(57)【要約】【課題】共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を備えた電源システムであって、通信ポートの数を抑えつつ、各電源装置間で高速通信を実現し、負荷への出力電流を安定的に制御することができる電源システムを提供する。【解決手段】電源システムは、負荷２に並列接続される複数の電源装置１を備え、各電源装置１は通信線３を介して直列的に接続される。第１の電源装置１は、各電源装置１の出力電流に係る情報を収集し、負荷２へ出力する電流を制御するための制御情報を複数の第２の電源装置１へ送信することによって、電流の出力を制御する。第２の電源装置１は、自装置及び下層側の電源装置１から出力される電流の総和に係る電流情報を、上層側へ順次送信する。第１の電源装置１は、自装置から負荷２へ出力された電圧及び電流の情報と、受信した電流情報とに基づいて、負荷２へ出力する電流を制御するための制御情報を算出する。【選択図】図１
2018078751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を、通信線を介して直列的に接続してあり、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を第１の前記電源装置が前記通信線を介して複数の第２の前記電源装置へ送信することによって、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する電源システムであって、
前記複数の電源装置は、
自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、
前記負荷へ出力された電流に係る電流情報を送受信する通信部と
を備え、
末端の前記第２の電源装置の通信部は、自装置から前記負荷へ出力された電流を示す電流情報を、非末端の前記第２の電源装置へ送信し、非末端の前記第２の電源装置の通信部は、末端側の他の前記第２の電源装置から送信された電流情報を受信し、受信した電流情報が示す電流と、自装置から前記負荷へ出力された電流との総和に係る電流情報を第１の電源装置又は第１の電源装置側の前記第２の電源装置へ送信し、
前記第１の電源装置は、
自装置から前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部と、
該電圧検出部にて検出された電圧の情報と、前記通信部にて受信した電流情報と、前記電流検出部にて検出された電流の情報とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する算出部と
を備える電源システム。
【請求項２】
前記第２の電源装置から送信される前記総和に係る電流情報は、
末端側の複数の前記第２の電源装置及び自装置の数と、該複数の第２の電源装置及び自装置から出力された電流の平均値と
を含む請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記第２の電源装置から送信される前記総和に係る電流情報は、
末端側の複数の前記第２の電源装置及び自装置からそれぞれ出力された電流を加算して得た値
を含む請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記通信部は、
前記複数の電源装置を直列接続するための第１通信部及び第２通信部を含む
請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記第１の電源装置の前記第１通信部及び第２通信部には、
それぞれ複数の前記第２の電源装置が直列的に接続される
請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を受信し、受信した該制御情報に基づいて前記負荷へ電圧及び電流を出力する電源装置であって、
複数の他の電源装置が接続され、該電源装置との間で情報を送受信する第１通信部及び第２通信部と、
前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と
を備え、
前記第２通信部は、該第２通信部に接続された前記他の電源装置から前記負荷へ出力された電流を示す電流情報を受信し、前記第１通信部は、受信した電流情報が示す電流と、自装置から前記負荷へ出力された電流との総和に係る電流情報を、該第１通信部に接続された前記他の電源装置へ送信する電源装置。
【請求項７】
負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を他の複数の電源装置へ送信し、各電源装置から前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する電源装置であって、
自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、
自装置から前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部と、
前記他の複数の電源装置から前記負荷へ出力された電流の総和に係る電流情報を受信する通信部と、
前記電圧検出部にて検出された電圧の情報と、前記通信部にて受信した電流情報と、前記電流検出部にて検出された電流の情報とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する算出部と
