JP2770454B2 - Power supply for arc machining - Google Patents

Power supply for arc machining

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JP2770454B2
JP2770454B2 JP19629089A JP19629089A JP2770454B2 JP 2770454 B2 JP2770454 B2 JP 2770454B2 JP 19629089 A JP19629089 A JP 19629089A JP 19629089 A JP19629089 A JP 19629089A JP 2770454 B2 JP2770454 B2 JP 2770454B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、アーク溶接、切断、加熱、プラズマアーク
溶接、切断等に用いるアーク加工用電源装置の改良に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to an improvement in an arc processing power supply device used for arc welding, cutting, heating, plasma arc welding, cutting, and the like.

〈従来の技術〉 直流電源をスイッチング素子を用いたDC/AC変換回路
によって高周波交流に変換した後に直流に再度変換して
アーク負荷に供給する方式の電源は、使用するDC/AC変
換回路の動作周波数を高くすることによって出力変圧器
を小形軽量化できるとともに、出力の制御を精細に行う
ことができるので、優れた装置として近年種々のものが
開発されている。
<Conventional technology> A DC / AC converter using a switching element converts DC power into high-frequency AC, then converts it back to DC and supplies it to the arc load. By increasing the frequency, the output transformer can be reduced in size and weight, and the output can be controlled precisely, so that various types of excellent devices have been developed in recent years.

第10図にこの種の従来装置の代表的な例の接続図を示
す。同図において、1は交流電源であり、通常商用周波
数の三相または単相交流電源が用いられる。2は整流回
路、3a,3bは直列接続されたコンデンサであり、整流回
路2の出力電圧を2分割している。4a,4bは直列接続さ
れたスイッチング素子であり、トランジスタのような自
己消弧形の素子が用いられる。5a,5bは各スイッチング
素子4a,4bにそれぞれ逆極性で並列接続された整流素子
であり、スイッチング素子4a,4bに逆電圧が印加される
のを防止するための保護用である。6a,6bは、同じくス
イッチング素子4a,4bに並列接続されたコンデンサであ
り、サージ電圧の吸収用である。7は出力変圧器であ
り、その一次巻線はコンデンサ3a,3bの接続点とスイッ
チング素子4a,4bの接続点との間に接続されており、2
次巻線の出力は整流回路8によって整流された後に直流
リアクトル9にて平滑されて直流となり、電極10、アー
ク11、被加工物12からなるアーク負荷に供給される。13
は出力電流検出器、14は出力設定回路、15は出力設定回
路14の出力信号erと出力電流検出器の出力信号Ifとを
比較し、差信号Δv=er−Ifを得る比較器、16は比較
器15の出力信号Δvに応じたパルス幅の駆動信号をスイ
ッチング素子4a,4bに交互に供給するパルス幅制御(PWM
制御)回路である。
FIG. 10 shows a connection diagram of a typical example of this type of conventional apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an AC power supply, which is usually a commercial frequency three-phase or single-phase AC power supply. Reference numeral 2 denotes a rectifier circuit, and reference numerals 3a and 3b denote capacitors connected in series, which divide the output voltage of the rectifier circuit 2 into two. 4a and 4b are switching elements connected in series, and self-extinguishing elements such as transistors are used. Reference numerals 5a and 5b denote rectifying elements connected in parallel to the switching elements 4a and 4b, respectively, with opposite polarities, for protection to prevent application of a reverse voltage to the switching elements 4a and 4b. 6a and 6b are capacitors connected in parallel to the switching elements 4a and 4b, for absorbing surge voltage. Reference numeral 7 denotes an output transformer whose primary winding is connected between the connection point of the capacitors 3a and 3b and the connection point of the switching elements 4a and 4b.
The output of the next winding is rectified by a rectifier circuit 8 and then smoothed by a DC reactor 9 to be DC, and supplied to an arc load composed of an electrode 10, an arc 11 and a workpiece 12. 13
An output current detector, the output setting circuit 14, comparator 15 which compares the output signal I f the output signal e r output setting circuit 14 outputs the current detector, to obtain a difference signal Δv = e r -I f And 16 is a pulse width control (PWM) that alternately supplies a drive signal having a pulse width corresponding to the output signal Δv of the comparator 15 to the switching elements 4a and 4b.
Control) circuit.

同図の装置においては、パルス幅制御回路16からの駆
動信号によってスイッチング素子4a,4bが交互に導通
し、これによって変圧器7には略矩形波状の交流電力が
供給される。この電流は整流回路9にて整流されて後、
直流リアクトル9にて平滑されて溶接負荷に供給され
る。この出力電流は検出器13にて電圧信号Ifに変換さ
れて比較器15にて出力設定信号erと比較されて差信号
Δvとなり、この差信号によって定まるパルス幅の駆動
信号がパルス幅制御回路16にて生成されて出力電流の設
定値に対応する値となるように制御される。このときパ
ルス幅制御回路16の発生する駆動パルスは、そのパルス
幅が誤差信号Δvで定まり、周波数はあらかじめ定めら
れた一定の周波数である。
In the device shown in the figure, the switching elements 4a and 4b are turned on alternately by the drive signal from the pulse width control circuit 16, whereby the transformer 7 is supplied with substantially rectangular wave AC power. After this current is rectified by the rectifier circuit 9,
It is smoothed by the DC reactor 9 and supplied to the welding load. The output current detector 13 is converted into a voltage signal I f is compared with the output setting signal e r in the comparator 15 at and difference signals Δv becomes, the drive signal is a pulse width control of a pulse width determined by the difference signal Control is performed so that the value is generated by the circuit 16 and corresponds to the set value of the output current. At this time, the pulse width of the drive pulse generated by the pulse width control circuit 16 is determined by the error signal Δv, and the frequency is a predetermined constant frequency.

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来装置においては、各スイッチング素子はその
出力回路にほとんどリアクタンス分を有しないので、矩
形波状の駆動信号に対して略矩形波状の電流が流れるよ
うに動作する。
<Problems to be Solved by the Invention> In the above-mentioned conventional device, each switching element has almost no reactance in its output circuit, so that it operates so that a substantially rectangular current flows with respect to a rectangular drive signal. I do.

しかるに、スイッチング素子はステップ状の駆動信号
に対して完全なステップ状の変化をすることができず、
若干のスロープ状に変化する期間を経て目的値に達す
る。このためにスロープ状に電圧・電流が変化する導通
開始時および遮断開始時(スイッチング時)に大きな電
力損失が発生することになる。この損失はスイッチング
の度毎に発生するので、素子の発熱が大となり、このた
めに動作周波数を充分に高くできず、必要な精細度の制
御が得られなくなる。また、この大なる発熱量を放出す
るための冷却機構が大形となってしまい、高周波のDC/A
C変換回路を用いて小形化しようとした効果が相殺され
てしまうことになる。さらに、スイッチング時の電流・
電圧の変化が急速であるので電磁誘導によるノイズの発
生が大となり、自身の制御系のみならず他の機器に対す
るノイズ障害の防止のための対策に多くの費用が必要と
なる。
However, the switching element cannot make a complete step change with respect to the step drive signal,
The target value is reached after a period of a slight slope change. For this reason, a large power loss occurs at the start of conduction and at the start of interruption (at the time of switching) in which the voltage and current change in a slope shape. Since this loss occurs every time switching is performed, the heat generated by the element becomes large, so that the operating frequency cannot be increased sufficiently, and the necessary control of the definition cannot be obtained. In addition, the cooling mechanism for releasing this large amount of heat becomes large, and high-frequency DC / A
The effect of trying to reduce the size using the C conversion circuit is offset. In addition, the current during switching
Since the voltage changes rapidly, the generation of noise due to electromagnetic induction becomes large, and a large amount of cost is required for measures for preventing noise disturbance not only in the control system itself but also in other devices.

