JP4006920B2 - Arc welding machine or plasma cutting machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力制御を行うパワー半導体と駆動回路を搭載したアーク溶接機およびプラズマ切断機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アーク溶接機やプラズマ切断機では、出力制御を行うためのパワー半導体が備えられており、特に近年、機器の小型化のために、従来のバイポーラ型トランジスタに代わりIGBTやMOS FET等の高速スイッチング用のパワー半導体を用いたインバータ制御方式が主流となっている。
【0003】
これらIGBTやMOS FETを出力制御に使用する溶接機や切断機では、IGBTやMOS FETが電圧駆動型スイッチング素子であるためゲート駆動の平均電力も小さくて良いため、パルストランスを用いた駆動回路が備えられていることが多い。
【0004】
バイポーラ型トランジスタ用の駆動回路が各々の駆動回路ごとに独立した電源回路が必要であるのに対して、パルストランス方式の駆動回路ではゲート駆動用の信号伝達と電力電送をパルストランスが兼ねているため、独立した電源は不要であり回路の簡素化が図れる。
【0005】
パルストランス方式の駆動回路は広く実用化されており、駆動OFF信号時の逆バイアス用電圧回路を備えた駆動回路等が提案されている。
【0006】
以下、従来のパルストランス方式駆動回路を備えた溶接機について、図面2を参照しながら説明する。
【0007】
溶接機や切断機は、通常、数kHz〜100kHz程度のインバータ周波数にてIGBTやMOS FET等のパワー半導体の導通幅を制御することにより、定電流特性や定電圧特性を得ている。このパワー半導体の駆動回路部分を抜き出したものが図面2に示す構成である。
【0008】
図2において、1は駆動信号発生回路、2はパルストランス駆動用スイッチング素子、3は二次側に逆バイアス用の中間端子を有するパルストランス、4はパワー半導体にゲート駆動用順バイアス電圧を与える整流素子、5はゲート抵抗、6はパワー半導体に逆バイアス電圧を与えるスイッチング素子、7は逆バイアス用電圧源となるコンデンサ、8はコンデンサ7に逆バイアス電圧を充電するための整流素子、9は逆バイアス電圧充電用制限抵抗、10および11はスイッチング素子6を駆動信号OFF期間中に導通させるためのパルストランス逆起電圧回生回路を構成するもので、10は整流素子、11は抵抗、12は溶接機やプラズマ切断機の出力制御を行うためのパワー半導体である。
【0009】
以上のように構成されたパワー半導体用駆動回路について、その動作を以下に説明する。
【0010】
駆動信号発生回路1から出力されたON信号により、パルストランス駆動用スイッチング素子2がパルストランス3の一次巻線に駆動電圧を印加する。駆動信号ON期間中は、パルストランス3の二次巻線にはパワー半導体に供給される順バイアス電圧が誘起されており、この順バイアス電圧がゲート抵抗5と整流素子4およびコンデンサ7を通してパワー半導体12のゲートに印加されパワー半導体12が導通する。また、この時、パルストランス二次巻線の逆バイアス充電用中間端子から制限抵抗9、整流素子8を通してコンデンサ7に逆バイアス用の電圧が充電される。
【0011】
駆動信号発生回路1からOFF信号が出力されるとスイッチング素子2がOFFし、パルストランス一次巻線への電圧は解除され、パルストランス二次巻線には逆起電圧が誘起される。この逆起電圧は抵抗11、整流素子10を通して回生され、この時、スイッチング素子6は導通し、コンデンサ7に充電された電圧をパワー半導体12のゲートに逆バイアス電圧として供給する。これにより、パワー半導体12はゲートに蓄積された電荷をより急速に放電しOFF速度を上げることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の駆動回路では、逆バイアス用の二次側中間端子を備えたパルストランスを使用する必要があり、パルストランスを専用設計品とせねばならず、また、回路構成も複雑になるという問題点を有していた。
【0013】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有する駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる駆動回路を提供する。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の本発明は、アーク溶接機において、パルストランスの一次巻線に接続されパルストランスを駆動するスイッチング素子と、前記パルストランスの二次側から順バイアス電圧をパワー半導体のゲートに印加する整流素子と、前記パルストランス二次側回路に直列接続され順バイアス期間中に逆バイアス用電圧が充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を制限するためにコンデンサに並列接続されるツェナーダイオードと、前記コンデンサの充電電圧をパワー半導体に逆バイアス電圧としてゲートOFF期間中に印加する逆バイアス用スイッチング素子を設けたパワー半導体駆動回路を有することを特徴とする。
