JPH0355226B2 - - Google Patents

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JPH0355226B2
JPH0355226B2 JP21244384A JP21244384A JPH0355226B2 JP H0355226 B2 JPH0355226 B2 JP H0355226B2 JP 21244384 A JP21244384 A JP 21244384A JP 21244384 A JP21244384 A JP 21244384A JP H0355226 B2 JPH0355226 B2 JP H0355226B2
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output voltage
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、インバータまたはチヨツパ等のスイ
ツチング回路を用いてパルス幅制御により出力電
圧の制御を行なうアーク溶接電源装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an arc welding power supply device that controls an output voltage by pulse width control using a switching circuit such as an inverter or a chopper.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、インバータ制御やチヨツパ制御方式のア
ーク溶接電源では、出力電圧を安定化するための
手段として、溶接電源の出力端子間より取り出さ
れた出力電圧を負帰還し、出力電圧設定部からの
信号電圧と比較してパルス幅制御を行なつてい
た。第4図はその一例を示す図で、1は三相交流
電源、2は整流回路3、平滑コンデンサ4、スイ
ツチング回路(インバータ)5、出力変圧器6、
出力側整流器7、直流リアクタ8を含む溶接電源
主回路、9は溶接電源出力端子、10は出力電圧
検出部11、バイパス抵抗12、出力電圧設定部
13、誤差増幅器14、インバータ駆動回路15
からなる制御回路であり、出力電圧検出部11か
ら負帰還された信号電圧が出力電圧設定部13か
らの信号電圧と一致するように誤差増幅器14の
出力信号に応じたオンオフ時間比でスイツチング
回路5を動作させる構成となつているが、このよ
うなインバータ制御チヨツパ制御方式の溶接電源
では、スイツチングに伴う主回路電流の時間的変
化di/dtが大きいため、主回路のリアクタンスL
によるL・di/dtなる電圧が出力電圧に混入して
非常に大きなノイズとなり、このノイズを含んだ
出力電圧が負帰還されると、制御の安定性が阻害
される。
Conventionally, in inverter-controlled or chopper-controlled arc welding power sources, as a means to stabilize the output voltage, the output voltage taken out between the output terminals of the welding power source is negatively fed back, and the signal voltage from the output voltage setting section is Pulse width control was performed compared to . FIG. 4 is a diagram showing an example of this, in which 1 is a three-phase AC power supply, 2 is a rectifier circuit 3, a smoothing capacitor 4, a switching circuit (inverter) 5, an output transformer 6,
A welding power source main circuit including an output rectifier 7 and a DC reactor 8, 9 a welding power source output terminal, 10 an output voltage detection section 11, a bypass resistor 12, an output voltage setting section 13, an error amplifier 14, and an inverter drive circuit 15.
The switching circuit 5 is a control circuit consisting of an on/off time ratio according to the output signal of the error amplifier 14 so that the signal voltage negative feedback from the output voltage detection section 11 matches the signal voltage from the output voltage setting section 13. However, in such an inverter-controlled chopper control type welding power source, the temporal change di/dt of the main circuit current due to switching is large, so the reactance L of the main circuit is
The voltage L·di/dt mixed into the output voltage becomes very large noise, and when the output voltage containing this noise is negatively fed back, the stability of control is impaired.

これに対しては、フイードバツク信号をフイル
タ回路に通したり、第4図に示すように出力端子
9間に抵抗12を介してバイパス回路を作り、こ
のバイパス回路に流れる電流をホール素子16で
検出することにより、出力電圧検出部11の入出
力間を絶縁したりして出力電圧制御へのノイズの
影響を防止する方策が講じられているものの、制
御の応答性が損われたり、価格の面で高価になる
等の問題点があつた。
To deal with this, the feedback signal is passed through a filter circuit, or a bypass circuit is created between the output terminals 9 via a resistor 12 as shown in FIG. 4, and the current flowing through this bypass circuit is detected by a Hall element 16. Therefore, although measures have been taken to prevent the influence of noise on output voltage control by insulating the input and output of the output voltage detection section 11, control responsiveness may be impaired or costs may be affected. There were problems such as being expensive.