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、スイッチング素子を用いたDC/AC変換回路
の出力端子にLC共振回路を設け、このLC共振回路の共振
周波数よりも高い周波数でスイッチング素子を駆動する
とともに、LC共振回路の一部から変圧器を介して出力電
力を取り出すようにして上記問題点を解決したものであ
り、特に出力をフィードバックして基準信号との誤差信
号によってスイッチング素子の導通期間を決定するパル
ス幅制御(PWM制御)を行うとともに、これによって一
方のスイッチング素子が遮断した後にLC共振回路の電流
が略零になったときに逆の極性のスイッチング素子を導
通させるようにLC共振回路の電流零点検出信号にてスイ
ッチング回路の同期を行わせるものである。
<Means for Solving the Problems> The present invention provides an LC resonance circuit at the output terminal of a DC / AC conversion circuit using a switching element, and drives the switching element at a frequency higher than the resonance frequency of the LC resonance circuit. In addition, the above problem is solved by extracting output power from a part of the LC resonance circuit through a transformer. The pulse width control (PWM control) that determines the LC resonance circuit is performed, and when the current of the LC resonance circuit becomes substantially zero after one of the switching elements is cut off, the LC resonance circuit conducts the switching element of the opposite polarity. The switching circuit is synchronized by the current zero point detection signal of the circuit.

〈作用〉 本発明においては、DC/AC変換回路の出力をLC共振回
路に供給することによってスイッチング素子に流れる電
流の変化を正弦波に近づけて電流の急変を防止するとと
もに、DC/AC変換回路の動作周波数をLC共振回路の共振
周波数よりも高い周波数にすることによって出力の調整
を可能とし、また極性の切替をLC共振回路の電流の零点
に同期させることによって零電流スイッチングを実現し
たものである。
<Operation> In the present invention, by supplying the output of the DC / AC conversion circuit to the LC resonance circuit, the change in the current flowing through the switching element is approximated to a sine wave to prevent a sudden change in the current, and the DC / AC conversion circuit By adjusting the operating frequency of the LC resonance circuit to a higher frequency than the resonance frequency of the LC resonance circuit, it is possible to adjust the output, and by switching the polarity to the zero point of the current of the LC resonance circuit, zero current switching is realized. is there.

〈実施例〉 第1図に本発明の実施例の接続図を示す。同図におい
て1ないし12は、第10図に示した従来装置と同機能のも
のを示している。17は出力検出器であり、同図の場合は
出力電圧を検出している。18は出力設定回路であり、出
力検出器17に出力電圧検出器を用いるので、出力電圧を
設定するものを用いる。19は比較器であり、出力設定回
路18の設定値erと出力検出器の出力信号Vfとを比較
し、差信号Δv=er−Vfを出力する。20はリアクト
ル、21はコンデンサであり、リアクトル20とコンデンサ
21とによってLC共振回路を構成しており、出力変圧器7
の一次巻線は、LC共振回路のコンデンサ21の両端から電
力を得ている。22はLC共振回路に流れる電流ILを検出
する共振電流検出器、23は比較的小さな値に設定される
零電流設定回路、24は零電流設定回路23の出力Izと共振
電流検出器22の出力ILの絶対値とを比較して|IL|<Iz
となったときにパルス信号pを発生する零位相検出回
路、25は零位相検出回路24の出力pに同期したノコギリ
波sを発生する発振器、26はノコギリ波発振器25の出力
sと比較器19の出力Δvとを入力とし、Δv>sの期間
中継続した一定振幅の信号dを得る比較回路、27は比較
回路26の出力dをパルス毎に交互に分割してd2,d2
し、スイッチング素子4a,4bに分配する2相分離回路で
ある。ここでノコギリ波発振器25、比較回路26、2相分
離回路27は、比較器19とともにスイッチング素子4a,4b
を駆動するためのパルス発生回路を構成しており、出力
フィードバック式のパルス幅制御(PWM制御)回路の位
相および動作周波数を零位相検出回路24の出力パルスに
同期、追従させるものである。
<Embodiment> FIG. 1 shows a connection diagram of an embodiment of the present invention. In this figure, reference numerals 1 to 12 denote elements having the same functions as those of the conventional apparatus shown in FIG. An output detector 17 detects an output voltage in the case of FIG. Reference numeral 18 denotes an output setting circuit, which uses an output voltage detector as the output detector 17, and uses an output voltage setting circuit for setting the output voltage. 19 is a comparator, compares the set value e r output setting circuit 18 and the output signal V f output detector, and outputs a difference signal Δv = e r -V f. 20 is a reactor, 21 is a capacitor, and reactor 20 and a capacitor
21 and an LC resonance circuit, and the output transformer 7
The primary winding obtains power from both ends of the capacitor 21 of the LC resonance circuit. 22 resonance current detector for detecting a current I L flowing through the LC resonance circuit, 23 is zero-current setting circuit is set to a relatively small value, 24 the output Iz of zero current setting circuit 23 of the resonant current detector 22 compares the absolute value of the output I L | I L | <Iz
A zero-phase detection circuit that generates a pulse signal p when the following condition is satisfied; 25, an oscillator that generates a sawtooth wave s synchronized with the output p of the zero-phase detection circuit 24; 26, an output s of the sawtooth wave oscillator 25 and a comparator 19; And a comparator 27 which receives the output Δv of the comparator as an input and obtains a signal d having a constant amplitude that is continuous during the period Δv> s. The output circuit 27 alternately divides the output d of the comparator circuit 26 for each pulse into d 2 and d 2 . This is a two-phase separation circuit that distributes to the switching elements 4a and 4b. Here, the sawtooth wave oscillator 25, the comparison circuit 26, and the two-phase separation circuit 27 are, together with the comparator 19, the switching elements 4a and 4b.
A pulse generation circuit for driving the pulse width control circuit is configured to synchronize and follow the phase and operating frequency of an output feedback type pulse width control (PWM control) circuit with the output pulse of the zero phase detection circuit 24.

第2図は、第1図の実施例の動作を説明するために各
部の信号の変化を時間の経過とともに示した線図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing changes in signals of respective sections over time for explaining the operation of the embodiment of FIG.

同図において、(a)および(b)はスイッチング素
子4a,4bの各端子電圧の変化を示し、(c)はスイッチ
ング素子4a、整流素子5aおよびコンデンサ6aをそれぞれ
流れる電流I4a,I5a,I6aの変化を図示の矢印方向を正方
向として示し、(d)はスイッチング素子4b,整流素子5
bおよびコンデンサ6bをそれぞれ流れる電流I4b,I5b,I
6bの変化を同様に示してある。(e)はLC共振回路に流
れる電流IL、(f)は電流ILの絶対値|IL|と零電流
設定回路23の設定信号Izとの関係を、(g)は|IL|<I
zの期間に相当する零位相検出回路24の出力pを、
(h)は誤差信号Δvとノコギリ波発振器25の出力sと
の関係をそれぞれ示している。また(i)は比較回路26
の信号dを、(j)および(k)は信号dを2相分離し
たスイッチング素子4a,4bの駆動信号d1,d2をそれぞれ
示している。また(l)は変圧器7に供給される出力電
圧VPである。
In the same figure, (a) and (b) show changes in terminal voltages of the switching elements 4a and 4b, and (c) shows currents I 4a , I 5a and I 5a flowing through the switching element 4a, the rectifying element 5a and the capacitor 6a, respectively. The change in I 6a is shown with the arrow direction shown as the positive direction, and (d) shows the switching element 4b
b and the currents I 4b , I 5b , I
The change in 6b is also shown. (E) current flows in the LC resonance circuit I L, (f) the absolute value of the current I L | a relationship between a zero setting signal Iz current setting circuit 23, (g) is | | I L I L | <I
The output p of the zero-phase detection circuit 24 corresponding to the period of z is
(H) shows the relationship between the error signal Δv and the output s of the sawtooth wave oscillator 25, respectively. (I) shows the comparison circuit 26
(J) and (k) show drive signals d 1 and d 2 of the switching elements 4a and 4b, respectively, obtained by separating the signal d into two phases. The (l) is the output voltage V P to be supplied to the transformer 7.

