JP2009278747A - Power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置に内蔵されているチョッパ回路を駆動するチョッパ駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a chopper drive circuit that drives a chopper circuit built in a power supply device.
チョッパ回路を形成するチョッパ・スイッチング素子を駆動するチョッパ駆動回路は、通常パルストランスを用いているものとフォトカプラを用いているものとがあり、パルストランスを用いているとオンデューテイが50%近傍でに制限され、フォトカプラを用いるとオンデューテイが100%近傍まで可能であるが応答速度が遅くチョッパ・スイッチング素子のスイッチング周波数の高速化が困難である。 The chopper drive circuit that drives the chopper / switching element that forms the chopper circuit is usually used with a pulse transformer or with a photocoupler. When a pulse transformer is used, the on-duty is around 50%. When the photocoupler is used, on-duty is possible up to 100%, but the response speed is slow and it is difficult to increase the switching frequency of the chopper switching element.
図5は、従来技術の(例えば)ソフトスイッチングを行う溶接電源の電気接続図である。同図において、直流変換回路は、整流回路DR1及び出力側に並列に設けた平滑コンデンサC1から形成される。 FIG. 5 is an electrical connection diagram of a conventional welding power source that performs (for example) soft switching. In the figure, the DC conversion circuit is formed of a rectifier circuit DR1 and a smoothing capacitor C1 provided in parallel on the output side.
チョッパ・スイッチング素子TR1は、直流変換回路とインバータ回路INVとの間に設け、直流変換回路の直流電圧を開閉し、補助コンデンサC2に電力を供給する。 The chopper switching element TR1 is provided between the DC conversion circuit and the inverter circuit INV, opens and closes the DC voltage of the DC conversion circuit, and supplies power to the auxiliary capacitor C2.
インバータ回路INVは、図示省略の相対向する第1のスイッチング素子乃至第4のスイッチング素子からフルブリッジを形成し、直流電圧を高周波交流電圧に変換して出力する。 The inverter circuit INV forms a full bridge from opposing first to fourth switching elements (not shown), converts a DC voltage into a high-frequency AC voltage, and outputs it.
主変圧器INTは、インバータ回路INVによって変換された高周波交流電圧をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換し、2次整流回路DR3は、主変圧器INTの出力を整流し直流リアクトルDCLを介してトーチTHと被加工物Mとの間に電力を供給する。 The main transformer INT converts the high-frequency AC voltage converted by the inverter circuit INV into a high-frequency AC voltage suitable for arc machining, and the secondary rectifier circuit DR3 rectifies the output of the main transformer INT and passes through the DC reactor DCL. Then, electric power is supplied between the torch TH and the workpiece M.
出力電流検出回路IDは、主変圧器INTの2次側の出力電流を検出して出力電流検出信号Idとして出力する。電流対応出力制御回路SCIは、パルス周波数が一定でパルス幅を変調するPWM制御を行い、出力電流検出信号Idに応じて互いに半周期ずれた第1の出力制御信号Sc1及び第2の出力制御信号Sc2のパルス幅を制御する。 The output current detection circuit ID detects the output current on the secondary side of the main transformer INT and outputs it as an output current detection signal Id. The current corresponding output control circuit SCI performs PWM control that modulates the pulse width with a constant pulse frequency, and the first output control signal Sc1 and the second output control signal that are shifted from each other by a half cycle according to the output current detection signal Id. Controls the pulse width of Sc2.
インバータ駆動回路IKは、第1の出力制御信号Sc1のオンに同期して図示省略の相対向する第1のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子TR4を駆動し、第1の出力制御信号Sc1のオフから所定の時間が経過した後に第1のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子TR4を停止させる第1のインバータ駆動信号Ik1を出力し、第2の出力制御信号Sc2のオンに同期して図示省略の相対向する第2のスイッチング素子及び第3のスイッチング素子を駆動し、第2の出力制御信号Sc2のオフから所定の時間が経過した後に第2のスイッチング素子及び第3のスイッチング素子を停止させる第2のインバータ駆動信号Ik2を出力する。 The inverter drive circuit IK drives the first switching element TR4 and the fourth switching element TR4, which are not shown, in synchronization with the first output control signal Sc1 being turned on, and the first output control signal Sc1 is turned off. The first inverter drive signal Ik1 for stopping the first switching element and the fourth switching element TR4 is output after a predetermined time elapses from the time point, and is not shown in synchronization with the ON of the second output control signal Sc2. The second switching element and the third switching element facing each other are driven, and the second switching element and the third switching element are stopped after a predetermined time has elapsed since the second output control signal Sc2 was turned off. 2 inverter drive signal Ik2 is output.
