JP4275386B2

JP4275386B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4275386B2
Application number: JP2002328467A
Authority: JP
Inventors: 秀雄石井; 謙三檀上; 猛森本
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP2004166374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接機、プラズマアーク溶接機、アーク切断機、プラズマアーク切断機の電源装置（こゝでは、「アーク放電用電源装置」で総称する）、充電器及びめっき装置等の電源装置等に関するもので、特に負荷を流れる出力電流（負荷電流）をホールＣＴ（ホール変流器）で検出する場合に、前記出力電流の大小に拘わらずその出力電流をモニタするためのモニタ用表示信号を発生することができる制御装置を具えたものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置の出力電流を検出するためにホールＣＴを使用することは知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ホールＣＴにより負荷を流れる出力電流、例えば溶接電流（負荷電流）を検出し、得られた検出電圧に基づいて前記出力電流をモニタするモニタ用表示信号を発生する制御装置を具えた電源装置も知られている。
【０００３】
【特許文献】
特開平６−２９２９８０号公報（第３〜４頁、図１）
【０００４】
図６は、例えば図２乃至図５に示すようなアーク溶接用電源装置で使用される従来の制御装置の一例の構成を示す概略図である。図６の従来の制御装置を、一例として図２に示すアーク溶接用電源装置で使用される場合について説明する。図２において、入力端子２ａ、２ｂに供給される入力交流電圧は入力側整流回路４で整流され、コンデンサ６ａ、６ｂで平滑されて直流電圧が生成される。この直流電圧は直列接続されたＩＧＢＴ８ａ、８ｂと、これらの各ＩＧＢＴ８ａ、８ｂに逆並列接続されたダイオード１０ａ、１０ｂとにより構成されたスイッチング手段を含む高周波変換器１２により高周波電圧に変換される。
【０００５】
１４は高周波変圧器で、その１次巻線１４ｐはＩＧＢＴ８ａと８ｂとの接続点９と、コンデンサ６ａと６ｂとの接続点１１との間に接続されている。ＩＧＢＴ８ａと８ｂのオン−オフのスイッチングは後程説明する高周波制御装置１６から供給される高周波スイッチング制御信号により制御される。高周波変圧器１４の２次巻線１４ｓから取り出された変圧、例えば昇圧された高周波電圧は出力側整流回路１８で整流され、溶接用の直流電圧が生成される。生成された直流電圧は、コンデンサ２０とチョークコイル２２とにより平滑され、高電圧結合コイル２４を経て出力端子２６ａ、２６ｂに例えば溶接用高電圧として供給される。出力端子２６ａ、２６ｂには、負荷、例えば溶接用電極とワーク（図示せず）が接続される。
【０００６】
高電圧結合コイル２４には高電圧発生器２８が結合されており、該高電圧発生器２８は高周波変圧器１４の２次巻線１４ｓから供給される高周波電圧によりアーク起動用高電圧を発生する。ティグ（Tungsten Inert Gas）溶接機で通常行われているように、このアーク起動用高電圧は前記直流高電圧に重畳して出力端子２６ａ、２６ｂに供給されて、アーク放電を起動させる。
【０００７】
出力側整流回路１８の一方の出力、例えば正側出力から出力端子２６ａに至るライン２９にはホールＣＴ（ホール変流器）３０が結合されており、これによって出力端子２６ａ、２６ｂ間に流れる溶接電流のような出力電流（負荷電流）が検出される。検出された出力電流を表わす検出電圧は高周波制御装置１６の入力部３２に供給される。高周波制御装置１６には、出力端子２６ａ、２６ｂ間に流れる出力電流（負荷電流）をモニタするための表示手段、前記出力電流を制御するための制御信号を発生するための手段等を含むモニタ手段、例えばＣＰＵ３４が結合されている。
【０００８】
図６は従来の高周波制御装置１６の構成を概略的に示した図で、図２の電源装置におけるホールＣＴ３０で検出された出力電流（負荷電流）を表わす検出電圧は入力部３２に供給される。この検出電圧はスイッチング信号発生部３６の比較器３８で例えば接地電位のような基準電位と比較されて、出力電流（負荷電流）が流れているときは例えば４．５Ｖ以下の電圧を、出力電流が流れていないときは例えば４．５Ｖ以上の電圧を制御ＩＣ４０に供給する。制御ＩＣ４０は、比較器３８から供給される前記の電圧と、他の入力端子４２に供給される周波数決定信号、始動信号等の他の信号とに応答して所定の周波数のオン−オフ制御信号を発生し、このオン−オフ制御信号をスイッチング手段を構成するＩＧＢＴ８ａ、８ｂの各ゲートに供給する。ＩＧＢＴ８ａ、８ｂは、前記オン−オフ制御信号に応答してオン、オフし、直流電圧を高周波電圧に変換する。