第1図および第2図において、時刻t=t1において
信号d1が出力中であり、スイッチング素子4aが導通し
ているとする。このとき電流は図中矢印のように、[整
流回路2→スイッチング素子4a→コンデンサ21→リアク
トル20]の方向に流れる。この電流ILは第2図(e)
に示すように、リアクトル20とコンデンサ21とによって
構成される共振回路の共振周波数に応じた正弦波状に変
化してゆく。このとき、コンデンサ21の端子電圧を受け
て変圧器7は正弦波状の出力電圧を発生し、整流回路8
と直流リアクトル9とによって直流に変換されて電極10
と被加工物12との間に供給されてアーク11を発生する。
この出力電圧は出力検出器17にて検出信号Vfとなり、
比較器19にて出力設定回路18の出力erと比較されて誤
差信号Δv=er−Vfとなる。この誤差信号Δvはノコ
ギリ波発生回路25の出力sと比較回路26にて比較されて
Δv>sの間はスイッチング素子4aを継続して導通させ
る。
In FIGS. 1 and 2, the signal d 1 at time t = t 1 is being output, the switching element 4a is conductive. At this time, the current flows in the direction of [rectifier circuit 2 → switching element 4a → capacitor 21 → reactor 20] as shown by the arrow in the figure. This current IL is shown in FIG.
As shown in (2), it changes in a sine wave shape corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit formed by the reactor 20 and the capacitor 21. At this time, the transformer 7 receives the terminal voltage of the capacitor 21 and generates a sinusoidal output voltage.
Is converted to DC by the DC reactor 9 and the electrode 10
The arc 11 is supplied between the workpiece and the workpiece 12 to generate an arc 11.
This output voltage becomes a detection signal Vf by the output detector 17, and
It is compared with the output e r output setting circuit 18 in the comparator 19 with the error signal Δv = e r -V f. The error signal Δv is compared with the output s of the sawtooth wave generation circuit 25 by the comparison circuit 26, and the switching element 4a is continuously turned on while Δv> s.

次に時刻t=t2においてΔv<sとなると比較回路2
6の出力dは零となり、これによってスイッチング素子4
aは遮断する。スイッチング素子4aが遮断してもその直
前までに流れていた電流によって共振回路に蓄えられて
いたエネルギーによって電流ILは流れ続けようとし、
この場合[コンデンサ3a→コンデンサ6a→コンデンサ21
→リアクトル20]の回路と[コンデンサ3b→コンデンサ
6b→コンデンサ21→リアクトル20]の回路に分かれて流
れる。この時刻t=t2の直前においてコンデンサ6aは
スイッチング素子4aが導通しているために端子電圧は略
零であり、コンデンサ6bの端子電圧は整流回路2の出力
電圧に略等しい電圧に充電されている。スイッチング素
子4aの遮断によってコンデンサ6aは充電が開始され、コ
ンデンサ6bは放電を開始する。両コンデンサに対する充
電電流と放電電流はいずれも1/2・ILであり充電と放電
とはほぼ同時間tcで完了し、コンデンサ6aの端子電圧
は電源電圧まで上昇し、コンデンサ6bはスイッチング素
子4aの導通期間中において充電されていた電源電圧から
零まで低下する。それ故スイッチング素子4aには信号d
1が消滅した直後から電流は流れなくなる。
Next, when Δv <s at time t = t 2 , the comparison circuit 2
The output d of 6 becomes zero, which causes
a shuts off. And tries to continue to flow a current I L by energy switching element 4a is accumulated in the resonant circuit current which has been flowing in until immediately before shut off,
In this case, [Capacitor 3a → Capacitor 6a → Capacitor 21
→ Reactor 20] circuit and [Capacitor 3b → Capacitor
6b → capacitor 21 → reactor 20]. Immediately before this time t = t 2 , the terminal voltage of the capacitor 6a is substantially zero because the switching element 4a is conducting, and the terminal voltage of the capacitor 6b is charged to a voltage substantially equal to the output voltage of the rectifier circuit 2. I have. When the switching element 4a is cut off, the capacitor 6a starts charging, and the capacitor 6b starts discharging. Completed in approximately the same time t c is the charge and discharge current and discharge current are both 1/2 · I L and the charge for both capacitor, the terminal voltage of the capacitor 6a is raised to the supply voltage, the capacitor 6b is a switching element The power supply voltage charged during the conduction period of 4a drops to zero. Therefore, the signal d is applied to the switching element 4a.
Immediately after 1 disappears, current stops flowing.

コンデンサ6bの端子電圧が零になると整流素子5bが導
通し、それまでコンデンサ6aと6bとに分れて流れていた
電流ILは整流素子5bのみを通して流れるようになる。
この間リアクトル20およびコンデンサ21に流れる電流I
Lは時刻t=t2から共振周波数に対応する正弦波状に減
少していく。この電流ILの絶対値が零電流設定回路23
の設定値Izよりも小さくなる時刻t=t3において零位
相検出回路24の出力pが発生し、ノコギリ波発振器25は
リセットされる。これによってΔv>sが成立し比較回
路26は再びハイレベル信号dを出力し、この信号dは2
相分離回路27にて信号d2となってスイッチング素子4b
に供給される。このときリアクトル20とコンデンサ21と
からなる共振回路には未だ先と同じ方向の電流が減少し
つつも流れており、したがってスイッチング素子5bに信
号d2が供給されても整流素子5bの順方向電圧降下によ
って逆バイアスされるために導通することはない。次
に、時刻t=t4において電流ILが零になると、すでに
それ以前から導通信号d2が供給されているスイッチン
グ素子4bに電流が流れ始めて共振回路の電流ILの極性
が反転する。
When the terminal voltage of the capacitor 6b becomes zero, the rectifying element 5b conducts, and the current I L that has been divided and passed through the capacitors 6a and 6b flows only through the rectifying element 5b.
During this time, the current I flowing through the reactor 20 and the capacitor 21
L decreases like a sine wave corresponding to the resonance frequency from time t = t 2 . The absolute value of the current I L is zero current setting circuit 23
At time t = t 3 , which is smaller than the set value Iz, the output p of the zero phase detection circuit 24 is generated, and the sawtooth wave oscillator 25 is reset. As a result, Δv> s is satisfied, and the comparison circuit 26 outputs the high-level signal d again.
Switching element 4b becomes the signal d 2 by phase separation circuit 27
Supplied to In this case the reactor 20 and the resonant circuit composed of a capacitor 21. and also flows while still above the current in the same direction is reduced, thus the forward voltage of the rectifier also signal d 2 is supplied to the switching element 5b element 5b It does not conduct because it is reverse biased by the fall. Next, when the current I L becomes zero at time t = t 4, already the polarity of the current I L of the resonant circuit continuity signal d 2 is a current starts to flow in the switching element 4b, which is supplied previously it reverses.

この電流はスイッチング素子4aが導通していたときに
同様に共振回路の共振周波数に応じた正弦波状に変化し
てゆき、電流の極性のみ反対となっている。以後ノコギ
リ波発振器25の出力sが比較回路26の出力信号Δvより
も大となるまでスイッチング素子4bは導通を続け、Δv
<sとなった時点で遮断する。以後の動作は先の時刻t
=t2からt4に至る間の動作と同様であり、このときコ
ンデンサ6aと6b,スイッチング素子4aと4b,整流素子5aと
5bとがそれぞれ逆となり、かつ電流ILの方向も第1図
中の矢印と逆方向となる。
When the switching element 4a is conducting, this current similarly changes in a sine wave shape corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit, and only the polarity of the current is reversed. Thereafter, the switching element 4b continues to conduct until the output s of the sawtooth wave oscillator 25 becomes larger than the output signal Δv of the comparison circuit 26, and Δv
It shuts off at the time of <s. Subsequent operations are performed at the previous time t.
= From t 2 is the same as the operation between leading to t 4, this time the capacitor 6a and 6b, the switching elements 4a and 4b, a rectifying element 5a
5b are opposite to each other, and the direction of the current IL is also opposite to the direction of the arrow in FIG.

上記の動作をくりかえすことによって共振回路には交
流電流が流れ、コンデンサ21はこの電流ILを積分した
電圧Vpが得られることになり、変圧器7の一次入力電圧
Vpが得られる。
Alternating current flows through the resonance circuit by repeating the above operation, the capacitor 21 becomes a voltage Vp obtained by integrating the current I L is obtained, the primary input voltage of the transformer 7
Vp is obtained.