そればかりでなく、溶接電源の出力電圧を負帰
還する従来方式は、アークを安定化する上で、必
ずしも良い結果をもたらさない場合がある。すな
わち、第4図のように溶接電源の出力電圧を負帰
還する方式では、アーク長の伸びにより出力電流
が小さくなつたとき、溶接電源の内部インピーダ
ンスによる電圧降下の減少により出力電圧が高く
なろうとするのを、制御回路10が抑えて出力電
圧を下げる働きをするため、アーク切れが生じや
すくなる。また、アーク切れしそうになり、出力
電流が急激に減少すると、直流リアクタ8に電圧
が誘起し出力電圧を高めようとするが、このとき
も同様に制御回路10が出力電圧を下げる働きを
するため、直流リアクタ8のアーク維持機能を減
殺することになり、アークを安定化する上では好
ましくない。
In addition, the conventional method of negatively feeding back the output voltage of the welding power source may not necessarily produce good results in stabilizing the arc. In other words, in the method of negative feedback of the output voltage of the welding power source as shown in Figure 4, when the output current decreases due to the elongation of the arc length, the output voltage tends to increase due to the reduction in voltage drop due to the internal impedance of the welding power source. Since the control circuit 10 suppresses this and lowers the output voltage, arc breakage is more likely to occur. Also, when the arc is about to break and the output current suddenly decreases, voltage is induced in the DC reactor 8 and attempts to increase the output voltage, but at this time as well, the control circuit 10 works to lower the output voltage. , which impairs the arc maintenance function of the DC reactor 8, which is not preferable for stabilizing the arc.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、制御の応答性を悪くするフイ
ルタ回路や高価な出力電圧検出素子を用いずに、
出力側のノイズの影響を排除して出力電圧の安定
な制御ができ、かつアークの安定形を高めること
ができるインバータ制御またはチヨツパ制御方式
のアーク溶接電源装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the need for filter circuits and expensive output voltage detection elements that degrade control response.
It is an object of the present invention to provide an arc welding power supply device using an inverter control or chopper control method, which can eliminate the influence of noise on the output side, perform stable control of the output voltage, and improve the stability of the arc.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

溶接電源主回路中に設けたスイツチング回路の
オンオフ時間比を変えて溶接電源出力電圧を制御
するインバータ制御またはチヨツパ制御方式のア
ーク溶接電源装置においては、溶接電源出力電圧
は上記スイツチング回路の単位時間当りのオン時
間および溶接電源に入力される電源電圧に比例す
る。
In an inverter-controlled or chopper-controlled arc welding power supply device that controls the welding power source output voltage by changing the on/off time ratio of a switching circuit provided in the welding power source main circuit, the welding power source output voltage is determined by the welding power source output voltage per unit time of the switching circuit. It is proportional to the on-time of the welding power source and the power supply voltage input to the welding power source.

本発明はこの点に着目し、溶接電源出力電圧の
検出信号の代わりに、上記スイツチング回路と関
連してオンオフ動作する別のスイツチング回路を
介して直流電源から取り出された電圧をフイード
バツク信号とし、このフイードバツク信号の平均
値と出力電圧設定部からの信号電圧との偏差に応
じて上記各スイツチング回路のオンオフ時間比を
決定するように制御回路を構成したものである。
The present invention focuses on this point, and instead of the detection signal of the welding power source output voltage, the voltage taken out from the DC power source via another switching circuit that operates on and off in conjunction with the above switching circuit is used as a feedback signal. The control circuit is configured to determine the on/off time ratio of each of the switching circuits according to the deviation between the average value of the feedback signal and the signal voltage from the output voltage setting section.

〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第1図により説明す
る。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図において、溶接電源主回路2は、三相交
流電源1からの入力電圧を整流回路3と平滑コン
デンサ4で直流に変換した後、この直流電圧をス
イツチング回路(インバータ)5により高周波交
流に変換して出力変圧器6に加え、出力変圧器6
に二次出力を整流器7により再度直流に変換し、
直流リアクタ8を介して出力端子9へ出力するよ
うに構成されている。
In FIG. 1, a welding power source main circuit 2 converts an input voltage from a three-phase AC power source 1 into DC using a rectifier circuit 3 and a smoothing capacitor 4, and then converts this DC voltage into high-frequency AC using a switching circuit (inverter) 5. Convert and add to output transformer 6, output transformer 6
Then, the secondary output is converted to direct current again by the rectifier 7,
It is configured to output to an output terminal 9 via a DC reactor 8.

制御回路10は次のような構成となつている。 The control circuit 10 has the following configuration.

17は溶接電源の入力交流電圧を入力とする整
流電源からなり、その出力電圧値が入力電圧値に
比例する直流電源である。本実施例では、上記直
流電源17から上記スイツチング回路5と関連し
てオンオフ動作する別のスイツチング回路18を
介して取り出された電圧を平滑回路19により平
均値化してフイードバツク信号を作り、このフイ
ードバツク信号と出力電圧設定部20からの信号
電圧との差電圧を誤差増幅器21で増幅した信号
をインバータ駆動回路15に加え、図示しない発
振器で作られた三角波と誤差増幅器21の出力電
圧とを比較して得られたパルス信号と同じオンオ
フ時間比でスイツチング回路5をオンオフ動作さ
せる。同時に、上記パルス信号を用いてスイツチ
ング回路18を構成するトランジスタ等のスイツ
チング素子を駆動し、スイツチング回路5と同じ
オンオフ時間比でスイツチング回路18をオンオ
フ動作させることにより、上記フイードバツク信
号が出力電圧設定部20からの信号電圧と同じに
なるように制御する。
Reference numeral 17 is a rectified power source that receives the input AC voltage of the welding power source, and is a DC power source whose output voltage value is proportional to the input voltage value. In this embodiment, the voltage taken out from the DC power supply 17 via another switching circuit 18 that operates on and off in conjunction with the switching circuit 5 is averaged by a smoothing circuit 19 to create a feedback signal. A signal obtained by amplifying the difference voltage between the signal voltage from the output voltage setting unit 20 and the signal voltage from the output voltage setting unit 20 by the error amplifier 21 is applied to the inverter drive circuit 15, and the output voltage of the error amplifier 21 is compared with a triangular wave generated by an oscillator (not shown). The switching circuit 5 is turned on and off at the same on/off time ratio as the obtained pulse signal. At the same time, the pulse signal is used to drive switching elements such as transistors constituting the switching circuit 18, and the switching circuit 18 is turned on and off at the same on/off time ratio as the switching circuit 5, so that the feedback signal is applied to the output voltage setting section. The signal voltage is controlled to be the same as the signal voltage from 20.

この場合、直流電源17の出力電圧値は溶接電
源主回路2の入力電圧値に比例して変化するの
で、上記フイードバツク信号は溶接電源主回路2
の入力電圧とスイツチング回路5の単位時間当り
のオン時間とに比例した値となる。したがつて、
上記フイードバツク信号が出力電圧設定部20か
らの信号電圧と同じになるように制御するという
ことは、溶接電源の出力電流により影響されない
無負荷時出力電圧を一定に制御していることにな
る。
In this case, since the output voltage value of the DC power source 17 changes in proportion to the input voltage value of the welding power source main circuit 2, the above feedback signal is transmitted to the welding power source main circuit 2.
The value is proportional to the input voltage of the switching circuit 5 and the ON time of the switching circuit 5 per unit time. Therefore,
Controlling the feedback signal to be the same as the signal voltage from the output voltage setting section 20 means controlling the no-load output voltage to be constant, which is not affected by the output current of the welding power source.

