JP2002144033A

JP2002144033A - アーク利用機器用電源装置

Info

Publication number: JP2002144033A
Application number: JP2000348464A
Authority: JP
Inventors: Haruo Moriguchi; 晴雄森口; Tetsuro Ikeda; 哲朗池田; Hideo Ishii; 秀雄石井
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-21
Also published as: KR20020037674A; US20020056708A1; KR100402181B1; CN1159126C; CN1353027A; US6498320B2

Abstract

(57)【要約】【課題】昇圧コンバータのスイッチング素子に汎用型
のものを使用する。【解決手段】複数の商用交流電源からそれぞれがなる
高圧系及び低圧系商用交流電源のいずれかが電源端子1a
乃至1cに接続される。整流器４が電源端子1a乃至1cに接
続された商用交流電源の商用交流電圧を整流し、２つの
出力端子4P、4N間に整流電圧を生成する。出力端子4P、
4N間に昇圧コンバータ8a、8bを直列または並列に切換ス
イッチ部18が接続する。昇圧コンバータ8a、8bの出力側
にインバータ30、40が設けられ、昇圧コンバータ8a、8b
の直流電圧を高周波電圧に変換する。インバータ30、40
の高周波電圧が変圧器50、52によって変圧され、これを
整流器54、56とリアクトル58が直流電圧に変換し、出力
端子60P、60Nに供給する。電源端子1a乃至1cに接続され
た商用交流電源が高圧系のとき、切換スイッチ制御部66
によって切換スイッチ部18が昇圧コンバータ8a、8bを直
列に出力端子4P、4N間に接続し、商用交流電源が低圧系
のとき、切換スイッチ部18が昇圧コンバータ8a、8bを並
列に出力端子4P、4N間に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク利用機器、
例えば直流アーク溶接機、直流アーク切断機または放電
灯点灯装置等の電源装置に関し、特に異なる２種類以上
の交流電圧のいずれでも動作可能なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク利用機器用の電源装置は、例えば
４００Ｖ系の高電圧系商用交流電源のいずれかと共に使
用されることや、例えば２００Ｖ系の低圧系商用交流電
源のいずれかと共に使用されることがある。低圧系商用
交流電源は、出力電圧が例えば２００Ｖ、２０８Ｖ、２
３０Ｖ、２４０Ｖ等である複数の商用交流電源からな
る。高圧系商用交流電源は、出力電圧が例えば３８０
Ｖ、４００Ｖ、４１５Ｖ、４４０Ｖ、４６０Ｖ等である
複数の商用交流電源からなる。特に、海外では、同じ領
域内に高電圧系の商用交流電源と低電圧系の商用交流電
源とが複雑に入り組んでいることがある。この地域では
どの商用交流電源の電圧にあった電源装置を使用すれば
よいのか、使用者が判別しにくいことがあった。

【０００３】また、メーカも高電圧系用の電源装置と低
電圧系用の電源装置とをそれぞれ製造し、ストックしな
ければならない。同様に代理店も複数種類の電源装置を
ストックしなければならない。メーカにとっても代理店
にとっても、複数種類の電源を準備することは、コスト
及びスペースの点で負担が大きい。

【０００４】そこで、１台の電源装置でありながら、高
電圧系及び低電圧系いずれの商用交流電源によっても作
動可能な電源装置が求められていた。この電源装置の一
例が特開平１１−７７３０２号公報に開示されている。
この電源装置は、図３に示すように電源端子１ａ乃至１
ｃに供給された商用交流電源電圧が開閉器２を介して入
力側整流器４に供給され、ここで整流される。整流電圧
は、昇圧コンバータ８によって昇圧される。昇圧コンバ
ータ８は、リアクトル１０、ＩＧＢＴ１２、電流検出器
１４及び逆流防止用ダイオード１６を含み、出力端子
Ｐ、Ｎ間に昇圧した電圧を発生する。出力端子Ｐ、Ｎ間
に接続された切換スイッチ部１８、例えば常開スイッチ
２０ａ、常閉スイッチ２０ｂ、常開スイッチ２０ｃの切
換によって、出力端子Ｐ、Ｎ間に平滑コンデンサ２２、
２４が直列または並列に接続される。平滑コンデンサ２
２の両端間にはインバータ３０が接続され、平滑コンデ
ンサ２４の両端間にはインバータ４０が接続されてい
る。インバータ３０、４０は、ＩＧＢＴ３２ａ、３２
ｂ、４２ａ、４２ｂ、コンデンサ３４ａ、３４ｂ、４４
ａ、４４ｂ、フライホイールダイオード３６ａ、３６
ｂ、４６ａ、４６ｂからなるハーフブリッジ型のもので
ある。これらインバータ３０、４０の出力電圧である高
周波電圧は、変圧器５０、５２に供給され、ここで変圧
された後、ダイオード５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂ
によって構成された出力側整流器５４、５６によって整
流され、平滑用リアクトル５８によって平滑され、出力
端子６０Ｐ、６０ｎから負荷に供給される。負荷に流れ
る電流は電流検出器６２によって検出され、この検出信
号に基づいて制御器６４がＩＧＢＴ３２ａ、３２ｂ、４
２ａ、４２ｂの導通期間を制御して、負荷電流が一定と
する。

