JP6370565B2 - Power supply device and power supply device for arc machining - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置の出力電力の生成過程において、直流電力から高周波交流電力への電力変換を行う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。 The present invention relates to a power supply device including an inverter circuit that performs power conversion from DC power to high-frequency AC power in a process of generating output power of the power supply device, and a power supply device for arc machining.
インバータ回路を備える電源装置として、例えば特許文献１に開示のアーク加工用電源装置が知られている。この電源装置は、整流回路と平滑コンデンサにて商用交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換し、トランスを介して二次側に供給し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構成となっている。出力電力を調整するには、インバータ回路のスイッチング動作が制御されることで行われる。 As a power supply device including an inverter circuit, for example, an arc machining power supply device disclosed in Patent Document 1 is known. This power supply device converts commercial AC power into DC power using a rectifier circuit and a smoothing capacitor, converts the converted DC power into high-frequency AC power using an inverter circuit, and supplies it to the secondary side via a transformer. The power is converted into DC output power suitable for arc machining. The output power is adjusted by controlling the switching operation of the inverter circuit.
インバータ回路のスイッチング制御の一つに、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）がある。その時々において出力電力を大きくする場合は、インバータ回路のスイッチング素子のオン時間を長くすることが行われ、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が幅広に設定される。これに対して、出力電力を小さくする場合は、インバータ回路のスイッチング素子のオン時間が短くすることが行われ、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が幅狭に設定される。 One of the switching controls of the inverter circuit is pulse width modulation control (PWM control). When the output power is increased from time to time, the ON time of the switching element of the inverter circuit is lengthened, and the ON pulse width of the control pulse signal output to the switching element is set to be wide. On the other hand, when the output power is reduced, the ON time of the switching element of the inverter circuit is shortened, and the ON pulse width of the control pulse signal output to the switching element is set to be narrow.
また、特許文献１の電源装置（第１６図参照）では、インバータ回路の前段に補助スイッチング素子と補助コンデンサとを用いる補助回路が備えられている。補助回路は、第１及び第２平滑コンデンサの充電電力を交互にインバータ回路に供給する電路切り替えを行っている。つまり、第１及び第２平滑コンデンサとこの補助回路とを組み込むことで、整流回路の出力電圧の半電圧をインバータ回路に供給する、所謂高電圧入力仕様となっている。またこの補助回路は、補助スイッチング素子がインバータ回路のスイッチング素子のオフに先立ってオフし、その後の補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからのインバータ回路のスイッチング素子のゼロ電圧でのオフに繋げる所謂ソフトスイッチングを行い、スイッチング損失を低減させている。このような動作を行う補助スイッチング素子についても制御パルス信号に基づいて動作するが、その制御パルス信号のオンパルス幅はインバータ回路に出力する制御パルス信号のオンパルス幅に連動して設定される。 In addition, the power supply device of Patent Document 1 (see FIG. 16) includes an auxiliary circuit that uses an auxiliary switching element and an auxiliary capacitor before the inverter circuit. The auxiliary circuit performs electric circuit switching for alternately supplying the charging power of the first and second smoothing capacitors to the inverter circuit. That is, by incorporating the first and second smoothing capacitors and the auxiliary circuit, a so-called high voltage input specification is provided in which a half voltage of the output voltage of the rectifier circuit is supplied to the inverter circuit. In addition, this auxiliary circuit is connected to turning off the switching element of the inverter circuit with zero voltage after the auxiliary switching element is turned off before the switching element of the inverter circuit is turned off and waiting for the consumption of the charging power of the auxiliary capacitor thereafter. So-called soft switching is performed to reduce switching loss. The auxiliary switching element that performs such an operation also operates based on the control pulse signal. The on pulse width of the control pulse signal is set in conjunction with the on pulse width of the control pulse signal output to the inverter circuit.
ところで、高〜中出力要求時では、インバータ回路及び補助回路の各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は十分幅広で、スイッチング素子が十分にオン可能である。 By the way, when a high to medium output is requested, the ON pulse width of the control pulse signal output to each switching element of the inverter circuit and the auxiliary circuit is sufficiently wide so that the switching element can be sufficiently turned on.
しかしながら、低出力とする要求が生じると、ＰＷＭ制御においては制御パルス信号のオンパルス幅が一層幅狭に設定されるため、スイッチング素子が十分にオンできない場合があった。特に補助回路にてソフトスイッチングを行う構成を採用するような場合、補助スイッチング素子に出力する制御パルス信号は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よりも更に幅狭に設定され、補助スイッチング素子がオンできるかが懸念される。そして、各スイッチング素子が不意にオンできないと、出力不安定、トランスの偏磁要因等を招くため、低出力要求時のスイッチング素子の安定駆動が望まれていた。 However, when a request for a low output is generated, in the PWM control, the on-pulse width of the control pulse signal is set to be narrower, and thus the switching element may not be sufficiently turned on. In particular, when adopting a configuration in which soft switching is performed in the auxiliary circuit, the control pulse signal output to the auxiliary switching element is set to be narrower than the control pulse signal output to the switching element of the inverter circuit. There is concern about whether can be turned on. If each of the switching elements cannot be turned on unexpectedly, output instability, a transformer biasing factor, and the like are caused. Therefore, stable driving of the switching element when a low output is required has been desired.
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、低出力要求に応えつつも、インバータ回路やその補助回路のスイッチング素子の安定駆動を実現す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-described problems, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus that can realize stable driving of switching elements of an inverter circuit and its auxiliary circuit while meeting a low output requirement. And providing a power supply device for arc machining.
上記課題を解決する電源装置は、電源装置の出力電力の生成過程において、スイッチング素子のオンオフ動作により直流電力から高周波交流電力への電力変換を行うインバータ回路と、電源線間に直列接続される一対の平滑コンデンサの充電電力を前記直流電力として前記インバータ回路に交互に供給すべく、一対の電源線上のそれぞれに設けた補助スイッチング素子のオンオフ動作にて各平滑コンデンサと前記インバータ回路との間の電路を切り替える補助回路と、前記インバータ回路及び前記補助回路の各スイッチング素子に制御パルス信号を出力してそのスイッチング素子のオンオフ動作を制御し、前記出力電力の制御を行う制御回路とを備えた電源装置であって、前記制御回路は、前記インバータ回路及び前記補助回路の各スイッチング素子に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅を調整するＰＷＭ制御と、前記各制御パルス信号のオンパルス幅を各スイッチング素子が十分オン可能な所定幅としその制御パルス信号のオンパルスの密度を調整するＰＤＭ制御とが実施可能に構成され、前記制御回路の制御において、所定出力要求より高出力側では前記ＰＷＭ制御を行わせ、所定出力要求よりも低出力側では前記ＰＤＭ制御に切り替える制御切替部を備え、前記制御切替部は、前記インバータ回路及び前記補助回路の各制御パルス信号のオンパルス幅が最大幅から前記各スイッチング素子が十分オン可能な最小幅まで前記ＰＷＭ制御を行わせ、それ以下の低出力要求時には前記各制御パルス信号のオンパルス幅を最小幅で固定としつつそのオンパルスの密度を調整する前記ＰＤＭ制御に切り替えるものであって、前記ＰＷＭ制御から前記ＰＤＭ制御に切り替わるときに前記各制御パルス信号のオンパルス幅は最小幅にて継承される。 A power supply device that solves the above-described problem is a pair of inverter circuits that perform power conversion from DC power to high-frequency AC power by an on / off operation of a switching element in a process of generating output power of the power supply device, and a pair connected in series between power supply lines In order to alternately supply the charging power of the smoothing capacitor as the DC power to the inverter circuit, the electric circuit between each smoothing capacitor and the inverter circuit by the on / off operation of the auxiliary switching element provided on each of the pair of power supply lines And a control circuit that outputs a control pulse signal to each switching element of the inverter circuit and the auxiliary circuit to control the on / off operation of the switching element and to control the output power The control circuit includes switches of the inverter circuit and the auxiliary circuit. PWM control that adjusts the on-pulse width of each control pulse signal output to the switching element, and the on-pulse width of each control pulse signal is set to a predetermined width that allows each switching element to be sufficiently turned on, and the on-pulse density of the control pulse signal is adjusted A control switching unit configured to perform the PWM control on a higher output side than a predetermined output request and to switch to the PDM control on a lower output side than the predetermined output request in the control of the control circuit. The control switching unit causes the PWM control to be performed from a maximum width of an on-pulse width of each control pulse signal of the inverter circuit and the auxiliary circuit to a minimum width at which each switching element can be sufficiently turned on, and is less than that. When output is requested, the on-pulse width of each control pulse signal is fixed at the minimum width, and the density of the on-pulse is adjusted. It is one that switches the serial PDM control, pulse width of each control pulse signal when switched to the PDM control from the PWM control is inherited by the minimum width.
