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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】P2025012025
(43)【公開日】2025-01-24
(54)【発明の名称】交流溶接用電源装置
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20250117BHJP
B23K 9/073 20060101ALI20250117BHJP
B23K 9/10 20060101ALI20250117BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 H
B23K9/073 530
B23K9/10 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023114547
(22)【出願日】2023-07-12
(71)【出願人】
【識別番号】000144393
【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100206184
【弁理士】
【氏名又は名称】幅 敦司
(74)【代理人】
【識別番号】100114834
【弁理士】
【氏名又は名称】幅 慶司
(72)【発明者】
【氏名】森本 健次
【テーマコード（参考）】
4E082
5H730
【Ｆターム（参考）】
4E082BA02
4E082CA03
4E082DA01
4E082EA02
4E082EB14
4E082EE02
5H730AS01
5H730BB27
5H730BB57
5H730DD03
5H730DD16
5H730EE02
5H730EE03
5H730EE05
5H730EE13
5H730EE19
5H730FF09
(57)【要約】
【課題】変圧された高周波電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化する。
【解決手段】交流溶接用電源装置１００は、直流電源１と、インバータ２と、変圧器３と、第１双方向スイッチ４と、第２双方向スイッチ５と、第１出力端６と、第２出力端７と、平滑リアクトル９と、制御器１０とを含む。制御器１０は、第１及び第２双方向スイッチ４，５が変圧器３の二次巻線３２から出力される２相交流電圧を整流して第１出力端６と第２出力端７との間に全波正極直流電圧を供給する正側整流制御と、第１及び第２双方向スイッチ４，５が変圧器３の二次巻線３２から出力される２相交流電圧を整流して第１出力端６と第２出力端７との間に全波負極直流電圧を供給する負側整流制御と、の少なくともいずれかを行う。
【選択図】 図１
【解決手段】交流溶接用電源装置１００は、直流電源１と、インバータ２と、変圧器３と、第１双方向スイッチ４と、第２双方向スイッチ５と、第１出力端６と、第２出力端７と、平滑リアクトル９と、制御器１０とを含む。制御器１０は、第１及び第２双方向スイッチ４，５が変圧器３の二次巻線３２から出力される２相交流電圧を整流して第１出力端６と第２出力端７との間に全波正極直流電圧を供給する正側整流制御と、第１及び第２双方向スイッチ４，５が変圧器３の二次巻線３２から出力される２相交流電圧を整流して第１出力端６と第２出力端７との間に全波負極直流電圧を供給する負側整流制御と、の少なくともいずれかを行う。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源に接続され、第１半サイクル期間と前記第１半サイクル期間と反対の極性の第２半サイクル期間とを含む一次側交流電圧を出力するインバータと、
アーク発生部へ溶接用の直流電圧を供給する第１出力端及び第２出力端と、
前記インバータからの前記一次側交流電圧が入力される一次巻線と、前記第１出力端に接続された中間点を有する二次巻線とを備え、前記中間点の電位を基準として、前記中間点と前記二次巻線の一端との間に、所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と同相の同相二次側交流電圧を出力するとともに、前記中間点と前記二次巻線の他端との間に、前記所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と逆相の逆相交流電圧を出力する２相半波整流用の変圧器と、
一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記一端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第１双方向スイッチと、
一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記他端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第２双方向スイッチと、
前記第１及び第２双方向スイッチを通る電流の経路に介挿された平滑リアクトルと、
前記第１及び第２双方向スイッチの動作を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、正側整流制御と、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、負側整流制御と、の少なくともいずれかを行うように構成されている、交流溶接用電源装置。
アーク発生部へ溶接用の直流電圧を供給する第１出力端及び第２出力端と、
前記インバータからの前記一次側交流電圧が入力される一次巻線と、前記第１出力端に接続された中間点を有する二次巻線とを備え、前記中間点の電位を基準として、前記中間点と前記二次巻線の一端との間に、所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と同相の同相二次側交流電圧を出力するとともに、前記中間点と前記二次巻線の他端との間に、前記所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と逆相の逆相交流電圧を出力する２相半波整流用の変圧器と、
一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記一端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第１双方向スイッチと、
一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記他端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第２双方向スイッチと、
前記第１及び第２双方向スイッチを通る電流の経路に介挿された平滑リアクトルと、