を備える電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を備えた電源システム及び当該電源システムを構成する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接機、アーク切断機等、５００〜１０００Ａを超える大電流を必要とする機器がある。特許文献１には、商用交流をＡＣ／ＤＣ変換する複数のスイッチングコンバータ回路を並列接続してなり、アーク溶接機へ大電流を出力することができる電源装置が開示されている。各スイッチングコンバータ回路の動作は一つのコントローラによって制御されており、全体として一台の電源装置を構成している。当該コントローラは、各スイッチングコンバータから出力され、合流した電流を検出し、検出された電流が目標電流と一致するように各スイッチングコンバータ回路をＰＷＭ制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２９６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただ、このように一台の装置で大電流を出力するように構成された電源装置は、長時間運転に耐え得る耐熱設計、安全設計等、種々の問題を抱えており、一般的に高価である。そこで、複数の電源装置を共通の負荷に並列接続し、各電源装置から当該負荷へ電流を供給することが考えられている。具体的には、電源装置間を通信線で接続し、マスタ電源が、他のスレーブ電源と通信を行い、各電源の出力を集中的に制御する電源システムが考えられている。より具体的には、マスタ電源は、スレーブ電源と通信を行うことにより、各スレーブ電源の出力電流の情報を収集し、収集した情報に基づいて算出されるＰＷＭ出力幅情報を各スレーブ電源へ送信することによって、各電源の出力を同期させて並列的にＰＷＭ制御する。
【０００５】
ところで、かかる溶接電源システムにおいては、ＰＷＭ出力制御の高速応答性が求められており、各電源装置は高速通信を行う必要がある。メイン電源に他のスレーブ電源を直接接続する場合、高速通信は可能であるが、当該他の電源装置の数だけ通信ポートを設ける必要があり、高コストになるという問題がある。一方、メイン電源に、複数の他の電源装置を直列接続した場合、通信ポートの数を２つに削減することができるが、直列接続される電源装置の数だけ、メイン電源との間で送受信する情報が増大し、通信の応答性が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を備えた電源システムであって、通信ポートの数を抑えつつ、各電源装置間で高速通信を実現し、負荷への出力電流を安定的に制御することができる電源システム、及び当該電源システムを構成する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】
【０００７】
本発明に係る電源システムは、共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を、通信線を介して直列的に接続してあり、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を第１の前記電源装置が前記通信線を介して複数の第２の前記電源装置へ送信することによって、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する電源システムであって、前記複数の電源装置は、自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、前記負荷へ出力された電流に係る電流情報を送受信する通信部とを備え、末端の前記第２の電源装置の通信部は、自装置から前記負荷へ出力された電流を示す電流情報を、非末端の前記第２の電源装置へ送信し、非末端の前記第２の電源装置の通信部は、末端側の他の前記第２の電源装置から送信された電流情報を受信し、受信した電流情報が示す電流と、自装置から前記負荷へ出力された電流との総和に係る電流情報を第１の電源装置又は第１の電源装置側の前記第２の電源装置へ送信し、前記第１の電源装置は、自装置から前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部にて検出された電圧の情報と、前記通信部にて受信した電流情報と、前記電流検出部にて検出された電流の情報とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する算出部とを備える。
【０００８】
本発明にあっては、共通の負荷に並列接続される第１及び第２の電源装置が相互に通信を行い、第１の電源装置が電源システム全体の出力を制御する。従って、各電源装置から負荷へ出力される電流を安定的に制御することができる。
具体的には、第１の電源装置は、負荷への出力を制御するための制御情報を算出する。そして、第１の電源装置は、算出して得た制御情報に基づいて自装置の出力を制御すると共に、当該制御情報を第２の電源装置へ送信する。
第２の電源装置は、出力を制御するための制御情報の算出を行わず、第１の電源装置から送信された制御情報を受信し、第１の電源装置が算出した制御情報に基づいて自装置の出力を制御する。なお、直列接続された複数の第２の電源装置は、制御情報を第１の電源装置側から末端側へ順次送信することによって、各電源装置は同一の制御情報を受信することができる。
