JP5917097B2 - Power supply device and power supply device for arc machining - Google Patents

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Description

本発明は、ハーフブリッジ型のインバータ回路を備える電源装置及びアーク加工用電源装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply device including a half-bridge type inverter circuit and a power supply device for arc machining.

アーク加工機等に用いる電源装置は、交流入力電力から生成した直流電力をインバータ回路のスイッチング動作にて高周波交流電力に変換し、溶接トランスにて電圧調整された高周波交流電力を後段回路でアーク溶接等のアーク加工に適した直流出力電力に変換している。出力電力の調整は、インバータ回路のスイッチング動作を制御することで行われる。   A power supply device used for an arc machine or the like converts DC power generated from AC input power into high-frequency AC power by switching operation of an inverter circuit, and arc-welding high-frequency AC power adjusted by a welding transformer in a subsequent circuit. It is converted to DC output power suitable for arc machining such as. The adjustment of the output power is performed by controlling the switching operation of the inverter circuit.

例えば特許文献1に開示の電源装置は、ハーフブリッジ型インバータ回路を備え、該回路のスイッチング素子のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御(PWM制御)が行われ、出力電力の調整が行われている。また、この電源装置には、一次整流回路とインバータ回路との間にスイッチング素子(電力開閉用スイッチング素子)及びコンデンサ等の補助スイッチング回路が備えられている。そして、インバータ回路のスイッチング素子と連動した補助スイッチング素子のオンオフ動作と、これに伴う補助コンデンサの充放電動作とから、各スイッチング素子のスイッチングロスを低減するソフトスイッチング制御が行われている。   For example, the power supply device disclosed in Patent Document 1 includes a half-bridge type inverter circuit, and pulse width modulation control (PWM control) for adjusting the on-pulse width of the switching element of the circuit is performed, and output power is adjusted. Yes. In addition, the power supply device includes a switching element (power switching element) and an auxiliary switching circuit such as a capacitor between the primary rectifier circuit and the inverter circuit. And soft switching control which reduces the switching loss of each switching element is performed from the ON / OFF operation | movement of the auxiliary switching element linked with the switching element of the inverter circuit, and the charging / discharging operation | movement of the auxiliary capacitor accompanying this.

特開2005−279774号公報JP 2005-279774 A

ところで、PWM制御では、通常、電源装置の出力を極めて小さく調整する際において、インバータ回路及び補助スイッチング回路に出力される各制御パルス信号のオンパルス幅が極めて幅狭に設定される。そのため、スイッチング素子がオンできない事象が生じ、出力不安定、偏磁等の問題が生じる虞があった。   By the way, in PWM control, normally, when adjusting the output of the power supply device to be extremely small, the on-pulse width of each control pulse signal output to the inverter circuit and the auxiliary switching circuit is set to be extremely narrow. Therefore, an event that the switching element cannot be turned on occurs, and there is a possibility that problems such as output instability and magnetic demagnetization may occur.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低出力時の出力安定化を図ることができる電源装置及びアーク加工用電源装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a power supply device and an arc machining power supply device capable of stabilizing the output at the time of low output.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、スイッチング素子が交互にオンオフするスイッチング動作を行い、入力される直流電力を高周波交流電力に変換するハーフブリッジ型のインバータ回路と、前記インバータ回路前段の電源線上に設けられ、前記インバータ回路のスイッチング動作と連動動作するスイッチング素子と該素子後段の電源線間に接続される補助コンデンサとを有する補助スイッチング回路とを備え、前記インバータ回路及びこれに連動する前記補助スイッチング回路のスイッチング動作を制御して負荷への出力電力の調整を行う出力制御を行うとともに、前記補助スイッチング回路のスイッチング素子を先にオフさせて後にオフする前記インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングロスを低減する動作を含むソフトスイッチング制御を行うように構成される電源装置であって、前記インバータ回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するとともに、これに応じて前記補助スイッチング回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御手段と、前記インバータ回路のスイッチング素子と前記補助スイッチング回路のスイッチング素子とで対をなす制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御手段と、出力要求が大の時には前記パルス幅変調制御手段とし、出力要求が小の時には前記位相シフト制御手段に切り替える制御切替手段とを備えたことをその要旨とする。   In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is a half-bridge type inverter circuit that performs a switching operation in which switching elements are alternately turned on and off, and converts input DC power into high-frequency AC power; An auxiliary switching circuit provided on a power supply line upstream of the inverter circuit and having a switching element operating in conjunction with the switching operation of the inverter circuit and an auxiliary capacitor connected between the power supply lines downstream of the element; The output of the inverter circuit that controls the switching operation of the auxiliary switching circuit in conjunction with this and performs output control that adjusts the output power to the load, and that turns off the switching element of the auxiliary switching circuit first and turns it off later. Operation to reduce switching loss of switching elements A power supply device configured to perform soft switching control including adjusting an on-pulse width of a control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit and outputting the control pulse signal to the switching element of the auxiliary switching circuit accordingly A pulse width modulation control means for adjusting an on-pulse width of the control pulse signal to be adjusted, and a phase shift control for adjusting a mutual phase difference between the control pulse signal paired by the switching element of the inverter circuit and the switching element of the auxiliary switching circuit The gist of the present invention is that it comprises means for controlling the pulse width modulation when the output request is large, and control switching means for switching to the phase shift control means when the output request is small.

この発明では、出力要求が大の時には、インバータ回路及びこれに連動する補助スイッチング回路に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅の調整を行うパルス幅変調制御(PWM制御)が行われ、出力要求が小の時には、インバータ回路と補助スイッチング回路との間で対となる各制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御(PSM制御)に切り替わる。つまり、低出力要求時にそのままPWM制御を実施すると、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子がオンできない事象が生じ得る。そのため、低出力要求時にはPSM制御に切り替わり、各制御パルス信号のオンパルス幅を確保した状態での位相調整により電流ピーク値・平均値が小さくされ、低出力とされる。これにより、低出力要求時においてもインバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子を確実にオンさせることが可能となるため、安定した出力が得られるようになる。   In the present invention, when the output request is large, pulse width modulation control (PWM control) is performed to adjust the on-pulse width of each control pulse signal output to the inverter circuit and the auxiliary switching circuit linked to the inverter circuit. When it is small, the phase shift control (PSM control) for adjusting the mutual phase difference between the control pulse signals paired between the inverter circuit and the auxiliary switching circuit is switched. That is, if PWM control is performed as it is when a low output is required, an event may occur in which the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit cannot be turned on. Therefore, when the low output is requested, the control is switched to the PSM control, and the current peak value / average value is reduced by the phase adjustment in a state where the on-pulse width of each control pulse signal is secured, so that the output is low. As a result, the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be reliably turned on even when a low output is required, so that a stable output can be obtained.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電源装置において、前記制御切替手段は、前記パルス幅変調制御手段と前記位相シフト制御手段との切り替え判定を前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子のオンパルス幅を用いて行うものであり、前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子が十分にオン可能な所定狭パルス幅より大となる前記オンパルス幅に設定されるような出力要求時には前記パルス幅変調制御手段とし、前記オンパルス幅がその所定狭パルス幅より小となり得る出力要求時には前記オンパルス幅をその所定狭パルス幅に固定した状態での前記制御パルス信号の位相調整を行う前記位相シフト制御手段に切り替えることをその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the power supply device according to the first aspect, the control switching unit determines whether to switch the pulse width modulation control unit and the phase shift control unit with the inverter circuit and the auxiliary switching circuit. The on-pulse width of each of the switching elements is set to the on-pulse width that is larger than a predetermined narrow pulse width at which each of the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be sufficiently turned on. The pulse width modulation control means is used when an output is requested, and the phase of the control pulse signal is adjusted in a state where the on pulse width is fixed to the predetermined narrow pulse width when the on pulse width can be smaller than the predetermined narrow pulse width. The gist is to switch to the phase shift control means to be performed.

この発明では、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子が十分にオン可能な所定狭パルス幅より大となるオンパルス幅に設定される出力要求期間ではPWM制御が実施され、オンパルス幅がその所定狭パルス幅より小となり得る低出力要求期間ではオンパルス幅をその所定狭パルス幅に固定した状態で各制御パルス信号の位相調整を行うPSM制御が実施される。これにより、PWM制御から切り替わる際の所定狭パルス幅を継承してPSM制御に切り替えられることで、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子が確実にオンされることでの出力安定化とともに、制御が切り替わる際の出力安定化が可能となる。   In the present invention, the PWM control is performed in the output request period set to an on-pulse width larger than a predetermined narrow pulse width at which each switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be sufficiently turned on, and the on-pulse width is reduced to the predetermined narrow pulse width. In a low output request period that can be smaller than the pulse width, PSM control is performed in which the phase of each control pulse signal is adjusted while the on-pulse width is fixed to the predetermined narrow pulse width. As a result, by inheriting a predetermined narrow pulse width when switching from PWM control and switching to PSM control, the output of each switching element of the inverter circuit and auxiliary switching circuit is reliably turned on, and the output is stabilized. It is possible to stabilize the output when the is switched.

請求項3に記載の発明は、スイッチング素子が交互にオンオフするスイッチング動作を行い、入力される直流電力を高周波交流電力に変換するハーフブリッジ型のインバータ回路と、前記インバータ回路前段の電源線上に設けられ、前記インバータ回路のスイッチング動作と連動動作するスイッチング素子と該素子後段の電源線間に接続される補助コンデンサとを有する補助スイッチング回路とを備え、前記インバータ回路及びこれに連動する前記補助スイッチング回路のスイッチング動作を制御して負荷への出力電力の調整を行う出力制御を行うとともに、前記補助スイッチング回路のスイッチング素子を先にオフさせて後にオフする前記インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングロスを低減する動作を含むソフトスイッチング制御を行うように構成される電源装置であって、前記インバータ回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するとともに、これに応じて前記補助スイッチング回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御手段と、前記インバータ回路のスイッチング素子と前記補助スイッチング回路のスイッチング素子とで対をなす制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御手段と、出力要求が大の時には前記パルス幅変調制御手段とし、出力要求が小の時には前記位相シフト制御手段に切り替える制御切替手段とを備え、前記位相シフト制御手段は、前記インバータ回路に出力する制御パルス信号に対して、前記補助スイッチング回路に出力する制御パルス信号を相対的に進み側にシフトさせることをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a half-bridge type inverter circuit that performs a switching operation in which switching elements are alternately turned on and off and converts input DC power into high-frequency AC power, and a power supply line before the inverter circuit. An auxiliary switching circuit having a switching element that operates in conjunction with the switching operation of the inverter circuit and an auxiliary capacitor connected between power supply lines downstream of the element, the inverter circuit and the auxiliary switching circuit that is interlocked therewith The switching operation of the inverter circuit is adjusted to adjust the output power to the load, and the switching element of the inverter circuit that turns off the switching element of the auxiliary switching circuit first and then turns off is reduced. Soft switching system including operation And a control pulse signal output to the switching element of the auxiliary switching circuit according to the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit. A pulse width modulation control means for adjusting the on-pulse width, a phase shift control means for adjusting a mutual phase difference between control pulse signals paired by the switching element of the inverter circuit and the switching element of the auxiliary switching circuit, and an output The pulse width modulation control means is provided when the request is large, and the control switching means is switched to the phase shift control means when the output request is small. The phase shift control means outputs a control pulse signal to the inverter circuit. In contrast, the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit The shifting relatively advanced side as its gist.

