JP2016101070A - Step-down chopper circuit and power supply device for welding - Google Patents

Step-down chopper circuit and power supply device for welding Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a step-down chopper circuit capable of reducing a loss of a switch and a diode.SOLUTION: In a step-down chopper circuit 12 arranged with a switch, a reflux diode, and a reactor in this order, first and second switches TR1 and TR2 are provided in parallel on a power supply wire La as the switch, and first and second reactor L1 and L2 are provided in parallel on a power supply wire Lb as the reactor. An auxiliary capacitor C2 is connected between the power supply wires La and Lb between the switches TR1 and TR2, and the reflux diode DR 1 is connected between the power supply wires La and Lb between the reactors L1 and L2. As a chopper action, the second switch TR2 is turned on/off with a prescribed-time delay to the first switch TR1, thereby generating the resonance action of the auxiliary capacitor C2 and the first reactor L1. A switching loss or a recovery loss when the first and second switches TR1 and TR2 and the reflux diode DR1 are turned on/off are reduced.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、降圧チョッパ回路、及び該回路を備える溶接用電源装置に関する。   The present invention relates to a step-down chopper circuit and a welding power source apparatus including the circuit.

異なる入力電圧でも使用可能な溶接用電源装置等においては、その入力電圧に応じて内部電圧を調整するための降圧チョッパ回路が用いられる。降圧チョッパ回路は、例えば入力側から順に整流回路、インバータ回路、溶接トランスを含んで構成される溶接用電源装置のその整流回路とインバータ回路との間に組み込まれ、インバータ回路への印加電圧を適切範囲内に調整すべく降圧動作を行う。   In a welding power supply apparatus that can be used with different input voltages, a step-down chopper circuit for adjusting an internal voltage in accordance with the input voltage is used. The step-down chopper circuit is built in between the rectifier circuit and the inverter circuit of the welding power source device including, for example, a rectifier circuit, an inverter circuit, and a welding transformer in order from the input side, and an appropriate voltage is applied to the inverter circuit. Step-down operation is performed to adjust within the range.

降圧チョッパ回路の回路構成としては、例えば特許文献1に示されるようなものが一般に知られている。因みに、特許文献1に開示の降圧チョッパ回路は、照明装置に組み込まれている。降圧チョッパ回路は、一方側の電源線上に接続されるチョッパ動作用のスイッチと、該スイッチの後段の電源線間に接続される還流ダイオードと、該ダイオードの後段の一方側の電源線上に接続されるリアクトルとを備え、スイッチのチョッパ動作にて降圧された出力電圧を生じさせる。   As a circuit configuration of the step-down chopper circuit, for example, the one shown in Patent Document 1 is generally known. Incidentally, the step-down chopper circuit disclosed in Patent Document 1 is incorporated in a lighting device. The step-down chopper circuit is connected to a switch for operating a chopper connected on a power supply line on one side, a free wheel diode connected between power supply lines on the subsequent stage of the switch, and a power supply line on one side of the subsequent stage of the diode. And an output voltage that is stepped down by the chopper operation of the switch.

特開2012−222322号公報(第2図参照)JP 2012-222322 A (see FIG. 2)

ところで、特許文献1に開示の一般的な降圧チョッパ回路では、スイッチのチョッパ動作時のスイッチング損失が大きく、発熱の要因となる。そのため、スイッチのスイッチング損失の低減を図るべく、所謂ソフトスイッチングの実現が検討されている。また併せて、還流ダイオードのリカバリ損失の低減を図ることも検討されている。   Incidentally, in the general step-down chopper circuit disclosed in Patent Document 1, the switching loss during the chopper operation of the switch is large, which causes heat generation. Therefore, realization of so-called soft switching has been studied in order to reduce the switching loss of the switch. At the same time, it has been studied to reduce the recovery loss of the freewheeling diode.

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、スイッチ及びダイオードの損失低減を図ることができる降圧チョッパ回路、及び該回路を備える溶接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-described problems, and an object of the present invention is to provide a step-down chopper circuit capable of reducing the loss of a switch and a diode, and a welding power supply apparatus including the circuit. It is in.

上記課題を解決する降圧チョッパ回路は、電源線上に接続されるスイッチと、該スイッチの後段の電源線間に接続される還流ダイオードと、該ダイオードの後段の電源線上に接続されるリアクトルとを備え、前記スイッチのチョッパ動作にて降圧動作を行う降圧チョッパ回路であって、前記スイッチとして第1及び第2スイッチを前記電源線上に並設して構成すると共に、前記リアクトルとして第1及び第2リアクトルを前記電源線上に並設して構成し、前記第1及び第2スイッチ間の前記電源線間に補助コンデンサを、更に前記第1及び第2リアクトル間の前記電源線間に前記還流ダイオードをそれぞれ接続してなり、前記第1スイッチに対して前記第2スイッチを遅れてオンオフ動作させ、前記第1,第2スイッチ及び前記還流ダイオードのオンオフ時の損失低減作用を生じさせる前記補助コンデンサ及び前記第1リアクトルの共振動作を行うように構成される。   A step-down chopper circuit that solves the above problem includes a switch connected on a power supply line, a freewheeling diode connected between power supply lines subsequent to the switch, and a reactor connected on a power supply line subsequent to the diode. A step-down chopper circuit that performs a step-down operation by the chopper operation of the switch, wherein the first and second switches are juxtaposed on the power line as the switch, and the first and second reactors are the reactors. Are arranged in parallel on the power supply line, an auxiliary capacitor is provided between the power supply lines between the first and second switches, and the free wheel diode is further provided between the power supply lines between the first and second reactors. The second switch is turned on and off with a delay with respect to the first switch, and the first and second switches and the reflux diode are connected. It said auxiliary capacitor and configured to perform a resonance operation of the first reactor causes a loss reduction effect at the time off of.

