(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センタータップ付の少なくとも１つの変圧器（Ｔ）と、第１出力端子（１２）と第２出力端子（１３）との間に発生する回路装置（８）の出力電圧（ＵＡ）を測定するための測定装置（１４）とを有する当該回路装置であって、
前記変圧器の２次側の中心点（Ｍ）が、第１出力線（１０）を介して第１出力端子（１２）に接続されていて、前記変圧器（Ｔ）の前記２次側の一方の１つの外部端子（Ａ１）が、一方の１つの電気スイッチング素子（Ｓ２）を介して第２出力端子（１３）を有する第２出力線（１１）に接続されていて、前記変圧器（Ｔ）の前記２次側の他方の１つの外部端子（Ａ２）が、他方の１つの電気スイッチング素子（Ｓ１）を介して前記第２出力端子（１３）を有する前記第２出力線（１１）に接続されていて、
直列に接続された少なくとも２つの抵抗（Ｒ３，Ｒ４）が、測定点（Ｐ）を当該両抵抗（Ｒ３，Ｒ４）間に形成するために、前記変圧器（Ｔ）の前記２次側の前記２つの外部端子（Ａ１，Ａ２）間に接続されている当該回路装置において、
前記出力電圧（ＵＡ）に対応する、測定点（Ｐ）と第２出力端子（１３）との間の電圧（ＵＰ）を測定する電圧計（Ｖ）が設けられていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記電気スイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）と前記２つの抵抗（Ｒ３，Ｒ４）とが、少なくとも１つの回路基板（３）上に、特に１つのプリント回路基板上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記電気スイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）と前記２つの抵抗（Ｒ３，Ｒ４）とが、共通の１つの回路基板（３）上に、特に共通の１つのプリント回路基板上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項４】
少なくとも１つの別の抵抗（Ｒ２）が、測定点（Ｐ）と前記第２出力端子（１３）との間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項５】
共振回路と請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路装置（８）とを有する共振形コンバータ。
【請求項６】
それぞれ少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）が、前記電気スイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の共振形コンバータ。
【請求項７】
中心点（Ｍ）に接続されている第１出力端子（１２）とそれぞれ１つの電気スイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）を介して変圧器（Ｔ）の２次側の２つの外部端子（Ａ１，Ａ２）に接続されている第２出力端子（１３）との間の出力電圧（ＵＡ）を測定するための方法であって、
直列に接続された少なくとも２つの抵抗（Ｒ３，Ｒ４）間の測定点（Ｐ）が、当該両端子（Ａ１，Ａ２）間に形成される当該方法において、
前記出力電圧（ＵＡ）に対応する、測定点（Ｐ）と第２出力端子（１３）との間の電圧（ＵＰ）が測定されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センタータップ付きの少なくとも１つの変圧器を有する回路装置に関する。この場合、当該変圧器の２次側の中心点が、第１出力線を介して第１出力端子に接続されていて、当該変圧器の２次側の２つの外部端子が、それぞれ１つの電気スイッチング素子を介して接続されていて、第２出力端子を有する第２出力線に接続されていて、当該第１出力端子と当該第２出力端子との間に発生する当該回路装置の出力電圧を測定するために電圧計に接続されている。