【０００５】切換スイッチ部１８の制御は、切換制御部
６６が行う。切換制御部６６は、電源端子１ａ、１ｂ間
の電圧を検出し、高電圧系の商用交流電源が接続されて
いる場合、常開スイッチ２０ａ、２０ｃを開放し、常閉
スイッチ２０ｂを閉成する。これによって、コンデンサ
２２、２４が出力端子Ｐ、Ｎ間に直列に接続される。低
電圧系の商用交流電源が接続されている場合、常開スイ
ッチ２０ａ、２０ｃを閉成し、常閉スイッチ２０ｂを開
放する。これによってコンデンサ２２、２４が並列に出
力端子Ｐ、Ｎ間に接続される。

【０００６】昇圧コンバータ８は、コンバータ制御部６
８によって制御される。高圧系の基準信号源７０ａが常
閉スイッチ２０ｅを介してコンバータ制御部６８に設け
られ、低圧系の基準信号源７０ｂが常開スイッチ２０ｄ
を介してコンバータ制御部６８に設けられている。電源
端子１ａ乃至１ｃに高圧系のいずれかの商用交流電源が
接続されているときでも、切換制御部６６は常閉スイッ
チ２０ｅを閉成した状態、常開スイッチ２０ｄを開放し
た状態を維持し、昇圧コンバータ８が出力端子Ｐ、Ｎ間
に高圧系の商用交流電源のうち最大電圧４６０Ｖのルー
ト２倍の電圧、約６４０Ｖを発生するように、コンバー
タ制御部６８が昇圧コンバータ８を制御する。このと
き、常開スイッチ２０ａ、２０ｃが開放され、常閉スイ
ッチ２０ｂが閉成されているので、各コンデンサ２２、
２４は直列に接続され、各インバータ３０、４０に入力
される電圧は、約３２０Ｖである。なお、電流検出器１
４が発生する電流検出信号に基づいても、コンバータ制
御部６８は昇圧コンバータ８を制御しており、力率の改
善を行っている。一方、電源端子１ａ乃至１ｃに低圧系
のいずれかの商用交流電源が接続されているとき、切換
制御部６６は、常閉スイッチ２０ｅを開放し、常開スイ
ッチ２０ｄを閉成する。これによって、昇圧コンバータ
８が、出力端子Ｐ、Ｎ間に約３２０Ｖの電圧が発生する
ように、コンバータ制御部６８が昇圧コンバータ８を制
御する。このとき、常開スイッチ２０ａ、２０ｃが閉成
され、常閉スイッチ２０ｂが開放されているので、各コ
ンデンサ２２、２４は並列に接続され、各インバータ３
０、４０に入力される電圧は、約３２０Ｖである。この
ときも、力率の改善が行われている。このように高圧系
及び低圧系いずれの商用交流電源が電源端子１ａ乃至１
ｃに接続されていても、インバータ３０、４０に印加さ
れる電圧は約３２０Ｖである。従って、インバータ３
０、４０のＩＧＢＴには、例えばコレクタ・エミッタ間
電圧が約６００Ｖの汎用のものを使用することができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、昇圧コンバー
タ８に使用するＩＧＢＴ１２には、最大６４０Ｖの電圧
が印加されるので、汎用型でないエミッタ・コレクタ電
圧が１２００Ｖ以上のものを使用しなければならない。
また、１台の昇圧コンバータ８によって２台のインバー
タ３０、４０に電流を供給しているので、ＩＧＢＴ１２
がオン、オフされるとき、ＩＧＢＴ１２には大きな電流
が流れ、大容量のＩＧＢＴを使用しなければならない。
即ち、ＩＧＢＴには、汎用品を使用することができな
い。

