JP3012350B2 - 正負パルス用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メッキ槽等の負荷に正
パルス、負パルスを交互に送る正負パルス用電源装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メッキ槽等の負荷に正パルス、負パルス
を交互に送る電源装置としては、図１１に示す装置が知
られている。この装置は、所定数の正パルスを送出し、
順方向の電流が完全に零になるまでパルスの送出を停止
し、その後に、負パルスを１つ送出し、所定パルス数だ
け休止し、これらの動作を一周期として繰り返す。この
ような六相半波整流を行った場合、定常電流が定電流に
なるようにサイリスタ点弧角が制御されるが、電気角６
０度毎に順次転相が行われ、パルス幅は当然、電気角６
０度の整数倍で制御される。このような従来装置は、構
造が単純であるので、動作が安定であり、信頼性が優れ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、低電圧および
大電流化によって、負荷であるメッキ槽と、正負パルス
用電源装置との距離が長くなり、メッキ槽と電源装置と
を接続する線路が長くなる。このように線路が長くなる
と、その線路におけるインダクタンス成分が大きくな
り、需要の高い高周波装置にあっては負荷電流の立ち上
がりが終わらないうちに、次の半サイクルのタイミング
が来ることがあり、この場合には、設定電力を負荷に供
給することができないという問題がある。

【０００４】本発明は、負荷と正負パルス用電源装置と
を接続する線路の距離が長くなることによって、その線
路におけるインダクタンス成分が大きくなっても、負荷
電流の立ち上がりが悪くならならず、また、正負の両極
性の電源が直接接続されている構成であるにもかかわら
ず逆流短絡電流等の不具合を防止することができるとと
もに、正パルス用の補助電源、負パルス用の補助電源の
容量が小さくても足りる正負パルス用電源装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の設定パ
ルスに応じて、主電源を所定の負荷に断続的に供給する
ことによって、正負パルスを上記負荷に供給する正負パ
ルス用電源装置において、所定の電圧を出力する補助電
源と、負荷電流の値を検出する負荷電流検出回路と、上
記負荷電流の値が所定の設定値よりも小さいときに、上
記補助電源の電圧を上記主電源の電圧に重畳してまたは
上記補助電源単独で、上記主電源よりも高い電圧を負荷
に供給させる電源制御回路とを有し、上記主電源として
正パルス用主電源と負パルス用主電源とが設けられ、上
記補助電源として正パルス用補助電源と負パルス用補助
電源とが設けられ、上記正パルス用主電源と上記正パル
ス用補助電源とが直列に接続され、上記負パルス用主電
源と上記負パルス用補助電源とが直列に接続され、上記
正パルス用主電源と上記正パルス用補助電源との直列回
路と並列に、正パルス用コンデンサが接続され、上記負
パルス用主電源と上記負パルス用補助電源との直列回路
と並列に、負パルス用コンデンサが接続され、上記各電
源と上記負荷との間に存在するインダクタンス成分に流
れる残存電流を、上記正パルス用コンデンサまたは上記
負パルス用コンデンサに供給するループを構成する帰還
用ダイオードが設けられている正負パルス用電源装置で
ある。

【０００６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。

【０００７】この実施例は、基本的には、所定の設定パ
ルスに応じて、主電源Ｂ１１、Ｂ２１を負荷Ｒに断続的
に供給することによって、正負パルスを負荷Ｒに供給す
る正負パルス用電源装置であり、主電源Ｂ１１、Ｂ２１
の電圧に対し任意の電圧を出力する補助電源Ｂ１２、Ｂ
２２が設けられ、線路８０を流れる負荷電流の値が所定
の設定値よりも小さいときに、補助電源Ｂ１２、Ｂ２２
の電圧を主電源Ｂ１１、Ｂ２１の電圧に重畳して負荷Ｒ
に供給する電源制御回路が設けられている。

【０００８】この電源制御回路は、制御回路４０、制御
回路５０、制御回路６０、制御回路７０、ＧＴＯサイリ
スタＴ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２で構成されてい
る。

【０００９】また、上記主電源は正パルス用主電源Ｂ１
１と負パルス用主電源Ｂ２１とであり、上記補助電源は
正パルス用補助電源Ｂ１２と負パルス用補助電源Ｂ２２
とであり、正パルス用主電源Ｂ１１と正パルス用補助電
源Ｂ１２とが直列に接続され、この直列回路と並列に正
パルス用コンデンサＣ１が接続され、負パルス用主電源
Ｂ２１と負パルス用補助電源Ｂ２２とが直列に接続さ
れ、この直列回路と並列に負パルス用コンデンサＣ２が
接続されている。