そして、第２の電源装置は、自装置から負荷へ出力された電流を検出し、検出して得た電流情報を末端側から順次第１の電源装置側へ送信する。具体的には、末端の第２の電源装置は、自装置から負荷へ出力された電流を示す電流情報を、非末端側の第２の電源装置へ送信する。非末端の第２の電源装置は、末端側から送信された電流情報を受信し、受信した電流情報と、自装置が負荷へ出力した電流の情報とに基づいて、自装置を含む末端側の電源装置から負荷へ出力される電流の総和に係る電流情報を求め、当該電流情報を更に第１の電源装置側へ送信する。以下、同様にして各第２の電源装置は、電流情報を第１の電源装置側へ順次送信する。最後に、第１の電源装置は、直列接続された複数の第２の電源装置から負荷へ出力される電流の総和に係る電流情報を受信する。そして、第１の電源装置は、当該電流情報と、自装置から負荷へ出力される電流及び電圧の情報とに基づいて制御情報を算出する。ここで算出される制御情報は、第１及び第２の電源装置から出力された電流及び電圧に基づいて算出されるものであり、電源システム全体の出力を制御することが可能な情報である。第１及び第２の電源装置は、かかる制御情報に基づいて、出力を制御しているため、各電源装置から負荷へ出力される電流が不安定になることは無く、出力の安定的な制御が可能になる。また、各第２の電源装置は、それぞれの電流情報を取りまとめて第１の電源装置側へ送信する構成であるため、高速通信が可能であり、ＰＷＭ出力制御の高速応答性が実現される。
【０００９】
本発明に係る電源システムは、前記第２の電源装置から送信される前記総和に係る電流情報は、末端側の複数の前記第２の電源装置及び自装置の数と、該複数の第２の電源装置及び自装置から出力された電流の平均値とを含む。
【００１０】
本発明にあっては、各第２の電源装置は、自装置及び末端側の第２の電源装置の数と、末端側の第２の電源装置及び自装置から負荷へ出力される電流の平均値とを含む電流情報を、第１の電源装置側へ送信する。従って、電流情報の情報量を削減することができる。
【００１１】
本発明に係る電源システムは、前記第２の電源装置から送信される前記総和に係る電流情報は、末端側の複数の前記第２の電源装置及び自装置からそれぞれ出力された電流を加算して得た値を含む。
【００１２】
本発明にあっては、各第２の電源装置は、自装置及び末端側の第２の電源装置から負荷へ出力される電流を加算して得られる値を含む電流情報を、第１の電源装置側へ送信する。従って、電流情報の情報量を削減することができる。
【００１３】
本発明に係る電源システムは、前記通信部は、前記複数の電源装置を直列接続するための第１通信部及び第２通信部を含む。
【００１４】
本発明にあっては、各電源装置は第１通信部及び第２通信部を通信線にて接続することにより、複数の電源装置を直列的に接続することができる。
【００１５】
本発明に係る電源システムは、前記第１の電源装置の前記第１通信部及び第２通信部には、それぞれ複数の前記第２の電源装置が直列的に接続される。
【００１６】
本発明にあっては、第１の電源装置の第１通信部に複数の第２の電源装置が直列的に接続され、第２の通信部にも複数の第２の電源装置が直列接続される。従って、直列接続される第２の電源装置の数を抑え、かつより多くの第２の電源装置を第１の電源装置に接続することができる。
例えば、第１の電源装置の第１通信部及び第２通信部にそれぞれ、３つの電源装置を直列接続させた場合、７つの電源装置が相互に接続されることになるが、第１の電源装置に直列接続される第２の電源装置の数、即ち階層を３つに抑えることができる。従って、送受信される電流情報の情報量を抑えることができ、第１の電源装置は、各第２の電源装置と高速通信が可能であり、ＰＷＭ出力制御の高速応答性が実現される。
【００１７】
本発明に係る電源装置は、負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を受信し、受信した該制御情報に基づいて前記負荷へ電圧及び電流を出力する電源装置であって、複数の他の電源装置が接続され、該電源装置との間で情報を送受信する第１通信部及び第２通信部と、前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部とを備え、前記第２通信部は、該第２通信部に接続された前記他の電源装置から前記負荷へ出力された電流を示す電流情報を受信し、前記第１通信部は、受信した電流情報が示す電流と、自装置から前記負荷へ出力された電流との総和に係る電流情報を、該第１通信部に接続された前記他の電源装置へ送信する。
【００１８】
本発明にあっては、通信ポートの数を抑えつつ、各電源装置間で高速通信を実現し、負荷への出力電流を安定的に制御することが可能な電源システムを構成することができる。
【００１９】
本発明に係る電源装置は、負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を他の複数の電源装置へ送信し、各電源装置から前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する電源装置であって、自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、自装置から前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部と、前記他の複数の電源装置から前記負荷へ出力された電流の総和に係る電流情報を受信する通信部と、前記電圧検出部にて検出された電圧の情報と、前記通信部にて受信した電流情報と、前記電流検出部にて検出された電流の情報とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する算出部とを備える。
【００２０】
本発明にあっては、通信ポートの数を抑えつつ、各電源装置間で高速通信を実現し、負荷への出力電流を安定的に制御することが可能な電源システムを構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を備えた電源システムであって、通信ポートの数を抑えつつ、各電源装置間で高速通信を実現し、負荷への出力電流を安定的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る電源システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】直列接続された複数の第２の電源装置の階層を示す概念図である。
