JPH0210793Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、溶接等に使用される電源装置に関
する。

〔従来技術〕

従来、溶接等に使用される電源装置は、商用交
流電源による交流電圧を変圧器により所望値まで
一旦降圧あるいは昇圧したのち、サイリスタ等の
制御整流素子により整流して溶接負荷等に出力す
るようなつているが、応答性あるいは出力安定性
に欠けるため、近年パワートランジスタの高速
化、大容量化に伴い、トランジスタによるスイツ
チング方式の電源装置に開発が盛んに行なわれて
いる。

ここで、トランジスタの出力特性は衆知の如
く、第１図に示すようになり、ベース電流I_Bの大
きさにより、コレクタ電流I_Cとコレクタ電圧V_CE
とが同図中の各曲線C₁，C₂，…C_oのように決ま
り、この出力特性の各曲線に任意の負荷直線Ａを
重ねたときに、直線Ａと各曲線C₁，…C_oとの各
交点P₁，…P_oにおけるコレクタ電流I_C、コレクタ
電圧V_CEが負荷に通流、印加され、このときの各
コレクタ電流I_Cとコレクタ電圧V_CEとの積がトラ
ンジスタの損失となり、通常電源装置に使用する
場合には、損失を小さくするために、同図中の斜
線を施した飽和領域においてトランジスタが動作
するように設定されれる。

そしてこの種の電源装置は、たとえば第２図に
示すように構成されており、同図において、１は
商用交流電源、２は両入力端子が電源１に接続さ
れたダイオードからなる第１整流回路、３は１次
巻線３ａの中間タツプが第１整流回路２の正出力
端子に接続された出力トランス、４ａ，４ｂはス
イツチングトランジスタであるNPN型の第１、
第２トランジスタであり、コレクタがそれぞれ１
次巻線３ａの両端に接続され、エミツタが第１整
流回路２の負出力端子に接続されるとともに、ベ
ースが後述の制御回路の出力端子に接続され、出
力トランス３と共に高周波インバータ部を構成し
ている。

５ａ，５ｂはそれぞれカソード、アノードが第
１、第２トランジスタ４ａ，４ｂのコレクタ、エ
ミツタに接続されたフライホイールダイオード、
６は入力端子が後述の第２整流回路の正出力端子
および降圧トランスの２次巻線の中間タツプに接
続された制御回路であり、第１、第２トランジス
タ４ａ，４ｂのベースに位相の180゜ずれた所定周
波数のベース制御信号をそれぞれ出力する。

７ａ，７ｂはそれぞれアノードが出力トランス
３の２次巻線３ｂの両端に接続された整流用ダイ
オード、８は一端が両整流用ダイオード７ａ，７
ｂのカソードに接続され両ダイオード７ａ，７ｂ
と共に整流平滑部を構成する平滑用リアクトル、
９，１０は溶接負荷１１を構成する溶接トーチお
よび母材であり、それぞれリアクトル８の他端お
よび２次巻線３ｂの中間タツプに接続されてい
る。

１２は１次巻線１２ａが電源１に接続された降
圧トランス、１３は両入力端子が降圧トランス１
２の２次巻線１２ｂの両端に接続されたダイオー
ドブリツジ整流回路からなる第２整流回路、１４
は両端が第２整流回路１３の正出力端子および２
次巻線１２ｂの中間タツプに接続された平滑用第
１コンデンサ、１５は一端が２次巻線１２ｂの中
間タツプに接続された平滑用第２コンデンサ、１
７は一端が第２整流回路１３の正出力端子に接続
された第１抵抗、１８は第２抵抗であり、両端が
第１抵抗１７の他端および第２整流回路１３の負
出力端子に接続されている。

１９は両端が第１抵抗１７の他端および２次巻
線１２ｂの中間タツプに接続された平滑用第３コ
ンデンサ、２０はカソード、アノードが第３コン
デンサ１９の両端に接続された逆バイアス用ダイ
オード、２１はベース、エミツタがそれぞれダイ
オード２０のカソード、アノードに接続された保
護トランジスタであるNPN型の第３トランジス
タ、２２は限流用第３抵抗であり、両端が第１、
第２トランジスタ４ａ，４ｂのベースおよび第３
トランジスタ２１のコレクタに接続され、電流１
の電圧の所定値以下への低下時に第３トランジス
タ２１がオンして第３抵抗２２を介し、制御回路
６から第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂへのベ
ース制御信号をバイパスし、第１、第２トランジ
スタ４ａ，４ｂをオフする。

