KR102099988B1 - 전원 장치 및 아크 가공용 전원 장치 - Google Patents

전원 장치 및 아크 가공용 전원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 저출력 요구에 응하면서도, 인버터 회로의 스위칭 소자의 안정 구동을 실현할 수 있는 전원 장치(아크 용접용 전원 장치)를 제공하는 것이다.
전원 장치(11)의 제어 회로(20)는, 소정 출력 요구보다 고출력측에서, 하프 브리지형 인버터 회로(13)의 스위칭 소자(TR1, TR2)에 출력하는 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭을 조정하는 PWM 제어를 행한다. 이에 반해, 소정 출력 요구보다도 저출력측에서는, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭을 스위칭 소자(TR1, TR2)가 충분히 온 가능한 소정 폭(최소 폭)으로 하고 그 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어로 절환한다.

Description

전원 장치 및 아크 가공용 전원 장치{POWER SUPPLY DEIVCE AND POWER SUPPLY DEIVCE FOR ARC MACHINING}
본 발명은, 전원 장치의 출력 전력의 생성 과정에서, 직류 전력으로부터 고주파 교류 전력으로의 전력 변환을 행하는 인버터 회로를 구비하는 전원 장치 및 아크 가공용 전원 장치에 관한 것이다.
인버터 회로를 구비하는 전원 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 아크 가공용 전원 장치가 알려져 있다. 이 전원 장치는, 입력되는 상용 교류 전력을 정류 회로에 의해 직류 전력으로 변환하고, 변환한 직류 전력을 하프 브리지형 인버터 회로의 스위칭 동작에 의해 고주파 교류 전력으로 변환하고, 변환한 고주파 교류 전력을 트랜스를 통해 2차측에 공급하고, 그 2차측에서 아크 용접 등의 아크 가공에 적합한 직류 출력 전력으로 변환하는 구성으로 되어 있다. 출력 전력을 조정하기 위해서는, 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어함으로써 행해진다.
인버터 회로의 스위칭 제어의 하나로, 펄스 폭 변조 제어(PWM 제어)가 있다. 때때로 출력 전력을 크게 하는 경우에는, 인버터 회로의 스위칭 소자의 온(ON) 시간을 길게 하는 것이 행해져, 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 폭 넓게 설정된다. 이에 반해, 출력 전력을 작게 하는 경우에는, 인버터 회로의 스위칭 소자의 온 시간을 짧게 하는 것이 행해져, 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 폭 좁게 설정된다.
일본 특허 출원 공개 제2005-279774호 공보(도 1 등)
그런데, 고∼중출력 요구 시에서는, 인버터 회로(스위칭 소자)에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭은 충분히 폭이 넓어, 스위칭 소자가 충분히 온 가능하다.
그러나, 저출력으로 하는 요구가 발생하면, PWM 제어에서는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 한층 더 폭이 좁게 설정되므로, 스위칭 소자가 충분히 온할 수 없는 경우가 있었다. 이것은, 출력 불안정, 트랜스의 편자 요인 등을 초래하므로, 저출력 요구 시의 스위칭 소자의 안정 구동이 요망되고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 저출력 요구에 응하면서도, 인버터 회로의 스위칭 소자의 안정 구동을 실현할 수 있는 전원 장치 및 아크 가공용 전원 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하는 전원 장치는, 전원 장치의 출력 전력의 생성 과정에서, 스위칭 소자의 온 오프 동작에 의해 직류 전력으로부터 고주파 교류 전력으로의 전력 변환을 행하는 하프 브리지 회로 구성의 인버터 회로와, 상기 스위칭 소자에 제어 펄스 신호를 출력하여 그 스위칭 소자의 온 오프 동작을 제어하고, 상기 출력 전력의 제어를 행하는 제어 회로를 구비한 전원 장치이며, 상기 제어 회로는, 상기 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 조정하는 PWM 제어와, 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 소정 폭으로 하고 그 제어 펄스 신호의 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어가 실시 가능하게 구성되고, 상기 제어 회로의 제어에서, 소정 출력 요구보다 고출력측에서는 상기 PWM 제어를 행하게 하고, 소정 출력 요구보다도 저출력측에서는 상기 PDM 제어로 절환하는 제어 절환부를 구비하였다.
