switching control regardless of the load state, to reduce switching loss and to suppress voltage surge. An object of the present invention is to provide a power supply device and an arc machining power supply device capable of achieving the above.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、整流回路及びその出力側の一対の電源線間に直列接続された第1及び第2の平滑コンデンサを有し、入力交流電源を整流・平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、第1及び第2のスイッチング素子を用いたハーフブリッジ回路で構成され、その第1及び第2のスイッチング素子が交互にオンオフして前記各電源線を介して供給された前記直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記平滑コンデンサと前記インバータ回路との間の前記各電源線間に直列接続された第1及び第2の補助コンデンサを有するとともに、前記平滑コンデンサと前記補助コンデンサの間の前記各電源線上に前記第1及び第2のスイッチング素子と組をなして交互に動作される第3及び第4のスイッチング素子のそれぞれが配置されてなる補助スイッチング回路とを備え、対応する前記第1及び第2の補助コンデンサの充電状態で前記第3及び第4のスイッチング素子が前記第1及び第2のスイッチング素子のオフに先立ってそれぞれオフし、対応する前記第1及び第2の補助コンデンサの放電後に前記第1及び第2のスイッチング素子をそれぞれオフさせるソフトスイッチング制御が行われる構成の電源装置であって、前記第1及び第2のスイッチング素子間と前記第1及び第2の補助コンデンサ間との間に設けられ、前記第1及び第2の補助コンデンサの放電開始となる前記第3及び第4のスイッチング素子の各オフ又は各オフに先立って共振動作し、前記補助コンデンサの放電電流に基づく前記第1及び第2のスイッチング素子の出力電流を増大させる共振電流を生じさせる共振回路を備えたことをその要旨とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a rectifier circuit and first and second smoothing capacitors connected in series between a pair of power supply lines on the output side thereof, and an input AC power supply is provided. It comprises a direct current conversion circuit for converting into a rectified and smoothed direct current voltage and a half bridge circuit using first and second switching elements, and the first and second switching elements are alternately turned on and off to An inverter circuit that converts the DC voltage supplied via a power line into a predetermined AC voltage, and first and second connected in series between the power lines between the smoothing capacitor and the inverter circuit A third and a second capacitor which have an auxiliary capacitor and are alternately operated in pairs with the first and second switching elements on each power line between the smoothing capacitor and the auxiliary capacitor; An auxiliary switching circuit in which each of the switching elements is arranged, and the third and fourth switching elements are in the first and second switching states when the corresponding first and second auxiliary capacitors are charged. A power supply apparatus configured to perform soft switching control in which each of the first and second switching elements is turned off after the corresponding first and second auxiliary capacitors are discharged before the elements are turned off. The third and fourth switching elements are provided between the first and second switching elements and between the first and second auxiliary capacitors and start discharge of the first and second auxiliary capacitors. Each of the first and second switching elements based on the discharge current of the auxiliary capacitor, which resonates before each switching element is turned off or before each switching element is off Further comprising a resonant circuit to generate a resonance current to increase the output current of the device and its gist.

この発明では、インバータ回路の第1及び第2のスイッチング素子間と補助スイッチング回路の第1及び第2の補助コンデンサ間との間に共振回路が設けられ、該共振回路は、第1及び第2の補助コンデンサの放電開始となる第3及び第4のスイッチング素子の各オフ又は各オフに先立って共振動作し、補助コンデンサの放電電流に基づく第1及び第2のスイッチング素子の出力電流が増大するような共振電流を生じさせる。これにより、補助コンデンサの放電速度が速くなり、該補助コンデンサの放電時間が短縮化される。従って、補助コンデンサの放電が短時間で速やかに行われ、軽負荷時や無負荷時であっても補助コンデンサの放電を確実に行うことが可能となる。   In the present invention, a resonance circuit is provided between the first and second switching elements of the inverter circuit and between the first and second auxiliary capacitors of the auxiliary switching circuit, and the resonance circuit includes the first and second resonance circuits. The third switching element and the fourth switching element, which start discharging the auxiliary capacitor, resonate before each turn-off, and the output currents of the first and second switching elements increase based on the discharge current of the auxiliary capacitor. Such a resonance current is generated. Thereby, the discharge speed of the auxiliary capacitor is increased, and the discharge time of the auxiliary capacitor is shortened. Therefore, the auxiliary capacitor is discharged quickly in a short time, and the auxiliary capacitor can be surely discharged even during light load or no load.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電源装置において、前記共振回路は、前記第1及び第2のスイッチング素子の各オフに基づいて、前記共振電流を、反対側の組の前記第1及び第2の補助コンデンサの充電電流としてそれぞれ供給することをその要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, in the power supply device according to the first aspect, the resonance circuit converts the resonance current to the opposite set based on each off state of the first and second switching elements. The gist of the present invention is to supply charging currents for the first and second auxiliary capacitors, respectively.

この発明では、第1及び第2のスイッチング素子の各オフに基づいて、共振回路は、その共振電流を、放電が完了した補助コンデンサとは反対側の補助コンデンサの充電電流としてそれぞれ供給する。これにより、共振回路からの共振電流が反対側の組の補助コンデンサの充電電流としても用いられることから、補助コンデンサの充電速度が速くなり、該補助コンデンサの充電時間が短縮化される。従って、補助コンデンサの充電が短時間で速やかに行われ、軽負荷時や無負荷時であっても補助コンデンサの充電を確実に行うことが可能となる。   In the present invention, based on each OFF of the first and second switching elements, the resonance circuit supplies the resonance current as the charging current of the auxiliary capacitor on the side opposite to the auxiliary capacitor that has been discharged. As a result, the resonance current from the resonance circuit is also used as the charging current for the auxiliary capacitor in the opposite group, so that the charging speed of the auxiliary capacitor is increased and the charging time of the auxiliary capacitor is shortened. Therefore, the auxiliary capacitor can be charged quickly in a short time, and the auxiliary capacitor can be reliably charged even during light loads or no loads.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電源装置において、前記共振回路は、還流ダイオードを有し前記第3及び第4のスイッチング素子と組をなして交互に動作される第5及び第6のスイッチング素子と、共振インダクタとを備えてなり、前記共振インダクタの両側に互いに逆向きに前記第5及び第6のスイッチング素子を配置しその一方が前記第1及び第2のスイッチング素子間に、他方が前記第1及び第2の補助コンデンサ間にそれぞれ接続されて構成されていることをその要旨とする。   According to a third aspect of the present invention, in the power supply device according to the first or second aspect, the resonance circuit includes a freewheeling diode and is operated alternately in pairs with the third and fourth switching elements. The fifth and sixth switching elements and a resonant inductor are provided, and the fifth and sixth switching elements are arranged in opposite directions on both sides of the resonant inductor, one of which is the first and second switching elements. The gist is that the other is connected between the first and second auxiliary capacitors between the switching elements.