本実施例によれば、フイードバツク信号は溶接
電源の出力側から絶縁され、ノイズの影響を受け
ないため、制御は安定であり、また出力電圧を制
御するのではなく無負荷時出力電圧を制御してい
るので、アーク長が伸びて出力電流が減少したと
き、溶接電源主回路2の内部インピーダンスによ
る電圧降下の減少により出力電圧が高くなるのを
抑えたり、アーク切れしそうになり出力電流が急
激に減少したとき、直流リアクタ8の誘起電圧に
より出力電圧が高くなるのを抑えて直流リアクタ
8のアーク維持機能を損うようなことがなく、ア
ークの安定性を高めることができる。
According to this embodiment, the feedback signal is isolated from the output side of the welding power source and is not affected by noise, so the control is stable, and the no-load output voltage is controlled instead of the output voltage. Therefore, when the arc length increases and the output current decreases, the voltage drop due to the internal impedance of the welding power source main circuit 2 decreases, which prevents the output voltage from increasing, or prevents the output current from suddenly decreasing due to the arc being about to break. When the voltage decreases, the output voltage is prevented from increasing due to the induced voltage of the DC reactor 8, so that the arc maintenance function of the DC reactor 8 is not impaired, and the stability of the arc can be improved.

本実施例では、溶接電源の入力電圧に比例した
直流電圧をスイツチング回路18のオン時間にの
み取り出しフイードバツク信号としたが、電源電
圧の変動を考慮する必要がなければ上記直流電圧
は一定電圧でよく、また上記直流電圧を一定電圧
とする代わりに出力電圧設定部20の信号電圧が
溶接電源入力電圧と関連して変化するようにして
もよい。
In this embodiment, a DC voltage proportional to the input voltage of the welding power source is extracted only during the on-time of the switching circuit 18 and used as a feedback signal, but if there is no need to take into account fluctuations in the power supply voltage, the DC voltage may be a constant voltage. Furthermore, instead of setting the DC voltage to a constant voltage, the signal voltage of the output voltage setting section 20 may be changed in relation to the welding power source input voltage.

また、本実施例では、スイツチング回路18の
オン時間をスイツチング回路5のオン時間と同一
にしているが、スイツチング回路5とスイツチン
グ回路18のオンオフ時間比が関連して変化する
関係にあればよく、必ずしもオン時間が同一であ
る必要はないし、誤差増幅器21に適当な遅れ要
素を付加することで平滑回路19に代えることも
できる。
Furthermore, in this embodiment, the on-time of the switching circuit 18 is made the same as the on-time of the switching circuit 5, but it is sufficient that the on-off time ratios of the switching circuit 5 and the switching circuit 18 change in relation to each other. The on-times do not necessarily have to be the same, and the smoothing circuit 19 can be replaced by adding an appropriate delay element to the error amplifier 21.

上記実施例では本発明を一般的な定電圧特性の
アーク溶接電源に適用した場合について述べた
が、消耗性電極を用いるパルスアーク溶接(パル
スMAG溶接)や、短絡移行形アーク溶接でスパ
ツタ低減のため短絡電流の上、下限値を制御する
場合などのように出力電流の波形制御を行なう場
合のアーク長補償にも本発明を応用することがで
きる。
The above embodiment describes the case where the present invention is applied to a general arc welding power source with constant voltage characteristics. Therefore, the present invention can also be applied to arc length compensation when controlling the waveform of the output current, such as when controlling the upper and lower limits of the short-circuit current.

