(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路及びその出力側の一対の電源線間に直列接続された第１及び第２の平滑コンデンサを有し、入力交流電源を整流・平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、
第１〜第４のスイッチング素子を用いたブリッジ回路で構成され、その第１〜第４のスイッチング素子が所定組み毎でオンオフ駆動して前記各電源線を介して供給された前記直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記直流変換回路と前記インバータ回路前段の前記各電源線間に接続される補助コンデンサとの間において、第５及び第６のスイッチング素子が前記各電源線上に配置されるとともに第７及び第８のスイッチング素子が前記各電源線間に直列接続され、更に前記第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と第７及び第８のスイッチング素子間の接続点とが接続されて、第５〜第８のスイッチング素子の所定組み毎でオンオフ駆動して前記第１又は第２の平滑コンデンサの各端子間電圧を交互に前記インバータ回路に供給しつつ、第５〜第８のスイッチング素子の所定の素子が前記第１〜第４のスイッチング素子のオフに先立ってオフするソフトスイッチング制御が行われる補助スイッチング回路と
を備えた電源装置であって、
前記補助スイッチング回路のソフトスイッチング動作は、前記補助コンデンサが充電状態で第５〜第８のスイッチング素子がオフし、前記インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子が遅れてオフするまでのオンにて補助コンデンサが放電し、放電後に第１〜第４のスイッチング素子がオフし、このオフ後に生じる還流電流にて再び補助コンデンサを充電するように動作するものであり、
前記インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子のオフよりも前に対応の前記第７又は第８のスイッチング素子をオンさせ、適切な充電後に生じ得る還流電流をその第７又は第８のスイッチング素子を介して前記平滑コンデンサ側に帰還させる充電制御手段を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
前記充電制御手段は、前記第７又は第８のスイッチング素子のオン期間を対応の前記第５又は第６のスイッチング素子のオン期間よりも長く設定することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置を用い、加工対象物のアーク加工を行うアーク加工用電圧を生成するように構成されていることを特徴とするアーク加工用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源等の入力交流電源を直流電圧に変換しその直流電圧から所定の交流電圧に変換するインバータ回路を有し、異なる電圧値の入力電源に対応可能な電源装置及びアーク加工用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク加工機等に用いられる電源装置は、例えば特許文献１に示されるように、商用電源（三相交流電源）を整流回路にて整流し平滑コンデンサにて平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、複数のスイッチング素子（第１〜第４のスイッチング素子）のブリッジ回路で構成される交流変換用のインバータ回路とを備えている。インバータ回路は、所定の組み合わせのスイッチング素子同士が同期してオンオフ制御され、直流変換回路からの直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換している。そして、インバータ回路からの所定の高周波交流電圧がアーク溶接やアーク切断等のアーク加工に適した加工用直流電圧に更に変換される。
【０００３】
また、この電源装置には、直流変換回路とインバータ回路との間に補助スイッチング回路が備えられ、該回路は、直流変換回路とインバータ回路前段の電源線間に接続される補助コンデンサとの間において、第５及び第６のスイッチング素子が各電源線上に配置され、第７及び第８のスイッチング素子が各電源線間に直列接続されてなる。因みに、直流変換回路の平滑コンデンサ、この場合、電源線間に直列接続される第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と、第７及び第８のスイッチング素子間の接続点との間に切替スイッチが接続されており、４００Ｖ系入力時には相互間を導通、２００Ｖ系入力時には相互間を遮断に切り替えるものである。
【０００４】
このような補助スイッチング回路では、補助コンデンサを充電状態とした上で第５〜第８のスイッチング素子の所定の素子をインバータ回路の対応する第１〜第４のスイッチング素子のオフに先立ってオフさせ、次いで補助コンデンサを十分放電させた後、第１〜第４のスイッチング素子をオフさせるソフトスイッチング制御が行われる。これにより、インバータ回路及び補助スイッチング回路の各スイッチング素子でのスイッチング損失低減が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、補助コンデンサは、インバータ回路のスイッチング素子がオフした後、該回路後段に備えられる変圧器の漏れインダクタンスに蓄積された電磁エネルギーにて還流電流が生じて充電が行われ、次のサイクルに備えられる。この場合、補助コンデンサは、補助スイッチング回路の前段に設けた平滑コンデンサと同等の充電電圧に充電されることが好ましい。
【０００７】