この場合、直列に接続された少なくとも２つの抵抗が、１つの測定点を当該両抵抗間に形成するために、当該変圧器の当該２次側の当該両外部端子間に接続されている。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ、スイッチングコンバータ、共振形スイッチングコンバータ等のような整流器では、多くの場合に、２次側のセンタータップ付きの変圧器が使用される。当該整流器に対する一例は、図１に示されているような周知の共振形コンバータとしての整流器１である。当該共振形コンバータの場合、共振回路が、インダクタＬＲとコンデンサＣＲと当該変圧器の２次側とによって構成される。当該共振形コンバータは、入力部ＵＥにパルスパターンを印加されることによって共振される。当該パルスパターンは、例えば（図１に示されていない）周知のスイッチング装置とＰＷＭ制御装置とによって実現され得る。当該共振は、変圧器Ｔを介して伝達され、その２次側で整流される。
【０００３】
このような整流器１の出力電圧ＵＡを調整するためには、一般に、出力電圧ＵＡの測定が必要である。特に、例えば溶接電源の場合のような高い出力電力クラスに適応させる場合、大きい電流が、２次側で通電する。整流器１の２次側の複数の回路部品が、通常は、例えば（図２中のような）プリント回路基板等のような回路基板３上に配置されている。しかし、これらの回路部品は、（特に非常に大きい電流又は電圧の場合は）銅線によって接続されてもよい。当該非常に大きい電流又は電圧の場合に、回路基板３の大きい銅断面積を必要とするであろう当該回路基板３を経由させないで、整流器１の通電用の正の出力線２を配線する必要がある場合、図２に示されているように、当該正の出力線２は、通常は、独立した導線として外側に配線され、電圧計４が出力電圧ＵＡを測定するために実装されている回路基板３を経由させないで配線される。しかし、当該配線は、正の出力線２を追加の接続線５経由で回路基板３に接続することを必要とさせる。このため、コネクタ６が、回路基板３に配置される。接続線５が、このコネクタ６に接続される。しかし、当該追加の接続線５及び回路基板３の当該コネクタ６は、当該電気モジュールの経費も当然に増大させる。当該経費の増大は、銅線を使用する場合にも同様に当てはまる。何故なら、この場合にも、２つの出力端子間の電圧を測定する従来の技術にしたがって、接続線５が、正の出力線２を当該電圧計に接続するために必要であるからである。
【０００４】
しかも、接続線５が、経時と共に剥離し得り、又は、組み立て時に、接続線５を回路基板３又は正の出力線２に接続したことが完全に忘却され得る。一般に、両者は、稼働用の出力電圧ＵＡの測定値を必要とする、調整される整流器１の故障を引き起こす。特に、接続線５の断絶時に、ダイオードＤ１，Ｄ２を破壊し得る過電圧が、当該ダイオードＤ１，Ｄ２に印加し得る。それ故に、誤差原因を構成するこの追加の接続線５を省略することが望ましい。
【０００５】
米国特許出願公開第４，１６４，０１６号明細書は、センタータップ付きの変圧器を示す。当該変圧器の場合、測定点が、２つの抵抗によって、２次側の外部端子と外部端子との間に提供される。当該測定点と当該中心点との間の電圧が測定される。このため、当該中心点へ向かう接続線がさらに必要になる。
【０００６】
当該従来の技術の問題が、センタータップ付きの変圧器を有する共振形コンバータとしての整流器の具体例に基づいて説明されているものの、このことは、一般に、２次側の出力電圧がセンタータップで測定される当該センタータップ付きの変圧器を有するあらゆる回路装置に対して成立する。センタータップ付きの変圧器は、例えば全波整流器又は同期整流器でも使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第４，１６４，０１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故に、本発明の課題は、回路技術的な経費を増大させることなしに、２次側の出力電圧の簡単で且つ確実な電圧測定を可能にする、センタータップ付きの変圧器を有する回路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】