図5に示すCDは、(従来技術の)チョッパ制御回路であり、チョッパ制御回路CDは、第1の出力制御信号Sc1のオン及びオフ並びに第2の出力制御信号SC2のオン及びオフに同期してチョッパ制御信号Cdを出力する。 The CD shown in FIG. 5 is a (prior art) chopper control circuit, and the chopper control circuit CD is synchronized with on / off of the first output control signal Sc1 and on / off of the second output control signal SC2. To output a chopper control signal Cd.
図6に示すDCは、パルストランスを用いた従来技術のチョッパ駆動回路の詳細図であり、チョッパ駆動回路DCは、チョッパ制御信号Cdに応じて導通する1次駆動スイッチング素子TR2と、この1次駆動スイッチング素子TR2の導通に応じて直流電源からの電圧が断続的に印加する1次巻線及び1次巻線に印加する電圧に応じて誘導起電圧を発生して2次巻線に出力するパルストランスT1と、誘導起電圧に応じて2次駆動スイッチング素子3を導通してチョッパ・スイッチング素子TR1を駆動する。 6 is a detailed diagram of a conventional chopper drive circuit using a pulse transformer. The chopper drive circuit DC includes a primary drive switching element TR2 that is turned on in response to a chopper control signal Cd and the primary drive switching element TR2. A primary winding to which a voltage from a DC power supply is intermittently applied according to conduction of the drive switching element TR2 and an induced electromotive voltage according to a voltage applied to the primary winding are generated and output to the secondary winding. The secondary drive switching element 3 is turned on in accordance with the pulse transformer T1 and the induced electromotive voltage to drive the chopper switching element TR1.
図7は従来技術の電源装置の動作を説明するための波形タイミング図である。
図7において、同図(a)の波形は第1の出力制御信号Sc1を示し、同図(b)の波形は第2の出力制御信号Sc2を示し、同図(c)の波形は第1のインバータ駆動信号Ik1を示し、同図(d)の波形は第2のインバータ駆動信号Ik2を示し、同図(e)の波形は第1のチョッパ制御信号Cdを示し、同図(f)の波形はチョッパ駆動信号Pdを示す。
FIG. 7 is a waveform timing chart for explaining the operation of the conventional power supply apparatus.
In FIG. 7, the waveform in FIG. 7A shows the first output control signal Sc1, the waveform in FIG. 7B shows the second output control signal Sc2, and the waveform in FIG. The waveform of FIG. 4D shows the second inverter drive signal Ik2, the waveform of FIG. 4E shows the first chopper control signal Cd, and the waveform of FIG. The waveform indicates the chopper drive signal Pd.
インバータ回路INVのターンオフ損失を略零にするソフトスイッチングを行うとき、図7(f)に示すチョッパ駆動Dcのオフは、同図(c)に示す第1のインバータ駆動信号Ik1及び同図(d)に示す第2のインバータ駆動信号Ik2のオフより所定時間前にオフする。このとき、同図(f)に示すチョッパ駆動Dcのオンデューテイは、最大90%近傍にまでなる。 When soft switching is performed to make the turn-off loss of the inverter circuit INV substantially zero, the chopper drive Dc shown in FIG. 7 (f) is turned off by the first inverter drive signal Ik1 shown in FIG. It is turned off a predetermined time before the second inverter drive signal Ik2 shown in FIG. At this time, the on-duty of the chopper drive Dc shown in FIG.
次に、チョッパ駆動Dcのオンデューテイが50%のときチョッパ駆動回路DCについて説明する。
図6に示す、パルストランスT1の1次巻線の正の電圧が、例えばαVのとき、負の電圧は、オンデューテイで決まり、下記の式で求めることができ、
αV×(0.5/0.5)より、負の電圧はαVとなり、正の電圧と同一になる。
Next, the chopper drive circuit DC will be described when the on-duty of the chopper drive Dc is 50%.
When the positive voltage of the primary winding of the pulse transformer T1 shown in FIG. 6 is αV, for example, the negative voltage is determined by on-duty and can be obtained by the following equation:
From αV × (0.5 / 0.5), the negative voltage becomes αV, which is the same as the positive voltage.
しかし、図7(f)に示すチョッパ駆動信号Dcのオンデューテイが、50%を超えると負の電圧は増加し、例えば、オンデューテイが90%のとき、負の電圧は、
αV×(0.9/0.1)=9αV
と正の電圧の9倍にもなる。
(例えば、特許文献1)
However, when the on-duty of the chopper drive signal Dc shown in FIG. 7 (f) exceeds 50%, the negative voltage increases. For example, when the on-duty is 90%, the negative voltage is
αV × (0.9 / 0.1) = 9αV
And 9 times the positive voltage.