第2図に示した線図は、誤差信号Δvが大きくスイッ
チング素子が比較的長い時間導通しているときの様子を
示している。このため共振回路に流れる様子を示してい
る。このため共振回路に流れる電流はほぼ正弦波の半波
近い期間となっている。しかし、誤差信号Δvが小さい
ときはスイッチング素子の導通期間が短く、これに対し
て共振回路の共振周波数はもとのままであるので、正弦
波の比較的早い時期にスイッチング素子が遮断されて、
この遮断の瞬間から電流の減少が始まるので、共振回路
に流れる電流ILの様子がかわってくる。第3図はこの
ときの様子を示す線図であり、同図(a)ないし(l)
は第2図の(a)ないし(l)にそれぞれ対応する。同
図に示すように共振回路の電流ILは歪が多くなり、こ
れを積分した波形である変圧器の一次電圧も若干の歪が
発生する。しかし、スイッチング素子の導通および遮断
は第2図の場合と全く同様に行なわれるので、第2図お
よび第3図のいずれの場合にもスイッチング損失は生じ
ない。
The diagram shown in FIG. 2 shows a state where the error signal Δv is large and the switching element is conducting for a relatively long time. For this reason, the state of flowing to the resonance circuit is shown. For this reason, the current flowing through the resonance circuit has a period of almost half a sine wave. However, when the error signal Δv is small, the conduction period of the switching element is short, whereas the resonance frequency of the resonance circuit remains unchanged, so that the switching element is cut off relatively early in the sine wave,
Since decrease in current from the moment of the cut-off begins, it varies a state of the current I L flowing in the resonant circuit. FIG. 3 is a diagram showing the situation at this time, and FIGS.
Correspond to (a) to (l) of FIG. 2, respectively. Current I L of the resonant circuit as shown in the figure distortion is increased, the primary voltage of the transformer is a waveform obtained by integrating the also slight distortion occurs. However, since the switching elements are turned on and off in exactly the same manner as in FIG. 2, no switching loss occurs in either of FIGS. 2 and 3.

ここで各スイッチング素子に対する導通駆動信号は、
必ず共振回路の共振周波数の半周期以内で終了すること
が重要である。もし共振周波数の半周期を越えて駆動信
号が供給されたときには、導通信号が供給されている間
は電流は共振回路の定数に従った振動電流となる。この
場合、導通信号が供給されているスイッチング素子の導
通方向と逆の極性の電流の期間は他方のスイッチング素
子と並列に接続されている整流素子を通して電流が流れ
ることになり、この期間は電源からの電力の供給はな
く、共振回路の蓄積エネルギーの放出のみである。それ
故、この期間の出力は小さく、出力の正負がアンバラン
スとなり、出力の脈動が極めて大となる。さらにこの振
動電流がスイッチング素子の導通する極性と反対の極性
のとき、即ち反対の極性のスイッチング素子に並列に接
続される整流素子を通して流れているときに終了する
と、これによって電流が減少して|IL|<Izとなった後
に次のスイッチング素子に導通信号が供給することにな
り、このため先の導通期間の最後の半波と同方向の極性
の電流が流れ出すことになる。この結果、同方向の半波
がスイッチングの度毎に2回連続することになって出力
の脈動を助長することのみならず、出力変圧器の磁気飽
和を招き、出力が低下し、さらには変圧器やスイッチン
グ素子が破壊される事故につながるものである。
Here, the conduction drive signal for each switching element is
It is important that the operation be completed within a half cycle of the resonance frequency of the resonance circuit. If the drive signal is supplied beyond the half cycle of the resonance frequency, the current becomes an oscillating current according to the constant of the resonance circuit while the conduction signal is supplied. In this case, during the period of the current having the polarity opposite to the conduction direction of the switching element to which the conduction signal is supplied, the current flows through the rectifying element connected in parallel with the other switching element. Is not supplied, but only the energy stored in the resonance circuit is released. Therefore, the output during this period is small, the sign of the output becomes unbalanced, and the pulsation of the output becomes extremely large. Further, when the oscillating current ends when the polarity of the oscillating current is opposite to the conducting polarity of the switching element, that is, when the oscillating current is flowing through the rectifying element connected in parallel with the switching element of the opposite polarity, the current decreases, thereby | After I L | <Iz, a conduction signal is supplied to the next switching element, so that a current having the same polarity as the last half wave of the previous conduction period flows out. As a result, the half-wave in the same direction continues twice each time switching is performed, which not only promotes output pulsation, but also causes magnetic saturation of the output transformer, lowers the output, and further reduces the voltage. This can lead to accidents in which devices and switching elements are destroyed.

次に、零電流設定回路23の設定値Izの定め方について
説明する。本発明の装置は上記のように、共振回路の電
流ILが正弦波状に変化してゆき、|IL|<Izとなったと
きに次の極性の電流を流すためのスイッチング素子に導
通信号を供給するものである。この時点においては、元
の極性の電流が継続して逆並列に接続された整流素子を
流れていることが必須の条件となる。それ故、信号Izは
零ではなく比較的大きめ目の電流は、例えば共振電流の
最大値の5〜10%程度に設定する。但し、この設定値を
あまり大きな値に設定すると出力調整範囲がそれだけ狭
くなるので、必要最少限に留めるべきである。
Next, how to determine the set value Iz of the zero current setting circuit 23 will be described. Apparatus as described above of the present invention, current I L of the resonant circuit so on are changed sinusoidally, | I L | <conduct signals to the switching elements for supplying the next polarity of the current when it becomes Iz Is to supply. At this point, it is an essential condition that the current of the original polarity continues to flow through the rectifying elements connected in antiparallel. Therefore, the signal Iz is not zero and a relatively large current is set to, for example, about 5 to 10% of the maximum value of the resonance current. However, if this set value is set to an excessively large value, the output adjustment range is narrowed accordingly, so that it should be kept to the minimum necessary.

第1図の実施例においては、共振回路の共振周波数の
半波の終了よりも早い時期、正確には|IL|>Izのうち
に通常の誤差電圧Δvに対してΔv<sとなってスイッ
チング素子の導通期間が終了するときの例を示してあ
る。この場合、ノコギリ波発振器25の出力電圧の変化速
度(勾配)は、共振周波数に対して上記の条件を満たす
ように決定されている。
In the embodiment of FIG. 1, earlier than the end of the half-wave of the resonance frequency of the resonance circuit, to be precise, Δv <s with respect to the normal error voltage Δv within | I L |> Iz. An example when the conduction period of the switching element ends is shown. In this case, the changing speed (gradient) of the output voltage of the sawtooth wave oscillator 25 is determined so as to satisfy the above condition with respect to the resonance frequency.

次に第1図の実施例において、出力設定信号を急変さ
せたときや負荷の状態が急変したときの様子を第4図の
線図にて説明する。このときには第4図に示すように誤
差電圧が過大となり、Δv<sに至るまでに共振周波数
の半波が終了してしまうことが発生する。この場合に
は、Δv<sに至る以前に電流ILの絶対値|IL|が正弦
波に従って低下し、第4図の時刻t=t0には|IL|<Iz
となって零位相検出回路24の出力信号pがハイレベルと
なり、ノコギリ波発生回路25をリセットし、これによっ
て導通しているスイッチング素子に対する駆動信号を遮
断し、直後に他方のスイッチング素子に対する駆動信号
を供給して共振回路の共振周期の半波よりも零電流設定
値Izによって定まる期間だけ短い周期でスイッチング周
期を決定することになる。
Next, the situation when the output setting signal is suddenly changed or the load condition is suddenly changed in the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to the diagram of FIG. At this time, as shown in FIG. 4, the error voltage becomes excessive, and a half-wave of the resonance frequency ends before Δv <s. In this case, before reaching Δv <s, the absolute value | I L | of the current I L decreases in accordance with the sine wave, and at time t = t 0 in FIG. 4, | I L | <Iz
As a result, the output signal p of the zero-phase detection circuit 24 becomes high level, resets the sawtooth wave generation circuit 25, thereby cutting off the drive signal for the conducting switching element, and immediately thereafter, the driving signal for the other switching element. And the switching cycle is determined by a cycle shorter than a half-wave of the resonance cycle of the resonance circuit by a period determined by the zero current set value Iz.