この構成によれば、スイッチ、還流ダイオード、リアクトルの順に配置されてなる降圧チョッパ回路において、スイッチとして第1及び第2スイッチが電源線上に並設、リアクトルとして第1及び第2リアクトルが電源線上に並設されると共に、第1及び第2スイッチ間の電源線間に補助コンデンサが接続、第1及び第2リアクトル間の電源線間に還流ダイオードが接続されて構成される。そして、第1スイッチに対して第2スイッチが遅れてオンオフ動作して補助コンデンサ及び第1リアクトルの共振動作を生じさせて、第1,第2スイッチ及び還流ダイオードのオンオフ時のスイッチング損失やリカバリ損失の低減がなされる。   According to this configuration, in the step-down chopper circuit arranged in the order of the switch, the freewheeling diode, and the reactor, the first and second switches are juxtaposed on the power supply line as switches, and the first and second reactors are on the power supply line as reactors. In addition to being arranged in parallel, an auxiliary capacitor is connected between the power lines between the first and second switches, and a free wheeling diode is connected between the power lines between the first and second reactors. Then, the second switch is turned on / off with a delay with respect to the first switch to cause the resonance operation of the auxiliary capacitor and the first reactor, and the switching loss and recovery loss when the first and second switches and the free wheel diode are turned on / off. Is reduced.

また、上記の降圧チョッパ回路において、前記第1及び第2スイッチは、先ず前記第1スイッチがオンし、次いで前記第1スイッチのオンによる前記補助コンデンサの充電完了後に前記第2スイッチがオンし、次いで前記補助コンデンサの充電状態で前記第1スイッチがオフし、次いで前記第1スイッチのオフによる前記補助コンデンサの放電完了後に前記第2スイッチがオフするように構成されることが好ましい。   In the step-down chopper circuit, the first switch and the second switch are first turned on, and then the second switch is turned on after the auxiliary capacitor is completely charged by turning on the first switch. Next, it is preferable that the first switch is turned off while the auxiliary capacitor is charged, and then the second switch is turned off after the auxiliary capacitor is completely discharged by turning off the first switch.

この構成によれば、第1スイッチがオン、次いで第1スイッチのオンによる補助コンデンサの充電完了後に第2スイッチがオン、次いで補助コンデンサの充電状態で第1スイッチがオフ、次いで第1スイッチのオフによる補助コンデンサの放電完了後に第2スイッチがオフする。つまり、スイッチ及びダイオードの損失低減を図るべく、補助コンデンサと第1リアクトルとによる適切な共振動作が行われる。   According to this configuration, the first switch is turned on, and then the second switch is turned on after the auxiliary capacitor is fully charged by turning on the first switch. Then, the first switch is turned off in the charged state of the auxiliary capacitor, and then the first switch is turned off. The second switch is turned off after the auxiliary capacitor is completely discharged. That is, an appropriate resonance operation is performed by the auxiliary capacitor and the first reactor in order to reduce the loss of the switch and the diode.

また、上記の降圧チョッパ回路において、前記第1及び第2リアクトルは、1つの中間タップ付きリアクトルを部分的に各リアクトルとして機能させることで構成されることが好ましい。   In the step-down chopper circuit, it is preferable that the first and second reactors are configured by causing one reactor with a middle tap to partially function as each reactor.

この構成によれば、第1及び第2リアクトルは、1つの中間タップ付きリアクトルを部分的に各リアクトルとして機能させて構成されるため、これらリアクトルの構成が簡素に実現可能である。   According to this configuration, since the first and second reactors are configured by partially functioning one reactor with an intermediate tap as each reactor, the configuration of these reactors can be simply realized.

また、上記課題を解決する溶接用電源装置は、溶接トランスに対して高周波交流電力を供給するインバータ回路の前段に、上記の降圧チョッパ回路を配置して構成される。
この構成によれば、スイッチ及びダイオードの損失低減が可能な降圧チョッパ回路を備えるため、溶接用電源装置の効率向上が期待できる。
Further, a welding power supply device that solves the above-described problems is configured by arranging the step-down chopper circuit in the preceding stage of an inverter circuit that supplies high-frequency AC power to a welding transformer.
According to this configuration, since the step-down chopper circuit capable of reducing the loss of the switch and the diode is provided, the efficiency of the welding power supply device can be expected to be improved.

本発明の降圧チョッパ回路及び溶接用電源装置によれば、スイッチ及びダイオードの損失低減を図ることができる。   According to the step-down chopper circuit and the welding power supply device of the present invention, it is possible to reduce the loss of the switch and the diode.