しかしながら、補助コンデンサが適切な充電電圧となった以降も漏れインダクタンスに電磁エネルギーが残存する場合がある。特に第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と第７及び第８のスイッチング素子間の接続点との間が導通される回路構成をなす場合（文献１では４００Ｖ系入力時）、全部のスイッチング素子がオフした後に生じる還流電流の行き場が補助コンデンサ以外に存在せず、該補助コンデンサを過剰に充電させてしまうことがあった。そのため、補助コンデンサに大容量のものを用いたり、過充電によりソフトスイッチング動作の恩恵を十分に受けられなくなることから、スイッチング素子に高耐圧のものを用いたりする等の対策が必要であった。
【０００８】
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、ソフトスイッチングに用いる補助コンデンサの過充電を抑制し、自身の小容量化、スイッチング素子の低耐圧化に寄与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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、整流回路及びその出力側の一対の電源線間に直列接続された第１及び第２の平滑コンデンサを有し、入力交流電源を整流・平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、第１〜第４のスイッチング素子を用いたブリッジ回路で構成され、その第１〜第４のスイッチング素子が所定組み毎でオンオフ駆動して前記各電源線を介して供給された前記直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記直流変換回路と前記インバータ回路前段の前記各電源線間に接続される補助コンデンサとの間において、第５及び第６のスイッチング素子が前記各電源線上に配置されるとともに第７及び第８のスイッチング素子が前記各電源線間に直列接続され、更に前記第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と第７及び第８のスイッチング素子間の接続点とが接続されて、第５〜第８のスイッチング素子の所定組み毎でオンオフ駆動して前記第１又は第２の平滑コンデンサの各端子間電圧を交互に前記インバータ回路に供給しつつ、第５〜第８のスイッチング素子の所定の素子が前記第１〜第４のスイッチング素子のオフに先立ってオフするソフトスイッチング制御が行われる補助スイッチング回路とを備えた電源装置であって、前記補助スイッチング回路のソフトスイッチング動作は、前記補助コンデンサが充電状態で第５〜第８のスイッチング素子がオフし、前記インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子が遅れてオフするまでのオンにて補助コンデンサが放電し、放電後に第１〜第４のスイッチング素子がオフし、このオフ後に生じる還流電流にて再び補助コンデンサを充電するように動作するものであり、前記インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子のオフよりも前に対応の前記第７又は第８のスイッチング素子をオンさせ、適切な充電後に生じ得る還流電流をその第７又は第８のスイッチング素子を介して前記平滑コンデンサ側に帰還させる充電制御手段を備えたことをその要旨とする。
【００１０】
この発明では、インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子のオフ後に生じる還流電流により補助コンデンサが充電されるが、インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子のオフよりも前に、対応の第７又は第８のスイッチング素子がオン状態に切り替えられる。これにより、補助コンデンサの適切な充電後に還流電流が継続して生じた場合に、その還流電流が第７又は第８のスイッチング素子を介して平滑コンデンサ側に帰還するため、補助コンデンサの過充電が防止される。
【００１２】
この発明では、インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子のオフよりも前に対応の第７又は第８のスイッチング素子がオン状態に切り替えられて、還流電流の平滑コンデンサ側に帰還する経路が早期から形成される。これにより、当初はインバータ回路のスイッチング素子のオフ時から生じる還流電流にて補助コンデンサが充電されるものの、適切な充電後にもその還流電流が継続して生じる場合、無用な還流電流を確実に平滑コンデンサ側に帰還させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電源装置において、前記充電制御手段は、前記第７又は第８のスイッチング素子のオン期間を対応の前記第５又は第６のスイッチング素子のオン期間よりも長く設定することをその要旨とする。
【００１４】
この発明では、第７又は第８のスイッチング素子のオン期間が対応の第５又は第６のスイッチング素子のオン期間よりも長く設定されるため、還流電流の平滑コンデンサ側に帰還する経路が長く維持され、無用な還流電流を確実に平滑コンデンサ側に帰還させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電源装置を用い、加工対象物のアーク加工を行うアーク加工用電圧を生成するように構成されているアーク加工用電源装置である。
【００１６】
この発明では、請求項１又は２に記載の電源装置が用いられて構成されるため、上記各請求項と同様の効果を奏するアーク加工用電源装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ソフトスイッチングに用いる補助コンデンサの過充電を抑制し、自身の小容量化、スイッチング素子の低耐圧化に寄与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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態におけるアーク加工用電源装置を示す回路図である。
【図２】同形態における制御パルス信号の波形図である。
【図３】別例における制御パルス信号の波形図である。
