JP3096236B2

JP3096236B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3096236B2
Application number: JP07347699A
Authority: JP
Inventors: 邦夫四方; 秀雄石井; 国男狩野
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: JPH09168282A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、値が異なる２つの
交流電圧のいずれが供給された場合でも、使用可能な２
入力電圧対応型電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２入力電圧対応型の電源装置は、例えば
溶接用電源装置、切断機用電源装置、無停電電源装置及
びスイッチング電源装置等として使用される。従来、２
入力電圧対応型の電源装置、例えば溶接用電源装置に
は、実公平３−８５５号公報に開示されているようなも
のがある。この溶接用電源装置に高電圧（例えば２００
Ｖ）の交流電源が供給されている場合、この溶接用電源
装置では、高電圧の交流電圧が整流器によって全波整流
され、２つの直列接続された平滑コンデンサによって平
滑されて、インバータに供給される。低電圧（例えば１
００Ｖ）の交流電圧が溶接用電源装置に供給されている
場合、この溶接用電源装置では、上記整流器が倍電圧整
流するように切り換えられる。そして、切り換えられた
整流器及び上記２つの平滑コンデンサとによって低電圧
の交流電圧が倍電圧整流され、インバータには高電圧を
供給された場合と同じ値の電圧が供給される。このよう
に交流電圧が高電圧であっても、低電圧であっても、イ
ンバータに供給される電圧は同じ値に維持される。この
インバータが発生した高周波出力電圧が、出力トランス
に供給され、この出力トランスの２次側に誘起された高
周波電圧が、整流平滑されて、溶接負荷に供給される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような電
源装置では、平滑コンデンサを用いているので、力率が
悪いという問題点があった。また、この電源装置では、
電源の供給を開始したとき、平滑コンデンサは、放電状
態であるので、大きな突入電流が流れる。これを防止す
るために、限流抵抗器を設ける必要があるという問題点
もあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による電源装置
は、同一極性に接続された２つの整流素子をそれぞれ含
み２つの出力端子間に並列に接続された第１及び第２の
直列手段と、第１の直列手段の整流素子にそれぞれ逆並
列に接続された第１及び第２の自己消弧型半導体スイッ
チング素子とを有し、第２の直列手段の上記整流素子の
相互接続点と上記第１及び第２の半導体スイッチング素
子の相互接続点とが、リアクトルを介して交流電源に接
続される入力端子とされた整流手段を有している。上記
２つの出力端子間に、直列に少なくとも２つの平滑コン
デンサが接続されている。上記２つの平滑コンデンサの
相互接続点と上記第２の直列手段側の上記入力端子との
間に開閉手段が接続されている。上記交流電源の電圧が
予め定めた閾値以上のとき、上記開閉手段を開放し、上
記交流電源の電圧が上記閾値よりも小さいとき、上記開
閉手段を閉成する開閉制御手段が設けられている。上記
交流電源の電圧と電流が入力され、上記交流電源の電流
の位相が上記交流電源の電圧の位相に一致するように、
上記交流電源の電圧が一方の極性のとき、第１の自己消
弧型半導体スイッチング素子を開閉し、上記交流電源の
電圧が他方の極性のとき、第２の自己消弧型半導体スイ
ッチング素子を開閉する制御手段が設けられている。第
１の直列手段の整流素子がそれぞれサイリスタであり、
これらサイリスタは、上記交流電源が一方の極性のと
き、第２の自己消弧型半導体スイッチング素子と接続さ
れているものが導通し、上記交流電源が他方の極性のと
き、第１の自己消弧型半導体スイッチング素子と接続さ
れているものが導通する。

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に示すように、交流電源１の
一方の端子１ａは、リアクトル２（配線リアクトルの場
合もある。）を介して整流器３の一方の入力端子４に接
続されている。交流電源１の他方の端子１ｂは、整流器
３の他方の入力端子５に接続されている。