このとき、電源１の出力電圧が正常な状態にお
いて、第３トランジスタ２１が逆バイアスされる
ように、第１、第２抵抗１７，１８の抵抗値を選
定するとともに、第２コンデンサ１５の容量を第
１コンデンサ１４よりも小さくしておく。

そして、電源１の出力電圧が正常であると、制
御回路６からの所定周波数のベース制御信号によ
り第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂがそれぞれ
所定の周期で交互にオン、オフを繰り返し、第１
トランジスタ４ａのオン期間、すなわち第２トラ
ンジスタ４ｂのオフ期間に、第１整流回路２によ
り整流された電源１からの電流が出力トランス３
の１次巻線３ａの中間タツプ、一端、第１トラン
ジスタ４ａのコレクタ、エミツタおよび第１整流
回路２を流れるとともに、第２トランジスタ４ｂ
のオン期間、すなわち第１トランジスタ４ａのオ
フ期間に、第１整流回路２１により整流された電
源１からの電流が１次巻線３ａの中間タツプ、他
端、第２トランジスタ４ｂのコレクタ、エミツタ
および第１整流回路２を流れ、両トランジスタ４
ａ，４ｂのスイツチングにより第１整流回路２か
らの直流が高周波交流に変換され、両巻線３ａ，
３ｂを介した高周波交流が両ダイオード７ａ，７
ｂにより整流されてトーチ９、母材１０に所定の
直流溶接電流が通流され、溶接が行なわれる。

このとき、降圧トランス１２、第２整流回路１
３を介して第１、第２コンデンサ１４，１５が充
電されており、両コンデンサ１４，１５が充電さ
れた状態において、第１、第２抵抗１７，１８の
接続点の電位より、２次巻線１２ｂの中間タツプ
の電位の方が高くなるように設定されているた
め、保護トランジスタ２１は逆バイアスされてオ
フ状態に保持される。

なお、溶接電流がわずかに変動すると、制御回
路６からのベース制御信号の周波数が制御されて
両トランジスタ４ａ，４ｂのスイツチング周波数
が制御され、負荷１１への溶接電流の制御が行な
われる。

つぎに、停電等により電源１の電圧が瞬時に零
になると、前記した正常時に充電されていた容量
の小さい第２コンデンサ１５がダイオード２０、
第２抵抗１８を介して瞬時に放電し、保護トラン
ジスタ２１の逆バイアスが解除され、容量の大き
い第１コンデンサ１４が徐々に放電し、第１コン
デンサ１４の放電による電池が第１抵抗１７を介
して第３トランジスタ２１のベースに流れ、第３
トランジスタ２１がオンし、第３トランジスタ２
１のオンにより、制御回路６から第１、第２トラ
ンジスタ４ａ，４ｂへのベース制御信号がバイパ
スされ、第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂが瞬
時にオフし、このときの両トランジスタ４ａ，４
ｂの損失は非常に小さい。

ところで、前記したのは電源１の電圧が瞬時に
低下する場合について説明したが、第２図に示す
ように、他の機器の使用状況の関係から、電動機
２３が電源１に接続されていると、停電等により
電源１の電圧が瞬時に零になつても、電動機２３
自身の発電作用によりトランス１２の１次巻線１
２ａの両端間に印加される電圧は、実質的に瞬時
ではなく徐々に低下するため、第２コンデンサ１
５は瞬時に放電せず、第２コンデンサ１５の一端
の電位が所定レベルになるまで第２コンデンサ１
５が放電する間、第３トランジスタ２１は逆バイ
パス状態に保持されてオフし続け、電源１の電圧
が零に低下しているにも拘らず、第１、第２トラ
ンジスタ４ａ，４ｂはスイツチングを続けること
になる。

そして、放電により第２コンデンサ１５の一端
の電位が所定レベルに達すると、第１コンデンサ
１４の放電電流が第３トランジスタ２１のベース
に流れて第３トランジスタ２１が正バイアスさ
れ、第３トランジスタ２１がオンして制御回路６
から第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂへのベー
ス制御信号がバイパスされ、前記ベース制御信号
が次第に減少して第１、第２トランジスタ４ａ，
４ｂがやがてオフし、電源電圧の低下から両トラ
ンジスタ４ａ，４ｂのオフまで時間がかかる。

このとき、第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂ
へのベース制御信号が次第に減少していくと、前
記した第１図の出力特性がC_oからC₁側へ移行す
るため、両トランジスタ４ａ，４ｂの動作点は飽
和領域から不飽和領域に移行し、両トランジスタ
４ａ，４ｂの損失が大きくなつて両トランジスタ
４ａ，４ｂが破損し易いという欠点がある。