インバータ制御またはチヨツパ制御方式の溶接
電源を用いてパルスMAG溶接を行なう場合、通
常は第2図に示す出力電流波形のピーク区間Aお
よびベース区間Bとも溶接電源の外部出力特性が
定電流特性となるように制御し、アーク長補償は
溶接電源出力電圧の平均値を検出してアーク長を
決める出力電圧設定信号と比較し、その偏差に応
じてパルス周期(A+B)を変えるか、パルス周
期は一定としたままピーク区間Aの長さを変えて
行なつているが、溶接電源出力電圧の平均値の代
わりに前記スイツチング回路18を介して取り出
された溶接電源出力電圧に比例する電圧の平均値
を出力電圧設定信号と比較し、設定信号より低い
ときはパルス周期(A+B)またはピーク区間A
の長さを増し、設定信号より高いときはパルス周
期(A+B)またはピーク区間Aの長さを減らす
ように制御すれば、アーク長を安定に維持でき
る。
When performing pulse MAG welding using an inverter-controlled or chopper-controlled welding power source, the external output characteristics of the welding power source are usually constant current characteristics for both peak section A and base section B of the output current waveform shown in Figure 2. For arc length compensation, the average value of the output voltage of the welding power source is detected and compared with the output voltage setting signal that determines the arc length, and the pulse period (A + B) is changed depending on the deviation, or the pulse period is kept constant. However, instead of the average value of the welding power source output voltage, the average value of the voltage proportional to the welding power source output voltage taken out via the switching circuit 18 is used. Compare with the output voltage setting signal, and if it is lower than the setting signal, the pulse period (A + B) or peak section A
The arc length can be maintained stably by increasing the length of the signal and decreasing the pulse period (A+B) or the length of the peak section A when the signal is higher than the set signal.

パルスMAG溶接におけるアーク長補償法とし
ては特願昭57−124355号(特開昭59−16672号)
に開示されているように溶接電源出力電圧の平均
値を負帰還してピーク電流値IPを制御する方法も
あるが、この場合も溶接電源出力電圧の平均値の
代わりに前記スイツチング回路18を介して取り
出された溶接電源出力電圧に比例する電圧を用い
て同様にアーク長補償制御ができる。
As an arc length compensation method in pulse MAG welding, Japanese Patent Application No. 57-124355 (Japanese Patent Application No. 59-16672)
There is also a method of controlling the peak current value I P by negative feedback of the average value of the output voltage of the welding power source, as disclosed in 2003, but in this case as well, the switching circuit 18 is Similarly, arc length compensation control can be performed using a voltage proportional to the welding power source output voltage taken out through the welding power source.

また、第3図に示すように短絡移行形アーク溶
接で出力電流の上限値Inaxまたは下限値Inioを制
御する場合のアーク長補償法として、特願昭57−
124356号(特開昭59−16669号)に開示されてい
るように溶接電源出力電圧の平均値を負帰還して
定電圧制御を行なう代わりに、前記スイツチング
回路18を介して取り出された溶接電源出力電圧
に比例する電圧の平均値が出力電圧設定信号と同
じになるようにパルス幅制御を行なえば、アーク
長を安定に維持できる。
In addition, as shown in Fig. 3, a patent application filed in 1983 is used as an arc length compensation method when controlling the upper limit value I nax or lower limit value I nio of the output current in short-circuit transition type arc welding.
124356 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 16669/1983), instead of performing constant voltage control by negative feedback of the average value of the output voltage of the welding power source, the welding power source taken out through the switching circuit 18 The arc length can be stably maintained by controlling the pulse width so that the average value of the voltage proportional to the output voltage is the same as the output voltage setting signal.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば次に述べるような効果がある。 According to the present invention, the following effects can be obtained.

(1) 溶接電源出力側から絶縁してフイードバツク
信号を作り出しているため、出力側のノイズの
影響を受けずにインバータ制御やチヨツパ制御
による溶接電源出力電圧の安定な制御ができ
る。
(1) Since the feedback signal is isolated from the output side of the welding power source, the welding power source output voltage can be stably controlled by inverter control or chopper control without being affected by noise on the output side.

