JP2012080738A

JP2012080738A - 電源装置

Info

Publication number: JP2012080738A
Application number: JP2010226274A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Morimoto; 猛森本; Tetsuro Ikeda; 哲朗池田
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2012-04-19
Also published as: US20120087163A1

Abstract

【課題】電源装置のリレー接点が異常動作をしても、電源装置の損傷を防止する。
【解決手段】インバータ１０、１２の正電源入力端子１６ｐ、２２ｐ間にリレー接点２６が接続され、負電源入力端子１６ｎ、２２ｎ間にリレー接点２８が接続され、インバータ１０の正電源入力端子１６ｐに正直流電源端子８ｐが接続され、インバータ１２の負電源入力端子２２ｎに負直流電源端子８ｎが接続されている。駆動部３２は、正負直流電源端子８ｐ、８ｎ間の電圧が予め定めた値よりも大きいとき、リレー接点２６、２８を開放し、前記直流電圧が前記予め定めた値以下のとき、リレー接点２６、２８を閉成する。インバータ１０の負電源入力端子１６ｎにダイオード３０のアノードが接続され、インバータ１２の正電源入力端子２２ｐにダイオード３０のカソードが接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、２台のインバータを用いたものに関する。

２台のインバータを用いた電源装置としては、例えば特許文献１、２に開示されたようなものがある。特許文献１、２に開示された電源装置は、電源装置に供給される交流電圧が、２００Ｖ系の場合と、４００Ｖ系の場合とのいずれであっても使用することができるようにしたものである。この電源装置では、２台のインバータを直列に接続した状態と、並列に接続した状態とのいずれかに切換可能にリレーを用いて構成してある。具体的には、２つのインバータが備える正負２つの電源入力端子のうち、正の電源入力端子同士を第１のリレー接点で接続し、同じく負の電源入力端子同士を第２のリレー接点で接続し、この第１及び第２のリレー接点間に直列に第３のリレー接点を接続してある。これら２つのインバータの一方の正の電源入力端子と、他方のインバータの負の電源入力端子との間に、整流回路で整流された交流電圧が供給されている。２００Ｖ系の交流電圧が、この電源装置に供給されているとき、第３のリレー接点を閉成し、第１及び第２のリレー接点を開放して、２台のインバータを並列に接続し、整流回路で整流された交流電圧を並列に接続された２台のインバータに供給する。４００Ｖ系の交流電圧が、この電源装置に供給されているとき、第１及び第２のリレー接点を開放し、第３のリレー接点を閉成して、２台のインバータを直列に接続し、整流された交流電圧を、直列に接続された２台のインバータに供給している。

特開平１１−９８８６１号公報特開２００７−１９５２７３号公報

しかし、上記の技術では、リレー接点のような機械スイッチを使用しているので、電源装置が収容されている筐体が転倒したり、筐体に外部から強い衝撃や振動が与えられたりすると、閉成されているリレー接点が一時的に開放されたり、開放されているリレー接点が一時的に閉成されたりすることがある。例えば、２００Ｖ系の交流電圧が供給されて、第１及び第２のリレー接点が閉成され、第３のリレー接点が開放されている状態で、第３のリレー接点が一瞬だけ閉成されても、２つのインバータの正負の電源端子が全て直列に接続され、第１乃至第３のリレー接点及び整流回路が瞬時に破損する。４００Ｖ系の交流電圧が供給されて、第１及び第２のリレー接点が開放され、第３のリレー接点が閉成されている状態で、第１及び第２のリレー接点のうち一方、例えば第１のリレー接点が一瞬だけ閉成されても、一方のインバータが短絡され、第１及び第３のリレー接点が破損する。