さらに、電源１の電圧低下により制御回路６が
誤動作して両トランジスタ４ａ，４ｂの誤動作を
招くという欠点がある。

〔考案の目的〕

この考案は、前記の点に留意してなされたもの
であり、交流電源の電圧が徐々に低下したときに
も、速やかにスイツチングトランジスタをオフで
きるようにすることを目的とする。

〔考案の構成〕

この考案は、交流電源の出力を整流する第１整
流回路と、 前記第１整流回路の両出力端子に接続され出力
トランス及びスイツチングトランジスタからなる
高周波インバータ部と、 前記インバータ部の出力端子に整流用ダイオー
ド及び平滑用リアクトルからなる整流平滑部を介
して接続された負荷と、 前記スイツチングトランジスタのベースに制御
信号を出力する制御回路と、 １次巻線が前記電源に接続された降圧トランス
と、 前記降圧トランスの２次巻線の両端に接続され
た第２整流回路と、 前記第２整流回路の正出力端子と前記２次巻線
の中間タツプとの間に設けられた平滑用第１コン
デンサと、 前記中間タツプと前記第２整流回路の負出力端
子との間に設けられ前記第１コンデンサより小容
量からなる平滑用第２コンデンサと、 前記第２整流回路の正、負出力端子に直列に接
続された２個の分圧用抵抗と、 コレクタ、エミツタ、ベースが前記スイツチン
グトランジスタのベース、前記中間タツプ、前記
両抵抗の接続点にそれぞれ接続された保護トラン
ジスタと、 前記保護トランジスタのエミツタ・ベースにア
ノード、カソードがそれぞれ接続された逆バイア
ス用ダイオードと、 前記第１コンデンサの両端に直列に接続された
ツエナダイオード及びリレーの励磁コイルと、 前記保護トランジスタに並列に接続された前記
リレーの常閉接点と を備えた電源装置である。

〔考案の効果〕

したがつて、この考案の電源装置によると、交
流電源の電圧が瞬時に低下した場合、小容量の第
２コンデンサが瞬時に放電し、徐々に放電する大
容量の第１コンデンサの放電電流により保護トラ
ンジスタが正バイアスされてオンし、高周波イン
バータ部のスイツチングトランジスタのベースへ
の制御信号が保護トランジスタによりバイパスさ
れてスイツチングトランジスタが瞬時にオフし、
交流電源の電圧が徐々に低下した場合には、励磁
コイルの両端電圧の低下によつてリレーが非動作
状態へ移行し、オフ状態にあつた常閉接点がオン
状態に復帰するため、従来のように第１、第２コ
ンデンサが徐々に放電することによつて、保護ト
ランジスタが正バイパスされてオンする以前に、
オン状態の常閉接点を介してスイツチングトラン
ジスタのベースへの制御信号がバイパスされ、ス
イツチングトランジスタが速やかにオフする。

このため、交流電源の電圧が徐々に低下する場
合であつても、スイツチングトランジスタを速や
かにオフすることができ、従来のようなスイツチ
ングトランジスタの損失の増加、破損、誤動作を
確実に防止して信頼性の優れた装置を提供するこ
とができる。

〔実施例〕

つぎに、この考案を、その１実施例を示した第
３図とともに詳細に説明する。

同図において、第２図と同一記号は同一のもの
を示し、第２図と異なる点は、第１コンデンサ１
４に並列にツエナーダイオード２４およびリレー
の励磁コイル２５からなる直列回路を接続し、第
３トランジスタ２１に並列に開閉接点である前記
リレーの常閉接点２６を接続した点である。な
お、リレーとして、電源１の電圧が電圧変動時の
低い方の値よりもわずかに低下したときに作動す
るものを選定する。

そして、電源１の電圧が停電時により瞬時に低
下した場合、第２図の場合と同様に、小容量の第
２コンデンサ１５がダイオード２０、第２抵抗１
８を介して瞬時に放電し、保護トランジスタ２２
の逆バイアスが解除され、大容量の第１コンデン
サ１４が徐々に放電し、第１コンデンサ１４の放
電電流が第１抵抗１７を介して第３トランジスタ
２１のベースに流れ、第３トランジスタ２１が正
バイアスされて第３トランジスタ２１がオンし、
制御回路６から第１、第２トランジスタ４ａ，４
ｂへのベース制御信号がバイパスされて第１、第
２トランジスタ４ａ，４ｂがオフする。

