JP2533378B2 - 溶接用スイツチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波インバータからなる溶接用スイツチ
ング電源装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、溶接用スイツチング電源装置は、例えば第３図
に示すように構成されている。

同図において、（１）は図外の３相交流電源の出力を
整流する入力側整流回路、（２）は入力側整流回路
（１）の両出力端子間に設けられた平滑用コンデンサ、
（３）は入力側整流回路（１）の両出力端子にフルブリ
ツジ接続されたスイツチング素子であるトランジスタか
らなる高周波インバータ、（４）は高周波トランスであ
り、１次巻線（4a）及び２次巻線（4b）からなり、１次
巻線（4a）の両端が偏磁防止用コンデンサ（５）を介し
てインバータ（３）の両出力端子に接続されている。

（６）は２次巻線の両端に接続された出力側整流回
路、（７）は出力側整流回路（６）の正出力端子に接続
された溶接トーチ、（８）はアースされた母材であり、
トーチ（７）とともに溶接負荷（９）を構成しており、
平滑用リアクトル（10）を介して出力側整流回路（６）
の負荷出力端子に接続されている。

（11）は母材（８）とリアクトル（10）との間の通電
路に設けられ負荷（９）を流れる負荷電流を検出する変
流器からなる第１の検出器、（12）は基準電源、（13）
は誤差増幅器であり、検出器（11）による検出電流と基
準電源（12）による基準電流との誤差を増幅する。

（14）は所定周期の鋸歯状波を発生する鋸歯状波発振
器、（15）は誤差増幅器（13）の出力と発振器（14）の
出力とを比較する比較器、（16）は比較器（15）の比較
結果により出力が決定されるフリツプフロツプ（以下FF
という）、（17），（18）はドライブ回路であり、それ
ぞれFF（16）の両出力端子に接続され、FF（16）の出力
に基き，インバータ（３）のトランジスタのベースに駆
動パルスを出力し、インバータ（３）の出力を制御す
る。

そして、第３図に示す構成において、検出器（11）に
よる検出電流と基準電源（12）に基準電流との誤差が誤
差増幅器（13）により増幅され、比較器（15）により誤
差増幅器（13）の出力と発振器（14）による鋸歯状波と
が比較され、比較器（15）の出力によりFF（16）の両出
力が決定され、FF（16）の出力に基きドライブ回路（1
7），（18）からインバータ（３）のベースに駆動パル
スが出力され、インバータ（３）の出力が制御され、負
荷（９）を流れる負荷電流が一定に制御される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の場合、装置の出力精度及び応答速度が誤差増幅
器（13）のゲイン−周波数特性により制御されるため、
アーク長の変動による負荷インピーダンスの変動により
負荷電流が変動しても、平滑リアクトル（10）及び負荷
インピーダンスの遅れにより、これに応答性よく追従し
てアークを高精度に制御することができないという問題
点がある。

さらに、負荷変動による誤差増幅器（13）の出力の変
動によりドライブ回路（17），（18）からインバータ
（３）への駆動パルスのパルス幅が数サイクルにわたつ
てばらつき、このばらつきにより、トランス（４）に磁
気飽和電流が流れ、トランス（４）の偏磁が生じ、これ
を防止するために偏磁防止用コンデンサ（５）が必要に
なる。

また、パルスアーク溶接の場合など、出力波形を厳密
に制御する必要があるときに、前記したように出力精度
の点から波形を厳密に制御することができない。

本発明は、前記の点に留意してなされ、出力精度及び
応答速度の改善を図り、従来のような偏磁防止用コンデ
ンサを設けることなく、トランスの偏磁を防止できるよ
うにするこを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の溶接用スイツチ
ング電源装置では、 交流電源の出力を整流する入力側整流回路と、 前記入力側整流回路の両出力端子に接続されたスイツ
チング素子からなる高周波インバータと、 １次巻線の両端が前記インバータの両出力端子に接続
された高周波トランスと、 前記トランスの２次巻線の両端に接続された出力側整
流回路と、 前記出力側整流回路の両出力端子に接続された溶接負
荷と、 前記負荷を流れる負荷電流を検出する第１の検出器
と、 前記第１の検出器による検出電流と基準電流との誤差
を増幅する誤差増幅器と、 前記トランスの１次巻線を流れる１次電流を検出する
第２の検出器と、 前記第２の検出器の出力を整流する整流部と、 前記誤差増幅器の出力と前記整流部の出力とを比較し
前記整流部の出力が前記誤差増幅器の出力以上のときに
比較信号を出力する比較器と、 所定周期でクロツクパルスを出力するクロツク発振器
と、 前記クロツクパルスの入力によりセツトされ前記比較
信号の入力によりリセツトされるラツチ回路と、 前記ラツチ回路の出力に基き前記スイツチング素子の
制御端子に駆動パルスを出力して前記インバータの出力
を制御するインバータ駆動部と を備えている。

