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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-114807(P2021-114807A)
(43)【公開日】2021年8月5日
(54)【発明の名称】アーク加工電源装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20210709BHJP
B23K 9/073 20060101ALI20210709BHJP
H02M 7/00 20060101ALI20210709BHJP
H02M 9/00 20060101ALI20210709BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Y
B23K9/073 560
H02M7/00 Z
H02M9/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2020-5045(P2020-5045)
(22)【出願日】2020年1月16日
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】100135389
【弁理士】
【氏名又は名称】臼井 尚
(74)【代理人】
【識別番号】100168044
【弁理士】
【氏名又は名称】小淵 景太
(72)【発明者】
【氏名】高見 親法
(72)【発明者】
【氏名】田島 弘恒
(72)【発明者】
【氏名】下菊 秀記
(72)【発明者】
【氏名】田中 和裕
【テーマコード（参考）】
4E082
5H006
5H770
5H790
【Ｆターム（参考）】
4E082BA01
4E082CA01
4E082CA02
4E082DA01
4E082EA14
4E082EC02
4E082ED03
4E082EE07
4E082EF30
5H006AA02
5H006DC05
5H770AA09
5H770BA20
5H770CA02
5H770DA01
5H770DA41
5H770EA01
5H770GA13
5H770GA16
5H770GA17
5H770HA02W
5H770HA02Y
5H770HA03W
5H770JA08Z
5H770JA18W
5H770QA24
5H790BA03
5H790CC02
5H790DD06
5H790EB03
5H790EB06
5H790KK02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】単相/三相兼用のアーク加工電源装置であって、単相運転時に力率を改善できるアーク加工電源装置を提供する。【解決手段】溶接電源装置Ａ１は、整流回路１と、力率改善回路２と、インバータ回路３と、力率改善回路２を制御する力率改善制御回路８とを備え、アークを発生させるための電力を出力する。力率改善制御回路８は、力率改善回路２の出力電圧に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部（ＰＦＣ制御ＩＣ８４および駆動回路８６）と、整流回路１に三相交流電力が入力されたか、単相交流電力が入力されたかを判別する判別回路８１と、を備える。力率改善制御回路８は、単相運転時には、駆動信号を力率改善回路２に入力し、三相運転時には、三相交流電力の入力開始から、出力電圧が第１電圧以上になるまでは、駆動信号を力率改善回路２に入力し、出力電圧が第１電圧以上になった後は、駆動信号の出力を停止する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
三相交流電力または単相交流電力が入力され、直流電力を出力する整流回路と、
スイッチング素子を有する昇圧型のチョッパ回路であり、前記整流回路から入力される直流電力の力率を改善する力率改善回路と、
前記力率改善回路から入力される直流電力を高周波電力に変換するインバータ回路と、
前記力率改善回路を制御する力率改善制御回路と、
を備え、
アークを発生させるための電力を出力し、
前記力率改善制御回路は、
前記力率改善回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記整流回路に三相交流電力が入力されたか、単相交流電力が入力されたかを判別する判別回路と、
を備え、
前記判別回路が、単相交流電力が入力されたと判別した場合には、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力し、三相交流電力が入力されたと判別した場合には、三相交流電力の入力開始から、前記出力電圧が第１電圧以上になるまでは、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力し、前記出力電圧が前記第１電圧以上になった後は、前記駆動信号の出力を停止する、
アーク加工電源装置。
スイッチング素子を有する昇圧型のチョッパ回路であり、前記整流回路から入力される直流電力の力率を改善する力率改善回路と、
前記力率改善回路から入力される直流電力を高周波電力に変換するインバータ回路と、
前記力率改善回路を制御する力率改善制御回路と、
を備え、
アークを発生させるための電力を出力し、
前記力率改善制御回路は、
前記力率改善回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記整流回路に三相交流電力が入力されたか、単相交流電力が入力されたかを判別する判別回路と、
を備え、
前記判別回路が、単相交流電力が入力されたと判別した場合には、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力し、三相交流電力が入力されたと判別した場合には、三相交流電力の入力開始から、前記出力電圧が第１電圧以上になるまでは、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力し、前記出力電圧が前記第１電圧以上になった後は、前記駆動信号の出力を停止する、
