專利名稱：電源裝置以及電弧加工用電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有逆變器電路的電源裝置以及電弧加工用電源裝置。
背景技術(shù)：
電弧加工機(jī)等中采用的電源裝置，例如在專利文獻(xiàn)l所示，具備直 流變換電路，其變換為由整流電路對(duì)商用電源(三相交流電源)進(jìn)行整流， 由平滑電容器平滑化后的直流電壓；和由開關(guān)元件的全橋式電路構(gòu)成的逆
變器電路。逆變器電路，通過各開關(guān)元件按每組交替地接通斷開控制，將 來自直流變換電路的直流電壓變換為規(guī)定的高頻交流電壓。之后，來自逆 變器電路的規(guī)定的高頻交流電壓進(jìn)而被變換為適于電弧焊接或電弧切斷 等的電弧加工的電弧加工用直流電壓。
此外，在專利文獻(xiàn)1的圖1以及圖16中所示的電源裝置中，在構(gòu)成 直流變換電路的平滑電容器和逆變器電路之間的一對(duì)電源線間連接輔助 電容器，并且在平滑以及輔助電容器間的電源線上配置輔助開關(guān)元件。輔 助開關(guān)元件，與逆變器電路的開關(guān)元件的接通同時(shí)被接通，在逆變器電路 的開關(guān)元件的斷開時(shí)在其斷開前先被斷開。通過利用基于這種輔助開關(guān)元 件的接通斷開控制的輔助電容器的充放電動(dòng)作，構(gòu)成能夠?qū)嵤┙档透鏖_關(guān) 元件中的開關(guān)損耗的軟開關(guān)控制。另外，圖1的電源裝置與200V的輸入 交流電源對(duì)應(yīng)，圖16的電源裝置與400V的輸入交流電源對(duì)應(yīng)。專利文獻(xiàn)1日本特開2003-311408號(hào)公報(bào)
但是，在輕負(fù)載時(shí)或無負(fù)載時(shí)等，存在輔助電容器的充放電處于不完 全的情況。該輔助電容器的不完全的充放電動(dòng)作與開關(guān)損耗的增大或浪涌 電壓發(fā)生所引起的開關(guān)元件的破損相關(guān)聯(lián)，因此要求解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種與負(fù)載狀態(tài)無關(guān)而可靠地進(jìn)行在軟開關(guān)控制中采用的輔助電容器的充放電，能夠 實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗的降低或電壓浪涌的抑制的電源裝置以及電弧加工用電源 裝置。
為了解決上述課題，技術(shù)方案l中所述的發(fā)明的主旨在于，具備直 流變換電路，其具有整流電路以及其輸出側(cè)的一對(duì)電源線間連接的平滑電 容器，將輸入交流電源變換為進(jìn)行了整流*平滑化的直流電壓；逆變器電 路，其由采用了多個(gè)開關(guān)元件的全橋式電路構(gòu)成，第1組以及第2組開關(guān) 元件交替地接通斷開而將經(jīng)由上述各電源線被供給的上述直流電壓變換 為規(guī)定的交流電壓；和輔助開關(guān)電路，其具有在上述平滑電容器和上述逆 變器電路之間的上述各電源線間連接的輔助電容器，并且在上述平滑電容 器和上述輔助電容器之間的上述電源線上配置有與上述逆變器電路的第1 組以及第2組開關(guān)元件連動(dòng)地動(dòng)作的輔助開關(guān)元件，上述電源裝置被構(gòu)成 為進(jìn)行軟開關(guān)控制，即在上述輔助電容器的充電狀態(tài)下在上述逆變器電路 的開關(guān)元件的斷開前使上述輔助開關(guān)元件斷開，隨著上述輔助開關(guān)元件的 斷開所引起的上述輔助電容器的放電而在該放電后使上述逆變器電路的 開關(guān)元件斷開，上述電源裝置具備共振電路，其被設(shè)置在上述逆變器電路 的輸出端子間，在成為上述輔助電容器的放電開始的上述輔助開關(guān)元件的 斷開以前使共振動(dòng)作開始，生成使基于上述輔助電容器的放電電流的上述 逆變器電路的開關(guān)元件的輸出電流增大的共振電流。
在該發(fā)明中，在逆變器電路的輸出端子間(橋式臂的中間點(diǎn)間)設(shè)置 共振電路，該共振電路在成為輔助電容器的放電開始的輔助開關(guān)元件的斷 開以前(與斷開同時(shí)或者在斷開前)開始共振動(dòng)作，產(chǎn)生基于輔助電容器 的放電電流的逆變器電路的開關(guān)元件的輸出電流增大那樣的共振電流。由 此，輔助電容器的放電速度加快，該輔助電容器的放電時(shí)間被短縮化。因 此，輔助電容器的放電在短時(shí)間迅速地進(jìn)行，即使在輕負(fù)載時(shí)或無負(fù)載時(shí) 也能可靠地進(jìn)行輔助電容器的放電。
技術(shù)方案2中記載的發(fā)明的主旨在于，在技術(shù)方案1中記載的電源裝
置中，上述共振電路在上述輔助開關(guān)元件斷開之前開始上述共振動(dòng)作。
在該發(fā)明中，共振電路在輔助開關(guān)元件斷開前開始共振動(dòng)作。也即在 輔助開關(guān)元件斷開前，能夠使在該共振動(dòng)作中產(chǎn)生的共振電流預(yù)先增大，由此通過輔助開關(guān)元件的斷開，從開始輔助電容器的放電時(shí)加速該放電。 因此，輔助電容器的放電時(shí)間被更加短縮化。
技術(shù)方案3中記載的發(fā)明的主旨在于，在技術(shù)方案1或2中記載的電 源裝置中，上述共振電路構(gòu)成為，基于上述逆變器電路的開關(guān)元件的斷開， 將上述共振電流作為上述輔助電容器的充電電流供給。