この場合、第1図の並列コンデンサ6a,6bが設けられ
ていなければ、|IL|<Izとなってスイッチング素子4a
(または4b)に対する駆動信号が消滅した直後から整流
素子5b(または5a)が導通して、その直後の電流に略等
しい電流、即ち|IL|=Izが流れ、時間の経過にしたが
って共振回路の蓄積エネルギーがアーク負荷によって消
費されて減少し、ILが零となったときにすでに導通信
号が供給されているスイッチング素子4b(または4a)に
電流が流れ始めることになる。
In this case, unless the parallel capacitors 6a and 6b of FIG. 1 are provided, | I L | <Iz and the switching element 4a
Immediately after the drive signal for (or 4b) disappears, the rectifying element 5b (or 5a) conducts, and a current substantially equal to the current immediately after that, that is, | I L | = Iz, flows, and the resonance circuit passes over time. Is reduced by the arc load, and when IL becomes zero, a current starts to flow through the switching element 4b (or 4a) to which the conduction signal is already supplied.

しかし、第1図のように並列接続されているコンデン
サ6a,6bがあるときには、このコンデンサに充電されて
いた電荷がスイッチング素子に導通信号が供給された瞬
間に第4図の“イ”に示すように、そのスイッチング素
子のみを通して放電することになる。このために新たに
導通が開始する方のスイッチング素子に大きな損失が発
生することになる。
However, when there are capacitors 6a and 6b connected in parallel as shown in FIG. 1, the charges charged in these capacitors are shown at "a" in FIG. 4 at the moment when the conduction signal is supplied to the switching element. As described above, discharge is performed only through the switching element. For this reason, a large loss occurs in the switching element in which conduction is newly started.

上記の現象を防止するためには、第1図の接続図にお
いて、設定値Izを若干高めに設定し、この設定値Izに対
して|IL|<Izとなって零位相検出回路24の出力pがハ
イレベルとなったときから一定期間は次のスイッチング
素子駆動信号dの出力を禁止する時限回路を設ければよ
い。
In order to prevent the above phenomenon, in the connection diagram of FIG. 1, the set value Iz is set slightly higher, and | I L | <Iz with respect to this set value Iz so that the zero-phase detection circuit 24 It is sufficient to provide a timed circuit for prohibiting the output of the next switching element drive signal d for a certain period from when the output p becomes high level.

第5図は上記の機能を持たせるために、第1図の実施
例に零位相検出回路24の出力pの立上りにより一定時間
ハイレベル信号mを発生するモノマルチバイブレータ3
0,モノマルチバイブレータ30の出力を反転するインバー
タ31および比較器19と比較回路26との間に設けられて誤
差信号Δvを開閉するアナログスイッチ32とを追加した
本発明の別の実施例を示す接続図である。
FIG. 5 shows a mono-multivibrator 3 for generating a high-level signal m for a certain period of time in response to the rise of the output p of the zero-phase detecting circuit 24 in the embodiment of FIG.
0 shows another embodiment of the present invention in which an inverter 31 for inverting the output of the monomultivibrator 30 and an analog switch 32 provided between the comparator 19 and the comparison circuit 26 for opening and closing the error signal Δv are added. FIG.

第6図は、第5図の実施例の動作を説明するための線
図であり、(a)は共振回路の電流ILの絶対値|IL|の
変化を示し、(b)は零位相検出回路24の出力p、
(c)はモノマルチバイブレータ30の出力m、(d)は
ノコギリ波発振器25の出力sと誤差信号Δvとの関係を
示し、(e)は比較回路26の出力d、(f)および
(g)は2相分離回路27の出力d1およびd2の変化の様
子をそれぞれ示している。
Figure 6 is a diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. 5, (a) represents the absolute value of the current I L of the resonance circuit | I L | shows changes in, (b) is zero The output p of the phase detection circuit 24,
(C) shows the relationship between the output m of the monomultivibrator 30, (d) shows the relationship between the output s of the sawtooth wave oscillator 25 and the error signal Δv, and (e) shows the outputs d, (f) and (g) of the comparison circuit 26. () Shows how the outputs d 1 and d 2 of the two-phase separation circuit 27 change.

第5図および第6図において、図示のように誤差信号
Δvが過大となり、ノコギリ波sより大のまま共振電流
Lの半周期が終わるような場合、|IL|<Izとなる時刻
t=t1において信号pがハイレベルとなり、これによ
ってノコギリ波発振器25がリセットされてスイッチング
素子4aに対する駆動信号d1がローレベルとなる。これ
と同時に、モノマルチバイブレータが信号pの立上り時
点でトリガーされて一定時間Tmの間だけハイレベル信号
mを出力する。この信号mはインバータ31によって信号
pの立上り時から時間Tmの間だけローレベルとなる信号
に変換され、この信号によってアナログスイッチ32は時
間Tmの間だけ開き、他の期間は閉じるように動作する。
この結果、誤差信号Δvは|IL|<Izとなる時刻t=t1
からTmの間だけ遮断され、このため比較回路26は入力信
号のうちΔvが零となるのでs>Δvが成立して、信号
dはTmの期間ローレベルとなる。この結果、スイッチン
グ素子4bは時刻t=t1からTmだけ経過した時刻t=t2
においてハイレベルの駆動信号d2が供給されることに
なる。それ故、このマルチバイブレータ30の時限Tmをコ
ンデンサ6a,6bの充放電に要する時間(第2図の時間
c)よりもわずかに長い時間に設定すれば、次にスイ
ッチング素子4bに駆動信号d2が与えられたときにコン
デンサ6bからの放電電流は発生しない。
In FIGS. 5 and 6, when the error signal Δv becomes excessively large and the half cycle of the resonance current I L ends while being larger than the sawtooth wave s, the time t at which | I L | <Iz is satisfied = T 1 , the signal p goes to high level, thereby resetting the sawtooth wave oscillator 25 and the drive signal d 1 for the switching element 4a goes to low level. At the same time, the mono-multivibrator is triggered at the rising edge of the signal p and outputs a high-level signal m for a fixed time Tm. This signal m is converted by the inverter 31 into a signal which becomes low level only during the time Tm from the rise of the signal p, and this signal causes the analog switch 32 to open only during the time Tm and close during the other periods. .
As a result, the error signal Δv becomes the time t = t 1 when | I L | <Iz.
To Tm, the comparison circuit 26 has Δv of the input signal of zero, so that s> Δv holds, and the signal d is at the low level during the period of Tm. As a result, the switching element 4b operates at time t = t 2 , which is Tm after time t = t 1.
, A high-level drive signal d 2 is supplied. Therefore, if the time limit Tm of the multivibrator 30 is set to a time slightly longer than the time required for charging and discharging the capacitors 6a and 6b (the time Tc in FIG. 2), then the drive signal d is transmitted to the switching element 4b. When 2 is given, no discharge current is generated from the capacitor 6b.

また、第1図の実施例において説明したように、次の
極性の電流を流すためのスイッチング素子に駆動信号を
供給する時期は先の極性の電流が並列に接続された整流
素子を通して流れつづけている間であることが、次の極
性の電流が零からスイッチング素子に流れ始めるための
必須条件であるので、零電流設定回路23の設定値Izは比
較的高めに設定することが必要である。
Further, as described in the embodiment of FIG. 1, when the drive signal is supplied to the switching element for flowing the current of the next polarity, the current of the previous polarity continues to flow through the rectifying element connected in parallel. Since this is an essential condition for the current of the next polarity to start flowing from zero to the switching element, the set value Iz of the zero current setting circuit 23 needs to be set relatively high.