前記第１及び第２双方向スイッチの動作を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、正側整流制御と、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、負側整流制御と、の少なくともいずれかを行うように構成されている、交流溶接用電源装置。
【請求項2】
前記第１双方向スイッチは、前記双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であって、互いに逆直列接続された第１の一対のスイッチング素子と、前記第１の一対のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第１の一対のダイオードと、を含み、
前記第２双方向スイッチは、前記双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であって、互いに逆直列接続された第２の一対のスイッチング素子と、前記第２の一対のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第２の一対のダイオードと、を含み、
前記制御器は、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの前記第２双方向スイッチの前記正方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの前記第１双方向スイッチの前記正方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、前記正側整流制御としての正側同期整流制御と、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの前記第１双方向スイッチの前記負方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの前記第２双方向スイッチの前記負方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、前記負側整流としての負側同期整流の少なくともいずれかを行うように構成されている、請求項１に記載の交流溶接用電源装置。
前記第２双方向スイッチは、前記双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であって、互いに逆直列接続された第２の一対のスイッチング素子と、前記第２の一対のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第２の一対のダイオードと、を含み、
前記制御器は、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの前記第２双方向スイッチの前記正方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの前記第１双方向スイッチの前記正方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、前記正側整流制御としての正側同期整流制御と、
前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの前記第１双方向スイッチの前記負方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの前記第２双方向スイッチの前記負方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、前記負側整流としての負側同期整流の少なくともいずれかを行うように構成されている、請求項１に記載の交流溶接用電源装置。
【請求項3】
前記制御器は、
前記正側整流制御において、前記第１双方向スイッチに前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させる際に、さらに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記第２双方向スイッチに前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させる際に、さらに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、
前記負側同期整流において、前記第２双方向スイッチに前記逆相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させる際に、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記第１双方向スイッチに前記同相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させる際に、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にするように構成されている、請求項２に記載の交流溶接用電源装置。
前記正側整流制御において、前記第１双方向スイッチに前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させる際に、さらに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記第２双方向スイッチに前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させる際に、さらに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、
前記負側同期整流において、前記第２双方向スイッチに前記逆相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させる際に、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記第１双方向スイッチに前記同相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させる際に、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にするように構成されている、請求項２に記載の交流溶接用電源装置。
【請求項4】
前記制御器は、前記正側整流制御と前記負側整流制御とを、前記一次側交流電圧の周波数より低い周波数で交互に行うよう構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の交流溶接用電源装置。