【０００８】本発明は、昇圧コンバータに使用される半
導体スイッチング素子に汎用型のものを使用することが
できるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるアーク利用
機器用電源装置は、第１及び第２の商用交流電源グルー
プのいずれかの商用交流電源が接続される電源端子を有
している。第１及び第２の商用交流電源グループは、出
力電圧が異なる複数の商用交流電源からそれぞれがな
る。第１の商用交流電源グループの商用交流電源の出力
電圧は、第２の商用交流電源グループの各出力電圧の約
２倍である。整流手段が、電源端子に接続された商用交
流電源の商用交流電圧を整流して、２つの出力端子間に
整流電圧を生成する。切換スイッチ部が、整流手段の２
つの出力端子間に２つの昇圧コンバータを直列及び並列
のうち選択された状態で接続する。各昇圧コンバータの
出力側にそれぞれ直流−高周波変換器が設けられ、これ
ら直流−高周波変換器は、入力された電圧を高周波電圧
に変換する。これら直流−高周波変換器からの高周波電
圧が変圧器の一次側に供給されている。変圧器の二次側
に誘起された高周波電圧を直流電圧に高周波−直流変換
器が変換して、２つの負荷出力端子に供給する。前記電
源端子に接続された商用交流電源が第１商用交流電源グ
ループに属するとき、切換スイッチ部が各昇圧コンバー
タを直列に前記２つの出力端子間に接続するように、切
換スイッチ制御部が前記切換スイッチ部を制御し、前記
電源端子に接続された商用交流電源が第２商用交流電源
グループに属するとき、前記切換スイッチ部が各直流―
高周波変換器を並列に前記２つの出力端子間に接続する
ように切換スイッチ制御部が切換スイッチ部を制御す
る。

【００１０】このように構成した電源装置では、第１の
商用交流電源グループの商用交流電源が電源端子に接続
されたとき、切換スイッチ制御部が、昇圧コンバータを
直列に整流手段の２つの出力端子間に直列に接続する。
また、第２の商用交流電源グループの商用交流電源が電
源端子に接続されたとき、切換スイッチ制御部が、昇圧
コンバータを並列に整流手段の２つの出力端子間に並列
に接続する。第１の商用交流電源グループの各商用交流
電源の出力電圧は、第２の商用交流電源グループの各商
用交流電源の出力電圧の約２倍であるので、昇圧コンバ
ータに供給される最大電圧は、昇圧コンバータが直列及
び並列いずれに接続されていても、第１の商用交流電源
グループの商用交流電源の最高電圧の約１／２となり、
昇圧コンバータが有する半導体スイッチング素子の耐電
圧を低下させることができる。

【００１１】２つの昇圧コンバータは、電源端子に第１
及び第２の商用交流電源グループのいずれの商用交流電
源が接続されているときでも、対応する直流−高周波変
換器にほぼ同一の直流電圧を供給するように制御手段に
よって制御されている。

【００１２】従って、直流−高周波変換器が半導体スイ
ッチング素子を含む場合、上記直流電圧に耐える耐電圧
を有する半導体スイッチング素子を直流−高周波変換器
に使用すればよい。

【００１３】または、各昇圧コンバータは、第１商用交
流電源グループのうち最高出力電圧の商用交流電源が電
源端子に接続されているとき、この最高出力電圧の整流
電圧の約１／２の値の電圧を対応する直流−高周波変換
器に供給し、他の商用交流電源が電源端子に接続されて
いるとき、前記約１／２の値の電圧を対応する直流−高
周波変換器に供給するように、制御手段によって制御さ
れる。

【００１４】このように構成すると、各昇圧コンバータ
が備えている半導体スイッチング素子は、第１商用交流
電源グループの最高出力電圧の１／２の電圧に耐えるこ
とができるものであればよく、特別に耐電圧が高い半導
体スイッチング素子を使用する必要がなく、汎用型の半
導体スイッチング素子を使用できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の１実施形態のアーク利用
機器用電源装置は、例えばアーク溶接機の電源装置であ
る。この電源装置は、図１に示すように電源端子１ａ乃
至１ｃを有している。これら電源端子１ａ乃至１ｃに
は、第１及び第２の商用交流電源グループのいずれかの
商用交流電源が接続される。第１の商用交流電源グルー
プには、例えば出力電圧が３８０Ｖ、４００Ｖ、４１５
Ｖ、４４０Ｖ、４６０Ｖである高圧系の複数の商用三相
交流電源が含まれている。第２の商用交流電源グループ
には、例えば出力電圧が２００Ｖ、２０８Ｖ、２３０
Ｖ、２４０Ｖである低圧系の複数の商用三相交流電源が
含まれている。第１の商用交流電源グループの各電圧
は、第２の商用交流電源グループの各電圧の約２倍であ
る。

【００１６】電源端子１ａ乃至１ｃに供給された商用交
流電源は、入力開閉器２を介して整流手段、例えば入力
側整流器４に供給され、ここで整流される。整流器４
は、ブリッジ接続された６つの整流ダイオード４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆを有している。整流器４の
整流電圧は、２つの出力端子４Ｐ、４Ｎに出力される。

【００１７】これら出力端子４Ｐ、４Ｎ間に切換スイッ
チ部１８が接続されている。切換スイッチ部１８は、出
力端子４Ｐから４Ｎに向かって順に常開スイッチ２０
ａ、常閉スイッチ２０ｂ、常開スイッチ２０ｃを直列に
接続したものである。

