JP5718754B2 - 高周波発生装置 - Google Patents
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Description
サイダック素子SSSが時刻t=t0のとき、ブレークオーバ電圧に達して通電しているので、図7(C)に示すサイリスタ素子SCRのゲート電流igが上昇し、高速サイリスタ素子SCRがオンする。SCRがオンするとSSSの電圧はブレークオーバ電圧以下となるのでSSSは遮断するが、SCRはオンしているのでSSSの電圧は上昇しない。このときゲート電流はC11より供給される。このとき図7及び図8に示すMODE1に移行し、フライバックトランスTの1次側に流れていた電流の方向が逆転し、高速サイリスタ素子SCRに図7(D)に示す通電電流Iscrが流れ込む。このとき共振コンデンサC4とフライバックトランスTの1次側の漏れインダクタンスにより共振が起こり、高速サイリスタ素子SCRの電流はゼロから傾きを持ちながら上昇するためソフトスイッチング動作、すなわちゼロ電流スイッチング(ZCS)でターンオンする。
図7(D)に示す、高速サイリスタ素子SCRの通電電流Iscrが減少し共振電流がゼロになると、高速サイリスタ素子SCRがターンオフし、図7及び図8に示すMODE2に移行し、フリーホィールダイオードD2へ図7(F)示す通電電流Idr2が流れ始める。この時、フライバックトランスTの1次側のトランス電流Ipは正方向へと変わる。
図7(D)に示すフリーホィールダイオードD2へ流れる通電電流Idr2が減少し、時刻t=t2において、通電電流Idr2がゼロになると図7及び図8に示すMODE3に移行し、サイダック素子SSS、高速サイリスタ素子SCR、共振コンデンサC4の電圧が上昇を始める。
共振コンデンサC4の電圧の上昇に応じて図7(B)に示すサイダック電圧Vsssが上昇し、ブレークオーバ電圧に達すると、図7及び図8に示すMODE4に移行し、サイダック素子SSSが再度通電する。このときコンデンサC11が充電される。そして、以後、MODE1に戻り上述と同一動作を繰り返す。
上述より、TIG溶接等のアークスタート時に、溶接トーチと被加工物との間に高周波高電圧を重畳してアークを発生させるとき、図6に示す高周波発生装置が一般的に使用されている。
(例えば、特許文献1)
図2に示す直流電源回路DCは、図1に示す全波整流回路DR3と平滑コンデンサC2とで形成し商用交流電源を整流し脈流を有する直流電圧として出力する。単安定マルチバイブレータ駆動回路MDは、図1に示す直流電源回路DCの出力側に並列に設けた第1の抵抗器R1と第2の抵抗器R2とを直列接続し、この直列接続の中接点とシャントレギュレータSR1のリファレンスRefを接続し、且つ、シャントレギュレータSR1のアノードAを直流電源回路DCのマイナス側出力に接続して形成する。
単安定マルチバイブレータ回路が非安定状態になると、MOSFET素子TR1の図3(C)に示すゲート電圧Vgが上昇し、時刻t=t0のときMOSFET素子TR1はオンする。このとき、図3及び図4に示すMODE1に移行し、フライバックトランスTの1次側に流れていた電流方向が逆転し、MOSFET素子TR1に図3(D)に示すドレイン電流Itr1が流れ込む。この時、共振コンデンサC4とフライバックトランスTの漏れインダクタンスによる共振が起こり、MOSFET素子TR1のドレイン電流はゼロから傾きを持ちながら上昇するためソフトスイッチング動作、即ち、ゼロ電流スイッチング(ZCS)でターンオンする。これに伴い、第2の平滑コンデンサC9は第3の抵抗器R3を介して放電を開始し、同時にMOSFET素子TR1のゲートへ電流を供給する。つまり抵抗器R7はMOSFET素子TR1のゲート抵抗としての役割を持ち、この値によりMOSFET素子TR1の立ち上がり特性が決定される。このとき第1のスイッチング素子TR2はこの時オン状態である。
図3(D)に示すMOSFET素子TR1のドレイン電流(共振電流)Itr1が負、すなわちMOSFET素子TR1の図示省略の内蔵ダイオードへ自然転流すると回路動作は図3及び図4のMODE2へと移行する。このとき、図3(G)に示すフライバックトランスTの1次側のトランス電流Ipは正方向へと変化する。しかし、MOSFET素子TR1のゲートは引続きオン状態にあるので、このモード中にTR1のゲートがオフ状態になることでZCSターンオフとなる。第1のスイッチング素子TR2は図4のMODE1に引続きオン状態であり、単安定マルチバイブレータ回路が安定状態に戻る過渡状態として第2のスイッチング素子TR3がオンし始める。第2の平滑コンデンサC9は図4のMODE1と同様に放電動作をしている。
単安定マルチバイブレータ回路が安定状態に戻り、第1のスイッチング素子TR2がオフする。そして、周波数設定用コンデンサは充電し、第2のスイッチング素子TR3のベースへ電流を供給している。
