专利名称：用作应用电弧设备的电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于像电弧焊机、电弧切割机和弧光放电灯之类应用电弧设备的一种电源装置，而更详细地涉及能够根据二个不同数值电压中的任何一个数值电压运作的上述电源装置。
背景技术：
装配用于应用电弧设备的常规小尺寸、轻型的电源装置以便通过输入整流器把施加到电源装置的AC输入电压转变到DC电压。然后把作为结果而产生的DC电压通过输入变频器转换成高频电压。然后通过高频变压器使高频电压变压成具有所希望数值的电压。使变压的高频电压通过输出整流器变回到能够对负载施加DC电压的DC电压。JapanesePatent Application Publican No.HEI 05-277731A公开基于上述电源基本原理装配、能够根据较高和较低二个AC输入电压中的任一个AC输入电压操作的应用电弧设备的电源装置实例。
Japanese Patent Application Publication No.HEI 05-277731A所公开的电源装置提供有一对变频器。为了把例如400V的较高AC输入电压施加到电源装置的输入端，在输入整流器的输出端内串联连接二个变频器。如果使用例如200V的较低AC输入电压，则在输入整流器的输出端内使二个变频器互相并联连接。为了防止正在施加于串联连接时的各个变频器时候的输入电压不相等，为在每个变频器的输出端内连接的高频变压器设置第三级线圈。此外，用二极管电桥来使在每组第三级线圈中感生的高频电压变换成反馈到变频器输入侧的DC电压。更准确地说，由在第一高频变压器中的第三级线圈内感生的高频电压产生的DC电压被反馈到与第二高频变压器联结的变频器输入端，而由在第二高频变压器中的第三级线圈内感生的高频电压产生的DC电压被反馈到与第一高频变压器联结的变频器输入端。
在上述日本专利发布中公开的电源装置在高频变压器内需要第三级线圈，并且需要与各组第三级线圈联结的二极管电桥，这妨碍减小这种类型电源装置的尺寸和重量。
发明内容
本发明的目的是为了提供在尺寸上既能小在重量上又能轻的一种应用电弧设备的电源装置。
根据本发明第一实施例，用作应用电弧设备的电源装置包括用于使施加于电源装置的输入端的较高和较低二个AC输入电压中的任一个AC输入电压整流的整流器。第一和第二变频器连接在输入整流器的输出内。高频变压器连接在第一和第二变频器中的每个变频器的输出内。输出整流器连接在每个高频变压器的输出内。开关电路在二个AC输入电压中的较高AC输入电压施加于输入整流器时起在输入整流器输出端之间使第一和第二变频器互相串联连接的作用，而在二个AC输入电压中的较低AC输入电压施加于输入整流器时起在输入整流器输出端之间使第一和第二变频器并联连接的作用。在开关电路为输入整流器的输出端之间串联连接第一和第二变频器而运作时电压平衡控制装置起抑制正在施加于第一和第二变频器时候的输入电压之间失衡作用。
电压平衡控制装置可以包括在第一变频器的输入端之间并联连接的第一电容器和在第二变频器的输入端之间并联连接的第二电容器。第一半导体开关器件的第一导电路径与第一电容器并联连接。第一半导体开关器件具有用于控制第一导电路径导通状态的第一控制电极。第二半导体开关器件的第二导电路径与第二电容器并联连接。第二半导体开关器件具有用于控制第二导电路径导通状态的第二控制电极。使第一驱动电路与用于改变第一导电路径导通状态的第一控制电极连接。使第二驱动电路与用于改变第二导电路径导通状态的第二控制电极连接。使控制电路连接在引出具有一半输入整流器输出电压幅度的电压的节点和串联连接的第一和第二电容器的连接点之间。控制电路对第一和第二变频器检测在输入电压之间的失衡，并且根据在输入电压中所检测的失衡量控制第一和第二驱动电路。
为了使第一驱动电路在对第一变频器的输入电压高于对第二变频器的输入电压时使第一半导体开关器件变成导通的，和使第二驱动电路在对第二变频器的输入电压高于对第一变频器的输入电压时使第二半导体开关器件变成导通的，而可以安装控制电路。
并且第一和第二驱动电路可以分别包括第一和第二光耦合器的光接收器件。在控制电路内包括第一和第二光耦合器的光发射器件。