【００１８】常閉スイッチ２０ｂ及び常開スイッチ２０
ｃの相互接続点と、出力端子４Ｐとの間に昇圧コンバー
タ８ａが接続されている。同様に常閉スイッチ２０ｂと
常開スイッチ２０ａとの相互接続点と、出力端子４Ｎと
の間に昇圧コンバータ８ｂが接続されている。図１に示
すように、常開スイッチ２０ａ、２０ｃが開放され、常
閉スイッチ２０ｂが閉成されているとき、出力端子４
Ｐ、４Ｎ間に昇圧コンバータ８ａ、８ｂが直列に接続さ
れる。常閉スイッチ２０ａ、２０ｃが閉成され、常閉ス
イッチ２０ｂが開放されているとき、出力端子４Ｐ、４
Ｎ間に昇圧コンバータ８ａ、８ｂが並列に接続される。
このような常開スイッチ２０ａ、２０ｃ及び常閉スイッ
チ２０ｂの開閉制御は、切換スイッチ制御部６６によっ
て行われる。

【００１９】昇圧コンバータ８ａは、出力端子４Ｐに一
端が接続されたリアクトル１０ａを有している。このリ
アクトル１０ａの他端と、常閉スイッチ２０ｂと常開ス
イッチ２０ｃとの相互接続点との間に半導体スイッチン
グ素子の導電路、例えばＩＧＢＴ１２ａのエミッタ−コ
レクタ導電路が接続されている。リアクトル１０ａの他
端には逆流防止ダイオード１６ａのアノードが接続さ
れ、それのカソードが平滑用コンデンサ２２の一端に接
続されている。平滑用コンデンサ２２の他端は、常閉ス
イッチ２０ｂと常開スイッチ２０ｃとの相互接続点に接
続されている。

【００２０】昇圧コンバータ８ｂは、常開スイッチ２０
ａと常閉スイッチ２０ｂとの相互接続点に一端が接続さ
れたリアクトル１０ｂを有している。リアクトル１０ｂ
の他端と出力端子４Ｎとの間に、半導体スイッチング素
子の導電路、例えばＩＧＢＴ１２ｂのエミッタ−コレク
タ導電路が接続されている。リアクトル１０ｂの他端に
は逆流防止用ダイオード１６ｂのアノードが接続され、
カソードは平滑用コンデンサ２４の一端に接続されてい
る。このコンデンサ２４の他端は出力端子４Ｎに接続さ
れている。

【００２１】昇圧コンバータ８ａのコンデンサ２２の両
端間の電圧を検出した電圧検出信号を生成する電圧検出
器２６ａが、コンデンサ２２の両端間に接続されてい
る。同様に昇圧コンバータ８ｂのコンデンサ２４の両端
間の電圧を検出した電圧検出信号を生成する電圧検出器
２６ｂが、コンデンサ２４の両端間に設けられている。
これら電圧検出器２６ａ、２６ｂからの電圧検出信号
は、昇圧コンバータ制御部６８ａに供給されている。ま
た、昇圧コンバータ８ａを流れる電流を検出した電流検
出信号を生成する電流検出器１４ａが、常閉スイッチ２
０ｂ及び常開スイッチ２０ｃの相互接続点と、ＩＧＢＴ
１２ａのエミッタとの間に設けられている。同様に、昇
圧コンバータ８ｂを流れる電流を検出した電流検出信号
を生成する電流検出器１４ｂが、出力端子４ＮとＩＧＢ
Ｔ１２ｂのエミッタとの間に接続されている。これら電
流検出器１４ａ、１４ｂからの電流検出信号も、昇圧コ
ンバータ制御部６８ａに供給されている。

【００２２】昇圧コンバータ制御部６８ａは、基準信号
源７２から供給された基準信号が表す電圧に、コンデン
サ２２、２４の電圧が等しくなるように、電圧検出信号
と基準信号とに基づいてＩＧＢＴ１２ａ、１２ｂの導通
期間を制御する制御信号をＩＧＢＴ１２ａ、１２ｂの制
御電極、例えばゲートに供給する。この基準信号は、例
えば約３２０Ｖの電圧を表す。また、昇圧コンバータ制
御部６８ａは、電流検出信号及び電圧検出信号に基づい
て、昇圧コンバータ８ａを流れる電流とコンデンサ２２
の電圧との位相差が小さくなるように、かつ昇圧コンバ
ータ８ｂを流れる電流とコンデンサ２４の電圧との位相
差が小さくなるようにも、ＩＧＢＴ１２ａ、１２ｂの導
通期間を制御する。