この発明では、共振回路は、還流ダイオードを有し第3及び第4のスイッチング素子と組をなして交互に動作される第5及び第6のスイッチング素子が互いに逆向きとされて共振インダクタの両側に配置され、第5及び第6のスイッチング素子の一方が第1及び第2のスイッチング素子間に、他方が第1及び第2の補助コンデンサ間にそれぞれ接続されて構成される。つまり、共振回路を2個のスイッチング素子と共振インダクタとで簡素に構成可能である。   According to the present invention, the resonant circuit includes a free wheel diode, and the fifth and sixth switching elements that are alternately operated in pairs with the third and fourth switching elements are opposite to each other so that both sides of the resonant inductor are provided. And one of the fifth and sixth switching elements is connected between the first and second switching elements, and the other is connected between the first and second auxiliary capacitors. That is, the resonance circuit can be simply configured with two switching elements and the resonance inductor.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の電源装置において、前記第5及び第6のスイッチング素子は、対応する前記第3及び第4のスイッチング素子のオフに先立ってオンされることをその要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the power supply device according to the third aspect, the fifth and sixth switching elements are turned on prior to turning off the corresponding third and fourth switching elements. Is the gist.

この発明では、共振回路の第5及び第6のスイッチング素子は、対応する第3及び第4のスイッチング素子のオフに先立ってオンされ、共振インダクタによる共振動作が行われる。つまり、第3及び第4のスイッチング素子のオフに先立ってこの共振回路の第5及び第6のスイッチング素子がオンされることで、補助コンデンサの放電開始前に立ち上がりの緩やかなインダクタの共振電流(共振エネルギー)を予め増大させておくことができ、これにより第3及び第4のスイッチング素子のオフにより補助コンデンサの放電が開始された時からその放電が速やかとなる。そのため、補助コンデンサの放電時間がより短縮化される。   In the present invention, the fifth and sixth switching elements of the resonance circuit are turned on before the corresponding third and fourth switching elements are turned off, and a resonance operation is performed by the resonance inductor. That is, the fifth and sixth switching elements of the resonance circuit are turned on before the third and fourth switching elements are turned off, so that the resonance current of the inductor that rises slowly before the auxiliary capacitor starts discharging ( Resonance energy) can be increased in advance, whereby the discharge of the auxiliary capacitor is accelerated when the discharge of the auxiliary capacitor is started by turning off the third and fourth switching elements. Therefore, the discharge time of the auxiliary capacitor is further shortened.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源装置を用い、加工対象物のアーク加工を行うアーク加工用電圧を生成するように構成されているアーク加工用電源装置である。   The invention according to claim 5 uses the power supply device according to any one of claims 1 to 4 to generate an arc machining voltage for arc machining of a workpiece. Power supply device.

この発明では、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源装置が用いられてアーク加工用電源装置が構成されるため、上記各請求項の作用効果が得られるアーク加工用電源装置を提供できる。   In this invention, since the power supply device according to any one of claims 1 to 4 is used to configure the power supply device for arc machining, the power supply device for arc machining that can obtain the effects of the above-mentioned respective claims is provided. Can be provided.

本発明によれば、ソフトスイッチング制御で用いる補助コンデンサの充放電が負荷状態にかかわらず確実となり、スイッチング損失の低減や電圧サージの抑制を図ることができる電源装置及びアーク加工用電源装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a power supply apparatus and an arc machining power supply apparatus that can reliably charge and discharge an auxiliary capacitor used in soft switching control regardless of a load state, and can reduce switching loss and voltage surge. be able to.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態のアーク加工用電源装置11を備えたアーク加工機10を示す。アーク加工機10は、その電源装置11から出力される加工用直流電圧をトーチTHに供給し、そのトーチTHから加工対象物Mに向けてアークを発生させることで、加工対象物Mに対してアーク溶接やアーク切断等のアーク加工を行う装置である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an arc machine 10 provided with a power supply device 11 for arc machining of this embodiment. The arc machine 10 supplies the machining DC voltage output from the power supply device 11 to the torch TH, and generates an arc from the torch TH toward the workpiece M, thereby causing the workpiece M to be processed. It is a device that performs arc processing such as arc welding and arc cutting.

アーク加工用電源装置11は、入力される例えば200V又は400Vの商用電源(三相交流電圧)を直流電圧に変換する直流変換回路12と、その直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換するインバータ回路13とを備えてなる。   The arc machining power supply 11 includes a DC conversion circuit 12 that converts an input commercial power supply (three-phase AC voltage) of, for example, 200 V or 400 V into a DC voltage, and an inverter circuit that converts the DC voltage into a predetermined high-frequency AC voltage. 13.

直流変換回路12は、ダイオードを用いたブリッジ回路で構成され三相の入力交流電源を全波整流する一次側整流回路DR1と、該整流回路DR1の出力側の電源線L1,L2間に接続され該整流回路DR1の出力電圧を平滑化する同容量の2個の平滑コンデンサCa,Cbとを有してなる。直流変換回路12は、この整流回路DR1及び平滑コンデンサCa,Cbにて入力交流電源から直流電圧を生成している。   The DC conversion circuit 12 is configured by a bridge circuit using a diode, and is connected between a primary side rectifier circuit DR1 for full-wave rectification of a three-phase input AC power supply, and power supply lines L1 and L2 on the output side of the rectifier circuit DR1. Two smoothing capacitors Ca and Cb having the same capacity for smoothing the output voltage of the rectifier circuit DR1 are provided. The DC conversion circuit 12 generates a DC voltage from the input AC power supply by the rectifier circuit DR1 and the smoothing capacitors Ca and Cb.

インバータ回路13は、電源線L1,L2に接続され、IGBTよりなる2個のスイッチング素子S1,S2を用いたハーフブリッジ回路で構成されている。尚、これらのスイッチング素子S1,S2には、それぞれ還流ダイオードD1,D2が逆接続されている。各スイッチング素子S1,S2は、ゲートに入力される出力制御回路SCからの制御信号に基づいて交互にオンオフ駆動され、直流変換回路12から出力された直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換し、該高周波交流電圧を変圧器INTの一次側コイルに供給している。   The inverter circuit 13 is connected to the power supply lines L1 and L2, and is configured by a half bridge circuit using two switching elements S1 and S2 made of IGBT. These switching elements S1 and S2 are reversely connected to freewheeling diodes D1 and D2, respectively. Each switching element S1, S2 is alternately turned on and off based on a control signal from the output control circuit SC input to the gate, converts the DC voltage output from the DC conversion circuit 12 into a predetermined high-frequency AC voltage, The high-frequency AC voltage is supplied to the primary coil of the transformer INT.

また本実施形態では、インバータ回路13及び前記直流変換回路12の間に、補助スイッチング回路14及び共振回路15が備えられている。
補助スイッチング回路14は、IGBTよりなる2個のスイッチング素子S3,S4と、2個の補助コンデンサC1,C2と、2個の還流ダイオードD7,D8とを備えている。スイッチング素子S3は平滑コンデンサCa,Cbの後段の電源線L1上に配置され、スイッチング素子S4は該コンデンサC1,C2の後段の電源線L2上に配置されている。各スイッチング素子S3,S4には、それぞれ還流ダイオードD3,D4が逆接続されている。各スイッチング素子S3,S4は、ゲートに入力される出力制御回路SCからの制御信号に基づいて交互にオンオフ駆動される。
In the present embodiment, an auxiliary switching circuit 14 and a resonance circuit 15 are provided between the inverter circuit 13 and the DC conversion circuit 12.
The auxiliary switching circuit 14 includes two switching elements S3 and S4 made of IGBT, two auxiliary capacitors C1 and C2, and two free-wheeling diodes D7 and D8. The switching element S3 is disposed on the power supply line L1 subsequent to the smoothing capacitors Ca and Cb, and the switching element S4 is disposed on the power supply line L2 subsequent to the capacitors C1 and C2. Reflux diodes D3 and D4 are reversely connected to the switching elements S3 and S4, respectively. The switching elements S3 and S4 are alternately turned on and off based on a control signal from the output control circuit SC input to the gate.