第一光耦合器的光接收器件具有根据第一光耦合器中的发光器件发射的光量能变化的电阻，并且根据第一光耦合器中的光接收器件的可变电阻改变第一半导体开关器件的导电性。在这样的情况下，在对第一变频器的输入电压高于对第二变频器的输入电压时第一光耦合器的光发射器件发射光。第二光耦合器的光接收器件具有根据第二光耦合器中的发光器件发射的光量能变化的电阻，并且根据第二光耦合器中的光接收器件的可变电阻改变第二半导体开关器件的导电性。在对第二变频器的输入电压高于对第一变频器的输入电压时第二光耦合器的光发射器件发射光。
第一和第二半导体器件可以分别是第一和第二变频器的部件。
根据本发明第二实施例，用作应用电弧设备的电源装置包括用于使施加于其输入的AC电压整流的输入整流器。在输入整流器的输出端之间串联连接第一和第二变频器。使高频变压器与第一和第二变频器中的每个变频器的输出连接，并且使输出整流器与每个高频变压器的输出连接。电压平衡控制装置为抑止施加于第一和第二变频器的输入电压之间失衡而运作。电压平衡控制装置包括二个具有在输入整流器的输出端之间串联连接的相同电阻的电阻器。第一电容器连接在第一变频器的输入端之间，而第二电容器连接在第二变频器的输入端之间。第一半导体开关器件与第一电容器并联连接，而第二半导体开关器件与第二电容器并联连接。设置各具有光发射器件和光接收器件的第一和第二光耦合器。第一光耦合器中的光发射器件连接接在两个电阻器的连接点与第一和第二电容器的连接点之间，并且在第一电容器两端之间的电压高于在第二电容器两端之间的电压时发光。第二光耦合器中的光发射器件连接在两个电阻器的连接点与第一和第二电容器的连接点之间，并且在第二电容器两端之间的电压高于在第一电容器两端之间的电压时发光。第一耦合器的光接收器与第一半导体开关器连接成在第一耦合器中的光发射器件发射光时使第一半导体开关器件变成导通的。第二耦合器的光接收器件与第二半导体开关器件连接成在第二耦合器中的光发射器件发射光时使第二半导体开关器件变成导通的。
第一和第二半导体开关器件可以分别是第一和第二变频器中的部件。
图1是根据本发明的电源装置方框电路图。
图2是表示在图1所示的电源装置中使用的输出控制单元的细节的电路图。
图3是表示图2所示的输出控制单元的一种变更的电路图。
具体实施例方式
图1中表示在应用电弧设备方面使用的一种根据本发明一个实施例的电源装置，而该电源装置包括把施加于AC输入端1的AC输入电压转变成DC电压的输入整流器2。在输入整流器2的输出侧经由在下文更详细描述的开关单元20连接变频器3和4(inverter)。在变频器3和4中的每个变频器内把来自输入整流器2的DC电压转变成高频电压。在高频变压器5和6中把来自变频器3和4的高频电压分别变压到具有预定数值的电压。通过应用于负载(未表示出)的输出整流器7和8使高频电压整流。
把两个不同数值的AC电压中选择的一个AC电压施加于AC输入端1。两个AC输入电压中的第一AC输入电压例如是大约200V的较低电压，而第二电压例如是大约400V的较高电压。当把较低电压施加于输入端1时，开关单元20使变频器3和4在输入整流器2的输出端之间互相并联连接。当把较高电压施加于输入端1时，开关单元20使变频器3和4在输入整流器2的输出端之间互相串联连接。
根据由驱动信号发生器50施加于变频器3和4的控制信号来控制变频器3和4，驱动信号发生器50响应从输出控制单元52向其施加的信号而产生控制信号。输出控制单元52检测施加于负载(未表示出)的电压和使驱动信号发生器50产生例如使施加于负载的电压具有预定值之类的控制信号。换句话说，为了检测输送到负载的电流和使驱动信号发生器50产生例如使输送到负载的电流具有预定值之类的控制信号而可以配置输出控制单元52。
现在参阅图2，平流电容器9和10分别连接在变频器3和4的输入端之间。在电容器9的负极板端和电容器10的正极板端之间连接的是组成开关单元20中的元件的继电器触点Ry1。另一个组成开关单元20中的元件的继电器触点Ry2连接在输入整流器2的输出端201和电容器10的正极板端之间。同样，另一个组成开关单元20中的元件的继电器触点Ry3连接在输入整流器2的输出端202和电容器9的负极板端之间。(输入整流器2的输出端201比输出端202更正，而因此在本说明书中输出端201和202可以分别称之为正输出端201和负输出端202。)当在联结继电器RY1的继电器电路(没有表示出)内没有电流流动时合上继电器触点RY1，而在继电器电路内电流流动时打开继电器触点RY1。当没有电流流过继电器电路时打开继电器触点RY2和RY3，而当电流流过继电器电路时合上继电器触点RY2和RY3。是这样安排的，当较低的AC电压施加到AC输入端1(图1)时，没有电流流过继电器电路，而当较高的AC电压施加到AC输入端1时，电流流过继电器电路。