(For example, Patent Document 1)
図5に示すチョッパ・スイッチング素子で形成するチョッパ回路は、チョッパ駆動回路で駆動し直流変換回路からの直流電圧を開閉し補助コンデンサ及びインバータ回路に供給していた。このとき、チョッパ駆動回路のオンデューテイは、最大90%近傍まで要求されるため、オンデューテイが100%でも使用可能なフォトカプラを用いてチョッパ駆動回路のオンデューテイを制御していた。しかし、チョッパ回路のスイッチング周波数の高速化の要求に対して高速スイッチングが可能なフォトカプラの品種が少なく、安定供給に問題を生じ、コストも上昇する。 The chopper circuit formed by the chopper / switching element shown in FIG. 5 is driven by the chopper driving circuit, opens and closes the DC voltage from the DC conversion circuit, and supplies it to the auxiliary capacitor and the inverter circuit. At this time, the on-duty of the chopper driving circuit is required to be close to 90% at the maximum, so the on-duty of the chopper driving circuit is controlled using a photocoupler that can be used even when the on-duty is 100%. However, there are few types of photocouplers that can perform high-speed switching in response to the demand for high-speed switching frequency of the chopper circuit, causing problems in stable supply and increasing costs.
また、チョッパ回路のスイッチング周波数の高速化を図るために、図6に示すパルストランスを用いたチョッパ駆動回路が一般的に使用されている。そして、パルストランスのオンデューテイが50%以下のときはパルストランスの1次巻線の正の電圧が、例えばαVのとき負の電圧はαVより低くなり、一般的なパルストランスを使用できるが、チョッパ回路のスイッチング周波数の高速化のためにパルストランスのオンデューテイを90%にしたときは、パルストランスの1次巻線の負の電圧は9αVにもなり、パルストランスの構造が複雑になり大きくなってしまう。 In order to increase the switching frequency of the chopper circuit, a chopper driving circuit using a pulse transformer shown in FIG. 6 is generally used. When the on-duty of the pulse transformer is 50% or less, the positive voltage of the primary winding of the pulse transformer is, for example, αV, the negative voltage is lower than αV, and a general pulse transformer can be used. When the on-duty of the pulse transformer is set to 90% in order to increase the switching frequency of the circuit, the negative voltage of the primary winding of the pulse transformer becomes 9αV, and the structure of the pulse transformer becomes complicated and large. End up.
そこで、本発明では、一般的なパルストランスを用いてチョッパ回路のスイッチング周波数の高速化が可能となり、且つオンデューテイが50%を超えてもチョッパ・スイッチング素子を駆動できるチョッパ駆動回路を提供することにある。 Accordingly, the present invention provides a chopper driving circuit that can increase the switching frequency of a chopper circuit using a general pulse transformer and can drive the chopper switching element even when the on-duty exceeds 50%. is there.
上述した課題を解決するために、本発明は、商用交流電源を整流して直流電圧を出力する直流電源回路と、チョッパ・スイッチング素子を有し前記チョッパ・スイッチング素子のオン及びオフに応じて前記直流電圧を所定の直流電圧に変換して負荷に供給するチョッパ回路と、前記チョッパ回路の出力電圧に基づいて出力制御信号のパルス幅を制御する出力制御回路と、前記出力制御信号に同期してチョッパ制御信号を出力するチョッパ制御回路と、前記チョッパ制御信号に応じて前記チョッパ・スイッチング素子を駆動するチョッパ駆動回路と、を備えた電源装置において、前記チョッパ制御回路は、前記出力制御信号のオンに同期し前記出力制御信号の1周期の1/2のパルス幅を有する基準制御信号を生成し、前記基準制御信号と前記出力制御信号とのアンド論理を行ない第1のチョッパ制御信号を生成し、前記基準制御信号の反転信号と前記出力制御信号とのアンド論理を行ない第2のチョッパ制御信号を生成し、前記チョッパ駆動回路は、前記第1の出力制御信号に応じて第1の1次駆動スイッチング素子を導通し、この導通にて第1のパルストランスの1次巻線に所定の電圧を印加して2次巻線に誘導起電圧を発生し、前記第2の出力制御信号に応じて第2の1次駆動スイッチング素子を導通し、この導通にて第2のパルストランスの1次巻線に所定の電圧を印加して2次巻線に誘導起電圧を発生し、前記第1のパルストランスの2次巻線と前記第2のパルストランスの2次巻線とをダイオードを介しオア接続し前記2つの誘導起電圧に応じて前記チョッパ・スイッチング素子を駆動すること、を特徴とする電源装置である。 In order to solve the above-described problem, the present invention includes a DC power supply circuit that rectifies a commercial AC power supply and outputs a DC voltage, and has a chopper switching element, and the chopper switching element is turned on and off according to the on / off state. A chopper circuit that converts a DC voltage into a predetermined DC voltage and supplies it to the load, an output control circuit that controls the pulse width of the output control signal based on the output voltage of the chopper circuit, and in synchronization with the output control signal In a power supply device comprising: a chopper control circuit that outputs a chopper control signal; and a chopper drive circuit that drives the chopper switching element in response to the chopper control signal, the chopper control circuit turns on the output control signal. A reference control signal having a pulse width of ½ of one period of the output control signal, and generating the reference control signal and the reference An AND logic with the force control signal to generate a first chopper control signal, an AND logic with the inverted signal of the reference control signal and the output control signal to generate a second chopper control signal, and the chopper drive The circuit conducts the first primary drive switching element in response to the first output control signal, and applies a predetermined voltage to the primary winding of the first pulse transformer by this conduction to conduct the secondary winding. An induced electromotive voltage is generated in the wire, and the second primary drive switching element is turned on in response to the second output control signal. With this conduction, a predetermined voltage is applied to the primary winding of the second pulse transformer. And an induced electromotive voltage is generated in the secondary winding, and the secondary induction of the first pulse transformer and the secondary winding of the second pulse transformer are OR-connected via a diode to thereby generate the two inductions. The chopper switch according to the electromotive voltage Driving the grayed element, a power supply device according to claim.