【図３】電源装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】給電制御に係る各電源装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】給電制御に係る各電源装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】給電制御に係る各電源装置の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施形態に係る電源システムの一構成例を示すブロック図、図２は、直列接続された複数の第２の電源装置１の階層を示す概念図である。本実施形態に係る電源システムは、アーク溶接に係る共通の負荷２に並列接続され、当該負荷２に対して給電を行う複数の電源装置１を備える。各電源装置１は通信線３によって直列的に接続されている。複数の電源装置１は、絶縁型のスイッチング電源であり、交流を所要の直流にＡＣ／ＤＣ変換し、交直変換された直流を負荷２へ供給する。
【００２４】
複数の電源装置１の内、一の電源装置１は、通信線３を介して他の電源装置１へＰＷＭ制御情報を送信することにより、各電源装置１の出力を制御するマスタ電源として機能する。他の電源装置１は当該一の電源装置１から送信されたＰＷＭ制御情報を受信し、受信したＰＷＭ制御情報に基づいて出力を制御するスレーブ電源として機能する。以下、マスタ電源として機能する電源装置１を、適宜第１の電源装置１と呼び、スレーブ電源として機能する電源装置１を第２の電源装置１と呼ぶ。
【００２５】
また、各電源装置１は、互いに各種情報を送受信する通信部１９ｃを備える。通信部１９ｃは、複数の電源装置１を直列接続するための第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅを含む。第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅは、独立した通信ポートを有する。第１の電源装置１の第１通信部１９ｄには、複数の第２の通信装置が直列的に接続されている。具体的には、第１の電源装置１に直接的に接続される第２の電源装置１の第１通信部１９ｄは、第１の電源装置１の第１通信部１９ｄに通信線３を介して接続されている。当該第２の電源装置１の第２通信部１９ｅは、他の第２の電源装置１の第１通信部１９ｄに通信線３を介して接続されている。以下、同様にして複数の第２の電源装置１は互いに直列接続される。第１の電源装置１の第２通信部１９ｅにも同様にして、複数の第２の通信装置が直列的に接続されている。
以下、図２に示すように、第１の電源装置１に直接的に接続される第２の電源装置１を第一層、当該第２の電源装置１に接続される他の第２の電源装置１を第二層と呼ぶ。以下、同様にして直列接続される第２の電源装置１を第三層、第四層、…第Ｎ層と呼ぶ。但し、Ｎは２以上の自然数である。また、階層の数字が小さい層を上層、当該数字が大きい層を下層と呼ぶ。
【００２６】
第２の電源装置１は、自装置から負荷２へ出力される電流を検出し、検出された電流に係る電流情報を、下層から上層へ通信線３を介して第１の電源装置１へ送信する。電流情報の詳細は後述する。第１の電源装置１は、第２の電源装置１から送信された電流情報を受信し、当該電流情報が示す電流と、自装置で検出した電流とに基づいて、電源システムから負荷２へ出力される総電流を算出する。そして、第１の電源装置１は、自装置から負荷２へ出力される電圧を検出し、検出して得た電圧と、総電流とに基づいて、電源システムを構成する各電源装置１の出力を制御するためのＰＷＭ制御情報を算出する。第１の電源装置１は、このようにして算出したＰＷＭ制御情報に基づいて、自装置の出力を制御すると共に、上述のように当該ＰＷＭ制御情報を、上層から下層へ第２の電源装置１へ送信することによって、各電源装置１の動作を制御する。
【００２７】
なお、後述するように、動作モードを切り替えることによって、各電源装置１を、マスタ電源及びスレーブ電源のいずれの電源としても機能させることができる。また、動作モードを切り替えることによって、一台の独立した電源装置１としても機能させることができる。
【００２８】
図３は、電源装置１の一構成例を示すブロック図である。第１及び第２の電源装置１の構成は同じであるため、主に一方の電源装置１の構成を説明する。
【００２９】
電源装置１は、操作パネル１０、入力部１１、整流器１２、インバータ１３、トランス１４、整流平滑器１５、電圧検出部１６、電流検出部１７、主制御部１８及び信号処理部１９を備える。
【００３０】
入力部１１は、例えば図示しない３相交流電源に接続される入力端子である。入力部１１は、整流器１２に接続されており、入力端子に印加された３相交流は整流器１２に入力される。
【００３１】
整流器１２は、例えばダイオードブリッジ回路である。ダイオードブリッジは図示しない２つの順接続されたダイオードからなる直列回路を３組並列させた回路構成である。また、ダイオードブリッジ回路の出力端には図示しない平滑コンデンサが設けられている。整流器１２は、入力部１１を介して３相交流電源から入力された交流を全波整流し、平滑コンデンサにて平滑化された直流をインバータ１３へ出力する。
【００３２】
インバータ１３は、整流器１２にて整流及び平滑化された直流を高周波の交流に変換してトランス１４へ出力する回路である。インバータ１３は、例えば、４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ回路である。フルブリッジ回路は、２つのスイッチング素子を直列接続してなるレグを２組並列接続させた回路構成である。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）等のパワーデバイスである。