在該發(fā)明中，對(duì)于在逆變器電路的開關(guān)元件的斷開時(shí)已經(jīng)放電完成的 輔助電容器，共振電路將在共振動(dòng)作中產(chǎn)生的共振電流作為該輔助電容器 的充電電流供給。由此，來自共振電路的共振電流也可用作輔助電容器的 充電電流，從而輔助電容器的充電速度加速，該輔助電容器的充電時(shí)間被 短縮化。因此，輔助電容器的充電在短時(shí)間被迅速地進(jìn)行，即使在輕負(fù)載 時(shí)或無負(fù)載時(shí)也能可靠地進(jìn)行輔助電容器的充電。
技術(shù)方案4中所述的發(fā)明的主旨在于，在技術(shù)方案1 3中任一項(xiàng)所
述的電源裝置中，上述共振電路構(gòu)成為具有逆流二極管，將與上述輔助 開關(guān)元件連動(dòng)地交替動(dòng)作的一對(duì)共振用開關(guān)元件分別反向地連接到共振 電感器的兩側(cè)，將上述各共振用開關(guān)元件分別與上述逆變器電路的各輸出 端子連接。
在該發(fā)明中，共振電路構(gòu)成為具有逆流二極管，將與輔助開關(guān)元件連 動(dòng)地交替動(dòng)作的一對(duì)共振用開關(guān)元件分別反向地連接到共振電感器的兩 偵IJ，將各共振用開關(guān)元件分別與逆變器電路的各輸出端子連接。即能由兩 個(gè)開關(guān)元件和共振電感器簡(jiǎn)單地構(gòu)成共振電路。
技術(shù)方案5中記載的發(fā)明的主旨在于，在技術(shù)方案1 4中任一項(xiàng)所
述的電源裝置中，上述直流變換電路， 一個(gè)上述平滑電容器被連接在上述
各電源線間，上述輔助開關(guān)電路，與上述逆變器電路的第1組以及第2組 開關(guān)元件這兩者連動(dòng)地動(dòng)作的一個(gè)上述輔助開關(guān)元件被配置在一方的上 述電源線上。
在該發(fā)明中，直流變換電路， 一個(gè)上述平滑電容器被連接在各電源線 間，輔助開關(guān)電路，與逆變器電路的第1組以及第2組開關(guān)元件這兩者連 動(dòng)地動(dòng)作的一個(gè)上述輔助開關(guān)元件被配置在一方的上述電源線上。也即直 流變換電路以及輔助開關(guān)電路被簡(jiǎn)單地構(gòu)成，能夠有助于電源裝置的構(gòu)成 的簡(jiǎn)單化。_技術(shù)方案6中記載的發(fā)明的主旨在于，在技術(shù)方案1 4中任1項(xiàng)中 記載的電源裝置中，上述直流變換電路，兩個(gè)上述平滑電容器被串聯(lián)連接 在上述各電源線間，上述各平滑電容器被連接為將自身的上述直流電壓分 別供給到后級(jí)的上述逆變器電路，上述輔助開關(guān)電路，與上述逆變器電路
的第1組以及第2組開關(guān)元件所對(duì)應(yīng)的元件分別連動(dòng)地動(dòng)作的上述輔助幵
關(guān)元件分別被配置在上述各電源線上。
在該發(fā)明中，直流變換電路，兩個(gè)平滑電容器在各電源線間被串聯(lián)連 接，各平滑電容器被連接為將自身的直流電壓分別能向后級(jí)的逆變器電路
供給。輔助開關(guān)電路，與逆變器電路的第1組以及第2組開關(guān)元件所對(duì)應(yīng) 的元件分別連動(dòng)地動(dòng)作的輔助開關(guān)元件分別被配置在各電源線上。由此， 來自各平滑電容器的直流電壓在后級(jí)的逆變器電路中被交替地使用，因此 能夠由低耐壓構(gòu)成逆變器電路，也能與高電壓的輸入交流電源相對(duì)應(yīng)。
技術(shù)方案7中所記載的發(fā)明的主旨在于，逆變器電路，其由采用多個(gè) 開關(guān)元件的全橋式電路構(gòu)成，第1組以及第2組開關(guān)元件交替地接通斷開 而將經(jīng)由一對(duì)電源線被供給的直流電壓變換為規(guī)定的交流電壓；輔助開關(guān) 電路，其具有在上述逆變器電路前級(jí)的上述各電源線間連接的輔助電容 器，并且在該輔助電容器前級(jí)的上述電源線上配置與上述逆變器電路的第 1組以及第2組開關(guān)元件連動(dòng)地動(dòng)作的輔助開關(guān)元件，上述電源裝置構(gòu)成 為進(jìn)行軟開關(guān)控制，即在上述輔助電容器的充電狀態(tài)下在上述逆變器電路 的開關(guān)元件的斷開前使上述輔助開關(guān)元件斷開，隨著上述輔助開關(guān)元件的 斷開所引起的上述輔助電容器的放電而在該放電后使上述逆變器電路的 開關(guān)元件斷開，上述電源裝置具備共振電路，其被設(shè)置在上述逆變器電路 的輸出端子間，在成為上述輔助電容器的放電開始的上述輔助開關(guān)元件的 斷開以前開始共振動(dòng)作，產(chǎn)生使基于上述輔助電容器的放電電流的上述逆 變器電路的開關(guān)元件的輸出電流增大的共振電流。
在該發(fā)明中，為直流電源輸入型的電源裝置，在該電源裝置中具有與 上述技術(shù)方案1相同的作用效果。
技術(shù)方案8中記載的發(fā)明的電弧加工用電源裝置，構(gòu)成為采用技術(shù)方 案1 7中任一項(xiàng)所述的電源裝置，生成進(jìn)行加工對(duì)象物的電弧加工的電 弧加工用電壓。在該發(fā)明中，由于采用技術(shù)方案1 7中任一項(xiàng)所述的電源裝置來構(gòu) 成電弧加工用電源裝置，因此能夠提供得到上述各技術(shù)方案的作用效果的 電弧加工用電源裝置。
通過本發(fā)明，能夠提供一種與負(fù)載狀態(tài)無關(guān)地可靠地進(jìn)行由軟開關(guān)控 制采用的輔助電容器的充放電，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)損耗的降低或電壓浪涌的抑 制的電源裝置以及電弧加工用電源裝置。 _


圖1為表示第1實(shí)施方式中的電弧加工用電源裝置(對(duì)應(yīng)200V輸入) 的電路圖。