アーク加工電源装置。
【請求項2】
前記力率改善制御回路は、前記出力電圧が前記第１電圧以上になった後に第２電圧以下になった場合は、第３電圧以上になるまで、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力する、
請求項１に記載のアーク加工電源装置。
請求項１に記載のアーク加工電源装置。
【請求項3】
前記力率改善制御回路は、
前記出力電圧と前記第１電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果を示す信号と、前記判別回路の判別結果を示す信号との論理和信号を出力するＯＲ回路と、
前記論理和信号に応じて、前記駆動信号の出力と停止とを切り替えるＡＮＤ回路と、
をさらに備えている、
請求項１または２に記載のアーク加工電源装置。
前記出力電圧と前記第１電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果を示す信号と、前記判別回路の判別結果を示す信号との論理和信号を出力するＯＲ回路と、
前記論理和信号に応じて、前記駆動信号の出力と停止とを切り替えるＡＮＤ回路と、
をさらに備えている、
請求項１または２に記載のアーク加工電源装置。
【請求項4】
前記駆動信号生成部は、前記力率改善回路を流れる電流と、前記力率改善回路の入力電圧および出力電圧とに基づいて、電流連続モードのための駆動信号を生成する、
請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク加工電源装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク加工電源装置。
【請求項5】
出力した電力で発生させたアークによって溶接を行う、
請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク加工電源装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク加工電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、単相/三相兼用のアーク加工電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
単相交流電力が入力される単相用溶接電源装置には、整流回路とインバータ回路との間に、力率を改善するための力率改善（Power factor correction：ＰＦＣ）回路を備えているものがある。特許文献１には、力率改善回路を備える単相用溶接電源装置が開示されている。一方、三相交流電力が入力される三相用溶接電源装置は、整流後の直流電力の力率が比較的高い（例えば８０％程度）ので、力率改善回路を備えていない。特許文献２には、三相用溶接電源装置が開示されている。当該三相用溶接電源装置は、入力される三相交流電力を、三相全波整流回路で整流し、入力リアクトルおよび平滑コンデンサで平滑して、インバータ回路に出力する。また、三相用溶接電源装置を単相交流電力も入力可能にした単相/三相兼用の溶接電源装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０００-５８７４号公報
【特許文献2】特開２０１９−２０５２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
単相/三相兼用の溶接電源装置は、三相用溶接電源装置を単相交流電力も入力可能にしたものなので、力率改善回路を備えていない。したがって、単相/三相兼用の溶接電源装置は、単相交流電力を入力された単相運転時には、力率が改善されない状態で直流電力をインバータ回路に入力する。したがって、当該溶接電源装置に単相交流電力を供給する配電設備は、単相用溶接電源装置に単相交流電力を供給する場合より容量が大きい必要がある。この問題は溶接電源装置に限られた問題ではなく、発生させたアークによって加工を行うアーク加工電源装置において問題となる。
【0005】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、単相/三相兼用のアーク加工電源装置であって、単相運転時に力率を改善できるアーク加工電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によって提供されるアーク加工電源装置は、三相交流電力または単相交流電力が入力され、直流電力を出力する整流回路と、スイッチング素子を有する昇圧型のチョッパ回路であり、前記整流回路から入力される直流電力の力率を改善する力率改善回路と、前記力率改善回路から入力される直流電力を高周波電力に変換するインバータ回路と、前記力率改善回路を制御する力率改善制御回路とを備え、アークを発生させるための電力を出力し、前記力率改善制御回路は、前記力率改善回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記整流回路に三相交流電力が入力されたか、単相交流電力が入力されたかを判別する判別回路とを備え、前記判別回路が、単相交流電力が入力されたと判別した場合には、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力し、三相交流電力が入力されたと判別した場合には、三相交流電力の入力開始から、前記出力電圧が第１電圧以上になるまでは、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力し、前記出力電圧が前記第１電圧以上になった後は、前記駆動信号の出力を停止する。
【0007】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記力率改善制御回路は、前記出力電圧が前記第１電圧以上になった後に第２電圧以下になった場合は、第３電圧以上になるまで、前記駆動信号を前記スイッチング素子に入力する。