【００１０】また、ＧＴＯサイリスタＴ１１は、正パル
ス用主電源Ｂ１１を負荷Ｒに供給制御するサイリスタで
あり、ＧＴＯサイリスタＴ１２は、正パルス用補助電源
Ｂ１２を負荷Ｒに供給制御するサイリスタであり、ＧＴ
ＯサイリスタＴ２１は、負パルス用主電源Ｂ２１を負荷
Ｒに供給制御するサイリスタであり、ＧＴＯサイリスタ
Ｔ２２は、負パルス用補助電源Ｂ２２を負荷Ｒに供給制
御するサイリスタである。なお実際は、ＧＴＯサイリス
タＴ１２は、正パルス用コンデンサＣ１に充電された電
荷を負荷Ｒに供給制御するものであり、ＧＴＯサイリス
タＴ２２は、負パルス用コンデンサＣ２に充電された電
荷を負荷Ｒに供給制御するものである。

【００１１】また、サイリスタＴ１１と逆並列にダイオ
ードＤ１が接続され、サイリスタＴ２２と逆並列にダイ
オードＤ２が接続されている。ダイオードＤ１は、線路
８０に存在するインダクタンス成分Ｌに蓄えられたエネ
ルギーを正パルス用コンデンサＣ１に充電するループを
構成する帰還用ダイオードであり、つまり、インダクタ
ンス成分Ｌに流れる残存電流を正パルス用コンデンサＣ
１に供給するループを構成する帰還用ダイオードであ
る。ダイオードＤ２は、線路８０に存在するインダクタ
ンス成分Ｌに蓄えられたエネルギーを負パルス用コンデ
ンサＣ２に充電するループを構成する帰還用ダイオード
であり、つまり、インダクタンス成分Ｌに流れる残存電
流を負パルス用コンデンサＣ２に供給するループを構成
する帰還用ダイオードである。

【００１２】図３は、上記実施例をより具体的に示す回
路図である。

【００１３】所望の負荷電流波形と同じ波形を有する設
定パルスを発生する設定パルス発生装置３１と、線路８
０中またはその周囲に設置され負荷電流の値を検出する
電流検出回路３２とが設けられている。

【００１４】制御回路４０は、設定パルスの値が所定の
閾値よりも大きいことを検出したときにＨ信号を出力す
る回路であり、設定パルスがその閾値を越えたときに、
正パルス用の主電源用サイリスタＴ１１をオンさせる回
路であり、閾値を定める抵抗４１、４２と、コンパレー
タ４３とを有する。

【００１５】制御回路５０は、設定パルスの値が所定の
閾値よりも小さいことを検出したときにＨ信号を出力す
る回路であり、設定パルスがその閾値よりも小さいとき
に、負パルス用の主電源用サイリスタＴ２１をオンさせ
る回路であり、閾値を定める抵抗５１、５２と、コンパ
レータ５３とを有する。

【００１６】制御回路６０は、検出された負荷電流の値
が設定値（設定パルスの値に応じた値）よりも小さいと
きにＨ信号を出力して、正パルス用の補助電源用サイリ
スタＴ１２をオンさせる回路である。制御回路６０は、
設定値を定める抵抗６１、６２と、コンパレータ６３
と、ＯＲ回路６４と、ＡＮＤ回路６５、６７と、インバ
ータ６６とを有する。ＯＲ回路６４とＡＮＤ回路６５と
は、ＯＲ回路６４がＨ信号を出力する動作を保持する回
路である。

【００１７】制御回路７０は、検出された負荷電流の値
が設定値（設定パルスの値に応じた値）よりも高レベル
にあるときにＨ信号を出力して、負パルス用の補助電源
用サイリスタＴ２２をオンさせる回路である。制御回路
７０は、設定値を定める抵抗７１、７２と、コンパレー
タ７３と、ＯＲ回路７４と、ＡＮＤ回路７５、７７と、
インバータ７６とを有する。ＯＲ回路７４とＡＮＤ回路
７５とは、ＯＲ回路７４がＨ信号を出力する動作を保持
する回路である。

【００１８】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００１９】図２は、上記実施例において、破線で示す
設定パルスと実線で示す負荷電流との関係を示す図であ
る。