【図４】別例における制御パルス信号の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のアーク加工用電源装置１１を備えたアーク加工機１０を示す。アーク加工機１０は、その電源装置１１から出力される加工用直流電圧をトーチＴＨに供給し、そのトーチＴＨから加工対象物Ｍに向けてアークを発生させることで、加工対象物Ｍに対してアーク溶接やアーク切断等のアーク加工を行う装置である。このようなアーク加工機１０のアーク加工用電源装置１１は、入力された商用電源（三相交流電圧）を直流電圧に変換する直流変換回路１２と、その直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換するインバータ回路１３とを備え、そのインバータ回路１３からの高周波交流電圧を変圧器ＩＮＴ及びその二次側回路にて加工用直流電圧に更に変換して出力する。
【００２０】
直流変換回路１２は、６個のダイオードを用いたブリッジ回路で構成され三相の入力交流電源を全波整流する一次側整流回路ＤＲ１と、該整流回路ＤＲ１の出力側の電源線Ｌ１，Ｌ２間に直列に接続され該整流回路ＤＲ１の出力電圧を平滑化する第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを有し、入力交流電源から直流電圧を生成する。この第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれ同容量のものが用いられる。また、直流変換回路１２には、直流電圧を検出する電圧検出回路ＩＶが電源線Ｌ１，Ｌ２間に接続されている。電圧検出回路ＩＶは、検出した直流電圧を電圧検出信号Ｉｖとして後述の出力制御回路ＳＣに出力し、電源装置１１の制御等に用いられる。
【００２１】
インバータ回路１３は、電源線Ｌ１，Ｌ２に接続され、４個のＩＧＢＴよりなる第１〜第４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４を用いたブリッジ回路で構成されている。第１及び第３のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ３が電源線Ｌ１，Ｌ２間に直列に接続されるとともに、第２及び第４のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ４が電源線Ｌ１，Ｌ２間に直列に接続され、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタとスイッチング素子ＴＲ３のコレクタとの間が変圧器ＩＮＴの一次側コイルの一端に、スイッチング素子ＴＲ２のエミッタとスイッチング素子ＴＲ４のコレクタとの間がその一次側コイルの他端にそれぞれ接続されている。尚、第１〜第４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ４が逆接続されている。そして、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の組みと、第２及び第３のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３の組みとが出力制御回路ＳＣの制御に基づいて交互にオンオフ駆動され、直流変換回路１２からの直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換して変圧器ＩＮＴの一次側コイルに供給する。
【００２２】
インバータ回路１３及び前記直流変換回路１２の間には、補助スイッチング回路１４及び補助コンデンサＣ３が備えられている。補助スイッチング回路１４は、４個のＩＧＢＴよりなる第５〜第８のスイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８を備え、第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の後段の電源線Ｌ１上に第５のスイッチング素子ＴＲ５が、電源線Ｌ２上に第６のスイッチング素子ＴＲ６がそれぞれ配置されている。第７及び第８のスイッチング素子ＴＲ７，ＴＲ８は、第５及び第６のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の後段の電源線Ｌ１，Ｌ２間に直列に接続されている。尚、第５〜第８のスイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８には、それぞれダイオードＤ５〜Ｄ８が逆接続されている。第７及び第８のスイッチング素子ＴＲ７，ＴＲ８の後段の電源線Ｌ１，Ｌ２間には、補助コンデンサＣ３が接続されている。
【００２３】
また、第７のスイッチング素子ＴＲ７のエミッタと第８のスイッチング素子ＴＲ８のコレクタ間の接続点Ｎ２と、前記第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２間の接続点Ｎ１との間は互いに接続されている。そして、第５〜第８のスイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８は、出力制御回路ＳＣの制御に基づいてインバータ回路１３の第１〜第４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のスイッチング損失を低減すべく該スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と同期させてオンオフ駆動される。
【００２４】
変圧器ＩＮＴの二次側には、２個のダイオードを用いた全波整流の二次整流回路ＤＲ２及び直流リアクトルＤＣＬが備えられる。インバータ回路１３で生成された高周波交流電圧は、変圧器ＩＮＴにて電圧調整がなされ、電圧調整された高周波交流電圧は、二次整流回路ＤＲ２及び直流リアクトルＤＣＬにてアーク加工用直流電圧に変換される。直流リアクトルＤＣＬ側の出力線Ｌ３はトーチＴＨに接続されるとともに、変圧器ＩＮＴの二次側コイルの中間点から延びる出力線Ｌ４は加工対象物Ｍと接続され、そのアーク加工用電圧の供給に基づきトーチＴＨから加工対象物Ｍに向けてアークが生じるようになっている。
【００２５】