圖2為第1實(shí)施方式中的電源裝置各處的波形圖。 圖3為表示第2實(shí)施方式中的電弧加工用電源裝置(對(duì)應(yīng)400V輸入) 的電路圖。
圖4為第2實(shí)施方式中的電源裝置各處的波形圖。符號(hào)的說明
11， lla...電源裝置、12...直流變換電路、13...逆變器電路、 14， 14a…輔助開關(guān)電路、15...共振電路、Cl...輔助電容器、 CO， Ca， Cb...平滑電容器、
D7， D8.，.逆流二極管、DRl...—次側(cè)整流電路(整流電路)、
Ll， L2.,.電源線、Lr...共振電感器、M...加工對(duì)象物、
Nl， N2…中間點(diǎn)(輸出端子)、
S1 S4…開關(guān)元件、
S5， S6…開關(guān)元件(輔助開關(guān)元件)、
S7， S8…開關(guān)元件(共振用開關(guān)元件)。
具體實(shí)施例方式
(第1實(shí)施方式)
以下，按照附圖對(duì)具體化本發(fā)明的第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。 圖1表示具備本實(shí)施方式的電弧加工用電源裝置11的電弧加工機(jī) 10。電弧加工機(jī)10為將從該電源裝置11輸出的加工用直流電壓供給到焊炬TH，通過從該焊炬TH向加工對(duì)象物M產(chǎn)生電弧而對(duì)加工對(duì)象物M進(jìn) 行電弧焊接或電弧切斷等的電弧加工的裝置。
電弧加工用電源裝置11與200V的輸入交流電源對(duì)應(yīng)，具備將該交
流電壓變換為直流電壓的直流變換電路12;和將該直流電壓變換為規(guī)定的
高頻交流電壓的逆變器電路13。
直流變換電路12具有對(duì)由采用二極管的橋式電路構(gòu)成的三相的輸
入交流電源進(jìn)行全波整流的一次側(cè)整流電路DR1;和與該整流電路DR1 的輸出側(cè)的電源線L1， L2間連接，對(duì)該整流電路DR1的輸出電壓進(jìn)行平 滑化的1個(gè)平滑電容器CO。直流變換電路12由該整流電路DR1以及平滑 電容器CO從輸入交流電源生成直流電壓。
逆變器電路13與電源線L1， L2連接，由采用由IGBT構(gòu)成的4個(gè)開 關(guān)元件S1 S4的全橋式電路構(gòu)成。此時(shí)，開關(guān)元件S1， S2在電源線L1， L2間被串聯(lián)連接，構(gòu)成一方的橋式臂，并且開關(guān)元件S3， S4在電源線L1， L2間被串聯(lián)連接，構(gòu)成另一方的橋式臂。另外，在這些開關(guān)元件S1 S4 中，分別逆連接逆流二極管D1 D4。各開關(guān)元件S1 S4基于來自輸入到 柵極的輸出控制電路SC的控制信號(hào)，開關(guān)元件S1， S4和開關(guān)元件S2， S3分別構(gòu)成組，交替地被接通斷開驅(qū)動(dòng)，將從直流變換電路12輸出的直 流電壓變換為規(guī)定的高頻交流電壓，將該高頻交流電壓供給到變壓器INT 的一次側(cè)線圈。
此外，在本實(shí)施方式中，在逆變器電路13以及上述直流變換電路12 間具備輔助開關(guān)電路14，并且在逆變器電路13的一對(duì)橋式臂的中間點(diǎn)N1， N2間、即逆變器電路13的輸出端子間設(shè)置共振電路15。
輔助開關(guān)電路14具備由IGBT構(gòu)成的1個(gè)開關(guān)元件S6和1個(gè)輔助電 容器C1。幵關(guān)元件S6被配置在平滑電容器C0的后級(jí)的電源線L2上，該 開關(guān)元件S6與逆流二極管D6反向連接。開關(guān)元件S6基于被輸入到柵極 的來自輸出控制電路SC的控制信號(hào)被交替地接通斷開驅(qū)動(dòng)。開關(guān)元件S6 的后級(jí)的電源線L1， L2間連接輔助電容器C1。
共振電路15，在上述逆變器電路13的開關(guān)元件Sl， S2間的中間點(diǎn) (輸出端子)Nl和開關(guān)元件S3， S4間的中間點(diǎn)(輸出端子)N2之間被 連接。共振電路15具備由IGBT構(gòu)成的兩個(gè)開關(guān)元件S7， S8和兩個(gè)電感器(共振電感器Lr以及串聯(lián)電感器Ls)。開關(guān)元件S7，其的集電極與中 間點(diǎn)Nl連接，并且發(fā)射極經(jīng)由共振電感器Lr與開關(guān)元件S8的發(fā)射極連 接，該開關(guān)元件S8的集電極與中間點(diǎn)N2連接。各開關(guān)元件S7， S8分別 與逆流二極管D7， D8反向連接。各開關(guān)元件S7， S8基于被輸入到柵極 的來自輸出控制電路SC的控制信號(hào)被交替地接通斷開驅(qū)動(dòng)。串聯(lián)電感器 Ls的一端與中間點(diǎn)Nl連接，并且另一端經(jīng)由變壓器INT的一次側(cè)線圈與 中間點(diǎn)N2連接。
之后，輔助開關(guān)電路14的開關(guān)元件S6以及共振電路15的開關(guān)元件 S7， S8，執(zhí)行隨著上述逆變器電路13的開關(guān)元件S1 S4的動(dòng)作的接通斷 開驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行減小該開關(guān)元件S1 S4的開關(guān)損耗以及減小開關(guān)元件S6 S8自身的開關(guān)損耗的軟開關(guān)控制。另外，關(guān)于該控制的詳細(xì)內(nèi)容，與逆變 器電路13的控制相配合而在后面敘述。