本発明は、振動が加わったり、転倒したりして、機械スイッチが不所望な動作をしても損傷等が生じない電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の電源装置は、第１及び第２のインバータを有している。第１及び第２のインバータは、第１極性の電源入力端子と、第２極性の電源入力端子とを、有している。第１及び第２のインバータとしては、フルブリッジ型のものを使用することもできるし、ハーフブリッジ型のものを使用することもできる。第１及び第２のインバータの第１極性の電源入力端子間に第１の機械接点が接続されている。第１及び第２のインバータの第２極性の電源入力端子間に第２の機械接点が接続されている。第１及び第２の機械接点には、例えばリレー接点を使用することができる。第１のインバータの第１極性の電源入力端子に電源端子の第１直流電源端子が接続され、第２のインバータの第２極性の電源入力端子に第２直流電源端子が接続され、第１及び第２電源端子間に直流電圧が供給される。前記直流電圧が予め定めた値よりも大きいとき、駆動手段が第１及び第２の機械接点を開放し、前記直流電圧が前記予め定めた値以下のとき、駆動手段が第１及び第２の機械接点を閉成する。この駆動手段としては、例えば第１及び第２の機械接点がリレー接点の場合、リレー駆動回路を使用することができる。第１のインバータの第２極性の電源入力端子と、第２のインバータの第１極性の電源入力端子との間に自己付勢型半導体スイッチング素子が接続されている。自己付勢型半導体スイッチング素子の接続は、第１及び第２の機械接点が開放されているとき、閉成され、第１及び第２の機械接点が閉成されているとき、開放される方向性に行われている。自己付勢型半導体スイッチング素子は、２つ以上の端子を有し、両端子間の電圧差が予め定めた正または負の極性を持ち、その電圧差の絶対値が予め定めた値以上のとき、両端子間が導通する半導体スイッチング素子で、例えばダイオードを使用することができる。

このように構成された電源装置では、第１及び第２の機械接点が閉成状態では、自己付勢型半導体スイッチング素子は、開放状態となり、２つのインバータが並列に接続される。第１及び第２の機械接点が開放されているとき、自己付勢型半導体スイッチング素子が閉成され、２つのインバータが直列に接続される。従って、電源端子間に供給されている直流電圧の大きさに応じて、インバータは直列または並列に接続される。

この電源装置の筐体が転倒したり、筐体に外部から強い衝撃や振動が与えられたりしても、自己付勢型半導体スイッチング素子が閉成状態から開放状態に変化することはなく、また開放状態から閉成状態に変化することはない。従って、第１及び第２の機械接点が閉成されているときに、自己付勢型半導体スイッチング素子は開放状態であるが、この自己付勢型半導体スイッチング素子が一時的にも閉成されることはなく、第１及び第２の機械接点が損傷することはない。また、第１及び第２の機械接点が開放状態であって、自己付勢型半導体スイッチング素子が閉成状態において、自己付勢型半導体スイッチング素子が一時的にも開放状態になることはなく、この電源装置が停止することもない。

また、第１及び第２の機械接点が開放状態であって、自己付勢型半導体スイッチング素子が閉成状態において、第１及び第２の機械接点が一時的に閉成状態になると、自己付勢型半導体スイッチング素子が開放状態になり、一方のインバータが短絡されることはない。

上記直流電圧を電源端子間に供給するために、整流手段を設けることもできる。この場合、第１の直流電源端子に整流手段の一方の出力端子が接続され、第２の直流電源端子に整流手段の他方の出力端子が接続される。整流手段の入力端子に、第１の交流電圧と、第１の交流電圧よりも値の大きい第２の交流電圧の一方が供給される。前記駆動手段は、前記入力端子の交流電圧が第１の交流電圧のとき、第１及び第２の機械接点を閉成し、前記入力端子の交流電圧が第２の交流電圧のとき、第１及び第２の機械接点を開放する。

このように構成すると、電源装置に供給される交流電圧が、異なる２種類のものでいずれであっても、電源装置を使用することができる。また、第１及び第２の機械接点の切換を交流電圧の値に応じて行える。