【００３３】
トランス１４は、インバータ１３から出力された交流を変圧し、変圧された交流を整流平滑器１５へ出力する。トランス１４は、コアに巻回され、磁気結合した一次コイル及び二次コイルを備え、一次コイルはインバータ１３に接続され、二次コイルは整流平滑器１５に接続されている。
【００３４】
整流平滑器１５は、トランス１４から出力された交流を整流及び平滑化する回路であり、整流された直流の電圧及び電流は正出力端子１ａ及び負出力端子１ｂから負荷２へ出力される。整流平滑器１５は、例えばセンタータップを用いた全波整流回路、リアクトルを用いた平滑化回路等によって構成される。
【００３５】
負荷２は、例えばアーク溶接に係るものであり、溶接ワイヤ２１、母材２２、シールドガスが電離したアーク等が負荷２となる。正出力端子１ａは、正側給電線及び溶接トーチ２０を介して溶接ワイヤ２１に電気的に接続され、負出力端子１ｂは負側給電線を介して母材２２に接続される。
【００３６】
電圧検出部１６は、例えば、整流平滑器１５の出力側に接続されており、自装置から負荷２へ出力される電圧を検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号を主制御部１８へ出力する回路である。
【００３７】
電流検出部１７は、例えば、整流平滑器１５の出力側に設けられており、自装置から負荷２へ出力される電流を検出し、検出した電流値を示す電流値信号を主制御部１８へ出力する回路である。電流検出部１７は、例えばホール素子等の磁電変換素子を備えたホール式電流センサである。
【００３８】
主制御部１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース等を有し、電源装置１全体の動作を制御するプロセッサである。主制御部１８のインタフェースには制御端子１ｃが接続されている。マスタ電源として機能する電源装置１の制御端子１ｃには、溶接機の制御通信線が接続され、溶接機から出力された駆動指示信号が入力される。主制御部１８は、駆動指示信号の入力状態を監視しており、駆動指示信号が入力された場合、インバータ１３を動作させるための駆動要求を信号処理部１９へ出力する。なお、スレーブ電源として機能している電源装置１の制御端子１ｃには、駆動指示信号は入力されない。
また、主制御部１８のインタフェースには、電圧検出部１６及び電流検出部１７が接続されており、電圧値信号及び電流値信号が入力される。主制御部１８は、入力された電圧値信号及び電流値信号をＡＤ変換し、ＡＤ変換して得られた、電圧情報及び電流情報を信号処理部１９へ出力する。
更に、主制御部１８は操作パネル１０に接続されており、操作パネル１０に対する操作に応じた信号が入力される。主制御部１８は、当該信号を監視することによって、操作パネル１０に対する操作を受け付ける。本実施形態に係る主制御部１８は、操作パネル１０にて、電源装置１の動作モードの選択を受け付けることができる。動作モードには、電源装置１を、マスタ電源として機能させるマスタ電源モード（第１制御方式）と、スレーブ電源として機能させるスレーブ電源モード（第２制御方式）と、単一電源として機能させる単一電源モードとがある。また、主制御部１８は、自装置の動作モード、出力電圧、出力電流等、各種動作状態を表示するための表示指示信号を操作パネル１０へ出力することによって、自装置の動作状態を操作パネル１０に表示させる。
更にまた、マスタ電源として動作している電源装置１の主制御部１８は、溶接機における溶接ワイヤ２１の送給を制御するためのワイヤ送給制御信号を制御端子１ｃから当該溶接機へ出力する。なお、スレーブ電源として動作している電源装置１は、ワイヤ送給制御信号の出力を行わない。
【００３９】
信号処理部１９は、インバータ１３を構成するスイッチング素子へＰＷＭ信号を出力し、当該スイッチング素子のオンオフをＰＷＭ制御するＤＳＰ（digital signal processor）であり、制御情報算出部１９ａ、ＰＷＭ制御部（制御部）１９ｂ及び通信部１９ｃを有する。通信部１９ｃは、第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅを有する。信号処理部１９は、インバータ１３及び主制御部１８に接続されており、信号処理部１９には、主制御部１８から出力される電圧情報、電流情報、駆動要求等が入力される。信号処理部１９は、自装置の動作モードを記憶しており、その信号処理内容は、電源装置１の動作モードによって異なる。信号処理内容の詳細は後述する。
【００４０】
制御情報算出部１９ａは、インバータ１３の動作を制御することによって、負荷２へ出力する電圧又は電流を制御するためのＰＷＭ制御情報を算出する機能部である。ＰＷＭ制御情報は、インバータ１３へ出力するＰＷＭ信号のパルス幅及びパルス波形等を示す情報である。
動作モードが単一電源モードである場合、制御情報算出部１９ａは、主制御部１８から出力された電圧情報及び電流情報、つまり自装置で検出された電圧及び電流に基づいて、自装置のインバータ１３をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ制御情報を算出する。
動作モードがマスタ電源モードである場合、制御情報算出部１９ａは、主制御部１８から出力された自装置の電圧情報及び電流情報と、他の電源装置１に係る電流情報とに基づいて、第１及び第２の電源装置１のインバータ１３をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ制御情報を算出する。つまり、制御情報算出部１９ａは、自装置で検出された電圧及び電流と、スレーブ電源である他の電源装置１で検出された電流とに基づいて、ＰＷＭ制御情報を算出する。なお、他の電源装置１で検出される電流情報は、第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅによって受信することができる。