이 구성에 따르면, 소정 출력 요구보다 고출력측에서는, 하프 브리지형 인버터 회로의 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 조정하는 PWM 제어가 행해진다. 이에 반해, 소정 출력 요구보다도 저출력측에서는, 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 소정 폭으로 하고 그 제어 펄스 신호의 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어로 절환된다. 즉, 저출력 요구 시에 있어서, 가령 PWM 제어를 실시하면 스위칭 소자가 온할 수 없는 온 펄스 폭으로 설정하는 부분을, PDM 제어로 절환하여 실시함으로써, 스위칭 소자의 온 펄스 폭은 충분히 온 가능한 소정 폭으로서 확보되고, 또한 저출력 요구에 대해서는, 온 펄스 자체를 씨닝하여 온 펄스의 밀도를 조정함으로써 행해진다. 이에 의해, 저출력 요구에 응하면서도, 인버터 회로의 스위칭 소자의 안정 구동의 실현이 가능해진다.
또한, 상기 전원 장치에 있어서, 상기 제어 절환부는, 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 최대 폭으로부터 상기 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 최소 폭까지 상기 PWM 제어를 행하게 하고, 그 이하의 저출력 요구 시에는 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 최소 폭으로 고정하면서 그 온 펄스의 밀도를 조정하는 상기 PDM 제어로 절환하도록 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, PWM 제어에서, 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 최대 폭으로부터 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 최소 폭까지 행해지고, 그 이하의 저출력 요구 시에는 PDM 제어로 절환되고, 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 그 최소 폭으로 고정되면서, 온 펄스의 밀도가 조정된다. 즉, 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 스위칭 소자의 온 가능한 최소 폭으로 될 때까지의 넓은 범위에서 제어 주기의 미세한 PWM 제어가 실시되므로, 출력 안정화에 기여할 수 있다. 또한, PWM 제어와 PDM 제어와의 절환 시에 온 펄스 폭이 최소 폭으로 계승됨으로써, 제어 절환 시의 출력 안정화에도 기여할 수 있다.
또한, 상기 전원 장치에 있어서, 상기 PDM 제어는, 상기 PWM 제어 주기의 일정 주기분을 PDM 제어 주기로 하고, 그 PDM 제어 주기 중 어느 하나의 온 펄스를 씨닝하여 온 펄스의 밀도를 조정하도록 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, PDM 제어에서, PWM 제어 주기의 일정 주기분이 PDM 제어 주기로 되고, 그 PDM 제어 주기 중 어느 하나의 온 펄스가 씨닝되어 온 펄스의 밀도 조정이 행해진다. 즉, 이 PDM 제어는, PDM 제어 주기가 PWM 제어 주기의 일정 주기분으로 행해지므로, 제어의 간략화에 기여할 수 있다.
또한, 상기 전원 장치에 있어서, 상기 PDM 제어는, 상기 PDM 제어 주기의 후단부측으로부터 온 펄스를 순서대로 씨닝하여 온 펄스의 밀도를 조정하도록 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, PDM 제어에서, PDM 제어 주기의 후단부측으로부터 온 펄스가 순서대로 씨닝되어 온 펄스의 밀도가 조정된다. 즉, PDM 제어 주기의 후단부측으로부터 단순히 온 펄스가 씨닝되므로, 이것으로도 제어의 간략화에 기여할 수 있다.
또한, 상기 전원 장치를, 아크 가공용의 직류 출력 전력을 생성하는 아크 가공용 전원 장치에 적용하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 아크 가공용 전원 장치에 있어서, 저출력 요구에 응하면서 인버터 회로의 스위칭 소자의 안정 구동의 실현이 가능해진다.
본 발명의 전원 장치 및 아크 가공용 전원 장치에 따르면, 저출력 요구에 응하면서도, 인버터 회로의 스위칭 소자의 안정 구동을 실현할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 있어서의 아크 용접용 전원 장치를 도시하는 회로도.
도 2는 고출력 요구 시의 PWM 제어에 관한 전원 장치 각 부분의 파형도.
도 3은 중출력 요구 시에 있어서의 PWM―PDM 임계 시의 전원 장치 각 부분의 파형도.
도 4는 저출력 요구 시의 PDM 제어에 관한 전원 장치 각 부분의 파형도.