この発明では、出力要求が大の時には、インバータ回路及びこれに連動する補助スイッチング回路に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅の調整を行うパルス幅変調制御(PWM制御)が行われ、出力要求が小の時には、インバータ回路と補助スイッチング回路との間で対となる各制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御(PSM制御)に切り替わる。つまり、低出力要求時にそのままPWM制御を実施すると、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子がオンできない事象が生じ得る。そのため、低出力要求時にはPSM制御に切り替わり、各制御パルス信号のオンパルス幅を確保した状態での位相調整により電流ピーク値・平均値が小さくされ、低出力とされる。これにより、低出力要求時においてもインバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子を確実にオンさせることが可能となるため、安定した出力が得られるようになる。また、PSM制御では、インバータ回路に出力する制御パルス信号に対して、補助スイッチング回路に出力する制御パルス信号が相対的に進み側にシフトされる。これにより、補助スイッチング回路のスイッチング素子が先にオフしてからインバータ回路のスイッチング素子がオフするソフトスイッチング動作がこのPSM制御時においても継続され、スイッチングロス低減に寄与できる。 In the present invention, when the output request is large, pulse width modulation control (PWM control) is performed to adjust the on-pulse width of each control pulse signal output to the inverter circuit and the auxiliary switching circuit linked to the inverter circuit. When it is small, the phase shift control (PSM control) for adjusting the mutual phase difference between the control pulse signals paired between the inverter circuit and the auxiliary switching circuit is switched. That is, if PWM control is performed as it is when a low output is required, an event may occur in which the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit cannot be turned on. Therefore, when the low output is requested, the control is switched to the PSM control, and the current peak value / average value is reduced by the phase adjustment in a state where the on-pulse width of each control pulse signal is secured, so that the output is low. As a result, the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be reliably turned on even when a low output is required, so that a stable output can be obtained. In PSM control, the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit is relatively shifted to the advance side with respect to the control pulse signal output to the inverter circuit. As a result, the soft switching operation in which the switching element of the inverter circuit is turned off after the switching element of the auxiliary switching circuit is turned off is continued even during the PSM control, thereby contributing to the reduction of switching loss.

請求項4に記載の発明は、スイッチング素子が交互にオンオフするスイッチング動作を行い、入力される直流電力を高周波交流電力に変換するハーフブリッジ型のインバータ回路と、前記インバータ回路前段の電源線上に設けられ、前記インバータ回路のスイッチング動作と連動動作するスイッチング素子と該素子後段の電源線間に接続される補助コンデンサとを有する補助スイッチング回路とを備え、前記インバータ回路及びこれに連動する前記補助スイッチング回路のスイッチング動作を制御して負荷への出力電力の調整を行う出力制御を行うとともに、前記補助スイッチング回路のスイッチング素子を先にオフさせて後にオフする前記インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングロスを低減する動作を含むソフトスイッチング制御を行うように構成される電源装置であって、前記インバータ回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するとともに、これに応じて前記補助スイッチング回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御手段と、前記インバータ回路のスイッチング素子と前記補助スイッチング回路のスイッチング素子とで対をなす制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御手段と、出力要求が大の時には前記パルス幅変調制御手段とし、出力要求が小の時には前記位相シフト制御手段に切り替える制御切替手段とを備え、前記位相シフト制御手段は、前記インバータ回路に出力する制御パルス信号と、前記補助スイッチング回路に出力する制御パルス信号との一方側を固定、他方側をシフトさせることをその要旨とする。
この発明では、出力要求が大の時には、インバータ回路及びこれに連動する補助スイッチング回路に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅の調整を行うパルス幅変調制御(PWM制御)が行われ、出力要求が小の時には、インバータ回路と補助スイッチング回路との間で対となる各制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御(PSM制御)に切り替わる。つまり、低出力要求時にそのままPWM制御を実施すると、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子がオンできない事象が生じ得る。そのため、低出力要求時にはPSM制御に切り替わり、各制御パルス信号のオンパルス幅を確保した状態での位相調整により電流ピーク値・平均値が小さくされ、低出力とされる。これにより、低出力要求時においてもインバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子を確実にオンさせることが可能となるため、安定した出力が得られるようになる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a half-bridge type inverter circuit that performs a switching operation in which switching elements are alternately turned on and off and converts input DC power into high-frequency AC power, and a power supply line upstream of the inverter circuit. An auxiliary switching circuit having a switching element that operates in conjunction with the switching operation of the inverter circuit and an auxiliary capacitor connected between power supply lines downstream of the element, the inverter circuit and the auxiliary switching circuit that is interlocked therewith The switching operation of the inverter circuit is adjusted to adjust the output power to the load, and the switching element of the inverter circuit that turns off the switching element of the auxiliary switching circuit first and then turns off is reduced. Soft switching system including operation And a control pulse signal output to the switching element of the auxiliary switching circuit according to the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit. A pulse width modulation control means for adjusting the on-pulse width, a phase shift control means for adjusting a mutual phase difference between control pulse signals paired by the switching element of the inverter circuit and the switching element of the auxiliary switching circuit, and an output The pulse width modulation control means when the demand is large, and the control switching means for switching to the phase shift control means when the output demand is small, the phase shift control means, the control pulse signal output to the inverter circuit And a control pulse signal output to the auxiliary switching circuit. Fixed side, to shift the other side as its gist.
In the present invention, when the output request is large, pulse width modulation control (PWM control) is performed to adjust the on-pulse width of each control pulse signal output to the inverter circuit and the auxiliary switching circuit linked to the inverter circuit. When it is small, the phase shift control (PSM control) for adjusting the mutual phase difference between the control pulse signals paired between the inverter circuit and the auxiliary switching circuit is switched. That is, if PWM control is performed as it is when a low output is required, an event may occur in which the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit cannot be turned on. Therefore, when the low output is requested, the control is switched to the PSM control, and the current peak value / average value is reduced by the phase adjustment in a state where the on-pulse width of each control pulse signal is secured, so that the output is low. As a result, the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be reliably turned on even when a low output is required, so that a stable output can be obtained.

この発明では、PSM制御では、インバータ回路及び補助スイッチング回路に出力する各制御パルス信号の一方側が固定、他方側がシフトされる。これにより、1つの制御パルス信号のみの位相調整で済むため、位相調整が容易である。   In the present invention, in the PSM control, one side of each control pulse signal output to the inverter circuit and the auxiliary switching circuit is fixed and the other side is shifted. As a result, the phase adjustment is easy because only one control pulse signal needs to be adjusted.

請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の電源装置において、前記制御切替手段は、前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子が十分にオン可能な所定狭パルス幅より大となる前記オンパルス幅に設定されるような出力要求時には前記パルス幅変調制御手段とし、前記オンパルス幅がその所定狭パルス幅より小となり得る出力要求時には前記オンパルス幅をその所定狭パルス幅に固定した状態での前記制御パルス信号の位相調整を行う前記位相シフト制御手段に切り替えることをその要旨とする。
この発明では、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子が十分にオン可能な所定狭パルス幅より大となるオンパルス幅に設定される出力要求期間ではPWM制御が実施され、オンパルス幅がその所定狭パルス幅より小となり得る低出力要求期間ではオンパルス幅をその所定狭パルス幅に固定した状態で各制御パルス信号の位相調整を行うPSM制御が実施される。これにより、PWM制御から切り替わる際の所定狭パルス幅を継承してPSM制御に切り替えられることで、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子が確実にオンされることでの出力安定化とともに、制御が切り替わる際の出力安定化が可能となる。
請求項6に記載の発明は、請求項2又は5に記載の電源装置において、前記所定狭パルス幅は、前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子がオン可能な最小パルス幅に設定されたことをその要旨とする。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電源装置において、前記インバータ回路にて生成された高周波交流電力を電圧調整して二次側に出力するトランスと、前記トランスを介して電圧調整された高周波交流電力から負荷に応じた出力電力に変換する出力変換回路とを備えるものであることをその要旨とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the power supply device according to the third or fourth aspect, the control switching means has a predetermined narrow pulse width at which each switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be sufficiently turned on. The pulse width modulation control means is used when an output request is set to a large on-pulse width, and the on-pulse width is fixed to the predetermined narrow pulse width when the output request can be smaller than the predetermined narrow pulse width. The gist of the present invention is to switch to the phase shift control means for adjusting the phase of the control pulse signal in such a state.
In the present invention, the PWM control is performed in the output request period set to an on-pulse width larger than a predetermined narrow pulse width at which each switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be sufficiently turned on, and the on-pulse width is reduced to the predetermined narrow pulse width. In a low output request period that can be smaller than the pulse width, PSM control is performed in which the phase of each control pulse signal is adjusted while the on-pulse width is fixed to the predetermined narrow pulse width. As a result, by inheriting a predetermined narrow pulse width when switching from PWM control and switching to PSM control, the output of each switching element of the inverter circuit and auxiliary switching circuit is reliably turned on, and the output is stabilized. It is possible to stabilize the output when the is switched.
According to a sixth aspect of the present invention, in the power supply device according to the second or fifth aspect, the predetermined narrow pulse width is set to a minimum pulse width at which each switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be turned on. This is the gist.
The invention according to claim 7 is the power supply device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the high-frequency AC power generated by the inverter circuit is voltage-adjusted and output to the secondary side. The gist of the invention is that it includes an output conversion circuit that converts high-frequency AC power that has undergone voltage adjustment through the transformer into output power corresponding to a load.