(2) 溶接電源の無負荷電圧を制御しているので、
アーク長が伸び出力電流が減少したとき、溶接
電源主回路の内部インピーダンスによる電圧降
下の減少により出力電圧が高くなるのを抑えた
り、アーク切れしそうになり出力電流が急激に
減少したとき、直流リアクタの誘起電圧により
出力電圧が高くなるのを抑えて直流リアクタの
アーク維持機能を損うようなことがなく、アー
クの安定性を高めることができる。
(2) Since the no-load voltage of the welding power source is controlled,
When the arc length increases and the output current decreases, the voltage drop due to the internal impedance of the welding power supply main circuit is reduced to prevent the output voltage from increasing, or when the arc is about to break and the output current suddenly decreases, the DC reactor The output voltage is suppressed from increasing due to the induced voltage of the DC reactor, and the arc maintenance function of the DC reactor is not impaired, and the stability of the arc can be improved.

(3) 制御の応答性を悪くするフイルタやホール素
子のような高価な出力電圧検出素子を用いず
に、制御回路の簡単安価に構成できる。
(3) The control circuit can be constructed easily and inexpensively without using expensive output voltage detection elements such as filters and Hall elements that degrade control responsiveness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す概略回路図、
第2図はパルスMAG溶接における波形制御を説
明するための電流波形図、第3図は短絡移行形ア
ーク溶接における波形制御を説明するための電
圧、電流波形図、第4図は従来例の概略回路図で
ある。 2……溶接電源主回路、5……スイツチング回
路(インバータ)、9……出力端子、10……制
御回路、15……インバータ駆動回路、17……
直流電源、18……スイツチング回路5と関連し
てオンオフ動作するスイツチング回路、20……
出力電圧設定部、21……誤差増幅器。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a current waveform diagram to explain waveform control in pulsed MAG welding, Figure 3 is a voltage and current waveform diagram to explain waveform control in short-circuit transition type arc welding, and Figure 4 is an outline of the conventional example. It is a circuit diagram. 2... Welding power source main circuit, 5... Switching circuit (inverter), 9... Output terminal, 10... Control circuit, 15... Inverter drive circuit, 17...
DC power supply, 18... Switching circuit that operates on and off in conjunction with switching circuit 5, 20...
Output voltage setting section, 21...error amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 交流を直流に変換する整流回路と、この直流
を高周波交流に変換する第1のスイツチング回路
と、この交流を絶縁変圧する出力変圧器と、その
二次出力を直流に変換して溶接電流として出力す
る出力側整流器とを有する溶接電源主回路と、上
記スイツチング回路のオンオフ時間比を制御する
ことで溶接用電流の出力電圧を制御する制御回路
とから成るアーク溶接電源装置において、上記制
御回路は、前記交流の電圧に応じた直流電圧を出
力する直流電源と、この直流電源の出力をオンオ
フ制御する第2のスイツチング回路と、この第2
のスイツチング回路の出力を平均化してフイード
バツク信号を得る平滑回路と、前記溶接電源主回
路の出力電圧値を設定する出力電圧設定部と、こ
の出力電圧設定部からの信号電圧と前記平滑回路
からの信号電圧との差電圧を増幅する誤差増幅器
と、この差電圧が零となるように前記第1と第2
のスイツチング回路をオンオフ制御する駆動回路
とを備えたことを特徴とするアーク溶接電源装
置。
1. A rectifier circuit that converts alternating current to direct current, a first switching circuit that converts this direct current to high-frequency alternating current, an output transformer that insulates and transforms this alternating current, and converts its secondary output to direct current as welding current. In an arc welding power supply device comprising a welding power supply main circuit having an output rectifier for output, and a control circuit controlling the output voltage of the welding current by controlling the on/off time ratio of the switching circuit, the control circuit comprises: , a DC power supply that outputs a DC voltage according to the AC voltage, a second switching circuit that controls on/off the output of the DC power supply, and a second switching circuit that controls the output of the DC power supply on and off;
a smoothing circuit that averages the output of the switching circuit to obtain a feedback signal; an output voltage setting section that sets the output voltage value of the welding power source main circuit; and a signal voltage from the output voltage setting section and a signal voltage from the smoothing circuit. an error amplifier that amplifies the voltage difference between the signal voltage and the signal voltage;
An arc welding power supply device comprising: a drive circuit for controlling on/off switching circuits;
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