この構成によれば、所定出力要求より高出力側では、インバータ回路及び補助回路の各スイッチング素子に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅を調整するＰＷＭ制御が行われる。これに対し、所定出力要求よりも低出力側では、各制御パルス信号のオンパルス幅を各スイッチング素子が十分オン可能な所定幅としその制御パルス信号のオンパルスの密度を調整するＰＤＭ制御に切り替えられる。つまり、低出力要求時において、仮にＰＷＭ制御を実施するとインバータ回路やその補助回路の各スイッチング素子がオンできないオンパルス幅に設定するところをＰＤＭ制御に切り替えて実施することで、各スイッチング素子のオンパルス幅は十分オン可能な所定幅として確保され、低出力要求に対してはオンパルス自体を間引いてオンパルスの密度を調整することで行われる。これにより、低出力要求に応えつつも、インバータ回路やその補助回路のスイッチング素子の安定駆動の実現が可能となる。 According to this configuration, PWM control for adjusting the on-pulse width of each control pulse signal output to each switching element of the inverter circuit and the auxiliary circuit is performed on the higher output side than the predetermined output request. On the other hand, on the lower output side than the predetermined output request, the on-pulse width of each control pulse signal is set to a predetermined width that allows each switching element to be sufficiently turned on, and the PDM control is switched to adjust the on-pulse density of the control pulse signal. In other words, when PWM control is performed at the time of a low output request, by switching to PDM control where the on-pulse width is set so that each switching element of the inverter circuit and its auxiliary circuit cannot be turned on, the on-pulse width of each switching element is set. Is secured as a predetermined width that can be sufficiently turned on, and for low output requirements, the on-pulse density is adjusted by thinning out the on-pulse itself. As a result, it is possible to realize stable driving of the switching elements of the inverter circuit and its auxiliary circuit while meeting low output requirements.
また、ＰＷＭ制御にて、インバータ回路及び補助回路の各制御パルス信号のオンパルス幅が最大幅から各スイッチング素子が十分オン可能な最小幅まで行われ、それ以下の低出力要求時にはＰＤＭ制御に切り替わり、各制御パルス信号のオンパルス幅がその最小幅にて固定されつつ、オンパルスの密度が調整される。つまり、各制御パルス信号のオンパルス幅が各スイッチング素子のオン可能な最小幅となるまでの広い範囲で制御周期の細かなＰＷＭ制御が実施されるため、出力安定化に寄与できる。
また、上記電源装置において、前記補助回路は、前記補助スイッチング素子の後段の電源線間に補助コンデンサを備え、前記制御回路の制御に基づいて前記電路の切り替え動作と共に、前記補助スイッチング素子を前記インバータ回路のスイッチング素子に先立ってオフさせてその後の前記補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからの前記インバータ回路のスイッチング素子のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作を行うようにするのが好ましい。
Also, in PWM control, the ON pulse width of each control pulse signal of the inverter circuit and the auxiliary circuit is performed from the maximum width to the minimum width at which each switching element can be sufficiently turned on. The on-pulse density is adjusted while the on-pulse width of each control pulse signal is fixed at the minimum width. That is, since the PWM control with a fine control cycle is performed in a wide range until the ON pulse width of each control pulse signal becomes the minimum ON width of each switching element, it is possible to contribute to output stabilization.
Further, in the power supply device, the auxiliary circuit includes an auxiliary capacitor between power supply lines subsequent to the auxiliary switching element, and the auxiliary switching element is connected to the inverter along with the switching operation of the electric circuit based on the control of the control circuit. It is preferable to perform a soft switching operation to turn off the switching element of the inverter circuit after the switching element of the circuit is turned off before waiting for the consumption of the charging power of the auxiliary capacitor thereafter.
この構成によれば、補助回路では、補助スイッチング素子がインバータ回路のスイッチング素子に先立ってオフされ、その後の補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからのインバータ回路のスイッチング素子のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作が行われる。つまり、補助スイッチング素子の制御パルス信号のオンパルス幅は、インバータ回路のスイッチング素子の制御パルス信号のオンパルス幅よりも更に幅狭に設定されることから、特にこの補助スイッチング素子の安定駆動に寄与できる。 According to this configuration, in the auxiliary circuit, the auxiliary switching element is turned off prior to the switching element of the inverter circuit, and then the switching element of the inverter circuit is turned off after waiting for the consumption of the charging power of the auxiliary capacitor. A soft switching operation is performed. That is, the on-pulse width of the control pulse signal of the auxiliary switching element is set to be narrower than the on-pulse width of the control pulse signal of the switching element of the inverter circuit, which can contribute particularly to stable driving of the auxiliary switching element.
また、上記電源装置において、前記ＰＤＭ制御は、前記ＰＷＭ制御周期の一定周期分をＰＤＭ制御周期とし、そのＰＤＭ制御周期中のいずれかのオンパルスを間引いてオンパルスの密度を調整するようにするのが好ましい。 In the power supply apparatus, the PDM control may be configured such that a certain period of the PWM control period is a PDM control period, and the on-pulse density is adjusted by thinning out any of the on-pulses in the PDM control period. preferable.
この構成によれば、ＰＤＭ制御において、ＰＷＭ制御周期の一定周期分がＰＤＭ制御周期とされ、そのＰＤＭ制御周期中のいずれかのオンパルスが間引かれてオンパルスの密度の調整が行われる。つまり、このＰＤＭ制御は、ＰＤＭ制御周期がＰＷＭ制御周期の一定周期分で行われるため、制御の簡略化に寄与できる。 According to this configuration, in the PDM control, a fixed period of the PWM control period is set as the PDM control period, and any of the on-pulses in the PDM control period is thinned out to adjust the on-pulse density. That is, this PDM control can contribute to simplification of control because the PDM control cycle is performed at a constant PWM control cycle.
また、上記電源装置において、前記ＰＤＭ制御は、前記ＰＤＭ制御周期の後端側からオンパルスを順に間引いてオンパルスの密度を調整するようにするのが好ましい。
この構成によれば、ＰＤＭ制御において、ＰＤＭ制御周期の後端側からオンパルスが順に間引かれてオンパルスの密度が調整される。つまり、ＰＤＭ制御周期の後端側から単純にオンパルスが間引かれるため、このことでも制御の簡略化に寄与できる。
In the power supply apparatus, it is preferable that the PDM control adjusts the density of on-pulses by thinning out on-pulses sequentially from the rear end side of the PDM control cycle.
According to this configuration, in the PDM control, the on-pulse density is adjusted by thinning out the on-pulse in order from the rear end side of the PDM control cycle. That is, since the on-pulse is simply thinned out from the rear end side of the PDM control cycle, this can also contribute to simplification of the control.