また、出力線Ｌ４上には、実出力電流値を検出する出力電流検出回路ＩＤが接続されている。出力電流検出回路ＩＤは、検出した出力電流値を出力電流検出信号Ｉｄとして比較演算回路ＥＲに出力し、該比較演算回路ＥＲでは、その出力電流検出信号Ｉｄと、出力電流設定器ＩＲからの出力電流設定信号Ｉｒとが比較される。因みに、出力電流設定器ＩＲでは、アーク加工を行う加工対象物Ｍに応じた出力電流値となるように人の操作等によりその出力電流値の設定がなされ、その設定に応じた出力電流設定信号Ｉｒが比較演算回路ＥＲに出力される。比較演算回路ＥＲは、出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定信号Ｉｒとを比較した比較演算信号Ｅｒ、即ち出力電流値と設定値との偏差を比較演算信号Ｅｒとして出力制御回路ＳＣにフィードバックを行う。
【００２６】
そして、出力制御回路ＳＣは、入力された比較演算信号Ｅｒに基づく出力電流値と設定値との偏差を踏まえたインバータ回路１３のスイッチング制御を実施する。また、出力制御回路ＳＣは、補助スイッチング回路１４をインバータ回路１３と連動動作させるべく、補助スイッチング回路１４のスイッチング制御をインバータ回路１３の制御態様に合わせて実施する。その際、本実施形態の出力制御回路ＳＣは、各スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ８に対して図２に示すような制御パルス信号を用いたパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を実施する。
【００２７】
先ず、インバータ回路１３においては、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の組みと第２及び第３のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３の組みとが交互にオンオフ動作するように、同組それぞれで同時に立ち上がり、同時に立ち下がるオンパルスを有する制御パルス信号が生成される。出力要求が大の場合は、制御パルス信号のオンパルス幅Ｗｍが広くされ、出力要求が小さくなるに連れてオンパルス幅Ｗｍが次第に狭く設定される。
【００２８】
補助スイッチング回路１４においては、第５及び第８のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８がインバータ回路１３の第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４と同組で、また第６及び第７のスイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７がインバータ回路１３の第２及び第３のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３と同組で動作するような制御パルス信号の生成が行われる。
【００２９】
第５及び第６のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６に出力する制御パルス信号は、同組として動作する第１〜第４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号と同時に立ち上がり、立ち下がりは所定時間前に立ち下がるオンパルスを有する。つまり、スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号のオンパルス幅Ｗｓ１は、インバータ回路１３の制御パルス信号のオンパルス幅Ｗｍよりも若干幅狭に設定され、ＰＷＭ制御によりオンパルス幅Ｗｍとともに設定幅が大小する。
【００３０】
第８及び第７のスイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７に出力する制御パルス信号は、同組として動作する第５及び第６のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号と同時に立ち下がるが、立ち上がりは同組として動作する第５及び第６のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号が立ち上がるよりも早めに立ち上がるように設定されている。より詳しくは、第８のスイッチング素子ＴＲ８の制御パルス信号の立ち上がりは、もう一方の組として動作する第６のスイッチング素子ＴＲ６の制御パルス信号の立ち下がり後から第２及び第３のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３の制御パルス信号の立ち下がるまでの間に設定されている。また、第７のスイッチング素子ＴＲ７の制御パルス信号の立ち上がりは、もう一方の組として動作する第５のスイッチング素子ＴＲ５の制御パルス信号の立ち下がり後から第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がるまでの間に設定されている。この場合、第８及び第７のスイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号のオンパルス幅Ｗｓ２は、ＰＷＭ制御によりオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓ１が大小変化するのに対して固定であり、オンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓ１が狭くなるに連れて進み側にシフトすることとなる。
【００３１】
次いで、このような制御パルス信号に基づく電源装置１１の動作は以下のようになる。尚、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の組と第２及び第３のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３の組とで同様な動作となるため、以下には第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の組側の動作を中心にＭｏｄｅ１〜５に分けて説明する。
【００３２】
