专利名称：电弧加工用电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动内置在电源装置中的逆变电路的开关元件驱动电路的控制。
背景技术：
内置于电弧加工用电源装置中的逆变电路的开关元件若逆偏压降低，则会在关断时产生延迟，从而增加关断损失。图4是现有技术的电弧加工用电源装置的电气连接图。在图4中，直流变换电路由1次整流电路DRl以及并联设于1次整流电路DRl的输出侧的平滑电容器Cl形成。逆变电路INV通过相对置的第1开关元件TRl到第4开关元件TR4形成全桥，将直流电压变换为高频交流电压之后输出。变压器INT将由逆变电路INV变换的高频交流电压变换为适于电弧加工的高频交流电压，2次整流电路DR2对主变压器INT的输出进行整流，经由直流电抗器DCL来对消耗电极1和被加工物M之间提供电力，产生电弧。图4所示的1次电流检测电路ID检测变压器INT的1次侧的输入电流并作为1 次电流检测信号ID输出。输出电流检测电路OD检测主变压器INT的2次侧的输出电流并作为输出电流检测信号Od输出。1次过电流检测电路OCP将1次电流检测信号Id的值和省略图示的预先确定的基准电流信号If的值进行比较，若1次电流检测值成为基准电流值以上，则输出1次过电流检测信号Ocp。图4中示出的输出控制电路SC进行使脉冲频率恒定来调制脉冲宽度的PWM控制， 按照输出电流检测信号Od来控制彼此错开半周期的第1输出控制信号Scl和第2输出控制信号Sc2的脉冲宽度。然后，若输入1次过电流检测信号Ocp，则在规定时间Tl的期间禁止所述第1输出控制信号以及第2输出控制信号Sc2的输出。图2是使用了脉冲变压器的、例如图1中示出的第1开关元件驱动电路DKl的详细图，第1开关元件驱动电路DKl由1次驱动开关元件TR5、脉冲变压器PT、2次驱动开关元件TR6、电阻器R6以及逆偏置电容器C2形成，1次驱动开关元件TR5响应第1输出控制信号Scl而导通，响应于该1次驱动开关元件TR5的导通而将规定的电压施加在脉冲变压器 PT的1次线圈上，按照该施加电压而产生感应电压，并将其输出到脉冲变压器PT的2次线圈。接下来，响应于感应电压而切断2次驱动开关元件TR6，经由电阻器R6对形成逆变电路的第1开关元件TRl的栅极施加正偏压，并且经由电阻器R5以及电阻器R6向逆偏置电容器C2提供电流，生成逆偏压。图5是说明现有技术的动作的波形定时图。在图5中，图5(A)的波形表示1次过电流检测信号Pcp，图5(B)的波形表示第1输出控制信号&1，图5(C)的波形表示第2输出控制信号Sc2,图5(D)的波形表示第1开关驱动信号Dkl，图5(E)的波形表示第2开关驱动信号Dk2。在图5所示的时刻t = tl，图5⑶所示的第1输出控制信号Scl成为高电平后， 图2所示的第1开关元件驱动电路Dkl的1次驱动开关元件TR5导通，将规定的1次电压施加到脉冲变压器PT的1次线圈m。并且，脉冲变压器PT若在1次线圈被施加1次电压， 则在2次线圈N2产生感应电压。在时刻t = tl，响应于感应电压而切断2次驱动开关元件TR6，经由电阻器R6向形成逆变电路的第1开关元件TRl施加正偏压，使其导通。进而，经由电阻器R6将电流提供给逆偏置电容器C2，并且经由电阻器R5将电流提供给逆偏置电容器C2，生成逆偏压(例如-8V)。在时刻t = t2，图5(B)所示的第1输出控制信号Scl成为低电平后，切断1次驱动开关元件TR5，停止对脉冲变压器Tl的1次线圈m施加1次电压。在时刻t = t2，停止对图2所示的脉冲变压器Tl的1次线圈m施加1次电压后， 停止产生2次线圈N2的感应电压。此时，若2次驱动开关元件T6导通，则从正偏压变化为逆偏压(例如从+16V到-8V)，切断图4所示的第1开关元件TRl。此时，在时刻t = t2，若电弧产生中发生长时间短路，则图4所示的1次过电流检测电路OCP检测到由长时间短路形成的1次过电流，并输出1次过电流检测信号Ocp。然后，输出控制电路SC在输入1次过电流检测信号Ocp后，在预先确定的时间Tl (例如逆变器周期的2周期)的期间，禁止第1输出控制信号以及第2输出控制信号Sc2的输出， 使逆变电路的动作停止，由此避免由于长时间短路的电力损耗的增加而导致的开关元件的损坏。