【請求項5】
一端が前記第１双方向スイッチの前記他端に接続された第１スナバコンデンサと、
アノードが前記第１双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにカソードが前記第１スナバコンデンサの他端に接続された第１ダイオードと、
一端が、ボディダイオードのカソード側が前記第１スナバコンデンサの前記他端に接続されるように、当該第１スナバコンデンサの前記他端に接続された第１放電スイッチング素子と、
一端が前記第１放電スイッチング素子の他端に接続されるとともに他端が前記第１出力端に接続された限流抵抗素子と、
アノードが前記第２双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにカソードが前記第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードと、
一端が前記第２双方向スイッチの前記他端に接続された第２スナバコンデンサと、
カソードが前記第２双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにアノードが前記第２スナバコンデンサの他端に接続された第３ダイオードと、
一端が、ボディダイオードのアノード側が前記第２スナバコンデンサの前記他端に接続されるように、当該第２スナバコンデンサの前記他端に接続されるとともに、他端が前記限流抵抗素子の前記一端に接続された第２放電スイッチング素子と、
カソードが前記第１双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにアノードが前記第３ダイオードのアノードに接続された第４ダイオードと、をさらに備え、
前記制御器は、前記正側制御を前記負側制御に切り替える際に、前記第１及び第２双方向スイッチを遮断状態にするとともに、その前後に渡る又はその後の期間に、前記第１放電スイッチング素子を導通状態にする第１アーク切れ防止制御と、前記負側同期整流制御を前記正側同期整流制御に切り替える際に、前記第１及び前記第２双方向スイッチを遮断状態にするとともに、その前後に渡る又はその後の期間に、前記第２放電スイッチング素子を導通状態にする第２アーク切れ防止制御との少なくともいずれかを行うように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の交流溶接用電源装置。
アノードが前記第１双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにカソードが前記第１スナバコンデンサの他端に接続された第１ダイオードと、
一端が、ボディダイオードのカソード側が前記第１スナバコンデンサの前記他端に接続されるように、当該第１スナバコンデンサの前記他端に接続された第１放電スイッチング素子と、
一端が前記第１放電スイッチング素子の他端に接続されるとともに他端が前記第１出力端に接続された限流抵抗素子と、
アノードが前記第２双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにカソードが前記第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードと、
一端が前記第２双方向スイッチの前記他端に接続された第２スナバコンデンサと、
カソードが前記第２双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにアノードが前記第２スナバコンデンサの他端に接続された第３ダイオードと、
一端が、ボディダイオードのアノード側が前記第２スナバコンデンサの前記他端に接続されるように、当該第２スナバコンデンサの前記他端に接続されるとともに、他端が前記限流抵抗素子の前記一端に接続された第２放電スイッチング素子と、
カソードが前記第１双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにアノードが前記第３ダイオードのアノードに接続された第４ダイオードと、をさらに備え、
前記制御器は、前記正側制御を前記負側制御に切り替える際に、前記第１及び第２双方向スイッチを遮断状態にするとともに、その前後に渡る又はその後の期間に、前記第１放電スイッチング素子を導通状態にする第１アーク切れ防止制御と、前記負側同期整流制御を前記正側同期整流制御に切り替える際に、前記第１及び前記第２双方向スイッチを遮断状態にするとともに、その前後に渡る又はその後の期間に、前記第２放電スイッチング素子を導通状態にする第２アーク切れ防止制御との少なくともいずれかを行うように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の交流溶接用電源装置。
【請求項6】
前記第１放電スイッチング素子と並列に第１ハイパスフィルタが設けられており、且つ、前記第２放電スイッチング素子と並列に第２ハイパスフィルタが設けられている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の交流溶接用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流溶接用電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から交流溶接用の電源装置が知られている。そのような電源装置として、例えば、直流電源から高周波の交流電力を生成するインバータと、生成された高周波の交流電力を変圧する変圧器と、変圧された高周波の交流電力を直流電力に整流する整流回路と、整流された直流電力を交流電力に変換してそれを溶接トーチに供給するインバータ回路と、を備える溶接電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－０８９０９３号公報（特に、図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記溶接電源装置は、変圧器の二次側に整流回路とインバータ回路との２つの回路とを備えていて、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成が複雑であるという問題があった。