〔作 用〕

前記のように構成された本発明の溶接用スイツチング
電源装置は比較器による整流部の出力と誤差増幅器の出
力との比較結果に基き、高周波トランスの２次側の負荷
電流に基く誤差増幅器の出力によるループ制御が追従し
得ない瞬時的な変動を、高周波トランスの１次電流に基
く整流部出力によるループ制御で抑制し、いわゆる２重
ループ制御により高周波トランスの２次側の平滑リアク
トル及び溶接負荷までのケーブルによるインダクタンス
を介することなく、インバータへの駆動パルスを制御す
るため、ループゲインを高くして出力精度及び応答速度
の改善が図れ、高周波トランスへの磁気飽和電流の通流
が防止され、従来のような偏磁防止用コンデンサを設け
ることなく、高周波トランスの偏磁が防止される。

〔実施例〕

１実施例について第１図及び第２図を参照して説明す
る。

第１図において、第３と同一記号は同一若しくは相当
するものを示し、（19）は１次巻線（4a）を流れる１次
電流を検出する第２の検出器、（20）は第２の検出器
（19）の出力を整流する整流部、（21）は比較器であ
り、誤差増幅器（13）の出力と整流部（20）の出力とを
比較し、後者が前者以上のときにハイレベルの比較信号
を出力する。

（22）は所定周期でクロツクパルスを出力するクロツ
ク発振器、（23）はクロルクパルスの入力によりセツト
され比較器（21）からの比較信号の入力によりリセツト
されるＲ−Ｓフリツプフロツプからなるラツチ回路、
（24）はラツチ回路（23）の出力により出力が決定され
るFF、（25），（26）はドライブ回路であり、FF（24）
とともにインバータ駆動部（27）を構成し、それぞれFF
（24）の両出力端子に接続され、FF（24）の出力に基
き、インバータ（３）のトランジスタのベースに駆動パ
ルスを出力し、インバータ（３）の出力を定電流制御す
る。

ところで、第１図では、第３図における偏磁防止用コ
ンデンサ（５）を削除している。

そして、第１の検出器（11）による検出電流と基準電
源（12）による基準電流との誤差が誤差増幅器（13）に
より増幅され、整流部（20）の出力と誤差増幅器（13）
の出力とが比較器（21）により比較される。

このとき、整流部（20）の出力が第２図（ｂ）に示す
ようになる場合、トランス（４）のインダクタンス等に
よる１次電流の遅れによつて、整流部（20）の出力が徐
々に増加し、同図（ｂ）中に１点鎖線で示す誤差増幅器
（13）の出力レベルに達すると、同図（ｃ）に示すよう
に比較器（21）の出力がハイレベルとなる。

一方、第２図（ａ）に示すようなクロツク発振器（2
2）からのクロツクパルスにより、ラツチ回路（23）が
セツトされ、同図（ｄ）に示すようにラツチ回路（23）
の出力がハイレベルとなり、同図（ｃ）に示す比較器
（21）からのハイレベルの比較信号によりラツチ回路
（23）がリセツトされ、同図（ｄ）に示すようにラツチ
回路（23）の出力がローレベルとなり、このローレベル
によつて、インバータ駆動部（27）によりインバータ
（３）がオフに制御され、１次電流が零となり、比較器
（21）の出力もローレベルに反転する。

その結果比較器（21）の出力信号は、第２図（ｃ）に
示すようにパルス状になる。

従つて、あるクロツクパルスの入力からその直後の比
較信号の入力までの間、ラツチ回路（23）の出力はハイ
レベルとなり、このラツチ回路（23）のハイレベル出力
に基き、例えば一方のドライブ回路（25）からインバー
タ（３）の正期間側トランジスタのベースに駆動パルス
が出力され、インバータ（３）の正期間側トランジスタ
がオンして１次巻線（4a）に正側の半波の電流が流れ
る。

さらに、次のクロツクパルスの入力からその直後の比
較信号の入力までの間、ラツチ回路（23）の出力は再び
ハイレベルとなり、このラツチ回路（23）のハイレベル
出力に基き、他方のドライブ回路（26）からインバータ
（３）の負期間側トランジスタのベースに駆動パルスが
出力され、インバータ（３）の負期間側トランジスタが
オンして１次巻線（4a）に負側の半波の電流が流れ、こ
れらの動作が繰り返される。