本発明によれば、この課題は、出力電圧に相当する測定点と第２出力端子との間の電圧を測定する電圧計が設けられていることによって解決される。測定点が、直列に接続された２つの抵抗によって提供される。当該出力電圧に対応する電圧が、当該第２出力端子に対向する当該測定点に印加される。したがって、当該出力電圧に対応する電圧、すなわち出力電圧を簡単に測定できるようにするためには、当該両抵抗が配置されるだけでよい。第１出力端子と回路基板との間又は第１出力端子と電圧計との間の接続線は、もはや必要でない。
【００１０】
好適な構成では、電気回路部品と２つの抵抗とが、少なくとも１つの回路基板、特にプリント回路基板上に配置されている。このとき、第１出力線を回路基板に接続するために、例えば接続コネクタとして、安全対策を当該回路基板で講じる必要がなくなる。その結果、回路技術的な経費が減少する。
【００１１】
少なくとも１つの別の抵抗が、測定点と第２出力端子との間に接続されている場合、電圧計の入力側の電圧範囲が、構成されている分圧器に起因して減少され得る。すなわち、当該電圧計は、より小さい測定電圧に有益に仕様設計され得る。
【００１２】
本発明の回路装置は、特に好ましくは共振回路を有する共振形コンバータの場合に、特に溶接電源として使用される。何故なら、溶接電源では、出力電圧の測定が当該出力電圧を調整するために重要であるからである。
【００１３】
しかし、出力側の付加回路７（図３）を有する共振形コンバータの調整が有益であるように、無負荷運転中の（すなわち、接続されている負荷なしの）出力電圧ＵＡが、ＣＰによって構成された共振回路に起因して増大するという特性を、例えば直並列共振形コンバータのような特定の共振形コンバータが有する。特に溶接電源の場合、無負荷運転中でも、特定の電圧ＵＡを維持することが望ましい。このため、当該共振形コンバータは、その無負荷運転中にパルス動作される。このため、電圧パルスが、所定の期間に当該共振形コンバータの入力部ＵＥに印加される。当該共振形コンバータによって生成された共振が、２次側のコンデンサＣ３をダイオードＤ３によって充電する。当該コンデンサＣ３は、電圧パルスが印加されない期間中に抵抗Ｒ１によって放電される。それ故に、平均出力電圧ＵＡが、当該共振形コンバータの出力部に発生する。当該平均出力電圧ＵＡは、入力部の電圧パルスを希望するレベルに保持することによって維持され得る。当該共振形コンバータの通常動作では、当該付加回路７は影響を及ぼさない。それにもかかわらず、コンデンサＣ３は、最大出力電圧ＵＡと最大パルス周波数とに仕様設計される必要があり、それ故にこれに応じて大きく寸法決めする必要がある。その結果、相当するスペースが、回路基板３上に必要になる。しかし、この回路も、この付加回路７が配置されている回路基板３に正の出力線２を接続するために、当然に接続線５を必要とする。接続線５が省略されても、それにもかかわらず、当該共振形コンバータの無負荷運転中の出力電圧ＵＡが、希望する電圧レベルに調整され得ることが保証されなければならない。
【００１４】
それ故に、本発明の別の課題は、共振形コンバータの無負荷運転中の出力電圧が、本発明の回路装置によって、上記の回路技術的な問題を回避しつつ、簡単な付加回路を用いて、希望する値に希望する値に調整又は設定され得ることを保証することである。
【００１５】
本発明によれば、この別の課題は、それぞれ１つのコンデンサが、２次側の複数の電気回路部品に対して並列に接続されていることによって、共振形コンバータに対して解決される。この場合、当該複数のコンデンサは、通常動作中に（すなわち、接続されている負荷を有する動作中に）専ら半周期ごとに電流を通電し、それ故に従来の技術による回路のときよりも遥かに小さく寸法決めされ得る。したがって、配置し得る回路基板も、より小さく構成され得、従来は必要であった第１出力端子と当該回路基板との間の接続線が省略され得る。
【００１６】
以下に、本発明を、例示的で、概略的で且つ非限定的な本発明の好適な構成を示す図１〜７を参照して詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の技術による一般的な共振型コンバータを示す。