第2の発明は、前記基準制御信号のパルス幅を前記出力制御信号の最大パルス幅1/2とすること、を特徴とする請求項1記載の電源装置である。 According to a second aspect of the present invention, the pulse width of the reference control signal is set to 1/2 of the maximum pulse width of the output control signal.
本発明では、チョッパ駆動回路の構成を第1の1次駆動スイッチング素子と、この素子の導通に応じて所定の電圧を1次巻線に印加し2次巻線に誘導起電圧を発生して出力する第1のパルストランスと、第2の1次駆動スイッチング素子と、この素子の導通に応じて所定の電圧を1次巻線に印加し2次巻線に誘導起電圧を発生して出力する第2のパルストランスとを並列に設け、第1のパルストランスと第2のパルストランスとの出力をダイオードを介してオア接続する構成にし、チョッパ制御回路によって、第1のチョッパ制御信号の最大パルス幅を1周期の1/2に制限することによって、チョッパ駆動回路の第1のパルストランスのオンデューテイが最大50%になり、第2のパルストランスのオンデューテイも50%以下で制限される。よって、オンデューテイ90%近傍を有する特別なパルストランスを使用しなくても、オンデューテイ100%近傍を有するチョッパ駆動回路が容易に実現できる。 In the present invention, the configuration of the chopper drive circuit is the first primary drive switching element, and a predetermined voltage is applied to the primary winding according to the conduction of this element to generate an induced electromotive voltage in the secondary winding. A first pulse transformer to be output, a second primary drive switching element, a predetermined voltage is applied to the primary winding according to the conduction of the element, and an induced electromotive voltage is generated in the secondary winding and output. The second pulse transformer is provided in parallel, and the outputs of the first pulse transformer and the second pulse transformer are OR-connected via a diode, and the maximum of the first chopper control signal is obtained by the chopper control circuit. By limiting the pulse width to ½ of one cycle, the on-duty of the first pulse transformer of the chopper driving circuit becomes 50% at maximum and the on-duty of the second pulse transformer is also limited to 50% or less. . Therefore, a chopper driving circuit having an on-duty of about 100% can be easily realized without using a special pulse transformer having an on-duty of about 90%.
第2の発明では、チョッパ駆動回路の最大オンデューテイが、例えば70%のとき、第1のパルストランス及び第2のパルストランスの最大オンデューテイが35%と均一になり、チョッパ駆動回路の構成を第1の1次駆動スイッチング素子及び第2の1次駆動スイッチング素子のドレイン・ソースに印加される最大電圧が均一になり、2つのスイッチング素子の信頼性向上につながる。 In the second invention, when the maximum on-duty of the chopper driving circuit is, for example, 70%, the maximum on-duty of the first pulse transformer and the second pulse transformer becomes 35% and the configuration of the chopper driving circuit is the first. The maximum voltages applied to the drain and source of the primary drive switching element and the second primary drive switching element become uniform, leading to an improvement in the reliability of the two switching elements.
図1は、本発明の実施形態に係る電源装置、(例えば)降圧チョッパ回路を用いた電源装置の電気接続図である。同図において、図5に示す従来技術の電源装置、(例えば)ソフトスイッチングを行う溶接電源の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。また、本発明の実施形態では、降圧チョッパ回路を用いて説明を行っているが、昇圧チョッパ回路を用いても本発明に適用することができる。 FIG. 1 is an electrical connection diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention, for example, a power supply device using a step-down chopper circuit. In the figure, components having the same reference numerals as those in the electrical connection diagram of the conventional power supply apparatus shown in FIG. 5 and a welding power source (for example) performing soft switching perform the same operation, and thus the description thereof will be omitted, and the components having different reference numerals will be described. Only the thing is explained. In the embodiment of the present invention, the step-down chopper circuit is described. However, the present invention can also be applied to a step-up chopper circuit.