スイッチング素子S3,S4の後段の電源線L1,L2間には還流ダイオードD7,D8が直列に接続されており、この還流ダイオードD7,D8は、電源線L2から電源線L1に向けて順方向となるように接続されている。還流ダイオードD7,D8の後段の電源線L1,L2間には、同容量の補助コンデンサC1,C2が直列に接続されている。この補助コンデンサC1,C2間の接続点N1は、還流ダイオードD7,D8間の接続点及び前記平滑コンデンサCa,Cb間の接続点にともに接続されている。   Freewheeling diodes D7 and D8 are connected in series between the power supply lines L1 and L2 at the subsequent stage of the switching elements S3 and S4. The freewheeling diodes D7 and D8 are connected in the forward direction from the power supply line L2 toward the power supply line L1. Connected to be. Auxiliary capacitors C1 and C2 having the same capacity are connected in series between the power supply lines L1 and L2 at the subsequent stage of the free-wheeling diodes D7 and D8. A connection point N1 between the auxiliary capacitors C1 and C2 is connected to a connection point between the freewheeling diodes D7 and D8 and a connection point between the smoothing capacitors Ca and Cb.

共振回路15は、補助コンデンサC1,C2間の接続点N1と、前記インバータ回路13のスイッチング素子S1,S2間の接続点N2との間に接続されている。共振回路15は、IGBTよりなる2個のスイッチング素子S5,S6と、2個のインダクタ(共振インダクタLr及び直列インダクタLs)とを備えている。スイッチング素子S5は、そのコレクタが前記接続点N2に接続されるとともに、エミッタが共振インダクタLrを介してスイッチング素子S6のエミッタに接続されている。スイッチング素子S6のコレクタは、前記接続点N1に接続されている。各スイッチング素子S5,S6には、それぞれ還流ダイオードD5,D6が逆接続されている。各スイッチング素子S5,S6は、ゲートに入力される出力制御回路SCからの制御信号に基づいて交互にオンオフ駆動される。直列インダクタLsは、一端が接続点N2に接続されるとともに、他端が変圧器INTの一次側コイルを介して前記接続点N1に接続されている。   The resonance circuit 15 is connected between a connection point N1 between the auxiliary capacitors C1 and C2 and a connection point N2 between the switching elements S1 and S2 of the inverter circuit 13. The resonance circuit 15 includes two switching elements S5 and S6 made of IGBT and two inductors (resonance inductor Lr and series inductor Ls). The switching element S5 has a collector connected to the connection point N2, and an emitter connected to the emitter of the switching element S6 via a resonant inductor Lr. The collector of the switching element S6 is connected to the connection point N1. Reflux diodes D5 and D6 are reversely connected to the switching elements S5 and S6, respectively. The switching elements S5 and S6 are alternately turned on and off based on a control signal from the output control circuit SC input to the gate. The series inductor Ls has one end connected to the connection point N2 and the other end connected to the connection point N1 via the primary coil of the transformer INT.

そして、補助スイッチング回路14及び共振回路15における各スイッチング素子S3〜S6は、前記インバータ回路13のスイッチング素子S1,S2の動作に付随したオンオフ駆動がなされ、このスイッチング素子S1,S2のスイッチング損失を低減、及びスイッチング素子S3〜S6自身のスイッチング損失を低減するソフトスイッチング制御が行われる。尚、この制御についての詳細は、インバータ回路13の制御と合わせて後述する。   Each of the switching elements S3 to S6 in the auxiliary switching circuit 14 and the resonance circuit 15 is turned on / off accompanying the operation of the switching elements S1 and S2 of the inverter circuit 13 to reduce the switching loss of the switching elements S1 and S2. And soft switching control which reduces the switching loss of switching element S3-S6 itself is performed. Details of this control will be described later together with the control of the inverter circuit 13.

インバータ回路13で生成された高周波交流電圧は、変圧器INTの一次側コイルに供給され、該変圧器INTの二次側には、二次側整流回路DR2及び直流リアクトルDCLが備えられる。二次側整流回路DR2は、変圧器INTの二次側コイルの両端にそれぞれアノードが接続される2個のダイオードD11,D12を備え、各ダイオードD11,D12のカソードが接続される該整流回路DR2の出力側には、直流リアクトルDCLが接続されている。直流リアクトルDCLは、出力線L3を介してトーチTHと接続される。二次側整流回路DR2及び直流リアクトルDCLは、インバータ回路13からの高周波交流電圧をアーク加工用直流電圧に変換してトーチTHに出力する。一方、変圧器INTの二次側コイルの中間タップに接続された出力線L4は加工対象物Mと接続され、トーチTHへのアーク加工用直流電圧の供給に基づきトーチTHから加工対象物Mに向けてアークが生じるようになっている。   The high-frequency AC voltage generated by the inverter circuit 13 is supplied to the primary coil of the transformer INT, and the secondary side rectifier circuit DR2 and the DC reactor DCL are provided on the secondary side of the transformer INT. The secondary side rectifier circuit DR2 includes two diodes D11 and D12 each having an anode connected to both ends of the secondary coil of the transformer INT, and the rectifier circuit DR2 to which the cathodes of the diodes D11 and D12 are connected. A DC reactor DCL is connected to the output side. DC reactor DCL is connected to torch TH via output line L3. The secondary side rectifier circuit DR2 and the DC reactor DCL convert the high-frequency AC voltage from the inverter circuit 13 into an arc machining DC voltage and output it to the torch TH. On the other hand, the output line L4 connected to the intermediate tap of the secondary coil of the transformer INT is connected to the workpiece M, and from the torch TH to the workpiece M based on the supply of the arc machining DC voltage to the torch TH. An arc is generated toward it.

次に、上記したインバータ回路13のスイッチング素子S1,S2と、補助スイッチング回路14及び共振回路15のスイッチング素子S3〜S6とをスイッチング制御する出力制御回路SCのその制御について図2を参照しつつ説明する。尚、図2において、「S1」〜「S6」は、スイッチング素子S1〜S6のオンオフ状態を示しており、電圧「V」及び電流「I」の添え字「s1〜s6,c1,c2,d7,d8」は各素子の符号に対応付けてある。また添え字「s1〜s6」については、還流ダイオードD1〜D6も含んでいる。電圧「V」及び電流「I」は、各素子にかかる電圧及び電流変化を示している。   Next, the control of the output control circuit SC that controls the switching elements S1 and S2 of the inverter circuit 13 and the switching elements S3 to S6 of the auxiliary switching circuit 14 and the resonance circuit 15 will be described with reference to FIG. To do. In FIG. 2, “S1” to “S6” indicate the on / off states of the switching elements S1 to S6, and the subscripts “s1 to s6, c1, c2, and d7 of the voltage“ V ”and the current“ I ”. , D8 "is associated with the code of each element. Further, the subscripts “s1 to s6” include freewheeling diodes D1 to D6. Voltage “V” and current “I” indicate voltage and current changes applied to each element.