【図２】センタータップ付き変圧器に接続された従来の技術において一般的な電圧計を示す。
【図３】無負荷運転中の直並列共振形コンバータの出力電圧を調整するための従来の技術において一般的な付加回路を示す。
【図４】センタータップ付き変圧器と本発明の出力電圧を測定する電圧計とを有する回路装置を示す。
【図５】無負荷運転の電圧を調整するための本発明の２次側回路を有する直並列共振形コンバータを示す。
【図６】無負荷運転中に直並列共振形コンバータで発生する電圧経時変化を示す。
【図７】電圧を測定するための本発明の測定装置と、無負荷運転中に出力電圧を調整するための２次側回路とを有する直並列共振形コンバータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図４は、２次側のセンタータップ付の変圧器Ｔを有する回路装置を示す。少なくとも３つの端子である中心点Ｍ用の１つの端子と２次側の巻線の端部の２つの端子とが、当該センタータップ付の変圧器Ｔの２次側に存在する。これらの端子は、外部端子Ａ１，Ａ２と呼ばれる。
【００１９】
しかし、留意すべきは、一般に、（図５に示されているように）２次側の巻線と１次側の巻線とがそれぞれ直列に接続されている、共通のコアを有する２つ以上の変圧器巻線の使用も、本発明で意図するセンタータップ付の変圧器と解釈される。この場合、並列に接続された複数の１次巻線と直列に接続された複数の２次巻線とを有する独立した複数の変圧器も属されている。このとき、直列に接続された２つの巻線間の電気接続部分が、中心点Ｍに相当する。第１出力線１０が、この中心点Ｍに接続され得る。
【００２０】
２次側の中心点Ｍは、第１出力端子１２、ここでは正極として、第１出力線１０、ここでは正の出力線を介して外部に向かって配線されている。しかしながら、この場合は、当該出力線１０は、例えばプリント回路基板のような回路基板３を経由して配線されるのではなくて、導線として外部に向かって直接に配線される。当該両外部端子又は直列に接続されていない２次側の端子Ａ１，Ａ２はそれぞれ、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の第１端子に向かって周知の方法で配線されている。これらのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの第２端子が、互いに接続されていて、整流器の第２出力端子１３、ここでは負極を構成する。当該第２出力端子１３、ここでは負極は、第２出力線、ここでは負の出力線によって外部に向かって配線されている。
【００２１】
ダイオード式の受動スイッチング素子が、電気スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２として使用される場合、周知の全波整流器が得られる。能動スイッチング素子、例えば半導体スイッチ、例えばＭＯＳＦＥＴが、電気スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２として使用される場合、周知の同期整流器が得られる。全波整流器及び同期整流器の機能は、十分に周知であり、本発明にとって重要でないので、ここではこれらの整流器を詳しく説明しない。
【００２２】
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、回路基板３上に従来の方法で配置されている。明らかに、当該回路基板３は分離して構成されてもよい。特に能動スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の場合は、大抵は、能動スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を有するパワーユニットが、独立した回路基板３上に配置される。出力電圧ＵＡを測定するための電気測定装置１４が、電圧を測定するための回路基板３上に配置されている。しかし、２次側のこれらのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、銅線によって互いに接続されてもよい。回路基板３と銅線との組み合わせとしての２次側の回路装置も考えられる。例えば、当該出力電圧ＵＡを測定するための測定装置１４が、回路基板３上に配置され、残りのスイッチング素子が、銅線によって接続されてもよい。