動作モードがスレーブ電源モードである場合、制御情報算出部１９ａは、ＰＷＭ制御情報の算出を行わない。
【００４１】
ＰＷＭ制御部１９ｂは、ＰＷＭ制御情報を用いて、所要のパルス幅及びパルス波形を有するＰＷＭ信号を発生させ、インバータ１３へ出力する機能部である。ＰＷＭ制御部１９ｂは、フルブリッジ回路のスイッチング素子を、たすき掛けで交互にオン状態及びオフ状態に切り替えることによって、インバータ１３から交流を出力させる。
動作モードが単一電源モード又はマスタ電源モードである場合、ＰＷＭ制御部１９ｂは、自装置の制御情報算出部１９ａにて算出されたＰＷＭ制御情報を用いてＰＷＭ信号を発生させる。
動作モードがスレーブ電源モードである場合、ＰＷＭ制御部１９ｂは、第１の電源装置１で算出されたＰＷＭ制御情報を用いてＰＷＭ信号を発生させる。第１の電源装置１で算出されたＰＷＭ制御情報は、第１通信部１９ｄによって受信することができる。自装置と他の電源装置１とが同一出力容量であるときは、自装置のＰＷＭ信号と他の電源装置１のＰＷＭ信号とは結果的に略同一の信号となる。出力容量が異なるときは、ＰＷＭ制御部１９ｂは、他の電源装置１で算出されたＰＷＭ制御情報を用いて出力容量差を補正したＰＷＭ信号を発生させる。この場合には、自装置のＰＷＭ信号と他の電源装置１のＰＷＭ信号とは異なる信号となる。
【００４２】
第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅは、他の電源装置１と各種情報を送受信するための通信回路であり、それぞれ通信ポートを有する。第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅは、例えばＨＣＩ（Host Control Interface）通信規格に従って情報を送受信する。第１通信部１９ｄには上層側の電源装置１が接続され、第２通信部１９ｅには下層側の電源装置１が接続される。末端の電源装置１の第２通信部１９ｅは空きポートになっており、当該電源装置１の信号処理部１９は、第２通信部１９ｅに信号が入力されないことから、自装置が末端に位置していることを認識することができる。
動作モードがマスタ電源モードである場合、信号処理部１９は第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅを介して、制御情報算出部１９ａにて算出したＰＷＭ制御情報を、スレーブ電源モードで動作している他の電源装置１へ送信する。スレーブ電源モードで動作している電源装置１は、マスタ電源モードで動作している電源装置１から送信されたＰＷＭ制御情報を第１通信部１９ｄにて受信する。自装置よりも更に下層の第２の電源装置１が接続されている場合、信号処理部１９は、受信したＰＷＭ制御情報を、第２通信部１９ｅにて更に下層の第２の電源装置１へ送信する。また、スレーブ電源モードで動作する信号処理部１９は第１通信部１９ｄを介して、自装置より下層の電源装置１から負荷２へ出力されている電流に係る電流情報を、マスタ電源モードで動作している上層の電源装置１へ送信する。マスタ電源である当該電源装置１は、スレーブ電源モードで動作している電源装置１から送信された電流情報を第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅにて受信する。
【００４３】
操作パネル１０は、負荷２へ出力している電流及び電圧を示す電流表示部及び電圧表示部を備える。
動作モードがマスタ電源モードである場合、主制御部１８は、各電源装置１から出力されている電流を加算して得られる総電流の値を電流表示部に表示させる。また、自装置で検出して得られた電圧の値を電圧表示部に表示させる。動作モードがスレーブ電源モードである場合、主制御部１８は、自装置が駆動中であることを示す所定情報を電流表示部及び電圧表示部に表示させる。所定情報は、例えば「駆動中」又は「ＲＵＮ」等の文字情報であるが、表示する情報の内容は特に限定されるものでは無く、電流表示部及び電圧表示部を構成する表示ピクセル又はセグメントを全灯又は全消灯させる構成も含まれる。動作モードが単一電源モードである場合、主制御部１８は、自装置から出力されている電流及び電圧の値を電流表示部及び電圧表示部に表示させる。
【００４４】
また、操作パネル１０は、電源装置１の動作モードを切り替えるための操作部と、現在の自装置の動作モードを表示する動作モード表示部とを備える。操作部は例えばシールされたタクタイルスイッチ、押しボタンスイッチ等である。電源装置１の主制御部１８は、操作部が操作された場合、現在の動作モードを他の動作モードに切り替える。例えば、信号処理部１９は、現在の動作モードを記憶しており、主制御部１８は、モード切替指示を信号処理部１９へ出力することによって、信号処理部１９の動作モードを切り替える。動作モードは、例えば、操作部が操作される都度、単一電源モード、マスタ電源モード、スレーブ電源モード、単一電源モード…の順で切り替えられる。
動作モード表示部は、複数の発光素子を有する。複数の発光素子は、例えばマスタ電源モードである場合に点灯する発光素子、スレーブ電源モードである場合に点灯する発光素子を含む。
【００４５】
図４乃至図６は、給電制御に係る各電源装置１の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、マスタ電源モードで動作している第１の電源装置１と、当該電源装置１に直列接続された２台の第２の電源装置１の処理を説明する。なお、第１の電源装置１に直列接続された複数の第２の電源装置１が２系列あるが、各系列の動作は同様であるため、ここでは一方の系列の動作について説明し、他の系列の動作説明を省略する。