出力制御回路SCは、先ずはインバータ回路13の主たる動作として直流電圧から高周波交流電圧を生成するために、インバータ回路13のスイッチング素子S1,S2を所定周波数で交互にオンオフさせる。ここで、出力制御回路SCは、出力線L4等から実出力電流値の検出を行っており、その実出力電流値と出力設定値とに基づいてPWM制御を実施、即ちオンパルス幅W(デューティ)の変更にてスイッチング素子S1,S2のオン時間を調整し、その高周波交流電圧を制御している。   The output control circuit SC first turns on and off the switching elements S1 and S2 of the inverter circuit 13 alternately at a predetermined frequency in order to generate a high-frequency AC voltage from the DC voltage as the main operation of the inverter circuit 13. Here, the output control circuit SC detects the actual output current value from the output line L4 and the like, and performs the PWM control based on the actual output current value and the output set value, that is, the on-pulse width W (duty). The on-time of the switching elements S1 and S2 is adjusted by the change, and the high-frequency AC voltage is controlled.

また、この出力制御回路SCは、インバータ回路13のスイッチング素子S1と組でスイッチング素子S3,S5を動作させるとともに、スイッチング素子S2と組でスイッチング素子S4,S6を動作させ、インバータ回路13の主たる動作に付随して補助スイッチング回路14及び共振回路15の各スイッチング素子S3〜S6を動作させるソフトスイッチング制御も行っている。   The output control circuit SC operates the switching elements S3 and S5 in combination with the switching element S1 of the inverter circuit 13, and operates the switching elements S4 and S6 in combination with the switching element S2, so that the main operation of the inverter circuit 13 is performed. Along with the soft switching control, the switching elements S3 to S6 of the auxiliary switching circuit 14 and the resonance circuit 15 are operated.

詳述すると、出力制御回路SCは、インバータ回路13のスイッチング素子S1のオン側では、補助スイッチング回路14のスイッチング素子S3を同時にオンさせる。これに対し、インバータ回路13のスイッチング素子S1のオフ側では、出力制御回路SCは、そのオフよりも所定時間T1前にスイッチング素子S3をオフ、更にそのスイッチング素子S3をオフよりも所定時間T2前に共振回路15のスイッチング素子S5をオンさせる。そして、出力制御回路SCは、もう一方の組のスイッチング素子S2,S4のオンと同時にスイッチング素子S5をオフさせる。因みに、スイッチング素子S1,S3のオンからスイッチング素子S5のオフまでの間は少なくとも、もう一方の組のスイッチング素子S2,S4,S6をオフ状態に維持している。もう一方の組のスイッチング素子S2,S4,S6のオンオフ動作については、スイッチング素子S2,S4のオン以降、スイッチング素子S1,S3,S5の上記オンオフ動作と同様に実施される。   More specifically, the output control circuit SC simultaneously turns on the switching element S3 of the auxiliary switching circuit 14 on the on side of the switching element S1 of the inverter circuit 13. On the other hand, on the off side of the switching element S1 of the inverter circuit 13, the output control circuit SC turns off the switching element S3 a predetermined time T1 before the off, and further turns the switching element S3 off a predetermined time T2 before the off. The switching element S5 of the resonance circuit 15 is turned on. Then, the output control circuit SC turns off the switching element S5 simultaneously with turning on the other pair of switching elements S2 and S4. Incidentally, at least the other pair of switching elements S2, S4, and S6 is maintained in the OFF state between the switching elements S1 and S3 being turned on and the switching element S5 being turned off. The on / off operation of the other pair of switching elements S2, S4, S6 is performed after the switching elements S2, S4 are turned on in the same manner as the on / off operation of the switching elements S1, S3, S5.

このような出力制御回路SCのスイッチング制御により、各タイミングでの回路各所の電流及び電圧変化を見てみると、先ず、スイッチング素子S1,S3がオン状態、スイッチング素子S2,S4〜S6がオフ状態にある時刻t0前においては、平滑コンデンサCa(補助コンデンサC1)の端子間電圧がインバータ回路13のスイッチング素子S1に供給される。スイッチング素子S1からの出力電圧は、直列インダクタLsを介して変圧器INTの一次側コイルに供給され、これに伴い変圧器INTの二次側では、二次側整流回路DR2のダイオードD11側から直流リアクトルDCLを介してトーチTHにアーク加工用直流電圧が出力される。   According to the switching control of the output control circuit SC, when the current and voltage changes in each part of the circuit at each timing are viewed, first, the switching elements S1 and S3 are turned on, and the switching elements S2, S4 to S6 are turned off. Before time t0, the voltage across the smoothing capacitor Ca (auxiliary capacitor C1) is supplied to the switching element S1 of the inverter circuit 13. The output voltage from the switching element S1 is supplied to the primary coil of the transformer INT via the series inductor Ls. Accordingly, on the secondary side of the transformer INT, the DC voltage is applied from the diode D11 side of the secondary rectifier circuit DR2. A direct current voltage for arc machining is output to the torch TH through the reactor DCL.

「時刻t0」になると、スイッチング素子S5がオンされる。このオンに基づいて共振回路15が共振動作し、共振インダクタLrに共振電流が生じて、接続点N2からスイッチング素子S5、共振インダクタLr及び還流ダイオードD6の経路でこの共振電流が流れる。これにより、スイッチング素子S5を流れる電流Is5が増加し、これに連動してスイッチング素子S1を流れる電流(出力電流)Is1も増加する。尚、共振インダクタLrにより生じる共振電流はゼロからの立ち上がりが緩やかであるため、スイッチング素子S5はゼロ電流でのオンとなり、そのスイッチング損失が低減されている。スイッチング素子S1からは、変圧器INTの一次側コイル側に平滑コンデンサCaの端子間電圧に基づく出力電圧の供給が継続され、変圧器INTの二次側ではダイオードD11側からの直流リアクトルDCLへの電流供給が継続される。補助コンデンサC1の端子間電圧は、依然、平滑コンデンサCaの端子間電圧と同等に維持されている。   At “time t0”, the switching element S5 is turned on. Based on this ON, the resonance circuit 15 resonates, a resonance current is generated in the resonance inductor Lr, and this resonance current flows through the path from the connection point N2 to the switching element S5, the resonance inductor Lr, and the freewheeling diode D6. As a result, the current Is5 flowing through the switching element S5 increases, and the current (output current) Is1 flowing through the switching element S1 also increases in conjunction with this. Note that since the resonance current generated by the resonance inductor Lr rises slowly from zero, the switching element S5 is turned on at zero current, and the switching loss is reduced. From the switching element S1, the supply of the output voltage based on the voltage between the terminals of the smoothing capacitor Ca is continued on the primary coil side of the transformer INT. On the secondary side of the transformer INT, the DC reactor DCL from the diode D11 side is supplied. Current supply continues. The terminal voltage of the auxiliary capacitor C1 is still maintained equal to the terminal voltage of the smoothing capacitor Ca.