이하, 전원 장치로서의 아크 용접용 전원 장치의 일 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 아크 용접기(10)는, 이것에 사용하는 아크 용접용 전원 장치(11)의 플러스측의 출력 단자(o1)에 용접 토치(TH)의 전극(WE)을 접속하고, 마이너스측의 출력 단자(o2)에 용접 대상(모재)(M)을 접속하여, 전원 장치(11)에서 생성한 직류 출력 전력에 기초하여 전극(WE)의 선단에서 아크를 발생시키고, 용접 대상(M)의 아크 용접을 행하는 것이다. 아크 용접기(10)는, 예를 들어 소모 전극식의 아크 용접기이며, 전극(WE)으로서 사용하는 와이어 전극이 아크에 의해 소모되므로, 그 전극(WE)을 그 소모에 따라 송급하는 송급 장치(도시 생략)를 사용한다.
아크 용접용 전원 장치(11)는, 입력 변환 회로(12), 인버터 회로(13), 트랜스(INT) 및 출력 변환 회로(14)를 구비하고, 입력되는 상용 교류 전력으로부터 아크 용접에 적합한 직류 출력 전력을 생성한다.
입력 변환 회로(12)는, 다이오드 브리지 회로로 이루어지는 1차측 정류 회로(DR1)와, 그 정류 회로(DR1)의 출력 단자간에 접속되는 평활 콘덴서(C0)를 구비하고, 3상의 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 직류 입력 전력은, 후단의 인버터 회로(13)에 공급된다.
인버터 회로(13)는, IGBT 등의 반도체 스위칭 소자로 이루어지는 제1, 제2 스위칭 소자(TR1, TR2) 및 2개의 콘덴서(C1, C2)를 사용하는 하프 브리지 회로로 구성되어 있다. 덧붙여서 말하면, 한쪽이 제1, 제2 스위칭 소자(TR1, TR2)의 직렬 접속이며, 다른 한쪽이 콘덴서(C1, C2)의 직렬 접속이며, 제1 스위칭 소자(TR1)와 콘덴서(C2)가 조(組)를 이루고, 제2 스위칭 소자(TR2)와 콘덴서(C1)가 조를 이룬다. 또한, 제1, 제2 스위칭 소자(TR1, TR2)에는, 각각 다이오드(D1, D2)가 역접속되어 있다. 제1, 제2 스위칭 소자(TR1, TR2)간의 인버터 회로(13)의 출력 단자 a와, 콘덴서(C1, C2)간의 출력 단자 b는, 트랜스(INT)의 1차측 코일(L1)과 각각 접속된다.
그리고 인버터 회로(13)는, 제1, 제2 스위칭 소자(TR1, TR2)가 교대로 스위칭 동작함으로써, 입력 변환 회로(12)로부터 입력되는 직류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하고, 트랜스(INT)의 1차측 코일(L1)에 공급한다. 이들 스위칭 소자(TR1, TR2)의 스위칭 동작은, 제어 회로(20)로부터 입력되는 제어 펄스 신호(S1, S2)에 기초하여 행해진다.
트랜스(INT)의 2차측에서는, 인버터 회로(13)에서 생성된 고주파 교류 전력이 소정 전압으로 변환되고, 2차측 코일(L2)로부터 출력된다. 2차측 코일(L2)에는, 출력 변환 회로(14)가 접속된다.
출력 변환 회로(14)는, 2차측 정류 회로(DR2)와, 직류 리액터(DCL)를 구비하고 있다. 2차측 정류 회로(DR2)는, 한 쌍의 다이오드를 사용한 전파 정류 회로로 이루어지고, 각 다이오드의 애노드가 2차측 코일(L2)의 양측 단자에 각각 접속되고, 각 다이오드의 캐소드는 모두 직류 리액터(DCL)의 일단부에 접속되어 있다. 직류 리액터(DCL)의 타단부는, 전원 장치(11)의 플러스측의 출력 단자(o1)에 접속되어 있다. 전원 장치(11)의 마이너스측의 출력 단자(o2)는, 2차측 코일(L2)의 중간 단자와 접속되어 있다. 이러한 출력 변환 회로(14)는, 트랜스(INT)의 2차측 코일(L2)로부터의 고주파 교류 전력을 아크 용접용의 직류 출력 전력으로 변환하고, 출력 단자(o1, o2)로부터 출력한다.