直流電源回路は、整流回路DR1及び出力側に並列に設けた第1の平滑コンデンサC1から形成され、商用交流電源を整流し直流電圧を出力する。 The DC power supply circuit is formed of a rectifier circuit DR1 and a first smoothing capacitor C1 provided in parallel on the output side, and rectifies a commercial AC power supply to output a DC voltage.
降圧チョッパ回路は、図1に示すチョッパ・スイッチング素子TR1、環流ダイオードDR2、直流リアクトルDCL及び第2の平滑コンデンサC3とによって形成され、チョッパ・スイッチング素子TR1のオンデューテイに基づいて直流電源回路からの直流電圧を降圧して負荷に供給する。 The step-down chopper circuit is formed by the chopper / switching element TR1, the freewheeling diode DR2, the DC reactor DCL and the second smoothing capacitor C3 shown in FIG. 1, and the direct current from the DC power supply circuit is based on the on-duty of the chopper / switching element TR1. The voltage is stepped down and supplied to the load.
出力電圧検出回路VDは、降圧チョッパ回路の出力電圧を検出して出力電圧検出信号Vdとして出力する。出力制御回路SCは、パルス周波数が一定でパルス幅を変調するPWM制御を行ない、出力電圧検出信号Vdの値に基づいて出力制御信号Scのパルス幅を制御する。 The output voltage detection circuit VD detects the output voltage of the step-down chopper circuit and outputs it as an output voltage detection signal Vd. The output control circuit SC performs PWM control that modulates the pulse width with a constant pulse frequency, and controls the pulse width of the output control signal Sc based on the value of the output voltage detection signal Vd.
図3は、本発明のチョッパ制御回路COの詳細図である。
同図において、チョッパ制御回路COは、単安定マルチバイブレータ回路TM、反転回路IN、第1のアンド回路AND1及び第2のアンド回路AND2によって形成され、単安定マルチバイブレータ回路TMは、出力制御信号Scのオンに同期し、出力制御信号Scの1周期の1/2のパルス幅を有する基準制御信号Tmを生成して出力する。第1のアンド回路AND1は、出力制御信号Scと基準制御信号Tmとのアンド論理を行って第1のチョッパ制御信号Co1として出力し、第2のアンド回路AND2は、第1の出力制御信号Scと基準制御信号Tmの反転信号Inとのアンド論理を行って第2のチョッパ制御信号Co2として出力する。
また、基準制御信号Tmのパルス幅を出力制御信号Scの最大パルス幅の1/2としてもよい。
FIG. 3 is a detailed diagram of the chopper control circuit CO of the present invention.
In the figure, the chopper control circuit CO is formed by a monostable multivibrator circuit TM, an inverting circuit IN, a first AND circuit AND1, and a second AND circuit AND2. The monostable multivibrator circuit TM The reference control signal Tm having a pulse width that is ½ of one cycle of the output control signal Sc is generated and output in synchronization with the turning on. The first AND circuit AND1 performs an AND logic on the output control signal Sc and the reference control signal Tm and outputs the result as the first chopper control signal Co1, and the second AND circuit AND2 outputs the first output control signal Sc. And the inverted signal In of the reference control signal Tm are performed and output as the second chopper control signal Co2.
Further, the pulse width of the reference control signal Tm may be ½ of the maximum pulse width of the output control signal Sc.
図2は、本発明のチョッパ駆動回路PDの詳細図である。
同図に示すように第1のチョッパ制御信号Co1に応じて導通/遮断する第1の1次駆動スイッチング素子TR3と、この第1の1次駆動スイッチング素子TR3の導通/遮断に応じて、図示省略の直流電源からの電圧が断続的に印加する1次巻線及び1次巻線に印加する電圧に応じて誘導起電圧を発生して2次巻線に出力する第1のパルストランスT1と、第2のチョッパ制御信号Co2に応じて導通/遮断する第2の1次駆動スイッチング素子TR5と、この第2の1次駆動スイッチング素子TR5の導通/遮断に応じて直流電源からの電圧が断続的に印加する1次巻線および1次巻線に印加する電圧に応じて誘導起電圧を発生して2次巻線に出力する第2のパルストランスT2と、第1のパルストランスT1と第2のパルストランスT2との出力をダイオードを介して2次駆動スイッチング素子TR4にオア接続し、2つの誘導起電圧に応じてハイ・サイド動作を行う2次駆動スイッチング素子とで形成される。
FIG. 2 is a detailed diagram of the chopper drive circuit PD of the present invention.