【0005】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化可能な交流溶接用電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本開示のある形態（aspect）に係る交流溶接用電源装置は、直流電源に接続され、第１半サイクル期間と前記第１半サイクル期間と反対の極性の第２半サイクル期間とを含む一次側交流電圧を出力するインバータと、アーク発生部へ溶接用の直流電圧を供給する第１出力端及び第２出力端と、前記インバータからの前記一次側交流電圧が入力される一次巻線と、前記第１出力端に接続された中間点を有する二次巻線とを備え、前記中間点の電位を基準として、前記中間点と前記二次巻線の一端との間に、所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と同相の同相二次側交流電圧を出力するとともに、前記中間点と前記二次巻線の他端との間に、前記所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と逆相の逆相交流電圧を出力する２相半波整流用の変圧器と、一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記一端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第１双方向スイッチと、一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記他端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第２双方向スイッチと、前記第１及び第２双方向スイッチを通る電流の経路に介挿された平滑リアクトルと、前記第１及び第２双方向スイッチの動作を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、正側整流制御と、前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、負側整流制御と、の少なくともいずれかを行うように構成されている。
【発明の効果】
【0007】
本発明は、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化可能な交流溶接用電源装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示のある形態（aspect）に係る交流溶接用電源装置は、直流電源に接続され、第１半サイクル期間と前記第１半サイクル期間と反対の極性の第２半サイクル期間とを含む一次側交流電圧を出力するインバータと、アーク発生部へ溶接用の直流電圧を供給する第１出力端及び第２出力端と、前記インバータからの前記一次側交流電圧が入力される一次巻線と、前記第１出力端に接続された中間点を有する二次巻線とを備え、前記中間点の電位を基準として、前記中間点と前記二次巻線の一端との間に、所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と同相の同相二次側交流電圧を出力するとともに、前記中間点と前記二次巻線の他端との間に、前記所定の電圧を有し前記一次側交流電圧と逆相の逆相交流電圧を出力する２相半波整流用の変圧器と、一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記一端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第１双方向スイッチと、一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であり、前記一端が前記変圧器の前記二次巻線の前記他端に接続されるとともに前記他端が前記第２出力端に接続された第２双方向スイッチと、前記第１及び第２双方向スイッチを通る電流の経路に介挿された平滑リアクトルと、前記第１及び第２双方向スイッチの動作を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記正方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、正側整流制御と、前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第１双方向スイッチを遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１双方向スイッチを前記負方向に導通状態にするとともに前記第２双方向スイッチを遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、負側整流制御と、の少なくともいずれかを行うように構成されている。ここで、双方向スイッチを、「正方向に導通状態にする」とは、双方向スイッチを、「正方向に電流が流れるようにする」ことを意味し、双方向スイッチを、「負方向に導通状態にする」とは、双方向スイッチを、「負方向に電流が流れるようにする」ことを意味する。
【0010】
この構成によれば、一次側交流電圧の半サイクル期間毎に変圧器の二次巻線に出力される交流電圧の正側整流又は負側整流が第１及び第２双方向スイッチによって行われる。正側整流によって、正極の直流電圧が第１出力端と第２出力端との間に供給され、負側整流によって、負極の直流電圧が第１出力端と第２出力端との間に供給される。正側同期整流を行うかあるいは負側同期整流を行うかは、一方の半サイクル期間において、一方の双方向スイッチに同相二次側交流電圧を整流させるかあるいは逆相二次側交流電圧を整流させるかによって決定できる。従って、２つの双方向スイッチを用いて、変圧器の二次巻線に出力される交流電圧の整流とアーク溶接用の直流電圧の極性の切り替えとを行うことができ、当該切り替えに関する構成を簡素化することができる。従って、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化可能な交流溶接用電源装置を提供できる。
【0011】
前記第１双方向スイッチは、前記双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であって、互いに逆直列接続された第１の一対のスイッチング素子と、前記第１の一対のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第１の一対のダイオードと、を含み、前記第２双方向スイッチは、前記双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能であって、互いに逆直列接続された第２の一対のスイッチング素子と、前記第２の一対のスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第２の一対のダイオードと、を含み、前記制御器は、前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第１の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの前記第２双方向スイッチの前記正方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第２の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの前記第１双方向スイッチの前記正方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波正極直流電圧を供給する、前記正側整流制御としての正側同期整流制御と、前記一次側交流電圧の前記第１半サイクル期間において、前記第２の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの前記第１双方向スイッチの前記負方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第２双方向スイッチに、前記逆相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させ、且つ、前記一次側交流電圧の前記第２半サイクル期間において、前記第１の一対のスイッチング素子を導通状態にするとともに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの前記第２双方向スイッチの前記負方向において導通するダイオードに並列なスイッチング素子を遮断状態にして、前記第１双方向スイッチに、前記同相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させ、それによって、前記第１及び第２双方向スイッチが前記第１出力端と前記第２出力端との間に全波負極直流電圧を供給する、前記負側整流としての負側同期整流の少なくともいずれかを行うように構成されていてもよい。
【0012】
この構成によれば、一次側交流電圧の一方の半サイクル期間に同期して一方の一対のスイッチング素子が導通状態になり、且つ、一次側交流電圧の他方の半サイクル期間に同期して他方の一対のスイッチング素子が導通状態になるので、変圧器から出力される二次側交流電圧を整流する際の整流素子による電圧降下（両端電圧）がスイッチング素子の電圧降下のみになるので、一対のスイッチング素子として、導通時における電圧降下がダイオードの電圧降下より小さいスイッチング素子を選択することによって、整流素子による電力損失を低減することができ、交流溶接用電源装置の効率を向上させることができる。
【0013】
前記制御器は、前記正側整流制御において、前記第１双方向スイッチに前記同相二次側交流電圧を整流させて同相半波正極直流電圧を出力させる際に、さらに、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記第２双方向スイッチに前記逆相二次側交流電圧を整流させて逆相半波正極直流電圧を出力させる際に、さらに、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記負側同期整流において、前記第２双方向スイッチに前記逆相二次側交流電圧を整流させて同相半波負極直流電圧を出力させる際に、前記第１の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にし、且つ、前記第１双方向スイッチに前記同相二次側交流電圧を整流させて逆相半波負極直流電圧を出力させる際に、前記第２の一対のスイッチング素子のうちの残りのスイッチング素子を導通状態にするように構成されていてもよい。
【0014】
この構成によれば、双方向スイッチの一対のスイッチング素子のうちの一方を常時オン状態にして他方のみをオンオフすることによって、双方向スイッチの導通状態と遮断状態とを切り替えるので、第１双方向スイッチ及び第２双方向スイッチを高速動作させることができる。
【0015】
前記制御器は、前記正側整流制御と前記負側整流制御とを、前記一次側交流電圧の周波数より低い周波数で交互に行うよう構成されていてもよい。この構成によれば、交流溶接を行うことができる。
【0016】
前記交流溶接用電源装置は、一端が前記第１双方向スイッチの前記他端に接続された第１スナバコンデンサと、アノードが前記第１双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにカソードが前記第１スナバコンデンサの他端に接続された第１ダイオードと、一端が、ボディダイオードのカソード側が前記第１スナバコンデンサの前記他端に接続されるように、当該第１スナバコンデンサの前記他端に接続された第１放電スイッチング素子と、一端が前記第１放電スイッチング素子の他端に接続されるとともに他端が前記第１出力端に接続された限流抵抗素子と、アノードが前記第２双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにカソードが前記第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードと、一端が前記第２双方向スイッチの前記他端に接続された第２スナバコンデンサと、カソードが前記第２双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにアノードが前記第２スナバコンデンサの他端に接続された第３ダイオードと、一端が、ボディダイオードのアノード側が前記第２スナバコンデンサの前記他端に接続されるように、当該第２スナバコンデンサの前記他端に接続されるとともに、他端が前記限流抵抗素子の前記一端に接続された第２放電スイッチング素子と、カソードが前記第１双方向スイッチの前記一端に接続されるとともにアノードが前記第３ダイオードのアノードに接続された第４ダイオードと、をさらに備え、前記制御器は、前記正側制御を前記負側制御に切り替える際に、前記第１及び第２双方向スイッチを遮断状態にするとともに、その前後に渡る又はその後の期間に、前記第１放電スイッチング素子を導通状態にする第１アーク切れ防止制御と、前記負側同期整流制御を前記正側同期整流制御に切り替える際に、前記第１及び前記第２双方向スイッチを遮断状態にするとともに、その前後に渡る又はその後の期間に、前記第２放電スイッチング素子を導通状態にする第２アーク切れ防止制御との少なくともいずれかを行うように構成されていてもよい。
【0017】