以上のように、本発明によれば、電源装置の筐体に振動が加わったり、筐体が転倒したりした結果、機械スイッチが異常動作をしても、電源装置に損傷等が生じない

本発明の一実施形態の電源装置における４００Ｖ系の電圧が供給されている状態のブロック図である。図１の電源装置における２００Ｖ系の電圧が供給されている状態の部分省略ブロック図である。図１の電源装置における４００Ｖ系の電圧が供給されている状態で、リレー接点２６が閉成された状態の部分省略ブロック図である。図１の電源装置における２００Ｖ系の電圧が供給されている状態で、リレー接点２６が開放された状態の部分省略ブロック図である。

本発明の一実施形態の電源装置は、例えば溶接用電源装置であって、図１に示すように、２つの交流電源端子２ａ、２ｂを有している。これら交流電源端子２ａ、２ｂには、単相交流電源４が接続されている。この単相交流電源４は、第１の交流電圧、例えば２００Ｖの電圧を発生するもの、または第２の交流電圧例えば４００Ｖの交流電圧のいずれかを発生するものである。

交流電源端子２ａ、２ｂは、整流手段、例えば整流回路６の２つの入力端子６ａ、６ｂ接続されている。整流回路６は、入力端子６ａ、６ｂから供給された交流電圧を整流して、整流された電圧を正の出力端子６ｃ、負の出力端子６ｄ間に発生する。なお、整流回路６は、平滑コンデンサを備えたものとすることもできる。正の出力端子６ｃは、直流電源端子の第１の電源端子、例えば正の直流電源端子８ｐに接続されている。負の出力端子６ｄは、直流電源端子の第２の電源端子、例えば負の直流電源端子８ｎに接続されている。これら正負の直流電源端子８ｐ、８ｎ間に、２台のインバータ１０、１２が接続されている。

インバータ１０は、フルブリッジ回路を構成するように接続された４つの半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ１４ａ乃至１４ｄを有している。このフルブリッジ回路の２つの入力側のうち正の入力側が、第１の極性、例えば正の電源入力端子１６ｐに接続され、負の入力側が、第２の極性、例えば負の電源入力端子１６ｎに接続されている。これら正及び負の電源入力端子１６ｐ、１６ｎ間に直列にコンデンサ１８ａ、１８ｂが接続されている。

インバータ１２も、フルブリッジ回路を構成するように接続された４つの半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ２０ａ乃至２０ｄを有している。このフルブリッジ回路の２つの入力側のうち正の入力側が、第１の極性、例えば正の電源入力端子２２ｐに接続され、負の入力側が、第２の極性、例えば負の電源入力端子２２ｎに接続されている。これら正及び負の電源入力端子２２ｐ、２２ｎ間に直列にコンデンサ２４ａ、２４ｂが接続されている。

インバータ１０の正の電源入力端子１６ｐは、正の直流電源端子８ｐに接続される共に、機械接点、例えばリレー接点２６を介してインバータ１２の正の電源入力端子２２ｐに接続されている。インバータ１２の負の電源入力端子２２ｎは、負の直流電源端子８ｎに接続されると共に、機械接点、例えばリレー接点２８を介してインバータ１０の負の電源入力端子１６ｎに接続されている。

インバータ１０の負の電源入力端子１６ｎと、インバータ１２の正の電源入力端子２２ｐの間には、自己付勢半導体スイッチング素子、例えばダイオード３０が接続されている。この接続は、ダイオード３０のアノードが負の電源入力端子１６ｎに接続され、ダイオード３０のカソードが正の電源入力端子２２ｐに接続されるように、行われている。ダイオード３０は、負の電源入力端子１６ｎの電圧が、正の電源入力端子２２ｐの電圧よりも閾値電圧以上大きいときに、導通し、それ以外のときには非導通である。