【００２０】時刻ｔ１において設定パルスが立ち上が
り、その直後に、抵抗４１、４２でつくられる閾値より
も設定パルスの値が大きくなるので、コンパレータ４３
がＨ信号を出力し、正パルス用の主電源用サイリスタＴ
１１がオンする。このときには、電流検出回路３２で検
出した負荷電流の値が設定値よりも小さいので、コンパ
レータ６３がＬ信号を出力し、インバータ６６がＨ信号
を出力して、ＡＮＤ回路６７がＨ信号を出力する。した
がって、正パルス用の補助電源用サイリスタＴ１２がオ
ンする。これによって、主電源Ｂ１１よりも高い重畳さ
れた電圧が線路８０に印加され、負荷電流の立ち上がり
が急峻になる。このときの電流の流れを、図４に実線で
示してある。

【００２１】そして、図２に示す時刻ｔ２において、負
荷電流が設定値に到達すると、コンパレータ６３がＨ信
号を出力するので、ＯＲ回路６４とＡＮＤ回路６５との
保持回路によってＯＲ回路６４がＨ信号を出力し続け、
インバータ６６がＬ信号を出力し、ＡＮＤ回路６７がＬ
信号を出力し、正パルス用の補助電源用サイリスタＴ１
２がオフする。このときに、正パルス用の主電源用サイ
リスタＴ１１がオンしているので、主電源Ｂ１１の電圧
が負荷Ｒに供給され、定常電流（設定電流）が負荷Ｒに
流れる。このときの電流の流れを、図４に破線で示して
ある。

【００２２】その後、図２に示す時刻ｔ３において、設
定パルスが立ち下がり、その直後に、抵抗４１、４２で
つくられる閾値よりも設定パルスの値が小さくなるの
で、コンパレータ４３がＬ信号を出力し、正パルス用の
主電源用サイリスタＴ１１がオフする。これによって、
線路８０に存在するインダクタンス成分Ｌに蓄えられた
エネルギーが、ダイオードＤ２を介して正パルス用コン
デンサＣ２に向かい、負パルス用コンデンサＣ２を充電
する。つまり、インダクタンス成分Ｌの残存電流が負パ
ルス用コンデンサＣ２に流れる。このときの電流の流れ
を、図５に一点鎖線で示してある。また、負パルス用コ
ンデンサＣ２に充電された電荷が、サイリスタＴ２２が
次にオンしたときの電源となる。

【００２３】その後、図２に示す時刻ｔ４において設定
パルスが零以下になった直後に、抵抗５１、５２でつく
られる閾値よりも設定パルスの値が小さくなる（絶対値
が大きくなる）ので、コンパレータ５３がＨ信号を出力
し、負パルス用の主電源用サイリスタＴ２１がオンす
る。このときに、電流検出回路３２で検出した負荷電流
の値が設定値よりも高いレベルにある（絶対値が小さ
い）ので、コンパレータ７３がＬ信号を出力し、インバ
ータ７６がＨ信号を出力し、ＡＮＤ回路７７がＨ信号を
出力する。したがって、負パルス用の補助電源用サイリ
スタＴ２２がオンする。これによって、主電源Ｂ２１よ
りも高い重畳された電圧が線路８０に印加され、負荷電
流の立ち下がりが急峻になる。このときの電流の流れ
を、図６に実線で示してある。

【００２４】そして、図３に示す時刻ｔ５において、負
荷電流が設定値に到達すると、コンパレータ７３がＨ信
号を出力するので、ＯＲ回路７４とＡＮＤ回路７５との
保持回路によってＯＲ回路７４がＨ信号を出力し続け、
インバータ７６がＬ信号を出力し、ＡＮＤ回路７７がＬ
信号を出力し、負パルス用の補助電源用サイリスタＴ２
２がオフする。このときに、負パルス用の主電源用サイ
リスタＴ２１がオンしているので、主電源Ｂ２１の電圧
が負荷Ｒに供給され、定常電流（設定電流）が負荷Ｒに
流れる。このときの電流の流れを、図６に破線で示して
ある。