一実施形態の降圧チョッパ回路を備えた溶接用電源装置の構成図である。It is a block diagram of the power supply apparatus for welding provided with the pressure | voltage fall chopper circuit of one Embodiment. 降圧チョッパ回路の各所の電圧・電流の変化を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the change of the voltage and current of each place of a step-down chopper circuit. 降圧チョッパ回路の動作[mode1]を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement [mode1] of a step-down chopper circuit. 降圧チョッパ回路の動作[mode2]を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement [mode2] of a step-down chopper circuit. 降圧チョッパ回路の動作[mode3]を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement [mode3] of a step-down chopper circuit. 降圧チョッパ回路の動作[mode4]を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement [mode4] of a step-down chopper circuit. 降圧チョッパ回路の動作[mode5]を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement [mode5] of a step-down chopper circuit. 降圧チョッパ回路の動作[mode6]を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating operation | movement [mode6] of a step-down chopper circuit. 別例の降圧チョッパ回路の一部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a part of step-down chopper circuit of another example.

以下、降圧チョッパ回路を備える電源装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、電源装置としての溶接用電源装置10は、入力側から順に整流回路11、降圧チョッパ回路12、インバータ回路13、溶接トランス14を含んで構成され、入力された三相交流電力から溶接負荷15に適切な出力電力を生成する。溶接用電源装置10は、異なる入力電圧でも使用可能とするために降圧チョッパ回路12を備え、該降圧チョッパ回路12は、後段のインバータ回路13への印加電圧を適切範囲内に調整すべく降圧動作を行う。降圧チョッパ回路12の詳細については後述する。
Hereinafter, an embodiment of a power supply device including a step-down chopper circuit will be described.
As shown in FIG. 1, a welding power supply device 10 as a power supply device includes a rectifier circuit 11, a step-down chopper circuit 12, an inverter circuit 13, and a welding transformer 14 in this order from the input side. Appropriate output power is generated from the power to the welding load 15. The welding power supply apparatus 10 includes a step-down chopper circuit 12 so that it can be used even with different input voltages. The step-down chopper circuit 12 performs a step-down operation so as to adjust the voltage applied to the inverter circuit 13 in the subsequent stage within an appropriate range. I do. Details of the step-down chopper circuit 12 will be described later.

因みに、整流回路11は、例えばダイオードブリッジよりなる全波整流回路であり、三相交流の入力電力の直流化を行う。インバータ回路13は、例えばIGBT(半導体スイッチ)を用いたフルブリッジ回路であり、整流回路11から降圧チョッパ回路12を介して入力される直流電力を高周波交流電力に変換する。溶接トランス14は、インバータ回路13からの高周波交流電力を一次側で受け、二次側にて溶接負荷15に適した直流出力電力を生成するための電圧変換を行っている。   Incidentally, the rectifier circuit 11 is a full-wave rectifier circuit made of, for example, a diode bridge, and converts the input power of three-phase alternating current into direct current. The inverter circuit 13 is a full bridge circuit using, for example, an IGBT (semiconductor switch), and converts DC power input from the rectifier circuit 11 through the step-down chopper circuit 12 into high-frequency AC power. The welding transformer 14 receives high-frequency AC power from the inverter circuit 13 on the primary side, and performs voltage conversion for generating DC output power suitable for the welding load 15 on the secondary side.

降圧チョッパ回路12は、第1及び第2スイッチTR1,TR2、還流ダイオードDR1、第1及び第2リアクトルL1,L2、平滑コンデンサC1,C3、補助コンデンサC2を備える。   The step-down chopper circuit 12 includes first and second switches TR1 and TR2, a freewheeling diode DR1, first and second reactors L1 and L2, smoothing capacitors C1 and C3, and an auxiliary capacitor C2.

降圧チョッパ回路12の接続態様としては、整流回路11の出力端子とインバータ回路13の入力端子間の一対の電源線La,Lbに対し、先ずその電源線La,Lb間に平滑コンデンサC1が接続されている。平滑コンデンサC1の後段の電源線La上には、例えばIGBTよりなる第1スイッチTR1が接続されている。第1スイッチTR1の後段の電源線La,Lb間には補助コンデンサC2が接続されている。補助コンデンサC2の後段の電源線Laには、例えばIGBTよりなる第2スイッチTR2が接続され、補助コンデンサC2の後段の電源線Lbには、第1リアクトルL1が接続されている。第2スイッチTR2及び第1リアクトルL1の後段の電源線La,Lb間には還流ダイオードDR1が接続、この場合アノード側が電源線Lbに、カソード側が電源線Laにそれぞれ接続されている。還流ダイオードDR1の後段の電源線Lb上には、第2リアクトルL2が接続されている。第2リアクトルL2の後段の電源線La,Lb間には、平滑コンデンサC3が接続されている。   As a connection mode of the step-down chopper circuit 12, for a pair of power supply lines La and Lb between the output terminal of the rectifier circuit 11 and the input terminal of the inverter circuit 13, a smoothing capacitor C1 is first connected between the power supply lines La and Lb. ing. A first switch TR1 made of, for example, IGBT is connected to the power supply line La at the subsequent stage of the smoothing capacitor C1. An auxiliary capacitor C2 is connected between the power supply lines La and Lb at the subsequent stage of the first switch TR1. A second switch TR2 made of, for example, IGBT is connected to the power supply line La subsequent to the auxiliary capacitor C2, and a first reactor L1 is connected to the power supply line Lb subsequent to the auxiliary capacitor C2. A free-wheeling diode DR1 is connected between the second switch TR2 and the power supply lines La and Lb at the subsequent stage of the first reactor L1, in which case the anode side is connected to the power supply line Lb and the cathode side is connected to the power supply line La. A second reactor L2 is connected to the power supply line Lb at the subsequent stage of the freewheeling diode DR1. A smoothing capacitor C3 is connected between the power supply lines La and Lb at the subsequent stage of the second reactor L2.