この構成によれば、第１アーク切れ防止制御において、正側整流制御を負側整流制御に切り替える際に、第１及び第２双方向スイッチを遮断状態にすると、アーク発生部である溶接トーチのトーチケーブルのインダクタンス成分に蓄えられた磁気エネルギーによってサージ電圧が発生し、このサージ電圧によって、第１出力端から、平滑リアクトルを通って変圧器の二次巻線の中間点に至り、そこで分流して、一方の分流が当該二次巻線の一端及び第１ダイオードを通って第１スナバコンデンサの前記他端に至るとともに他方の分流が当該二次巻線の他端及び第２ダイオードを通って第１スナバコンデンサの前記他端に至り、そこで両方の分流が合流して、その合流した流れが第１スナバコンデンサ及び第２出力端を通ってアーク発生部に戻るように、第１スナバコンデンサへの充電電流が流れる。従って、このサージ電圧による充電電流によって、従来は抵抗素子で消費されるエネルギーが、第１スナバコンデンサに蓄えられる。一方、この充電電流が流れる前後において、第１放電スイッチング素子を導通状態にすると、第１スナバコンデンサが放電し、その放電電流が、第１放電スイッチング素子、限流抵抗素子、第１出力端、アーク発生部、及び第２出力端を通って第１スナバコンデンサに戻るように流れる。この放電電流の方向は、サージ電圧による充電電流の方向と逆であるので、第１スナバコンデンサの電圧は、前記充電電流及び前記放電電流の関係で決まる。従って、制御器が、アーク切れを防止する最適な電圧になるよう第１放電スイッチング素子の導通期間を制御することによって、第１スナバコンデンサからアーク切れを防止する負極の電圧をトーチケーブルのインダクタンス成分及びアーク発生部に供給することができる。また、第２アーク切れ防止制御においても、第１アーク切れ防止制御と同様の原理によって、第２スナバコンデンサからアーク切れを防止する正極の電圧をトーチケーブルのインダクタンス成分及びアーク発生部に供給することができる。
【0018】
前記第１放電スイッチング素子と並列に第１ハイパスフィルタが設けられており、且つ、前記第２放電スイッチング素子と並列に第２ハイパスフィルタが設けられていてもよい。
【0019】
この構成によれば、第１ハイパスフィルタによって、第１放電スイッチング素子のターンオフによるサージ電圧から当該第１放電スイッチング素子を保護することができ、且つ、第２ハイパスフィルタによって、第２放電スイッチング素子のターンオフによるサージ電圧から当該第２放電スイッチング素子を保護することができる。
【0020】
以下、本開示の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の図は、本開示を説明するための図であるので、本開示に無関係な要素が省略される場合、誇張等のために寸法が正確でない場合、簡略化される場合、複数の図において互いに対応する要素の形態が一致しない場合等がある。また、本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【0021】
（実施形態１）
【0022】
［構成］
図１は、本開示の実施形態１に係る交流溶接用電源装置１００の構成の一例を示す回路図である。
図１は、本開示の実施形態１に係る交流溶接用電源装置１００の構成の一例を示す回路図である。
【0023】
図１を参照すると、交流溶接用電源装置１００は、主要な構成要素として、直流電源１と、インバータ２と、変圧器３と、第１双方向スイッチ４と、第２双方向スイッチ５と、第１出力端６と、第２出力端７と、平滑リアクトル９と、制御器１０と、アーク切れ防止回路と、を含む。以下、これらの要素を詳しく説明する。
【0024】
＜直流電源１＞
直流電源１は、直流電圧を出力するものであれば、特に、限定されない。直流電源は、例えば、交流電力を整流する整流器、各種の電池又は充電池、直流発電機等であってもよい。
直流電源１は、直流電圧を出力するものであれば、特に、限定されない。直流電源は、例えば、交流電力を整流する整流器、各種の電池又は充電池、直流発電機等であってもよい。
【0025】
＜インバータ２＞
インバータ２は、直流電源１に接続され、制御器１０の制御によって、第１半サイクル期間と第２半サイクル期間とを含む矩形波の一次側交流電圧を出力する。この一次側交流電圧は、例えば、周波数が２０～１００ｋＨｚの高周波電圧である。インバータ２は、直流電源１から交流電圧を生成するものであれば、特に限定されない。インバータ２は、例えば、単相フルブリッジ型のインバータ又は単相ハーフブリッジ型のインバータであってもよい。
インバータ２は、直流電源１に接続され、制御器１０の制御によって、第１半サイクル期間と第２半サイクル期間とを含む矩形波の一次側交流電圧を出力する。この一次側交流電圧は、例えば、周波数が２０～１００ｋＨｚの高周波電圧である。インバータ２は、直流電源１から交流電圧を生成するものであれば、特に限定されない。インバータ２は、例えば、単相フルブリッジ型のインバータ又は単相ハーフブリッジ型のインバータであってもよい。
【0026】
インバータ２は、ここでは、単相フルブリッジ型のインバータであり、直流電源１の両端に、一対のアームが並列に接続されている。一方のアームでは、ハイサイドのスイッチング素子ＳＷ２１とローサイドのスイッチング素子ＳＷ２２とが直列に接続されている。他方のアームでは、ハイサイドのスイッチング素子ＳＷ２３とローサイドのスイッチング素子ＳＷ２４とが直列に接続されている。一対のアームのそれぞれの一対のスイッチング素子の接続点が、インバータの出力端２１，２２を構成している。スイッチング素子ＳＷ２１とスイッチング素子ＳＷ２４との組と、スイッチング素子ＳＷ２３とスイッチング素子ＳＷ２２との組とが、交互に導通することによって、出力端２１，２２から矩形波の一次側交流電圧が出力される。この一次側交流電圧は、互いに極性の異なる第１半サイクル期間と第２半サイクル期間とを含む。第１半サイクル期間と第２半サイクル期間との間で「極性」が異なるとは、出力端２１，２２のうちの一方の出力端の電位を基準とした場合における他方の出力端の電位の高いか又は低いかが、第１半サイクル期間と第２半サイクル期間との間で異なることを意味する。ここでは、後述するように、便宜上、一次側交流電圧の第１半サイクル期間及び第２半サイクル期間が、変圧器３の一次巻線３１を流れる電流の方向によって定義される。
【0027】
＜変圧器３＞
変圧器３は、例えば、２相半波整流用の変圧器で構成される。具体的には、変圧器３は、一次巻線３１と中間点３２ｃを有する二次巻線３２とを有する。二次巻線３２に対する一次巻線３１の巻き数比は適宜な比に決定される。変圧器３は、例えば、減極性の変圧器である。なお、変圧器３は、加極性の変圧器であってもよい。この場合、二次巻線３２の第１及び第２双方向スイッチ４，５に対する結線を減極性の変圧器と逆の結線にすればよい。従って、変圧器３においては、一次巻線３１の一端３１ａと他端３１ｂとの間に誘起される電圧の当該他端３１ｂの電位を基準にした場合における極性と、二次巻線３２の一端３２ａと中間点３２ｃとの間に誘起される電圧の当該中間点３２ｃの電位を基準にした場合における極性と、二次巻線３２の中間点３２ｃと他端３２ｂとの間に誘起される電圧の当該他端３２ｂの電位を基準にした場合における極性と、は、互いに同じである。従って、中間点３２ｃの電位を基準とした場合、二次巻線３２の中間点３２ｃと他端３２ｂとの間に誘起される電圧の極性は、二次巻線３２の中間点３２ｃと一端３２ａとの間に誘起される電圧の極性と逆である。