この発明では、インバータ回路にて生成された高周波交流電力を電圧調整するトランスと、該トランスにて電圧調整された高周波交流電力から負荷に応じた出力電力に変換する出力変換回路とが備えられる。これらを備える電源装置の低出力時の出力安定化が可能となる。   The present invention includes a transformer that adjusts the voltage of the high-frequency AC power generated by the inverter circuit, and an output conversion circuit that converts the high-frequency AC power voltage-adjusted by the transformer into output power corresponding to the load. Output stabilization at the time of low output of a power supply device including these becomes possible.

請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の電源装置を用いてアーク加工用出力電力を生成するように構成されたアーク加工用電源装置である。
この発明では、低出力時の出力安定化が可能なアーク加工用電源装置を提供できる。
The invention described in claim 8 is an arc machining power supply device configured to generate the output power for arc machining using the power supply device according to any one of claims 1 to 7 .
According to the present invention, it is possible to provide a power supply device for arc machining capable of stabilizing output at low output.

本発明によれば、低出力時の出力安定化を図ることができる電源装置及びアーク加工用電源装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply device and arc processing power supply device which can aim at the output stabilization at the time of a low output can be provided.

実施形態におけるアーク加工用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply device for arc processing in an embodiment. 電源装置各所の電圧・電流波形図であり、(a)はPWM動作時(出力大時)、(b)はPWM−PSM臨界動作時(出力小時)、(c)はPSM動作時(出力極小時)である。It is a voltage / current waveform diagram of each part of the power supply device, (a) at the time of PWM operation (when output is large), (b) at the time of PWM-PSM critical operation (when output is small), (c) at the time of PSM operation (minimum output) Time). PWM−PSM制御態様の説明図である。It is explanatory drawing of a PWM-PSM control aspect. 別例における制御パルス信号の波形図であり、(a)はPWM動作時(出力大時)、(b)はPWM−PSM臨界動作時(出力小時)、(c)はPSM動作時(出力極小時)である。FIG. 6 is a waveform diagram of a control pulse signal in another example, where (a) is during PWM operation (when output is large), (b) is during PWM-PSM critical operation (when output is small), and (c) is during PSM operation (minimum output). Time). 別例における制御パルス信号の波形図であり、(a)はPWM動作時(出力大時)、(b)はPWM−PSM臨界動作時(出力小時)、(c)はPSM動作時(出力極小時)である。FIG. 6 is a waveform diagram of a control pulse signal in another example, where (a) is during PWM operation (when output is large), (b) is during PWM-PSM critical operation (when output is small), and (c) is during PSM operation (minimum output). Time).

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、アーク加工機は、アーク加工用電源装置11にて生成した出力電力をトーチTHに供給し、トーチTHから加工対象物Mに向けてアークを発生させて、加工対象物Mに対してアーク溶接、アーク切断等のアーク加工を行う装置である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the arc machine supplies the output power generated by the arc machining power supply 11 to the torch TH, generates an arc from the torch TH toward the workpiece M, and processes the workpiece. It is an apparatus that performs arc processing such as arc welding and arc cutting on M.

電源装置11は、直流変換回路12、インバータ回路13、補助スイッチング回路14、トランスINT、及び出力変換回路15を備えて構成されている。
直流変換回路12は、ダイオードブリッジよりなる整流回路DR1と平滑コンデンサC1,C2とを備えている。整流回路DR1の出力端子からそれぞれ延びる電源線L1,L2間に平滑コンデンサC1,C2が直列接続され、平滑コンデンサC1,C2間から電源線L3が延びている。直流変換回路12は、商用電源から供給される三相の交流入力電力を整流回路DR1にて直流電力に変換して平滑コンデンサC1,C2を充電する。各平滑コンデンサC1,C2にて充電された直流電力は、電源線L1,L3又は電源線L3,L2を介して補助スイッチング回路14、及びその後段のインバータ回路13に出力され、整流回路DR1の出力電圧の半分の電圧値としてこれら後段回路に出力されるようになっている。
The power supply device 11 includes a DC conversion circuit 12, an inverter circuit 13, an auxiliary switching circuit 14, a transformer INT, and an output conversion circuit 15.
The DC conversion circuit 12 includes a rectifier circuit DR1 formed of a diode bridge and smoothing capacitors C1 and C2. Smoothing capacitors C1 and C2 are connected in series between power supply lines L1 and L2 extending from the output terminal of the rectifier circuit DR1, and a power supply line L3 extends between the smoothing capacitors C1 and C2. The DC conversion circuit 12 converts the three-phase AC input power supplied from the commercial power source into DC power by the rectifier circuit DR1, and charges the smoothing capacitors C1 and C2. The DC power charged by the smoothing capacitors C1 and C2 is output to the auxiliary switching circuit 14 and the subsequent inverter circuit 13 via the power supply lines L1 and L3 or the power supply lines L3 and L2, and the output of the rectifier circuit DR1. A voltage value that is half the voltage is output to these subsequent circuits.

インバータ回路13は、IGBT等の2個のスイッチング素子TR1,TR2を用い、スイッチング素子TR1を電源線L1側に、スイッチング素子TR2を電源線L2にそれぞれ配置したハーフブリッジ回路にて構成されている。各スイッチング素子TR1,TR2には、それぞれ還流ダイオードD1,D2が逆接続されている。先の平滑コンデンサC1,C2間に接続された電源線L3がトランスINTの一次側コイルの一端側に接続されているのに対し、インバータ回路13の出力端子(スイッチング素子TR1,TR2間のノード)は一次側コイルの他端側に接続されている。各スイッチング素子TR1,TR2のゲートには制御回路21から制御パルス信号が入力され、スイッチング素子TR1とスイッチング素子TR2とが交互にオンオフ駆動されて直流電力から高周波交流電力を生成し、該高周波交流電力をトランスINTの一次側コイルに供給する。   The inverter circuit 13 includes two switching elements TR1 and TR2 such as IGBTs, and is configured by a half bridge circuit in which the switching element TR1 is disposed on the power supply line L1 side and the switching element TR2 is disposed on the power supply line L2. Reflux diodes D1 and D2 are reversely connected to the switching elements TR1 and TR2, respectively. The power line L3 connected between the smoothing capacitors C1 and C2 is connected to one end of the primary coil of the transformer INT, whereas the output terminal of the inverter circuit 13 (a node between the switching elements TR1 and TR2). Is connected to the other end of the primary coil. A control pulse signal is input from the control circuit 21 to the gates of the switching elements TR1 and TR2, and the switching elements TR1 and TR2 are alternately turned on and off to generate high-frequency AC power from DC power. Is supplied to the primary coil of the transformer INT.

インバータ回路13と直流変換回路12との間には、IGBT等のスイッチング素子TR3,TR4、ダイオードD5,D6、及び補助コンデンサC3,C4とを有する補助スイッチング回路14が備えられている。スイッチング素子TR3,TR4は、自身のそれぞれに還流ダイオードD3,D4が逆接続され、スイッチング素子TR3が直流変換回路12の後段における電源線L1上に、スイッチング素子TR4が直流変換回路12の後段における電源線L2上に配置されている。スイッチング素子TR3,TR4の後段には、アノードが電源線L3に、カソードが電源線L1に接続されたダイオードD5と、アノードが電源線L2に、カソードが電源線L3に接続されたダイオードD6とが配置されている。更に、ダイオードD5,D6の後段には、電源線L1,L3間に補助コンデンサC3が接続され、電源線L3,L2間に補助コンデンサC4が接続されている。各スイッチング素子TR3,TR4のゲートには制御回路21から制御パルス信号が入力され、該スイッチング素子TR3はインバータ回路13のスイッチング素子TR1と、スイッチング素子TR4はスイッチング素子TR2とそれぞれ連動してオンオフ駆動される。これにより、スイッチング素子TR3,TR4自身も含め、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2のスイッチングロスを低減するソフトスイッチングが行われる。   An auxiliary switching circuit 14 having switching elements TR3 and TR4 such as IGBTs, diodes D5 and D6, and auxiliary capacitors C3 and C4 is provided between the inverter circuit 13 and the DC conversion circuit 12. The switching elements TR3 and TR4 have their freewheeling diodes D3 and D4 reversely connected to each other, the switching element TR3 is on the power supply line L1 in the subsequent stage of the DC conversion circuit 12, and the switching element TR4 is the power supply in the subsequent stage of the DC conversion circuit 12. Arranged on the line L2. At the subsequent stage of the switching elements TR3 and TR4, a diode D5 having an anode connected to the power supply line L3, a cathode connected to the power supply line L1, and a diode D6 having an anode connected to the power supply line L2 and a cathode connected to the power supply line L3. Has been placed. Further, an auxiliary capacitor C3 is connected between the power supply lines L1 and L3, and an auxiliary capacitor C4 is connected between the power supply lines L3 and L2 at the subsequent stage of the diodes D5 and D6. A control pulse signal is input from the control circuit 21 to the gates of the switching elements TR3 and TR4. The switching element TR3 is driven on and off in conjunction with the switching element TR1 of the inverter circuit 13 and the switching element TR4 in conjunction with the switching element TR2. The As a result, soft switching is performed to reduce the switching loss of the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 including the switching elements TR3 and TR4 themselves.

トランスINTは、前記インバータ回路13で生成された高周波交流電力の電圧調整を行い、二次側コイルから所定電圧に調整された高周波交流電力を出力変換回路15に出力する。   The transformer INT adjusts the voltage of the high-frequency AC power generated by the inverter circuit 13 and outputs the high-frequency AC power adjusted to a predetermined voltage from the secondary coil to the output conversion circuit 15.

出力変換回路15は、2個のダイオードよりなる整流回路DR2と、直流リアクトルDCLとを備えている。整流回路DR2は、トランスINTの二次側コイルの両端にそれぞれアノードが接続される2個のダイオードを備え、各ダイオードのカソードが直流リアクトルDCLに接続されて構成されている。直流リアクトルDCLは出力線L4上に配置され、出力線L5はトランスINTの二次側コイルの中間点に接続されている。出力変換回路15は、整流回路DR2と直流リアクトルDCLにて、トランスINTから出力された高周波交流電力をアーク加工に適した直流出力電力に変換する。   The output conversion circuit 15 includes a rectifier circuit DR2 composed of two diodes and a direct current reactor DCL. The rectifier circuit DR2 includes two diodes whose anodes are connected to both ends of the secondary coil of the transformer INT, and the cathode of each diode is connected to the DC reactor DCL. The direct current reactor DCL is disposed on the output line L4, and the output line L5 is connected to the intermediate point of the secondary coil of the transformer INT. The output conversion circuit 15 converts the high-frequency AC power output from the transformer INT into DC output power suitable for arc machining by the rectifier circuit DR2 and the DC reactor DCL.