また、降圧チョッパ回路12には、入力側及び出力側のそれぞれに電圧センサ21,22が備えられている。電圧センサ21は降圧チョッパ回路12の入力電圧を検出、電圧センサ22は降圧チョッパ回路12の出力電圧をそれぞれ検出し、各電圧センサ21,22からの検出信号はチョッパ制御部25に入力される。チョッパ制御部25は、各電圧センサ21,22からの検出信号に基づき、降圧チョッパ回路12の入出力電圧を認識する。   The step-down chopper circuit 12 includes voltage sensors 21 and 22 on the input side and the output side, respectively. The voltage sensor 21 detects the input voltage of the step-down chopper circuit 12, the voltage sensor 22 detects the output voltage of the step-down chopper circuit 12, and the detection signals from the voltage sensors 21 and 22 are input to the chopper control unit 25. The chopper controller 25 recognizes the input / output voltage of the step-down chopper circuit 12 based on the detection signals from the voltage sensors 21 and 22.

チョッパ制御部25は、第1及び第2スイッチTR1,TR2の制御端子(ゲート端子)に出力する制御信号を生成し、各制御信号による各スイッチTR1,TR2の制御を行う。このようなチョッパ制御部25は、降圧チョッパ回路12の入力電圧から溶接用電源装置10への入力電圧が何れの電圧かを認識し、降圧チョッパ回路12の出力電圧(後段のインバータ回路13への印加電圧)が適正範囲内となるように第1及び第2スイッチTR1,TR2のチョッパ動作の調整(オン時間の調整)を行う。つまり、本実施形態の溶接用電源装置10は、異なる入力電圧に対応可能な所謂異電圧対応の電源装置として構成されている。   The chopper control unit 25 generates a control signal to be output to the control terminals (gate terminals) of the first and second switches TR1 and TR2, and controls the switches TR1 and TR2 by each control signal. Such a chopper control unit 25 recognizes which voltage is the input voltage to the welding power supply device 10 from the input voltage of the step-down chopper circuit 12, and outputs the output voltage of the step-down chopper circuit 12 (to the inverter circuit 13 in the subsequent stage). Adjustment of the chopper operation of the first and second switches TR1 and TR2 (adjustment of on-time) is performed so that (applied voltage) is within an appropriate range. That is, the welding power supply device 10 of the present embodiment is configured as a so-called different-voltage power supply device that can handle different input voltages.

因みに、チョッパ制御部25は、降圧チョッパ回路12の制御のために個別に設けられるもの、若しくは溶接用電源装置10の全体を制御する制御回路(図示略)と一体的に設けられるものの何れであってもよい。   Incidentally, the chopper control unit 25 is either provided individually for controlling the step-down chopper circuit 12 or provided integrally with a control circuit (not shown) for controlling the whole welding power supply device 10. May be.

次に、降圧チョッパ回路12の動作(チョッパ制御部25の制御態様)について、図2の各所電圧・電流波形図と、図3〜図8の各mode(モード)の動作説明図と用いて説明する。図2の波形図は、チョッパ動作(チョッパ制御)の1周期分の波形である。   Next, the operation of the step-down chopper circuit 12 (control mode of the chopper control unit 25) will be described with reference to voltage / current waveform diagrams in FIG. 2 and operation explanatory diagrams of each mode (mode) in FIGS. To do. The waveform diagram of FIG. 2 is a waveform for one cycle of the chopper operation (chopper control).

尚、図2中、「TR1」「TR2」の波形は第1及び第2スイッチTR1,TR2のオンオフ状態を示す。「VC2」の波形は補助コンデンサC2の端子間電圧を示す。「VTR1」「VTR2」の波形は第1及び第2スイッチTR1,TR2の端子間電圧を示し、「ITR1」「ITR2」の波形は第1及び第2スイッチTR1,TR2を流れる電流を示す。「VDR1」の波形は還流ダイオードDR1の端子間電圧を示し、「IDR1」の波形は還流ダイオードDR1を流れる電流を示す。「VL1」の波形は第1リアクトルL1の端子間電圧を示す。 In FIG. 2, the waveforms of “TR1” and “TR2” indicate the on / off states of the first and second switches TR1 and TR2. The waveform “V C2 ” indicates the voltage across the terminal of the auxiliary capacitor C2. "V TR1" waveform "V TR2" indicates the first and second switch TR1, between TR2 of the terminal voltage, "I TR1" is a waveform of the "I TR2" current flowing through the first and second switches TR1, TR2 Indicates. The waveform of “V DR1 ” indicates the voltage between the terminals of the freewheeling diode DR1, and the waveform of “ IDR1 ” indicates the current flowing through the freewheeling diode DR1. The waveform of “V L1 ” indicates the voltage between the terminals of the first reactor L1.