但是，如图5(C)所示，若第2输出控制信号Sc2的输出禁止时间变长，则逆偏置电容器C2的电荷被放电，从而导致逆偏压降低。在时刻t = t4，第1输出控制信号Scl以及第2输出控制信号Sc2的输出禁止时间Tl结束，在时刻t = t5，图5(B)所示的第1输出控制信号Scl成为高电平，第1开关元件TRl被施加正偏压而导通。在时刻t6，图5(B)所示的第1输出控制信号Scl成为低电平后，切断第1开关元件TR1。此时，由于逆偏压(例如从-8V到-2V)降低，因此在第1开关元件TRl的关断中产生延迟，从而关断损耗以及关断时的开关元件的集电极电流增加。此时，若超过形成逆变电路的开关元件的容许范围，就会导致开关元件劣化(例如，专利文献1)。专利文献1 JP特开昭59-104830号公报在图4所示的现有技术的电弧加工用电源装置中，若在电弧产生中发生长时间短路，则在形成逆变电路的各开关元件中流过大电流，电力损耗增大，导致开关元件的损坏。 因此，为了避免开关元件的损坏，现有技术中，当在逆变电路的开关元件中流过大电流时， 在规定时间(例如逆变器周期的1周期到3周期)的期间，停止逆变电路的动作，使得逆变器周期变长，从而减少开关元件的电力损耗以及在开关元件流过大电流的产生次数，来避免损坏。但是，若逆变电路的动作停止时间变长，则形成开关元件驱动电路的逆偏置电容器的充电就会变得不充分，逆偏压就会降低。而且，若逆偏压降低，则开关元件的关断速度就会变慢，若在该状态下解除长时间短路而逆变电路开始动作，则初次的关断损失以及关断时的开关元件的集电极电流会大幅增加，产生导致开关元件的劣化的问题
发明内容
因此，在本发明中，目的在于提供即使在电弧产生中发生长时间短路，过电流保护也能充分发挥功能的电弧加工用电源装置。为了解决上述课题，第1发明是一种电弧加工用电源装置，特征在于，具备直流变换电路，其对商用交流电源进行整流、平滑，从而输出直流电压；全桥的逆变电路，其将所述直流电压变换为高频交流电压，并由第1开关元件到第4开关元件构成；变压器，其将所述高频交流电压变换为适于负载的电压；输出控制电路，其输出控制所述逆变电路的输出控制信号，并且在所述变压器的输入电流成为预先确定的基准电流以上后停止所述逆变电路预先确定的时间；和开关元件驱动电路，其响应于所述输出控制信号而对脉冲变压器的 1次侧施加规定电压，在2次侧输出感应电压，并经由电阻来驱动所述开关元件且对逆偏置电容器提供电流，还具备开关控制电路，其在所述逆变电路停止时，使所述第1开关元件以及第4开关元件在0到1/2周期的期间不重合地导通，使所述第2开关元件以及第3开关元件在1/2到1周期的期间不重合地导通。第2发明是在第1发明的基础上的电弧加工用电源装置，特征在于，所述开关控制电路使所述第1开关元件的导通时间为0到1/4周期，使所述第2开关元件的导通时间为 1/4到2/4周期，使所述第3开关元件的导通时间为2/4到3/4周期，使所述第4开关元件的导通时间为3/4到4/4周期。第3发明是在第1发明的基础上的电弧加工用电源装置，特征在于，在所述逆变电路停止时，所述开关元件的最少导通时间为1周期的5%。(发明的效果)为了解决上述课题，第1发明在电弧产生中发生长时间短路而在逆变电路的开关元件中流过大电流时，停止逆变电路规定时间，且在停止中对形成开关元件驱动电路的逆偏置电容器提供电荷来防止逆偏压降低，因此在解除长时间短路并开始逆变电路动作时的关断速度中不会产生延迟，能抑制初次的关断损失以及集电极电流的增加，能避免开关元件的劣化或损坏。第2发明以及第3发明通过将逆变器的占空比设定为适当的值，能对逆偏置电容器充分地提供电荷，能将逆偏压维持在适当的值。
图1是本发明的实施方式1的电弧加工用电源装置的电气连接图。图2是图1所示的第1开关元件驱动电路的详细图。图3是说明实施方式1的动作的波形定时图。图4是现有技术的电弧加工用电源装置的电气连接图。图5是说明现有技术的动作的波形定时图。符号的说明1消耗电极AC商用交流电源Cl平滑电容器DS开关控制电路Dsl第1开关控制信号