また、上記電源装置を、アーク加工用の直流出力電力を生成するアーク加工用電源装置に適用するのが好ましい。
この構成によれば、アーク加工用電源装置において、低出力要求に応えつつインバータ回路やその補助回路のスイッチング素子の安定駆動の実現が可能となる。
The power supply device is preferably applied to an arc machining power supply device that generates DC output power for arc machining.
According to this configuration, in the arc machining power supply device, it is possible to realize stable driving of the switching elements of the inverter circuit and its auxiliary circuit while meeting the low output requirement.
本発明の電源装置及びアーク加工用電源装置によれば、低出力要求に応えつつも、インバータ回路やその補助回路のスイッチング素子の安定駆動を実現することができる。 According to the power supply device and the arc machining power supply device of the present invention, it is possible to realize stable driving of the switching elements of the inverter circuit and its auxiliary circuit while meeting low output requirements.
以下、電源装置としてのアーク溶接用電源装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、アーク溶接機１０は、これに用いるアーク溶接用電源装置１１のプラス側の出力端子ｏ１に溶接トーチＴＨの電極ＷＥを接続し、マイナス側の出力端子ｏ２に溶接対象（母材）Ｍを接続して、電源装置１１にて生成した直流出力電力に基づいて電極ＷＥの先端にてアークを生じさせ、溶接対象Ｍのアーク溶接を行うものである。アーク溶接機１０は、例えば消耗電極式のアーク溶接機であり、電極ＷＥとして用いるワイヤ電極がアークにより消耗するため、該電極ＷＥをその消耗に応じて送給する送給装置（図示略）を用いる。
Hereinafter, an embodiment of a power supply apparatus for arc welding as a power supply apparatus will be described.
As shown in FIG. 1, the arc welding machine 10 connects the electrode WE of the welding torch TH to the positive output terminal o1 of the arc welding power supply device 11 used for this, and the welding target ( The base material M is connected, an arc is generated at the tip of the electrode WE based on the DC output power generated by the power supply device 11, and arc welding of the welding object M is performed. The arc welder 10 is, for example, a consumable electrode type arc welder, and since a wire electrode used as the electrode WE is consumed by an arc, a feeding device (not shown) that feeds the electrode WE according to the wear is provided. Use.
アーク溶接用電源装置１１は、入力変換回路１２、インバータ回路１３、補助回路１４、トランスＩＮＴ、及び出力変換回路１５を備え、入力される商用交流電力からアーク溶接に適した直流出力電力を生成する。 The power supply apparatus 11 for arc welding includes an input conversion circuit 12, an inverter circuit 13, an auxiliary circuit 14, a transformer INT, and an output conversion circuit 15, and generates DC output power suitable for arc welding from input commercial AC power. .
入力変換回路１２は、ダイオードブリッジ回路よりなる一次側整流回路ＤＲ１と、該整流回路ＤＲ１の出力端子間に直列接続される第１及び第２平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを備えている。整流回路ＤＲ１は三相の商用交流電力を直流電力に変換し、各平滑コンデンサＣ１，Ｃ２はその直流電力により充電される。この場合、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の各充電電圧は、整流回路ＤＲ１の出力電圧の半電圧となっている。各平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電力は、後述する後段の補助回路１４（第１及び第２補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６）の動作によりインバータ回路１３に対して交互に供給される。 The input conversion circuit 12 includes a primary side rectifier circuit DR1 formed of a diode bridge circuit, and first and second smoothing capacitors C1 and C2 connected in series between output terminals of the rectifier circuit DR1. The rectifier circuit DR1 converts three-phase commercial AC power into DC power, and the smoothing capacitors C1 and C2 are charged with the DC power. In this case, each charging voltage of the smoothing capacitors C1 and C2 is a half voltage of the output voltage of the rectifier circuit DR1. The charging power of each of the smoothing capacitors C1 and C2 is alternately supplied to the inverter circuit 13 by the operation of a later-described auxiliary circuit 14 (first and second auxiliary switching elements TR5 and TR6) which will be described later.
先にインバータ回路１３は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子よりなる第１〜第４スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のフルブリッジ回路にて構成されている。因みに、第１上アームに第１スイッチング素子ＴＲ１が、第１下アームに第３スイッチング素子ＴＲ３が、第２上アームに第２スイッチング素子ＴＲ２が、第２下アームに第４スイッチング素子ＴＲ４がそれぞれ配置されてなる。各スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ４が逆接続されている。第２及び第４スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ４間のインバータ回路１３の出力端子ａと、第１及び第３スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ３間の出力端子ｂは、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１と接続される。 First, the inverter circuit 13 is configured by a full bridge circuit of first to fourth switching elements TR1 to TR4 made of a semiconductor switching element such as an IGBT. Incidentally, the first switching element TR1 in the first upper arm, the third switching element TR3 in the first lower arm, the second switching element TR2 in the second upper arm, and the fourth switching element TR4 in the second lower arm, respectively. It is arranged. Diodes D1 to D4 are reversely connected to the switching elements TR1 to TR4, respectively. The output terminal a of the inverter circuit 13 between the second and fourth switching elements TR2 and TR4 and the output terminal b between the first and third switching elements TR1 and TR3 are connected to the primary coil L1 of the transformer INT.
そして、インバータ回路１３は、第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４が組となり、第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３が組となって、各組が交互にスイッチング動作することで、入力変換回路１２から入力される直流電力を高周波交流電力に変換し、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に供給する。これらスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のスイッチング動作は、制御回路２０から入力される制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいて行われる。 In the inverter circuit 13, the first and fourth switching elements TR1 and TR4 form a pair, and the second and third switching elements TR2 and TR3 form a pair. The DC power input from the circuit 12 is converted into high-frequency AC power and supplied to the primary coil L1 of the transformer INT. Switching operations of these switching elements TR1 to TR4 are performed based on control pulse signals S1 to S4 input from the control circuit 20.
次にインバータ回路１３の前段の補助回路１４について、補助回路１４は、第１及び第２補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６と補助コンデンサＣ３とダイオードＤｃ１，Ｄｃ２とを備える。第１及び第２補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子よりなり、入力変換回路１２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の後段のプラス側電源線上に第１補助スイッチング素子ＴＲ５が、マイナス側電源線上に第２補助スイッチング素子ＴＲ６がそれぞれ接続されている。補助スイッチング素子ＴＲ５にはダイオードＤ５が逆接続されており、補助スイッチング素子ＴＲ６についてもダイオードＤ６が逆接続されている。 Next, with respect to the auxiliary circuit 14 in the previous stage of the inverter circuit 13, the auxiliary circuit 14 includes first and second auxiliary switching elements TR5 and TR6, an auxiliary capacitor C3, and diodes Dc1 and Dc2. The first and second auxiliary switching elements TR5 and TR6 are composed of semiconductor switching elements such as IGBTs, and the first auxiliary switching element TR5 is provided on the negative side on the positive side power supply line after the smoothing capacitors C1 and C2 of the input conversion circuit 12. Second auxiliary switching elements TR6 are connected to the power supply lines, respectively. A diode D5 is reversely connected to the auxiliary switching element TR5, and a diode D6 is also reversely connected to the auxiliary switching element TR6.
補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の後段の電源線間には、ダイオードＤｃ１，Ｄｃ２が直列に接続されており、ダイオードＤｃ２のアノードがマイナス側電源線に、ダイオードＤｃ１のカソードがプラス側電源線にそれぞれ接続されている。ダイオードＤｃ１，Ｄｃ２間と前記平滑コンデンサＣ１，Ｃ２間は接続されている。ダイオードＤｃ１，Ｄｃ２の後段の電源線間には、補助コンデンサＣ３が接続されている。そして、補助スイッチング素子ＴＲ５は、インバータ回路１３の第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の組と連動したスイッチング動作を行い、補助スイッチング素子ＴＲ６は第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３の組と連動したスイッチング動作を行う（図２参照）。 The diodes Dc1 and Dc2 are connected in series between the power supply lines after the auxiliary switching elements TR5 and TR6. The anode of the diode Dc2 is connected to the negative power supply line, and the cathode of the diode Dc1 is connected to the positive power supply line. Has been. The diodes Dc1 and Dc2 are connected to the smoothing capacitors C1 and C2. An auxiliary capacitor C3 is connected between the power supply lines at the subsequent stage of the diodes Dc1 and Dc2. The auxiliary switching element TR5 performs a switching operation in conjunction with the first and fourth switching elements TR1 and TR4 of the inverter circuit 13, and the auxiliary switching element TR6 is connected to the second and third switching elements TR2 and TR3. A linked switching operation is performed (see FIG. 2).