【００２５】その後、図２に示す時刻ｔ６において、設
定パルスが立ち上り、その直後に、抵抗５１、５２でつ
くられる閾値よりも設定パルスの値が大きくなるので、
コンパレータ５３がＬ信号を出力し、負パルス用の主電
源用サイリスタＴ２１がオフする。これによって、線路
８０に存在するインダクタンス成分Ｌに蓄えられたエネ
ルギーが、ダイオードＤ１を介して正パルス用コンデン
サＣ１に向かい、正パルス用コンデンサＣ１を充電す
る。つまり、インダクタンス成分Ｌの残存電流が正パル
ス用コンデンサＣ１に流れる。このときの電流の流れ
を、図７に一点鎖線で示してある。また、正パルス用コ
ンデンサＣ１に充電された電荷が、サイリスタＴ１２が
次にオンしたときの電源となる。

【００２６】このように、時刻ｔ１〜ｔ６の上記動作が
繰り返されて、正負パルスが負荷Ｒに交互に供給され
る。

【００２７】ところで、次の時刻ｔ１において、線路８
０に印加される電圧であって、正パルス用主電源Ｂ１１
の電圧よりも高い電圧は、正パルス用コンデンサＣ１に
充電された電荷によるものである。したがって、負荷電
流の正パルスの立ち上り用の電流は、コンデンサＣ１か
ら供給され、正パルス用の補助電源Ｂ１２の容量は小さ
くてもよい。同様に、次の時刻ｔ３において、線路８０
に印加される電圧であって、負パルス用主電源Ｂ２１の
電圧よりも高い電圧は、負パルス用コンデンサＣ２に充
電された電荷によるものであり、負荷電流の負パルスの
立ち下がり用の電流は、コンデンサＣ２から供給され、
負パルス用の補助電源Ｂ２２の容量は小さくてもよい。

【００２８】上記実施例においては、補助電源Ｂ１２、
Ｂ２２のそれぞれは、単独で主電源Ｂ１１、Ｂ２１の電
圧よりも高い電圧を出力するようにしているが、この代
わりに、補助電源Ｂ１２、Ｂ２２の電圧がそれぞれ、主
電源Ｂ１１、Ｂ２１の電圧よりも低く、補助電源が主電
源に重畳されて、主電源の電圧よりも高くなるようにし
てもよい。さらに、上記実施例において、ダイオードＤ
１、Ｄ２の代わりにバリスタを使用してもよい。

【００２９】図８は、上記実施例の変形例を示す回路図
である。

【００３０】この実施例は、図１において、補助電源Ｂ
１２、Ｂ２２が削除され、正パルス用コンデンサＣ１と
並列に正パルス用補助電源Ｂ１３が接続され、負パルス
用コンデンサＣ２と並列に負パルス用補助電源Ｂ２３が
接続され、補助電源Ｂ１３の電圧は主電源Ｂ１１の電圧
よりも高く、補助電源Ｂ２３の電圧は主電源Ｂ２１の電
圧よりも高く設定されている。これらの点以外は、図１
の実施例と同じである。

【００３１】図８に示す実施例において、その基本的な
動作は図１の実施例と同じである。ただし、主電源Ｂ１
１の電圧分だけ、補助電源Ｂ１２の電圧よりも補助電源
Ｂ１３の電圧を高くする必要があり、主電源Ｂ２１の電
圧分だけ、補助電源Ｂ２２の電圧よりも補助電源Ｂ２３
の電圧を高くする必要がある。

【００３２】図９は、本発明の他の実施例を示す回路図
である。

【００３３】この実施例は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を
利用したものであり、正パルス用の電源Ｂ３と、この電
源Ｂ３と並列接続されたコンデンサＣ３と、負荷Ｒに正
パルス電流を供給するトランジスタＴ３１と、このトラ
ンジスタＴ３１のオフ時に線路のインダクタンス分Ｌの
蓄積エネルギーを負荷Ｒを介して循環させるトランジス
タＴ３２とダイオードＤ３２とを有する。また、トラン
ジスタＴ３２がターンオフするときに、線路のインダク
タンス成分Ｌの残留電流をコンデンサＣ４に流すため
に、ダイオードＤ４１がトランジスタＴ４１に逆並列に
設けられている。ゲートパルス発生回路ＧＰ１は、トラ
ンジスタＴ３１のゲートに供給するパルスを発生させる
回路であり、図１０（１）に示すように、負荷電流の立
ち上がり部分で幅の広いパルスを発生し、負荷電流が定
常値に到達したときには、幅の狭いパルスを発生する回
路である。