このとき、第１コンデンサ１４の容量が大きい
ため、第１コンデンサ１４の放電開始当初、励磁
コイル２５はまだ励磁状態にあり、第１コンデン
サ１４の放電が進み、第１コンデンサ１４の両端
電圧が低下し、励磁コイル２５の両端電圧がリレ
ーの非動作状態への移行限界値迄低下したとき
に、リレーが非動作状態に移行して常閉接点２６
がオン状態に復帰する。

つぎに、前記した第２図の場合と同様に、電動
機２３が電源に接続されるときに、電源１の電圧
が瞬時に低下して実質的にトランス１２への印加
電圧が徐々に低下する場合、電源電圧が低下し始
めた直後は、第１、第２コンデンサ１４，１５、
とくに第２コンデンサ１５は容量は小さくても瞬
時に放電することはなく、第３トランジスタ２１
は一定期間逆バイアス状態に保持されてオフし続
けるが、トランス１２の１次巻線１２ａへの印加
電圧が電源１の電圧変動分よりも若干大きい値だ
け低下することにより、励磁コイル２５の両端電
圧が前記リレーの非動作状態への移行限界値とな
つて前記リレーが動作状態から非動作状態へ移行
し、電源１の正常時にオフしていた接点２６がオ
ンするため、従来のように、第１、第２コンデン
サ１４，１５が徐々に放電することによつて、第
３トランジスタ２１が正バイアスされてオンする
以前に、接点２６のオンにより第１、第２トラン
ジスタ４ａ，４ｂへのベース制御信号がバイパス
され、第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂが瞬時
にオフする。

したがつて、前記実施例によると、電源１の電
圧が徐々に低下する場合、前記リレーの動作状態
から非動作状態への移行による接点２６のオフに
より、第１、第２トランジスタ４ａ，４ｂへのベ
ース制御信号をバイパスして両トランジスタ４
ａ，４ｂをオフすることができ、従来のように両
トランジスタ４ａ，４ｂの損失の増加および両ト
ランジスタ４ａ，４ｂの破損、誤動作を確実に防
止することができ、信頼性の優れた装置を提供す
ることができる。

なお、前記実施例では負荷を溶接負荷１１とし
たが、溶接負荷１１に限るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はトランジスタの出力特性図、第２図は
従来の電源装置の結線図、第３図はこの考案の電
源装置の１実施例の結線図である。 １……交流電源、２……第１整流回路、３……
出力トランス、４ａ，４ｂ……第１、第２トラン
ジスタ、６……制御回路、７ａ，７ｂ……整流用
ダイオード、８……平滑用リアクトル、１１……
負荷、１２……降圧トランス、１２ａ，１２ｂ…
…１次、２次巻線、１３……第２整流回路、１
４，１５……第１、第２コンデンサ、１７，１８
……第１、第２抵抗、２０……逆バイアス用ダイ
オード、２１……第３トランジスタ、２４……ツ
エナダイオード、２５……励磁コイル、２６……
常閉接点。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 交流電源の出力を整流する第１整流回路と、前
   記第１整流回路の両出力端子に接続され出力トラ
   ンス及びスイツチングトランジスタからなる高周
   波インバータ部と、 前記インバータ部の出力端子に整流用ダイオー
   ド及び平滑用リアクトルからなる整流平滑部を介
   して接続された負荷と、 前記スイツチングトランジスタのベースに制御
   信号を出力する制御回路と、 １次巻線が前記電源に接続された降圧トランス
   と、 前記降圧トランスの２次巻線の両端に接続され
   た第２整流回路と、 前記第２整流回路の正出力端子と前記２次巻線
   の中間タツプとの間に設けられた平滑用第１コン
   デンサと、 前記中間タツプと前記第２整流回路の負出力端
   子との間に設けられ前記第１コンデンサより小容
   量からなる平滑用第２コンデンサと、 前記第２整流回路の正、負出力端子に直列に接
   続された２個の分圧用抵抗と、 コレクタ、エミツタ、ベースが前記スイツチン
   グトランジスタのベース、前記中間タツプ、前記
   両抵抗の接続点にそれぞれ接続された保護トラン
   ジスタと、 前記保護トランジスタのエミツタ、ベースにア
   ノード、カソードがそれぞれ接続された逆バイア
   ス用ダイオードと、 前記第１コンデンサの両端に直列に接続された
   ツエナダイオード及びリレーの励磁コイルと、 前記保護トランジスタに並列に接続された前記
   リレーの常閉接点と を備えた電源装置。