电容器9和10的电容量是相等的因此在变频器3和4串联连接时能够把相等的电压施加于变频器3和4。然而，随负载电流的大小而定，在电容9和10中任一个电容两端之间的电压可能减小，引起在对变频器3和4的输入电压之间的失衡。像这样的电压失衡能够使得到较高输入电压的变频器中的半导体开关器件承受过量电流。在最坏的情况下，热量会损坏半导体开关器件。电压平衡控制单元53常用来防止像这样的事故。
如图2所示，电压平衡控制单元53包括内含在输入整流器2的输出端201和202之间串联连接的两个电阻器R1和R2的电压分配器。电阻器R1和R2的电阻是互相相等的。因此，在电阻器R1和R2的连接处的电压分配器输出端Q上相对于在负输出端202上电压的电压为二分之一在输入整流器2的输出端201和202之间电压。光发射器件，可以是光耦合器中的光发射器件25，和二极管D1的串联联结被连接在输出端Q和电容器10的正极板端之间。使该串联装配成当在输出端Q上的电压比电容器10的正极板端上的电压高时电流流过光发射器件25以使光发射器件25发光。同样，另一个发射光器件，可以是光耦合器中的光发射器件26，和二极管D2的另一串联联结被连接在输出端Q和电容器9的负极板端之间。光发射器件26和二极管D2的串联联结装配成当在电容器9的负极板端上的电压比在输出端Q上的电压高时电流流过光发射器件26以使光发射器件26发光。
当串联连接变频器3和4时合上继电器触点RY1，而所以在电容器9的负极板端上的电压等于在电容器10的正极板端上的电压。因此，在平流电容器10两端之间的电压高于平流电容器9两端之间的电压时，在变频器3和4串联连接情况下，光发射器件26发光。相反，在平流电容器10两端之间的电压低于平流电容器9两端之间的电压时，光发射器25发光。
电阻器R3和半导体开关器件，例如IGBT15，的串联联结与平流电容器9并联连接。IGBT15具有与电阻器R3串联连接的集电极-发射极导通路径。IGBT15具有连接驱动电路35的控制电极，例如栅电极。驱动电路35包括与光发射器件25组成光耦合器的光接收器件25a。同样，电阻器R4和半导体开关器件，例如IGBT16’的串联联结与平流电容器10并联连接。IGBT16具有与电阻器R4串联连接的集电极-发射极导通路径。IGT16具有连接驱动电路36的控制电极，例如栅电极。驱动电路36包括与光发射器件26组成光耦合器的光接收器件26a。电阻器R3和R4具有相同的电阻值。
使驱动电路35和36各装配成在光接收器件从联结的光发射器件接收光时，光接收器件的电阻变化。结果，使联结的IBGT变成导通的。
因此，当使在平流电容器10两端之间的电压上升在输出端Q上的电压以上时，使光发射器件发光，IGBT16变成导通的，这就导致平流电容器10经由电阻器R4的放电。这样又使在电容器10两端之间的电压降低。当在电容器9两端之间的电压高于在电容器10两端之间的电压时，由于在电容器10两端之间电压放电的结果，没有电流流过光发射器件26。这样就使光发射器件26停止发光，而使IGBT16变成不导通。同时，电流从输出端Q流到平流电容器10的正极板端，而使光发射器件25发光，这就导致使IGBT15变成导通的。然后，平流电容器9通过电阻器R3放电，因此在平流电容器9两端之间的电压降低。当在平流电容器10两端之间的电压高于在平流电容器9两端之间的电压时，光发射器件25停止发光，而光发射器件26发光。这样就使IGBT16变成导通的，导致在平流电容器10两端之间的电压降低。以这样的方式使在电容器9两端间的电压和电容器10两端间的电压之间的失衡限制在一个范围内。
在电源装置的上述结构的情况下，没有规定为了平衡作为对变频器3和4施加的输入电压的电容器9两端间和电容器10两端间的电压而在变频器3和4的输出内的变压器5和6上非得有附加线圈。因而，该电源装置在尺寸上既能较小在重量上又能较轻。
在电源装置的上述结构中，借助于分别与电容器9和10并联连接的IGBT15和16使在电容器9两端间的电压和在电容器10两端间的电压平衡。根据图3所示发明第二实施例的一种电源装置使用例如IGBT11、12、13和14在变频器3和4中用的半导体开关器件以使在电容器9两端间的电压和在电容器10两端间的电压大体上相等。