次にモノマルチバイブレータ30の出力mの消滅により
アナログスイッチ32が閉じると、このとき以前にノコギ
リ波sは低い値となっているのでΔv>sが成立し、比
較回路26はハイレベル信号dを出力し、これによって信
号d2がハイレベルとなり、スイッチング素子4bに導通
信号を供給される。このとき共振電流ILが未だ零にな
っていないようにIzおよびTmを定めておけば電流IL
整流素子5bを通して流れつづけるのでスイッチング素子
4bは逆バイアスされて、実際には電流が流れない。この
電流が減少して零になる時刻t=t3においてスイッチ
ング素子4bに電流が流れ始めて極性が反転する。
Next, when the analog switch 32 is closed due to the disappearance of the output m of the monomultivibrator 30, the sawtooth wave s has a low value before, so that Δv> s holds, and the comparison circuit 26 outputs the high-level signal d. output, whereby the signal d 2 becomes high level, is supplied with continuity signal to the switching element 4b. At this time, if Iz and Tm are determined so that the resonance current I L has not yet become zero, the current I L continues to flow through the rectifying element 5b.
4b is reverse biased and does not actually conduct current. At time t = t 3 when the current decreases to zero, the current starts to flow through the switching element 4b, and the polarity is inverted.

第7図は、スイッチング素子に並列コンデンサを設け
たときにもスイッチング損失が発生しないようにした、
さらに別の実施例を示す接続図である。同図において、
スイッチング素子4aないし4dをブリッジに組んでDC/AC
変換回路を構成している。したがって、各スイッチング
素子に並列に接続されている整流素子とコンデンサも、
5aないし5dおよび6aないし6dからなる4組を設けてあ
る。また、出力検出器17としては第1図,第5図の実施
例と異なり出力電流を検出し信号Ifを出力する電流検
出器を用い、出力設定回路18としては出力電流設定信号
rを出力するものを用いて、定電流制御を行うときの
例を示している。さらに零電流設定回路23の設定値Izよ
りも若干高いIrに定められた電流設定回路28と、この電
流設定回路28の出力Irと共振電流検出器22の検出信号
Lとを比較し、|IL<Irとなったときにハイレベル信
号を出力する比較回路29が設けられている。比較回路29
は、|IL|<Irのときにハイレベル信号p2を出力し、
比較回路19の出力Δvとともにパルス発生回路33に供給
される。パルス発生回路33は、|IL|<Izの信号p1によ
ってリセットされるノコギリ波s1の発振器と、このノ
コギリ波のリセット時からハイレベルとなりΔv<s1
となるかまたは|IL|<Irとなったときにローレベルに
なる信号dを出力する回路であり、この出力信号dは2
相分離回路27にて入力信号の到来のたびに交互にハイレ
ベル信号d1,d2に分離されて、スイッチング素子4aと4d
とに信号d1が、またスイッチング素子4bと4cとに信号
2が供給されて、各組のスイッチング素子が同時に導
通、遮断制御される。その他の部分は第1図の実施例と
同機能のものに同符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 7 shows that switching loss does not occur even when a parallel capacitor is provided in the switching element.
FIG. 10 is a connection diagram showing still another embodiment. In the figure,
DC / AC with switching elements 4a to 4d assembled in a bridge
It constitutes a conversion circuit. Therefore, the rectifier and capacitor connected in parallel to each switching element also
Four sets of 5a to 5d and 6a to 6d are provided. The first figure as the output detector 17, using a current detector which outputs a fifth view of an embodiment with different detecting an output current signal I f, as the output setting circuit 18 the output current setting signal e r An example in which constant current control is performed by using an output device is shown. Moreover compared to the current setting circuit 28 defined slightly higher Ir than the set value Iz of zero-current setting circuit 23, the output I r of the current setting circuit 28 and the detection signal I L of the resonant current detector 22, A comparison circuit 29 for outputting a high-level signal when | I L <I r is provided. Comparison circuit 29
Outputs a high-level signal p 2 when | I L | <I r ,
The output Δv of the comparison circuit 19 is supplied to the pulse generation circuit 33 together with the output Δv. The pulse generating circuit 33 includes an oscillator of the sawtooth wave s 1 reset by the signal p 1 of | I L | <Iz, and a high level Δv <s 1 from the time of resetting the sawtooth wave.
Or a circuit that outputs a signal d that goes low when | I L | <I r.
Each time an input signal arrives, the signal is alternately separated into high-level signals d 1 and d 2 by a phase separation circuit 27, and the switching elements 4a and 4d
Preparative to the signal d 1 is also the signal d 2 is supplied to the switching element 4b and 4c, conducting each set of the switching elements at the same time, is blocked controlled. Other parts having the same functions as those in the embodiment of FIG.

第7図の実施例で使用するパルス発生回路33の具体的
な実施例を第8図に示す。同図において、FF1はフリッ
プフロップ回路であり、クロック入力端子CKに比較回路
29の出力p2が、またクリアー入力端子CLに零位相検出
回路24の出力p1が供給されて、信号p2の立上りでQ端
子出力がハイレベルとなり、信号p1の立上りにてリセ
ットされてQ端子出力がローレベルに復帰する。Amp1は
演算増幅器であり、抵抗器R1およびコンデンサC1ととも
に直流電源E1の電圧を積分し、信号p1にて閉じるアナ
ログスイッチAW1にてリセットされるノコギリ波発振器
を構成しており、信号p1に同期したノコギリ波を発生
する。Comp1は比較器であり、誤差信号Δvとノコギリ
波発振器の出力s1とを比較し、Δv>s1の間ハイレベ
ルとなる信号s2を出力する。NOR1はノアゲートであ
り、フリップフロップ回路FF1の出力信号s3および比較
器Comp1の出力信号s2がともにローレベルのときにのみ
ハイレベルとなり、信号s2,s3のうち一方の入力信号で
もハイレベル信号であるときはローレベルとなる信号d
を出力する。この信号dはパルス発生回路30の出力信号
として第7図の2相分離回路27に供給されて信号d1,d2
となる。
FIG. 8 shows a specific embodiment of the pulse generation circuit 33 used in the embodiment of FIG. In the figure, FF1 is a flip-flop circuit, and a comparison circuit is connected to a clock input terminal CK.
29 outputs p 2 is, also is supplied with the output p 1 of the zero-phase detection circuit 24 to clear input terminal CL, Q terminal output at the rising of the signal p 2 becomes high level, is reset at the rising edge of the signal p 1 As a result, the Q terminal output returns to a low level. Amp1 is an operational amplifier, the resistance R1 and the capacitor C1 integrates the voltage of the DC power supply E1, constitute a sawtooth oscillator which is reset by an analog switch AW1 close by signals p 1, the signal p 1 Generates a synchronized sawtooth wave. Comp1 is a comparator, compares the output s 1 of the error signal Delta] v and the sawtooth oscillator, and outputs a signal s 2 to be between high-level Delta] v> s 1. NOR1 is NOR gate, only a high level when the output signal s 3 and the output signal s 2 are both low level of the comparator Comp1 of the flip-flop circuit FF1, high in one input signal of the signal s 2, s 3 When the signal is a level signal, the signal d becomes a low level.
Is output. The signal d is a signal d 1 is supplied to the 2-phase separation circuit 27 of Figure 7 as an output signal of the pulse generating circuit 30, d 2
Becomes