【００２３】コンデンサ２２の両端間電圧は、直流−高
周波変換器、例えばインバータ３０に供給される。イン
バータ３０は、ハーフブリッジ型のもので、直列に接続
されたコンデンサ３４ａ、３４ｂを有している。コンデ
ンサ３４ａ、３４ｂの直列回路は、コンデンサ２２に並
列に接続されている。さらに、インバータ３０では、半
導体スイッチング素子の導電路、例えばＩＧＢＴ３２
ａ、３２ｂのエミッタ−コレクタ導電路が直列に接続さ
れ、これらがコンデンサ３４ａ、３４ｂに並列に接続さ
れている。ＩＧＢＴ３２ａ、３２ｂのエミッタ−コレク
タ導電路に逆並列にフライホイールダイオード３６ａ、
３６ｂが接続されている。インバータ３０の出力端子と
なるＩＧＢＴ３２ａのエミッタとＩＧＢＴ３２ｂのコレ
クタとの接続点、及びコンデンサ３４ａ、３４ｂの接続
点は、変圧器５０の一次側巻線の両端に接続されてい
る。

【００２４】インバータ４０もハーフブリッジ型のもの
で、直列に接続されたコンデンサ４４ａ、４４ｂを有
し、これらはコンデンサ２４に並列に接続されている。
インバータ４０は、半導体スイッチング素子の導電路、
例えばＩＧＢＴ４２ａ、４２ｂのエミッタ−コレクタ導
電路の直列回路を有し、この直列回路は、コンデンサ４
４ａ、４４ｂの直列回路に並列に接続されている。ＩＧ
ＢＴ４２ａ、４２ｂのエミッタ−コレクタ導電路にそれ
ぞれ逆並列にダイオード４６ａ、４６ｂが接続されてい
る。インバータ４０の出力端子となるＩＧＢＴ４２ａの
エミッタとＩＧＢＴ４２ｂのコレクタとの接続点、及び
コンデンサ４４ａ、４４ｂの接続点は、変圧器５２の一
次巻線に接続されている。

【００２５】変圧器５０、５２の二次巻線には、それぞ
れ高周波−直流変換器、例えば出力側整流器５４、５６
が接続されている。出力側整流器５４、５６は、変圧器
５０、５２の二次巻線の両端にアノードが接続された整
流ダイオード５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂを含み、
これらダイオード５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂのカ
ソードは、互いに結合され、平滑用リアクトル５８を介
して負荷出力端子６０Ｐに接続されている。また、負荷
出力端子６０Ｎは、変圧器５０、５２の二次巻線の中間
タップに接続されている。負荷出力端子６０Ｐ、６０Ｎ
に負荷、例えばアーク溶接機が接続される。

【００２６】出力端子６０Ｎと変圧器５０、５２の二次
巻線の中間タップとの間に、負荷を流れる負荷電流を表
す負荷電流検出信号を生成する負荷電流検出器６２が設
けられている。この負荷電流検出信号が、インバータ制
御部６４に供給され、インバータ制御部６４は、この負
荷電流検出信号に基づいて、負荷に流れる電流が予め定
めた電流となるように、ＩＧＢＴ３２ａ、３２ｂ、４２
ａ、４２ｂの導通期間を制御する制御信号を、ＩＧＢＴ
３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂの制御電極、例えばゲ
ートに供給する。

【００２７】切換スイッチ制御部６６は、図２に示すよ
うに、入力端子１００ａ、１００ｂを有し、これら入力
端子１００ａ、１００ｂは、開閉器２を介して電源端子
１ａ、１ｂに接続されている。電源端子１ａ、１ｂ間に
は、切換スイッチ部１０２が設けられている。切換スイ
ッチ部１０２では、電源端子１ａから１ｂに向けて常開
スイッチ１０２ａ、常閉スイッチ１０２ｂ、常開スイッ
チ１０２ｃが直列に接続されている。電源端子１００ａ
は、変圧器１０４の２つの一次巻線１０４Ｐ１、１０４
Ｐ２のうち、一次巻線１０４Ｐ１の一端に接続されてい
る。一次巻線１０４Ｐ１の他端は、常閉スイッチ１０２
ｂと常開スイッチ１０２ｃとの接続点に接続されてい
る。もう１つの一次巻線１０４Ｐ２の一端は常開スイッ
チ１０２ａと常閉スイッチ１０２ｂとの接続点に接続さ
れ、他端は電源端子１００ｂに接続されている。従っ
て、常開スイッチ１０２ａ、１０２ｃが開放され、常閉
スイッチ１０２ｂが閉成されているとき、一次巻線１０
４Ｐ１、１０４Ｐ２は直列に接続される。常開スイッチ
１０２ａ、１０２ｃが閉成され、常閉スイッチ１０２ｂ
が開放されているとき、一次巻線１０４Ｐ１、１０４Ｐ
２が並列に接続されている。

【００２８】変圧器１０４の二次巻線１０４Ｓの両端間
には直流変換器１０６が接続されている。直流変換器１
０６は、ブリッジ接続された４つの整流ダイオード１０
６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを有し、二次巻線
１０４Ｓに誘起された単相交流電圧を整流し、２つの出
力端子１０６Ｐ、１０６Ｎ間に整流電圧を供給する。出
力端子１０６Ｐ、１０６Ｎ間に直列に平滑コンデンサ１
０８ａ、１０８ｂが接続され、整流電圧を平滑してい
る。