【0008】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記力率改善制御回路は、前記出力電圧と前記第１電圧とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果を示す信号と、前記判別回路の判別結果を示す信号との論理和信号を出力するＯＲ回路と、前記論理和信号に応じて、前記駆動信号の出力と停止とを切り替えるＡＮＤ回路とをさらに備えている。
【0009】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記駆動信号生成部は、前記力率改善回路を流れる電流と、前記力率改善回路の入力電圧および出力電圧とに基づいて、電流連続モードのための駆動信号を生成する。
【0010】
本発明の好ましい実施の形態においては、出力した電力で発生させたアークによって溶接を行う。
【発明の効果】
【0011】
本発明によると、力率改善制御回路は、判別回路によって、単相交流電力が入力されたと判別された場合には、駆動信号生成部が生成した駆動信号を、力率改善回路のスイッチング素子に入力することで、力率改善回路を動作させる。したがって、本発明に係るアーク加工電源装置は、単相運転時に力率を改善できる。また、力率改善制御回路は、判別回路によって、三相交流電力が入力されたと判別された場合には、三相交流電力の入力開始から、力率改善回路の出力電圧が第１電圧以上になるまでは、駆動信号をスイッチング素子に入力することで力率改善回路を動作させ、出力電圧が第１電圧以上になった後は、駆動信号の出力を停止することで力率改善回路の動作を停止させる。これにより、本発明に係るアーク加工電源装置は、三相運転時に、三相交流電力の入力開始当初の出力電圧の急上昇を防止し、かつ、不要な力率改善動作を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態に係る溶接電源装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】（ａ）は比較回路の内部構成の一例を示す回路図であり、（ｂ）はＰＦＣ制御ＩＣの内部構成の一例を示すブロック図である。
【図3】三相運転時の各電圧の変化と力率改善駆動信号の変化を説明するためのタイムチャートである。
【図4】第２実施形態に係る溶接電源装置の力率改善制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【図5】第３実施形態に係る溶接電源装置の力率改善制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、本発明を溶接電源装置に適用した場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。
【0014】
〔第１実施形態〕図１は、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１の全体構成を示すブロック図である。溶接電源装置Ａ１は、アーク溶接システムにおいて、溶接トーチＴおよび母材Ｗに、アークを発生させるために電力を供給する。溶接電源装置Ａ１は、図示しない配電設備から交流電力を供給され、アーク溶接に適した直流電力に変換して出力する。溶接電源装置Ａ１は、単相/三相兼用の溶接電源装置であり、配電設備から、単相交流電力または三相交流電力を入力される。溶接電源装置Ａ１は、３個の入力端子ｕ，ｖ，ｗを備えており、三相交流電力を入力される場合、３個の入力端子ｕ，ｖ，ｗそれぞれに、三相のいずれかの相の交流電力が入力される。一方、溶接電源装置Ａ１は、単相交流電力を入力される場合、入力端子ｕ，ｖに交流電力が入力される。したがって、入力端子ｖと入力端子ｗとの間には電圧が印加されない。また、溶接電源装置Ａ１は、出力端子ａ，ｂを備えている。出力端子ａは溶接トーチＴの電極に接続され、出力端子ｂは母材Ｗに接続される。溶接電源装置Ａ１が使用されるアーク溶接システムは限定されず、半自動溶接システムであってもよいし、ロボットによる全自動溶接システム、または、被覆アーク溶接システムなどであってもよい。溶接電源装置Ａ１は、整流回路１、力率改善回路２、インバータ回路３、トランス４、整流回路５、電流センサ６、インバータ制御回路７、および力率改善制御回路８を備えている。
【0015】
整流回路１は、配電設備から入力される商用周波数の交流電力を直流電力に変換して出力する。整流回路１は、三相全波整流回路および平滑コンデンサを備えている。なお、整流回路１の構成は限定されない。整流回路１は、入力端子ｕ，ｖ，ｗから三相交流電力を入力された場合でも、入力端子ｕ，ｖから単相交流電力を入力された場合でも、直流電力に変換して出力できるものであればよい。整流回路１が、本発明の「整流回路」に相当する。
【0016】
力率改善回路２は、整流回路１から入力される直流電力の力率を改善して、インバータ回路３に出力する。力率改善回路２は、力率改善制御回路８から入力される駆動信号（後述する力率改善駆動信号Ｐ）に応じて、後述するスイッチング素子２１をスイッチングさせることで、直流電力の力率を改善する。本実施形態において、力率改善回路２は、昇圧型のチョッパ回路であり、スイッチング素子２１、リアクトル２２、ダイオード２３、平滑コンデンサ２４、および放電抵抗２５を備えている。
【0017】
リアクトル２２は、一方の端子が整流回路１の正極側の出力端子に接続されている。ダイオード２３は、アノード端子がリアクトル２２の他方の端子に接続され、カソード端子がインバータ回路３の正極側の入力端子に接続されている。スイッチング素子２１は、リアクトル２２とダイオード２３との接続点と、整流回路１の負極側の出力端子とインバータ回路３の負極側の入力端子とを接続する接続線との間に接続されている。本実施形態では、スイッチング素子２１は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。なお、スイッチング素子２１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタなどであってもよい。平滑コンデンサ２４および放電抵抗２５は、インバータ回路３の正極側の入力端子と負極側の入力端との間に、並列接続されている。図１から明らかなように、力率改善回路２は、スイッチング素子２１がスイッチングを行わない場合（オフ状態が継続する場合）、コンデンサインプット型の整流回路となる。なお、力率改善回路２の回路構成は限定されない。