「時刻t1」になると、スイッチング素子S3がオフされる。このオフに基づいて、スイッチング素子S1への平滑コンデンサCaからの端子間電圧の供給が遮断されるものの、補助コンデンサC1の放電が開始され該コンデンサC1の端子間電圧の供給に替わる。尚、このスイッチング素子S3のオフ時には、時刻t1以前に補助コンデンサC1の端子間電圧が平滑コンデンサCaの端子間電圧まで充電されていることから、スイッチング素子S3をゼロ電圧(端子間の電位差がゼロ)でオフでき、そのスイッチング損失が低減されている。スイッチング素子S1からは、変圧器INTの一次側コイル側に今度は補助コンデンサC1の端子間電圧に基づく出力電圧の供給が継続され、変圧器INTの二次側では同様にダイオードD11側からの直流リアクトルDCLへの電流供給が継続される。   At “time t1”, the switching element S3 is turned off. Although the supply of the inter-terminal voltage from the smoothing capacitor Ca to the switching element S1 is cut off based on this off, the discharge of the auxiliary capacitor C1 is started and replaced with the supply of the inter-terminal voltage of the capacitor C1. When the switching element S3 is turned off, the voltage across the auxiliary capacitor C1 is charged to the voltage across the smoothing capacitor Ca before the time t1, so that the switching element S3 is set to zero voltage (the potential difference between the terminals is zero). ) And the switching loss is reduced. From the switching element S1, the supply of the output voltage based on the voltage across the terminal of the auxiliary capacitor C1 is continued to the primary coil side of the transformer INT, and the direct current from the diode D11 side is similarly applied to the secondary side of the transformer INT. Current supply to reactor DCL is continued.

また、このときにおいてもスイッチング素子S1を流れる電流Is1が変圧器INTの一次側コイル側のみ流れる態様とした場合の電流値と比較して大きく、しかも本実施形態ではスイッチング素子S5を流れる電流Is5が時刻t1直前よりも更に増加する設定となっているため、これに連動してスイッチング素子S1を流れる電流Is1も一層増加する。これにより、補助コンデンサC1の放電速度が速くなり、該補助コンデンサC1の放電時間が短縮化される。従って、スイッチング素子S1がオンされるよりも前に補助コンデンサC1の放電が短時間で速やかに行われるようになっている。   Also at this time, the current Is1 flowing through the switching element S1 is larger than the current value when the current flows only on the primary coil side of the transformer INT, and in this embodiment, the current Is5 flowing through the switching element S5 is Since it is set to increase further than immediately before time t1, the current Is1 flowing through the switching element S1 further increases in conjunction with this. Thereby, the discharge speed of the auxiliary capacitor C1 is increased, and the discharge time of the auxiliary capacitor C1 is shortened. Therefore, the auxiliary capacitor C1 is quickly discharged in a short time before the switching element S1 is turned on.

「時刻t2」において、補助コンデンサC1の放電が完了すると、オン状態のスイッチング素子S1、変圧器INTの一次側コイル(直列インダクタLs)側、及び還流ダイオードD7を使用した経路で還流電流が流れる。また、共振インダクタLrの共振電流に基づいてスイッチング素子S5側に分岐した経路でも還流電流が流れる。変圧器INTの二次側では、時刻t2前までに直流リアクトルDCLに蓄積された電磁エネルギーの放出に基づいて、両方のダイオードD11,D12を経路とした還流電流が流れる。尚、ここで放電した補助コンデンサC1は、次にスイッチング素子S2がオンからオフに切り替わるまでその放電状態が継続され、そのスイッチング素子S2のオフに基づいて充電が開始される。   When the discharge of the auxiliary capacitor C1 is completed at “time t2,” the return current flows through the switching element S1 in the on state, the primary coil (series inductor Ls) side of the transformer INT, and the path using the return diode D7. Further, the return current also flows through the path branched to the switching element S5 side based on the resonance current of the resonance inductor Lr. On the secondary side of the transformer INT, based on the release of the electromagnetic energy accumulated in the DC reactor DCL before time t2, a reflux current flows through both the diodes D11 and D12. Note that the discharged auxiliary capacitor C1 continues to be discharged until the switching element S2 is next switched from on to off, and charging is started based on the switching element S2 being turned off.

「時刻t3」になると、スイッチング素子S1がオフされる。このスイッチング素子S1のオフ時には、補助コンデンサC1が既に時刻t2で放電されていることから、スイッチング素子S1をゼロ電圧(端子間の電位差がゼロ)でオフでき、そのスイッチング損失が低減されている。また、このオフに基づいて、直列インダクタLsに蓄積された電磁エネルギーの放出に基づいて還流ダイオードD2を使用した経路で還流電流が流れ、共振インダクタLrに蓄積された電磁エネルギーの放出に基づいてスイッチング素子S5側に分岐した経路でも引き続き還流電流が流れる。そして、変圧器INTの一次側コイル側のみ流れる態様とした場合の電流値と比較して大きくなるこれら双方の還流電流に基づいて、補助コンデンサC2の充電が開始される。これにより、補助コンデンサC2の充電速度が速くなり、該補助コンデンサC2の充電時間が短縮化される。従って、スイッチング素子S2,S4がオンされるよりも前に補助コンデンサC2の充電が短時間で速やかに行われる。変圧器INTの二次側では、ダイオードD11,D12の両経路を流れる還流電流が継続して生じている。   At “time t3”, the switching element S1 is turned off. Since the auxiliary capacitor C1 is already discharged at time t2 when the switching element S1 is turned off, the switching element S1 can be turned off with zero voltage (the potential difference between the terminals is zero), and the switching loss is reduced. Also, based on this off, the return current flows through the path using the return diode D2 based on the release of the electromagnetic energy stored in the series inductor Ls, and the switching is performed based on the release of the electromagnetic energy stored in the resonant inductor Lr. The reflux current continues to flow through the path branched to the element S5 side. Then, charging of the auxiliary capacitor C2 is started based on both of these return currents that are larger than the current value in the case where only the primary coil side of the transformer INT flows. Thereby, the charging speed of the auxiliary capacitor C2 is increased, and the charging time of the auxiliary capacitor C2 is shortened. Therefore, the auxiliary capacitor C2 is quickly charged in a short time before the switching elements S2 and S4 are turned on. On the secondary side of the transformer INT, a return current flowing through both paths of the diodes D11 and D12 is continuously generated.

「時刻t4」になると、補助コンデンサC2の充電が完了する。これにより、直列インダクタLs及び共振インダクタLrに蓄積された電磁エネルギーの放出に基づいて生じる還流電流が還流ダイオードD4を使用した経路に切り替わり、これにより平滑コンデンサCbの充電が開始される。尚、変圧器INTの二次側では、依然としてダイオードD11,D12の両経路を流れる還流電流が生じている。   At “time t4”, the charging of the auxiliary capacitor C2 is completed. As a result, the return current generated based on the release of the electromagnetic energy accumulated in the series inductor Ls and the resonant inductor Lr is switched to a path using the return diode D4, thereby starting the charging of the smoothing capacitor Cb. Note that, on the secondary side of the transformer INT, a reflux current still flows through both paths of the diodes D11 and D12.