【００４６】
マスタ電源である第１の電源装置１に駆動指示信号が入力された場合、主制御部１８は、自装置から負荷２へ出力されている電流及び電圧を、電流検出部１７及び電圧検出部１６にて検出する（ステップＳ１１）。主制御部１８は、検出して得た電流情報及び電圧情報を信号処理部１９へ出力する。
【００４７】
マスタ電源モードの信号処理部１９は、電流情報及び電圧情報が示す電流及び電圧に基づいてＰＷＭ制御情報を算出する（ステップＳ１２）。起動時においては、スレーブの電源装置１は動作を開始していないため、例えば、第１の電源装置１で検出された電流及び電圧を用いてＰＷＭ制御情報を算出する。
そして、信号処理部１９は、算出されたＰＷＭ制御情報に基づいて、インバータ１３をＰＷＭ制御する（ステップＳ１３）。次いで、信号処理部１９は、ＰＷＭ制御情報を、第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅを介して、スレーブ電源である第２の電源装置１へ送信する（ステップＳ１４）。
【００４８】
スレーブ電源モードで動作する電源装置１の信号処理部１９は、第１の電源装置１から送信されたＰＷＭ制御情報を第１通信部１９ｄにて受信する（ステップＳ１５）。そして、スレーブ電源モードの信号処理部１９は、受信したＰＷＭ制御情報に基づいて自装置のインバータ１３をＰＷＭ制御する（ステップＳ１６）。次いで、スレーブ電源モードの信号処理部１９は、自装置より下層に第２の電源装置１が接続されている場合、ステップＳ１５にて受信したＰＷＭ制御情報を、第２通信部１９ｅを介して下層の電源装置１へ送信する（ステップＳ１７）。
【００４９】
下層の第２の電源装置１の信号処理部１９は、上層の第２の電源装置１から送信されたＰＷＭ制御情報を第１通信部１９ｄにて受信する（ステップＳ１８）。スレーブ電源モードの信号処理部１９は、受信したＰＷＭ制御情報に基づいて自装置のインバータ１３をＰＷＭ制御する（ステップＳ１９）。
【００５０】
次いで、末端の第２の電源装置１の主制御部１８は、電流検出部１７にて自装置から負荷２へ出力している電流を検出する（ステップＳ２０）。主制御部１８は、検出して得た電流情報を信号処理部１９へ出力する。
【００５１】
第２の電源装置１から上方の第１の電源装置１又は第２の電源装置１へ送信される電流情報には、自装置及び自身より下層の電源装置１から負荷２へ出力される電流の平均値Ｉ（Ｔ）と、自装置及び下層に接続されている電源装置１の台数Ｋ（Ｔ）とが含まれる。当該平均値Ｉ（Ｔ）及び台数Ｋ（Ｔ）は、下記式で表される。
Ｉ（Ｔ）＝
（Ｉ（Ｔ＋１）×Ｋ（Ｔ＋１）＋Ｉｆｂ（Ｔ））／（Ｋ（Ｔ＋１）＋１）…（１）
Ｋ（Ｔ）＝Ｋ（Ｔ＋１）＋１…（２）
但し、
Ｉｆｂ（Ｔ）：自身の出力電流
Ｉ（Ｔ）：階層Ｔ以下における出力電流の平均値
Ｋ（Ｔ）：階層Ｔ以下における電源装置１の接続台数
Ｔ：階層番号
Ｎ：最下層の番号
Ｉ（Ｔ＝Ｎ＋１）＝０
Ｋ（Ｔ＝Ｎ＋１）＝０
【００５２】
末端にある電源装置１の信号処理部１９は、電源装置１の台数Ｋ（Ｔ＝Ｎ）＝１と、自装置から負荷２へ出力される電流Ｉ（Ｔ＝Ｎ）＝Ｉｆｂ（Ｔ）とを含む電流情報を、第１通信部１９ｄを介して、上層の電源装置１へ送信する（ステップＳ２１）。
【００５３】
非末端の第２の電源装置１の信号処理部１９は、末端側の電源装置１から送信された電流情報を第２通信部１９ｅにて受信する（ステップＳ２２）。第２の電源装置１の主制御部１８は、電流検出部１７にて自装置から負荷２へ出力している電流を検出する（ステップＳ２３）。主制御部１８は、検出して得た電流情報を信号処理部１９へ出力する。そして、信号処理部１９は、上記式（１）及び（２）にて、自装置と、自装置より下層の電源装置１とから出力される電流の平均値を算出する（ステップＳ２４）。そして、信号処理部１９は、自装置及び自身より下層の電源装置１から負荷２へ出力される電流の平均値Ｉ（Ｔ）と、自装置及び自身より下層に接続されている電源装置１の台数Ｋ（Ｔ）とを含む電流情報を第１通信部１９ｄを介して上層の電源装置１へ送信する（ステップＳ２５）。
【００５４】
ＰＷＭ制御情報等を送信したマスタ電源モードの信号処理部１９は、第２の電源装置１から送信される電流情報を受信する（ステップＳ２６）。そして、信号処理部１９は、第１の電源装置１の主制御部１８は、電流検出部１７にて自装置から負荷２へ出力されている電流を、電流検出部１７にて検出する（ステップＳ２７）。そして、信号処理部１９は、電流検出部１７にて検出された電流の情報と、第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅにて受信した電流情報とに基づいて、全電源装置１から負荷２へそれぞれ出力された電流の総和を算出する（ステップＳ２８）。
【００５５】
総電流Ｉｓｕｍは、下記式で表される。
Ｉｓｕｍ＝Ｉ１×Ｎ１＋Ｉ２×Ｎ２＋Ｉｆｂ…（３）
但し、
Ｉｓｕｍ：総電流
Ｉ１：第１通信部１９ｄに接続された第１の系統における平均出力電流
Ｉ２：第２通信部１９ｅに接続された第２の系統における平均出力電流
Ｎ１：第１通信部１９ｄに接続された電源装置１の接続台数
Ｎ２：第２通信部１９ｅに接続された電源装置１の接続台数
Ｉｆｂ：マスタ電源の出力電流
【００５６】
次いで、第１の電源装置１の主制御部１８は、電圧検出部１６にて自装置から負荷２へ出力されている電圧を電圧検出部１６にて検出する（ステップＳ２９）。そして、信号処理部１９は、ステップＳ２８で算出した総電流と、自装置で検出された電圧とに基づいてＰＷＭ制御情報を算出する（ステップＳ３０）。ここで算出されるＰＷＭ制御情報は、電源システム全体から負荷２へ出力される電流及び電圧に基づくものであり、電源システム全体の出力を制御することが可能な情報である。