如图3所示，在电压分配器的输出端Q和平流电容器10的正极板端之间连接两个光耦合器光发射器件21和22与二极管D1的串联联结。这样的连接，在输出端Q上的电压高于在电容器10的正极板端上的电压时使光发射器件21和22发光。同样，在输出端Q和平流电容器9的负极板端之间连接两个光耦合器光发射器件23和24与二极管D2的串联联结。这样的连接，在电容器9的负极板端上的电压高于输出端Q上的电压时，使光发射器件23和24发光。
包括光发射器件21所属的光耦合器中的光接收器件的驱动电路31与变频器3的其中之一的半导体开关器件连接。在用图说明的例子中，驱动电路31连接到IGBT11的栅极。在光发射器件21发光时，使IGBT11变成导通的。同样，包括光发射器件22所属的光耦合器中的光接收器件的驱动电路32与变频器3中的另一半导体开关器件连接。在用图说明的例子中，驱动电路32连接到IGBT12的栅极。在光发射器件22发光时，使IGBT12变成导通的。IGBT11的集电极-发射极导通路径和IGBT12的集电极—发射极导通路径是串联连接的，而这种串联联结是被连接在电容器9两端之间。
同样，包括光发射器件23所属的光耦器中的光接收器的驱动电路33与变频器4的其中之一的半导体开关器件连接。在用图说明的例子中，驱动电路33连接到IGBT13的栅极。在光发射器件23发光时，使IGBT13变成导通的。同样，包括光发射器件24所属的光耦合器中的光接收器件的驱动电路34与变频器4中的另一半导体开关器件连接。在用图说明的例子中，驱动电路34连接到IGBT14的栅极。在光发射器件24发光时，使IGBT14变成导通的。IGBT13的集电极—发射极导通路径和IGBT14的集电极—发射极导通路径是串联连接的，而这种串联联结是被连接在电容器10两端之间。
驱动信号发生器50向驱动电路31、32、33和34提供控制信号，当该控制信号施加于驱动电路31、32、33和34时，使与接收控制信号的驱动电路联结的IGBT11、12、13或14变成导通的。
如在根据第一实施例的电源装置中那样，在第二实施例的电源装置内，在平流电容器10两端之间的电压高于在平流电容器9两端之间的电压时，在变频器3和4互相串联的情况下，光发射器件23和24发光以使IGB13和IGBT14变成导通的，这就引起在电容器10两端之间的电压的降低。当在电容器10两端之间的电压低于在电容器9两端之间的电压时，光发射器件23和24停止发光，而使光发射器件21和22发光，使IGBT11和12变成导通的。这样就又使在电容器9两端之间的电压降低。以这样的方式使在电容器9两端间的电压和在电容器10两端间的电压之间的失衡限制在给定的范围内。
在根据第二实施例的这种结构的情况中，组成变频器3和4中的部件的一些IGBT能够用作使在电容器9两端之间的电压和在电容器10两端之间的电压大体上平衡的一些IGBT。所以，能够以较低的成本制造电源装置。
权利要求
1.一种电源装置，用于应用电弧的设备，包括输入整流器，用于使施加于其输入端的AC电压整流，上述AC电压是较高和较低二个AC电压中的一个AC电压；连接上述输入整流器输出的第一和第二变频器；与上述第一和第二变频器中的各个变频器的输出连接的一些高频变压器；与上述一些高频变压器的各个输出连接的一些输出整流器；开关电路，操作为当在上述较高AC电压施加于上述输入整流器的上述输入端时使上述第一和第二变频器在上述输入整流器的输出互相串联连接，并且当在上述较低AC电压施加于上述输入整流器的上述输入端时使上述第一和第二变频器在上述输入整流器的输出互相并联连接，由此把预定的DC电压施加到上述第一和第二变频器的输入；和电压平衡控制装置，用于在上述输入整流器的输出内上述第一和第二变频器互相串联连接时抑制在施加于上述第一和第二变频器的输入电压之间失衡。
2.根据权利要求1的电源装置，其中上述电压平衡控制装置包括连接在上述第一变频器的输入内并且与上述第二变频器并联连接的第一电容器；连接在上述第二变频器的输入内并且与上述第二变频器并联连接的第二电容器；具有与上述第一电容器并联连接的第一导通路径的第一半导体开关器件，上述第一半导体开关器件具有用于控制上述第一导通路径导通的第一控制电极；具有与上述第二电容器并联连接的第二导通路径的第二半导体开关器件，上述第二半导体开关器件具有用于控制上述第二导通路径导通的第二控制电极；与用于改变上述第一导通路径导通的上述第一控制电极连接的第一驱动电路；与用于改变上述第二导通路径导通的上述第二控制电极连接的第二驱动电路；和控制电路，连接在引出具有上述输入整流器输出电压二分之一幅度的电压的节点和当上述开关电路串联连接上述第一和第二变频器时上述第一和第二电容器串联连接的连接点之间，上述控制电路检测串联连接的上述第一和第二变频器的输入电压之间的失衡，并且根据所测得的失衡而控制上述第一和第二驱动电路。