【００２９】出力端子１０６Ｐ、１０６Ｎ間に直列にツ
エナーダイオード１０８と抵抗器１１０の直列回路が接
続されている。ツエナーダイオード１０８は、そのカソ
ードが出力端子１０６Ｐに接続され、アノードが抵抗器
１１０に接続されている。ツエナーダイオード１０８と
抵抗器１１０とは、入力端子１００ａ、１００ｂに高圧
系が接続されたとき、ツエナーダイオード１０８が導通
するように値が選択されている。ツエナーダイオード１
０８のアノードと抵抗器１１０の接続点が、半導体スイ
ッチング素子の制御電極、例えばＦＥＴ１１２のゲート
に接続されている。ＦＥＴ１１２のドレインは、抵抗器
１１４、１１６の直列回路を介して出力端子１０６Ｐに
接続される。また、ＦＥＴ１１２のソースは、出力端子
１０６Ｎに接続されている。抵抗器１１４と１１６との
接続点と、出力端子１０６Ｎとの間に抵抗器１１８が接
続されている。抵抗器１１６と１１８の接続点が、半導
体スイッチング素子の制御電極、例えばＦＥＴ１２０の
ゲートに接続されている。抵抗器１１８に並列にコンデ
ンサ１２２、ツエナーダイオード１２４が接続されてい
る。このＦＥＴ１２０の導電路、例えばドレイン−ソー
ス導電路は、リレー駆動コイル１２６と直列に接続さ
れ、出力端子１０６Ｐ、１０６Ｎ間に接続されている。

【００３０】リレー駆動コイル１２６は、これに電流が
流れたとき、常開スイッチ１０２ａ、１０２ｃを閉成
し、常閉スイッチ１０２ｂを開放する。同時に、常開ス
イッチ２０ａ、２０ｃを閉成し、常閉スイッチ２０ｂを
開放する。リレー駆動コイル１２６に並列に保護用ダイ
オード１２８が接続されている。

【００３１】保護用ダイオード１２８のカソードが接続
されているリレー駆動コイル１２６の端部が自己保持回
路１３０のＰＮＰトランジスタ１３２のエミッタに接続
され、そのエミッタは抵抗器１３４を介してこのトラン
ジスタ１３２のベースに接続されている。このベースは
さらに抵抗器１３６を介して保護用ダイオード１２８の
アノードが接続されているリレー駆動コイル１２６の端
部に接続されている。保護用ダイオード１２８のアノー
ドは更にＮＰＮトランジスタ１３８のコレクタに接続さ
れ、そのエミッタはダイオード１４０を介して変圧器１
０４の二次巻線１０４Ｓの中間タップに接続されてい
る。トランジスタ１３８のベースは、抵抗器１４２を介
してトランジスタ１３２のコレクタに接続され、さらに
抵抗器１４４を介してエミッタに接続されている。

【００３２】このように構成された電源装置では、電源
端子１ａ乃至１ｃに、高圧系商用交流電源、例えば最高
電圧である４６０Ｖの商用交流電源が接続されたとす
る。このとき、リレー駆動コイル１２６には電流が流れ
ていないので、常開スイッチ１０２ａ、１０２ｃが開放
され、常閉スイッチ１０２ｂが閉成され、一次巻線１０
４Ｐ１、１０４Ｐ２が直列に接続され、４６０Ｖの電圧
が、直列に接続された一次巻線１０４Ｐ１、１０４Ｐ２
に供給される。二次巻線１０４Ｓに誘起された交流電圧
が直流変換器１０６によって直流電圧に変換される。こ
の直流電圧はツエナーダイオード１０８と抵抗器１１０
の直列回路に印加され、ツエナーダイオード１０８が導
通し、ＦＥＴ１１２が導通し、ＦＥＴ１２０のゲート電
圧は、抵抗器１１４、ＦＥＴ１１０を介して接地され、
ＦＥＴ１２０は非導通となる。その結果、リレー駆動コ
イル１２６には電流が流れず、常開スイッチ１０２ａ、
１０２ｃが開放、常閉スイッチ１０２ｂが閉成状態を維
持する。