このとき、クロツク発振器（22）の出力の１周期がイ
ンバータ（３）の出力の1/2周期に相当する。

そして、第２の検出器（19），整流部（20），比較器
（21）の電流マイナーループを定電流フイードバツク制
御ループに設け、この電流マイナーループにより１次電
流の変動を検出して瞬時的な変動を抑制したため、誤差
増幅器（13）の出力に基く本来とのループと電流マイナ
ーループとのいわゆる２重ループ制御により、等価的に
平滑リアクトル（10）及び溶接負荷（９）までのケーブ
ルのインダンタンスを介することなく制御され、制御の
遅れが少なく、ループゲインを高くとることができ、高
い出力精度と高速応答性を得ることが可能となり、高速
で変動するアークを高精度に制御でき、厳密な出力波形
制御も可能となる。

さらに、インバータ（３）の正期間側トランジスタと
負期間側トランジスタのオン期間のばらつきは、第２の
検出器（19），整流部（20），比較器（21）の電流マイ
ナーループにより半サイクルで補正され、数サイクルに
わたる長い時間のばらつきはほとんどなく、従来のよう
な偏磁防止用コンデンサを設けるまでもなく、トランス
（４）の偏磁を防止できる。

また、前記したようにループゲインを高くできるた
め、入力リツプルに対する出力リツプルの圧縮率が高く
なり、副次的効果として，第１図のような３相入力にお
ける平滑用コンデンサ（２）に小容量のフイルムコンデ
ンサを使用することができ、従来に比べ装置の長寿命化
を図ることができる。

さらに、出力短絡時のオーバシユート電流を電流マイ
ナーループによつてトランス（４）の１次側で制限でき
るため、リアクトル（10）の飽和電流を従来より小さく
することが可能になり、リアクトル（10）の小型化を図
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載する効果を奏する。

第２の検出器，整流部，比較器の電流マイナーループ
をフイードバツク制御ループに設け、比較器による整流
部の出力と誤差増幅器の出力との比較結果に基き、高周
波トランスの２次側の負荷電流に基く誤差増幅器の出力
によるループ制御が追従し得ない瞬時的な変動を、高周
波トランスの１次電流に基く整流部出力によるループ制
御で抑制し、いわゆる２重ループ制御により高周波トラ
ンスの２次側の平滑リアクトル及び溶接負荷までのケー
ブルによるインダクタンスを介することなく、インバー
タへの駆動パルスを制御するため、ループゲインを高く
とることができ、高い出力精度と高速応答性を得ること
が可能となり、高速で変動するアークを高精度に制御で
き、厳密な出力波形制御も可能となり、しかも従来のよ
うな偏磁防止用コンデンサを設けることなく、高周波ト
ランスの偏磁を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の溶接用スイツチング電源装
置の１実施例を示し、第１図は結線図、第２図（ａ）〜
（ｄ）は動作説明用のタイミングチヤート、第３図は従
来例の結線図である。 （１）……入力側整流回路、（３）……高周波インバー
タ、（４）……高周波トランス、（4a），（4b）……１
次,2次巻線、（６）……出力側整流回路、（９）……溶
接負荷、（11）……第１の検出器、（12）……基準電
源、（13）……誤差増幅器、（19）……第２の検出器、
（20）……整流部、（21）……比較器、（22）……クロ
ツク発振器、（23）……ラツチ回路、（27）……インバ
ータ駆動部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森口 晴雄 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３ 号 株式会社三社電機製作所内 (56)参考文献 特開 平２−41778（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−35061（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源の出力を整流する入力側整流回路
   と、 前記入力側整流回路の両出力端子に接続されたスイツチ
   ング素子からなる高周波インバータと、 １次巻線の両端が前記インバータの両出力端子に接続さ
   れた高周波トランスと、 前記トランスの２次巻線の両端に接続された出力側整流
   回路と、 前記出力側整流回路の両出力端子に接続された溶接負荷
   と、 前記負荷を流れる負荷電流を検出する第１の検出器と、 前記第１の検出器による検出電流と基準電流との誤差を
   増幅する誤差増幅器と、 前記トランスの１次巻線を流れる１次電流を検出する第
   ２の検出器と、 前記第２の検出器の出力を整流する整流部と、 前記誤差増幅器の出力と前記整流部の出力とを比較し前
   記整流部の出力が前記誤差増幅器の出力以上のときに比
   較信号を出力する比較器と、 所定周期でクロツクパルスを出力するクロツク発振器
   と、 前記クロツクパルスの入力によりセツトされ前記比較信
   号の入力によりリセツトされるラツチ回路と、 前記ラツチ回路の出力に基き前記スイツチング素子の制
   御端子に駆動パルスを出力して前記インバータの出力を
   制御するインバータ駆動部と を備えたことを特徴とする溶接用スイツチング電源装
   置。