【0018】
また、力率改善回路２は、力率改善制御回路８に入力する信号を検出するために、入力電圧検出部２６、出力電圧検出部２７、および電流検出部２８を備えている。入力電圧検出部２６は、２個の抵抗を直列接続した分圧回路であり、整流回路１の正極側の出力端子と負極側の出力端子との間に配置されている。入力電圧検出部２６は、力率改善回路２に入力される電圧に応じた入力電圧検出信号Ｖｉを検出し、力率改善制御回路８に入力する。出力電圧検出部２７は、２個の抵抗を直列接続した分圧回路であり、インバータ回路３の正極側の入力端子と負極側の入力端との間に配置されている。出力電圧検出部２７は、力率改善回路２から出力される電圧に応じた出力電圧検出信号Ｖｏを検出し、力率改善制御回路８に入力する。電流検出部２８は、シャント抵抗であり、整流回路１の負極側の出力端子とインバータ回路３の負極側の入力端子とを接続する接続線に配置されている。電流検出部２８は、力率改善回路２を流れる電流に応じた電流検出信号Ｉを検出し、力率改善制御回路８に入力する。なお、入力電圧検出部２６、出力電圧検出部２７、および電流検出部２８の構成は限定されない。
【0019】
インバータ回路３は、例えば、単相フルブリッジ型のＰＷＭ制御インバータであり、４個のスイッチング素子を備えている。インバータ回路３は、インバータ制御回路７から入力される出力制御駆動信号に応じて各スイッチング素子をスイッチングさせることで、力率改善回路２から入力される直流電力を高周波電力に変換して出力する。なお、インバータ回路３は直流電力を高周波電力に変換するものであればよく、例えばハーフブリッジ型であってもよいし、その他の構成のインバータ回路であってもよい。
【0020】
トランス４は、インバータ回路３が出力する高周波電圧を変圧して、整流回路５に出力する。トランス４は、一次側巻線および二次側巻線を備えている。一次側巻線の各入力端子は、インバータ回路３の各出力端子にそれぞれ接続されている。二次側巻線の各出力端子は、整流回路５の各入力端子にそれぞれ接続されている。インバータ回路３の出力電圧は、一次側巻線と二次側巻線の巻き数比に応じて変圧されて、整流回路５に入力される。二次側巻線は一次側巻線に対して絶縁されているので、配電設備から入力される電流が二次側の回路に流れることを防止できる。また、トランス４は、インバータ回路３が出力する高周波電圧を変圧するので、配電設備から入力される商用周波数の交流電圧を変圧するトランスと比較して、小型軽量化されている。
【0021】
整流回路５は、トランス４から入力される高周波電力を直流電力に変換して出力する。整流回路５は、高周波電流を整流する整流回路と、平滑する直流リアクトルとを備えている。なお、整流回路５の構成は限定されない。整流回路５から出力された直流電力は、出力端子ａ，ｂから出力される。
【0022】
電流センサ６は、溶接電源装置Ａ１の出力電流を検出するものであり、本実施形態では、整流回路５の一方の出力端子と出力端子ｂとを接続する接続線に配置されている。電流センサ６は、検出した電流に応じた出力電流検出信号をインバータ制御回路７に入力する。なお、電流センサ６の構成は限定されず、出力電流を検出するものであればよい。また、電流センサ６の配置場所は限定されない。
【0023】
インバータ制御回路７は、インバータ回路３を制御するための回路であり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。インバータ制御回路７は、電流センサ６から入力される出力電流検出信号に基づいて、溶接電源装置Ａ１の出力電流を算出する。そして、インバータ制御回路７は、出力電流と設定されている電流指令値とに基づいて、インバータ回路３のスイッチング素子を制御するための出力制御駆動信号を生成して、インバータ回路３に出力する。つまり、インバータ制御回路７は、溶接電源装置Ａ１の出力電流が電流指令値に一致するように、フィードバック制御を行う。
【0024】
力率改善制御回路８は、力率改善回路２を制御するための回路である。力率改善制御回路８は、入力電圧検出部２６が検出した入力電圧検出信号Ｖｉ、出力電圧検出部２７が検出した出力電圧検出信号Ｖｏ、および、電流検出部２８が検出した電流検出信号Ｉを入力され、力率改善駆動信号Ｐを生成して、力率改善回路２に出力する。また、力率改善制御回路８は、溶接電源装置Ａ１の入力端子ｖと入力端子ｗとの間の電圧に基づいて、溶接電源装置Ａ１に入力される交流電力が、単相交流電力か三相交流電力かを判別する。そして、その判別結果と、出力電圧検出部２７が検出した出力電圧検出信号Ｖｏとに基づいて、力率改善駆動信号Ｐを出力する状態と、出力しない状態とで切り替える。
【0025】
力率改善制御回路８は、溶接電源装置Ａ１に入力される交流電力が単相交流電力の場合、常に、力率改善駆動信号Ｐを力率改善回路２に出力する。したがって、力率改善回路２は、力率改善駆動信号Ｐに応じてスイッチング素子２１をスイッチングさせて、整流回路１から入力される直流電力の力率の改善を行う。
【0026】
一方、力率改善制御回路８は、溶接電源装置Ａ１に入力される交流電力が三相交流電力の場合、出力電圧検出信号Ｖｏに応じて、力率改善駆動信号Ｐを出力する状態と、出力しない状態とで切り替える。具体的には、力率改善制御回路８は、溶接電源装置Ａ１に三相交流電力の入力が開始されてから、力率改善回路２の出力電圧（インバータ回路３の入力電圧）ＶDCが第１電圧以上になるまで、力率改善駆動信号Ｐを出力する。一方、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になると、力率改善駆動信号Ｐの出力を停止する。第１電圧は、出力電圧ＶDCの設定電圧（例えば２８０Ｖ）より小さい電圧（例えば２５０〜２７０Ｖ程度）が設定されている。なお、第１電圧は限定されない。力率改善回路２のスイッチング素子２１がスイッチングを行わない場合、力率改善回路２は、コンデンサインプット型の整流回路となる。したがって、溶接電源装置Ａ１に三相交流電力の入力が開始されたときに、整流回路１から入力される直流電圧がそのまま出力され、力率改善回路２の出力電圧ＶDCが急上昇して、インバータ回路３に突入電流が流れる。これを防止するために、本実施形態では、出力電圧ＶDCが第１閾値以上になるまで、スイッチング素子２１にスイッチングを行わせて、出力電圧ＶDCをゆっくり上昇させることで、急上昇を防止する。