【００３３】同時に、リレー駆動コイル１２６によって
制御される切換スイッチ部１８の常開スイッチ２０ａ、
２０ｃが開放、常閉スイッチ２０ｂが閉成状態を維持す
る。その結果、昇圧コンバータ８ａ、８ｂが出力端子４
Ｐ、４Ｎに直列に接続され、４６０Ｖのルート２倍の電
圧（＝約６４０Ｖ）が直列に接続された昇圧コンバータ
８ａ、８ｂに供給される。その結果、昇圧コンバータ８
ａ、８ｂのトランジスタ１２ａ、１２ｂの負担電圧は約
３２０Ｖである。この電圧が印加されたときは、昇圧コ
ンバータ８ａ、８ｂは昇圧を行わずに、インバータ３
０、４０にそれぞれ約３２０Ｖの電圧を供給する。ま
た、高圧系の他の電圧の商用交流電源が入力端子１ａ乃
至１ｃに接続された場合にも、同様に昇圧コンバータ８
ａ、８ｂが直列に接続され、昇圧コンバータ８ａ、８ｂ
にはそれぞれ３２０Ｖよりも低い電圧が印加され、これ
を約３２０Ｖに昇圧して、インバータ３０、４０に供給
する。同時に昇圧コンバータ８ａ、８ｂでは、これらを
流れる電流の力率を改善する。

【００３４】このように高圧系の商用交流電源のうちい
ずれが電源端子１ａ乃至１ｃに接続されていても、イン
バータ３０、４０には、約３２０Ｖの電圧が供給され
る。

【００３５】インバータ３０、４０は、供給された直流
電圧を高周波電圧に変換し、変圧器５０、５２に供給す
る。これら高周波電圧は、変圧器５０、５２によって変
圧され、出力側整流器５４、５６によって整流され、平
滑リアクトル５８によって平滑化され、出力端子６０
Ｐ、６０Ｎから負荷に供給される。このとき、負荷に流
れる電流が負荷電流検出器６２によって検出され、この
負荷電流が予め定めた値になるように、インバータ３
０、４０のＩＧＢＴ３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂの
導通期間を制御する。

【００３６】電源端子１ａ乃至１ｃに低圧系の商用交流
電源が接続されたとき、その電圧は、直列接続された一
次巻線１０４Ｐ１、１０４Ｐ２に供給され、二次巻線１
０４Ｓに変圧された交流電圧が誘起される。この交流電
圧は、直流変換器１０６によって直流電圧に変換され、
ツエナーダイオード１０８と抵抗器１１０の直列回路に
印加される。このとき、ツエナーダイオード１０８の両
端間に印加された電圧が予め定めた値よりも小さく、ツ
エナーダイオード１０８は非導通である。抵抗器１１８
の両端間に電圧が発生し、ＦＥＴ１２０が導通し、リレ
ー駆動コイル１２６に電流が流れる。常開スイッチ１０
２ａ、１０２ｃが開放され、常閉スイッチ１０２ｂが開
放され、一次巻線１０４Ｐ１、１０４Ｐ２が並列に接続
され、二次巻線１０４Ｓに誘起される電圧が大きくな
る。またリレー駆動コイル１２６に電流が流れたことに
より、トランジスタ１３２が導通し、かつトランジスタ
１３８が導通し、リレー駆動コイル１２６の電流がトラ
ンジスタ１３８を介して二次巻線１０４Ｓの中間タップ
に流れる。従って、なんらかの原因でＦＥＴ１２０が非
導通となっても、リレー駆動コイル１２６には、電流が
流れ続け、リレー駆動コイル１２６は自己保持される。

【００３７】一方、リレー駆動コイル１２６に電流が流
れたことにより、常開スイッチ２０ａ、２０ｃが閉成さ
れ、常閉スイッチ２０ｂが開放され、昇圧コンバータ８
ａ、８ｂは、入力側整流器４の出力端子４Ｐ、４Ｎに並
列に接続される。そして、昇圧コンバータ８ａ、８ｂ
は、供給された電圧をそれぞれ約３２０Ｖに昇圧し、イ
ンバータ３０、４０に供給する。従って、高圧系及び低
圧系いずれの商用交流電源を使用しているときでも、昇
圧コンバータ８ａ、８ｂのＩＧＢＴ１２ａ、１２ｂに
は、最大で約３２０Ｖの電圧しか印加されない。ＩＧＢ
Ｔ１２ａ、１２ｂには、そのエミッタ−コレクタ耐電圧
が約６００Ｖの汎用型のものを使用することができる。

【００３８】インバータ３０、４０からの高周波電圧
は、変圧器５０、５２によって変圧され、出力側整流器
５４、５６によって整流され、平滑リアクトル５８によ
って平滑された後、負荷出力端子６０Ｐ、６０Ｎから負
荷に供給される。この場合、インバータ３０、４０のＩ
ＧＢＴ３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂは、負荷に流れ
る電流が一定になるように、導通期間が制御される。

【００３９】このように、高圧系及び低圧系いずれの商
用交流電源が電源端子１ａ乃至１ｃに接続されるかによ
って、昇圧コンバータ８ａ、８ｂを直列または並列に接
続するように構成しているので、昇圧コンバータ８ａ、
８ｂに使用されるＩＧＢＴ１２ａ、１２ｂには、最大で
も約３２０Ｖの電圧しか印加されず、ＩＧＢＴ１２ａ、
１２ｂには汎用型のものを使用することができる。