Ds2第2开关控制信号Ds3第3开关控制信号Ds4第4开关控制信号DCL直流电抗器DRl 1次整流电路DR2 2次整流电路DKl第1开关元件驱动电路DK2第2开关元件驱动电路DK3第3开关元件驱动电路DK4第4开关元件驱动电路Dkl第1开关元件驱动信号Dk2第2开关元件驱动信号Dk3第3开关元件驱动信号Dk4第4开关元件驱动信号ID 1次电流检测电路Id 1次电流检测信号顶输出电流设定电路Ir输出电流设定信号INT变压器OD输出电流检测电路Od输出电流检测信号OCP 1次过电流检测电路Ocp 1次过电流检测信号M被加工物SC主控制电路Scl第1输出控制信号Sc2第2输出控制信号TH 焊炬TS启动开关Ts启动信号TRl第1开关元件TR2第2开关元件TR3第3开关元件TR4第4开关元件
具体实施例方式图1是本发明的实施方式1的电弧加工用电源装置的电气连接图。在图1中，与图 4所示的现有技术的电气连接图相同符号的构成物表示进行相同动作，因此省略说明，仅说明符号不同的构成物。
图1所示的输出控制电路SC进行使脉冲频率恒定来调制脉冲宽度的PWM控制，按照输出电流检测信号Od来控制彼此错开半周期的第1输出控制信号Scl和第2输出控制信号Sc2的脉冲宽度。而且，若输入1次过电流检测信号Ocp，则输出预先确定的时间Tl (例如逆变器周期的1周期到3周期)的相位控制信号Set,并且在输出相位控制信号Sct的期间，将第1输出控制信号以及第2输出控制信号的占空比固定为预先确定的值 (例如，5%到25% )来输出。图1所示的开关控制电路DS响应于第1输出控制信号Scl而输出第1开关控制信号Dsl以及第4开关控制信号Ds4，来驱动第1开关元件驱动电路DKl以及第4开关元件驱动电路DK4，响应于第2输出控制信号Sc2而输出第2开关控制信号Ds2以及第3开关控制信号Ds3，来驱动第2开关元件驱动电路DK2以及第3开关元件驱动电路DK3，并且在输入相位控制信号Sct时，例如使第4开关控制信号Ds4相对于第1开关控制信号Dsl移位 1/4周期相位，使第3开关控制信号Ds3相对于第2开关控制信号Ds2移位1/4周期相位， 之后输出。图3是说明本发明的实施方式1的动作的波形定时图。在图3中，图3(A)的波形表示1次过电流检测信号Ocp，图3 (B)的波形表示相位控制信号^^，图3 (C)的波形表示第1输出控制信号&1，图3(D)的波形表示第2输出控制信号Sc2,图3(E)的波形表示第1开关控制信号Dsl，图3(F)的波形表示第2开关控制信号Ds2，图3 (G)的波形表示第3开关控制信号Ds3，图3 (H)的波形表示第4开关控制信号Ds4，图3(1)的波形表示第1开关驱动信号Dkl，图3 (J)的波形表示第2开关驱动信号 Dk2。接下来，说明本发明的动作。在图3所示的时刻t = tl，图3(C)所示的第1输出控制信号Scl成为高电平后， 开关控制电路DS响应第1输出控制信号Scl的高电平来输出第1开关控制信号Dsl以及第4开关控制信号Ds4。在对图2所示的第1开关元件驱动电路DKl输入第1开关控制信号Dsl而1次驱动开关元件TR5导通后，1次驱动开关元件TR5对脉冲变压器PT的1次线圈m施加规定的 1次电压，脉冲变压器PT在1次线圈m被施加1次电压后，在2次线圈N2产生感应电压。 然后，响应于感应电压切断2次驱动开关元件TR6，经由电阻器R6向形成逆变电路的第1开关元件TRl的栅极施加正偏压，并且经由电阻器R5以及电阻器R6向逆偏置电容器C2提供电流，生成逆偏压(例如-8V)。并且，第4开关元件驱动电路DK4也进行和上述相同的动作，因此省略说明。在时刻t = t2，在图3(C)所示的第1开关控制信号Dsl成为低电平后，在第1开关元件驱动电路DKl的脉冲变压器PT的1次线圈m停止施加1次电压，2次线圈N2的感应电压的产生也停止。此时，2次驱动开关元件TR6导通，如图3(1)所示那样，从正偏压变化为逆偏压(例如从+16V到-8V)，切断第1开关元件TRl。在时刻t = t2，若在电弧产生中发生长时间短路，则1次过电流检测电路OCP检测出长时间短路引起的1次过电流，并作为1次过电流检测信号Ocp输出。然后，输出控制电路SC响应于1次过电流检测信号，输出预先确定的时间Tl的相位控制信号Set,并在输出相位控制信号kt的期间，将第1输出控制信号以及第2输出控制信号的占空比设定在预先确定的值(例如10% )。图1所示的开关控制电路DS在时刻t = t3相位控制信号Sct成为高电平后，在时刻t = t4，使图3 (G)所示的第3开关控制信号Ds3相对于图3 (F)所示的第2开关控制信号Ds2移位1/4周期相位，在时刻t = t6，使3(H)所示的第4开关控制信号Ds4相对于图3(E)所示的第1开关控制信号Dsl移位1/4周期相位，之后输出。