【００１１】整流器３は、サイリスタ６、７、ダイオー
ド８、９を有するブリッジ型のものである。サイリスタ
６のアノードが入力端子４に接続され、カソードが一方
の出力端子１０に接続されている。サイリスタ７は、カ
ソードが入力端子４に接続され、アノードが他方の出力
端子１１に接続されている。これらサイリスタ６、７
は、同一極性に接続された第１の直列回路を構成してい
る。ダイオード８は、そのアノードが入力端子５に接続
され、カソードが出力端子１０に接続されている。ダイ
オード９は、カソードが入力端子５に接続され、アノー
ドが出力端子１１に接続されている。ダイオード８、９
は、サイリスタ８、９と同一極性に接続された第２の直
列回路を構成している。

【００１２】サイリスタ６と逆並列に自己消弧型半導体
スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ１２の導電路が接続
されている。即ち、サイリスタ６では、入力端子４から
出力端子１０に電流が流れるのに対し、この導電路は、
出力端子１０側から入力端子４側に電流が流れる。同様
にサイリスタ７と逆並列にＩＧＢＴ１３の導電路が接続
されている。サイリスタ７では出力端子１１側から入力
端子４側に電流が流れるのに対し、この導電路は、入力
端子４側から出力端子１１側に電流が流れる。

【００１３】整流器３の出力端子１０、１１間に平滑コ
ンデンサ１４、１５が直列に接続されている。平滑コン
デンサ１４、１５の相互接続点１６と整流器３の入力端
子５との間に、開閉手段、例えばトライアック１７が接
続されている。

【００１４】サイリスタ６、７、ＩＧＢＴ１２、１３、
トライアック１７は、制御装置３２によってオンオフ制
御される。サイリスタ６、７、ＩＧＢＴ１２、１３の制
御のため、制御装置３２には、交流電源１の端子１ａ、
１ｂ間の交流電圧が入力されると共に、端子１ｂと整流
器５の入力端子５との間に設けた変流器３１によって検
出した整流器３への入力電流の検出値が入力されてい
る。この制御装置３２は、後述するように、交流電圧に
整流器３への入力電流が追従するように、サイリスタ
６、７、ＩＧＢＴ１２、１３をオンオフ制御する。

【００１５】トライアック１７の制御のため、制御装置
３２には、開閉制御手段、例えば電圧切換装置３３が設
けられている。この電圧切換装置３３は、交流電源１の
交流電圧が１次巻線に入力される補助変圧器５１を有し
ている。この補助変圧器５１は、入力された交流電圧を
降圧させた交流電圧を２次巻線に誘起させる。この誘起
された２次交流電圧は、補助整流器５２によって整流さ
れ、平滑コンデンサ５３によって平滑される。平滑コン
デンサ５２の両端間に、直列にツェナーダイオード５４
及び抵抗器５５が接続されている。平滑コンデンサ５２
の両端間に、スイッチングトランジスタ５６のコレクタ
・エミッタ導電路とリレー５７とが直列に接続されてい
る。リレー５７に通電されたときに、閉成されるリレー
接点５８が制御装置３２に接続されている。制御装置３
２は、リレー接点５８が閉成されたとき、トライアック
１７をオフとし、リレー接点５８が開放されたとき、ト
ライアック１７をオンとする。また、ツェナーダイオー
ド５４と抵抗器５５との接続点がスイッチングトランジ
スタ５６のベースに接続されている。ツェナーダイオー
ド５４は、交流電源１の交流電圧が、例えば２００Ｖの
ときに導通し、例えば１００Ｖのとき非導通となるもの
が使用されている。

【００１６】平滑コンデンサ１４、１５の間に、インバ
ータ２０の入力側が接続されている。このインバータ２
０は、自己消弧型半導体スイッチング素子、例えばＩＧ
ＢＴ２１、２２を使用したハーフブリッジ型のものであ
る。インバータ２０では、平滑コンデンサ１４、１５の
間に、ＩＧＢＴ２１、２２の導電路が直列に接続されて
いる。これらＩＢＧＴ２１、２２のベースには、インバ
ータ制御装置２３からインバータ制御信号が供給されて
いる。また、ＩＧＢＴ２１、２２の導電路には、それぞ
れフライホイールダイオード２３ａ、２３ｂが接続され
ている。