由逆變器電路13生成的高頻交流電壓被供給到變壓器INT的一次側(cè) 線圈，在該變壓器INT的二次側(cè)具備二次側(cè)整流電路DR2以及直流電抗 器DCL。 二次側(cè)整流電路DR2具備在變壓器INT的二次側(cè)線圈的兩端分 別連接陽(yáng)極的兩個(gè)二極管Dll， D12,在連接各二極管Dll， D12的陰極 的該整流電路DR2的輸出側(cè)連接直流電抗器DCL。直流電抗器DCL經(jīng)由 輸出線L3與焊炬TH相連接。二次側(cè)整流電路DR2以及直流電抗器DCL 將來自逆變器電路13的高頻交流電壓變換為電弧加工用直流電壓來向焊 炬TH輸出。另一方面，與變壓器INT的二次側(cè)線圈的中間抽頭(tap)相 連接的輸出線L4，與加工對(duì)象物M連接，基于對(duì)焊炬TH的電弧加工用 直流電壓的供給從焊炬TH向加工對(duì)象物M產(chǎn)生電弧。
接下來，參照?qǐng)D2，針對(duì)對(duì)上述的逆變器電路13的開關(guān)元件S1 S4、 輔助開關(guān)電路14的開關(guān)元件S6以及共振電路15的開關(guān)元件S7， S8進(jìn)行 開關(guān)控制的輸出控制電路SC的該控制進(jìn)行說明。另外，在圖2中，"S1" "S4"， "S6" "S8"表示開關(guān)元件S1 S4， S6 S8的接通斷開狀態(tài)， 電壓"V"以及電流"I"的下標(biāo)"sl s4， s6 s8， cl"與各元件的符號(hào) 相對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)，表示施加給各元件的電壓以及電流。另外，關(guān)于該電壓"V" 以及電流"I"的下標(biāo)"sl s4， s6 s8"，也包括逆流二極管D1 D4， D6 D8。輸出控制電路SC，首先從直流電壓生成高頻交流電壓作為逆變器電
路13的主要?jiǎng)幼?，因此以?guī)定頻率使逆變器電路13的開關(guān)元件Sl， S4 的組和開關(guān)元件S2， S3的組交替地接通斷開。在此，輸出控制電路SC 根據(jù)輸出線L4等進(jìn)行實(shí)際輸出電流值的檢測(cè)，基于該實(shí)際輸出電流值和 輸出設(shè)定值實(shí)施PWM控制，即通過接通脈沖寬度W (占空比)的變更來 調(diào)整開關(guān)元件S1 S4的接通時(shí)間，控制該高頻交流電壓。
此外，該輸出控制電路SC隨著逆變器電路13的開關(guān)元件S1 S4的 接通斷開動(dòng)作來使開關(guān)元件S6動(dòng)作，并且與開關(guān)元件S1， S4成組地使開 關(guān)元件S7動(dòng)作，與開關(guān)元件S2， S3成組地使開關(guān)元件S8動(dòng)作，也進(jìn)行 隨著逆變器電路13的主要?jiǎng)幼魇馆o助開關(guān)電路14以及共振電路15的各 開關(guān)元件S6 S8動(dòng)作的軟開關(guān)控制。
進(jìn)行詳細(xì)敘述地話，輸出控制電路SC，在逆變器電路13的開關(guān)元件 Sl， S4的接通側(cè)，使輔助開關(guān)電路14的開關(guān)元件S6同時(shí)接通。與此相 對(duì)，在逆變器電路13的開關(guān)元件S1， S4的斷開側(cè)，輸出控制電路SC在 比該斷開早規(guī)定時(shí)間Tl前斷開開關(guān)元件S6，進(jìn)而在比斷開該開關(guān)元件S6 早規(guī)定時(shí)間T2前接通共振電路15的開關(guān)元件S7。并且，輸出控制電路 SC在與另一方組的開關(guān)元件S2， S3的接通同時(shí)斷開開關(guān)元件S7。因此， 從開關(guān)元件S1， S4的接通到開關(guān)元件S7的斷開為止的期間，至少另一方 組的開關(guān)元件S2， S3， S8維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。關(guān)于另一方組的開關(guān)元件S2， S3， S8的接通斷開動(dòng)作，在開關(guān)元件S2， S3的接通以后，與開關(guān)元件Sl， S4， S7的上述接通斷開動(dòng)作同樣地被實(shí)施。
通過這種輸出控制電路SC的開關(guān)控制，觀察各時(shí)刻的電路各處的電 流以及電壓變化時(shí)，首先在開關(guān)元件S1， S4， S6處于接通狀態(tài)，開關(guān)元 件S2， S3， S7， S8處于斷開狀態(tài)的時(shí)刻t0前，平滑電容器C0 (輔助電 容器C1)的端子間電壓被供給到逆變器電路13的開關(guān)元件S1， S4。來自 開關(guān)元件S1， S4的輸出電壓，經(jīng)由串聯(lián)電感器Ls被供給到變壓器INT的 一次側(cè)線圈，與此相伴在變壓器INT的二次側(cè)，從二次側(cè)整流電路DR2 的二極管Dll側(cè)經(jīng)由直流電抗器DCL向焊炬TH輸出電弧加工用直流電 壓。