As shown in the figure, the first primary drive switching element TR3 which is turned on / off according to the first chopper control signal Co1 and the conduction / cutoff of the first primary drive switching element TR3 are illustrated. A first pulse transformer T1 that generates an induced electromotive voltage according to a voltage applied to the primary winding and the primary winding intermittently applied with a voltage from an omitted DC power supply and outputs the induced voltage to the secondary winding; The second primary drive switching element TR5 that conducts / cuts off according to the second chopper control signal Co2 and the voltage from the DC power supply intermittently according to the conduction / cutoff of the second primary drive switching element TR5 Second pulse transformer T2 that generates an induced electromotive voltage in accordance with the primary winding to be applied and the voltage applied to the primary winding and outputs it to the secondary winding, the first pulse transformer T1, 2 pulse transformer T OR-connected to the secondary drive switching element TR4 via the diode output and, it is formed by the secondary drive switching element for high side operation in accordance with two inductive electromotive voltage.
図4は、本発明の実施の形態の動作を説明するための波形タイミング図である。
図4において、同図(a)の波形は出力制御信号Scを示し、同図(b)の波形は基準制御信号Tmを示し、同図(c)の波形は反転信号Inを示し、同図(d)の波形は第1のチョッパ制御信号Co1を示し、同図(e)の波形は第2のチョッパ制御信号Co2を示し、同図(f)の波形はチョッパ駆動信号Pdを示す。
FIG. 4 is a waveform timing chart for explaining the operation of the embodiment of the present invention.
4, the waveform of FIG. 4A shows the output control signal Sc, the waveform of FIG. 4B shows the reference control signal Tm, the waveform of FIG. 4C shows the inverted signal In, and FIG. The waveform in (d) shows the first chopper control signal Co1, the waveform in (e) shows the second chopper control signal Co2, and the waveform in (f) shows the chopper drive signal Pd.
つぎに、図4の波形タイミング図を用いて本発明の動作について説明する。
図1に示す、起動スイッチTSから起動信号Tsが出力されると出力制御回路SCは、予め定めた電圧基準値Vrと出力電圧検出信号Vdの値とを比較演算した値(例えば、Vr−Vd)に基づいて図4(a)に示す出力制御信号Scのパルス幅を制御する。
Next, the operation of the present invention will be described with reference to the waveform timing chart of FIG.
When the start signal Ts is output from the start switch TS shown in FIG. 1, the output control circuit SC compares the predetermined voltage reference value Vr and the value of the output voltage detection signal Vd (for example, Vr−Vd). ) To control the pulse width of the output control signal Sc shown in FIG.
時刻t=t1において、図3に示すチョッパ制御回路COの単安定マルチバイブレータ回路TMに、図4(a)に示す出力制御信号Scが入力されHighレベルになると、単安定マルチバイブレータ回路TMは、出力制御信号Scのオンに同期し、出力制御信号Scの1周期の1/2のパルス幅を有する同図(b)に示す基準制御信号Tmを出力する。また、基準制御信号Tmのパルス幅を出力制御信号Scの最大パルス幅の1/2としてもよい。 At time t = t1, when the output control signal Sc shown in FIG. 4A is input to the monostable multivibrator circuit TM of the chopper control circuit CO shown in FIG. 3 and becomes high level, the monostable multivibrator circuit TM is In synchronization with the output control signal Sc being turned on, the reference control signal Tm shown in FIG. 5B having a pulse width of ½ of one cycle of the output control signal Sc is output. Further, the pulse width of the reference control signal Tm may be ½ of the maximum pulse width of the output control signal Sc.
時刻t=t1において、第1のアンド回路AND1は、出力制御信号Scと基準制御信号Tmとのアンド論理を行ない図4(d)に示す第1のチョッパ制御信号Co1をHighレベルにする。さらに、第2のアンド回路AND2は、出力制御信号Scと基準制御信号Tmの反転信号Inとのアンド論理を行ない図4(e)に示す第2のチョッパ制御信号Co2をLowレベルにする。 At time t = t1, the first AND circuit AND1 performs AND logic on the output control signal Sc and the reference control signal Tm, and sets the first chopper control signal Co1 shown in FIG. 4D to High level. Further, the second AND circuit AND2 performs AND logic on the output control signal Sc and the inverted signal In of the reference control signal Tm, and sets the second chopper control signal Co2 shown in FIG.
チョッパ駆動回路PDは、第1のチョッパ制御信号Co1と第2のチョッパ制御信号Co2とのオア論理を行って図4(f)に示すチョッパ駆動信号PdをHighレベルにし、時刻t=t1のときチョッパ・スイッチング素子TR1を導通する。 The chopper drive circuit PD performs an OR logic on the first chopper control signal Co1 and the second chopper control signal Co2 to set the chopper drive signal Pd shown in FIG. 4 (f) to the high level, and at time t = t1 The chopper switching element TR1 is conducted.