전원 장치(11)에는, CPU 등을 포함하는 제어 회로(20)가 구비되어 있다. 제어 회로(20)에는, 전원 장치(11)의 출력측 전원선 상에 설치한 전류 검출기(21)로부터 출력 전류(Io)에 대응하는 검출 신호(Id)와, 사용자 등에 의해 조작 가능한 출력 전류 설정기(22)로부터 출력 전류 목표값에 대응하는 설정 신호(Ir)가 각각 입력되어 있다. 제어 회로(20)는, 입력된 검출 신호(Id) 및 설정 신호(Ir)로부터 얻어지는 출력 전류(Io)의 실제값 및 그 목표값 등을 포함하는 각종 파라미터에 기초하여, 그때마다 적절한 출력을 행하기 위한 내부 연산을 행하고 있다. 그리고 제어 회로(20)는, 그 내부 연산에 기초하여 인버터 회로(13)의 스위칭 소자(TR1, TR2)에 대하여 스위칭 제어를 실시한다.
본 실시 형태의 스위칭 제어로서는, 고∼중출력 요구 시에 있어서는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 제어가 사용되고, 저출력 요구 시에 있어서는 펄스 밀도 변조(Pulse Density Modulation: PDM) 제어가 사용되고, PWM 제어와 PDM 제어가 적절하게 절환된다. 제어의 절환에 대해 본 실시 형태에서는, 우선 제어 회로(20)의 펄스 폭 설정부(20a)에서, 출력 전류(Io)의 실제값 및 목표값 등에 기초하여 그때마다 적절한 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)(도 2 등 참조)이 산출되고, 이어서 그 산출된 온 펄스 폭(Wm)에 기초하여 제어 절환부(20b)에서 PWM 제어나 PDM 제어의 절환이 행해진다.
다음으로, 도 2 내지 도 4를 이용하여 본 실시 형태의 동작(작용)을 설명한다.
[고∼중출력 요구 시:PWM 제어]
인버터 회로(13)[스위칭 소자(TR1, TR2)]에 출력하는 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)의 산출이 이루어지고, 그 산출된 온 펄스 폭(Wm)이 도 2에 나타내는 최대 폭(Wmx)으로부터 도 3에 나타내는 최소 폭(Wm0)의 사이에 있는 경우, 산출값이 그대로 온 펄스 폭(Wm)으로서 설정된다. 즉, 이 고∼중출력 요구 시에 있어서는, 온 펄스 폭(Wm)(PWM 듀티 사이클)이 최대 폭(Wmx)으로부터 최소 폭(Wm0)의 사이에서 조정되는 PWM 제어에 의해 전원 장치(11)의 출력이 조정된다.
도 2 및 도 3(후술하는 도 4도 마찬가지임)에 있어서, 인버터 회로(13)의 출력 단자 a, b간 전압을 Vab, 스위칭 소자(TR1, TR2)를 흐르는 전류를 ITR1, ITR2, 스위칭 소자(TR1, TR2)에 인가되는 전압을 VTR1, VTR2로 한다. 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)의 장단(長短)에 따라 인버터 회로(13)의 출력 전압(Vab)이 변화함으로써, 트랜스(INT)의 2차측에서 생성되는 전원 장치(11)의 출력 전력의 조정이 이루어진다.
그런데, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)의 최소 폭(Wm0)은, 스위칭 소자(TR1, TR2)가 충분히 온 가능한 폭으로 설정되어 있다. 즉, 온 펄스 폭(Wm)이 최소 폭(Wm0)으로 설정되어도, 스위칭 소자(TR1, TR2)의 온 동작이 확실하게 행해지도록 되어 있다.
이에 반해, 온 펄스 폭(Wm)이 가령 최소 폭(Wm0)보다 작아지면, 스위칭 소자(TR1, TR2)의 온 동작을 보상할 수 없게 된다. 그로 인해, 출력 요구에 따른 온 펄스 폭(Wm)의 산출이 최소 폭(Wm0)보다 작아진 경우, 온 펄스 폭(Wm)을 최소 폭(Wm0)으로 고정하고, 그 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어로 이행한다. 환언하면, 상기한 PWM 제어에서는 매주기에서 온 기회가 주어지고, 온 펄스의 밀도(PDM 듀티 사이클)로서는 100％, 최대이다.
[저출력 요구 시: PDM 제어]
산출된 온 펄스 폭(Wm)이 최소 폭(Wm0)보다 작은 산출값으로 된 경우에는, 온 펄스 폭(Wm)은 최소 폭(Wm0)으로 고정하고, 그 온 펄스의 밀도가 작게 설정된다. 즉, 이 저출력 요구 시에 있어서는, 최소 폭(Wm0)의 온 펄스수가 조정되는 PDM 제어에 의해 전원 장치(11)의 출력이 조정된다.