変圧器３は、例えば、２相半波整流用の変圧器で構成される。具体的には、変圧器３は、一次巻線３１と中間点３２ｃを有する二次巻線３２とを有する。二次巻線３２に対する一次巻線３１の巻き数比は適宜な比に決定される。変圧器３は、例えば、減極性の変圧器である。なお、変圧器３は、加極性の変圧器であってもよい。この場合、二次巻線３２の第１及び第２双方向スイッチ４，５に対する結線を減極性の変圧器と逆の結線にすればよい。従って、変圧器３においては、一次巻線３１の一端３１ａと他端３１ｂとの間に誘起される電圧の当該他端３１ｂの電位を基準にした場合における極性と、二次巻線３２の一端３２ａと中間点３２ｃとの間に誘起される電圧の当該中間点３２ｃの電位を基準にした場合における極性と、二次巻線３２の中間点３２ｃと他端３２ｂとの間に誘起される電圧の当該他端３２ｂの電位を基準にした場合における極性と、は、互いに同じである。従って、中間点３２ｃの電位を基準とした場合、二次巻線３２の中間点３２ｃと他端３２ｂとの間に誘起される電圧の極性は、二次巻線３２の中間点３２ｃと一端３２ａとの間に誘起される電圧の極性と逆である。
【0028】
例えば、一次巻線３１の一端３１ａは、インバータ２の一方の出力端２１に接続され、一次巻線３１の他端３１ｂは、コンデンサを介してインバータ２の他方の出力端２２に接続されている。なお、一次巻線３１の一端３１ａが、コンデンサを介してインバータ２の他方の出力端２２に接続され、一次巻線３１の他端３１ｂがインバータ２の一方の出力端２１に接続されてもよい。また、二次巻線３２の中間点３２ｃは、平滑リアクトル９を介して第１出力端６に接続されている。
【0029】
変圧器３は、一次側交流電圧が、インバータ２の一対の出力端２１，２２から、一次巻線３１の両端３１ａ，３１ｂ間に入力されると、二次巻線３２の中間点３２ｃの電位を基準として、二次巻線３２の中間点３２ｃと一端３２ａとの間に、巻き数比に応じた所定の電圧を有し一次側交流電圧と同相の同相二次側交流電圧を出力するとともに、中間点３２ｃと二次巻線の他端３２ｂとの間に、前記巻き数比に応じた所定の電圧を有し一次側交流電圧と逆相の逆相交流電圧を出力する。
【0030】
ここでは、一次側交流電圧の１サイクル期間のうちの、変圧器３の一次巻線３１において、電流が一端３１ａから他端３１ｂに向かって流れる半サイクル期間が、第１半サイクル期間として定義され、変圧器３の一次巻線３１において、電流が他端３１ｂから一端３１ａに向かって流れる半サイクル期間が、第２半サイクル期間として定義される。
【0031】
＜第１及び第２双方向スイッチ４，５＞
第１及び第２双方向スイッチ４，５は、共に、一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能な機能を有する。
第１及び第２双方向スイッチ４，５は、共に、一端から他端に向かう正方向と前記他端から前記一端に向かう負方向との双方向に流れる電流をそれぞれ選択的に導通及び遮断可能な機能を有する。
【0032】
具体的には、第１双方向スイッチ４は、互いに逆直列接続された第１の一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、この第１の一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にそれぞれ逆並列接続されるとともに互いに逆直列接続された第１の一対のダイオード４１、４２とを含む。第１の一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の個々のスイッチング素子を、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２と呼ぶ。第１双方向スイッチ４は、一端が変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａに接続されるとともに他端が第２出力端７に接続されている。具体的には、第１スイッチング素子ＳＷ１の一端が変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａに接続されるとともに第１スイッチング素子ＳＷ１の他端が第２スイッチング素子ＳＷ２の一端に接続されている。そして、第２スイッチング素子ＳＷ２の他端が第２出力端７に接続されている。
【0033】
第２双方向スイッチ５は、互いに逆直列接続された第２の一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、この第２の一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４にそれぞれ逆並列接続されるとともに互いに逆直列接続された第１の一対のダイオード５１，５２とを含む。第２の一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の個々のスイッチング素子を、第３スイッチング素子ＳＷ３及び第４スイッチング素子ＳＷ４と呼ぶ。第２双方向スイッチ５は、一端が変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂに接続されるとともに他端が第２出力端７に接続されている。具体的には、第３スイッチング素子ＳＷ３の一端が変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂに接続されるとともに第３スイッチング素子ＳＷ３の他端が第４スイッチング素子ＳＷ４の一端に接続されている。そして、第４スイッチング素子ＳＷ４の他端が第２出力端７に接続されている。
【0034】
｛第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４｝
第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は、少なくとも一方向に流れる電流を選択的に導通及び遮断可能な半導体スイッチング素子であればよい。一方向に流れる電流のみを選択的に導通及び遮断可能な半導体スイッチング素子として、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate bipolar Transistor）等が挙げられる。
第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は、少なくとも一方向に流れる電流を選択的に導通及び遮断可能な半導体スイッチング素子であればよい。一方向に流れる電流のみを選択的に導通及び遮断可能な半導体スイッチング素子として、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate bipolar Transistor）等が挙げられる。