そして、出力線L4にはトーチTHが、出力線L5には加工対象物Mがそれぞれ接続され、出力線L4を介してトーチTHに供給される出力電力に基づいて加工対象物Mとの間にアークを生じさせ、加工対象物Mのアーク溶接、アーク切断等のアーク加工が行われるようになっている。出力電力の調整は、制御回路21にてインバータ回路13のスイッチングを制御することで行われる。   The output line L4 is connected to the torch TH, the output line L5 is connected to the workpiece M, and the output line L4 is connected to the workpiece M based on the output power supplied to the torch TH. An arc is generated, and arc processing such as arc welding and arc cutting of the workpiece M is performed. The output power is adjusted by controlling the switching of the inverter circuit 13 by the control circuit 21.

制御回路21は、インバータ回路13と補助スイッチング回路14とを連動させたスイッチング制御を行っている。即ち、電源装置11には、その時々の出力電圧や出力電流の実値の検出を行う図示略の検出センサが備えられ、制御回路21は、その検出値(実値)に基づいてその時々で好適な出力電力となるスイッチング制御を行う。   The control circuit 21 performs switching control in which the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 are linked. That is, the power supply device 11 is provided with a detection sensor (not shown) that detects the actual value of the output voltage and output current at each time, and the control circuit 21 changes the value based on the detected value (actual value). Switching control is performed to obtain suitable output power.

制御回路21は、偏差算出部22、制御切替部23、パルス幅算出部24、及び位相差算出部25を備えている。
偏差算出部22は、その時々の目標値と実値との偏差Xの算出を行っている。制御切替部23は、その実値との偏差Xの大きさに基づいて、図3に示すように、予め設定した所定値Xaを境にその偏差Xが大きい領域、即ち小〜大出力要求時においては、インバータ回路13のスイッチング制御をパルス幅変調制御(PWM制御)とする。この場合、パルス幅算出部24は、偏差算出部22にて算出された実値との偏差Xに基づいて、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2のオンパルス幅Wmを算出し、これに基づいて補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4のオンパルス幅Wsを算出する。実値との偏差Xが大きくなると、オンパルス幅Wm,Wsは幅広に設定され、実値との偏差Xが小さくなると、オンパルス幅Wm,Wsは幅狭に設定される。そして、実値との偏差XがPWM制御時の下限値である所定値Xaになると、オンパルス幅Wm,Wsは最小パルス幅Wm0,Ws0に設定される。
The control circuit 21 includes a deviation calculation unit 22, a control switching unit 23, a pulse width calculation unit 24, and a phase difference calculation unit 25.
The deviation calculation unit 22 calculates the deviation X between the target value and the actual value from time to time. Based on the magnitude of the deviation X from the actual value, the control switching unit 23, as shown in FIG. 3, is a region where the deviation X is large with a predetermined value Xa as a boundary, that is, when a small to large output is requested. The switching control of the inverter circuit 13 is pulse width modulation control (PWM control). In this case, the pulse width calculation unit 24 calculates the on-pulse width Wm of the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 based on the deviation X from the actual value calculated by the deviation calculation unit 22, and based on this The on-pulse width Ws of the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 is calculated. When the deviation X from the actual value increases, the on-pulse widths Wm and Ws are set wide, and when the deviation X from the actual value decreases, the on-pulse widths Wm and Ws are set narrow. When the deviation X from the actual value reaches a predetermined value Xa that is a lower limit value during PWM control, the on-pulse widths Wm and Ws are set to the minimum pulse widths Wm0 and Ws0.

ここで、このPWM制御時においては、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4は、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2のそれぞれと同時(位相差ゼロ)にオンされるが、オフ時は各スイッチング素子TR1,TR2のオフに先立ってオフする。即ち、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2のオンパルスと立ち上がりが一致するが、立ち下がりが所定時間早くなるように(補助コンデンサC3,C4の放電が十分又は完全に行われるように)、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4のオンパルス幅Wsが先のオンパルス幅Wmよりも幅狭に設定される。   Here, at the time of this PWM control, the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 are turned on simultaneously with the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 (phase difference is zero). The switching elements TR1 and TR2 are turned off prior to turning off. In other words, the on-pulse of the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 coincides with the rising edge, but the auxiliary switching is performed so that the falling edge is advanced for a predetermined time (so that the auxiliary capacitors C3 and C4 are sufficiently or completely discharged). The on-pulse width Ws of the switching elements TR3 and TR4 of the circuit 14 is set narrower than the previous on-pulse width Wm.

そのため、実値との偏差Xが小さくなりオンパルス幅Wm,Wsが次第に幅狭になってくると、特にオンパルスが幅狭に設定される補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4が十分にオンできるかが懸念されるところである。本実施形態ではこれを考慮し、スイッチング素子TR3,TR4が十分にオンできる下限の最小パルス幅Ws0となる、またこれに対応するスイッチング素子TR1,TR2のオンパルス幅Wmが最小パルス幅Wm0となるPWM制御の下限値として所定値Xaが設定されている。   Therefore, when the deviation X from the actual value becomes small and the on-pulse widths Wm and Ws become narrower, the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 in which the on-pulse is set to be narrower can be sufficiently turned on. There is a concern. In the present embodiment, in consideration of this, the lower limit minimum pulse width Ws0 at which the switching elements TR3 and TR4 can be sufficiently turned on is set, and the on pulse width Wm of the corresponding switching elements TR1 and TR2 is set to the minimum pulse width Wm0. A predetermined value Xa is set as the lower limit value of the control.

従って、実値との偏差Xが所定値Xaよりも小さくなる領域、即ち極小出力要求時においては、制御切替部23は、インバータ回路13のスイッチング制御をPWM制御から位相シフト制御(PSM制御)に切り替える。この場合、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2を基準相、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4が制御相となる。位相差算出部25は、制御相側のスイッチング素子TR3,TR4のオンオフを早めるべく、制御相側の制御パルス信号を基準相側の制御パルス信号に対して進み側にシフトさせるその位相差αを偏差Xに基づいて算出する。そして、実値との偏差Xが所定値Xaから小さくなるに連れて、基準相側に対する制御相側の制御パルス信号の位相差αがゼロ(PWM制御時)から次第に大きくなるように設定され、最大位相差αxまで設定される。尚、パルス幅算出部24は、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2及び補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4のオンパルス幅Wm,Wsを最小パルス幅Wm0,Ws0に固定としている。   Therefore, in a region where the deviation X from the actual value is smaller than the predetermined value Xa, that is, when a minimum output is requested, the control switching unit 23 changes the switching control of the inverter circuit 13 from PWM control to phase shift control (PSM control). Switch. In this case, the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 are the reference phase, and the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 are the control phase. The phase difference calculation unit 25 shifts the phase difference α that shifts the control pulse signal on the control phase side to the advance side with respect to the control pulse signal on the reference phase side in order to speed up the on / off of the switching elements TR3 and TR4 on the control phase side. Calculation is based on the deviation X. Then, as the deviation X from the actual value decreases from the predetermined value Xa, the phase difference α of the control pulse signal on the control phase side with respect to the reference phase side is set to gradually increase from zero (during PWM control), The maximum phase difference αx is set. The pulse width calculation unit 24 fixes the on pulse widths Wm and Ws of the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 and the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 to the minimum pulse widths Wm0 and Ws0.

これにより、各スイッチング素子TR1〜TR4のオンパルスは十分にオン可能な最小パルス幅Wm0,Ws0に保たれたまま、制御相側のスイッチング素子TR3,TR4を位相差α分進み側にシフトさせて基準相側のスイッチング素子TR1,TR2との同時オン時間が調整されることで、極小出力の調整が行われる。また、進み側にシフトされることから、PSM制御時においても補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4がインバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2のオフに先立ってオフされることが維持されるため、PWM制御時と同様に補助スイッチング回路14によるソフトスイッチングが継続して行われる。   Thereby, the switching elements TR3 and TR4 on the control phase side are shifted to the advance side by the phase difference α while the ON pulses of the switching elements TR1 to TR4 are kept at the minimum pulse widths Wm0 and Ws0 that can be sufficiently turned on. The minimum output is adjusted by adjusting the simultaneous on-time with the phase-side switching elements TR1 and TR2. Further, since the shift is made to the advance side, the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 are maintained to be turned off before the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 are turned off even during the PSM control. Similarly to the PWM control, the soft switching by the auxiliary switching circuit 14 is continuously performed.

次に、本実施形態の制御回路21の各種制御を電源装置11の各所の電圧、電流波形を示す図2を参照しつつ説明する。尚、図2(a)〜(c)はそれぞれ1制御周期分を示し、スイッチング素子TR1,TR3の組側が動作する半周期について期間t1〜t10と細分化して説明する。期間t1〜t10については、図2の下部において数字のみを示す。また、図2中のTR1〜TR4(VGE)はスイッチング素子TR1〜TR4に出力する制御パルス信号(ゲート電圧)である。図2中のC3,C4(V)は補助コンデンサC3,C4の端子間電圧、TR1(VCE)及びTR3(VCE)はスイッチング素子TR1,TR3の端子間電圧、TR1(Ic)及びTR3(Ic)はスイッチング素子TR1,TR3を流れる電流である。INT(I)はトランスINTの一次側コイルを流れる電流である。   Next, various controls of the control circuit 21 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 2 showing voltage and current waveforms at various points of the power supply device 11. 2A to 2C each show one control cycle, and a half cycle in which the switching elements TR1 and TR3 are operated will be described by subdividing into periods t1 to t10. For the periods t1 to t10, only numbers are shown in the lower part of FIG. Further, TR1 to TR4 (VGE) in FIG. 2 are control pulse signals (gate voltages) output to the switching elements TR1 to TR4. In FIG. 2, C3 and C4 (V) are the voltages between the terminals of the auxiliary capacitors C3 and C4, TR1 (VCE) and TR3 (VCE) are the voltages between the terminals of the switching elements TR1 and TR3, TR1 (Ic) and TR3 (Ic). Is a current flowing through the switching elements TR1 and TR3. INT (I) is a current flowing through the primary coil of the transformer INT.

[PWM制御]
図2(a)は出力大の要求がなされた場合であり、スイッチング素子TR1のオンパルス幅Wmが期間t2〜t9まで継続するように設定された場合である。スイッチング素子TR3のオンパルス幅Wsは期間t2〜t8まで継続するように設定される。
[PWM control]
FIG. 2A shows a case where a request for a large output is made, and a case where the ON pulse width Wm of the switching element TR1 is set to continue from the period t2 to t9. The on-pulse width Ws of the switching element TR3 is set so as to continue from the period t2 to t8.