구체적으로는, 본 실시 형태에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스가 10개, 즉, PWM 제어 주기(TW)의 10주기분이 PDM 제어 주기(TD)의 1주기로 되고, 각 제어 주기(TD)마다 이전의 온 펄스 폭(Wm)의 산출값에 따라 씨닝하는 수가 결정된다. 산출된 온 펄스 폭(Wm)이 최소 폭(Wm0)보다 작은 범위 내에서, 보다 작아질수록 씨닝하는 수가 많아진다. 또한, 불필요해진 온 펄스는, PDM 제어 주기(TD)의 후단부로부터 순서대로 씨닝되어, 온 펄스의 밀도가 작게 된다. 또한, 제어 펄스 신호(S1, S2)는 마찬가지로 씨닝된다. 덧붙여 말하면, 상기 도 4는 PDM 듀티 사이클이 50％, PDM 제어의 1주기 내에서 전반 5개의 온 펄스[최소 폭(Wm0)으로 고정]는 그대로 설정되고, 후반 5개의 온 펄스는 씨닝되어 소실된다.
여기서, 본 실시 형태와 배경 기술과의 비교에 있어서, 배경 기술에서는, 전원 장치가 최저 출력으로 될 때까지 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 폭이 좁게 설정하므로, 온 펄스 폭이 매우 좁아진 경우에 인버터 회로의 스위칭 소자가 온할 수 없고, 또한 인버터 회로(브리지 회로)의 상하 아암의 스위칭 소자 중 어느 것이 온할 수 없는지가 불분명하다. 즉, 스위칭 소자가 돌연히 온하지 못하므로(제어 불능), 스위칭 소자를 개재한 트랜스에의 전력 전달의 극성의 밸런스가 무너져, 트랜스에서 편자가 발생한다.
이에 반해, 본 실시 형태의 PDM 제어에서는, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스의 씨닝은 제어 회로(20)에서 행하므로, 스위칭 소자(TR1, TR2)가 온하지 못하는 것은 제어에 의한 것으로 돌연히 아니다. 덧붙여 말하면, 본 실시 형태에서는, 제어 펄스 신호(S1, S2)는 마찬가지로 씨닝되므로, 스위칭 소자(TR1, TR2)를 온시키지 못하는 기간이 발생해도, 트랜스(INT)에서의 편자의 발생은 최대한 억제된다.
이와 같이 하여, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)의 산출값으로서 최소 폭(Wm0)보다 작은 값으로 되는 저출력 요구가 이루어진 경우라도, 온 펄스 폭(Wm)을 그 최소 폭(Wm0)으로 고정으로 하여 스위칭 소자(TR1, TR2)의 안정 구동을 실현하면서, 또한 온 펄스 폭(Wm)을 출력 요구에 따른 산출값보다도 최소 폭(Wm0)으로서 광폭으로 한 만큼, 온 펄스 자체를 적절하게 씨닝하여 온 펄스의 밀도를 작게 함으로써, 전원 장치(11)로서는 최저 출력까지 출력 요구에 따른 안정된 저출력이 가능하다.
덧붙여 말하면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 개개의 온 펄스에 대한 인버터 회로(13)의 출력 전압(Vab)은, PWM―PDM 제어 임계 시의 도 3과 마찬가지이지만, 온 펄스를 씨닝한 만큼, 출력 전압(Vab)의 평균 전압은 저하된다. 그 때문에, 트랜스(INT)의 2차측에서 생성되는 전원 장치(11)의 출력 전력도 저출력으로 된다.
다음으로, 본 실시 형태의 특징적인 효과를 기재한다.
(1) 소정 출력 요구보다 고출력측에서는, 하프 브리지형 인버터 회로(13)의 스위칭 소자(TR1, TR2)에 출력하는 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)을 조정하는 PWM 제어가 행해진다. 이에 반해, 소정 출력 요구보다도 저출력측에서는, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)을 스위칭 소자(TR1, TR2)가 충분히 온 가능한 소정 폭[최소 폭(Wm0)]으로 하고 그 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어로 절환된다. 즉, 저출력 요구 시에 있어서, 가령 PWM 제어를 실시하면 스위칭 소자(TR1, TR2)가 온할 수 없는 온 펄스 폭(Wm)으로 설정하는 부분을, PDM 제어로 절환하여 실시함으로써, 스위칭 소자(TR1, TR2)의 온 펄스 폭(Wm)은 충분히 온 가능한 소정 폭[최소 폭(Wm0)]으로서 확보되고, 또한 저출력 요구에 대해서는, 온 펄스 자체를 씨닝하여 온 펄스의 밀도를 조정함으로써 행해진다. 이에 의해, 저출력 요구에 응하면서도, 인버터 회로(13)의 스위칭 소자(TR1, TR2)의 안정 구동을 실현할 수 있다.