【0027】
また、本実施形態では、力率改善制御回路８は、溶接電源装置Ａ１に三相交流電力が入力されているときに、溶接電源装置Ａ１への入力電圧が低下した場合などに、インバータ回路３の入力電圧が低下することを抑制する機能を備えている。具体的には、力率改善制御回路８は、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になった後に、第２電圧以下になった場合、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になるまで、力率改善駆動信号Ｐを力率改善回路２に出力する。力率改善回路２は、力率改善駆動信号Ｐに応じてスイッチング素子２１をスイッチングさせて、整流回路１から入力される直流電圧を昇圧して出力することで、出力電圧ＶDCを上昇させる。第２電圧は、第１電圧より小さい電圧（例えば２２０〜２５０Ｖ程度）が設定されている。なお、第２電圧は限定されない。力率改善制御回路８は、図１に示すように、判別回路８１、比較回路８２、ＯＲ回路８３、ＰＦＣ制御ＩＣ８４、ＡＮＤ回路８５、および駆動回路８６を備えている。
【0028】
判別回路８１は、溶接電源装置Ａ１に入力される交流電力が、三相交流電力か単相交流電力かを判別する。判別回路８１は、入力端子ｖと入力端子ｗとに接続されており、入力端子ｖと入力端子ｗとの間に電圧が印加されているか否かで判別する。判別回路８１は、電圧が印加されている場合、三相交流電力が入力されていると判別し、ローレベル信号(例えば０Ｖ)を出力する。一方、電圧が印加されていない場合、単相交流電力が入力されていると判別し、ハイレベル信号(例えば１５Ｖ)を出力する。判別回路８１の内部では、入力端子ｖおよび入力端子ｗに接続された回路と、判別結果の信号を出力する回路との間は、例えばフォトカプラによって絶縁されている。なお、判別回路８１の内部構成は限定されない。
【0029】
比較回路８２は、出力電圧検出部２７から入力される出力電圧検出信号Ｖｏを閾値と比較して、比較結果を出力する。比較回路８２にはヒステリシスが設けられている。比較回路８２は、出力電圧検出信号Ｖｏが上昇して、第１電圧に対応する閾値Ｖｒｅｆ１以上になった場合に、ローレベル信号を出力する。一方、比較回路８２は、出力電圧検出信号Ｖｏが下降して、第２電圧に対応する閾値Ｖｒｅｆ２以下になった場合に、ハイレベル信号を出力する。
【0030】
図２（ａ）は、比較回路８２の内部構成の一例を示す回路図である。比較回路８２は、コンパレータと、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を備えている。抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、電源電圧Ｖｃｃと接地端子との間で直列接続された分圧回路を構成する。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点はコンパレータの非反転入力端子に接続している。抵抗Ｒ３は、電源電圧Ｖｃｃとコンパレータの出力端子との間に接続されている。抵抗Ｒ４は、コンパレータの出力端子と非反転入力端子との間に接続されている。コンパレータの反転入力端子は、出力電圧検出部２７に接続され、出力電圧検出部２７の２個の抵抗による分圧回路で力率改善回路２の出力電圧ＶDCを分圧した出力電圧検出信号Ｖｏを入力される。コンパレータの非反転入力端子には、コンパレータの出力端子の出力電圧Ｖｏｕｔによって異なる電圧Ｖｒｅｆが入力される。電圧Ｖｒｅｆは、出力電圧Ｖｏｕｔがハイレベル電圧（電源電圧Ｖｃｃ）の場合に閾値Ｖｒｅｆ１になり、出力電圧Ｖｏｕｔがローレベル電圧（接地電圧）の場合に閾値Ｖｒｅｆ２になる。閾値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は、第１電圧および第２電圧に応じて、抵抗Ｒ１〜Ｒ４および出力電圧検出部２７の２個の抵抗の抵抗値を調整することで設定される。コンパレータは、反転入力端子に入力される出力電圧検出信号Ｖｏが非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆより大きい場合に、出力端子からローレベル信号を出力し、出力電圧検出信号Ｖｏが電圧Ｖｒｅｆより小さい場合に、出力端子からハイレベル信号を出力する。なお、比較回路８２の具体的な回路構成は限定されない。
【0031】
ＯＲ回路８３は、判別回路８１から入力される信号と、比較回路８２から入力される信号との論理和信号を出力する。したがって、ＯＲ回路８３は、判別回路８１からハイレベル信号が入力されている場合、すなわち、溶接電源装置Ａ１に単相交流電力が入力されている場合、ハイレベル信号を出力する。一方、ＯＲ回路８３は、判別回路８１からローレベル信号が入力されている場合、すなわち、溶接電源装置Ａ１に三相交流電力が入力されている場合、比較回路８２から入力される信号を出力する。
【0032】
ＰＦＣ制御ＩＣ８４は、力率改善回路２のための制御信号を生成するＩＣであり、本実施形態では、電流連続モードで力率改善を行うための制御信号を生成する。ＰＦＣ制御ＩＣ８４は、入力電圧検出部２６が検出した入力電圧検出信号Ｖｉ、出力電圧検出部２７が検出した出力電圧検出信号Ｖｏ、および、電流検出部２８が検出した電流検出信号Ｉを入力される。
【0033】