第8図のパルス発生回路を用いたときの第7図の実施
例の動作を第9図の線図によって説明する。第8図にお
いて誤差信号Δvが共振回路の共振周波数の半波の期間
内にノコギリ波発生回路の出力s1より大となるときに
は第1図の実施例と同様の動作をする。例えば、第9図
の時刻t=t1においてスイッチング素子4aと4dとが導
通していて第7図の矢印方向に電流が流れている状態か
らΔc<sとなって遮断したときには、電流は[リアク
トル20→コンデンサ21→コンデンサ6b→コンデンサ6a]
の回路と、[リアクトル20→コンデンサ21→コンデンサ
6d→コンデンサ6c]の回路とに分れて流れる。これによ
って、コンデンサ6a,6dは充電され、コンデンサ6b,6cは
放電する。コンデンサ6aないし6dの充放電が完了する
と、電流は[リアクトル20→コンデンサ21→整流素子5b
→整流回路2→整流素子5c]の回路を流れる。この間共
振回路に蓄えられていたエネルギーが変圧器7を介して
アーク負荷にて消費されるに従って回路を流れる電流は
減少してゆく。時刻t=t2にて|IL|<IRとなると信
号p2がハイレベルとなり、この信号p2の立上りによっ
て第8図のフリップフロップ回路FF1がセットされてQ
端子出力がハイレベルとなる。しかし、t=t1におい
てΔv<sとなっているのでノアゲートNOR1はすでにロ
ーレベルとなっており、パルス発生回路33の出力dは時
刻t=t1にローレベルになったまま変化しない。この
状態が継続し、さらに電流ILが減少して時刻t=t3
至って|IL|<Izとなると信号p1がハイレベルとなり、
第8図のコンデンサC1が短絡されてノコギリ波s1が零
にリセットされ、同時にフリップフロップ回路FF1も信
号p1の立上りによってリセットされる。これによって
信号s2,s3ともにローレベルとなり、信号dがハイレベ
ルとなる。信号dは2相分離回路27にて分離されて信号
2がハイレベルとなり、スイッチング素子4b,4cに駆動
信号として供給される。この時点では電流ILは減少し
ているものの未だ零ではなく、図の矢印方向に整流素子
5b,5cを通して流れ続けているので、スイッチング素子4
b,4cは逆バイアスの状態にあり導通しない。次に電流が
減少して時刻t=t4に至って零になると、導通信号d2
が与えられているスイッチング素子4b,4cに電流が流れ
始め、これによって電流ILは反転する。
The operation of the embodiment of FIG. 7 when the pulse generating circuit of FIG. 8 is used will be described with reference to the diagram of FIG. In FIG. 8, when the error signal Δv becomes larger than the output s 1 of the sawtooth wave generating circuit within the half-wave period of the resonance frequency of the resonance circuit, the same operation as in the embodiment of FIG. 1 is performed. For example, when the cut off becomes ninth view of the time t = .DELTA.c from a state in which the switching elements 4a and 4d are a current flows in the arrow direction of FIG. 7 and not conduct at t 1 <s, the current is [ Reactor 20 → Capacitor 21 → Capacitor 6b → Capacitor 6a]
Circuit and [Reactor 20 → Capacitor 21 → Capacitor
6d → capacitor 6c]. Thereby, the capacitors 6a and 6d are charged, and the capacitors 6b and 6c are discharged. When charging / discharging of the capacitors 6a to 6d is completed, the current is changed to [reactor 20 → capacitor 21 → rectifier 5b
→ rectifier circuit 2 → rectifier element 5c]. During this time, as the energy stored in the resonance circuit is consumed by the arc load via the transformer 7, the current flowing through the circuit decreases. When | I L | <I R at time t = t 2 , the signal p 2 goes high, and the rising of the signal p 2 sets the flip-flop circuit FF1 of FIG.
The pin output goes high. However, since Δv <s at t = t 1 , the NOR gate NOR1 is already at the low level, and the output d of the pulse generation circuit 33 remains at the low level at the time t = t 1 and does not change. This state continues, further current I L is reached at time t = t 3 decreases | becomes <Iz become the signal p 1 is high level, | I L
Sawtooth wave s 1 are short-circuited capacitor C1 eighth diagram is reset to zero and is reset at the same time by the rise of the flip-flop circuit FF1 also signals p 1. As a result, the signals s 2 and s 3 are both at a low level, and the signal d is at a high level. Signal d is separated by 2-phase separation circuit 27 signals d 2 becomes high level, the switching element 4b, is supplied as a drive signal to 4c. At this time, the current IL has decreased but is not yet zero, and the rectifying element
As it continues to flow through 5b and 5c, switching element 4
b and 4c are in a reverse bias state and do not conduct. Next, when the current decreases and reaches zero at time t = t 4 , the conduction signal d 2
, The current starts to flow through the switching elements 4b and 4c to which the current IL is applied, whereby the current IL is inverted.

このようにして電流ILの極性が反転した後、時刻t
=t5に示すように出力設定値や負荷が急変して誤差信
号Δvが過大となり、共振回路の共振周波数の半波のう
ちにΔv<s1にならないときには、|IL|<Irとなる時
刻t=t6において信号p2がハイレベルとなり、フリッ
プフロップ回路FF1の出力s3がハイレベルとなり、未だ
Δv>s1であるにもかかわらず、信号d、即ち信号d2
をローレベルにする。その結果、スイッチング素子4b,4
cが遮断して、電流ILはコンデンサ6a,6bおよび6c,6dを
通って流れ続け、これらの充放電の完了によって整流素
子5a,5dを通って流れることになる。さらに電流ILが減
少して|IL|<Izとなると、信号p1がハイレベルとな
り、ノコギリ波s1がリセットされるとともにフリップ
フロップ回路FF1もリセットされて信号s2,s3ともにロ
ーレベルとなって信号dが再びハイレベルとなり、この
信号dが2相分離回路27にて信号d1となってスイッチ
ング素子4a,4dに供給される。この後、さらに電流が減
少してILが零となったときにスイッチング素子4a,4dに
電流が流れ始めて電流ILの極性が反転する。
After the polarity of the current I L is inverted in this way, at the time t
= Error signal Delta] v becomes excessive output set value and a load as shown in t 5 is suddenly changed, when not in Delta] v <s 1 within a half wave of the resonant frequency of the resonant circuit, | a <Ir | I L At time t = t 6 , the signal p 2 goes to a high level, the output s 3 of the flip-flop circuit FF 1 goes to a high level, and the signal d, that is, the signal d 2 , despite the fact that Δv> s 1 still holds.
To low level. As a result, the switching elements 4b, 4
c and cut off, the current I L continues to flow through capacitors 6a, 6b and 6c, the 6d, so that upon completion of charging and discharging flow through the rectifying element 5a, the 5d. When the current I L further decreases and | I L | <Iz, the signal p 1 goes to a high level, the sawtooth wave s 1 is reset, and the flip-flop circuit FF 1 is also reset, so that the signals s 2 and s 3 are both low. signal d becomes high level again become level, the switching elements 4a and the signal d is a signal d 1 at 2-phase separation circuit 27, it is supplied to 4d. Thereafter, the current further switching element 4a when reduced to I L becomes zero, the polarity of the current I L a current begins to flow to 4d is reversed.

第7図の実施例は上記のように動作するので、半波の
期間中に誤差信号Δvが過大でノコギリ波発振器の出力
信号s1よりも低くならないときにも信号Irを信号Izよ
りも若干高い適値に設定することによって一定の間隔を
もって極性の切換が行なわれることになる。この結果、
スイッチング素子に並列にコンデンサを有するときも、
このコンデンサの充電電荷がスイッチング素子を通して
短絡状態で放電することはなく、スイッチングが必ず零
電流時に行なわれることになる。それ故、各スイッチン
グ素子にはサージ吸収用として十分な容量のコンデンサ
を並列に接続することができる。
Since the embodiment of FIG. 7 operates as described above, than the signal Iz signal I r even when the error signal Δv during the half-wave is not lower than the output signal s 1 of excessive sawtooth wave oscillator By setting a slightly higher appropriate value, the polarity is switched at regular intervals. As a result,
Even when having a capacitor in parallel with the switching element,
The charge of this capacitor is not discharged in a short-circuit state through the switching element, and the switching is always performed at zero current. Therefore, a capacitor having a sufficient capacity for absorbing surge can be connected in parallel to each switching element.

なお第7図の実施例は、第1図および第5図の実施例
にも示したように他の方式のDC/AC変換回路を適用する
ことが可能であり、また出力設定回路と出力検出器とに
それぞれ出力電流のかわりに出力電圧を設定および検出
するものを用いて定電圧制御を行うようにしてもよいの
はもちろんである。
In the embodiment of FIG. 7, it is possible to apply a DC / AC conversion circuit of another system as shown in the embodiments of FIGS. 1 and 5, and an output setting circuit and an output detection circuit. It is a matter of course that the constant voltage control may be performed by using a device for setting and detecting the output voltage instead of the output current for each device.