【００５７】
そして、主制御部１８は、駆動指示信号の入力が継続しているか否かを判定する（ステップＳ３１）。駆動指示信号が入力されていないと判定した場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、信号処理部１９によるインバータ１３の制御を停止させることによって負荷２への出力を停止させ（ステップＳ３２）、処理を終える。駆動指示信号が入力されていると判定した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、主制御部１８は、処理をステップＳ１３へ戻し、負荷２への給電制御を継続する。
【００５８】
このように構成された電源システムにあっては、マスタ電源である第１の電源装置１が、スレーブ電源である第２の電源装置１から電流情報を取得し、各電源装置１の出力を制御するＰＷＭ制御情報を算出する。そして、第１の電源装置１は、算出したＰＷＭ制御情報を第２の電源装置１へ送信し、スレーブ電源である当該電源装置１は、マスタ電源側で算出されたＰＷＭ制御情報に基づいて出力を制御する。従って、本実施形態に係る電源システムにおいては、各電源装置１から負荷２へ出力される電流を安定的に制御することができる。
【００５９】
また、各電源装置１を直列接続させる構成であるため、複数の電源装置１を接続する通信ポートの数を２つに抑えることができる。
【００６０】
更に、下層の電源装置１は、下層側の平均電流及び接続台数を上層へ送信するように構成しているため、電源装置１間で通信される情報量を抑えることができ、ＰＷＭ出力制御の高速応答性が実現される。
【００６１】
更にまた、本実施形態に係る電源装置１は、操作部を操作することによって、マスタ電源及びスレーブ電源のいずれの電源としても機能させることができる。従って、電源システムを構成するマスタ電源が故障しても、スレーブ電源として機能していた電源装置１の動作モードを、マスタ電源モードに切り替えることにより、容易に電源システムを再構築することができる。
【００６２】
更にまた、本実施形態に係る電源装置１は、操作部を操作することによって、単独の電源としても機能させることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、マスタ電源である第１の電源装置１の第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅにそれぞれ複数の電源装置１を直列接続させる例を説明したが、第１通信部１９ｄ及び第２通信部１９ｅのいずれか一方に複数の電源装置１を直列的に接続するように構成しても良い。例えば、第１通信部１９ｄに２台の電源装置１を直列接続し、第２通信部１９ｅに１台の電源装置１を接続するように構成しても良い。
【００６４】
また、負荷２として、アーク溶接に係る負荷２を説明したが、アーク切断、その他の大電流を要する負荷２へ給電する電源システムとして用いても良い。
【００６５】
更にまた、本実施形態に係る電源システムは、アーク溶接機へ大電流を出力することができる。
【００６６】
更にまた、本実施形態では、絶縁トランス型スイッチング電源をＰＷＭ制御する例を説明したが、電源装置１の構成及び制御方式は特に限定されるものでは無く、公知の構成及び制御方式を用いても良い。公知の制御方式としては、パルス幅変調方式に加え、例えばパルス周波数変調方式等が挙げられる。
【００６７】
なお、実施形態では第２の電源装置１は、自装置及び下層側の電源装置１から出力される電流の平均値及び下層側の電源装置１の台数を上層側へ送信する例を説明したが、自装置及び下層側の電源装置１から出力される電流を加算し、加算して得た電流値を示す電流情報を上層側へ送信するように構成しても良い。
【００６８】
また、各電源装置１に２つの通信ポートを設ける例を説明したが、３つ以上の通信ポートを設けても良い。通信ポートの数をＳとし、Ｎ階層まで電源装置１を直列接続した場合に接続可能な電源装置１の台数は、下記式で表される。
【００６９】
【数１】
2018078751.tif 000003
【００７０】
例えばＳ＝３、Ｎ＝２の場合、接続される電源装置１の数は９台である。Ｓ＝３、Ｎ＝３の場合、接続される電源装置１の数は２１台である。
【００７１】
また、末端の電源装置１の第２通信部１９ｅには何も接続されない構成を説明したが、末端の２つの電源装置１の第２通信部１９ｅを通信部１９ｃにて接続しても良い。この場合、複数の電源装置１は環状に接続されることになる。通信線３の一部が切断されても、第１の電源装置１は、複数の第２の電源装置１の出力制御を継続することができる。
【００７２】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
１  電源装置
２  負荷
３  通信線
１ａ  正出力端子
１ｂ  負出力端子
１ｃ  制御端子
１０  操作パネル
１１  入力部
１２  整流器
１３  インバータ
１４  トランス
１５  整流平滑器
１６  電圧検出部
１７  電流検出部
１８  主制御部
１９  信号処理部
１９ａ  制御情報算出部
１９ｂ  ＰＷＭ制御部
１９ｃ  通信部
１９ｄ  第１通信部
１９ｅ  第２通信部
２０  溶接トーチ
２１  溶接ワイヤ
２２  母材
【図１】
2018078751.tif 000004
【図２】
2018078751.tif 000005
【図３】
2018078751.tif 000006
【図４】
2018078751.tif 000007
【図５】
2018078751.tif 000008
【図６】
2018078751.tif 000009