図２（ｂ）は、ＰＦＣ制御ＩＣ８４の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＦＣ制御ＩＣ８４は、アンプ８４１、乗算器８４２、アンプ８４３、発振器８４４、およびＰＷＭコンパレータ８４５を備えている。アンプ８４１は、出力電圧検出信号Ｖｏと基準電圧との差を増幅した電圧差信号を乗算器８４２に出力する。基準電圧は、出力電圧ＶDCの設定電圧（例えば２８０Ｖ）に対応した電圧が設定される。乗算器８４２は、正弦波の基準電圧としての入力電圧検出信号Ｖｉを、電圧差信号に乗算して、電流基準信号としてアンプ８４３に出力する。アンプ８４３は、電流基準信号と電流検出信号Ｉとの差を増幅した電流差信号をＰＷＭコンパレータ８４５に出力する。発振器８４４は、所定周波数ののこぎり波信号をＰＷＭコンパレータ８４５に出力する。ＰＷＭコンパレータ８４５は、電流差信号とのこぎり波信号とに基づいて、力率改善回路２のための制御信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。なお、ＰＦＣ制御ＩＣ８４の具体的な回路構成は限定されない。また、ＰＦＣ制御ＩＣ８４は、電流不連続モードまたは電流臨界モードで力率改善を行うための制御信号を生成してもよい。
【0034】
ＡＮＤ回路８５は、ＯＲ回路８３から入力される信号と、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号との論理積信号を出力する。したがって、ＡＮＤ回路８５は、ＯＲ回路８３からハイレベル信号が入力されている場合、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号を出力する。一方、ＡＮＤ回路８５は、ＯＲ回路８３からローレベル信号が入力されている場合、ローレベル信号を出力して、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号を出力しない。つまり、ＡＮＤ回路８５は、ＯＲ回路８３から入力される信号に応じて、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号を出力する状態と出力しない状態とで切り替える。
【0035】
駆動回路８６は、ＡＮＤ回路８５から入力される信号をスイッチング素子２１を駆動できるレベルの信号に増幅して、スイッチング素子２１に出力する。駆動回路８６は、ＯＲ回路８３の出力信号がハイレベル信号の場合、ＰＦＣ制御ＩＣ８４が出力するＰＷＭ信号を増幅して、力率改善駆動信号Ｐとして、スイッチング素子２１に入力する。スイッチング素子２１は、力率改善駆動信号Ｐに応じてスイッチングを行う。一方、駆動回路８６は、ＯＲ回路８３の出力信号がローレベル信号の場合、ＰＦＣ制御ＩＣ８４が出力するＰＷＭ信号に関係なく、ＡＮＤ回路８５からローレベル信号を入力され、ローレベル信号をスイッチング素子２１に入力する。つまり、この場合、駆動回路８６は、力率改善駆動信号Ｐを出力しない。本実施形態では、ＰＦＣ制御ＩＣ８４および駆動回路８６を合わせたものが本発明の「駆動信号生成部」に相当し、力率改善駆動信号Ｐが本発明の「駆動信号」に相当する。
【0036】
図３は、溶接電源装置Ａ１に三相交流電力が入力されているときの、各電圧の変化と力率改善駆動信号Ｐの変化を説明するためのタイムチャートである。同図（ａ）は、力率改善回路２の出力電圧ＶDCの時間変化を示している。同図（ｂ）は、比較回路８２の出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示している。同図（ｃ）は、比較回路８２のコンパレータの非反転入力端子の電圧Ｖｒｅｆの時間変化を示している。同図（ｄ）は、出力電圧検出部２７が検出した出力電圧検出信号Ｖｏの時間変化を示している。同図（ｅ）は、力率改善回路２が出力する力率改善駆動信号Ｐの時間変化を示している。なお、本明細書で参照するタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。
【0037】
時刻ｔ１において、溶接電源装置Ａ１に三相交流電力の入力が開始されている。このとき、出力電圧ＶDCは「０」であり、出力電圧検出信号Ｖｏも「０」である。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔはハイレベル電圧（Ｖｃｃ）であり、電圧Ｖｒｅｆは閾値Ｖｒｅｆ１になっている。出力電圧Ｖｏｕｔがハイレベルなので、ＯＲ回路８３がハイレベル信号を出力し、ＡＮＤ回路８５がＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号を出力して、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐを出力する。したがって、出力電圧ＶDCは、ゆっくり上昇を開始する。時刻ｔ２までは、出力電圧ＶDCが第１電圧未満（出力電圧検出信号Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満）なので、出力電圧Ｖｏｕｔはハイレベル電圧を継続し、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐの出力を継続する。したがって、出力電圧ＶDCは、ゆっくり上昇する。仮に、力率改善制御回路８が力率改善駆動信号Ｐを出力しないとした場合は、図３（ａ）の一点鎖線で示すように、出力電圧ＶDCは急上昇する。
【0038】
時刻ｔ２において、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になっている（出力電圧検出信号Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上になっている）。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、ローレベル電圧（接地電圧「０」）になって、電圧Ｖｒｅｆは閾値Ｖｒｅｆ２になっている。出力電圧Ｖｏｕｔがローレベルなので、ＯＲ回路８３がローレベル信号を出力し、ＡＮＤ回路８５がＰＷＭ信号の出力を停止して、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐの出力を停止する。したがって、出力電圧ＶDCは、急上昇している。時刻ｔ３までは、出力電圧ＶDCが第２電圧以上（出力電圧検出信号Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ２以上）なので、出力電圧Ｖｏｕｔはローレベル電圧を継続し、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐの出力停止を継続する。