【００２３】
当該出力電圧ＵＡを測定するためのこの測定装置１４は、主に、変圧器Ｔの２次側の２つの外部端子Ａ１，Ａ２間に直列に接続されている２つの抵抗Ｒ３，Ｒ４から成る。これにより、測定点Ｐが、当該両抵抗Ｒ３，Ｒ４間に形成される。中心点Ｍに印加する出力電圧ＵＡに対応する電圧ＵＰが、第２出力端子１３に対向するこの測定点Ｐで発生する。この測定点Ｐのこの電圧ＵＰは、任意の電圧計Ｖによって測定され得、アナログ又はデジタルの測定値ＭＷとして提供され得る。例えば、当該電圧計は、演算増幅器を有する増幅回路として構成され得る。この場合、この増幅回路の出力が、アナログ・デジタル変換器内でデジタル化され、デジタル測定値ＭＷとして外部に出力されている。
【００２４】
両抵抗Ｒ３，Ｒ４が等しい場合、測定点Ｐの電圧ＵＰは、中心点Ｍの出力電圧ＵＡ、すなわち図示された実施の形態では第１出力端子１２の電圧に一致する。抵抗Ｒ３，Ｒ４が等しくない場合、抵抗Ｒ３，Ｒ４の比に相当する電圧が発生する。したがって、双方の場合には、図４に示されているように、第２出力端子１３に対する測定点Ｐの電圧ＵＰが測定されることによって、出力電圧ＵＡが、測定点Ｐで測定され得る。
【００２５】
測定点Ｐの電圧ＵＰは直接に測定され得るが、分圧器による測定も考えられる。当該分圧器による測定は、減少した入力範囲を有する電圧計Ｖの使用を可能にする。これにより、回路技術的な簡略化が達成可能である。このため、図４に示されているように、分圧器が、追加の抵抗Ｒ２によって測定点Ｐと第２出力端子１３との間に構成され得る。この場合、当該Ｒ２は、測定点Ｐの抵抗Ｒ３，Ｒ４と協働して電圧ＵＰの対応する減少を引き起こす。しかし、当該電圧ＵＰは、依然として出力電圧ＵＡに比例する。電圧計Ｖが、さらに一層小さい入力電圧を必要とする場合、当該電圧計Ｖをその入力電圧範囲に適合させるため、周知の方法で、抵抗Ｒ２が、適切な比で２つの抵抗に分割され得る。
【００２６】
したがって、出力電圧ＵＡの電圧測定用の本発明の測定装置１４を用いることで、第１出力線１０を回路基板３経由で配線すること、又は、従来の技術のように、第１出力端子１０を、追加の接続線５を介して回路基板３又は電圧計Ｖに接続することがもはや必要でない。
【００２７】
図５は、インダクタＬＲと共振コンデンサＣＲと変圧器Ｔの１次側とから成る１次側の直列共振回路と、共振コンデンサＣＰと変圧器Ｔの２次側と当該２次側の（電気スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２としてダイオードＤ１，Ｄ２を有する）全波整流器とから成る２次側の並列共振回路とを有する直並列共振形コンバータとしての整流器１を示す。この場合、当該１次側が、完全に図示されていない。特に、図示された入力電圧ＵＥを生成するための、それ自体周知の電気回路が図示されていない。しかし、明らかに、当該１次側の共振回路は、知られているように、共振コンデンサＣＲが例えば変圧器Ｔの１次側に対して並列に接続されている並列共振回路として構成されてもよい。また、当該共振回路は、周知の方法で、当該２次側と違うように構成されてもよく、又は全く構成されなくてもよい。また、当然に、ダイオードＤ１，Ｄ２が、逆極性にされてもよく、又は異なる電気スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と置換されてもよい。
【００２８】
出力電圧ＵＡを無負荷運転中に希望する値に保持するため、それぞれ少なくとも１つのコンデンサＣ１，Ｃ２が、電気スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、ここではダイオードＤ１，Ｄ２に対して並列に接続される。したがって、関連する上記の全ての利点と共に、無負荷電圧を調整するための２次側回路１５に対しても、第１出力線１０と回路基板３との間の独立した接続部分が不要であるという効果がさらに得られる。