［Ｍｏｄｅ１］は、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４と第５のスイッチング素子ＴＲ５の制御パルス信号の立ち上がりから、第５及び第８のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８の制御パルス信号が立ち下がるまでの期間である。同期間では、第１，第４，第５のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４，ＴＲ５のオンに加え、第８のスイッチング素子ＴＲ８が既にオン状態であり、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４と第５のスイッチング素子ＴＲ５とが同時にオンしている。つまり、第１の平滑コンデンサＣ１の端子間電圧（充電電圧）がインバータ回路１３に印加され、該インバータ回路１３から変圧器ＩＮＴ、それ以降の負荷側へのパワー伝達モードとなっている。
【００３３】
［Ｍｏｄｅ２，３］は、第５及び第８のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８の制御パルス信号の立ち下がりから第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の制御パルス信号が立ち下がるまでの期間である。同期間では、第５及び第８のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８が第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオフに先立って同時にオフする。これに基づく［Ｍｏｄｅ２］は、第１の平滑コンデンサＣ１からの電圧印加が絶たれることで補助コンデンサＣ３の放電が開始し、補助コンデンサＣ３によるインバータ回路１３への電圧印加となる補助コンデンサ放電モードとなる。次いで［Ｍｏｄｅ３］は、補助コンデンサＣ３の放電後において、変圧器ＩＮＴの漏れインダクタンスに蓄積された電磁エネルギーにより第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４を介するインバータ回路１３内に還流電流が生じる還流モードとなる。
【００３４】
またこの［Ｍｏｄｅ３］では、次の［Ｍｏｄｅ４，５］の動作に備えて、第７のスイッチング素子ＴＲ７の制御パルス信号が同組として動作する第６のスイッチング素子ＴＲ６よりも早いタイミング、より詳しくはスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がりよりも更に早いタイミングで立ち上がり、該スイッチング素子ＴＲ７が先にオン状態に切り替えられる。
【００３５】
［Ｍｏｄｅ４，５］は、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がりから第２及び第３のスイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３の制御パルス信号が立ち上がるまでの期間である。同期間では、第１及び第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４がオフされ、第７のスイッチング素子ＴＲ７のみがオンしている。［Ｍｏｄｅ４］は、インバータ回路１３内に生じていた還流電流がスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオフに基づいて補助コンデンサＣ３に向けて流れ、該コンデンサＣ３を充電する補助コンデンサ充電モードとなる。次いで［Ｍｏｄｅ５］は、補助コンデンサＣ３の端子間電圧が平滑コンデンサＣ２（，Ｃ１）の端子間電圧と同等になると、既に第７のスイッチング素子ＴＲ７がオンされていることから、ダイオードＤ６がオンとなり、先の還流電流が平滑コンデンサＣ２に流れる帰還モードとなる。
【００３６】
つまり、変圧器ＩＮＴの漏れインダクタンスの電磁エネルギーにより生じた還流電流にて補助コンデンサＣ３が平滑コンデンサＣ２（，Ｃ１）と同等の端子間電圧まで充電され、これ以降も電磁エネルギーが残存することで還流電流が継続する場合には、第７のスイッチング素子ＴＲ７を介して平滑コンデンサＣ２（，Ｃ１）側に帰還する。これにより、補助コンデンサＣ３が常に適切な充電電圧とされ、過充電が防止されている。
【００３７】
因みに、第１，第４のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオフ時について、第５，第８のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８が先にオフして補助コンデンサＣ３の放電が十分に行われた後にオフされるソフトスイッチング制御が行われることから、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオフ時のスイッチング損失は極めて小さい。また、先にオフする第５，第８のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８についても、前段の平滑コンデンサＣ１と後段の補助コンデンサＣ３とが同等の端子間電圧となる状態でオフされることから、スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８のオフ時のスイッチング損失も極めて小さい。また、第１，第４，第５のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４，ＴＲ５のオン時については、変圧器ＩＮＴの漏れインダクタンス等の関係から、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４，ＴＲ５のオン時のスイッチング損失も極めて小さい。更に、第７のスイッチング素子ＴＲ７のオン時については、電流・電圧の生じない状態でオンされることから、スイッチング素子ＴＲ７のオン時のスイッチング損失も極めて小さい。このようにしてスイッチング損失の低減が図られて、電源装置１１の省電力化、高周波数化への対応を可能としている。