【0039】
出力電圧ＶDCが次第に低下し、時刻ｔ３において、第２電圧以下になっている（出力電圧検出信号Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ２以下になっている）。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、ハイレベル電圧になって、電圧Ｖｒｅｆは閾値Ｖｒｅｆ１になっている。出力電圧Ｖｏｕｔがハイレベルなので、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐを出力する。したがって、出力電圧ＶDCは、ゆっくり上昇を開始する。時刻ｔ４までは、出力電圧ＶDCが第１電圧未満（出力電圧検出信号Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満）なので、出力電圧Ｖｏｕｔはハイレベル電圧を継続し、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐの出力を継続する。したがって、出力電圧ＶDCは、ゆっくり上昇する。
【0040】
時刻ｔ４において、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になったので（出力電圧検出信号Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上になったので）、出力電圧Ｖｏｕｔがローレベル電圧になって、電圧Ｖｒｅｆが閾値Ｖｒｅｆ２になっている。出力電圧Ｖｏｕｔがローレベルになったので、力率改善制御回路８は力率改善駆動信号Ｐの出力を停止している。
【0041】
以上のように、力率改善制御回路８は、三相交流電力の入力開始当初には、力率改善駆動信号Ｐを出力して、出力電圧ＶDCの急上昇を防止する。また、力率改善制御回路８は、出力電圧ＶDCが低下した場合にも、力率改善駆動信号Ｐを出力して、出力電圧ＶDCを上昇させ、インバータ回路３の入力電圧の低下を抑制する。
【0042】
次に、本実施形態に係る溶接電源装置Ａ１の作用および効果について説明する。
【0043】
本実施形態によると、力率改善制御回路８は、判別回路８１によって単相交流電力が入力されたと判別された場合には、ＰＦＣ制御ＩＣ８４が生成したＰＷＭ信号を増幅した力率改善駆動信号Ｐを力率改善回路２に出力する。力率改善回路２は、力率改善制御回路８から入力される力率改善駆動信号Ｐに応じてスイッチング素子２１をスイッチングさせることで、整流回路１から入力される直流電力の力率を改善して、インバータ回路３に出力する。したがって、溶接電源装置Ａ１は、単相運転時に力率を改善できる。また、力率改善制御回路８は、判別回路８１によって三相交流電力が入力されたと判別された場合には、三相交流電力の入力開始から力率改善回路２の出力電圧ＶDCが第１電圧以上になるまでは力率改善駆動信号Ｐを出力して力率改善回路２を動作させ、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になると力率改善駆動信号Ｐの出力を停止して力率改善回路２を停止させる。力率改善回路２が動作している期間は、出力電圧ＶDCがゆっくり上昇する。これにより、溶接電源装置Ａ１は、三相運転時に、三相交流電力の入力開始当初の出力電圧ＶDCの急上昇を防止し、かつ、不要な力率改善動作を抑制できる。
【0044】
また、本実施形態によると、力率改善制御回路８は、三相運転時に、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になった後、第２電圧以下になった場合、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になるまで、力率改善駆動信号Ｐを力率改善回路２に出力する。力率改善回路２は、力率改善駆動信号Ｐに応じてスイッチング素子２１をスイッチングさせて、整流回路１から入力される直流電圧を昇圧して出力することで、出力電圧ＶDCを上昇させる。これにより、溶接電源装置Ａ１は、三相運転時に、出力電圧ＶDCが低下した場合に、インバータ回路３の入力電圧の低下を抑制できる。
【0045】
また、本実施形態によると、ＯＲ回路８３は、判別回路８１から入力される信号と、比較回路８２から入力される信号との論理和信号を出力する。また、ＡＮＤ回路８５は、ＯＲ回路８３から入力される信号と、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号との論理積信号を駆動回路８６に出力する。これにより、力率改善制御回路８は、三相運転時に、出力電圧ＶDCに応じて、力率改善駆動信号Ｐの出力と停止とを適切に切り替えることができる。
【0046】
また、本実施形態によると、ＰＦＣ制御ＩＣ８４は、電流連続モードで力率改善回路２を駆動させるためのＰＷＭ信号を生成する。これにより、力率改善回路２の出力電流が連続で流れ、また、出力電流のリップルが小さいのでピーク電流を小さくできる。
【0047】