時刻t=t1〜t2において、図4(d)に示す第1のチョッパ制御信号Co1はHighレベルを維持するので、チョッパ・スイッチング素子TR1の導通は継続する。 At time t = t1 to t2, the first chopper control signal Co1 shown in FIG. 4D maintains the high level, so that the conduction of the chopper switching element TR1 continues.
単安定マルチバイブレータ回路TMは、出力制御信号ScのHighレベルから1/2周期の時間が経過する時刻t=t2において、基準制御信号TmがLowレベルになる。 In the monostable multivibrator circuit TM, the reference control signal Tm becomes the low level at time t = t2 when a time of ½ cycle elapses from the high level of the output control signal Sc.
時刻t=t2において、第1のアンド回路AND1は、出力制御信号Scと基準制御信号Tmとのアンド論理を行ない図4(d)に示す第1のチョッパ制御信号Co1をLowレベルにする。さらに、第2のアンド回路AND2は、出力制御信号ScのHighレベルと基準制御信号Tmの反転信号InのHighレベルとのアンド論理を行ない図4(e)に示す第2のチョッパ制御信号Co2をHighレベルにする。 At time t = t2, the first AND circuit AND1 performs AND logic on the output control signal Sc and the reference control signal Tm, and sets the first chopper control signal Co1 shown in FIG. 4D to the Low level. Further, the second AND circuit AND2 performs an AND logic between the high level of the output control signal Sc and the high level of the inverted signal In of the reference control signal Tm, and outputs the second chopper control signal Co2 shown in FIG. Set to High level.
チョッパ駆動回路PDは、第1のチョッパ制御信号Co1と第2のチョッパ制御信号Co2とのオア論理を行って図4(f)に示すチョッパ駆動信号PdのHighレベルを維持し、チョッパ・スイッチング素子TR1を導通を継続する。 The chopper drive circuit PD performs an OR logic between the first chopper control signal Co1 and the second chopper control signal Co2 to maintain the high level of the chopper drive signal Pd shown in FIG. Continue conducting TR1.
図4に示す時刻t=t3において、図4(a)に示す出力制御信号ScがLowレベルになると図4(e)に示す第2のチョッパ制御信号Co2はHighレベルからLowレベルになり、チョッパ駆動回路PDは、第1のチョッパ制御信号Co1と第2のチョッパ制御信号Co2とのオア論理を行って図4(f)に示すチョッパ駆動信号PdがLowレベルになり、チョッパ・スイッチング素子TR1を遮断する。そして、時刻t=t3〜t4の期間は、チョッパ・スイッチング素子TR1は遮断を継続する。 At time t = t3 shown in FIG. 4, when the output control signal Sc shown in FIG. 4 (a) becomes the low level, the second chopper control signal Co2 shown in FIG. 4 (e) changes from the high level to the low level. The drive circuit PD performs an OR logic between the first chopper control signal Co1 and the second chopper control signal Co2, and the chopper drive signal Pd shown in FIG. 4 (f) becomes Low level, and the chopper switching element TR1 is turned on. Cut off. The chopper / switching element TR1 continues to be cut off during the period from time t = t3 to t4.
時刻t=t4において、図4(a)に示す出力制御信号Scが再度Highレベルになると、単安定マルチバイブレータ回路TMは、出力制御信号Scのオンに同期し、出力制御信号Scの1周期の1/2のパルス幅を有する基準制御信号Tmを出力する。 At time t = t4, when the output control signal Sc shown in FIG. 4A again becomes a high level, the monostable multivibrator circuit TM is synchronized with the output control signal Sc being turned on, and the output control signal Sc is in one cycle. A reference control signal Tm having a pulse width of 1/2 is output.
時刻t=t4において、第1のアンド回路AND1は、出力制御信号Scと基準制御信号Tmとのアンド論理を行ない図4(d)に示す第1のチョッパ制御信号Co1をHighレベルにする。さらに、第2のアンド回路AND2は、第1の出力制御信号Sc1と基準制御信号Tmの反転信号Inとのアンド論理を行ない同図(e)に示す第2のチョッパ制御信号Co2をLowレベルにする。 At time t = t4, the first AND circuit AND1 performs AND logic on the output control signal Sc and the reference control signal Tm, and sets the first chopper control signal Co1 shown in FIG. 4D to High level. Further, the second AND circuit AND2 performs an AND logic of the first output control signal Sc1 and the inverted signal In of the reference control signal Tm, and sets the second chopper control signal Co2 shown in FIG. To do.
チョッパ駆動回路PDは、第1のチョッパ制御信号Co1と第2のチョッパ制御信号Co2とのオア論理を行って図4(f)に示すチョッパ駆動信号PdをHighレベルにし、時刻t=t4のときチョッパ・スイッチング素子TR1を導通する。そして、以後は上記と同一動作を繰り返すので説明を省略する。 The chopper drive circuit PD performs an OR logic on the first chopper control signal Co1 and the second chopper control signal Co2 to set the chopper drive signal Pd shown in FIG. 4 (f) to the high level, and at time t = t4 The chopper switching element TR1 is conducted. Thereafter, the same operation as described above is repeated, and the description thereof is omitted.