【００１７】ＩＧＢＴ２１、２２の導電路の相互接続点
と、平滑コンデンサ１４、１５の相互接続点１６とは、
即ち、インバータ２０の出力側は、直流カットコンデン
サ２５を介して出力トランス２６の１次巻線に接続され
ている。出力トランス２６は、インバータ２１の高周波
交流を絶縁し、所定の電圧に降圧するために設けられた
もので、２次巻線の両端は、出力用整流器２７、２８、
平滑用リアクトル２９を介して出力端子３０ａに接続さ
れている。他方の出力端子３０ｂが２次巻線の中間タッ
プに接続されている。出力端子３０ａ、３０ｂの間に
は、例えば溶接負荷が接続される。

【００１８】次に、交流電源１の交流電圧が、図２
（ａ）に実線で示すように高電圧、例えば２００Ｖの場
合の動作について説明する。この場合、上述したよう
に、リレー接点５８が閉成され、トライアック１７はオ
フである。

【００１９】図２（ａ）のｔ０に示すように、交流電源
１の端子１ａの電圧が端子１ｂの電圧よりも高くなる
と、図２（ｂ）に示すようにサイリスタ６を制御装置３
２がオンさせている。この状態は、交流電源１の端子１
ａの電圧が端子１ｂの電圧よりも高い時刻ｔ１まで継続
する。即ちサイリスタ６は、交流電源１の正の半周期の
期間にわたってフル導通している。また、この正の半周
期中、図２（ｃ）に示すようにＩＧＢＴ１３を制御装置
３２がオンオフさせる。

【００２０】ＩＧＢＴ１３がオンのとき、交流電源１の
端子１ａからリアクトル２、ＩＧＢＴ１３、ダイオード
９を経て交流電源１の端子１ｂに電流が流れる。このと
き、リアクトル２には、矢印で示す方向の電圧によるエ
ネルギーが蓄積される。

【００２１】ＩＧＢＴ１３をオフにすると、リアクトル
２を流れる電流が今までと同一方向に流れるようにエネ
ルギーがリアクトル２から放出される。その結果、電流
は、リアクトル２からサイリスタ６、平滑コンデンサ１
４、１５、ダイオード９、交流電源１の端子１ｂを経て
リアクトル２へと流れ、平滑コンデンサ１４、１５が充
電される。その電圧は最大約２８０Ｖ（２００Ｖのルー
ト２倍）となる。

【００２２】図２（ａ）のｔ１乃至ｔ２の期間に示すよ
うに、交流電源１の端子１ｂの電圧が端子１ｂの電圧よ
りも高い負の半周期中、図２（ｄ）に示すようにサイリ
スタ７を制御装置３２が導通させている。即ちフル導通
させている。また、この半周期中、ＩＧＢＴ１２を制御
装置３２がオンオフさせる。

【００２３】ＩＧＢＴ１２がオンのとき、交流電源１の
端子１ｂからダイオード８、ＩＧＢＴ１２、リアクトル
２を経て交流電源１の端子１ａに電流が流れる。このと
き、リアクトル２には、矢印とは逆方向の電圧によって
エネルギーが蓄積される。

【００２４】ＩＧＢＴ１２がオフのとき、リアクトル２
を流れる電流の向きを今までと同じに維持するように、
交流電源１、ダイオード８、平滑コンデンサ１４、１
５、サイリスタ７、リアクトル２へと電流が流れ、平滑
コンデンサ１４、１５が充電されて、その電圧は最大約
２８０Ｖとなる。

【００２５】このようにＩＧＢＴ１２、１３、サイリス
タ６、７を制御することによって、交流電源１の交流電
圧は全波整流され、平滑される。制御装置３２は、交流
電源１の電圧を基準として、交流電源１から流れる電流
の位相が交流電源１の電圧の位相と一致するように、Ｉ
ＧＢＴ１２、１３のオン、オフ期間を制御する。即ち、
ＩＧＢＴ１２、１３をＰＷＭ制御し、交流電源１の力率
の改善を行っている。