특히 본 실시 형태와 같은 아크 용접용 전원 장치(11)의 경우, 인버터 회로(13)의 스위칭 소자(TR1, TR2)의 안정 구동은 용접 성능을 크게 좌우하고, 또한 트랜스(INT)를 사용하는 경우에는 편자 요인이 되므로, 본 실시 형태와 같은 아크 용접용 전원 장치(11)에의 적용의 의의는 크다.
(2) PWM 제어에서, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)이 최대 폭(Wmx)으로부터 스위칭 소자(TR1, TR2)가 충분히 온 가능한 최소 폭(Wm0)까지 행해지고, 그 이하의 저출력 요구 시에는 PDM 제어로 절환되고, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)이 그 최소 폭(Wm0)으로 고정되면서, 온 펄스의 밀도가 조정된다. 즉, 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)이 스위칭 소자(TR1, TR2)의 온 가능한 최소 폭(Wm0)으로 될 때까지의 넓은 범위에서 제어 주기(TW)의 미세한 PWM 제어가 실시되므로, 출력 안정화에 기여한다. 또한, PWM 제어와 PDM 제어와의 절환 시에 온 펄스 폭(Wm)이 최소 폭(Wm0)으로 계승됨으로써, 제어 절환 시의 출력 안정화에도 기여한다.
(3) PDM 제어에서, PWM 제어 주기(TW)의 일정 주기분이 PDM 제어 주기(TD)가 되고, 그 PDM 제어 주기(TD) 중 어느 것인가의 온 펄스가 씨닝되어 온 펄스의 밀도 조정이 행해진다. 즉, 이 PDM 제어는, PDM 제어 주기(TD)가 PWM 제어 주기(TW)의 일정 주기분으로 행해지므로, 제어의 간략화에 기여한다.
(4) PDM 제어에서, PDM 제어 주기(TD)의 후단부측으로부터 온 펄스가 순서대로 씨닝되어 온 펄스의 밀도가 조정된다. 즉, PDM 제어 주기(TD)의 후단부측으로부터 단순히 온 펄스가 씨닝되므로, 이것으로도 제어의 간략화에 기여할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태는, 이하와 같이 변경해도 된다.
·PDM 제어 주기(TD)를 PWM 제어 주기(TW)의 10주기로 일정하게 설정하였지만, PWM 제어 주기(TW)의 주기수는 이것에 한정되지 않고, 다른 주기수로 설정해도 된다. 또한, PWM 제어 주기(TW)를 소정 주기로 일정하게 하지 않고, 그때마다 PWM 제어 주기(TW)의 주기수를 변경해도 된다.
·PDM 제어 주기(TD)의 후단부로부터 순서대로 온 펄스를 씨닝하였지만, 전단부로부터 순서대로 씨닝해도 되고, 적당한 개소로부터 씨닝하도록 해도 된다. 이 경우, 온 펄스간의 간격이 마찬가지로 되도록(온 펄스간의 간격의 차가 작아지도록) 씨닝해도 된다.
·제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)의 산출이 최소 폭(Wm0)으로 되는 것을 경계로 하여 PWM 제어와 PDM 제어와의 절환을 행하고, PDM 제어에서는 그 최소 폭(Wm0)을 사용하였지만, 스위칭 소자(TR1, TR2)의 온이 가능하면, 최소 폭(Wm0) 이외의 소정 폭을 사용해도 된다. 또한, PWM 제어와 PDM 제어에서 온 펄스 폭(Wm)을 계승시키지 않아도 되고, 스위칭 소자(TR1, TR2)의 온이 가능하면 PDM 제어에서 독자적으로 온 펄스 폭(Wm)을 설정해도 된다.