【０００９】
ホールＣＴ３０より高周波制御装置１６の入力部３２に供給された検出電圧は、表示信号発生部４４の絶対値増幅器を構成する比較器４６、４８で絶対値に変換され、さらに出力比較器５０において、電圧Ｖ_ＣＣと分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によって決定される基準電位Ｖ_Ｒと比較される。出力比較器５０の出力信号はモニタ用表示信号としてＣＰＵ３４に供給される。ＣＰＵ３４は前記モニタ用表示信号に応答して出力電流すなわち溶接電流が流れているか否か、必要ならば出力電流の大きさ等を表わすモニタ用表示信号と、出力電流を制御する制御信号とを発生する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ホールＣＴ３０は、出力電流（溶接電流）が３．５Ａ以下になると出力電流を安定して正確に読み取ることができず、このため図６に示す高周波制御装置の絶対値増幅器を構成する比較器４６、４８および出力比較器５０よりなるモニタ用表示信号発生部４４では正常にモニタ用表示信号を発生することができない場合があるという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記負荷を流れる出力電流が所定値以上のときは、絶対値増幅器を構成する比較器によって出力電流検出用ホールＣＴから供給される検出電圧の絶対値を求めてその絶対値に基づく第１のモニタ用表示信号を前記ＣＰＵ等のモニタ手段に供給し、負荷を流れる出力電流が前記所定値以下のときは、前記検出電圧を接地電位のような予め設定された基準電値と比較してその比較結果に基づいて第２のモニタ用表示信号を前記モニタ手段に供給するようにして、出力電流（溶接電流）が前記所定値以下、以上に拘わらずモニタ手段により前記負荷を流れる出力電流をモニタする表示を行わせることができる高周波制御装置を具えた電源装置を提供することを目的としたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による電源装置は、入力交流電圧を整流・平滑して直流電圧を生成する整流・平滑回路と、高周波制御装置から供給される高周波スイッチング信号によりオン−オフされるスイッチング手段を含む、前記直流電圧を高周波電圧に変換する高周波変換器と、前記高周波電圧を変圧して高周波電圧を発生する高周波変圧器と、前記高周波電圧に基づいて生成された放電用電圧を負荷に供給する出力回路と、前記負荷を流れる出力電流を検出して、その出力電流の大きさを表わす検出電圧を前記高周波制御装置に供給するホール変流器と、前記高周波制御装置から供給されるモニタ用表示信号に応答して前記負荷を流れる出力電流をモニタする表示手段を含むモニタ手段とを含む。そして、前記高周波制御装置は、前記ホール変流器から供給される前記検出電圧を接地電位と比較して接地電位より大きいとき出力を発生する比較器を有し、この比較器の出力を一因として、前記スイッチング手段のオン−オフの切換を制御する前記スイッチング信号を発生するスイッチング制御信号発生部と、前記ホール変流器から供給される前記検出電圧を絶対値に変換してその絶対値を予め定めた基準電位と比較され、基準電位よりも大きいとき第１のモニタ用表示信号を前記モニタ手段に供給する第１のモニタ用表示信号発生部と、前記比較器の出力に基づいて第２のモニタ用表示信号を前記モニタ手段に供給する第２のモニタ用表示信号発生部とを備えている。前記第１のモニタ用表示信号と第２のモニタ用表示信号の論理和をとるオア回路を設け、このオア回路の出力信号をモニタ用表示信号として前記ＣＰＵに供給することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、例えば図２のアーク溶接用電源装置で使用される本発明の高周波制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１で、ホールＣＴから入力部３２に供給される検出電圧を絶対値増幅器を構成する比較器４６、４８で絶対値に変換し、この絶対値を出力比較器５０で基準電位Ｖ_Ｒと比較してモニタ用表示信号（第１のモニタ用表示信号Ａ）を発生するモニタ用表示信号発生部（第１のモニタ用表示信号発生部）４４の構成は図６に示す従来の高周波制御装置のそれと同様である。また、ホールＣＴ３０から入力部３２に供給される検出電圧を接地電位のような基準電位と比較する比較器３８および該比較器３８の出力信号に応答してＩＧＢＴ８ａ、８ｂに供給されるスイッチング信号を発生する制御ＩＣ４０を含むスイッチング信号発生部３６の構成も図６に示す従来の高周波制御装置のそれと同様である。
【００１４】