即ち、第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオンと同期して第１補助スイッチング素子ＴＲ５がオンすることで、第１平滑コンデンサＣ１から出力される直流電力がトランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に高周波交流電力のプラス側として供給される。また、第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３のオンと同期して第２補助スイッチング素子ＴＲ６がオンすることで、第２平滑コンデンサＣ２から出力される直流電力がトランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に高周波交流電力のマイナス側として供給される。 That is, when the first auxiliary switching element TR5 is turned on in synchronization with the first and fourth switching elements TR1 and TR4 being turned on, the DC power output from the first smoothing capacitor C1 is applied to the primary coil L1 of the transformer INT. Supplied as the positive side of high-frequency AC power. Further, when the second auxiliary switching element TR6 is turned on in synchronization with the second and third switching elements TR2 and TR3 being turned on, the DC power output from the second smoothing capacitor C2 is applied to the primary coil L1 of the transformer INT. Supplied as the negative side of high-frequency AC power.
また、補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６は、第１〜第４スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と同時にオンし、オフ時はスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフに先立ってオフする（この場合、ゼロ電圧オフ）。その後、補助コンデンサＣ３の充電電力の消費を待ってからスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４がゼロ電圧にてオフされるソフトスイッチング制御が行われる。このソフトスイッチング制御により、スイッチング損失の低減が図られている。そして、このような補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６のスイッチング動作は、制御回路２０から入力される制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６に基づいて行われる。 The auxiliary switching elements TR5 and TR6 are turned on simultaneously with the first to fourth switching elements TR1 to TR4, and are turned off prior to turning off the switching elements TR1 to TR4 (in this case, zero voltage is turned off). Then, after waiting for consumption of the charging power of the auxiliary capacitor C3, soft switching control is performed in which the switching elements TR1 to TR4 are turned off at zero voltage. With this soft switching control, switching loss is reduced. The switching operation of the auxiliary switching elements TR5 and TR6 is performed based on the control pulse signals S5 and S6 input from the control circuit 20.
トランスＩＮＴの二次側では、インバータ回路１３にて生成された高周波交流電力が所定電圧に変換され、二次側コイルＬ２から出力される。二次側コイルＬ２には、出力変換回路１５が接続される。 On the secondary side of the transformer INT, the high-frequency AC power generated by the inverter circuit 13 is converted into a predetermined voltage and output from the secondary coil L2. The output conversion circuit 15 is connected to the secondary coil L2.
出力変換回路１５は、二次側整流回路ＤＲ２と、直流リアクトルＤＣＬとを備えている。二次側整流回路ＤＲ２は、一対のダイオードを用いた全波整流回路よりなり、各ダイオードのアノードが二次側コイルＬ２の両側端子にそれぞれ接続され、各ダイオードのカソードは共に直流リアクトルＤＣＬの一端に接続されている。直流リアクトルＤＣＬの他端は、電源装置１１のプラス側の出力端子ｏ１に接続されている。電源装置１１のマイナス側の出力端子ｏ２は、二次側コイルＬ２の中間端子と接続されている。このような出力変換回路１５は、トランスＩＮＴの二次側コイルＬ２からの高周波交流電力をアーク溶接用の直流出力電力に変換し、出力端子ｏ１，ｏ２から出力する。 The output conversion circuit 15 includes a secondary side rectifier circuit DR2 and a DC reactor DCL. The secondary side rectifier circuit DR2 is composed of a full-wave rectifier circuit using a pair of diodes, the anodes of the respective diodes are respectively connected to both side terminals of the secondary side coil L2, and the cathodes of the respective diodes are both ends of the DC reactor DCL. It is connected to the. The other end of the DC reactor DCL is connected to the positive output terminal o1 of the power supply device 11. The negative output terminal o2 of the power supply device 11 is connected to the intermediate terminal of the secondary coil L2. Such an output conversion circuit 15 converts the high-frequency AC power from the secondary coil L2 of the transformer INT into DC output power for arc welding and outputs it from the output terminals o1 and o2.
電源装置１１には、ＣＰＵ等を含む制御回路２０が備えられている。制御回路２０には、電源装置１１の出力側電源線上に設置した電流検出器２１から出力電流Ｉｏに対応する検出信号Ｉｄと、使用者等により操作可能な出力電流設定器２２から出力電流目標値に対応する設定信号Ｉｒとがそれぞれ入力されている。制御回路２０は、入力された検出信号Ｉｄ及び設定信号Ｉｒから得られる出力電流Ｉｏの実値及びその目標値等を含む各種パラメータに基づき、その時々で適切な出力を行うための内部演算を行っている。そして、制御回路２０は、その内部演算に基づいてインバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４及び補助回路１４の補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６に対してスイッチング制御を実施する。 The power supply device 11 is provided with a control circuit 20 including a CPU and the like. The control circuit 20 includes a detection signal Id corresponding to the output current Io from the current detector 21 installed on the output-side power line of the power supply device 11, and an output current target value from the output current setting device 22 that can be operated by a user or the like. And a setting signal Ir corresponding to. Based on various parameters including the actual value of the output current Io obtained from the input detection signal Id and the setting signal Ir and its target value, the control circuit 20 performs an internal calculation for performing an appropriate output from time to time. ing. Then, the control circuit 20 performs switching control on the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 of the auxiliary circuit 14 based on the internal calculation.
本実施形態のスイッチング制御としては、高〜中出力要求時においてはパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）制御が用いられ、低出力要求時においてはパルス密度変調（Pulse Density Modulation：ＰＤＭ）制御が用いられ、ＰＷＭ制御とＰＤＭ制御とが適宜切り替えられる。制御の切り替えについて本実施形態では、先ず制御回路２０のパルス幅設定部２０ａにて、出力電流Ｉｏの実値及び目標値等に基づきその時々で適切な制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のオンパルス幅Ｗｍと制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｓ（図２等参照）が算出され、次いでその算出されたオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓに基づいて制御切替部２０ｂにてＰＷＭ制御かＰＤＭ制御かの切り替えが行われる。 As the switching control of this embodiment, pulse width modulation (Pulse Width Modulation: PWM) control is used when high to medium output is required, and pulse density modulation (PDM) control is used when low output is required. The PWM control and the PDM control are appropriately switched. In this embodiment, first, in the present embodiment, the pulse width setting unit 20a of the control circuit 20 determines the on-pulse width Wm of the control pulse signals S1 to S4 appropriate from time to time based on the actual value and target value of the output current Io. The on-pulse width Ws (see FIG. 2 and the like) of the control pulse signals S5 and S6 is calculated, and then the control switching unit 20b switches between PWM control and PDM control based on the calculated on-pulse widths Wm and Ws. .