在"時(shí)刻t0"時(shí)，開關(guān)元件S7被接通?；谠摻油?，共振電路15開始共振動(dòng)作，在共振電感器Lr中產(chǎn)生共振電流，在從中間點(diǎn)N1向開關(guān)元 件S7、共振電感器Lr以及逆流二極管D8的路徑中流過該共振電流。由 此，流過開關(guān)元件S7的電流Is7增加，與此聯(lián)動(dòng)，流過開關(guān)元件S1， S4 的電流(輸出電流)Isl， Is4也增加。另外，由共振電感器Lr產(chǎn)生的共振 電流，在從零開始的上升沿是緩慢的，因此開關(guān)元件S7成為以零電流的 接通，其開關(guān)損耗也被降低。從開關(guān)元件S1， S4開始，在變壓器INT的 一次側(cè)線圈側(cè)繼續(xù)基于平滑電容器C0的端子間電壓的輸出電壓的供給， 在變壓器INT的二次側(cè)繼續(xù)向來自二極管Dll側(cè)的直流電抗器DCL的電 流供給。輔助電容器C1的端子間電壓依然被維持為與平滑電容器CO的端 子間電壓相等。在"時(shí)刻tl"，開關(guān)元件S6被斷開?；谠摂嚅_，雖然遮斷向開關(guān)元 件S1， S4的來自平滑電容器CO的端子間電壓的供給，但開始輔助電容器 Cl的放電，替換為該電容器C1的端子間電壓的供給。另外，在該開關(guān)元 件S6的斷開時(shí)，在時(shí)刻tl以前輔助電容器C1的端子間電壓被充電到平 滑電容器CO的端子間電壓為止，因此能夠以零電壓(端子間的電位差為 零)斷開開關(guān)元件S6，減小該開關(guān)損耗。從開關(guān)元件S1， S4開始，在變 壓器INT的一次側(cè)線圈側(cè)本次繼續(xù)基于輔助電容器Cl的端子間電壓的輸 出電壓的供給，在變壓器INT的二次側(cè)同樣繼續(xù)從二極管Dll側(cè)向直流 電抗器DCL的電流供給。此外，在此時(shí)流過開關(guān)元件S1， S4的電流Isl， Is4與只流過變壓器 INT的一次側(cè)線圈側(cè)的狀態(tài)的情況的電流值相比較而變大，而且在本實(shí)施 方式中，流過開關(guān)元件S7的電流Is7成為在即將為時(shí)刻tl之前進(jìn)一步增 加的設(shè)定，因此與此連動(dòng)地進(jìn)一步增加流過開關(guān)元件S1， S4的電流Isl， Is4。由此，加快輔助電容器C1的放電速度，縮短該輔助電容器C1的放 電時(shí)間。因此，在開關(guān)元件S1， S4被斷開之前也能以短時(shí)間快速地進(jìn)行 輔助電容器C1的放電。在"時(shí)刻t2"，輔助電容器C1的放電結(jié)束時(shí)，在使用接通狀態(tài)的開關(guān) 元件S1、變壓器INT的一次側(cè)線圈(串聯(lián)電感器Ls)以及逆流二極管D3 的路徑和使用接通狀態(tài)的開關(guān)元件S4、變壓器INT的一次側(cè)線圈(串聯(lián) 電感器Ls)以及逆流二極管D2的路徑中流動(dòng)逆流電流。此外，計(jì)時(shí)基于共振電感器Lr的共振電流在開關(guān)元件S7側(cè)分路的路徑也流過逆流電流。 此外，在變壓器INT的二次側(cè)，在時(shí)刻t2前基于在直流電抗器DCL中蓄 積的電磁能量的放出，流動(dòng)以兩方的二極管Dll， D12作為路徑的逆流電流。到達(dá)"時(shí)刻t3"時(shí)，開關(guān)元件S1， S4被斷開。在該開關(guān)元件S1， S4 的斷開時(shí)，輔助電容器C1已經(jīng)在時(shí)刻t2被放電，因此能夠以零電壓(端 子間的電位差為零)斷開開關(guān)元件Sl， S4，降低其開關(guān)損耗。此外，基 于該斷開，基于在串聯(lián)電感器Ls中蓄積的電磁能量的放出在使用逆流二 極管D2， D3的路徑中流動(dòng)逆流電流，基于在共振電感器Lr中蓄積的電 磁能量的放出即使在開關(guān)元件S7側(cè)分路的路徑也能繼續(xù)流動(dòng)逆流電流。 之后，基于與只在變壓器INT的一次側(cè)線圈側(cè)流動(dòng)的情況的電流值相比較 而變大的這雙方的逆流電流，再次開始輔助電容器C1的充電。由此，輔 助電容器C1的充電速度加快，該輔助電容器C1的充電時(shí)間被短縮化。因 此，接下來在開關(guān)元件S2， S3， S6被接通之前以短時(shí)間迅速地進(jìn)行輔助 電容器C1的充電。在變壓器INT的二次側(cè)，流過二極管Dll， D12的兩 路徑的逆流電流繼續(xù)產(chǎn)生。在"時(shí)刻t4"，輔助電容器C1的充電結(jié)束。由此，基于在串聯(lián)電感器 Ls以及共振電感器Lr中蓄積的電磁能量的放出產(chǎn)生的逆流電流被切換到 使用逆流二極管D6的路徑，由此開始平滑電容器CO的充電。另外，在 變壓器INT的二次側(cè)，依然產(chǎn)生流過二極管Dll， D12的兩路徑的逆流電 流。在"時(shí)刻t5"，串聯(lián)電感器Ls以及共振電感器Lr的電磁能量立刻消 失時(shí)，對(duì)平滑電容器CO的充電結(jié)束，在變壓器INT的一次側(cè)產(chǎn)生的逆流 電流(共振電流)消失。在"時(shí)刻t6"，開關(guān)元件S7被斷開，同時(shí)開關(guān)元件S2， S3， S6均被 接通。此時(shí)，在變壓器INT的一次側(cè)的逆流電流(共振電流)消失，因此 開關(guān)元件S7處于由零電流的斷開，減小其開關(guān)損耗。此外，由串聯(lián)電感 器Ls對(duì)開關(guān)元件S2， S3， S6施加的電流的從零開始的上升是緩慢的，因 此該開關(guān)元件S2， S3， S6處于零電流的接通，這些開關(guān)損耗被降低。此 外，在開關(guān)元件S6中，輔助電容器C1與平滑電容器CO之間的端子間電壓處于相同電壓，因此成為零電壓的接通，由此也能降低開關(guān)損耗?；陂_關(guān)元件S2， S3， S6的接通，平滑電容器CO的端子間電壓被供 給到逆變器電路13的開關(guān)元件S2， S3。來自開關(guān)元件S2， S3的輸出電 壓，經(jīng)由串聯(lián)電感器Ls被供給到變壓器INT的一次側(cè)線圈，與此相伴在 變壓器INT的二次側(cè)，從二次側(cè)整流電路DR2的二極管D12側(cè)經(jīng)由直流 電抗器DCL向焊炬TH輸出電弧加工用直流電壓。