【００２９】
望ましい出力電圧ＵＡが、無負荷運転中に共振形コンバータ１で保持されなければならない。このため、１次側の共振回路を起動させる電圧インパルスＵＥが、所定の期間ｔ１に変圧器Ｔの１次側に印加される。当該起動は、変圧器Ｔの２次側の共振を引き起こす。コンデンサＣ１，Ｃ２に印加する電圧も、無負荷運転中に出力電圧ＵＡのレベルを中心にして共振する。これにより、コンデンサＣ１，Ｃ２が、当該起動中に１次側で期間ｔ１内に充電される。また、当該充電は、出力電圧ＵＡの当該無負荷運転の電圧を増大させる。その後に、当該１次側の起動が、第２期間ｔ２に遮断される。当該コンデンサＣ１，Ｃ２が、この期間内に放電する。このため、図５に示されているように、放電抵抗Ｒ５，Ｒ６が設けられてもよい。放電抵抗Ｒ５，Ｒ６がなくても、当該コンデンサＣ１，Ｃ２は、それらの自己放電特性にしたがって放電する。（図７に示されているように）２次側回路１５が、出力電圧ＵＡを測定するための測定装置１４と一緒に実装されている場合、当該測定装置１４の抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が、同時に放電抵抗として使用される。出力部の当該無負荷運転の電圧ＵＡが、当該コンデンサＣ１，Ｃ２の放電中に低下する。したがって、平均出力電圧ＵＡが、当該無負荷運転中に当該出力部で発生する。したがって、当該出力電圧ＵＡは、電圧インパルスＵＥとパルス周波数と期間ｔ１，ｔ２とを希望する値に設定することによって保持され得る。（接続されている負荷を有する）通常動作中には、この２次側回路１５は影響を及ぼさない。例えば、無負荷運転中に直並列共振形コンバータで発生する電圧経時変化が、図６に概略的に示されている。
【００３０】
この場合、２次側回路１５の両コンデンサＣ１，Ｃ２は、従来の技術による既存の回路（図３）におけるコンデンサＣ３よりも小さく寸法決めされ得る。したがって、回路基板３上のスペースも節減され得る。しかも、回路基板３の熱負荷も削減され得る。その結果、回路基板３も縮小され得る。
【００３１】
しかし、当該より小さい静電容量値Ｃ１，Ｃ２は、無負荷運転中の出力電圧ＵＡをより速く低下させることも引き起こす。このことは、特に溶接電源での使用に対して有益である。何故なら、これにより、発生し得る最大電圧が、溶接の終了後により速く低下するからである。
【００３２】
電圧を測定するための測定装置１４と、無負荷運転中の出力電圧ＵＡを調整するための２次側回路１５とは、全波整流器を有する共振形コンバータ１に基づいて図７に示されているように、当然に、組み合わせられてもよい。このような組み合わせは、非常に有益である。何故なら、無負荷運転中の出力電圧ＵＡ（無負荷運転電圧）も、当該出力電圧ＵＡに対応する測定点Ｐの電圧ＵＰを測定することによって希望する値に調整され得るか、又は、当該無負荷運転電圧の希望する値が保証され得るからである。
【符号の説明】
【００３３】
１    整流器
２    正の出力線
３    回路基板
４    電圧計
５    接続線
６    コネクタ
７    付加回路
８    回路装置
１０  第１出力線
１１  第２出力線
１２  第１出力端子
１３  第２出力端子
１４  電気測定装置
１５  ２次側回路
Ｔ    変圧器
Ａ１  外部端子
Ａ２  外部端子
Ｍ    中心点
Ｓ１  電気スイッチング素子
Ｓ２  電気スイッチング素子
Ｒ２  抵抗
Ｒ３  抵抗
Ｒ４  抵抗
Ｒ５  放電抵抗
Ｒ６  放電抵抗
Ｖ    電圧計
ＭＷ  測定値
Ｐ    測定点
ＵＰ  測定点の電圧
ＬＲ  インダクタ
ＣＲ  共振コンデンサ
ＣＰ  共振コンデンサ
Ｃ１  コンデンサ
Ｃ２  コンデンサ
Ｃ３  コンデンサ
Ｄ１  ダイオード
Ｄ２  ダイオード
Ｄ３  ダイオード
ＵＥ  入力部、電圧インパルス
ＵＡ  出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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