次に、図２〜図４を用いて本実施形態の動作（作用）を説明する。
［高〜中出力要求時：ＰＷＭ制御］
インバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４に出力する制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のオンパルス幅Ｗｍと、これと連動する補助回路１４の補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６に出力する制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｓが算出される。この算出されたオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓが図２に示す最大幅Ｗｍｘ，Ｗｓｘから図３に示す最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０の間にある場合、算出値がそのままオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓとして設定される。つまり、この高〜中出力要求時においては、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓ（ＰＷＭデューティサイクル）が最大幅Ｗｍｘ，Ｗｓｘから最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０の間で調整されるＰＷＭ制御により電源装置１１の出力が調整される。
Next, the operation (action) of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[When high to medium output is requested: PWM control]
On-pulse width Wm of control pulse signals S1 to S4 output to switching elements TR1 to TR4 of inverter circuit 13 and on-pulse width of control pulse signals S5 and S6 output to auxiliary switching elements TR5 and TR6 of auxiliary circuit 14 linked thereto. Ws is calculated. When the calculated on-pulse widths Wm and Ws are between the maximum widths Wmx and Wsx shown in FIG. 2 and the minimum widths Wm0 and Ws0 shown in FIG. 3, the calculated values are set as the on-pulse widths Wm and Ws as they are. That is, at the time of this high to medium output request, the output of the power supply device 11 is adjusted by PWM control in which the on-pulse width Wm, Ws (PWM duty cycle) is adjusted between the maximum width Wmx, Wsx and the minimum width Wm0, Ws0. Is done.
図２及び図３（後述する図４も同様）において、インバータ回路１３の出力端子ａ，ｂ間電圧をＶａｂ、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４を流れる電流をＩTR1,4 、スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３を流れる電流をＩTR2,3 、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４に印加される電圧をＶTR1,4 、スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３に印加される電圧をＶTR2,3 とする。制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓの長短に応じてインバータ回路１３の出力電圧Ｖａｂが変化することで、トランスＩＮＴの二次側で生成される電源装置１１の出力電力の調整がなされる。 2 and 3 (the same applies to FIG. 4 described later), the voltage between the output terminals a and b of the inverter circuit 13 is Vab, the current flowing through the switching elements TR1 and TR4 is ITR1,4, and the current flowing through the switching elements TR2 and TR3. Is ITR2,3, the voltage applied to the switching elements TR1 and TR4 is VTR1,4, and the voltage applied to the switching elements TR2 and TR3 is VTR2,3. The power supply device 11 generated on the secondary side of the transformer INT by changing the output voltage Vab of the inverter circuit 13 according to the lengths of the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S4 and the control pulse signals S5 and S6. The output power is adjusted.
ところで、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４と制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓの最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０は、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４及び補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６が十分にオン可能な幅に設定されている。特に、補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｓは、上記のソフトスイッチング制御の関係で、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のオンパルス幅Ｗｍよりも更に幅狭に設定されることから、補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６が十分にオン可能な幅に設定されている。これにより、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓが最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０に設定されても、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６のオン動作が確実に行われるようになっている。 By the way, the minimum widths Wm0 and Ws0 of the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S4 and the control pulse signals S5 and S6 are set to a width that allows the switching elements TR1 to TR4 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 to be sufficiently turned on. Has been. In particular, the on-pulse width Ws of the control pulse signals S5 and S6 of the auxiliary switching elements TR5 and TR6 is wider than the on-pulse width Wm of the control pulse signals S1 to S4 of the switching elements TR1 to TR4 because of the soft switching control described above. Since it is set to be narrow, the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are set to a width that can be sufficiently turned on. Thereby, even if the on-pulse widths Wm and Ws are set to the minimum widths Wm0 and Ws0, the switching elements TR1 to TR4 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are reliably turned on.
これに対し、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓが仮に最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０より小さく設定した場合、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオン動作、特に補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６側のオン動作が確実に行われるかが補償できなくなる。そのため、時々の出力要求に応じたオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓの算出値が最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０より小さくなった場合（この場、いずれか一方の算出値の判断で可）、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓを最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０に固定し、そのオンパルスの密度を調整するＰＤＭ制御に移行する。換言すると、上記のＰＷＭ制御では毎周期でオン機会が与えられることから、オンパルスの密度（ＰＤＭデューティサイクル）としては１００％であり、最大である。 On the other hand, if the on-pulse widths Wm and Ws are set to be smaller than the minimum widths Wm0 and Ws0, it is compensated whether the on-operation of the switching elements TR1 to TR4, in particular, the on-operation on the auxiliary switching elements TR5 and TR6 side is reliably performed. become unable. Therefore, when the calculated values of the on-pulse widths Wm and Ws according to the occasional output request are smaller than the minimum widths Wm0 and Ws0 (in this case, it is possible to judge either one of the calculated values), the on-pulse widths Wm and Ws are set. The minimum widths Wm0 and Ws0 are fixed, and the process proceeds to PDM control for adjusting the density of the on pulses. In other words, since the above-described PWM control gives an on opportunity at every cycle, the on-pulse density (PDM duty cycle) is 100%, which is the maximum.
［低出力要求時：ＰＤＭ制御］
算出されたオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓが最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０より小さい算出値となった場合には、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓは最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０で固定し、そのオンパルスの密度が小さく設定される。つまり、この低出力要求時においては、最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０のオンパルス数が調整されるＰＤＭ制御により電源装置１１の出力が調整される。
[When requesting low output: PDM control]
When the calculated on-pulse widths Wm and Ws are smaller than the minimum widths Wm0 and Ws0, the on-pulse widths Wm and Ws are fixed at the minimum widths Wm0 and Ws0, and the on-pulse density is set small. That is, at the time of this low output request, the output of the power supply device 11 is adjusted by PDM control in which the number of on pulses of the minimum widths Wm0 and Ws0 is adjusted.
具体的には、先ず制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４について、本実施形態では図４に示すように、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のオンパルスが１０個、即ち制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のＰＷＭ制御周期ＴＷの１０周期分がＰＤＭ制御周期ＴＤの１周期とされ、各制御周期ＴＤ毎に先のオンパルス幅Ｗｍの算出値に応じて間引く数が決定される。算出されたオンパルス幅Ｗｍが最小幅Ｗｍ０より小さい内で、より小さくなるほど間引く数が多くなる。また不要となったオンパルスは、ＰＤＭ制御周期ＴＤの後端から順に間引かれて、オンパルスの密度が小さくされる。更に制御パルス信号Ｓ１，Ｓ４と制御パルス信号Ｓ２，Ｓ３とは、同様に間引かれる。因みに、同図４は、ＰＤＭデューティサイクルが５０％、ＰＤＭ制御の１周期の内で前半５個のオンパルス（最小幅Ｗｍ０で固定）はそのまま設定され、後半５個のオンパルスは間引かれて消失する。 Specifically, first, for the control pulse signals S1 to S4, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, there are 10 on-pulses of the control pulse signals S1 to S4, that is, the PWM control cycle TW of the control pulse signals S1 to S4. Ten periods are defined as one period of the PDM control period TD, and the number to be thinned out is determined for each control period TD according to the calculated value of the previous on-pulse width Wm. Within the calculated on-pulse width Wm, which is smaller than the minimum width Wm0, the number to be thinned out increases as it becomes smaller. Further, the unnecessary on-pulses are thinned out in order from the rear end of the PDM control cycle TD, and the on-pulse density is reduced. Further, the control pulse signals S1, S4 and the control pulse signals S2, S3 are thinned out in the same manner. Incidentally, in FIG. 4, the PDM duty cycle is 50%, and the first five on-pulses (fixed at the minimum width Wm0) are set as they are within one period of PDM control, and the latter five on-pulses are thinned out and disappeared. To do.
ここで、本実施形態と背景技術との比較において、背景技術では、電源装置が最低出力となるまで制御パルス信号のオンパルス幅を幅狭に設定するため、オンパルス幅が極めて狭くなった場合にインバータ回路のスイッチング素子がオンできず、またインバータ回路（ブリッジ回路）の上下アームのスイッチング素子のいずれがオンできないかが不明である。つまり、スイッチング素子が不意にオンできない（制御不能）ため、スイッチング素子を介したトランスへの電力伝達の極性のバランスが崩れ、トランスにて偏磁が発生する。 Here, in the comparison between the present embodiment and the background art, in the background art, the on-pulse width of the control pulse signal is set to be narrow until the power supply device reaches the minimum output. It is unclear which switching element of the circuit cannot be turned on and which of the switching elements of the upper and lower arms of the inverter circuit (bridge circuit) cannot be turned on. That is, since the switching element cannot be turned on unexpectedly (uncontrollable), the balance of the polarity of power transmission to the transformer via the switching element is lost, and the magnetism is generated in the transformer.