3.根据权利要求2的电源装置，其中当上述第一变频器的输入电压高于对上述第二变频器的输入电压时上述控制电路控制上述第一驱动电路使上述第一半导体开关器件变成导通，当上述第二变频器的输入电压高于对上述第一变频器的输入电压时上述控制电路控制上述第二驱动电路使上述第二半导体器件变成导通。
4.根据权利要求3的电源装置，其中上述第一和第二驱动电路分别包括第一和第二光耦合器的一些光接收器件；并且上述控制电路包括上述第一和第二光耦合器的一些光发射器件。
5.根据权利要求4的电源装置，其中上述第一光耦合器的光接收器件根据由上述第一光耦合器的光发射器件发射的光量改变其电阻，由此改变上述第一半导体开关器件的导通状态，当上述第一变频器的输入电压高于对上述第二变频器的输入电压时上述第一光耦合器中的光发射器件发光；和上述第二光耦合器的光接收器件根据由上述第二光耦合器中的光发射器件发射的光量改变其电阻，由此改变上述第二半导体开关器件的导通状态，当上述第二变频器的输入电压高于对上述第一变频器的输入电压时上述第二光耦合器中的光发射器件发光。
6.根据权利要求2的电源装置，其中上述第一和第二半导体开关器件分别形成上述第一和第二变频器中的部分。
7.一种电源装置，用于应用电弧的设备，包括用于使施加于其输入端的AC电压整流的输入整流器；在上述输入整流器的输出端之间串联连接的第一和第二变频器；与上述第一和第二变频器中的各个变频器的输出连接的一些高频变压器；与上述一些高频变压器中的各个高频变压器的一些输出连接的一些输出整流器；用于抑制在施加于上述第一和第二变频器的输入电压之间失衡的电压平衡控制装置；其中上述电压平衡控制装置包括串联连接在上述输入整流器中的上述输出端之间、具有同样电阻的二个电阻器；连接在上述第一变频器中的输入端之间的第一电容器；连接在上述第二变频器中的输入端之间的第二电容器；与上述第一电容器并联连接的第一半导体开关器件；与上述第二电容器并联连接的第二半导体开关器件；包括光发射器件和光接收器件的第一光耦合器，上述第一光耦合器中的上述光发射器件是连接在串联连接的上述二个电阻器间的节点与上述第一和第二电容器间的节点之间，并且在上述第一电容器两端间的电压高于上述第二电容器两端间的电压时发光；包括光发射器件和光接收器件的第二光耦合器，上述第二光耦合器中的上述光发射器件是连接在串联连接的上述二个电阻器间的节点与上述第一和第二电容器间的节点之间，并且在上述第二电容器两端间的电压高于上述第一电容器两端间的电压时发光；上述第一光耦合器中的光接收器件以在上述第一光耦合器中的光发射器件发光时使上述第一半导体开关器件变成导通的方式与上述第一半导体开关器件连接，上述第二光耦合器中的光接收器件以在上述第二光耦合器中的光发射器件发光时使上述第二半导体开关器件变成导通的方式与上述第二半导体开关器件连接。
8.根据权利要求7的电源装置，其中上述第一和第二半导体开关器件分别组成上述第一和第二变频器的部件。
全文摘要
电源装置中的输入整流器使对其施加的较高和较低的二个AC电压中选出的一个AC电压整流。第一和第二变频器连接在输入整流器的输出内。高频变压器与第一和第二变频器中的各个变换器的输出连接。输出整流器与每个高频变压器的输出连接。当二个AC输入电压中的较高AC输入电压施加于输入整流器时，开关电路使第一和第二变频器在输入整流器的输出端之间串联连接。当较低的AC电压施加于输入整流器时，开关电路使第一和第二变频器在输入整流器的输出端之间并联连接。当在输入整流器的输出端之间串联连接第一和第二变频器时，电压平衡控制单元为了抑制在对第一和第二变频器的输入电压之间失衡而运作。
文档编号H02M1/10GK1574585SQ200410048028
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年6月6日
发明者石井秀雄, 池田哲朗, 檀上谦三, 池尻裕司 申请人:株式会社三社电机制作所