「時刻t5」において、直列インダクタLs及び共振インダクタLrの電磁エネルギーにて平滑コンデンサCbの充電が完了すると、変圧器INTの一次側で生じていた還流電流(共振電流)が消失する。   When the charging of the smoothing capacitor Cb is completed with the electromagnetic energy of the series inductor Ls and the resonant inductor Lr at “time t5”, the return current (resonant current) generated on the primary side of the transformer INT disappears.

「時刻t6」になると、スイッチング素子S5がオフされるとともに、スイッチング素子S2,S4がともにオンされる。この場合、変圧器INTの一次側での還流電流(共振電流)が消失していることから、スイッチング素子S5は、ゼロ電流でのオフとなり、そのスイッチング損失が低減されている。また、直列インダクタLsによりスイッチング素子S2,S4にかかる電流のゼロからの立ち上がりが緩やかであるため、該スイッチング素子S2,S4はゼロ電流でのオンとなり、これらのスイッチング損失が低減されている。また、スイッチング素子S4においては、補助コンデンサC2と平滑コンデンサCbとの端子間電圧が同電圧となっていることからゼロ電圧でのオンとなり、このことからもスイッチング損失が低減されている。   At “time t6”, the switching element S5 is turned off and the switching elements S2 and S4 are both turned on. In this case, since the return current (resonance current) on the primary side of the transformer INT has disappeared, the switching element S5 is turned off at zero current, and the switching loss is reduced. In addition, since the current applied to the switching elements S2 and S4 from the series inductor Ls rises slowly from zero, the switching elements S2 and S4 are turned on at zero current, and these switching losses are reduced. Further, in the switching element S4, since the voltage between the terminals of the auxiliary capacitor C2 and the smoothing capacitor Cb is the same voltage, the switching element S4 is turned on at zero voltage, which also reduces the switching loss.

スイッチング素子S2,S4のオンに基づいて、平滑コンデンサCb(補助コンデンサC2)の端子間電圧がインバータ回路13のスイッチング素子S2に供給される。スイッチング素子S2からの出力電圧は、直列インダクタLsを介して変圧器INTの一次側コイルに供給され、これに伴い変圧器INTの二次側では、二次側整流回路DR2のダイオードD12側から直流リアクトルDCLを介してトーチTHにアーク加工用直流電圧が出力される。   Based on the switching elements S2 and S4 being turned on, the voltage across the terminals of the smoothing capacitor Cb (auxiliary capacitor C2) is supplied to the switching element S2 of the inverter circuit 13. The output voltage from the switching element S2 is supplied to the primary side coil of the transformer INT via the series inductor Ls. Accordingly, on the secondary side of the transformer INT, a direct current is supplied from the diode D12 side of the secondary side rectifier circuit DR2. A direct current voltage for arc machining is output to the torch TH through the reactor DCL.

「時刻t7」になると、スイッチング素子S6がオンされ、以降は上記した動作と同様の動作をスイッチング素子S2,S4,S6、補助コンデンサC2、及び還流ダイオードD8が行い、アーク加工用直流電圧の出力が継続されるようになっている。   At “time t7”, the switching element S6 is turned on, and thereafter, the switching elements S2, S4, S6, the auxiliary capacitor C2, and the free wheeling diode D8 perform the same operations as described above, and output the arc machining DC voltage. Has been continued.

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)本実施形態では、インバータ回路13のスイッチング素子S1,S2間の接続点N2と、補助スイッチング回路14の補助コンデンサC1,C2間の接続点N1との間に共振回路15が設けられている。共振回路15は、補助コンデンサC1,C2の放電開始となるスイッチング素子S3,S4の各オフに時間T2だけ先立って共振動作し、補助コンデンサC1,C2の放電電流に基づくスイッチング素子S1,S2の出力電流(電流Is1,Is2)が増大するような共振電流を生じさせる。これにより、補助コンデンサC1,C2の放電速度が速くなり、該補助コンデンサC1,C2の放電時間が短縮化される。従って、補助コンデンサC1,C2の放電が短時間で速やかに行われ、軽負荷時や無負荷時であっても補助コンデンサC1,C2の放電を確実に行うことができる。その結果、スイッチング損失の低減や電圧サージの抑制を図ることができるアーク加工用電源装置11を提供することができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In this embodiment, a resonance circuit 15 is provided between a connection point N2 between the switching elements S1 and S2 of the inverter circuit 13 and a connection point N1 between the auxiliary capacitors C1 and C2 of the auxiliary switching circuit 14. Yes. The resonance circuit 15 resonates for a period of time T2 before each of the switching elements S3 and S4 starting discharge of the auxiliary capacitors C1 and C2, and outputs the switching elements S1 and S2 based on the discharge currents of the auxiliary capacitors C1 and C2. A resonance current is generated such that the current (currents Is1, Is2) increases. As a result, the discharge speed of the auxiliary capacitors C1 and C2 is increased, and the discharge time of the auxiliary capacitors C1 and C2 is shortened. Therefore, the auxiliary capacitors C1 and C2 are quickly discharged in a short time, and the auxiliary capacitors C1 and C2 can be surely discharged even during light load or no load. As a result, it is possible to provide the arc machining power supply device 11 that can reduce switching loss and suppress voltage surge.

(2)本実施形態では、共振回路15は、スイッチング素子S1,S2の各オフに基づいて、その共振電流を、放電が完了した補助コンデンサC1,C2とは反対側の補助コンデンサC2,C1の充電電流としてそれぞれ供給する。これにより、共振回路15からの共振電流が反対側の組の補助コンデンサC1,C2の充電電流としても用いられることから、補助コンデンサC1,C2の充電速度が速くなり、該補助コンデンサC1,C2の充電時間が短縮化される。従って、補助コンデンサC1,C2の充電が短時間で速やかに行われ、軽負荷時や無負荷時であっても補助コンデンサC1,C2の充電を確実に行うことができる。   (2) In the present embodiment, the resonance circuit 15 causes the resonance current of the auxiliary capacitors C2 and C1 on the opposite side to the auxiliary capacitors C1 and C2 that have been discharged based on the switching elements S1 and S2 to be turned off. Each is supplied as a charging current. As a result, the resonance current from the resonance circuit 15 is also used as the charging current for the auxiliary capacitors C1 and C2 on the opposite side, so that the charging speed of the auxiliary capacitors C1 and C2 is increased and the auxiliary capacitors C1 and C2 are connected. Charging time is shortened. Therefore, the auxiliary capacitors C1 and C2 are quickly charged in a short time, and the auxiliary capacitors C1 and C2 can be reliably charged even at a light load or no load.

(3)本実施形態では、共振回路15は、還流ダイオードD5,D6を有しスイッチング素子S3,S4と組をなして交互に動作されるスイッチング素子S5,S6が互いに逆向きとされて共振インダクタLrの両側に配置され、スイッチング素子S5がスイッチング素子S1,S2間の接続点N2に、スイッチング素子S6が補助コンデンサC1,C2間の接続点N1にそれぞれ接続されて構成されている。また、本実施形態の共振回路15は、変圧器INTの一次側コイルに直列接続される直列インダクタLsを有している。つまり、共振回路15を2個のスイッチング素子S5,S6とインダクタLr,Lsとで簡素に構成することができる。   (3) In the present embodiment, the resonance circuit 15 includes the free-wheeling diodes D5 and D6, and the switching elements S5 and S6 that are alternately operated in a pair with the switching elements S3 and S4 are reversed to each other. The switching element S5 is arranged on both sides of Lr, and the switching element S5 is connected to the connection point N2 between the switching elements S1 and S2, and the switching element S6 is connected to the connection point N1 between the auxiliary capacitors C1 and C2. Further, the resonance circuit 15 of the present embodiment includes a series inductor Ls connected in series to the primary coil of the transformer INT. That is, the resonance circuit 15 can be simply configured by the two switching elements S5 and S6 and the inductors Lr and Ls.