在"時(shí)刻t7"，開關(guān)元件S8被接通，以下開關(guān)元件S2， S3， S6， S8 進(jìn)行與上述動(dòng)作相同的動(dòng)作，繼續(xù)電弧加工用直流電壓的輸出。接下來，記載本實(shí)施方式的特征的作用效果。(1) 在本實(shí)施方式中，在逆變器電路13的各橋式臂的中間點(diǎn)Nl， N2間(輸出端子間)設(shè)置有共振電路15。共振電路15，在成為輔助電容 器Cl的放電開始的輔助開關(guān)電路14的開關(guān)元件S6的斷開時(shí)在時(shí)間T2 之前開始共振動(dòng)作，產(chǎn)生基于輔助電容器C1的放電電流的逆變器電路13 的開關(guān)元件S1 S4的輸出電流(電流Isl Is4)增大那樣的共振電流。由 此，輔助電容器C1的放電速度加快，該輔助電容器C1的放電時(shí)間被短縮 化。因此，輔助電容器C1的放電在短時(shí)間被快速地進(jìn)行，即使在輕負(fù)載 時(shí)或無負(fù)載時(shí)也能可靠地進(jìn)行輔助電容器C1的放電。其結(jié)果，能夠提供可實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗的降低或電壓浪涌的抑制的電弧加工用電源裝置11。(2) 在本實(shí)施方式中，共振電路15的開關(guān)元件S7， S8，在該經(jīng)常 的接通時(shí)先于開關(guān)元件S6的斷開而被接通，先于該開關(guān)元件S6的斷開而 開始共振電感器Lr所引起的共振動(dòng)作。即先于輔助開關(guān)電路14的開關(guān)元 件S6的斷開，該共振電路15的開關(guān)元件S7， S8經(jīng)常被接通，從而能夠 使上升緩慢的電感器Lr的共振電流(共振能量)在輔助電容器C1的放電 開始前預(yù)先增大，由此通過開關(guān)元件S6的斷開從開始輔助電容器C1的放 電時(shí)其放電變得迅速。因此，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為使輔助電容器Cl 的放電時(shí)間更短縮化。(3) 在本實(shí)施方式中，對(duì)于在逆變器電路13的開關(guān)元件S1 S4的 斷開時(shí)放電己經(jīng)完成的輔助電容器C1，共振電路15將在共振動(dòng)作中產(chǎn)生 的共振電流作為該輔助電容器C1的充電電流進(jìn)行供給。由此，來自共振 電路15的共振電流也作為輔助電容器C1的充電電流被使用，因此輔助電容器C1的充電速度加速，該輔助電容器C1的充電時(shí)間被短縮化。因此， 輔助電容器C1的充電在短時(shí)間被快速地進(jìn)行，即使在輕負(fù)載時(shí)或無負(fù)載 時(shí)也能可靠地進(jìn)行輔助電容器C1的充電。(4) 在本實(shí)施方式中，共振電路15構(gòu)成為具有逆流二極管D7， D8， 與開關(guān)元件S6連動(dòng)地交替動(dòng)作的開關(guān)元件S7， S8在共振電感器Lr的兩 側(cè)分別被反向連接，各開關(guān)元件S7， S8被連接在逆變器電路13的各橋式 臂的中間點(diǎn)N1， N2間。此外，本實(shí)施方式的共振電路15，具有在變壓器 INT的一次側(cè)線圈被串聯(lián)連接的串聯(lián)電感器Ls。也即能夠通過兩個(gè)開關(guān)元 件S7， S8和電感器Lr， Ls簡(jiǎn)單地構(gòu)成共振電路15。(5) 在本實(shí)施方式中，采用一個(gè)平滑電容器CO簡(jiǎn)單地構(gòu)成直流變換 電路12，采用一個(gè)開關(guān)元件S6簡(jiǎn)單地構(gòu)成輔助開關(guān)電路14，能夠有助于 電源裝置11的構(gòu)成的簡(jiǎn)單化。(第2實(shí)施方式)以下，按照附圖對(duì)具體化本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。 圖3表示具備本實(shí)施方式的電弧加工用電源裝置lla的電弧加工機(jī) 10。本實(shí)施方式的電弧加工用電源裝置lla與400V的輸入交流電源對(duì)應(yīng)。詳細(xì)敘述時(shí)，在直流變換電路12a中，在一次側(cè)整流電路DR1的輸出 側(cè)的電源線L1， L2間串聯(lián)連接同容量的兩個(gè)平滑電容器Ca， Cb。輔助開關(guān)電路14a中，由IGBT構(gòu)成的開關(guān)元件S5被配置在平滑電容 器Ca， Cb的后級(jí)的電源線Ll上，由IGBT構(gòu)成的開關(guān)元件S6被配置在 平滑電容器Ca， Cb的后級(jí)的電源線L2上。各開關(guān)元件S5， S6分別與逆 流二極管D5， D6逆連接。各開關(guān)元件S5， S6，基于被輸入到柵極的來自 輸出控制電路SC的控制信號(hào)被交替地接通斷開驅(qū)動(dòng)。在開關(guān)元件S5， S6 和輔助電容器C1之間的電源線L1， L2間，二極管D9， D10被串聯(lián)地連 接，該二極管D9， D10從電源線L2向電源線L1呈順方向地被連接。而 且，該二極管D9， D10間和上述平滑電容器Ca， Cb間互相被連接。接下來，參照?qǐng)D4，針對(duì)對(duì)上述的逆變器電路13的開關(guān)元件S1 S4、 輔助開關(guān)電路14a的開關(guān)元件S5， S6以及共振電路15的開關(guān)元件S7， S8進(jìn)行開關(guān)控制的輸出控制電路SC的控制進(jìn)行說明。另外，在圖4中， 在本實(shí)施方式中"S1" "S8"也表示開關(guān)元件S1 S8的接通斷開狀態(tài)，電壓"V"以及電流"I"的下標(biāo)"sl s8， Cl"與各元件的符號(hào)相對(duì)應(yīng)關(guān) 聯(lián)，表示對(duì)各元件施加的電壓以及電流。