(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルストランスの一次巻線に接続されパルストランスを駆動するスイッチング素子と、前記パルストランスの二次側から順バイアス電圧をパワー半導体のゲートに印加する整流素子と、前記パルストランス二次側回路に直列接続され順バイアス期間中に逆バイアス用電圧が充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を制限するためにコンデンサに並列接続されるツェナーダイオードと、前記コンデンサの充電電圧をパワー半導体に逆バイアス電圧としてゲートＯＦＦ期間中に印加する逆バイアス用スイッチング素子を設けたパワー半導体駆動回路を有するアーク溶接機。
【請求項２】
パルストランスの一次巻線に接続されパルストランスを駆動するスイッチング素子と、前記パルストランスの二次側から順バイアス電圧をパワー半導体のゲートに印加する整流素子と、前記パルストランス二次側回路に直列接続され順バイアス期間中に逆バイアス用電圧が充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を制限するためにコンデンサに並列接続されるツェナーダイオードと、前記コンデンサの充電電圧をパワー半導体に逆バイアス電圧としてゲートＯＦＦ期間中に印加する逆バイアス用スイッチング素子を設けたパワー半導体駆動回路を有するプラズマ切断機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力制御を行うパワー半導体と駆動回路を搭載したアーク溶接機およびプラズマ切断機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アーク溶接機やプラズマ切断機では、出力制御を行うためのパワー半導体が備えられており、特に近年、機器の小型化のために、従来のバイポーラ型トランジスタに代わりＩＧＢＴやＭＯＳ  ＦＥＴ等の高速スイッチング用のパワー半導体を用いたインバータ制御方式が主流となっている。
【０００３】
これらＩＧＢＴやＭＯＳ  ＦＥＴを出力制御に使用する溶接機や切断機では、ＩＧＢＴやＭＯＳ  ＦＥＴが電圧駆動型スイッチング素子であるためゲート駆動の平均電力も小さくて良いため、パルストランスを用いた駆動回路が備えられていることが多い。
【０００４】
バイポーラ型トランジスタ用の駆動回路が各々の駆動回路ごとに独立した電源回路が必要であるのに対して、パルストランス方式の駆動回路ではゲート駆動用の信号伝達と電力電送をパルストランスが兼ねているため、独立した電源は不要であり回路の簡素化が図れる。
【０００５】
パルストランス方式の駆動回路は広く実用化されており、駆動ＯＦＦ信号時の逆バイアス用電圧回路を備えた駆動回路等が提案されている。
【０００６】
以下、従来のパルストランス方式駆動回路を備えた溶接機について、図面２を参照しながら説明する。
【０００７】
溶接機や切断機は、通常、数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度のインバータ周波数にてＩＧＢＴやＭＯＳ  ＦＥＴ等のパワー半導体の導通幅を制御することにより、定電流特性や定電圧特性を得ている。このパワー半導体の駆動回路部分を抜き出したものが図面２に示す構成である。
【０００８】
図２において、１は駆動信号発生回路、２はパルストランス駆動用スイッチング素子、３は二次側に逆バイアス用の中間端子を有するパルストランス、４はパワー半導体にゲート駆動用順バイアス電圧を与える整流素子、５はゲート抵抗、６はパワー半導体に逆バイアス電圧を与えるスイッチング素子、７は逆バイアス用電圧源となるコンデンサ、８はコンデンサ７に逆バイアス電圧を充電するための整流素子、９は逆バイアス電圧充電用制限抵抗、１０および１１はスイッチング素子６を駆動信号ＯＦＦ期間中に導通させるためのパルストランス逆起電圧回生回路を構成するもので、１０は整流素子、１１は抵抗、１２は溶接機やプラズマ切断機の出力制御を行うためのパワー半導体である。
【０００９】
以上のように構成されたパワー半導体用駆動回路について、その動作を以下に説明する。
【００１０】
駆動信号発生回路１から出力されたＯＮ信号により、パルストランス駆動用スイッチング素子２がパルストランス３の一次巻線に駆動電圧を印加する。駆動信号ＯＮ期間中は、パルストランス３の二次巻線にはパワー半導体に供給される順バイアス電圧が誘起されており、この順バイアス電圧がゲート抵抗５と整流素子４およびコンデンサ７を通してパワー半導体１２のゲートに印加されパワー半導体１２が導通する。また、この時、パルストランス二次巻線の逆バイアス充電用中間端子から制限抵抗９、整流素子８を通してコンデンサ７に逆バイアス用の電圧が充電される。
【００１１】
駆動信号発生回路１からＯＦＦ信号が出力されるとスイッチング素子２がＯＦＦし、パルストランス一次巻線への電圧は解除され、パルストランス二次巻線には逆起電圧が誘起される。この逆起電圧は抵抗１１、整流素子１０を通して回生され、この時、スイッチング素子６は導通し、コンデンサ７に充電された電圧をパワー半導体１２のゲートに逆バイアス電圧として供給する。これにより、パワー半導体１２はゲートに蓄積された電荷をより急速に放電しＯＦＦ速度を上げることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の駆動回路では、逆バイアス用の二次側中間端子を備えたパルストランスを使用する必要があり、パルストランスを専用設計品とせねばならず、また、回路構成も複雑になるという問題点を有していた。