【００３８】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）インバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ後に生じる還流電流により補助コンデンサＣ３が充電されるが、本実施形態では出力制御回路ＳＣにてそのオフ直前にスイッチング素子ＴＲ７，ＴＲ８がオン状態に切り替えられる。つまり、充電する補助コンデンサＣ３の充電電圧が適切値に到達するよりも前から、還流電流の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還する経路が形成される。これにより、補助コンデンサＣ３の適切な充電後に変圧器ＩＮＴの漏れインダクタンスの残存エネルギーにより還流電流が継続して生じた場合であっても、その還流電流がスイッチング素子ＴＲ７，ＴＲ８を介して平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還するため、補助コンデンサＣ３の過充電を防止することができる。結果、補助コンデンサＣ３の小容量化、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ８の低耐圧化に寄与でき、電源装置１１の構成の効率化に貢献できる。
【００３９】
（２）インバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ以前に、スイッチング素子ＴＲ７，ＴＲ８をオン状態に切り替えて、還流電流の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還する経路が早期から形成される。これにより、当初はインバータ回路１３のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ時から生じる還流電流にて補助コンデンサＣ３が充電されるものの、適切な充電後にもその還流電流が継続して生じる場合、無用な還流電流を確実に平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還させることができ、補助コンデンサＣ３の過充電をより確実に防止することができる。
【００４０】
（３）スイッチング素子ＴＲ７，ＴＲ８のオン期間を対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６のオン期間よりも長く設定したため、還流電流の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還する経路が長く維持される。これにより、無用な還流電流を確実に平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還させることができ、補助コンデンサＣ３の過充電をより確実に防止することができる。
【００４１】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、第８及び第７のスイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御に図２に示す制御パルス信号を用いたが、これに限定されず、適宜変更してもよい。
【００４２】
上記実施形態では、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち下がりを、対応の第５及び第６のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号の立ち下がりと同時とした（この場合、ＰＷＭ制御にてオンパルス幅Ｗｍ，Ｗｓ１が変化しても、オンパルス幅Ｗｓ２としては固定幅で、位相が変化する形となる）。これを同図２に破線による波形にて示すように、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち下がりを、対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号の立ち下がりよりも前に設定してもよい。この場合、還流電流の消失後であればよい。また還流電流の消失をその都度検出し、該検出に基づいてスイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち下げタイミングをその都度設定するようにしてもよい。
【００４３】
また上記実施形態では、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち上がりを、対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号の立ち下がりと、対応のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がりとの間とした（対応のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がりよりも若干早めた）。これを図３に示すように、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち上がりを、対応のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がりと同時としてもよい。尚、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち下がりは、対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号の立ち下がりと同時か、それよりも前に設定される。
【００４４】
また上記実施形態では、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号のオンパルスを、対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号のオンパルスよりも前側に延ばした。これを図４に示すように、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号のオンパルスを、対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号のオンパルスよりも後側に延ばしても、過剰な還流電流を平滑コンデンサＣ１，Ｃ２側に帰還させることができ、上記と同様に補助コンデンサＣ３の過充電を防止可能である。