図１に示す本発明の高周波制御装置は、図６に示す従来の高周波制御装置におけるスイッチング信号発生部３６中の比較器３８の出力にインピーダンス変換器５４と、該インピーダンス変換器５４の出力電圧を基準電位Ｖ_Ｒ１と比較する比較器５６とからなる第２のモニタ用表示信号発生部５８を追加して構成されている。すなわちスイッチング信号発生部３６中の比較器３８の出力信号は検知信号としてインピーダンス変換器５４を経て比較器５６に供給される。比較器５６は前記検知信号を、電圧Ｖ_ＣＣと分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４によって設定される基準電位Ｖ_Ｒ１と比較して、出力電流（溶接電流）が前述の３．５Ａ以下の場合でもＣＰＵ３４に第２のモニタ用表示信号Ｂを供給して、出力電流（溶接電流）をモニタするための表示を行わせることができる。第１及び第２のモニタ用表示信号Ａ、Ｂのレベルは同じ値とすることが望ましい。
【００１５】
アーク溶接法のうち、溶接の開始時や、トーチと母材からなる負荷とが短絡しているときに、通常の出力電流よりも大きな電流を流してアーク放電を発生させるホットスタート法等の手溶接（ＳＴＩＣＫ）モード、溶接電極と母材とを短絡させ、これらの間に低電流を流した後、溶接電極を母材から離して両者の間にアーク放電を発生させるタッチスタート（ＬＩＦＴ−ＴＩＨＧ）モード、溶接電極を母材から離しておいて両者の間に例えば１〜３ＭＨｚで５〜２０ｋＶの高周波高電圧を印加してアークを発生させる高周波スタート（ＨＦ−ＴＩＧ）モード等の場合は、溶接電流（出力電流）が３．５Ａ以下になることがあるから、第１のモニタ用表示信号Ａと第２のモニタ用表示信号Ｂの両方、または両信号の論理和（オア出力）をモニタ用表示信号としてＣＰＵ３４に供給することにより、溶接電流（出力電流）の大小に拘わらず出力電流の有無をモニタすることができる。一方、溶接ワイヤーをワイヤー供給装置で母材に供給し、母材とワイヤーとの間に電圧を印加して、これらの間でアーク発生と短絡とを反復して溶接を行なうＭＩＧモードでは、電圧制御のために出力電流が３．５Ａ以下になることはないから、出力比較器５０から供給される第１のモニタ用表示信号ＡのみをＣＰＵ３４に供給すればよい。
【００１６】
図３は、高周波制御装置１６として図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク溶接用電源装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。図３の電源装置では、高周波電圧を昇圧する高周波変圧器１４として２個の２次巻線１４_Ｓ１、１４_Ｓ２を有するものが使用されており、各２次巻線に現れる昇圧された高周波高電圧は出力側整流回路１８で整流されて直流高電圧が生成される。図２の実施形態と同様に、この直流高電圧は、結合コイル２４で高電圧発生器２８から供給されるアーク起動用高電圧と加算（重畳）されて出力端子２６ａ、２６ｂに供給される。出力電流（溶接電流）がホールＣＴ３０で検出されて高周波制御装置１６の入力部３２に供給されることを含めて、その他の構成は図２に示す電源装置と同様であるから、図２の電源装置と同じまたは同等部分については同じ参照番号を付してその説明を省略する。
【００１７】
図４は高周波制御装置１６として図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク溶接用電源装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。図４の電源装置のうち、図２または図３に示す電源装置と同じまたは同等部分については同じ参照番号を付してその説明を省略する。図４の電源装置では２個の高周波変圧器６２ａ、６２ｂが使用されており、各高周波変圧器で昇圧された高周波高電圧は出力側整回路１８で整流される。整流によって生成された直流電圧はスイッチング手段として２個のＩＧＢＴを含む低周波変換器６４により低周波の高電圧に変換される。低周波変換器６４の各ＩＧＢＴのオン−オフのスイッチングは、高周波制御装置１６から供給される信号によって制御される低周波制御回路６６によって制御される。低周波変換器６４によって生成された低周波の高電圧は、結合コイル２４で高電圧発生器２８から供給されるアーク起動用高電圧と加算（重畳）されて出力端子２６ａ、２６ｂに供給される。出力電流（溶接電流）がホールＣＴ３０で検出されて高周波制御装置１６の入力部３２に供給されることは図２、図３の実施形態と同様である。
【００１８】