另外，針對(duì)該電壓"V"以及電流"I"的下標(biāo)"sl s8"，也包括逆流二極管D1 D8。本實(shí)施方式的輸出控制電路SC，在逆變器電路13的開關(guān)元件S1， S4 的接通側(cè)，使輔助開關(guān)電路14a的開關(guān)元件S5同時(shí)接通。與此相對(duì)，在 逆變器電路13的開關(guān)元件S1， S4的斷開側(cè)，輸出控制電路SC，在其斷 開規(guī)定時(shí)間Tl前斷開開關(guān)元件S5，進(jìn)而在斷開該開關(guān)元件S5規(guī)定時(shí)間 T2前使共振電路15的開關(guān)元件S7接通。而且，輸出控制電路SC，與另 一組的開關(guān)元件S2， S3的接通同時(shí)使開關(guān)元件S7斷開。因此，從開關(guān)元 件Sl， S4的接通到開關(guān)元件S7的斷開為止的期間至少將另一組的開關(guān)元 件S2， S3， S6， S8維持為斷開狀態(tài)。針對(duì)另一組的開關(guān)元件S2， S3， S6， S8的接通斷開動(dòng)作，開關(guān)元件S2， S3的接通以后，與開關(guān)元件S1， S4， S5， S7的上述接通斷開動(dòng)作同樣地被實(shí)施。也即通過實(shí)施上述的控制，構(gòu)成為在逆變器電路13的開關(guān)元件Sl， S4的組的接通斷開動(dòng)作時(shí)，在使用一方的平滑電容器Ca和二極管D10的 路徑中一次側(cè)整流電路DR1的輸出電壓的一半的直流電壓被供給到該逆 變器電路13，在開關(guān)元件S2， S3的組的接通斷開動(dòng)作時(shí)，采用一方的平 滑電容器Cb和二極管D9的路徑中一次側(cè)整流電路DR1的輸出電壓的一 半的直流電壓被供給到該逆變器電路13，即使400V的輸入交流電源也與 上述第1實(shí)施方式同樣地進(jìn)行動(dòng)作。接下來，記載本實(shí)施方式的特征的作用效果。(1) 在本實(shí)施方式中，直流變換電路12a以及輔助開關(guān)電路14a的 結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式有一些不同，但能夠得到與上述第1實(shí)施方式的 作用效果(1) (4)相同的作用效果。(2) 在本實(shí)施方式中，直流變換電路12a中采用兩個(gè)平滑電容器Ca， Cb，并且在輔助開關(guān)電路14a中采用兩個(gè)開關(guān)元件S5， S6和二極管D9， D10來進(jìn)行上述連接，從而將比輔助開關(guān)電路14a更后級(jí)的逆變器電路13 以及共振電路15等作為同一電路構(gòu)成，同時(shí)能夠與比上述第1實(shí)施方式 高400V的輸入交流電源相對(duì)應(yīng)。另外，本發(fā)明的實(shí)施方式也可如下那樣變更。-在上述各實(shí)施方式中，由兩個(gè)開關(guān)元件S7， S8和電感器Lr， Ls構(gòu) 成共振電路15，但開關(guān)元件或電感器的數(shù)目或配置等也可適當(dāng)變更。此外， 除了這些元件之外，也可構(gòu)成為對(duì)電容器或電阻等進(jìn)行付加或者置換。-在上述各實(shí)施方式中，在開關(guān)元件S5， S6的斷開之前接通共振電路 15的開關(guān)元件S7， S8，使共振動(dòng)作開始，但也可使開關(guān)元件S7， S8的接 通與開關(guān)元件S5， S6的斷開在同時(shí)進(jìn)行。此外，在開關(guān)元件S1 S4的斷 開前，能夠使開關(guān)元件S7， S8的接通比開關(guān)元件S5， S6的斷開延遲一些。 此外，開關(guān)元件S7， S8的斷開，不與接下來接通的開關(guān)元件S1 S4的接 通同時(shí)，而也可在共振電流消失了的開關(guān)元件S1 S4的接通之前斷開。-在上述各實(shí)施方式中，構(gòu)成為共振電路15基于開關(guān)元件S1 S4的 斷開將該共振電流作為輔助電容器C1的充電電流進(jìn)行供給，但作為該共 .振電流只在輔助電容器Cl的放電時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，也可為在將共振電流作 為充電電流之前不采用的結(jié)構(gòu)。-在上述各實(shí)施方式中，在開關(guān)元件S1 S8中采用IGBT，但也可構(gòu)成 為采用IGBT以外的開關(guān)元件。-在上述各實(shí)施方式中，對(duì)電弧加工用電源裝置ll進(jìn)行實(shí)施，但也可 對(duì)電弧加工用以外的目的中采用的交流一交流變換電源裝置進(jìn)行實(shí)施。