【００４５】
尚、図４では、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち上がりを、対応のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６の制御パルス信号の立ち上がりと同時とし、スイッチング素子ＴＲ８，ＴＲ７の制御パルス信号の立ち下がりを、対応のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４の制御パルス信号の立ち下がりと、次のスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ６（スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４）の制御パルス信号の立ち上がりとの間に設定したが、これに限らず適宜変更してもよい。
【００４６】
・上記実施形態の電源装置１１の構成を適宜変更してもよい。例えば、接続点Ｎ１，Ｎ２を接続する回路構成であったが、接続点Ｎ１，Ｎ２の間に相互間を導通・遮断する切替スイッチを設け、例えば４００Ｖ系入力時に導通、２００Ｖ系入力時には遮断するというように入力電圧値に応じて切り替える構成にも適用できる。
【００４７】
また、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ８をＩＧＢＴにて構成したが、ＭＯＳトランジスタ、サイリスタ等、ＩＧＢＴ以外のスイッチング素子を用いてもよい。
また、整流回路ＤＲ２、直流リアクトルＤＣＬを用いて出力変換回路を構成したが、負荷に応じて適宜変更してもよい。
【００４８】
また、交流電源を入力する仕様であって直流変換回路１２を用いたが、直流電源を入力する仕様であれば直流変換回路１２を省略、若しくは電圧変換回路等に置き換えてもよい。
【００４９】
・上記実施形態の電源装置１１はアーク加工用電源装置であったが、その他の電源装置に適用してもよい。
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。
【００５０】
（イ）  前記第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と第７及び第８のスイッチング素子間の接続点とを導通・遮断するものであり、前記入力交流電源の電圧値に応じて切り替える切替スイッチを備えるものであることを特徴とする。
【００５１】
この構成よれば、補助コンデンサの過充電が生じ得るのは切替スイッチが導通に切り替えられる場合であるため、切替スイッチを備える回路構成であっても請求項に記載の発明と同様な効果を奏する。
【００５２】
（ロ）  第１〜第４のスイッチング素子を用いたブリッジ回路で構成され、その第１〜第４のスイッチング素子が所定組み毎でオンオフ駆動して一対の電源線を介して供給された直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記各電源線間に直列接続された第１及び第２の平滑コンデンサと前記インバータ回路前段の前記各電源線間に接続される補助コンデンサとの間において、第５及び第６のスイッチング素子が前記各電源線上に配置されるとともに第７及び第８のスイッチング素子が前記各電源線間に直列接続され、更に前記第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と第７及び第８のスイッチング素子間の接続点とが接続され、第５〜第８のスイッチング素子の所定組み毎でオンオフ駆動して前記第１又は第２の平滑コンデンサの各端子間電圧を交互に前記インバータ回路に供給しつつ、第５〜第８のスイッチング素子の所定の素子が前記第１〜第４のスイッチング素子のオフに先立ってオフするソフトスイッチング制御が行われる補助スイッチング回路と
を備えた電源装置であって、
前記補助スイッチング回路のソフトスイッチング動作は、前記補助コンデンサが充電状態で第５〜第８のスイッチング素子がオフし、前記インバータ回路の第１〜第４のスイッチング素子が遅れてオフするまでのオンにて補助コンデンサが放電し、放電後に第１〜第４のスイッチング素子がオフし、このオフ後に生じる還流電流にて再び補助コンデンサを充電するように動作するものであり、
前記還流電流により充電する補助コンデンサの充電電圧が適切値に到達した時、若しくはそれ以前に対応の前記第７及び第８のスイッチング素子をオンさせ、適切な充電後に生じ得る還流電流をその第７又は第８のスイッチング素子を介して前記平滑コンデンサ側に帰還させる充電制御手段を備えたことを特徴とする電源装置。
【００５３】
この構成よれば、請求項に記載の発明と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００５４】
１１            アーク加工用電源装置（電源装置）
１２            直流変換回路
１３            インバータ回路
１４            補助スイッチング回路
Ｃ１，Ｃ２      第１，第２の平滑コンデンサ
Ｃ３            補助コンデンサ
ＤＲ１          一次側整流回路（整流回路）
Ｌ１，Ｌ２      電源線
Ｍ              加工対象物
Ｎ１，Ｎ２      接続点
ＳＣ            出力制御回路（充電制御手段）
ＴＲ１〜ＴＲ４  第１〜第４のスイッチング素子（インバータ回路）
ＴＲ５〜ＴＲ８  第５〜第８のスイッチング素子（補助スイッチング回路）
【図１】
0005968615.tif 000002
【図２】
0005968615.tif 000003
【図３】
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【図４】
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