·출력 요구로서의 제어 펄스 신호(S1, S2)의 온 펄스 폭(Wm)의 산출값의 대소에 기초하여 제어를 절환하는 것이 아니라, 전류 검출기(21)에서 검출되는 출력 전류(Io) 등의 실제 출력값의 대소나, 출력 전류 설정기(22)에 의한 출력 전류 목표값 등의 출력 목표값의 대소에 기초하여 제어를 절환하도록 해도 된다.
·전원 장치(11)는 아크 용접용 전원 장치였지만, 아크 용접 이외의 아크 가공용 전원 장치나, 이 이외의 다른 전원 장치여도 된다.
다음으로, 상기 실시 형태 및 다른 예로부터 파악할 수 있는 기술적 사상을 이하에 추기한다.
(가) 전원 장치의 출력 전력의 생성 과정에서, 스위칭 소자의 온 오프 동작에 의해 직류 전력으로부터 고주파 교류 전력으로의 전력 변환을 행하는 하프 브리지 회로 구성의 인버터 회로에 대해, 상기 스위칭 소자에 제어 펄스 신호를 출력하여 그 스위칭 소자의 온 오프 동작을 제어하고, 상기 출력 전력의 제어를 행하는 전원 장치의 제어 방법으로서,
상기 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 조정하는 PWM 제어와, 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 소정 폭으로 하고 그 제어 펄스 신호의 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어와의 제어가 실시 가능하며, 소정 출력 요구보다 고출력측에서는 PWM 제어를 실시하고, 소정 출력 요구보다도 저출력측에서는 PDM 제어로 절환하여 실시하도록 한 것을 특징으로 하는 전원 장치의 제어 방법.
11 : 아크 용접용 전원 장치(전원 장치, 아크 가공용 전원 장치)
13 : 인버터 회로
20 : 제어 회로
20b : 제어 절환부
S1, S2 : 제어 펄스 신호
TD : PDM 제어 주기
TW : PWM 제어 주기
TR1, TR2 : 제1, 제2 스위칭 소자
Wm : 온 펄스 폭
Wm0 : 최소 폭(소정 폭)
Wmx : 최대 폭

Claims (5)

  1. 전원 장치의 출력 전력의 생성 과정에서, 제1 및 제2 스위칭 소자가 교대로 온 오프 동작하는 것에 의해 직류 전력으로부터 고주파 교류 전력으로의 전력 변환을 행하는 하프 브리지 회로 구성의 인버터 회로와, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 제어 펄스 신호를 출력하여 그 제1 및 제2 스위칭 소자의 온 오프 동작을 제어하고, 상기 출력 전력의 제어를 행하는 제어 회로를 구비하는, 아크 가공용의 직류 출력 전력을 생성하도록 구성된 아크 가공용 전원 장치로서,
    상기 제어 회로는, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 조정하는 PWM 제어와, 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 상기 제1 및 제2 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 소정 폭으로 하고 그 제어 펄스 신호의 온 펄스의 밀도를 조정하는 PDM 제어가 실시 가능하게 구성되고,
    상기 제어 회로의 제어에서, 소정 출력 요구보다 고출력측에서는 상기 PWM 제어를 행하게 하고, 소정 출력 요구보다도 저출력측에서는 상기 PDM 제어로 절환하는 제어 절환부를 구비하고,
    상기 PDM 제어는, 상기 PWM 제어 주기의 일정 주기분을 PDM 제어 주기로 하고, 그 PDM 제어 주기 중 어느 하나의 온 펄스를 씨닝(thinning)하여 온 펄스의 밀도를 조정하며, 상기 온 펄스를 씨닝함에 있어서는, 상기 제1 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호와, 상기 제2 스위칭 소자에 출력하는 제어 펄스 신호를 동일하게 씨닝하는 것을 특징으로 하는 아크 가공용 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 절환부는, 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭이 최대 폭으로부터 상기 스위칭 소자가 충분히 온 가능한 최소 폭까지 상기 PWM 제어를 행하게 하고, 그 이하의 저출력 요구 시에는 상기 제어 펄스 신호의 온 펄스 폭을 최소 폭으로 고정하면서 그 온 펄스의 밀도를 조정하는 상기 PDM 제어로 절환하는 것을 특징으로 하는 아크 가공용 전원 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PDM 제어는, 상기 PDM 제어 주기의 후단부측으로부터 온 펄스를 순서대로 씨닝하여 온 펄스의 밀도를 조정하는 것을 특징으로 하는 아크 가공용 전원 장치.
  5. 삭제
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