(4)本実施形態では、共振回路15のスイッチング素子S5,S6は、対応するスイッチング素子S3,S4のオフに先立ってオンされ、共振インダクタLrによる共振動作が行われる。つまり、第3及び第4のスイッチング素子S3,S4のオフに先立ってこの共振回路15の第5及び第6のスイッチング素子S5,S6がオンされることで、補助コンデンサC1,C2の放電開始前に立ち上がりの緩やかなインダクタLrの共振電流(共振エネルギー)を予め増大させておくことができ、これにより第3及び第4のスイッチング素子S3,S4のオフにより補助コンデンサC1,C2の放電が開始された時からその放電が速やかとなる。そのため、本実施形態では、補助コンデンサC1,C2の放電時間をより短縮化できる構成となっている。   (4) In the present embodiment, the switching elements S5 and S6 of the resonance circuit 15 are turned on before the corresponding switching elements S3 and S4 are turned off, and the resonance operation by the resonance inductor Lr is performed. In other words, the fifth and sixth switching elements S5 and S6 of the resonance circuit 15 are turned on before the third and fourth switching elements S3 and S4 are turned off, so that before the auxiliary capacitors C1 and C2 start discharging. The resonance current (resonance energy) of the inductor Lr, which rises slowly, can be increased in advance, whereby the discharge of the auxiliary capacitors C1, C2 is started by turning off the third and fourth switching elements S3, S4. From that time, the discharge becomes rapid. Therefore, in the present embodiment, the discharge time of the auxiliary capacitors C1 and C2 can be further shortened.

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、共振回路15を2個のスイッチング素子S5,S6とインダクタLr,Lsとで構成したが、スイッチング素子やインダクタの数や配置等、適宜変更してもよい。またこれらの素子の他に、コンデンサや抵抗等を付加又は置換して構成してもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, the resonance circuit 15 is configured by the two switching elements S5 and S6 and the inductors Lr and Ls. However, the number and arrangement of the switching elements and inductors may be appropriately changed. In addition to these elements, a capacitor, a resistor, or the like may be added or replaced.

・上記実施形態では、共振回路15のスイッチング素子S5,S6をスイッチング素子S3,S4の各オフに先立ってそれぞれオンさせて共振動作を開始させたが、スイッチング素子S5,S6の各オンをスイッチング素子S3,S4の各オフと同時としてもよい。また、スイッチング素子S1,S2の各オフよりも前なら、スイッチング素子S5,S6の各オンをスイッチング素子S3,S4の各オフよりも若干遅らせることもできる。また、スイッチング素子S5,S6のオフは、スイッチング素子S2,S4のオンと同時でなくとも、共振電流が消失した時点でオフさせてもよい。   In the above-described embodiment, the switching elements S5 and S6 of the resonance circuit 15 are turned on before the switching elements S3 and S4 are turned off to start the resonance operation. However, the switching elements S5 and S6 are turned on. It may be simultaneously with each OFF of S3 and S4. Further, before the switching elements S1 and S2 are turned off, the switching elements S5 and S6 can be turned on slightly later than the switching elements S3 and S4. Further, the switching elements S5 and S6 may be turned off at the time when the resonance current disappears, not simultaneously with the switching elements S2 and S4 being turned on.

・上記実施形態では、共振回路15は、スイッチング素子S1,S2の各オフに基づいて、その共振電流を、放電が完了した補助コンデンサC1,C2とは反対側の補助コンデンサC2,C1の充電電流としてそれぞれ供給するように構成されているが、その共振電流が補助コンデンサC1,C2の放電時のみに生じる構成とし、共振電流を充電電流としてまで用いない構成としてもよい。   In the above embodiment, the resonance circuit 15 changes the resonance current of the auxiliary capacitors C2 and C1 on the opposite side to the auxiliary capacitors C1 and C2 that have been discharged based on the switching elements S1 and S2 being turned off. However, the resonance current may be generated only when the auxiliary capacitors C1 and C2 are discharged, and the resonance current may not be used as the charging current.

・上記実施形態では、各スイッチング素子S1〜S6にIGBTを用いたが、IGBT以外のスイッチング素子を用いて構成してもよい。
・上記実施形態では、アーク加工用電源装置11に実施したが、アーク加工用以外の目的で用いられる電源装置、具体的には直流変換回路12、インバータ回路13、補助スイッチング回路14及び共振回路15を有する交流−交流変換電源装置に実施してもよい。また、直流変換回路12のない、インバータ回路13、補助スイッチング回路14及び共振回路15を有する直流−交流変換電源装置に実施してもよい。
-In above-mentioned embodiment, although IGBT was used for each switching element S1-S6, you may comprise using switching elements other than IGBT.
In the above embodiment, the power supply device 11 for arc machining is used. However, the power supply device used for purposes other than that for arc machining, specifically, the DC conversion circuit 12, the inverter circuit 13, the auxiliary switching circuit 14, and the resonance circuit 15 are used. You may implement in the AC-AC conversion power supply device which has this. Further, the present invention may be implemented in a DC-AC conversion power supply apparatus that includes the inverter circuit 13, the auxiliary switching circuit 14, and the resonance circuit 15 without the DC conversion circuit 12.

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ) 第1及び第2のスイッチング素子を用いたハーフブリッジ回路で構成され、その第1及び第2のスイッチング素子が交互にオンオフして一対の電源線を介して供給された直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記各電源線間に直列接続される第1及び第2の平滑コンデンサと前記インバータ回路との間の前記各電源線間に直列接続された第1及び第2の補助コンデンサを有するとともに、前記平滑コンデンサと前記補助コンデンサの間の前記各電源線上に前記第1及び第2のスイッチング素子と組をなして交互に動作される第3及び第4のスイッチング素子のそれぞれが配置されてなる補助スイッチング回路とを備え、
対応する前記第1及び第2の補助コンデンサの充電状態で前記第3及び第4のスイッチング素子が前記第1及び第2のスイッチング素子のオフに先立ってそれぞれオフし、対応する前記第1及び第2の補助コンデンサの放電後に前記第1及び第2のスイッチング素子をそれぞれオフさせるソフトスイッチング制御が行われる構成の電源装置であって、
前記第1及び第2のスイッチング素子間と前記第1及び第2の補助コンデンサ間との間に設けられ、前記第1及び第2の補助コンデンサの放電開始となる前記第3及び第4のスイッチング素子の各オフ又は各オフに先立って共振動作し、前記補助コンデンサの放電電流に基づく前記第1及び第2のスイッチング素子の出力電流を増大させる共振電流を生じさせる共振回路を備えたことを特徴とする電源装置。
Next, a technical idea that can be grasped from the above embodiment and another example will be added below.
(B) A half-bridge circuit using first and second switching elements, and the first and second switching elements are alternately turned on and off alternately to supply a DC voltage supplied via a pair of power supply lines. An inverter circuit that converts the AC voltage into
The first and second smoothing capacitors connected in series between the power lines, and the first and second auxiliary capacitors connected in series between the power lines between the inverter circuit, and the smoothing Auxiliary switching circuit in which each of the third and fourth switching elements that are alternately operated in pairs with the first and second switching elements is arranged on each power supply line between a capacitor and the auxiliary capacitor. And
The third and fourth switching elements are turned off before the first and second switching elements are turned off in the charged state of the corresponding first and second auxiliary capacitors, respectively, and the corresponding first and second switching elements are turned off. A power supply device configured to perform soft switching control to turn off each of the first and second switching elements after discharge of the two auxiliary capacitors,
The third and fourth switchings that are provided between the first and second switching elements and between the first and second auxiliary capacitors and that start discharge of the first and second auxiliary capacitors. A resonance circuit is provided that resonates at each element off or prior to each element off and generates a resonance current that increases the output currents of the first and second switching elements based on the discharge current of the auxiliary capacitor. Power supply.