【００３４】同様に、負パルス用としては、電源Ｂ４
と、この電源Ｂ４と並列接続されたコンデンサＣ４と、
負荷Ｒに負パルス電流を供給するトランジスタＴ４１
と、フリーホイーリング用のトランジスタＴ４２とダイ
オードＤ４２とを有する。また、線路のインダクタンス
成分Ｌの残留電流をコンデンサＣ３に流すために、ダイ
オードＤ３１がトランジスタＴ３１に逆並列に設けられ
ている。ゲートパルス発生回路ＧＰ２は、トランジスタ
Ｔ４１のゲートに供給するパルスを発生させる回路であ
り、負荷電流の立ち下がり部分で幅の広いパルスを発生
し、負荷電流が定常値に到達したときには、幅の狭いパ
ルスを発生する回路である。

【００３５】図１０（１）においては、正パルス（図示
する負荷電流が正パルスの電流波形である。）を発生さ
せる場合についてのみ記載してあるが、これと同様にし
て、負パルスが発生する。

【００３６】なお、上記実施例において、負荷電流の立
ち上がり（立ち下がり）部分で幅の広いゲートパルスを
複数、発生させるようにしているが、図１０（２）に示
すように、負荷電流の立ち上がり（立ち下がり）部分で
さらに幅の広いゲートパルスを１つ発生するようにして
もよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、負荷と正負パルス用電
源装置とを接続する線路の距離が長くなることによっ
て、その線路におけるインダクタンス成分が大きくなっ
ても、負荷電流の立ち上がりが悪くならないので、装置
の高周波化が充分可能であり、また、各電源と上記負荷
との間に存在するインダクタンス成分に流れる残存電流
を、上記正パルス用コンデンサまたは上記負パルス用コ
ンデンサに供給するループを構成する帰還用ダイオード
が設けられているので、正負の両極性の電源が直接接続
されている構成であるにもかかわらず逆流短絡電流等の
不具合を防止することができるとともに、正パルス用の
補助電源、負パルス用の補助電源の容量が小さくても足
りるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】上記実施例において、破線で示す設定パルスと
実線で示す負荷電流との関係を示す図である。

【図３】上記実施例をより具体的に示す回路図である。

【図４】上記実施例において、時刻ｔ１、ｔ２における
電流の経路を示す図である。

【図５】上記実施例において、時刻ｔ３における電流の
経路を示す図である。

【図６】上記実施例において、時刻ｔ４、ｔ５における
電流の経路を示す図である。

【図７】上記実施例において、時刻ｔ６における電流の
経路を示す図である。

【図８】上記実施例の変形例を示す回路図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す回路図である。

【図１０】図９に示す実施例の動作説明図である。

【図１１】従来の正負パルス用電源装置の一例を示す図
である。

【符号の説明】

Ｂ１１…正パルス用主電源、 Ｂ１２、Ｂ１３…正パルス用補助電源、 Ｂ２１…負パルス用主電源、 Ｂ２２、Ｂ２３…負パルス用補助電源、 Ｃ１…正パルス用コンデンサ、 Ｃ２…負パルス用コンデンサ、 Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２…ＧＴＯサイリスタ、
Ｒ…負荷。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 1/10 H02M 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の設定パルスに応じて、主電源を所
   定の負荷に断続的に供給することによって、正負パルス
   を上記負荷に供給する正負パルス用電源装置において、 所定の電圧を出力する補助電源と； 負荷電流の値を検出する負荷電流検出回路と； 上記負荷電流の値が所定の設定値よりも小さいときに、
   上記補助電源の電圧を上記主電源の電圧に重畳してまた
   は上記補助電源単独で、上記主電源よりも高い電圧を負
   荷に供給させる電源制御回路と； を有し、 上記主電源として正パルス用主電源と負パルス用主電源
   とが設けられ、上記補助電源として正パルス用補助電源
   と負パルス用補助電源とが設けられ、上記正パルス用主
   電源と上記正パルス用補助電源とが直列に接続され、上
   記負パルス用主電源と上記負パルス用補助電源とが直列
   に接続され、 上記正パルス用主電源と上記正パルス用補助電源との直
   列回路と並列に、正パルス用コンデンサが接続され、上
   記負パルス用主電源と上記負パルス用補助電源との直列
   回路と並列に、負パルス用コンデンサが接続され、 上記各電源と上記負荷との間に存在するインダクタンス
   成分に流れる残存電流を、上記正パルス用コンデンサま
   たは上記負パルス用コンデンサに供給するループを構成
   する帰還用ダイオードが設けられている ことを特徴とす
   る正負パルス用電源装置。