若使第3开关控制信号Ds3相对于图3所示的第2开关控制信号Ds2移位1/4周期相位，则第2开关元件TR2以及第3开关元件TR3成为切断状态，逆变电路停止动作。此时，第2开关元件驱动电路DK2响应于第2开关控制信号Ds2对脉冲变压器PT的1次线圈施加规定的电压，响应于该施加电压产生感应电压，并输出给脉冲变压器PT的2次线圈。然后，响应于感应电压而切断2次驱动开关元件TR6，经由电阻器R6对形成逆变电路的第1开关元件TRl的栅极施加正偏压，并且经由电阻器R5以及电阻器R6向逆偏置电容器C2提供电流，维持逆偏压(例如-8V)。维持在相位控制信号Sct的输出时间中，第1开关元件驱动电路DK1、第3开关元件驱动电路DK3以及第4开关元件驱动电路DK4也进行上述所示的同一动作的逆偏压(例如-8V)。在时刻t = 111，相位控制信号Sct成为低电平后，开关控制电路DS从相位控制移转到PWM控制，在时刻t = tl2，第1开关控制信号Dsl和第4开关控制信号Ds4成为高电平后，第1开关元件TRl和第4开关元件TR4导通。接下来，在时刻t = tl3，在第1开关控制信号Dsl以及第4开关控制信号Ds4成为低电平后，切断第1开关元件TRl以及第4开关元件TR4。此时，由于维持逆偏压(例如-8V)，因此，在第1开关元件TRl以及第4开关元件TR4的关断速度中不会产生延迟。如上所述，在电弧产生中由于长时间短路而产生1次过电流时，将逆变电路从PWM 控制移转到相位控制，通过在相位控制下将施加给开关元件的逆偏压维持在规定电压，能抑制相位控制结束而移转到PWM控制的初次的关断损失以及关断时的集电极电流的增加， 提高了开关元件的保护。上述中，若将第1输出控制信号以及第2输出控制信号Sc2的占空比设为5 %， 则能大致维持逆偏压，在开关元件的关断速度中不会产生延迟。
权利要求
1.一种电弧加工用电源装置，具备直流变换电路，其对商用交流电源进行整流、平滑，从而输出直流电压全桥的逆变电路，其将所述直流电压变换为高频交流电压，并由第1开关元件到第4开关元件构成；变压器，其将所述高频交流电压变换为适于负载的电压；输出控制电路，其输出控制所述逆变电路的输出控制信号，并且在所述变压器的输入电流成为预先确定的基准电流以上后停止所述逆变电路预先确定的时间；和开关元件驱动电路，其响应于所述输出控制信号而对脉冲变压器的1次侧施加规定电压，在2次侧输出感应电压，并经由电阻来驱动所述开关元件且对逆偏置电容器提供电流，所述电弧加工用电源装置还具备开关控制电路，其在所述逆变电路停止时，使所述第1开关元件以及第4开关元件在0 到1/2周期的期间不重合地导通，使所述第2开关元件以及第3开关元件在1/2到1周期的期间不重合地导通。
2.根据权利要求1所述的电弧加工用电源装置，其特征在于，所述开关控制电路使所述第1开关元件的导通时间为0到1/4周期，使所述第2开关元件的导通时间为1/4到2/4周期，使所述第3开关元件的导通时间为2/4到3/4周期，使所述第4开关元件的导通时间为3/4到4/4周期。
3.根据权利要求1所述的电弧加工用电源装置，其特征在于，在所述逆变电路停止时，所述开关元件的最少导通时间为1周期的5%。
全文摘要
本发明提供一种电弧加工用电源装置，特征在于具备直流变换电路；将直流电压变换为高频交流电压的全桥的逆变电路；控制逆变电路且若输入电流成为基准电流以上则停止逆变电路规定时间的输出控制电路；和响应于输出控制信号来驱动开关元件且对逆偏置电容器提供电流的开关元件驱动电路，还具备开关控制电路，其在逆变电路停止时，使第1开关元件以及第4开关元件在0到1/2周期的期间不重合地导通，使第2开关元件以及第3开关元件在1/2到1周期的期间不重合地导通。据此，解决如下问题若驱动电源装置的逆变电路的开关元件驱动电路的逆偏压降低，则关断损失就会增加，导致开关元件的劣化。
文档编号H02M1/32GK102545620SQ20111036328
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月16日 优先权日2010年11月24日
发明者田岛弘恒, 真锅阳彦 申请人:株式会社大亨