また、降圧チョッパ回路12の動作において相互に関係するコンデンサC1,C2やリアクトルL1,L2について、本実施形態では平滑コンデンサC1の容量よりも補助コンデンサC2の容量の方が小さく、第1リアクトルL1のインダクタンスよりも第2リアクトルL2のインダクタンスの方が大きくなるように設定されている(C1>C2、L1<L2)。   In addition, regarding the capacitors C1 and C2 and the reactors L1 and L2 that are related to each other in the operation of the step-down chopper circuit 12, in this embodiment, the capacity of the auxiliary capacitor C2 is smaller than the capacity of the smoothing capacitor C1, and the first reactor L1 The inductance of the second reactor L2 is set to be larger than the inductance (C1> C2, L1 <L2).

図3に示す[mode1]は、第1スイッチTR1のターンオンに基づくモードである。
降圧チョッパ回路12の状態としては、第2スイッチTR2がオフ、前周期で第2リアクトルL2に蓄積された電磁エネルギーによる還流電流が還流ダイオードDR1上を流れている(a矢印)。尚、起動時には還流電流は生じていない。
[Mode1] shown in FIG. 3 is a mode based on turn-on of the first switch TR1.
As for the state of the step-down chopper circuit 12, the second switch TR2 is turned off, and the return current due to the electromagnetic energy accumulated in the second reactor L2 in the previous cycle flows on the return diode DR1 (arrow a). Note that no reflux current is generated at the time of startup.

この状態で、第1スイッチTR1がオン、即ち第2スイッチTR2より先に第1スイッチTR1がオンすると、補助コンデンサC2に向かう充電電流(b矢印)が生じる。第1スイッチTR1のオンはハードスイッチングであるが、容量の小さい補助コンデンサC2を充電するのみであるため、第1スイッチTR1のオン時のスイッチング損失は小さい。   In this state, when the first switch TR1 is turned on, that is, the first switch TR1 is turned on before the second switch TR2, a charging current (arrow b) toward the auxiliary capacitor C2 is generated. Although the ON state of the first switch TR1 is hard switching, only the auxiliary capacitor C2 having a small capacity is charged, so that the switching loss when the first switch TR1 is ON is small.

図4に示す[mode2]は、第2スイッチTR2のターンオンに基づくモードである。
第2スイッチTR2がオンすると、降圧チョッパ回路12における電源線Laが導通状態となるため、電源線La,Lb上に電流(c,d矢印)が生じる。
[Mode2] shown in FIG. 4 is a mode based on turn-on of the second switch TR2.
When the second switch TR2 is turned on, the power supply line La in the step-down chopper circuit 12 becomes conductive, and currents (c and d arrows) are generated on the power supply lines La and Lb.

第2スイッチTR2がオンする際、第1リアクトルL1の作用により電流の立ち上がりが緩やかであるため、第2スイッチTR2のオンはゼロ電流スイッチング(ZCS)である。また、第1リアクトルL1への電流の流れ始めに逆起電力が生じるため、このときの逆起電圧(e矢印)と充電電圧(f矢印)とによって第2スイッチTR2がオンする際の瞬時の両端電圧はゼロ電圧でもある。つまり、第2スイッチTR2のオンはゼロ電圧スイッチング(ZVS)であり、オン時のスイッチング損失は極めて小さい。   When the second switch TR2 is turned on, the rising of the current is gentle due to the action of the first reactor L1, so that the second switch TR2 is turned on by zero current switching (ZCS). Further, since a counter electromotive force is generated at the beginning of the current flow to the first reactor L1, an instantaneous moment when the second switch TR2 is turned on by the counter electromotive voltage (e arrow) and the charging voltage (f arrow) at this time is generated. Both-end voltage is also zero voltage. That is, the ON state of the second switch TR2 is zero voltage switching (ZVS), and the switching loss when it is ON is extremely small.

また、インダクタンスの大きい第2リアクトルL2により還流ダイオードDR1を流れる還流電流(a矢印)が流れ続けるが、徐々にこの還流電流が減少していくと共に第2スイッチTR2のオンにより生じる先の電流(c矢印)が増大する。   In addition, the return current (arrow a) flowing through the return diode DR1 continues to flow due to the second inductor L2 having a large inductance, but the return current gradually decreases and the current (c) generated by turning on the second switch TR2 gradually decreases. Arrow) increases.

図5に示す[mode3]は、還流ダイオードDR1のリカバリ(逆回復)期間である。
還流ダイオードDR1の還流期間が終了し、リカバリ期間に移行する。このリカバリ期間では、還流ダイオードDR1に対し逆電圧が印加されてリカバリ電流(g矢印)が生じるが、上記した第1リアクトルL1の逆起電力によりその逆電圧の一部が相殺され、リカバリ電流が抑制される。つまり、還流ダイオードDR1のリカバリ損失も小さく抑えられている。
[Mode3] illustrated in FIG. 5 is a recovery (reverse recovery) period of the freewheeling diode DR1.
The return period of the return diode DR1 ends, and the recovery period starts. In this recovery period, a reverse voltage is applied to the freewheeling diode DR1 to generate a recovery current (arrow g). However, a part of the reverse voltage is canceled out by the back electromotive force of the first reactor L1, and the recovery current is reduced. It is suppressed. That is, the recovery loss of the freewheeling diode DR1 is also kept small.