図５は高周波制御装置１６として図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク溶接用電源装置の第４の実施形態を示す概略構成図である。図５の電源装置のうち、図２乃至図４に示す電源装置と同じまたは同等部分については同じ参照番号を付してその説明を省略する。図４の電源装置では、入力端子６８に供給される３相の入力交流電圧は入力側整流器７０で整流され、コンデンサ７１ａ〜７３ａ、７１ｂ〜７３ｂを含む平滑回路で平滑されて直流化される。生成された直流電圧は、それぞれ直列接続された２個のＩＧＢＴとこれらの各ＩＧＢＴに逆並列接続されたダイオードとにより構成された高周波変換器７４ａ、７４ｂ、および高周波変圧器７６ａ、７６ｂにより高周波高電圧に変換される。この高周波高電圧は出力側整流回路７８で整流されて直流高電圧が生成される。この直流高電圧は、結合コイル２４で高電圧発生器２８から供給されるアーク起動用高電圧と加算（重畳）されて出力端子２６ａ、２６ｂに供給される。出力電流（溶接電流）がホールＣＴ３０で検出されて高周波制御装置１６の入力部３２に供給されることは図２乃至図４に示す電源装置と同様である。
【００１９】
上記の実施の形態では、本発明をアーク放電用電源装置に実施したが、めっき装置または充電器の電源装置としても使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のアーク放電用電源装置では、ホールＣＴ（ホール変流器）で検出された例えば溶接電流のような出力電流を表わす検出電圧を、絶対値に変換し、その絶対値を基準電位と比較して第１のモニタ用表示信号を生成すると共に、前記検出電圧を直接接地電位のような基準電位と比較して得られた信号に基づいて第２のモニタ用表示信号を生成しているから、出力電流が所定値以上のときは安定して発生する前記第１のモニタ用表示信号を使用し、出力電流が前記所定値以下のときは前記第１のモニタ用表示信号が不安定または不能になるから、前記第２のモニタ用表示信号を使用することにより、前記出力電流の大小に拘わらずモニタ用表示信号をモニタ手段に供給して出力電流を常に正確にモニタすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、アーク放電用電源装置において、出力電流を検出するホールＣＴから供給される検出電圧に応答してスイッチング信号およびモニタ用表示信号を発生する本発明による高周波制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク放電用電源装置の第１の例を示す概略構成図である。
【図３】図３は、図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク放電用電源装置の第２の例を示す概略構成図である。
【図４】図４は、図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク放電用電源装置の第３の例を示す概略構成図である。
【図５】図５は、図１に示す本発明の高周波制御装置が使用されるアーク放電用電源装置の第４の例を示す概略構成図である。
【図６】図６は、アーク放電用電源装置において、出力電流を検出するホールＣＴから供給される検出電圧に応答してスイッチング信号およびモニタ用表示信号を発生する従来の高周波制御装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３０ホールＣＴ（ホール変流器）
３６スイッチング信号発生部
３８比較器
４０制御ＩＣ
４４第１のモニタ用表示信号発生部
４６絶対値増幅器を構成する比較器
４８絶対値増幅器を構成する比較器
５０出力比較器
５４インピーダンス変換器
５６比較器
５８第２のモニタ用表示信号発生部

Claims

入力交流電圧を整流・平滑して直流電圧を生成する整流・平滑回路と、
高周波制御装置から供給されるスイッチング制御信号によりオン−オフされるスイッチング手段を含む、前記直流電圧を高周波電圧に変換する高周波変換器と、
前記高周波電圧を変圧して高周波電圧を発生する高周波変圧器と、
前記高周波電圧に基づいて生成された放電用電圧を負荷に供給する出力回路と、
前記負荷を流れる出力電流を検出して、その出力電流の大きさを表わす検出電圧を前記高周波制御装置に供給するホール変流器と、
前記高周波制御装置から供給されるモニタ用表示信号に応答して前記負荷を流れる出力電流をモニタするモニタ手段と、を具備し、
前記高周波制御装置は、前記ホール変流器から供給される前記検出電圧を接地電位と比較して接地電位より大きいとき出力を発生する比較器を有し、この比較器の出力を一因として、前記スイッチング手段のオン−オフの切換を制御する前記スイッチング信号を発生するスイッチング制御信号発生部と、前記ホール変流器から供給される前記検出電圧を絶対値に変換してその絶対値を予め定めた基準電位と比較され、基準電位よりも大きいとき第１のモニタ用表示信号を前記モニタ手段に供給する第１のモニタ用表示信号発生部と、前記比較器の出力に基づいて第２のモニタ用表示信号を前記モニタ手段に供給する第２のモニタ用表示信号発生部とを、含む、
電源装置。
高周波制御装置は、第１のモニタ用表示信号と第２のモニタ用表示信号との論理和をとるオア回路を含み、該オア回路の出力信号をモニタ用表示信号として前記モニタ手段に供給することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。