上述の降圧チョッパ回路では、図4(f)に示すチョッパ駆動信号Pdのオンデューテイに基づいて直流電源回路から供給される直流電圧を降圧して負荷に供給する。また、本発明のチョッパ回路では、降圧チョッパ回路を使用して動作説明を行なっているが、昇圧チョッパ回路を使用しチョッパ駆動信号Pdのオンデューテイに基づいて直流電源回路から供給される直流電圧を昇圧し負荷に供給してもよい。 In the step-down chopper circuit described above, the DC voltage supplied from the DC power supply circuit is stepped down and supplied to the load based on the on-duty of the chopper drive signal Pd shown in FIG. In the chopper circuit of the present invention, the operation is described using the step-down chopper circuit. However, the step-up chopper circuit is used to boost the DC voltage supplied from the DC power supply circuit based on the on-duty of the chopper drive signal Pd. However, it may be supplied to a load.
本発明では、チョッパ・スイッチング素子を駆動するチョッパ駆動回路の構成としてパルストランスを2つ並列に設け、出力制御回路の第1の出力制御信号及び第2の出力制御信号に基づいて2つのパルストランスのオンデューテイを50%以下に抑えることによって通常のパルストランスが使用でき、オンデューテイが100%近傍を有するチョッパ駆動回路が可能となる。 In the present invention, two pulse transformers are provided in parallel as the configuration of the chopper driving circuit for driving the chopper / switching element, and two pulse transformers are provided based on the first output control signal and the second output control signal of the output control circuit. By suppressing the on-duty to 50% or less, a normal pulse transformer can be used, and a chopper driving circuit having an on-duty in the vicinity of 100% can be realized.
AND1 第1のアンド回路
AND2 第2のアンド回路
C1 平滑コンデンサ
C2 補助コンデンサ
CD (従来の)チョッパ制御回路
Cd (従来の)チョッパ制御信号
CO (本発明の)チョッパ制御回路
Co1 (本発明の)第1のチョッパ制御信号
Co2 (本発明の)第2のチョッパ制御信号
DC (従来の)チョッパ駆動回路
Dc (従来の)チョッパ駆動信号
DR1 1次整流回路
DR2 環流ダイオード
DR3 2次整流回路
DCL 直流リアクトル
ID 出力電流検出回路
Id 出力電流検出信号
IK インバータ駆動回路
Ik1 第1のインバータ駆動信号
Ik2 第2のインバータ駆動信号
IR 電流基準設定回路
Ir 電流基準値
IN 反転回路
INT 主変圧器
INV インバータ回路
M 被加工物
PD (本発明の)チョッパ駆動回路
Pd (本発明の)第チョッパ駆動信号
SC 出力制御回路
Sc 出力制御信号
Sc1 第1の出力制御信号
Sc2 第2の出力制御信号
T1 第1のパルストランス
T2 第2のパルストランス
TH トーチ
TM 単安定マルチバイブレータ回路
TS 起動スイッチ
Ts 起動信号
TR1 チョッパ・スイッチング素子
TR2 第1の1次駆動スイッチング素子
TR3 2次駆動スイッチング素子
TR4 第2の1次駆動スイッチング素子
VD 出力電圧検出回路
Vd 出力電圧検出信号
VR 電圧基準設定回路
Vr 電圧基準値
AND1 first AND circuit AND2 second AND circuit C1 smoothing capacitor C2 auxiliary capacitor CD (conventional) chopper control circuit Cd (conventional) chopper control signal CO (invention) chopper control circuit Co1 (invention) 1 chopper control signal Co2 (second invention) chopper control signal DC (conventional) chopper drive circuit Dc (conventional) chopper drive signal DR1 primary rectifier circuit DR2 freewheeling diode DR3 secondary rectifier circuit DCL DC reactor ID Output current detection circuit Id Output current detection signal IK Inverter drive circuit Ik1 First inverter drive signal Ik2 Second inverter drive signal IR Current reference setting circuit Ir Current reference value IN Inversion circuit INT Main transformer INV Inverter circuit M Workpiece PD (invention) chopper drive Circuit Pd (of the present invention) chopper drive signal SC output control circuit Sc output control signal Sc1 first output control signal Sc2 second output control signal T1 first pulse transformer T2 second pulse transformer TH torch TM monostable Multivibrator circuit TS Start switch Ts Start signal TR1 Chopper switching element TR2 First primary drive switching element TR3 Secondary drive switching element TR4 Second primary drive switching element VD Output voltage detection circuit Vd Output voltage detection signal VR Voltage Reference setting circuit Vr Voltage reference value
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