【0015】
また、請求項2に記載の本発明は、プラズマ切断機において、請求項1に記載するパワー半導体駆動回路を有することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明と請求項2に記載の発明は、同一構成のパワー半導体駆動回路を請求項1ではアーク溶接機に搭載した構成、請求項2ではプラズマ切断機に搭載した構成であり、ともに同様の作用を奏するため、本発明の実施の形態の説明はアーク溶接機について行う。
【0017】
以下、本発明の実施の形態を示すアーク溶接機について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0018】
図1は本発明の実施の形態におけるアーク溶接機のパワー半導体駆動回路構成を示す回路図である。
【0019】
図1において、1は駆動信号発生回路、2はパルストランス駆動用スイッチング素子、13は二次巻線に中間端子を備えないパルストランス、4はパワー半導体にゲート駆動用順バイアス電圧を与える整流素子、5はゲート抵抗、6はパワー半導体に逆バイアス電圧を与えるスイッチング素子、7は逆バイアス用電圧源となるコンデンサ、14はコンデンサ7に充電される逆バイアス電圧値を決定するツェナーダイオード、10および11はスイッチング素子6を駆動信号OFF期間中に導通させるためのパルストランス逆起電圧回生回路を構成し、10は整流素子、11は抵抗、12は溶接機やプラズマ切断機の出力制御を行うためのパワー半導体である。
【0020】
以上のように構成されたパワー半導体用駆動回路について、その動作を以下に説明する。
【0021】
駆動信号発生回路1から出力されたON信号により、パルストランス駆動用スイッチング素子2がパルストランス3の一次巻線に駆動電圧を印加する。駆動信号ON期間中は、パルストランス3の二次巻線にはパワー半導体に供給される順バイアス電圧が誘起されており、この順バイアス電圧がゲート抵抗5と整流素子4およびコンデンサ7を通してパワー半導体12のゲートに印加されパワー半導体12が導通する。また、この時、順バイアスによるバイアス電流によりコンデンサ7に逆バイアス用の電圧が充電され、この充電電圧はツェナーダイオード14によって決まる電圧レベルにクランプされる。
【0022】
駆動信号発生回路1からOFF信号が出力されるとスイッチング素子2がOFFし、パルストランス一次巻線への電圧は解除され、パルストランス二次巻線には逆起電圧が誘起される。この逆起電圧は抵抗11、整流素子10を通して回生され、この時、スイッチング素子6は導通し、コンデンサ7に充電された電圧をパワー半導体12のゲートに逆バイアス電圧として供給する。これにより、パワー半導体12はゲートに蓄積された電荷をより急速に放電しOFF速度を上げることができる。
【0023】
すなわち、本構成を用いれば、溶接機や切断機において、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる。
【0024】
なお、上述した逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を用いることによって、プラズマ切断機においても同様の作用・効果が得られる。
【0025】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アーク溶接機において、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる。
【0026】
また、プラズマ切断機において、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるアーク溶接機用パワー半導体駆動回路構成を示す回路図
【図2】従来の溶接機用パワー半導体駆動回路構成を示す回路図
【符号の説明】
1 駆動信号発生回路
2 パルストランス駆動用スイッチング素子
3 二次側に逆バイアス用の中間端子を有するパルストランス
4 整流素子
5 ゲート抵抗
6 逆バイアス用スイッチング素子
7 逆バイアス用電圧源となるコンデンサ
8 整流素子
9 制限抵抗
10 整流素子
11 抵抗
12 パワー半導体
13 二次巻線に中間端子を備えないパルストランス
14 逆バイアス電圧値を決定するツェナーダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arc welding machine and a plasma cutting machine equipped with a power semiconductor for controlling output and a drive circuit.