図6に示す[mode4]は、入力側から出力側にパワー(電力)が伝達されるモードである。
還流ダイオードDR1のリカバリ期間が終了して回路12の過渡期間が終了し、電源線La,Lb上の電流(c,d矢印)のみが生じるパワー(電力)伝達期間である。
[Mode4] illustrated in FIG. 6 is a mode in which power (electric power) is transmitted from the input side to the output side.
This is a power (power) transmission period in which the recovery period of the freewheeling diode DR1 ends and the transient period of the circuit 12 ends, and only currents (c and d arrows) on the power supply lines La and Lb are generated.

尚、第1及び第2スイッチTR1,TR2を並設する構成とすることで導通損が2倍となることが懸念されるが、第1及び第2スイッチTR1,TR2のスイッチング損失の低減効果や、還流ダイオードDR1のリカバリ損失の低減効果の方が十分に大きい。   Although there is a concern that the conduction loss is doubled by arranging the first and second switches TR1 and TR2 in parallel, the effect of reducing the switching loss of the first and second switches TR1 and TR2 The effect of reducing the recovery loss of the freewheeling diode DR1 is sufficiently large.

図7に示す[mode5]は、第1スイッチTR1がターンオフ、還流ダイオードDR1がターンオンするモードである。
先に第1スイッチTR1がオフする。第1スイッチTR1のオフの際には平滑コンデンサC1と補助コンデンサC2との間で電圧差がないため、第1スイッチTR1のオフはゼロ電圧スイッチング(ZVS)である。つまり、第1スイッチTR1のオフ時のスイッチング損失も極めて小さい。
[Mode5] shown in FIG. 7 is a mode in which the first switch TR1 is turned off and the free wheeling diode DR1 is turned on.
First, the first switch TR1 is turned off. Since there is no voltage difference between the smoothing capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 when the first switch TR1 is turned off, the first switch TR1 is turned off by zero voltage switching (ZVS). That is, the switching loss when the first switch TR1 is off is also extremely small.

第1スイッチTR1がオフした後は、補助コンデンサC2からの電流、及び第1及び第2リアクトルL1,L2の蓄積エネルギーにより生じる電流(h矢印)にて出力電流が流れ続ける。この場合、補助コンデンサC2及び第1リアクトルL1は定数が小さい設定となっているために、これらに係る電流はすぐに減少する。一方で、定数の大きい第2リアクトルL2は蓄積エネルギーが大きいために出力電流を保とうとするが、第1リアクトルL1の存在により第2スイッチTR2側には電流が殆ど流れようとせず、還流ダイオードDR1上を流れる(i矢印)。   After the first switch TR1 is turned off, the output current continues to flow with the current (h arrow) generated by the current from the auxiliary capacitor C2 and the accumulated energy of the first and second reactors L1 and L2. In this case, since the auxiliary capacitor C2 and the first reactor L1 are set to have a small constant, the current related to them decreases immediately. On the other hand, the second reactor L2 having a large constant tends to maintain the output current because the stored energy is large, but the current hardly flows to the second switch TR2 due to the presence of the first reactor L1, and the free wheel diode DR1. Flows over (i arrow).

また、還流ダイオードDR1がオンする際、第2リアクトルL2で生じる電流により第1リアクトルL1に逆起電力が生じるため、このときの逆起電圧(j矢印)にて還流ダイオードDR1がオンする際の両端電圧はゼロ電圧となり、還流ダイオードDR1のオンはゼロ電圧スイッチング(ZVS)である。   Further, since the back electromotive force is generated in the first reactor L1 due to the current generated in the second reactor L2 when the free wheel diode DR1 is turned on, when the free wheel diode DR1 is turned on by the back electromotive voltage (j arrow) at this time. The both-ends voltage becomes zero voltage, and ON of the free wheel diode DR1 is zero voltage switching (ZVS).

図8に示す[mode6]は、第2スイッチTR2がターンオフし、還流電流のみが生じる還流モードである。
電流が全て還流ダイオードDR1側に転流し終わった時に第2スイッチTR2がオフする。つまり、第2スイッチTR2のオフはゼロ電圧スイッチング(ZVS)及びゼロ電流スイッチング(ZCS)であるため、第2スイッチTR2のオフ時のスイッチング損失も極めて小さい。
[Mode 6] shown in FIG. 8 is a reflux mode in which the second switch TR2 is turned off and only a reflux current is generated.
When all of the current has commutated to the freewheeling diode DR1, the second switch TR2 is turned off. That is, since the OFF of the second switch TR2 is zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS), the switching loss when the second switch TR2 is OFF is extremely small.

第2スイッチTR2がオフした後は、第2リアクトルL2の蓄積エネルギーにより生じる電流(a矢印)が還流ダイオードDR1を流れ続ける。そして、次に第1スイッチTR1がオンする[mode1]となるまで第2リアクトルによる出力電流の維持が図られる。チョッパ動作(チョッパ制御)としては、上記した1周期分を示す[mode1]〜[mode6]までが繰り返され、出力の増減を図る場合には[mode1]〜[mode5]までのオン期間がその1周期の中で長短される。   After the second switch TR2 is turned off, a current (arrow a) generated by the energy stored in the second reactor L2 continues to flow through the freewheeling diode DR1. Then, the output current is maintained by the second reactor until the first switch TR1 is turned on [mode1]. As the chopper operation (chopper control), [mode1] to [mode6] indicating one cycle described above are repeated, and when increasing or decreasing the output, the on period from [mode1] to [mode5] is the first. It is long and short in the cycle.