【００２６】例えば、この電源装置を今まで使用してい
た場所と異なる場所で使用することになった結果、交流
電源１の電圧が図２（ａ）に点線で示すように１００Ｖ
となることがある。この場合、上述したようにリレー接
点５８が開放され、制御装置３２は、トライアック１７
をオンさせる。

【００２７】そして、図２（ａ）の時刻ｔ０に示すよう
に交流電源１の端子１ａの電圧が端子１ｂの電圧よりも
高くなると、図２（ｂ）に示すように制御装置３２がサ
イリスタ６をオンとする。この状態は、正の半周期にわ
たって継続する。また、この期間中、制御装置３２がＩ
ＧＢＴ１３をオンオフさせる。

【００２８】ＩＧＢＴ１３がオンのとき、交流電源１の
端子１ａからリアクトル２、ＩＧＢＴ１３、ダイオード
９を経て交流電源１の端子１ｂに電流が流れ、リアクト
ル２には、矢印の向きの電圧によってエネルギーが蓄積
される。ＩＧＢＴ１３を制御装置３２がオフにすると、
リアクトル２は、これに流れていた電流をそのまま流す
ように、蓄積されたエネルギーを放出し、リアクトル２
からサイリスタ６、平滑コンデンサ１４、トライアック
１７、交流電源１の端子１ｂを経てリアクトル２に電流
が流れ、平滑コンデンサ１４が充電される。このとき、
平滑コンデンサ１４は、最大約１４０Ｖ（１００Ｖのル
ート２倍）の電圧となる。

【００２９】入力端子１ｂの電圧が入力端子１ａの電圧
よりも高くなる時刻ｔ１において、制御装置３２は、サ
イリスタ７をオンさせる。この状態は、負の半周期にわ
たって継続する。この期間、ＩＧＢＴ１２が制御装置３
２によってオン、オフ制御される。

【００３０】ＩＧＢＴ１２がオンのとき、交流電源１の
端子１ｂからダイオード８、ＩＧＢＴ１２、リアクトル
２を経て端子１ａに電流が流れ、リアクトル２には矢印
と逆向きの電圧によってエネルギーが蓄積される。ＩＧ
ＢＴ１２が制御装置３２によってオフとされたとき、リ
アクトル２に流れる電流の向きを今までと同一とするた
めに、リアクトル２から交流電源１、トライアック１
７、平滑コンデンサ１５、サイリスタ７を経てリアクト
ル２に電流が流れる。これによって平滑コンデンサ１５
が充電され、その電圧は約１４０Ｖとなる。

【００３１】このようにトライアック１７をオンさせる
ことによって、整流器３は倍電圧整流回路として動作す
る。制御装置３２は、交流電源１の電圧を基準として、
交流電源１から流れる電流の位相が交流電源１の電圧の
位相と一致するように、ＩＧＢＴ１２、１３のオン、オ
フ期間を制御する。即ち、ＩＧＢＴ１２、１３をＰＷＭ
制御し、交流電源１の力率の改善を行っている。

【００３２】平滑コンデンサ１４、１５に充電された電
圧は、インバータ制御装置がオンオフ制御するＩＧＢＴ
２１、２２によって高周波スイッチングされ、高周波交
流電圧となる。この高周波交流電圧は、出力トランス２
６によって降圧され、整流平滑される。この整流平滑出
力は、出力端子３０ａ、３０ｂに接続されている溶接負
荷に供給される。

【００３３】ところで、この電源装置を起動したとき、
平滑コンデンサ１４、１５は放電されている。従って、
起動時から上述したようにサイリスタ６、７をそれぞれ
フル導通させると、コンデンサ１４、１５にはそれぞれ
過大電流が流れる。この過大電流の発生を防止するため
に、例えばサイリスタ６の場合、起動時から正の半周期
になるごとに、点弧角を１８０度から徐々に小さくし、
平滑コンデンサ１４、１５に流れる電流を徐々に大きく
している。同様にサイリスタ７も起動時に負の半周期ご
とに制御されている。即ちサイリスタ６、７は起動時に
ソフトスタート制御が行われている。