此 外，也可對(duì)省略了直流變換電路12， 12a的直流—交流變換電源裝置進(jìn)行實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，具備直流變換電路，其具有整流電路以及其輸出側(cè)的一對(duì)電源線間連接的平滑電容器，將輸入交流電源變換為進(jìn)行了整流·平滑化的直流電壓；逆變器電路，其由采用了多個(gè)開關(guān)元件的全橋式電路構(gòu)成，第1組以及第2組開關(guān)元件交替地接通斷開而將經(jīng)由上述各電源線被供給的上述直流電壓變換為規(guī)定的交流電壓；和輔助開關(guān)電路，其具有在上述平滑電容器和上述逆變器電路之間的上述各電源線間連接的輔助電容器，并且在上述平滑電容器和上述輔助電容器之間的上述電源線上配置有與上述逆變器電路的第1組以及第2組開關(guān)元件連動(dòng)地動(dòng)作的輔助開關(guān)元件，上述電源裝置被構(gòu)成為進(jìn)行軟開關(guān)控制，即在上述輔助電容器的充電狀態(tài)下在上述逆變器電路的開關(guān)元件的斷開前使上述輔助開關(guān)元件斷開，隨著上述輔助開關(guān)元件的斷開所引起的上述輔助電容器的放電而在該放電后使上述逆變器電路的開關(guān)元件斷開，上述電源裝置具備共振電路，其被設(shè)置在上述逆變器電路的輸出端子間，在成為上述輔助電容器的放電開始的上述輔助開關(guān)元件的斷開以前使共振動(dòng)作開始，生成使基于上述輔助電容器的放電電流的上述逆變器電路的開關(guān)元件的輸出電流增大的共振電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源裝置，其特征在于， 上述共振電路，在上述輔助開關(guān)元件的斷開前開始上述共振動(dòng)作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電源裝置，其特征在于， 上述共振電路構(gòu)成為，基于上述逆變器電路的開關(guān)元件的斷開，將上述共振電流作為上述輔助電容器的充電電流供給。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的電源裝置，其特征在于， 上述共振電路構(gòu)成為具有逆流二極管，將與上述輔助開關(guān)元件連動(dòng)地交替動(dòng)作的一對(duì)共振用開關(guān)元件分別反向地連接到共振電感器的兩側(cè)， 將上述各共振用開關(guān)元件分別與上述逆變器電路的各輸出端子連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的電源裝置，其特征在于，上述直流變換電路中， 一個(gè)上述平滑電容器被連接在上述各電源線間，上述輔助開關(guān)電路中，與上述逆變器電路的第1組以及第2組開關(guān)元 件這兩者連動(dòng)地動(dòng)作的一個(gè)上述輔助開關(guān)元件被配置在一方的上述電源 線上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的電源裝置，其特征在于，上述直流變換電路中，兩個(gè)上述平滑電容器被串聯(lián)連接在上述各電源 線間，上述各平滑電容器被連接為能將自身的上述直流電壓分別供給到后 級(jí)的上述逆變器電路，上述輔助開關(guān)電路中，與上述逆變器電路的第1組以及第2組開關(guān)元件所對(duì)應(yīng)的元件分別連動(dòng)地動(dòng)作的上述輔助開關(guān)元件分別被配置在上述 各電源線上。
7、 一種電源裝置，具備逆變器電路，其由采用多個(gè)開關(guān)元件的全橋式電路構(gòu)成，第l組以及第2組開關(guān)元件交替地接通斷開而將經(jīng)由一對(duì)電源線被供給的直流電壓變 換為規(guī)定的交流電壓；和輔助開關(guān)電路，其具有在上述逆變器電路前級(jí)的上述各電源線間連接 的輔助電容器，并且在該輔助電容器前級(jí)的上述電源線上配置與上述逆變 器電路的第1組以及第2組開關(guān)元件連動(dòng)地動(dòng)作的輔助開關(guān)元件，上述電源裝置構(gòu)成為進(jìn)行軟開關(guān)控制，即在上述輔助電容器的充電狀 態(tài)下在上述逆變器電路的開關(guān)元件的斷開前使上述輔助開關(guān)元件斷開，隨 著上述輔助開關(guān)元件的斷開所引起的上述輔助電容器的放電而在該放電 后使上述逆變器電路的開關(guān)元件斷開，上述電源裝置具備共振電路，其被設(shè)置在上述逆變器電路的輸出端子 間，在成為上述輔助電容器的放電開始的上述輔助開關(guān)元件的斷開以前開 始共振動(dòng)作，生成使基于上述輔助電容器的放電電流的上述逆變器電路的 開關(guān)元件的輸出電流增大的共振電流。
8、 一種電弧加工用電源裝置，構(gòu)成為采用權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所 述的電源裝置，生成進(jìn)行加工對(duì)象物的電弧加工的電弧加工用電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源裝置以及電弧加工用電源裝置。本發(fā)明提供一種電源裝置，與負(fù)載狀態(tài)無關(guān)地可靠地進(jìn)行由軟開關(guān)控制采用的輔助電容器的充放電，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)損耗的減小或電壓浪涌的抑制。在逆變器電路(13)的各橋式臂的中間點(diǎn)(N1，N2)間(輸出端子間)設(shè)置共振電路(15)。共振電路(15)，在成為輔助電容器(C1)的放電開始的開關(guān)元件(S6)的各斷開之前開始共振動(dòng)作，產(chǎn)生基于輔助電容器(C1)的放電電流的開關(guān)元件(S1～S4)的輸出電流增大的共振電流。由此，輔助電容器(C1)的放電速度加快，該輔助電容器(C1)的放電時(shí)間被短縮化。
文檔編號(hào)B23K9/10GK101599705SQ20091012969
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者衛(wèi)藤哲彌, 土井敏光, 森本慶樹, 真鍋陽(yáng)彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社大亨