このように構成すれば、上記請求項1と同様の作用効果を有する。   If comprised in this way, it has an effect similar to the said Claim 1.

本実施形態のアーク加工用電源装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power supply device for arc processing of this embodiment. 電源装置各所の波形図である。It is a wave form diagram of each place of a power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

11…電源装置、12…直流変換回路、13…インバータ回路、
14…補助スイッチング回路、15…共振回路、
C1,C2…補助コンデンサ(第1及び第2の補助コンデンサ)、
Ca,Cb…平滑コンデンサ(第1及び第2の平滑コンデンサ)、
D5,D6…還流ダイオード、DR1…一次側整流回路(整流回路)、
L1,L2…電源線、Lr…共振インダクタ、M…加工対象物、
S1〜S6…スイッチング素子(第1〜第6のスイッチング素子)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Power supply device, 12 ... DC conversion circuit, 13 ... Inverter circuit,
14 ... auxiliary switching circuit, 15 ... resonance circuit,
C1, C2 ... Auxiliary capacitors (first and second auxiliary capacitors),
Ca, Cb ... smoothing capacitors (first and second smoothing capacitors),
D5, D6 ... freewheeling diode, DR1 ... primary side rectifier circuit (rectifier circuit),
L1, L2 ... power line, Lr ... resonant inductor, M ... workpiece,
S1 to S6... Switching elements (first to sixth switching elements).

Claims (5)

整流回路及びその出力側の一対の電源線間に直列接続された第1及び第2の平滑コンデンサを有し、入力交流電源を整流・平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、
第1及び第2のスイッチング素子を用いたハーフブリッジ回路で構成され、その第1及び第2のスイッチング素子が交互にオンオフして前記各電源線を介して供給された前記直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサと前記インバータ回路との間の前記各電源線間に直列接続された第1及び第2の補助コンデンサを有するとともに、前記平滑コンデンサと前記補助コンデンサの間の前記各電源線上に前記第1及び第2のスイッチング素子と組をなして交互に動作される第3及び第4のスイッチング素子のそれぞれが配置されてなる補助スイッチング回路とを備え、
対応する前記第1及び第2の補助コンデンサの充電状態で前記第3及び第4のスイッチング素子が前記第1及び第2のスイッチング素子のオフに先立ってそれぞれオフし、対応する前記第1及び第2の補助コンデンサの放電後に前記第1及び第2のスイッチング素子をそれぞれオフさせるソフトスイッチング制御が行われる構成の電源装置であって、
前記第1及び第2のスイッチング素子間と前記第1及び第2の補助コンデンサ間との間に設けられ、前記第1及び第2の補助コンデンサの放電開始となる前記第3及び第4のスイッチング素子の各オフ又は各オフに先立って共振動作し、前記補助コンデンサの放電電流に基づく前記第1及び第2のスイッチング素子の出力電流を増大させる共振電流を生じさせる共振回路を備えたことを特徴とする電源装置。
A DC converter circuit having first and second smoothing capacitors connected in series between a rectifier circuit and a pair of power supply lines on its output side, and converting an input AC power source into a rectified and smoothed DC voltage;
A half-bridge circuit using first and second switching elements, the first and second switching elements are alternately turned on and off, and the DC voltage supplied via the power lines is changed to a predetermined AC voltage. An inverter circuit for converting to voltage,
The first and second auxiliary capacitors are connected in series between the power supply lines between the smoothing capacitor and the inverter circuit, and the first and second auxiliary capacitors are connected on the power supply lines between the smoothing capacitor and the auxiliary capacitor. An auxiliary switching circuit in which each of the third and fourth switching elements that are alternately operated in pairs with the first and second switching elements is disposed;
The third and fourth switching elements are turned off before the first and second switching elements are turned off in the charged state of the corresponding first and second auxiliary capacitors, respectively, and the corresponding first and second switching elements are turned off. A power supply device configured to perform soft switching control to turn off each of the first and second switching elements after discharge of the two auxiliary capacitors,
The third and fourth switchings that are provided between the first and second switching elements and between the first and second auxiliary capacitors and that start discharge of the first and second auxiliary capacitors. A resonance circuit is provided that resonates at each element off or prior to each element off and generates a resonance current that increases the output currents of the first and second switching elements based on the discharge current of the auxiliary capacitor. Power supply.
請求項1に記載の電源装置において、
前記共振回路は、前記第1及び第2のスイッチング素子の各オフに基づいて、前記共振電流を、反対側の組の前記第1及び第2の補助コンデンサの充電電流としてそれぞれ供給することを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1,
The resonant circuit supplies the resonant current as charging currents for the first and second auxiliary capacitors in the opposite set based on each turn-off of the first and second switching elements, respectively. Power supply.
請求項1又は2に記載の電源装置において、
前記共振回路は、還流ダイオードを有し前記第3及び第4のスイッチング素子と組をなして交互に動作される第5及び第6のスイッチング素子と、共振インダクタとを備えてなり、前記共振インダクタの両側に互いに逆向きに前記第5及び第6のスイッチング素子を配置しその一方が前記第1及び第2のスイッチング素子間に、他方が前記第1及び第2の補助コンデンサ間にそれぞれ接続されて構成されていることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1 or 2,
The resonant circuit includes fifth and sixth switching elements that have a freewheeling diode and are alternately operated in pairs with the third and fourth switching elements, and a resonant inductor. The fifth and sixth switching elements are arranged in opposite directions on both sides of the first and second switching elements, one of which is connected between the first and second switching elements and the other is connected between the first and second auxiliary capacitors. A power supply device characterized by being configured.
請求項3に記載の電源装置において、
前記第5及び第6のスイッチング素子は、対応する前記第3及び第4のスイッチング素子のオフに先立ってオンされることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 3,
The power supply apparatus according to claim 5, wherein the fifth and sixth switching elements are turned on prior to turning off the corresponding third and fourth switching elements.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源装置を用い、加工対象物のアーク加工を行うアーク加工用電圧を生成するように構成されていることを特徴とするアーク加工用電源装置。   An arc machining power supply device configured to generate an arc machining voltage for performing arc machining of a workpiece using the power supply device according to any one of claims 1 to 4.
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