このように本実施形態の降圧チョッパ回路12は、2つのスイッチ(スイッチTR1,TR2)、補助コンデンサC2、2つのリアクトル(リアクトルL1,L2)を用いて上記制御を実施することで、スイッチTR1,TR2のスイッチング損失の低減と、還流ダイオードDR1のリカバリ損失の低減とを共に図ることが可能な構成となっている。   As described above, the step-down chopper circuit 12 of the present embodiment performs the above-described control using the two switches (switches TR1 and TR2), the auxiliary capacitor C2, and the two reactors (reactors L1 and L2). The configuration can reduce both the switching loss of TR2 and the recovery loss of the return diode DR1.

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)本実施形態の降圧チョッパ回路12は、スイッチとして第1及び第2スイッチTR1,TR2が電源線La上に並設、リアクトルとして第1及び第2リアクトルL1,L2が電源線Lb上に並設されると共に、各スイッチTR1,TR2間の電源線La,Lb間に補助コンデンサC2が接続、各リアクトルL1,L2間の電源線La,Lb間に還流ダイオードDR1が接続されてなる。そして、第1スイッチTR1に対して第2スイッチTR2を所定時間遅れてオンオフ動作させることで、上記の各modeで示したような補助コンデンサC2及び第1リアクトルL1の共振動作が生じ、これによる各スイッチTR1,TR2及び還流ダイオードDR1のオンオフ時のスイッチング損失やリカバリ損失の低減がなされている。つまり、降圧チョッパ回路12の損失低減を図ることができ、溶接用電源装置10の効率向上に繋がる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In the step-down chopper circuit 12 of the present embodiment, the first and second switches TR1 and TR2 are arranged in parallel on the power supply line La as switches, and the first and second reactors L1 and L2 are arranged on the power supply line Lb as reactors. The auxiliary capacitor C2 is connected between the power supply lines La and Lb between the switches TR1 and TR2, and the freewheeling diode DR1 is connected between the power supply lines La and Lb between the reactors L1 and L2. Then, the second switch TR2 is turned on and off with a predetermined time delay with respect to the first switch TR1, thereby causing the resonance operation of the auxiliary capacitor C2 and the first reactor L1 as shown in the above modes. Switching loss and recovery loss when the switches TR1 and TR2 and the freewheeling diode DR1 are turned on and off are reduced. That is, the loss of the step-down chopper circuit 12 can be reduced, and the efficiency of the welding power supply device 10 is improved.

(2)本実施形態のチョッパ動作として、第1スイッチTR1がオン、次いで第1スイッチTR1のオンによる補助コンデンサC2の充電完了後に第2スイッチTR2がオン、次いで補助コンデンサC2の充電状態で第1スイッチTR1がオフ、次いで第1スイッチTR1のオフによる補助コンデンサC2の放電完了後に第2スイッチTR2がオフする。つまり、補助コンデンサC2と第1リアクトルL1とによる適切な共振動作が行われ、各スイッチTR1,TR2及びダイオードDR1のより確実な損失低減作用を得ることができる。   (2) As the chopper operation of the present embodiment, the first switch TR1 is turned on, and then the second switch TR2 is turned on after the charging of the auxiliary capacitor C2 by the first switch TR1 being turned on. The switch TR1 is turned off, and then the second switch TR2 is turned off after the discharge of the auxiliary capacitor C2 is completed by turning off the first switch TR1. That is, an appropriate resonance operation is performed by the auxiliary capacitor C2 and the first reactor L1, and a more reliable loss reduction effect of each of the switches TR1 and TR2 and the diode DR1 can be obtained.

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・第1及び第2リアクトルL1,L2の構成について特に言及しなかったが、第1及び第2リアクトルL1,L2をそれぞれ個別のものを用いてもよく、また図9に示すように、1つの中間タップ付きリアクトルLxを用いて構成することもできる。即ち、この中間タップ付きリアクトルLxのその中間タップに対して還流ダイオードDR1を接続し、中間タップよりも一側が第1リアクトルL1、他側が第2リアクトルL2として機能させるようにする。このようにすれば、第1及び第2リアクトルL1,L2を簡素な構成で実現することができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
Although the configuration of the first and second reactors L1 and L2 was not particularly mentioned, the first and second reactors L1 and L2 may be used individually, and as shown in FIG. It can also comprise using the reactor Lx with an intermediate tap. That is, the free-wheeling diode DR1 is connected to the intermediate tap of the reactor Lx with the intermediate tap so that one side of the intermediate tap functions as the first reactor L1 and the other side functions as the second reactor L2. In this way, the first and second reactors L1 and L2 can be realized with a simple configuration.

・第1及び第2スイッチTR1,TR2を電源線Laに設けたが、電源線Lbに設けてもよい。また、第1及び第2リアクトルL1,L2を電源線Lbに設けたが、電源線Laに設けてもよい。   Although the first and second switches TR1 and TR2 are provided on the power supply line La, they may be provided on the power supply line Lb. Moreover, although the 1st and 2nd reactor L1, L2 was provided in the power wire Lb, you may provide in the power wire La.