リレー接点２６、２８は、駆動手段、例えば駆動部３２に含まれるリレー駆動回路３４に駆動指令が供給されたとき、閉成され。それ以外のときには開放されている。リレー駆動回路３４への駆動指令は、判定部３６から供給される。判定部３６には、電圧検出部３８が発生する交流電源端子２ａ、２ｂ間に供給されている交流電圧の値を表す電圧検出信号が供給されている。また、判定部３６には、基準信号源４０からの基準信号も供給されている。基準信号は、２００Ｖの交流電圧に対応する電圧検出信号の値と、４００Ｖの交流電圧に対応する電圧検出信号の値との中間にある値を持つものである。判定部３６は、電圧検出部からの電圧検出信号が基準信号以下のとき、駆動指令をリレー駆動回路３４に供給する。従って、４００Ｖの交流電圧が交流電源端子２ａ、２ｂに供給されているときには、リレー接点２６、２８は開放され、２００Ｖの交流電圧が交流電源端子２ａ、２ｂに供給されているとき、リレー接点２６、２８は閉成される。

インバータ１０では、図示していない制御回路からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ１４ａ乃至１４ｄがオン、オフ制御され、正負の電源入力端子１６ｐ、１６ｎ間に供給された直流電圧を高周波電圧に変換して出力する。インバータ１２も同様である。インバータ１０、１２の出力側は、それぞれコンデンサ４２、４４を介して変圧器４６、４８の一次側巻線４６ｐ、４８ｐに接続されている。また、二次側巻線４６ｓ、４８ｓは、整流回路５０に接続され、この整流回路５０の出力が、溶接負荷に接続される正負出力端子５２ｐ、５２ｓに供給されている。

この直流電源装置は、筐体５４内に収容されている。

このように構成された電源装置では、交流電源４が４００Ｖ系であると、リレー駆動回路３４は、図１に示すようにリレー接点２６、２８を開放状態とする。その結果、４００Ｖ系の交流電圧を整流した電圧が、正負の直流電源端子８ｐ、８ｎ間に印加され、ダイオード３０のアノードの電圧がカソードの電圧よりも高くなり、ダイオード３０が導通し、インバータ１０、１２は直列に接続された状態で動作する。

交流電源４が２００Ｖ系であると、判定部３６からの駆動指令により、リレー駆動回路３４が、図２に示すように、リレー接点２６、２８を閉成する。このとき、ダイオード３０のカソードの電圧がアノードの電圧よりも高いので、ダイオード３０は非導通である。その結果、インバータ１０、１２は並列に接続された状態で、正負の直流電源端子８ｐ、８ｎ間に印加された２００Ｖ系の交流電圧を整流した電圧で動作する。

図１に示すように、リレー接点２６、２８が開放状態で、ダイオード３０が閉成状態において、この直流電源装置が収容されている筐体５４が転倒したり、筐体５４に外部から強い衝撃や振動が与えられたりしても、ダイオード３０は機械スイッチでないので、非導通となることはない。従って、この直流電源装置が突然に停止することはない。

また、図２に示すように、リレー接点２６、２８が閉成状態で、ダイオード３０が開放状態において、この直流電源装置が収容されている筐体５４が転倒したり、筐体５４に外部から強い衝撃や振動が与えられたりしても、ダイオード３０が閉成状態になることはない。従って、正負の直流電源端子８ｐ、８ｎ間が短絡されることはなく、リレー接点２６、３８、ダイオード３０に短絡電流が流れず、リレー接点２６、２８が損傷することはない。

また、リレー接点２６、２８が開放状態で、ダイオード３０が閉成状態において、この直流電源装置の筐体５４が転倒したり、筐体５４に外部から強い衝撃や振動が与えられたりして、リレー接点２６、２８の一方が一時的に閉成された場合、例えば図３に示すようにリレー接点２６が閉成された場合、ダイオード３０のカソードの電圧がアノードの電圧よりも高くなり、ダイオード３０が非導通となる。その結果、インバータ１０が短絡されることはなく、インバータ１０が破損することはない。リレー接点２８が一時的に閉成された場合でも、同様にインバータ１２が破損することはない。