期間t1:スイッチング素子TR1,TR3は、このPWM制御時ではオフ状態とされる。またこのとき、補助コンデンサC3は充電状態となっており、その端子間電圧が平滑コンデンサC1の端子間電圧と同電圧(整流回路DR1の端子間電圧の半分の電圧)となっている。   Period t1: The switching elements TR1 and TR3 are turned off during the PWM control. At this time, the auxiliary capacitor C3 is in a charged state, and the inter-terminal voltage is the same voltage as the inter-terminal voltage of the smoothing capacitor C1 (half the inter-terminal voltage of the rectifier circuit DR1).

期間t2:インバータ回路13のスイッチング素子TR1と補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3とが同時にオンする。このとき、トランスINTの一次側コイルの漏れインダクタンスによりスイッチング素子TR1,TR3にかかる電流のゼロからの立ち上がりが緩やかであるため、該スイッチング素子TR1,TR3はゼロ又は極小電流(以降、ゼロ電流とする)でのオンとなり、スイッチングロスは低減されている。また、スイッチング素子TR3においては、平滑コンデンサC1と補助コンデンサC3の端子間電圧が同電圧であることからゼロ又は極小電圧(以降、ゼロ電圧とする)でのオンとなり、このことからもスイッチングロスが低減されている。そして、これらスイッチング素子TR1,TR3のオンに基づいて、平滑コンデンサC1からの直流電力がそのスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR1を介してトランスINTの一次側コイルに供給される。   Period t2: The switching element TR1 of the inverter circuit 13 and the switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 are simultaneously turned on. At this time, since the rising of the current applied to the switching elements TR1 and TR3 from zero is slow due to the leakage inductance of the primary coil of the transformer INT, the switching elements TR1 and TR3 are zero or minimal current (hereinafter referred to as zero current). The switching loss is reduced. In the switching element TR3, the voltage between the terminals of the smoothing capacitor C1 and the auxiliary capacitor C3 is the same voltage, so that the switching element TR3 is turned on at zero or a minimal voltage (hereinafter referred to as zero voltage). Has been reduced. Then, based on the switching elements TR1 and TR3 being turned on, DC power from the smoothing capacitor C1 is supplied to the primary coil of the transformer INT via the switching element TR3 and the switching element TR1.

期間t3〜t8:インバータ回路13のスイッチング素子TR1と補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3との期間t2から継続したオン期間である。平滑コンデンサC1からの直流電力がトランスINTの一次側コイルに継続して供給される。つまり、後の期間t9での補助コンデンサC3からの電力供給も含めて、トランスINTの二次側以降を経て生成される電源装置11の出力電力は大となる。   Period t3 to t8: an ON period continued from the period t2 between the switching element TR1 of the inverter circuit 13 and the switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14. The DC power from the smoothing capacitor C1 is continuously supplied to the primary coil of the transformer INT. That is, the output power of the power supply device 11 generated after the secondary side of the transformer INT including the power supply from the auxiliary capacitor C3 in the subsequent period t9 becomes large.

期間t9:補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3がインバータ回路13のスイッチング素子TR1に先立ってオフする。このとき、平滑コンデンサC1と補助コンデンサC3の端子間電圧が同電圧であることからスイッチング素子TR3はゼロ電圧でのオフとなり、スイッチングロスは低減されている。スイッチング素子TR3のオフに基づいて、平滑コンデンサC1からの直流電力の後段への供給が遮断されるものの、充電状態にある補助コンデンサC3から引き続き直流電力のトランスINTへの供給が継続される。尚、期間t9では、補助コンデンサC3の放電に伴ってその端子間電圧が次第に低下し、次の期間t10までにゼロ又は極小の端子間電圧となる。尚、トランスINTの一次側コイルを流れる電流は維持される。   Period t9: The switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 is turned off prior to the switching element TR1 of the inverter circuit 13. At this time, since the voltage between the terminals of the smoothing capacitor C1 and the auxiliary capacitor C3 is the same voltage, the switching element TR3 is turned off at zero voltage, and the switching loss is reduced. Although the supply of the DC power from the smoothing capacitor C1 to the subsequent stage is cut off based on the switching element TR3 being turned off, the supply of the DC power to the transformer INT is continued from the auxiliary capacitor C3 in the charged state. In the period t9, the inter-terminal voltage gradually decreases as the auxiliary capacitor C3 is discharged, and becomes zero or a minimum inter-terminal voltage by the next period t10. The current flowing through the primary coil of the transformer INT is maintained.

期間t10:インバータ回路13のスイッチング素子TR1がオフする。このとき、補助コンデンサC3が先の期間t9で放電することからスイッチング素子TR1はゼロ電圧でのオフとなり、スイッチングロスは低減されている。スイッチング素子TR1のオフに基づいて、トランスINTの一次側コイル(漏れインダクタンス)に蓄積された電磁エネルギーに基づいて還流ダイオードD2を経由する還流電流が生じ、補助コンデンサC4の充電が行われる。期間t10の終了時までには補助コンデンサC4の端子間電圧が平滑コンデンサC2の端子間電圧と同電圧まで充電される。そして、還流電流は次第に減少する。尚、トランスINTの一次側コイル(漏れインダクタンス)に蓄積される電磁エネルギーが不足する場合、トランスINTの一次側コイルに直列にリアクトルを挿入して対応する。   Period t10: The switching element TR1 of the inverter circuit 13 is turned off. At this time, since the auxiliary capacitor C3 is discharged in the previous period t9, the switching element TR1 is turned off at zero voltage, and the switching loss is reduced. When the switching element TR1 is turned off, a return current passing through the return diode D2 is generated based on the electromagnetic energy accumulated in the primary coil (leakage inductance) of the transformer INT, and the auxiliary capacitor C4 is charged. By the end of the period t10, the voltage across the auxiliary capacitor C4 is charged to the same voltage as the voltage across the smoothing capacitor C2. The reflux current gradually decreases. If the electromagnetic energy accumulated in the primary coil (leakage inductance) of the transformer INT is insufficient, a reactor is inserted in series with the primary coil of the transformer INT.

このようにしてスイッチング素子TR1,TR3の組側が動作する半周期が終了し、次の半周期はスイッチング素子TR2,TR4の組側が動作して、スイッチング素子TR1,TR2の交互のオンオフが繰り返される。   In this way, the half cycle in which the group of switching elements TR1 and TR3 operates is completed, and in the next half cycle, the group of switching elements TR2 and TR4 operates, and switching elements TR1 and TR2 are alternately turned on and off repeatedly.

図2(b)は出力小の要求がなされた場合であり、PWM制御とPSM制御との臨界でのPWM制御を行う場合である。即ち、スイッチング素子TR1のオンパルス幅Wmが期間t2〜t4まで継続する最小パルス幅Wm0に設定されている。スイッチング素子TR3のオンパルス幅Wsは期間t2〜t3まで継続する最小パルス幅Ws0に設定される。   FIG. 2B shows a case where a request for a small output is made, and a case where PWM control at the criticality between PWM control and PSM control is performed. That is, the on-pulse width Wm of the switching element TR1 is set to the minimum pulse width Wm0 that continues from the period t2 to t4. The on-pulse width Ws of the switching element TR3 is set to the minimum pulse width Ws0 that continues from the period t2 to t3.

期間t1:スイッチング素子TR1,TR3はオフされている。またこのとき、補助コンデンサC3は充電状態となっている。
期間t2:インバータ回路13のスイッチング素子TR1と補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3とが同時にオンする。スイッチング素子TR1はゼロ電流でのオン、スイッチング素子TR3はゼロ電流、ゼロ電圧でのオンであり、スイッチングロスは低減されている。スイッチング素子TR1,TR3のオンに基づいて、平滑コンデンサC1からの直流電力がトランスINTの一次側コイルに供給される。
Period t1: The switching elements TR1 and TR3 are turned off. At this time, the auxiliary capacitor C3 is in a charged state.
Period t2: The switching element TR1 of the inverter circuit 13 and the switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 are simultaneously turned on. The switching element TR1 is on at zero current, the switching element TR3 is on at zero current and zero voltage, and the switching loss is reduced. Based on the switching elements TR1 and TR3 being turned on, DC power from the smoothing capacitor C1 is supplied to the primary coil of the transformer INT.

期間t3:インバータ回路13のスイッチング素子TR1と補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3との期間t2から継続したオン期間であり、上記した図2(a)の場合より短い期間である。つまり、後の期間t4での補助コンデンサC3からの電力供給も含めて、トランスINTの二次側以降を経て生成される電源装置11の出力電力は小となる。   Period t3: an ON period continued from the period t2 between the switching element TR1 of the inverter circuit 13 and the switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14, and is a period shorter than the case of FIG. That is, the output power of the power supply device 11 generated after the secondary side of the transformer INT including the power supply from the auxiliary capacitor C3 in the subsequent period t4 is small.

期間t4:補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3がインバータ回路13のスイッチング素子TR1に先立ってオフする。スイッチング素子TR3はゼロ電圧でのオフであり、スイッチングロスは低減されている。スイッチング素子TR3のオフに基づいて、充電状態にある補助コンデンサC3から引き続き直流電力のトランスINTへの供給が継続される。補助コンデンサC3は放電される。   Period t4: The switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 is turned off prior to the switching element TR1 of the inverter circuit 13. The switching element TR3 is turned off at zero voltage, and the switching loss is reduced. Based on the turning-off of the switching element TR3, the supply of DC power to the transformer INT is continued from the auxiliary capacitor C3 in the charged state. The auxiliary capacitor C3 is discharged.

期間t5:インバータ回路13のスイッチング素子TR1がオフする。このとき、補助コンデンサC3の放電でスイッチング素子TR1はゼロ電圧でのオフであり、スイッチングロスは低減されている。また、還流ダイオードD2を経由する還流電流が生じて、補助コンデンサC4の充電が行われる。   Period t5: The switching element TR1 of the inverter circuit 13 is turned off. At this time, the switching element TR1 is turned off at zero voltage due to the discharge of the auxiliary capacitor C3, and the switching loss is reduced. Further, a return current passing through the return diode D2 is generated, and the auxiliary capacitor C4 is charged.