図3(D)に示すMOSFET素子TR1のドレイン電流Itr1がゼロになると、MOSFET素子TR1のゲート電圧は既にオフしているのでMOSFET素子TR1は自然にオフする。第2のスイッチング素子TR3は引続きオンしているので第2の平滑コンデンサC9は、図3及び図4のMODE4から充電を開始する。そして、第1の抵抗器R1へ電流が流れ始め、シャントレギュレータSR1のリファレンス電圧Vrefは入力電圧の(R2/(R1+R2))で決められた分だけゼロから上昇していく。
図3(B)に示すシャントレギュレータSR1のリファレンス電圧Vrefが時刻t=4において基準値電圧値を超えると通電し、シャントレギュレータSR1のカソード・アノード間に図3(A)に示す通電電流Isr1が流れ込む。この時、第2のスイッチング素子TR3のベースには周波数設定用コンデンサC10の電圧が逆にかかるが、ベース・エミッタ間にVRD2を挿入することによりVRD2から周波数設定用コンデンサC10へ電流が流れ込み、ベース・エミッタ間電圧が定格を越えないように動作している。このとき周波数設定用コンデンサC10は放電し、第2の平滑コンデンサC9は第3の抵抗器R3を介して充電している。
第1のスイッチング素子TR2がオンしてマルチバイブレータは完全に非安定モードへと移行する。そして以後は、MODE1〜MODE5の動作を繰り返す。
コンデンサC10・抵抗R6はMOSFETのスイッチングに関係しており、これらを調整することで、MOSFETは容易にZCS動作を実現する。(図1に示すC10とR6はマルチバイブレータの周波数設定用で、ゲート信号のデュティサイクルに関係する。)
AC 商用交流電源
CC カップリングコイル
C1 1次平滑コンデンサ
C2 平滑コンデンサ
C3 コンデンサ
C4 共振コンデンサ
C5 2次側コンデンサ
C6 2次側コンデンサ
C7 2次側コンデンサ
C8 2次側コンデンサ
C9 第2の平滑コンデンサ
C10 周波数設定用コンデンサ
C11 コンデンサ
DCL 直流リアクトル
D2 フリーホィールダイオード
DR1 1次整流回路
DR2 2次整流回路
DR3 全波整流回路
ER 誤差増幅回路
Er 誤差増幅信号
HFG 高周波発生装置
ID 出力電流検出回路
Id 出力電流検出信号
IR 出力電流設定回路
Ir 出力電流設定信号
INV インバータ回路
INT 主変圧器
M 被加工物
R1 第1の抵抗器
R2 第2の抵抗器
R3 第3の抵抗器
R4 第4の抵抗器
R5 第5の抵抗器
R6 第6の抵抗器
R7 第7の抵抗器
R8 保護抵抗
R9 第9の抵抗器
R10 第10の抵抗器
R11 第11の抵抗器
SC 出力制御信号
SR1 シャントレギュレータ
SCR 高速サイリスタ素子
SSS サイダック素子
T フライバックトランス
TH 溶接トーチ
TR1 MOSFET素子
TR2 第1のスイッチング素子
TR3 第2のスイッチング素子
TS 起動スイッチ
Ts 起動信号
VRD1 第1のツェナダイオード
VRD2 第2のツェナダイオード
Claims (1)
- 全波整流回路と平滑コンデンサとでなり商用交流電源を整流し脈流を有する直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電源回路の出力側に並列に設けた第1の抵抗器と第2の抵抗器とを直列接続し、この接続した中接点とシャントレギュレータのリファレンス、前記シャントレギュレータのアノードと前記直流電源回路のマイナス側出力とを接続して形成されるマルチバイブレータ駆動回路と、前記直流電源回路のプラス側出力に第3の抵抗器の一方を接続し、前記第3の抵抗器の他方と第2の平滑コンデンサの一方及び第1のツェナダイオードのカソードとを接続し、前記第2の平滑コンデンサの他方及び前記第1のツェナダイオードのアノードと前記直流電源回路のマイナス側出力とを接続し形成し、前記第1のツェナダイオードのカソードからマルチバイブレータ電圧を出力するマルチバイブレータ電源回路と、第1のスイッチング素子、第2のスイッチング素子、周波数設定用コンデンサ及び第5の抵抗器でマルチバイブレータを形成し、マルチバイブレータ駆動回路の前記シャントレギュレータが通電すると前記マルチバイブレータが安定状態から所定時間の非安定状態になる単安定マルチバイブレータ回路と、前記直流電源回路のプラス側出力に共振コンデンサの一方を接続し、前記共振コンデンサの他方にフライバックトランスの1次側の一方に接続し、前記フライバックトランスの1次側の他方を前記直流電源回路のマイナス側出力に接続して形勢される共振回路と、前記共振コンデンサの一方にドレイン側を接続し、前記フライバックトランスの1次側の他方にソース側を接続し前記単安定マルチバイブレータ回路が非安定状態になると前記共振回路を駆動させるMOSFET素子と、前記フライバックトランスの2次側に並列に設けた放電ギャップと、前記フライバックトランスの2次側の一方に直列接続した複数の2次側コンデンサと、を備えた高周波発生装置。
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