これに対し、本実施形態のＰＤＭ制御では、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のオンパルスの間引きは制御回路２０で行うため、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４がオンしないのは制御によるもので不意ではない。因みに本実施形態では、制御パルス信号Ｓ１，Ｓ４と制御パルス信号Ｓ２，Ｓ３とが同様に間引かれている。そのため、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４をオンさせない期間が生じても、トランスＩＮＴでの偏磁の発生は極力抑えられる。 On the other hand, in the PDM control of this embodiment, since the control circuit 20 thins out the ON pulses of the control pulse signals S1 to S4, it is not unexpected that the switching elements TR1 to TR4 are not turned on. Incidentally, in this embodiment, the control pulse signals S1 and S4 and the control pulse signals S2 and S3 are thinned out in the same manner. For this reason, even when there is a period during which the switching elements TR1 to TR4 are not turned on, the occurrence of bias in the transformer INT is suppressed as much as possible.
制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６については、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４で間引かれたオンパルスに対応するオンパルスが同様に間引かれる。つまり、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４にて５個のオンパルスが間引かれると、制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６においてもそれぞれ５個のオンパルスが間引かれる。 As for the control pulse signals S5 and S6, the ON pulses corresponding to the ON pulses thinned out by the control pulse signals S1 to S4 are similarly thinned out. That is, when five on-pulses are thinned out in the control pulse signals S1 to S4, five on-pulses are also thinned out in the control pulse signals S5 and S6, respectively.
そして、電源装置１１の出力としては図４に示すように、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６の個々のオンパルスに対するインバータ回路１３の出力電圧ＶａｂがＰＷＭ−ＰＤＭ制御臨界時の図３と同様であるが、そこからオンパルスを間引いた分、出力電圧Ｖａｂの平均電圧は低下する。そのため、トランスＩＮＴの二次側で生成される電源装置１１の出力電力も低出力となる。 As shown in FIG. 4, the output of the power supply device 11 is a graph when the output voltage Vab of the inverter circuit 13 with respect to the individual on pulses of the control pulse signals S1 to S4 and the control pulse signals S5 and S6 is at the critical time of PWM-PDM control. 3, but the average voltage of the output voltage Vab is reduced by thinning the on-pulse from there. Therefore, the output power of the power supply device 11 generated on the secondary side of the transformer INT is also low output.
このように本実施形態の低出力動作においては、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓの算出値として最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０より小さい値となる低出力要求がなされた場合であっても、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓをその最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０で固定としてスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４及び補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の安定駆動を実現しつつ、またオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓを出力要求に応じた算出値よりも最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０として幅広とした分、オンパルス自体を適宜間引いてオンパルスの密度を小さくすることで、電源装置１１としては最低出力まで出力要求に応じた安定した低出力が可能である。 Thus, in the low output operation of the present embodiment, there is a low output request in which the calculated values of the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S4 and the control pulse signals S5 and S6 are smaller than the minimum widths Wm0 and Ws0. Even in the case where the on-pulse widths Wm and Ws are fixed at the minimum widths Wm0 and Ws0, the switching elements TR1 to TR4 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are stably driven, and the on-pulse widths Wm and Ws are By reducing the on-pulse density by appropriately thinning out the on-pulses as much as the minimum widths Wm0 and Ws0 rather than the calculated values according to the output request, the power supply device 11 is stable in response to the output request up to the minimum output. Low output is possible.
因みに、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６をより高速スイッチングが可能な素子を用い、ＰＤＭ制御と先のＰＷＭ制御のスイッチング周波数を一層高く設定して構成すれば、ＰＷＭ制御に対して制御周期の長いＰＤＭ制御においても制御性が向上する。つまり、ＰＤＭ制御周期がＰＷＭ制御周期の１０倍長い本実施形態では、高速スイッチングが可能なスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６を用いてスイッチング周波数を１０倍高く設定することで、変更後のＰＤＭ制御では変更前のＰＷＭ制御と同等の出力制御を行うことができるようになる。 Incidentally, if the switching elements TR1 to TR6 are elements that can be switched at a higher speed and the switching frequency of the PDM control and the previous PWM control is set to be higher, the PDM control having a longer control cycle than the PWM control may be used. Control is also improved. In other words, in this embodiment, the PDM control cycle is 10 times longer than the PWM control cycle, and the switching frequency is set 10 times higher using the switching elements TR1 to TR6 capable of high-speed switching, so that the PDM control after the change is before the change. The output control equivalent to the PWM control can be performed.
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）所定出力要求より高出力側では、インバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と補助回路１４の補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６に出力する制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓを調整するＰＷＭ制御が行われる。これに対し、所定出力要求よりも低出力側では、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓをスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６が十分オン可能な所定幅（最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０）としその制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のオンパルスの密度を調整するＰＤＭ制御に切り替えられる。つまり、低出力要求時において、仮にＰＷＭ制御を実施するとスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６がオンできないオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓに設定するところをＰＤＭ制御に切り替えて実施することで、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓは十分オン可能な所定幅（最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０）として確保され、低出力要求に対してはオンパルス自体を間引いてオンパルスの密度を調整することで行われる。これにより、低出力要求に応えつつも、インバータ回路１３や補助回路１４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６の安定駆動を実現することができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) On the higher output side than the predetermined output request, the control pulse signals S1 to S4 output to the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6 of the auxiliary circuit 14 and the ON pulses of the control pulse signals S5 and S6 PWM control for adjusting the widths Wm and Ws is performed. On the other hand, on the output side lower than the predetermined output request, the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S4 and the control pulse signals S5 and S6 can be sufficiently turned on by the switching elements TR1 to TR4 and the auxiliary switching elements TR5 and TR6. Is switched to PDM control for adjusting the on-pulse density of the control pulse signals S1 to S6. That is, when the PWM control is performed at the time of a low output request, the on-pulse widths Wm and Ws where the switching elements TR1 to TR6 cannot be turned on are switched to the PDM control to perform the on-pulse width of the switching elements TR1 to TR6. Wm and Ws are secured as predetermined widths that can be sufficiently turned on (minimum widths Wm0 and Ws0). For low output requirements, the on-pulse density is thinned out to adjust the on-pulse density. Thereby, it is possible to realize stable driving of the switching elements TR1 to TR6 of the inverter circuit 13 and the auxiliary circuit 14 while responding to the low output demand.
特に本実施形態のようなアーク溶接用電源装置１１の場合、インバータ回路１３及び補助回路１４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６の安定駆動は溶接性能を大きく左右し、またトランスＩＮＴを用いる場合では偏磁要因となることから、本実施形態のようなアーク溶接用電源装置１１への適用の意義は大きい。 In particular, in the case of the arc welding power supply device 11 as in the present embodiment, the stable driving of the switching elements TR1 to TR6 of the inverter circuit 13 and the auxiliary circuit 14 greatly affects the welding performance. Therefore, the significance of application to the arc welding power supply device 11 as in this embodiment is significant.