期間t6〜t10:スイッチング素子TR1,TR3のオフ状態が継続する。これにより、期間t6〜t10では出力電力の生成は行われない。
このようにしてスイッチング素子TR1,TR3の組側が動作する半周期が終了し、次の半周期はスイッチング素子TR2,TR4の組側が動作する。
Period t6 to t10: The switching elements TR1 and TR3 are kept off. As a result, no output power is generated in the period t6 to t10.
In this way, the half cycle in which the combination side of switching elements TR1 and TR3 operates ends, and in the next half period, the combination side of switching elements TR2 and TR4 operates.

そして、このPWM制御時では、実値との偏差Xに基づいて算出されるスイッチング素子TR1,TR2のオンパルス幅Wmが期間t2〜t4から期間t2〜t9の間で変更され、出力電力の大小が調整される。またこれと連動して、スイッチング素子TR3,TR4のオンパルス幅Wsは期間t2〜t3から期間t2〜t8の間で変更される。オンパルス幅Wm,Wsが最小パルス幅Wm0,Ws0に設定されても、スイッチング素子TR1,TR2、特に幅狭側となるスイッチング素子TR3,TR4でも十分にオン可能である。これ以下の極小出力の要求に対しては、PSM制御に切り替わって行われる。   During this PWM control, the on-pulse width Wm of the switching elements TR1 and TR2 calculated based on the deviation X from the actual value is changed from the period t2 to t4 to the period t2 to t9, and the magnitude of the output power is changed. Adjusted. In conjunction with this, the on-pulse width Ws of the switching elements TR3 and TR4 is changed from the period t2 to t3 to the period t2 to t8. Even if the on-pulse widths Wm and Ws are set to the minimum pulse widths Wm0 and Ws0, the switching elements TR1 and TR2, particularly the switching elements TR3 and TR4 on the narrow side can be sufficiently turned on. If the minimum output is less than this, it is switched to PSM control.

[PSM制御]
図2(c)は出力極小の要求がなされた場合であり、PSM制御を行う場合である。基準相となるインバータ回路13のスイッチング素子TR1のオンパルス幅Wmは期間t2〜t4、制御相となる補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3のオンパルス幅Wmは期間t1〜t2に設定される。つまり、スイッチング素子TR1,TR3のオンパルスがともに最小パルス幅Wm0,Ws0を維持しつつ、スイッチング素子TR3側のオンパルスが進み側に位相シフトされ、位相差αを生じさせている。
[PSM control]
FIG. 2C shows a case where a request for minimum output is made, and a case where PSM control is performed. The on-pulse width Wm of the switching element TR1 of the inverter circuit 13 serving as the reference phase is set to the periods t2 to t4, and the on-pulse width Wm of the switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 serving as the control phase is set to the periods t1 to t2. That is, while the ON pulses of the switching elements TR1 and TR3 both maintain the minimum pulse widths Wm0 and Ws0, the ON pulse on the switching element TR3 side is phase-shifted to the advancing side, causing a phase difference α.

期間t1:インバータ回路13のスイッチング素子TR1のオンに先立って、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3がオンされる。補助コンデンサC3は充電状態となっている。従って、スイッチング素子TR3はゼロ電流、ゼロ電圧でのオンであり、スイッチングロスは低減されている。   Period t1: Prior to turning on the switching element TR1 of the inverter circuit 13, the switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 is turned on. The auxiliary capacitor C3 is in a charged state. Therefore, the switching element TR3 is on at zero current and zero voltage, and the switching loss is reduced.

期間t2:インバータ回路13のスイッチング素子TR1がオンする。このとき、トランスINTの一次側コイルの漏れインダクタンスにてスイッチング素子TR1はゼロ電流でのオンであり、スイッチングロスは低減されている。そして、このスイッチング素子TR1のオンに基づいて、平滑コンデンサC1からの直流電力がスイッチング素子TR3及びスイッチング素子TR1を介してトランスINTの一次側コイルに供給される。スイッチング素子TR1,TR3の両者がオンする期間はこの期間t2のみである。トランスINTに供給される電流は後の期間t3,t4でも生じるため、期間としては図2(b)のPWM−PSM臨界時と同じであるが、電流ピーク値・平均値が小さくなることから、結果的に電源装置11の出力電力は極小となる。   Period t2: The switching element TR1 of the inverter circuit 13 is turned on. At this time, the switching element TR1 is turned on at zero current due to the leakage inductance of the primary coil of the transformer INT, and the switching loss is reduced. Then, based on the switching element TR1 being turned on, the DC power from the smoothing capacitor C1 is supplied to the primary coil of the transformer INT via the switching element TR3 and the switching element TR1. The period during which both the switching elements TR1 and TR3 are on is only this period t2. Since the current supplied to the transformer INT also occurs in the subsequent periods t3 and t4, the period is the same as the PWM-PSM critical time in FIG. 2B, but the current peak value and average value become smaller. As a result, the output power of the power supply device 11 is minimized.

期間t3:補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3がインバータ回路13のスイッチング素子TR1に先立ってオフする。スイッチング素子TR3はゼロ電圧でのオフであり、スイッチングロスは低減されている。スイッチング素子TR3のオフに基づいて、充電状態にある補助コンデンサC3から引き続き直流電力のトランスINTへの供給が継続され、補助コンデンサC3は放電される。   Period t3: The switching element TR3 of the auxiliary switching circuit 14 is turned off prior to the switching element TR1 of the inverter circuit 13. The switching element TR3 is turned off at zero voltage, and the switching loss is reduced. Based on the switching element TR3 being turned off, the supply of the DC power to the transformer INT is continued from the auxiliary capacitor C3 in the charged state, and the auxiliary capacitor C3 is discharged.

期間t4:スイッチング素子TR1のオン、スイッチング素子TR3のオフ状態が継続する。補助コンデンサC3は完全に放電状態となっている。
期間t5:インバータ回路13のスイッチング素子TR1がオフする。このとき、補助コンデンサC3の放電でスイッチング素子TR1はゼロ電圧でのオフであり、スイッチングロスは低減されている。またこのとき、還流ダイオードD2を経由する還流電流が生じて、補助コンデンサC4の充電が行われる。
Period t4: The switching element TR1 is on and the switching element TR3 is off. The auxiliary capacitor C3 is completely discharged.
Period t5: The switching element TR1 of the inverter circuit 13 is turned off. At this time, the switching element TR1 is turned off at zero voltage due to the discharge of the auxiliary capacitor C3, and the switching loss is reduced. At this time, a return current passing through the return diode D2 is generated and the auxiliary capacitor C4 is charged.

期間t6〜t10:スイッチング素子TR1,TR3のオフ状態が継続する。これにより、期間t6〜t10では出力電力の生成は行われない。
このようにしてスイッチング素子TR1,TR3の組側が動作する半周期が終了し、次の半周期はスイッチング素子TR2,TR4の組側が動作する。
Period t6 to t10: The switching elements TR1 and TR3 are kept off. As a result, no output power is generated in the period t6 to t10.
In this way, the half cycle in which the combination side of switching elements TR1 and TR3 operates ends, and in the next half period, the combination side of switching elements TR2 and TR4 operates.

そして、このPSM制御時では、スイッチング素子TR1,TR2のオンパルス幅Wm、及びスイッチング素子TR3,TR4のオンパルス幅Wsは最小パルス幅Wm0,Ws0が固定とされ、実値との偏差Xに基づく各制御パルス信号の位相差αが変更されることで、極小出力要求時での出力電力の大小が調整される。従って、電源装置11の出力が一層小さくなっても、スイッチング素子TR1,TR2、特に幅狭側となるスイッチング素子TR3,TR4は依然として十分にオン可能となっている。   In this PSM control, the on-pulse width Wm of the switching elements TR1 and TR2 and the on-pulse width Ws of the switching elements TR3 and TR4 are fixed at the minimum pulse widths Wm0 and Ws0, and each control based on the deviation X from the actual value. By changing the phase difference α of the pulse signal, the magnitude of the output power when the minimum output is requested is adjusted. Therefore, even if the output of the power supply device 11 is further reduced, the switching elements TR1 and TR2, particularly the switching elements TR3 and TR4 on the narrow side can still be sufficiently turned on.

このように本実施形態の電源装置11では、実値との偏差Xが所定値Xaよりも大となる出力小から出力大までの要求がなされた時は、インバータ回路13及びそれに付随する補助スイッチング回路14に対してオンパルス幅Wm,Wsを調整するPWM制御が行われる。一方、所定値Xaよりも小となる出力極小の要求がなされた時は、インバータ回路13及び補助スイッチング回路14に対してPWM制御時の最小パルス幅Wm0,Ws0のオンパルスを用いたPSM制御が行われるようになっている。これにより、出力が極小要求であっても、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2、特にオンパルスが幅狭となる補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4が確実にオンでき、出力の安定、偏磁等の問題は抑制される。   As described above, in the power supply device 11 according to the present embodiment, when a request is made from the small output to the large output where the deviation X from the actual value is larger than the predetermined value Xa, the inverter circuit 13 and the auxiliary switching associated therewith. PWM control for adjusting the on-pulse widths Wm and Ws is performed on the circuit 14. On the other hand, when a request for an output minimum that is smaller than the predetermined value Xa is made, PSM control using on-pulses with minimum pulse widths Wm0 and Ws0 during PWM control is performed on the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14. It has come to be. As a result, even when the output is minimally required, the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13, particularly the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 in which the ON pulse is narrowed can be reliably turned on. Problems such as magnetism are suppressed.

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)出力要求が大の時には、インバータ回路13及びこれに連動する補助スイッチング回路14に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅Wm,Wsの調整を行うPWM制御が行われ、出力要求が小の時には、インバータ回路13と補助スイッチング回路14との間で対となる各制御パルス信号の相互の位相差αを調整するPSM制御に切り替えられるようになっている。つまり、低出力要求時にそのままPWM制御を実施すると、インバータ回路13及び補助スイッチング回路14の各スイッチング素子TR1〜TR4がオンできない事象が生じ得る。そのため、低出力要求時にはPSM制御に切り替わり、各制御パルス信号のオンパルス幅Wm,Wsを確保した状態、本実施形態ではオン可能な最小パルス幅Wm0,Ws0に固定した状態での位相調整により電流ピーク値・平均値が小さくされ、低出力とされる。これにより、低出力要求時においてもインバータ回路13及び補助スイッチング回路14の各スイッチング素子TR1〜TR4を確実にオンさせることが可能となるため、安定した出力を得ることができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) When the output request is large, PWM control is performed to adjust the on-pulse widths Wm and Ws of each control pulse signal output to the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 linked to the inverter circuit 13 and the output request is small. At times, the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 can be switched to PSM control for adjusting the mutual phase difference α of the control pulse signals that are paired. That is, if PWM control is performed as it is when a low output is required, an event may occur in which the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 cannot be turned on. Therefore, when a low output is required, switching to PSM control is performed, and the current peak is adjusted by phase adjustment in a state in which the on-pulse widths Wm and Ws of each control pulse signal are secured, in this embodiment, fixed to the minimum pulse widths Wm0 and Ws0 that can be turned on. The value / average value is reduced and the output is reduced. As a result, the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 can be reliably turned on even when a low output is required, so that a stable output can be obtained.