なお、本実施形態においては、力率改善制御回路８は、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になった後に、第２電圧以下になった場合、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になるまで、力率改善駆動信号Ｐを出力する場合について説明したが、これに限られない。力率改善制御回路８は、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になった後に、第２電圧以下になった場合、出力電圧ＶDCが第１電圧とは異なる第３電圧以上になるまで、力率改善駆動信号Ｐを出力してもよい。第３電圧は、第１電圧より大きくてもよいし、小さくてもよい。上記第１実施形態は、第３電圧が第１電圧に等しい場合のものである。また、力率改善制御回路８は、出力電圧ＶDCが第１電圧以上になった後に、第２電圧以下になった場合でも、力率改善駆動信号Ｐを出力しなくてもよい。つまり、力率改善制御回路８は、三相交流電力入力開始時の出力電圧ＶDCの急上昇を防止する機能を有するが、インバータ回路３の入力電圧低下を抑制する機能を有さなくてもい。
【0048】
〔第２実施形態〕図４は、第２実施形態に係る溶接電源装置Ａ２の力率改善制御回路８の内部構成を示すブロック図である。同図において、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１（図１参照）と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、図４においては、力率改善制御回路８以外の構成は、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１と同様なので、記載を省略している。
【0049】
溶接電源装置Ａ２の力率改善制御回路８は、力率改善駆動信号Ｐの出力を停止させるための機構が、第１実施形態に係る力率改善制御回路８（図１参照）と異なる。
【0050】
溶接電源装置Ａ２の力率改善制御回路８は、ＡＮＤ回路８５を備えておらず、マイコン８７をさらに備えている。マイコン８７は、ＯＲ回路８３から信号を入力される。また、溶接電源装置Ａ２の駆動回路８６は、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号を増幅した力率改善駆動信号Ｐを出力する。また、駆動回路８６は、イネーブル端子を備え、イネーブル端子にイネーブル信号を入力された場合に、力率改善駆動信号Ｐの出力を停止する。マイコン８７は、ＯＲ回路８３からローレベル信号が入力されている場合、駆動回路８６のイネーブル端子にイネーブル信号を入力する。これにより、力率改善制御回路８は、ＯＲ回路８３がハイレベル信号を出力している場合には力率改善駆動信号Ｐを出力し、ＯＲ回路８３がローレベル信号を出力している場合には力率改善駆動信号Ｐを停止する。
【0051】
本実施形態においても、力率改善制御回路８は、判別回路８１による判別結果と、比較回路８２による比較結果とに基づいて、第１実施形態の場合と同様に、力率改善駆動信号Ｐの出力と停止とを切り替える。したがって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0052】
〔第３実施形態〕図５は、第３実施形態に係る溶接電源装置Ａ３の力率改善制御回路８の内部構成を示すブロック図である。同図において、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１（図１参照）と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、図５においては、力率改善制御回路８以外の構成は、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１と同様なので、記載を省略している。
【0053】
溶接電源装置Ａ３の力率改善制御回路８は、力率改善駆動信号Ｐの出力を停止させるための機構が、第１実施形態に係る力率改善制御回路８（図１参照）と異なる。
【0054】
溶接電源装置Ａ３の力率改善制御回路８は、ＡＮＤ回路８５を備えておらず、絶縁スイッチ８８をさらに備えている。また、溶接電源装置Ａ３の駆動回路８６は、ＰＦＣ制御ＩＣ８４から入力されるＰＷＭ信号を増幅した力率改善駆動信号Ｐを出力する。絶縁スイッチ８８は、本実施形態ではフォトカプラであり、ＯＲ回路８３がハイレベル信号を出力している場合に、ＰＦＣ制御ＩＣ８４の電源供給線が導通し、ＰＦＣ制御ＩＣ８４が稼動する。この場合、ＰＦＣ制御ＩＣ８４がＰＷＭ信号を駆動回路８６に出力し、駆動回路８６が力率改善駆動信号Ｐを出力する。一方、絶縁スイッチ８８は、ＯＲ回路８３がローレベル信号を出力している場合には、ＰＦＣ制御ＩＣ８４の電源供給線を遮断し、ＰＦＣ制御ＩＣ８４が停止する。この場合、ＰＦＣ制御ＩＣ８４がＰＷＭ信号を生成しないので、駆動回路８６は力率改善駆動信号Ｐを出力しない。これにより、力率改善制御回路８は、ＯＲ回路８３がハイレベル信号を出力している場合には力率改善駆動信号Ｐを出力し、ＯＲ回路８３がローレベル信号を出力している場合には力率改善駆動信号Ｐを停止する。
【0055】
本実施形態においても、力率改善制御回路８は、判別回路８１による判別結果と、比較回路８２による比較結果とに基づいて、第１実施形態の場合と同様に、力率改善駆動信号Ｐの出力と停止とを切り替える。したがって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0056】
なお、第１〜第３実施形態においては、本発明を溶接電源装置に適用した場合について説明したが、これに限られない。例えば、先端に発生させたアークによって母材Ｗを切断するアーク切断用の電源装置や、母材Ｗに溝彫りを行うアークガウジング用の電源装置などにおいても、本発明は適用可能である。
【0057】
本発明に係るアーク加工電源装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るアーク加工電源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【0058】
Ａ１〜Ａ３：溶接電源装置、１：整流回路、２：力率改善回路、２１：スイッチング素子、３：インバータ回路、８：力率改善制御回路、８１：判別回路、８２：比較回路、８３：ＯＲ回路、８４：ＰＦＣ制御ＩＣ、８５：ＡＮＤ回路、８６：駆動回路