また、リレー接点２６、２８が閉成状態で、ダイオード３０が開放状態において、この直流電源装置が収容されている筐体５４が転倒したり、筐体５４に外部から強い衝撃や振動が与えられたりして、リレー接点２６、２８の一方が一時的に開放された場合、例えば図４に示すようにリレー接点２６が開放された場合、インバータ１２が停止し、インバータ１０のみが動作することになる。この状態が長期的に続くと、インバータ１０のみが負荷に電流を供給することになり、インバータ１０を流れる電流が増加して、インバータ１０が破損する可能性があるが、リレー接点２６の一時的な開放であれば、インバータ１０が破損することはない。また、通常時には、図示していない電流異常検出手段による電流異常検出により、直流電源装置は停止する。リレー接点２８が一時的に開放された場合も、同様である。

このようにダイオード３０を使用することによって、筐体５４が転倒したり、筐体５４に外部から強い衝撃や振動が与えられたりしても、電源装置に致命的な損害が生じることはない。

上記の実施形態では、フルブリッジ型のインバータ１０、１２を使用したが、これに限ったものではなく、例えばハーフブリッジ型のインバータを使用することもできる。インバータ１０、１２の半導体スイッチング素子として、ＩＧＢＴ１４ａ乃至１４ｄ、２０ａ乃至２０ｄを使用したが、他にＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタを使用することもできる。上記の実施形態では、電源装置は、溶接用電源装置としたが、溶接以外の用途に使用する電源装置とすることも可能である。上記の実施形態では、交流電源端子２ａ、２ｂ間の交流電圧の値を電圧検出部３８によって検出したが、正負の直流電端子８ｐ、８ｎ間の電圧を検出することも可能である。上記の実施形態では、単相交流電源４は、２００Ｖ系または４００Ｖ系の電圧のいずれかを発生するものとしたが、例えば２００Ｖ系または６００Ｖ系の電圧のいずれかを発生するもの、４００Ｖ系または６００Ｖ系の電圧のいずれかを発生するものとすることもできる。また、上記の実施形態では、単相交流電源４を使用したが、異なる値の２つの交流電圧のいずれかを相間に発生する三相交流電源を使用することもできる。三相交流電源を使用する場合、電圧検出部３８は１つの相間の電圧を検出するように構成することが可能である。

８ｐ正の直流電源端子（第１直流電源端子）
８ｎ負の直流電源端子（第２直流電源端子）
１０１２インバータ（第１及び第２のインバータ）
２６２８リレー接点（機械接点）
３０ダイオード（自己付勢型半導体スイッチング素子）
３２駆動部（駆動手段）

Claims

第１極性の電源入力端子と、第２極性の電源入力端子とを、それぞれが有する第１及び第２のインバータと、
第１及び第２のインバータの第１極性の電源入力端子間に接続された第１の機械接点と、
第１及び第２のインバータの第２極性の電源入力端子間に接続された第２の機械接点と、
第１のインバータの第１極性の電源入力端子に接続された第１直流電源端子と、第２のインバータの第２極性の電源入力端子に接続された第２直流電源端子とを、有し、第１及び第２電源端子間に直流電圧が供給される電源端子と、
前記直流電圧が予め定めた値よりも大きいとき、第１及び第２の機械接点を開放し、前記直流電圧が前記予め定めた値以下のとき、第１及び第２の機械接点を閉成する駆動手段と、
第１のインバータの第２極性の電源入力端子と、第２のインバータの第１極性の電源入力端子との間に接続され、その接続が、第１及び第２の機械接点が開放されているとき、閉成され、第１及び第２の機械接点が閉成されているとき、開放される方向性に、行われている自己付勢型半導体スイッチング素子とを、
具備する電源装置。
請求項１記載の電源装置において、前記自己付勢型半導体スイッチング素子がダイオードである電源装置。
請求項１記載の電源装置において、第１の直流電源端子に一方の出力端子が接続され、第２の直流電源端子に他方の出力端子が接続され、入力端子に、第１の交流電圧と、第１の交流電圧よりも値の大きい第２の交流電圧の一方が供給される整流手段を、有し、前記駆動手段は、前記入力端子の交流電圧が第１の交流電圧のとき、第１及び第２の機械接点を閉成し、前記入力端子の交流電圧が第２の交流電圧のとき、第１及び第２の機械接点を開放する電源装置。