(2)オンパルス幅Wm,Wsが最小パルス幅Wm0,Ws0を境にPWM制御からPSM制御に切り替えられ、PSM制御時ではスイッチング素子TR1〜TR4が十分にオン可能なその最小パルス幅Wm0,Ws0に固定した状態で各制御パルス信号の位相調整が行われる。これにより、PWM制御から切り替わる際の最小パルス幅Wm0,Ws0を継承してPSM制御に切り替えられることで、インバータ回路13及び補助スイッチング回路14の各スイッチング素子TR1〜TR4が確実にオンされることでの出力安定化とともに、制御が切り替わる際の出力安定化を図ることができる。   (2) The on-pulse widths Wm and Ws are switched from PWM control to PSM control with the minimum pulse widths Wm0 and Ws0 as the boundary. At the time of PSM control, the switching elements TR1 to TR4 are sufficiently turned on to have the minimum pulse widths Wm0 and Ws0. The phase of each control pulse signal is adjusted in a fixed state. As a result, the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 are reliably turned on by inheriting the minimum pulse widths Wm0 and Ws0 when switching from PWM control and switching to PSM control. In addition to stabilizing the output, it is possible to stabilize the output when the control is switched.

(3)PSM制御時において、インバータ回路13に出力する制御パルス信号に対して、補助スイッチング回路14に出力する制御パルス信号が進み側にシフトされる。これにより、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4が先にオフしてからインバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2がオフするソフトスイッチング動作をこのPSM制御時においても継続でき、スイッチングロスの低減に寄与することができる。   (3) During PSM control, the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit 14 is shifted to the advance side with respect to the control pulse signal output to the inverter circuit 13. As a result, the soft switching operation in which the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 are turned off after the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 are turned off can be continued even during the PSM control, thereby reducing the switching loss. Can contribute.

(4)PSM制御時において、インバータ回路13に出力する制御パルス信号が固定、補助スイッチング回路14に出力する制御パルス信号がシフトされる。これにより、1つの制御パルス信号のみの位相調整で済むため、位相調整を容易に行うことができる。   (4) During PSM control, the control pulse signal output to the inverter circuit 13 is fixed, and the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit 14 is shifted. As a result, the phase adjustment can be easily performed because only one control pulse signal needs to be phase-adjusted.

(5)PSM制御時において、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4がオフしてからインバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2がオフするまでの期間(スイッチング素子TR1,TR2のみがオンする期間)が長くなると、一次側で無用な還流電流が生じ得る。しかしながら本実施形態では、PSM制御時のスイッチング素子TR1,TR2のオンパルス幅Wmが最小パルス幅Wm0に設定されることから、無用な還流電流の発生を防止でき、還流電流発生時の導通損低減による省電力化を図ることができる。また、本実施形態のようなアーク加工用電源装置11では、低出力時に大きな出力電流が生じ得るために先の還流電流が生じる時間が長くなりがちであるが、本実施形態ではその還流電流を効果的に低減可能なため、本実施形態のようなアーク加工用電源装置11に適用する意義は大きい。   (5) During PSM control, a period from when the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 are turned off to when the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 are turned off (a period during which only the switching elements TR1 and TR2 are turned on) If the length becomes longer, useless reflux current may be generated on the primary side. However, in this embodiment, since the ON pulse width Wm of the switching elements TR1 and TR2 at the time of PSM control is set to the minimum pulse width Wm0, generation of unnecessary return current can be prevented, and conduction loss is reduced when the return current is generated. Power saving can be achieved. Further, in the arc machining power supply device 11 as in the present embodiment, since a large output current can be generated at the time of low output, the time during which the return current is generated tends to be long. Since it can be effectively reduced, it is significant to apply to the arc machining power supply device 11 as in the present embodiment.

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態のPSM制御では、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2に出力する制御パルス信号を固定とし、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4に出力する制御パルス信号を進み側にシフトさせたが、適宜変更してもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the PSM control of the above embodiment, the control pulse signal output to the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 is fixed, and the control pulse signal output to the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 is shifted forward. However, it may be changed as appropriate.

例えば図4に示すように、PSM制御時において、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2に出力する制御パルス信号を固定とし、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4に出力する制御パルス信号を遅れ側にシフトさせてもよい。このようにしても、1つの制御パルス信号のみの位相調整で済むため、位相調整が容易である。   For example, as shown in FIG. 4, during PSM control, the control pulse signal output to the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 is fixed, and the control pulse signal output to the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 is delayed. You may shift to the side. In this way, phase adjustment is easy because only one control pulse signal needs to be adjusted.

また図5に示すように、補助スイッチング回路14のスイッチング素子TR3,TR4に出力する制御パルス信号を固定とし、インバータ回路13のスイッチング素子TR1,TR2に出力する制御パルス信号を遅れ側にシフトさせてもよい。つまり、上記実施形態と同様に、インバータ回路13に出力する制御パルス信号に対して、補助スイッチング回路14に出力する制御パルス信号が相対的に進み側にシフトされる。このようにしても、PSM制御時においてソフトスイッチング動作の継続が可能である。   Further, as shown in FIG. 5, the control pulse signal output to the switching elements TR3 and TR4 of the auxiliary switching circuit 14 is fixed, and the control pulse signal output to the switching elements TR1 and TR2 of the inverter circuit 13 is shifted to the delay side. Also good. That is, as in the above embodiment, the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit 14 is relatively shifted to the advance side with respect to the control pulse signal output to the inverter circuit 13. Even in this case, the soft switching operation can be continued during the PSM control.

またこのPSM制御時において、インバータ回路13及び補助スイッチング回路14の各制御パルス信号の一方側を固定、他方側をシフトさせたが、両者を相対的にシフトさせてもよい。この場合、PSM制御時も継続したソフトスイッチング動作を期待する場合、インバータ回路13に出力する制御パルス信号に対して、補助スイッチング回路14に出力する制御パルス信号を相対的に進み側にシフトさせるのが好ましい。   In this PSM control, one side of each control pulse signal of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 is fixed and the other side is shifted, but both may be relatively shifted. In this case, when a continuous soft switching operation is expected even during PSM control, the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit 14 is relatively shifted to the advance side with respect to the control pulse signal output to the inverter circuit 13. Is preferred.

更に、インバータ回路13及び補助スイッチング回路14の各制御パルス信号をシフトさせる上記の様々な態様を組み合わせて、制御中に変更させてもよい。
・上記実施形態では、PWM制御からPSM制御への切り替え判定に用いる所定狭パルス幅として最小パルス幅Wm0,Ws0を用いたが、最小でなくてもある程度幅狭の狭パルス幅を用いてもよい。また、PWM制御とPSM制御の切り替えを制御パルス信号のオンパルス幅Wm,Ws以外で行ってもよい。例えば、アーク加工機の使用者が出力を設定するその出力設定値(目標値)に基づいて制御を切り替えるようにしてもよい。具体的に、出力大〜小の設定時にはPWM制御とし、出力極小の設定時にはPSM制御に切り替える。
Furthermore, the above various modes for shifting the control pulse signals of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching circuit 14 may be combined and changed during the control.
In the above-described embodiment, the minimum pulse widths Wm0 and Ws0 are used as the predetermined narrow pulse width used for switching determination from the PWM control to the PSM control. However, a narrow pulse width that is somewhat narrower than the minimum may be used. . Further, switching between PWM control and PSM control may be performed with a pulse other than the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signal. For example, the control may be switched based on an output set value (target value) at which the user of the arc machine sets the output. Specifically, the PWM control is performed when the output is set from large to small, and the control is switched to PSM control when the output is set to the minimum.

・上記実施形態の電源装置11の構成を適宜変更してもよい。例えば出力変換回路15を整流回路DR2、直流リアクトルDCLで構成したが、負荷に応じて適宜変更してもよい。また、商用電源からの交流入力電力を直流電力に変換する直流変換回路12を用いたが、入力が直流電力であれば省略、若しくは電圧変換回路等であってもよい。   -You may change suitably the structure of the power supply device 11 of the said embodiment. For example, although the output conversion circuit 15 is configured by the rectifier circuit DR2 and the DC reactor DCL, it may be appropriately changed according to the load. Further, although the DC conversion circuit 12 that converts AC input power from a commercial power source into DC power is used, it may be omitted if the input is DC power, or may be a voltage conversion circuit or the like.

・上記実施形態の電源装置11はアーク加工用電源装置であったが、その他の電源装置であってもよい。   -Although the power supply device 11 of the said embodiment was a power supply device for arc processing, another power supply device may be sufficient.