（２）補助回路１４では、補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６がインバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４に先立ってオフされ、その後の補助コンデンサＣ３の充電電力の消費を待ってからのスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作が行われる。つまり、補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号Ｓ５，Ｓ６のオンパルス幅Ｗｓは、インバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のオンパルス幅Ｗｍよりも更に幅狭に設定されることから、特に補助スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の安定駆動に寄与できる。 (2) In the auxiliary circuit 14, the auxiliary switching elements TR5 and TR6 are turned off prior to the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13, and the switching elements TR1 to TR4 after waiting for the consumption of the charging power of the auxiliary capacitor C3 thereafter. A soft switching operation for connecting to the off state is performed. That is, the on-pulse width Ws of the control pulse signals S5 and S6 of the auxiliary switching elements TR5 and TR6 is set to be narrower than the on-pulse width Wm of the control pulse signals S1 to S4 of the switching elements TR1 to TR4 of the inverter circuit 13. Therefore, it can contribute to stable driving of the auxiliary switching elements TR5 and TR6.
（３）ＰＷＭ制御にて、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓが最大幅Ｗｍｘ，Ｗｓｘからスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６が十分オン可能な最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０まで行われ、それ以下の低出力要求時にはＰＤＭ制御に切り替わり、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓがその最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０にて固定されつつ、オンパルスの密度が調整される。つまり、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓがスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６のオン可能な最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０となるまでの広い範囲で制御周期（ＴＷ）の細かなＰＷＭ制御が実施されるため、出力安定化に寄与する。また、ＰＷＭ制御とＰＤＭ制御との切り替わり時にオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓが最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０にて継承されることで、制御切り替わり時の出力安定化にも寄与する。 (3) In the PWM control, the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S6 are performed from the maximum widths Wmx and Wsx to the minimum widths Wm0 and Ws0 at which the switching elements TR1 to TR6 can be sufficiently turned on. When an output is requested, the control is switched to PDM control, and the on-pulse density is adjusted while the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S6 are fixed at the minimum widths Wm0 and Ws0. That is, fine PWM control of a control cycle (TW) is performed in a wide range until the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S6 become the minimum widths Wm0 and Ws0 that can be turned on of the switching elements TR1 to TR6. Therefore, it contributes to output stabilization. Further, since the on-pulse widths Wm and Ws are inherited by the minimum widths Wm0 and Ws0 when the PWM control and the PDM control are switched, it contributes to the stabilization of the output when the control is switched.
（４）ＰＤＭ制御において、制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のＰＷＭ制御周期ＴＷの一定周期分がＰＤＭ制御周期ＴＤとされ、そのＰＤＭ制御周期ＴＤ中のいずれかのオンパルスが間引かれてオンパルスの密度の調整が行われる。つまり、このＰＤＭ制御は、ＰＤＭ制御周期ＴＤがＰＷＭ制御周期ＴＷの一定周期分で行われるため、制御の簡略化に寄与する。 (4) In the PDM control, a constant period of the PWM control period TW of the control pulse signals S1 to S6 is set as the PDM control period TD, and any of the on-pulses in the PDM control period TD is thinned, and the density of the on-pulses Adjustments are made. That is, this PDM control contributes to simplification of control because the PDM control cycle TD is performed at a constant cycle of the PWM control cycle TW.
（５）ＰＤＭ制御において、ＰＤＭ制御周期ＴＤの後端側からオンパルスが順に間引かれてオンパルスの密度が調整される。つまり、ＰＤＭ制御周期ＴＤの後端側から単純にオンパルスが間引かれるため、このことでも制御の簡略化に寄与できる。 (5) In PDM control, the on-pulse density is adjusted by thinning out on-pulses in order from the rear end side of the PDM control cycle TD. That is, since the on-pulse is simply thinned out from the rear end side of the PDM control cycle TD, this can also contribute to the simplification of the control.
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・ＰＤＭ制御周期ＴＤを制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のＰＷＭ制御周期ＴＷの１０周期で一定に設定したが、ＰＷＭ制御周期ＴＷの周期数はこれに限らず、他の周期数に設定してもよい。また、ＰＷＭ制御周期ＴＷの所定周期一定とせず、その時々でＰＷＭ制御周期ＴＷの周期数を変更してもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
The PDM control cycle TD is set to be constant at 10 cycles of the PWM control cycle TW of the control pulse signals S1 to S6, but the number of cycles of the PWM control cycle TW is not limited to this, and may be set to other cycle numbers. . Further, the predetermined number of PWM control cycles TW may not be constant, and the number of cycles of the PWM control cycle TW may be changed from time to time.
・ＰＤＭ制御周期ＴＤの後端から順にオンパルスを間引いたが、前端から順に間引いてもよく、適当な箇所から間引くようにしてもよい。この場合、オンパルス間の間隔が同様となるように（オンパルス間の間隔の差が小さくなるように）間引いてもよい。 The on-pulse is thinned out sequentially from the rear end of the PDM control cycle TD, but it may be thinned out sequentially from the front end or may be thinned out from an appropriate place. In this case, thinning may be performed so that the interval between on-pulses is the same (so that the difference in the interval between on-pulses is small).
・制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓの算出が最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０となるのを境にしてＰＷＭ制御とＰＤＭ制御との切り替えを行い、ＰＤＭ制御ではその最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０を用いたが、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６のオンが可能であれば、最小幅Ｗｍ０，Ｗｓ０以外の所定幅を用いてもよい。また、ＰＷＭ制御とＰＤＭ制御とでオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓを継承させなくてもよく、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６のオンが可能であればＰＤＭ制御において独自にオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓを設定してもよい。 ・ Switching between PWM control and PDM control is performed when the ON pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S6 are calculated as the minimum widths Wm0 and Ws0. In the PDM control, the minimum widths Wm0 and Ws0 are used. However, if the switching elements TR1 to TR6 can be turned on, a predetermined width other than the minimum widths Wm0 and Ws0 may be used. Further, it is not necessary to inherit the on-pulse widths Wm and Ws in the PWM control and the PDM control, and if the switching elements TR1 to TR6 can be turned on, the on-pulse widths Wm and Ws may be set independently in the PDM control. .
・出力要求としての制御パルス信号Ｓ１〜Ｓ６のオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓの算出値の大小に基づいて制御を切り替えるのではなく、電流検出器２１にて検出される出力電流Ｉｏ等の実出力値の大小や、出力電流設定器２２による出力電流目標値等の出力目標値の大小に基づいて制御を切り替えるようにしてもよい。 -Instead of switching the control based on the calculated values of the on-pulse widths Wm and Ws of the control pulse signals S1 to S6 as output requests, the actual output values such as the output current Io detected by the current detector 21 Control may be switched based on the magnitude of the output target value such as the output current target value or the like by the output current setting unit 22.
・補助回路１４では、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電力をインバータ回路１３に交互に供給する電路の切り替え動作と、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６のソフトスイッチング動作とが行われたが、電路の切り替え動作のみ行われるものであってもよい。 In the auxiliary circuit 14, the electric circuit switching operation for alternately supplying the charging power of the smoothing capacitors C1 and C2 to the inverter circuit 13 and the soft switching operation of the switching elements TR1 to TR6 are performed, but only the electric circuit switching operation is performed. It may be performed.
・インバータ回路１３はフルブリッジ型にて構成したが、ハーフブリッジ型であってもよい。
・電源装置１１はアーク溶接用電源装置であったが、アーク溶接以外のアーク加工用電源装置や、これ以外の他の電源装置であってもよい。
The inverter circuit 13 is configured as a full bridge type, but may be a half bridge type.
The power supply device 11 is a power supply device for arc welding, but may be a power supply device for arc processing other than arc welding or other power supply devices.