〈発明の効果〉 上記のように本発明においては、スイッチング素子を
必ず流れる電流が零の状態でスイッチングすることによ
り、かつ導通開始時の電流の立上りが正弦波状となり、
ゆるやかに上昇するのでスイッチング損失の発生がほぼ
零になるので、DC/AC変換回路の動作周波数を高く設定
できる。また、回路の電圧・電流の変化は急激ではない
ので矩形波状の電流が流れる従来装置に比較して電磁ノ
イズの発生が極めて少なくなる。
<Effect of the Invention> As described above, in the present invention, by switching in a state where the current flowing through the switching element is always zero, and the rise of the current at the start of conduction becomes a sine wave,
Since the occurrence of switching loss becomes almost zero because of the gradual rise, the operating frequency of the DC / AC conversion circuit can be set high. In addition, since the voltage and current of the circuit do not change suddenly, the generation of electromagnetic noise is extremely reduced as compared with the conventional device in which a rectangular current flows.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例を示す接続図、第2図は第1図
の実施例の動作を説明するための線図、第3図は第1図
の実施例において誤差信号が小なるときの動作を説明す
るための線図、第4図は誤差信号が過大なときの動作を
説明するための線図、第5図は本発明の別の実施例を示
す接続図、第6図は第5図の実施例の動作を説明するた
めの線図、第7図は本発明のさらに別の実施例を示す接
続図、第8図は第6図の実施例で用いるパルス発生回路
の具体的な実施例を示す接続図、第9図は第7図の実施
例の動作を説明するための線図、第10図は従来の装置の
例を示す接続図である。 2……整流回路、3a,3b……コンデンサ、4a〜4d……ス
イッチング素子、5a〜5d……整流素子、6a〜6d……コン
デンサ、7……変圧器、8……整流回路、9……直流リ
アクトル、8……出力検出器、18……出力設定回路、19
……比較回路、20……リアクトル、21……コンデンサ、
22……共振電流検出器、23……零電流設定回路、24……
零位相検出回路、25……ノコギリ波発振器、26……比較
回路、27……2相分離回路、28……電流設定回路、29…
…比較回路、30……パルス発生回路、FF1……フリップ
フロップ回路、NOR1……ノアゲート、Comp1……比較
器、Amp1……演算増幅器、AW1……アナログスイッチ
FIG. 1 is a connection diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram in which the error signal is small in the embodiment of FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation when the error signal is excessive, FIG. 5 is a connection diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. Is a diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. 5, FIG. 7 is a connection diagram showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram of a pulse generating circuit used in the embodiment of FIG. FIG. 9 is a connection diagram showing a specific embodiment, FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. 7, and FIG. 10 is a connection diagram showing an example of a conventional apparatus. 2 ... Rectifier circuit, 3a, 3b ... Capacitor, 4a-4d ... Switching element, 5a-5d ... Rectifier element, 6a-6d ... Capacitor, 7 ... Transformer, 8 ... Rectifier circuit, 9 ... ... DC reactor, 8 ... Output detector, 18 ... Output setting circuit, 19
…… Comparison circuit, 20… Reactor, 21 …… Capacitor,
22 ... Resonant current detector, 23 ... Zero current setting circuit, 24 ...
Zero phase detection circuit, 25 ... sawtooth wave oscillator, 26 ... comparison circuit, 27 ... two-phase separation circuit, 28 ... current setting circuit, 29 ...
... Comparison circuit, 30 ... Pulse generation circuit, FF1 ... Flip-flop circuit, NOR1 ... Nor gate, Comp1 ... Comparator, Amp1 ... Operational amplifier, AW1 ... Analog switch

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】直流電源と、前記直流電源の出力をスイッ
チング素子により高周波交流に変換するDC/AC変換回路
と、前記DC/AC変換回路の出力端子に接続されたLC共振
回路と、前記LC共振回路に蓄えられるエネルギーの一部
を取り出すための変圧器と、前記変圧器の出力を直流に
変換して負荷に供給するAC/DC変換回路と、前記DC/AC変
換回路を前記LC共振回路の共振周波数よりも高い周波数
で駆動するためのスイッチング素子制御回路と、前記ス
イッチング素子の遮断時に前記共振回路に流れていた電
流を還流させるための前記スイッチング素子にそれぞれ
逆極性で並列に接続された整流素子とを具備したアーク
加工用電源装置。
A DC power supply; a DC / AC conversion circuit for converting an output of the DC power supply into a high-frequency AC by a switching element; an LC resonance circuit connected to an output terminal of the DC / AC conversion circuit; A transformer for extracting a part of the energy stored in the resonance circuit, an AC / DC conversion circuit for converting the output of the transformer into DC and supplying the DC to a load, and the LC / LC conversion circuit A switching element control circuit for driving at a frequency higher than the resonance frequency of the switching element and a switching element for returning the current flowing through the resonance circuit when the switching element is cut off are connected in parallel with opposite polarities. An arc machining power supply device comprising a rectifying element.
【請求項2】前記スイッチング素子制御回路は前記LC共
振回路に流れる電流ILの絶対値が零に近い一定値Iz以
下となったときにパルスpを発生する零位相検出回路
と、出力設定回路と、前記AC/DC変換回路の出力を検出
する出力検出回路と、前記出力設定回路の出力信号と前
記出力検出回路の出力信号とを比較し差信号Δvを得る
比較回路と、前記比較回路の出力信号Δvに応じてパル
ス幅が定まり、かつ前記零位相検出回路の出力信号pに
同期したパルスを発生する前記スイッチング素子駆動用
パルス発生回路と、前記スイッチング素子にそれぞれ逆
極性で並列に接続された整流素子とを具備した請求項1
に記載のアーク加工用電源装置。
Wherein said switching element control circuit includes a zero-phase detector circuit for generating a pulse p when the absolute value of the current I L flowing through the LC resonance circuit becomes a predetermined value or less Iz close to zero, the output setting circuit An output detection circuit that detects an output of the AC / DC conversion circuit, a comparison circuit that compares an output signal of the output setting circuit with an output signal of the output detection circuit to obtain a difference signal Δv, The pulse width is determined according to the output signal Δv, and the switching element driving pulse generation circuit that generates a pulse synchronized with the output signal p of the zero-phase detection circuit is connected to the switching element in parallel with the opposite polarity, respectively. And a rectifying element.
The power supply device for arc processing according to claim 1.
【請求項3】前記パルス発生回路は、前記零位相検出回
路の出力に同期したノコギリ波sを発生する発振器と前
記比較回路の出力信号Δvと前記ノコギリ波発振器の出
力sとを比較しΔv>sの期間中一定振幅のパルスを発
生する比較器とからなる請求項第2項に記載のアーク加
工用電源装置。
3. The pulse generation circuit compares an oscillator that generates a sawtooth wave s synchronized with an output of the zero-phase detection circuit, an output signal Δv of the comparison circuit, and an output s of the sawtooth wave oscillator. 3. The power supply device for arc machining according to claim 2, further comprising a comparator that generates a pulse having a constant amplitude during a period of s.
【請求項4】前記パルス発生回路は、前記零位相検出回
路の出力に同期したノコギリ波sを発生する発振器と、
前記比較回路の出力信号Δvと前記ノコギリ波発振器の
出力信号sとを比較してΔv>sのときに信号を発生す
る第1の比較器と、前記LC共振回路に流れる電流IL
絶対値が前記零位相検出回路の基準値Izよりも所定量だ
け大なる値に定められた第2の基準値Irよりも小さく
なったときに信号を発するる第2の比較器と、前記第1
および第2の比較器の出力を入力としΔv>sとなった
ときからΔv<sとなるまでの期間かまたは|IL|<Ir
となるまでの期間の間、一定振幅のパルスを発生する比
較器とからなる請求項第2項に記載のアーク加工用電源
装置。
4. An oscillator for generating a sawtooth wave s synchronized with an output of the zero-phase detection circuit;
A first comparator for generating a signal when the output signal Δv and by comparing the output signal s of the sawtooth oscillator delta v> s of the comparator circuit, the LC absolute current I L flowing in the resonant circuit and Hassururu second comparator signal when the value is smaller than the second reference value I r stipulated in large becomes a value by a predetermined amount than the reference value Iz of the zero-phase detector circuit, said first 1
And the output of the second comparator as an input and a period from when Δv> s to Δv <s or | I L | <I r
3. The power supply device for arc machining according to claim 2, further comprising a comparator that generates a pulse having a constant amplitude during a period until the power supply reaches the following condition.
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