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有する駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる駆動回路を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の本発明は、アーク溶接機において、パルストランスの一次巻線に接続されパルストランスを駆動するスイッチング素子と、前記パルストランスの二次側から順バイアス電圧をパワー半導体のゲートに印加する整流素子と、前記パルストランス二次側回路に直列接続され順バイアス期間中に逆バイアス用電圧が充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を制限するためにコンデンサに並列接続されるツェナーダイオードと、前記コンデンサの充電電圧をパワー半導体に逆バイアス電圧としてゲートＯＦＦ期間中に印加する逆バイアス用スイッチング素子を設けたパワー半導体駆動回路を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の本発明は、プラズマ切断機において、請求項１に記載するパワー半導体駆動回路を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明と請求項２に記載の発明は、同一構成のパワー半導体駆動回路を請求項１ではアーク溶接機に搭載した構成、請求項２ではプラズマ切断機に搭載した構成であり、ともに同様の作用を奏するため、本発明の実施の形態の説明はアーク溶接機について行う。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を示すアーク溶接機について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態におけるアーク溶接機のパワー半導体駆動回路構成を示す回路図である。
【００１９】
図１において、１は駆動信号発生回路、２はパルストランス駆動用スイッチング素子、１３は二次巻線に中間端子を備えないパルストランス、４はパワー半導体にゲート駆動用順バイアス電圧を与える整流素子、５はゲート抵抗、６はパワー半導体に逆バイアス電圧を与えるスイッチング素子、７は逆バイアス用電圧源となるコンデンサ、１４はコンデンサ７に充電される逆バイアス電圧値を決定するツェナーダイオード、１０および１１はスイッチング素子６を駆動信号ＯＦＦ期間中に導通させるためのパルストランス逆起電圧回生回路を構成し、１０は整流素子、１１は抵抗、１２は溶接機やプラズマ切断機の出力制御を行うためのパワー半導体である。
【００２０】
以上のように構成されたパワー半導体用駆動回路について、その動作を以下に説明する。
【００２１】
駆動信号発生回路１から出力されたＯＮ信号により、パルストランス駆動用スイッチング素子２がパルストランス３の一次巻線に駆動電圧を印加する。駆動信号ＯＮ期間中は、パルストランス３の二次巻線にはパワー半導体に供給される順バイアス電圧が誘起されており、この順バイアス電圧がゲート抵抗５と整流素子４およびコンデンサ７を通してパワー半導体１２のゲートに印加されパワー半導体１２が導通する。また、この時、順バイアスによるバイアス電流によりコンデンサ７に逆バイアス用の電圧が充電され、この充電電圧はツェナーダイオード１４によって決まる電圧レベルにクランプされる。
【００２２】
駆動信号発生回路１からＯＦＦ信号が出力されるとスイッチング素子２がＯＦＦし、パルストランス一次巻線への電圧は解除され、パルストランス二次巻線には逆起電圧が誘起される。この逆起電圧は抵抗１１、整流素子１０を通して回生され、この時、スイッチング素子６は導通し、コンデンサ７に充電された電圧をパワー半導体１２のゲートに逆バイアス電圧として供給する。これにより、パワー半導体１２はゲートに蓄積された電荷をより急速に放電しＯＦＦ速度を上げることができる。
【００２３】
すなわち、本構成を用いれば、溶接機や切断機において、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる。
【００２４】
なお、上述した逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を用いることによって、プラズマ切断機においても同様の作用・効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アーク溶接機において、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる。
【００２６】
また、プラズマ切断機において、二次側巻線に中間端子を備えない一般的なパルストランスを用いて、逆バイアス回路を有するパワー半導体駆動回路を構成すると共に、回路の簡素化も実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるアーク溶接機用パワー半導体駆動回路構成を示す回路図
【図２】従来の溶接機用パワー半導体駆動回路構成を示す回路図
【符号の説明】
１    駆動信号発生回路
２    パルストランス駆動用スイッチング素子
３    二次側に逆バイアス用の中間端子を有するパルストランス
４    整流素子
５    ゲート抵抗
６    逆バイアス用スイッチング素子
７    逆バイアス用電圧源となるコンデンサ
８    整流素子
９    制限抵抗
１０  整流素子
１１  抵抗
１２  パワー半導体
１３  二次巻線に中間端子を備えないパルストランス
１４  逆バイアス電圧値を決定するツェナーダイオード
【図１】
0004006920.tif 000002
【図２】
0004006920.tif 000003