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）電源装置の出力電力の生成過程において、スイッチング素子のオンオフ動作により直流電力から高周波交流電力への電力変換を行うインバータ回路と、電源線間に直列接続される一対の平滑コンデンサの充電電力を前記インバータ回路に交互に供給すべく、一対の電源線上のそれぞれに設けた補助スイッチング素子のオンオフ動作にて各平滑コンデンサと前記インバータ回路との間の電路を切り替える補助回路とに対して、前記インバータ回路及び前記補助回路の各スイッチング素子に制御パルス信号を出力してそのスイッチング素子のオンオフ動作を制御し、前記出力電力の制御を行う電源装置の制御方法であって、
前記インバータ回路及び前記補助回路の各スイッチング素子に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅を調整するＰＷＭ制御と、前記各制御パルス信号のオンパルス幅を各スイッチング素子が十分オン可能な所定幅としその制御パルス信号のオンパルスの密度を調整するＰＤＭ制御との制御が実施可能であり、所定出力要求より高出力側ではＰＷＭ制御を実施し、所定出力要求よりも低出力側ではＰＤＭ制御に切り替わって実施するようにしたことを特徴とする電源装置の制御方法。
Next, a technical idea that can be grasped from the above embodiment and another example will be added below.
(B) In the process of generating the output power of the power supply device, the inverter circuit that converts power from DC power to high-frequency AC power by the on / off operation of the switching element and the charging power of a pair of smoothing capacitors connected in series between the power lines For the auxiliary circuit that switches the electric circuit between each smoothing capacitor and the inverter circuit by the on / off operation of the auxiliary switching element provided on each of the pair of power supply lines. A control method of a power supply apparatus that outputs a control pulse signal to each switching element of an inverter circuit and the auxiliary circuit to control an on / off operation of the switching element and controls the output power,
PWM control for adjusting the on-pulse width of each control pulse signal output to each switching element of the inverter circuit and the auxiliary circuit, and the on-pulse width of each control pulse signal as a predetermined width that allows each switching element to be sufficiently turned on Control with PDM control that adjusts the on-pulse density of the pulse signal is possible, PWM control is performed on the higher output side than the predetermined output request, and switched to PDM control on the lower output side than the predetermined output request. A control method for a power supply device, characterized in that it is configured as described above.
１１ アーク溶接用電源装置（電源装置、アーク加工用電源装置）
１３ インバータ回路
１４ 補助回路
２０ 制御回路
２０ｂ 制御切替部
Ｓ１〜Ｓ４ 制御パルス信号
Ｓ５，Ｓ６ 制御パルス信号
ＴＤ ＰＤＭ制御周期
ＴＷ ＰＷＭ制御周期
ＴＲ１〜ＴＲ４ 第１〜第４スイッチング素子（インバータ回路のスイッチング素子）
ＴＲ５，ＴＲ６ 第１及び第２補助スイッチング素子（補助回路のスイッチング素子）
Ｃ３ 補助コンデンサ
Ｗｍ，Ｗｓ オンパルス幅
Ｗｍ０，Ｗｓ０ 最小幅（所定幅）
Ｗｍｘ，Ｗｓｘ 最大幅
11 Power supply device for arc welding (power supply device, power supply device for arc machining)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Inverter circuit 14 Auxiliary circuit 20 Control circuit 20b Control switching part S1-S4 Control pulse signal S5, S6 Control pulse signal TD PDM control period TW PWM control period TR1-TR4 1st-4th switching element (switching element of an inverter circuit)
TR5, TR6 First and second auxiliary switching elements (switching elements of the auxiliary circuit)
C3 Auxiliary capacitor Wm, Ws On-pulse width Wm0, Ws0 Minimum width (predetermined width)
Wmx, Wsx Maximum width
Claims (5)
電源線間に直列接続される一対の平滑コンデンサの充電電力を前記直流電力として前記インバータ回路に交互に供給すべく、一対の電源線上のそれぞれに設けた補助スイッチング素子のオンオフ動作にて各平滑コンデンサと前記インバータ回路との間の電路を切り替える補助回路と、
前記インバータ回路及び前記補助回路の各スイッチング素子に制御パルス信号を出力してそのスイッチング素子のオンオフ動作を制御し、前記出力電力の制御を行う制御回路とを備えた電源装置であって、
前記制御回路は、前記インバータ回路及び前記補助回路の各スイッチング素子に出力する各制御パルス信号のオンパルス幅を調整するＰＷＭ制御と、前記各制御パルス信号のオンパルス幅を各スイッチング素子が十分オン可能な所定幅としその制御パルス信号のオンパルスの密度を調整するＰＤＭ制御とが実施可能に構成され、
前記制御回路の制御において、所定出力要求より高出力側では前記ＰＷＭ制御を行わせ、所定出力要求よりも低出力側では前記ＰＤＭ制御に切り替える制御切替部を備え、
前記制御切替部は、前記インバータ回路及び前記補助回路の各制御パルス信号のオンパルス幅が最大幅から前記各スイッチング素子が十分オン可能な最小幅まで前記ＰＷＭ制御を行わせ、それ以下の低出力要求時には前記各制御パルス信号のオンパルス幅を最小幅で固定としつつそのオンパルスの密度を調整する前記ＰＤＭ制御に切り替えるものであって、
前記ＰＷＭ制御から前記ＰＤＭ制御に切り替わるときに前記各制御パルス信号のオンパルス幅は最小幅にて継承されることを特徴とする電源装置。 In the process of generating the output power of the power supply device, an inverter circuit that performs power conversion from DC power to high-frequency AC power by on / off operation of the switching element;
In order to alternately supply the charging power of a pair of smoothing capacitors connected in series between power supply lines as the DC power to the inverter circuit, each smoothing capacitor is turned on and off by an auxiliary switching element provided on each of the pair of power supply lines. And an auxiliary circuit for switching an electric circuit between the inverter circuit and the inverter circuit;
A control circuit that outputs a control pulse signal to each switching element of the inverter circuit and the auxiliary circuit to control an on / off operation of the switching element and controls the output power;
The control circuit includes a PWM control that adjusts an on-pulse width of each control pulse signal output to each switching element of the inverter circuit and the auxiliary circuit, and each switching element can sufficiently turn on the on-pulse width of each control pulse signal. PDM control for adjusting the on-pulse density of the control pulse signal with a predetermined width is configured to be executable,
In the control of the control circuit, a control switching unit that performs the PWM control on a higher output side than a predetermined output request and switches to the PDM control on a lower output side than the predetermined output request ,
The control switching unit causes the PWM control to be performed from a maximum width of an on pulse width of each control pulse signal of the inverter circuit and the auxiliary circuit to a minimum width at which each of the switching elements can be sufficiently turned on, and a low output request less than that Sometimes switching to the PDM control for adjusting the density of the on-pulse while fixing the on-pulse width of each control pulse signal at a minimum width,
An on-pulse width of each control pulse signal is inherited with a minimum width when switching from the PWM control to the PDM control .
前記補助回路は、前記補助スイッチング素子の後段の電源線間に補助コンデンサを備え、前記制御回路の制御に基づいて前記電路の切り替え動作と共に、前記補助スイッチング素子を前記インバータ回路のスイッチング素子に先立ってオフさせてその後の前記補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからの前記インバータ回路のスイッチング素子のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
The auxiliary circuit includes an auxiliary capacitor between power supply lines subsequent to the auxiliary switching element, and switches the electric circuit based on the control of the control circuit, and the auxiliary switching element precedes the switching element of the inverter circuit. A power supply device that performs a soft switching operation for turning off a switching element of the inverter circuit after waiting for consumption of charging power of the auxiliary capacitor after being turned off.
前記ＰＤＭ制御は、前記ＰＷＭ制御周期の一定周期分をＰＤＭ制御周期とし、そのＰＤＭ制御周期中のいずれかのオンパルスを間引いてオンパルスの密度を調整することを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2 ,
In the PDM control, a constant period of the PWM control period is set as a PDM control period, and the on-pulse density is adjusted by thinning out any of the on-pulses in the PDM control period.
前記ＰＤＭ制御は、前記ＰＤＭ制御周期の後端側からオンパルスを順に間引いてオンパルスの密度を調整することを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 3 ,
In the PDM control, the on-pulse density is adjusted by sequentially thinning out the on-pulses from the rear end side of the PDM control cycle.
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