・第1及び第2スイッチTR1,TR2にIGBTを用いたが、他の半導体スイッチを用いてもよい。また、還流ダイオードDR1を半導体スイッチとし、還流ダイオードとして機能させてもよい。   Although IGBTs are used for the first and second switches TR1 and TR2, other semiconductor switches may be used. Further, the return diode DR1 may be a semiconductor switch and may function as a return diode.

・降圧チョッパ回路12の入力端に入力電圧を検出する電圧センサ21を、出力端に出力電圧を検出する電圧センサ22をそれぞれ設置したが、降圧チョッパ回路12以外に設置される電圧センサにて電圧検出を代用してもよい。例えば、電源装置10の入力電圧(交流)を検出する態様であってもよい。   The voltage sensor 21 that detects the input voltage is installed at the input terminal of the step-down chopper circuit 12 and the voltage sensor 22 that detects the output voltage is installed at the output terminal. Detection may be substituted. For example, the aspect which detects the input voltage (alternating current) of the power supply device 10 may be sufficient.

・溶接用電源装置10以外の電源装置に適用してもよい。
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)請求項1〜3の何れか1項に記載の降圧チョッパ回路を備えて構成されていることを特徴とする電源装置。
-You may apply to power supply devices other than the power supply apparatus 10 for welding.
Next, a technical idea that can be grasped from the above embodiment and another example will be added below.
(A) A power supply device comprising the step-down chopper circuit according to any one of claims 1 to 3.

12 降圧チョッパ回路
13 インバータ回路
14 溶接トランス
La,Lb 電源線
TR1 第1スイッチ
TR2 第2スイッチ
L1 第1リアクトル
L2 第2リアクトル
Lx 中間タップ付きリアクトル
DR1 還流ダイオード
C2 補助コンデンサ
12 Step-down chopper circuit 13 Inverter circuit 14 Welding transformer La, Lb Power line TR1 1st switch TR2 2nd switch L1 1st reactor L2 2nd reactor Lx Reactor with intermediate tap DR1 Reflux diode C2 Auxiliary capacitor

Claims (4)

電源線上に接続されるスイッチと、該スイッチの後段の電源線間に接続される還流ダイオードと、該ダイオードの後段の電源線上に接続されるリアクトルとを備え、前記スイッチのチョッパ動作にて降圧動作を行う降圧チョッパ回路であって、
前記スイッチとして第1及び第2スイッチを前記電源線上に並設して構成すると共に、前記リアクトルとして第1及び第2リアクトルを前記電源線上に並設して構成し、前記第1及び第2スイッチ間の前記電源線間に補助コンデンサを、更に前記第1及び第2リアクトル間の前記電源線間に前記還流ダイオードをそれぞれ接続してなり、
前記第1スイッチに対して前記第2スイッチを遅れてオンオフ動作させ、前記第1,第2スイッチ及び前記還流ダイオードのオンオフ時の損失低減作用を生じさせる前記補助コンデンサ及び前記第1リアクトルの共振動作を行うように構成されていることを特徴とする降圧チョッパ回路。
A switch connected on a power supply line, a freewheeling diode connected between power supply lines on the subsequent stage of the switch, and a reactor connected on a power supply line on the subsequent stage of the diode, and a step-down operation by a chopper operation of the switch A step-down chopper circuit that performs
The first and second switches are arranged in parallel on the power line as the switch, and the first and second reactors are arranged in parallel on the power line as the reactor, and the first and second switches An auxiliary capacitor is connected between the power lines, and the free wheel diode is connected between the power lines between the first and second reactors.
Resonant operation of the auxiliary capacitor and the first reactor causing the second switch to be turned on / off with a delay with respect to the first switch, and causing a loss reducing action when the first and second switches and the free-wheeling diode are turned on / off A step-down chopper circuit configured to perform
請求項1に記載の降圧チョッパ回路において、
前記第1及び第2スイッチは、先ず前記第1スイッチがオンし、次いで前記第1スイッチのオンによる前記補助コンデンサの充電完了後に前記第2スイッチがオンし、次いで前記補助コンデンサの充電状態で前記第1スイッチがオフし、次いで前記第1スイッチのオフによる前記補助コンデンサの放電完了後に前記第2スイッチがオフするように構成されていることを特徴とする降圧チョッパ回路。
The step-down chopper circuit according to claim 1,
The first and second switches are first turned on, then turned on after the auxiliary capacitor is fully charged by turning on the first switch, and then turned on in the charged state of the auxiliary capacitor. A step-down chopper circuit configured to turn off the first switch and then turn off the second switch after the auxiliary capacitor is completely discharged by turning off the first switch.
請求項1又は2に記載の降圧チョッパ回路において、
前記第1及び第2リアクトルは、1つの中間タップ付きリアクトルを部分的に各リアクトルとして機能させることで構成されていることを特徴とする降圧チョッパ回路。
In the step-down chopper circuit according to claim 1 or 2,
The step-down chopper circuit is characterized in that the first and second reactors are configured by causing one reactor with an intermediate tap to partially function as each reactor.
溶接トランスに対して高周波交流電力を供給するインバータ回路の前段に、請求項1〜3の何れか1項に記載の降圧チョッパ回路を配置して構成されていることを特徴とする溶接用電源装置。   A welding power supply apparatus comprising: a step-down chopper circuit according to any one of claims 1 to 3 disposed in front of an inverter circuit that supplies high-frequency AC power to a welding transformer. .
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