【００４０】上記の実施の形態では、商用交流電源に三
相商用交流電源を使用したが、単相交流電源を使用する
こともできる。また、切換制御部６６には、図２に示し
たような構成のものを使用したが、例えばハイローメタ
ーやリレーの動作電圧の相違を利用したものも使用する
こともできる。さらに、昇圧コンバータ８ａ、８ｂの出
力電圧の設定を商用交流電源が高圧系の場合でも低圧系
の場合でも、１つの基準信号源７２によって行ってい
る。この場合、インバータ３０、４０に供給する電圧を
同じ電圧にすることができる。しかし、インバータ３
０、４０に供給する電圧が若干異なってもよい場合に
は、昇圧コンバータ８ａ、８ｂそれぞれに対して基準信
号源を設けてもよい。なお、インバータ３０、４０、昇
圧コンバータ８ａ、８ｂには半導体スイッチング素子と
して、ＩＧＢＴを使用したが、これらに代えてＦＥＴ、
バイポーラトランジスタ等を使用することもできる。ま
た、直流−高周波変換器としてインバータを使用した
が、これに代えてチョッパーやフォワード方式のものを
使用することもできる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、昇圧コ
ンバータに使用する半導体スイッチング素子に、特別に
耐圧の大きなものを使用する必要がなく、汎用の半導体
スイッチング素子を使用することができる。また、各昇
圧コンバータは、これらに対応する直流−高周波変換器
に流す電流のみを負担すればよく、図３の昇圧コンバー
タのように１台で２台のインバータへの電流を負担する
必要がなく、小容量の半導体スイッチング素子を使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態のアーク利用機器用電源装
置の回路図である。

【図２】図１のアーク利用機器用電源装置の切換制御部
の詳細な回路図である。

【図３】従来のアーク利用機器用電源装置の回路図であ
る。

【符号の説明】

１ａ乃至１ｃ電源端子４入力側整流器８ａ８ｂ昇圧コンバータ１８切換スイッチ部３０４０インバータ（直流−高周波変換器）５０５２変圧器５４５６出力側整流器（高周波−直流変換器）６６切換スイッチ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井秀雄大阪府大阪市東淀川区西淡路３丁目１番56 号株式会社三社電機製作所内Ｆターム(参考） 4E082 BA01 CA01 DA01 5H790 BA03 BA04 BA06 BB11 CC02 EA02 EA15 EB03 EB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力電圧が異なる複数の商用交流電源か
らそれぞれがなる第１及び第２の商用交流電源グループ
であって、第１の商用交流電源グループの前記商用交流
電源の出力電圧は、第２の商用交流電源グループの各出
力電圧の約２倍であり、これら第１及び第２の商用交流
電源グループのいずれかの商用交流電源が接続される電
源端子と、電源端子に接続された商用交流電源の商用交流電圧を整
流して、２つの出力端子間に整流電圧を生成する整流手
段と、２つの昇圧コンバータと、前記２つの出力端子間に前記２つの昇圧コンバータを直
列及び並列のうち選択された状態で接続する切換スイッ
チ部と、前記各昇圧コンバータの出力側にそれぞれ設けられ、入
力された昇圧コンバータからの直流電圧を高周波電圧に
変換する２つの直流−高周波変換器と、これら直流−高周波変換器からの高周波電圧が一次側に
接続された変圧器と、変圧器の二次側に誘起された高周波電圧を直流電圧に変
換して、２つの負荷出力端子に供給する高周波−直流変
換器と、前記電源端子に接続された商用交流電源が第１商用交流
電源グループに属するとき、前記切換スイッチ部が前記
２つの昇圧コンバータを直列に前記２つの出力端子間に
接続するように前記切換スイッチ部を制御し、前記電源
端子に接続された商用交流電源が第２商用交流電源グル
ープに属するとき、前記切換スイッチ部が前記２つの昇
圧コンバータを並列に前記２つの出力端子間に接続する
ように前記切換スイッチ部を制御する切換スイッチ制御
部とを、具備するアーク利用機器用電源装置。
【請求項２】請求項１記載のアーク利用機器用電源装
置において、前記２つの昇圧コンバータは、前記電源端
子に第１及び第２の商用交流電源グループのいずれの商
用交流電源が接続されているときでも、対応する直流−
高周波変換器にほぼ同一の整流電圧を供給するように制
御手段によって制御されるアーク利用機器用電源装置。
【請求項３】請求項１記載のアーク利用機器用電源装
置において、前記各昇圧コンバータは、第１商用交流電
源グループのうち最高出力電圧の商用交流電源が前記電
源端子に接続されているとき、この最高出力電圧の整流
電圧の約１／２の値の電圧を対応する直流−高周波変換
器に供給し、他の商用交流電源が前記電源端子に接続さ
れているとき、前記約１／２の値の電圧を対応する直流
−高周波変換器に供給するように、制御手段によって制
御されるアーク利用機器用電源装置。