[0002]
[Prior art]
In general, arc welding machines and plasma cutting machines are equipped with power semiconductors for output control. Particularly in recent years, in order to reduce the size of equipment, high-speed devices such as IGBTs and MOS FETs are substituted for conventional bipolar transistors. Inverter control systems using power semiconductors for switching have become mainstream.
[0003]
In these welding machines and cutting machines that use IGBTs or MOS FETs for output control, since the IGBTs or MOS FETs are voltage-driven switching elements, the average power for gate drive may be small, so a drive circuit using a pulse transformer is required. Often provided.
[0004]
The drive circuit for the bipolar transistor requires an independent power supply circuit for each drive circuit, whereas in the pulse transformer type drive circuit, the pulse transformer doubles as the signal transmission and power transmission for the gate drive. Therefore, an independent power source is unnecessary and the circuit can be simplified.
[0005]
A pulse transformer type drive circuit has been widely put into practical use, and a drive circuit including a reverse bias voltage circuit at the time of a drive OFF signal has been proposed.
[0006]
Hereinafter, a welding machine equipped with a conventional pulse transformer system drive circuit will be described with reference to FIG.
[0007]
A welding machine and a cutting machine usually obtain constant current characteristics and constant voltage characteristics by controlling the conduction width of power semiconductors such as IGBTs and MOS FETs at an inverter frequency of about several kHz to 100 kHz. FIG. 2 shows a configuration obtained by extracting the drive circuit portion of the power semiconductor.
[0008]
In FIG. 2, 1 is a drive signal generation circuit, 2 is a switching element for driving a pulse transformer, 3 is a pulse transformer having an intermediate terminal for reverse bias on the secondary side, and 4 is a forward bias voltage for driving a gate to a power semiconductor.
[0009]
The operation of the power semiconductor drive circuit configured as described above will be described below.
[0010]
In response to the ON signal output from the drive
[0011]
When an OFF signal is output from the drive
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional drive circuit as described above, it is necessary to use a pulse transformer having a secondary intermediate terminal for reverse bias, and the pulse transformer must be a dedicated design product, and the circuit configuration is complicated. Had the problem of becoming.
[0013]
The present invention solves the above-described conventional problems, and a drive circuit having a reverse bias circuit is configured by using a general pulse transformer that does not have an intermediate terminal on the secondary winding, and the circuit is simplified. Provided is a drive circuit that can be realized.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention according to
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the plasma cutting machine, the power semiconductor drive circuit according to the first aspect is provided.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to
[0017]
Hereinafter, the arc welding machine which shows embodiment of this invention is demonstrated concretely, referring drawings.
[0018]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power semiconductor drive circuit configuration of an arc welder in an embodiment of the present invention.
[0019]
In FIG. 1, 1 is a drive signal generating circuit, 2 is a switching element for driving a pulse transformer, 13 is a pulse transformer having no intermediate terminal in the secondary winding, and 4 is a rectifying element for applying a forward bias voltage for driving the gate to the power semiconductor. 5 is a gate resistor, 6 is a switching element for applying a reverse bias voltage to the power semiconductor, 7 is a capacitor serving as a reverse bias voltage source, 14 is a Zener diode for determining a reverse bias voltage value charged in the
[0020]
The operation of the power semiconductor drive circuit configured as described above will be described below.
[0021]
In response to the ON signal output from the drive
[0022]
When an OFF signal is output from the drive
[0023]
That is, if this configuration is used, in a welding machine or a cutting machine, a power semiconductor drive circuit having a reverse bias circuit is configured using a general pulse transformer that does not have an intermediate terminal in the secondary winding, and the circuit Simplification can also be realized.
[0024]
By using the power semiconductor drive circuit having the reverse bias circuit described above, the same operation and effect can be obtained in the plasma cutting machine.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the arc welder, a power semiconductor drive circuit having a reverse bias circuit is configured using a general pulse transformer that does not include an intermediate terminal in the secondary winding, and the circuit Simplification can also be realized.
[0026]
Moreover, in a plasma cutting machine, a power semiconductor drive circuit having a reverse bias circuit can be configured by using a general pulse transformer that does not have an intermediate terminal on the secondary winding, and the circuit can be simplified. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power semiconductor drive circuit for an arc welder in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional power semiconductor drive circuit for a welder.
DESCRIPTION OF
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