【００３４】上記の実施の形態では、開閉手段としてト
ライアック１７を使用したが、これに代えて、例えば逆
並列接続された２つのサイリスタを使用することができ
る。また、トライアック１７に代えてリレー５７によっ
て駆動されるリレー接点を使用することもできる。

【００３５】上記の実施の形態では、整流器３にサイリ
スタ６、７を使用した。これは起動時にソフトスタート
を行い、起動時に過大電流の発生を防止するためであ
る。しかし、適切な限流手段を設けるならば、サイリス
タ６、７に代えて通常の整流ダイオードを使用してもよ
い。

【００３６】また、上記の実施の形態では、ダイオード
８、９を用いたが、これらに代えてサイリスタを使用す
ることもできる。この場合、ダイオード８に代わるサイ
リスタは、サイリスタ７がオンのとき、制御装置３２に
よってオンとされる。同様に、ダイオード９に代わるサ
イリスタは、サイリスタ６がオンのときに、制御装置３
２によってオンとされる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、この電
源装置に入力される交流電源の電圧が高低２種類のいず
れであっても、所定の負荷に電源を供給することができ
るだけでなく、交流電源の電圧に交流電源から流れる電
流が追従するように、第１及び第２の自己消弧型半導体
スイッチング素子の制御を行っているので、力率を改善
することができる。

【００３８】また、本発明によれば、第１または第２の
直列手段の少なくとも一方の整流素子として、サイリス
タを使用している。従って、起動時にソフトスタートさ
せることが可能であるので、起動時に平滑コンデンサに
流れる突入電流を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電源装置の１実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】同実施形態の動作波形図である。

【符号の説明】

１交流電源２リアクトル３整流回路６７サイリスタ（第１の直列手段）８９ダイオード（第２の直列手段） 12 13 ＩＧＢＴ（第１及び第２の自己消弧型半導体ス
イッチング素子） 14 15 平滑コンデンサ 17 トライアック（開閉手段） 32 制御装置（制御手段） 33 電圧切換装置（開閉制御手段）

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−138063（ＪＰ，Ａ) 実公平３−855（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/00 - 7/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一極性に接続された２つの整流素子を
それぞれ含み２つの出力端子間に並列に接続された第１
及び第２の直列手段と、第１の直列手段の整流素子にそ
れぞれ逆並列に接続された第１及び第２の自己消弧型半
導体スイッチング素子とを有し、第２の直列手段の上記
整流素子の相互接続点と上記第１及び第２の半導体スイ
ッチング素子の相互接続点とが、リアクトルを介して交
流電源に接続される入力端子とされた整流手段と、上記２つの出力端子間に、直列に接続された少なくとも
２つの平滑コンデンサと、上記２つの平滑コンデンサの相互接続点と、上記第２の
直列手段側の上記入力端子との間に接続された開閉手段
と、上記交流電源の電圧が予め定めた閾値以上のとき、上記
開閉手段を開放し、上記交流電源の電圧が上記閾値より
も小さいとき、上記開閉手段を閉成する開閉制御手段
と、上記交流電源の電圧と電流が入力され、上記交流電源の
電流の位相が上記交流電源の電圧の位相に一致するよう
に、上記交流電源の電圧が一方の極性のとき、第１の自
己消弧型半導体スイッチング素子を開閉し、上記交流電
源の電圧が他方の極性のとき、第２の自己消弧型半導体
スイッチング素子を開閉する制御手段とを、具備し、第１の直列手段の整流素子がそれぞれサイリスタであ
り、これらサイリスタは、上記交流電源が一方の極性の
とき、第２の自己消弧型半導体スイッチング素子と接続
されているものが導通し、上記交流電源が他方の極性の
とき、第１の自己消弧型半導体スイッチング素子と接続
されているものが導通する電源装置。