11 アーク加工用電源装置(電源装置)
13 インバータ回路
14 補助スイッチング回路
15 出力変換回路
21 制御回路(パルス幅変調制御手段、位相シフト制御手段、制御切替手段)
23 制御切替部(制御切替手段)
24 パルス幅算出部(パルス幅変調制御手段)
25 位相差算出部(位相シフト制御手段)
L1〜L3 電源線
C3,C4 補助コンデンサ
INT トランス
TR1,TR2 スイッチング素子(インバータ回路)
TR3,TR4 スイッチング素子(補助スイッチング回路)
Wm,Ws オンパルス幅
Wm0,Ws0 最小パルス幅(所定狭パルス幅)
α 位相差
11 Arc machining power supply (power supply)
13 Inverter circuit 14 Auxiliary switching circuit 15 Output conversion circuit 21 Control circuit (pulse width modulation control means, phase shift control means, control switching means)
23 Control switching part (control switching means)
24 Pulse width calculation unit (pulse width modulation control means)
25 Phase difference calculation unit (phase shift control means)
L1-L3 Power line C3, C4 Auxiliary capacitor INT Transformer TR1, TR2 Switching element (inverter circuit)
TR3, TR4 Switching element (auxiliary switching circuit)
Wm, Ws On pulse width Wm0, Ws0 Minimum pulse width (predetermined narrow pulse width)
α phase difference

Claims (8)

スイッチング素子が交互にオンオフするスイッチング動作を行い、入力される直流電力を高周波交流電力に変換するハーフブリッジ型のインバータ回路と、前記インバータ回路前段の電源線上に設けられ、前記インバータ回路のスイッチング動作と連動動作するスイッチング素子と該素子後段の電源線間に接続される補助コンデンサとを有する補助スイッチング回路とを備え、
前記インバータ回路及びこれに連動する前記補助スイッチング回路のスイッチング動作を制御して負荷への出力電力の調整を行う出力制御を行うとともに、前記補助スイッチング回路のスイッチング素子を先にオフさせて後にオフする前記インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングロスを低減する動作を含むソフトスイッチング制御を行うように構成される電源装置であって、
前記インバータ回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するとともに、これに応じて前記補助スイッチング回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御手段と、
前記インバータ回路のスイッチング素子と前記補助スイッチング回路のスイッチング素子とで対をなす制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御手段と、
出力要求が大の時には前記パルス幅変調制御手段とし、出力要求が小の時には前記位相シフト制御手段に切り替える制御切替手段と
を備えたことを特徴とする電源装置。
A half-bridge type inverter circuit that performs a switching operation in which switching elements are alternately turned on and off and converts input DC power into high-frequency AC power, and a switching operation of the inverter circuit provided on a power supply line before the inverter circuit, An auxiliary switching circuit having a switching element that operates in conjunction and an auxiliary capacitor connected between power supply lines at the subsequent stage of the element;
Output control for adjusting the output power to the load by controlling the switching operation of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit linked to the inverter circuit, and the switching element of the auxiliary switching circuit is turned off first and then turned off later. A power supply device configured to perform soft switching control including an operation of reducing a switching loss of a switching element of the inverter circuit,
Adjusting the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit, and adjusting the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the auxiliary switching circuit according to this,
Phase shift control means for adjusting a mutual phase difference between control pulse signals paired by the switching element of the inverter circuit and the switching element of the auxiliary switching circuit;
A power supply apparatus comprising: the pulse width modulation control means when the output request is large; and the control switching means for switching to the phase shift control means when the output request is small.
請求項1に記載の電源装置において、
前記制御切替手段は、前記パルス幅変調制御手段と前記位相シフト制御手段との切り替え判定を前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子のオンパルス幅を用いて行うものであり、前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子が十分にオン可能な所定狭パルス幅より大となる前記オンパルス幅に設定されるような出力要求時には前記パルス幅変調制御手段とし、前記オンパルス幅がその所定狭パルス幅より小となり得る出力要求時には前記オンパルス幅をその所定狭パルス幅に固定した状態での前記制御パルス信号の位相調整を行う前記位相シフト制御手段に切り替えることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1,
The control switching means performs switching determination between the pulse width modulation control means and the phase shift control means using on-pulse widths of the switching elements of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit, and the inverter circuit and When an output request is made such that each switching element of the auxiliary switching circuit is set to the on-pulse width that is larger than a predetermined narrow pulse width that can be sufficiently turned on, the pulse width modulation control means is used, and the on-pulse width is the predetermined narrow pulse. A power supply apparatus characterized by switching to the phase shift control means for adjusting the phase of the control pulse signal in a state where the on-pulse width is fixed to the predetermined narrow pulse width when an output request that can be smaller than the width is made.
スイッチング素子が交互にオンオフするスイッチング動作を行い、入力される直流電力を高周波交流電力に変換するハーフブリッジ型のインバータ回路と、前記インバータ回路前段の電源線上に設けられ、前記インバータ回路のスイッチング動作と連動動作するスイッチング素子と該素子後段の電源線間に接続される補助コンデンサとを有する補助スイッチング回路とを備え、
前記インバータ回路及びこれに連動する前記補助スイッチング回路のスイッチング動作を制御して負荷への出力電力の調整を行う出力制御を行うとともに、前記補助スイッチング回路のスイッチング素子を先にオフさせて後にオフする前記インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングロスを低減する動作を含むソフトスイッチング制御を行うように構成される電源装置であって、
前記インバータ回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するとともに、これに応じて前記補助スイッチング回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御手段と、
前記インバータ回路のスイッチング素子と前記補助スイッチング回路のスイッチング素子とで対をなす制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御手段と、
出力要求が大の時には前記パルス幅変調制御手段とし、出力要求が小の時には前記位相シフト制御手段に切り替える制御切替手段と
を備え、
前記位相シフト制御手段は、前記インバータ回路に出力する制御パルス信号に対して、前記補助スイッチング回路に出力する制御パルス信号を相対的に進み側にシフトさせることを特徴とする電源装置。
A half-bridge type inverter circuit that performs a switching operation in which switching elements are alternately turned on and off and converts input DC power into high-frequency AC power, and a switching operation of the inverter circuit provided on a power supply line before the inverter circuit, An auxiliary switching circuit having a switching element that operates in conjunction and an auxiliary capacitor connected between power supply lines at the subsequent stage of the element;
Output control for adjusting the output power to the load by controlling the switching operation of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit linked to the inverter circuit, and the switching element of the auxiliary switching circuit is turned off first and then turned off later. A power supply device configured to perform soft switching control including an operation of reducing a switching loss of a switching element of the inverter circuit,
Adjusting the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit, and adjusting the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the auxiliary switching circuit according to this,
Phase shift control means for adjusting a mutual phase difference between control pulse signals paired by the switching element of the inverter circuit and the switching element of the auxiliary switching circuit;
Control switching means for switching to the pulse width modulation control means when the output request is large, and switching to the phase shift control means when the output request is small;
With
The phase shift control means shifts the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit to a relatively advanced side relative to the control pulse signal output to the inverter circuit.
スイッチング素子が交互にオンオフするスイッチング動作を行い、入力される直流電力を高周波交流電力に変換するハーフブリッジ型のインバータ回路と、前記インバータ回路前段の電源線上に設けられ、前記インバータ回路のスイッチング動作と連動動作するスイッチング素子と該素子後段の電源線間に接続される補助コンデンサとを有する補助スイッチング回路とを備え、
前記インバータ回路及びこれに連動する前記補助スイッチング回路のスイッチング動作を制御して負荷への出力電力の調整を行う出力制御を行うとともに、前記補助スイッチング回路のスイッチング素子を先にオフさせて後にオフする前記インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングロスを低減する動作を含むソフトスイッチング制御を行うように構成される電源装置であって、
前記インバータ回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するとともに、これに応じて前記補助スイッチング回路のスイッチング素子に出力する制御パルス信号のオンパルス幅を調整するパルス幅変調制御手段と、
前記インバータ回路のスイッチング素子と前記補助スイッチング回路のスイッチング素子とで対をなす制御パルス信号の相互の位相差を調整する位相シフト制御手段と、
出力要求が大の時には前記パルス幅変調制御手段とし、出力要求が小の時には前記位相シフト制御手段に切り替える制御切替手段と
を備え、
前記位相シフト制御手段は、前記インバータ回路に出力する制御パルス信号と、前記補助スイッチング回路に出力する制御パルス信号との一方側を固定、他方側をシフトさせることを特徴とする電源装置。
A half-bridge type inverter circuit that performs a switching operation in which switching elements are alternately turned on and off and converts input DC power into high-frequency AC power, and a switching operation of the inverter circuit provided on a power supply line before the inverter circuit, An auxiliary switching circuit having a switching element that operates in conjunction and an auxiliary capacitor connected between power supply lines at the subsequent stage of the element;
Output control for adjusting the output power to the load by controlling the switching operation of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit linked to the inverter circuit, and the switching element of the auxiliary switching circuit is turned off first and then turned off later. A power supply device configured to perform soft switching control including an operation of reducing a switching loss of a switching element of the inverter circuit,
Adjusting the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit, and adjusting the on-pulse width of the control pulse signal output to the switching element of the auxiliary switching circuit according to this,
Phase shift control means for adjusting a mutual phase difference between control pulse signals paired by the switching element of the inverter circuit and the switching element of the auxiliary switching circuit;
Control switching means for switching to the pulse width modulation control means when the output request is large, and switching to the phase shift control means when the output request is small;
With
The phase shift control means fixes one side of the control pulse signal output to the inverter circuit and the control pulse signal output to the auxiliary switching circuit, and shifts the other side.
請求項3又は4に記載の電源装置において、The power supply device according to claim 3 or 4,
前記制御切替手段は、前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子が十分にオン可能な所定狭パルス幅より大となる前記オンパルス幅に設定されるような出力要求時には前記パルス幅変調制御手段とし、前記オンパルス幅がその所定狭パルス幅より小となり得る出力要求時には前記オンパルス幅をその所定狭パルス幅に固定した状態での前記制御パルス信号の位相調整を行う前記位相シフト制御手段に切り替えることを特徴とする電源装置。The control switching means includes the pulse width modulation control means at the time of an output request such that each switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit is set to the on-pulse width that is larger than a predetermined narrow pulse width that can be sufficiently turned on. When the output request is such that the on-pulse width can be smaller than the predetermined narrow pulse width, switching to the phase shift control means for adjusting the phase of the control pulse signal in a state where the on-pulse width is fixed to the predetermined narrow pulse width. A power supply characterized by.
請求項2又は5に記載の電源装置において、The power supply device according to claim 2 or 5,
前記所定狭パルス幅は、前記インバータ回路及び前記補助スイッチング回路の各スイッチング素子がオン可能な最小パルス幅に設定されたことを特徴とする電源装置。The predetermined narrow pulse width is set to a minimum pulse width at which each switching element of the inverter circuit and the auxiliary switching circuit can be turned on.
請求項1〜のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記インバータ回路にて生成された高周波交流電力を電圧調整して二次側に出力するトランスと、前記トランスを介して電圧調整された高周波交流電力から負荷に応じた出力電力に変換する出力変換回路とを備えるものであることを特徴とする電源装置。
The power supply device according to any one of claims 1 to 6 ,
A transformer that adjusts the voltage of the high-frequency AC power generated by the inverter circuit and outputs it to the secondary side, and an output conversion circuit that converts the high-frequency AC power that has been voltage-controlled through the transformer into output power corresponding to the load A power supply device comprising:
請求項1〜のいずれか1項に記載の電源装置を用いてアーク加工用出力電力を生成するように構成されたことを特徴とするアーク加工用電源装置。 An arc machining power supply device configured to generate output power for arc machining using the power supply device according to any one of claims 1 to 7 .
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