【0035】
双方向に流れる電流を選択的に導通及び遮断可能なスイッチング素子として、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が挙げられる。ＦＥＴとして、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ等が挙げられる。
【0036】
《スイッチング素子の逆直列接続》
スイッチング素子の「逆直列接続」は、２つのスイッチング素子（正確には、２つの半導体スイッチング素子）が、単独で使用する場合における一対の主端子間への電圧の印加方向が互いに逆になるように、互いに直列に接続されることを意味する。具体的には、バイポーラトランジスタに関しては、２つのバイポーラトランジスタが、エミッタ同士又はコレクタ同士が接続されるように、互いに直列に接続されることを意味する。ＦＥＴに関しては、２つのＦＥＴが、ソース同士又はドレイン同士が接続されるように、互いに直列に接続されることを意味する。なお、ＭＯＳＦＥＴ及びＭＥＳＦＥＴでは、一対の主端子のうち、制御端子（ゲート）と接続されている（導通している）主端子がソースである。ＭＯＳＦＥＴ及びＭＥＳＦＥＴのチャンネル型は、Ｎチャンネル型及びＰチャンネル型のいずれであってもよい。
スイッチング素子の「逆直列接続」は、２つのスイッチング素子（正確には、２つの半導体スイッチング素子）が、単独で使用する場合における一対の主端子間への電圧の印加方向が互いに逆になるように、互いに直列に接続されることを意味する。具体的には、バイポーラトランジスタに関しては、２つのバイポーラトランジスタが、エミッタ同士又はコレクタ同士が接続されるように、互いに直列に接続されることを意味する。ＦＥＴに関しては、２つのＦＥＴが、ソース同士又はドレイン同士が接続されるように、互いに直列に接続されることを意味する。なお、ＭＯＳＦＥＴ及びＭＥＳＦＥＴでは、一対の主端子のうち、制御端子（ゲート）と接続されている（導通している）主端子がソースである。ＭＯＳＦＥＴ及びＭＥＳＦＥＴのチャンネル型は、Ｎチャンネル型及びＰチャンネル型のいずれであってもよい。
【0037】
｛ダイオード４１，４２，５１，５２｝
個々のダイオード４１，４２，５１，５２は、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４とは別個の素子であるダイオード（以下、外付けダイオードと呼ぶ）であってもよく、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の内部に形成されたボディダイオードであってもよい。ボディダイオードは、寄生ダイオードであってもよく、意図的に設計されたダイオードであってもよい。
個々のダイオード４１，４２，５１，５２は、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４とは別個の素子であるダイオード（以下、外付けダイオードと呼ぶ）であってもよく、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の内部に形成されたボディダイオードであってもよい。ボディダイオードは、寄生ダイオードであってもよく、意図的に設計されたダイオードであってもよい。
【0038】
外付けダイオードとして、例えば、整流ダイオード、スイッチングダイオード、ファストリカバリダイオード、ショットキーダイオード等が挙げられる。
【0039】
《ダイオードの逆並列接続》
スイッチング素子へのダイオードの「逆並列接続」は、ダイオードの順方向が、スイッチング素子の単独で使用する場合における一対の主端子間への電圧の印加方向と逆になるように、ダイオードがスイッチング素子に並列に接続されることを意味する。
スイッチング素子へのダイオードの「逆並列接続」は、ダイオードの順方向が、スイッチング素子の単独で使用する場合における一対の主端子間への電圧の印加方向と逆になるように、ダイオードがスイッチング素子に並列に接続されることを意味する。
【0040】
《ダイオードの逆直列接続》
ダイオードの「逆直列接続」は、２つのダイオードが、順方向が互いに逆になるように、互いに直列に接続されることを意味する。
ダイオードの「逆直列接続」は、２つのダイオードが、順方向が互いに逆になるように、互いに直列に接続されることを意味する。
【0041】
｛第１及び第２双方向スイッチ４，５の動作｝
第１双方向スイッチ４は、制御器１０の制御によって、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波正極直流電圧を出力し、且つ、一次側交流電圧の第２半サイクル期間において、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波負極直流電圧を出力する。
第１双方向スイッチ４は、制御器１０の制御によって、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波正極直流電圧を出力し、且つ、一次側交流電圧の第２半サイクル期間において、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波負極直流電圧を出力する。
【0042】
第２双方向スイッチ５は、制御器１０の制御によって、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を整流して逆相半波負極直流電圧を出力し、且つ、一次側交流電圧の第２半サイクル期間において、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を整流して逆相半波正極直流電圧を出力する。
【0043】
｛第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４の具体的構成例｝
ここでは、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が、双方向に流れる電流を選択的に導通及び遮断可能なスイッチング素子である。第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が、一方向に流れる電流のみを選択的に導通及び遮断可能なスイッチング素子である構成については、後述する実施形態２において説明される。
ここでは、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が、双方向に流れる電流を選択的に導通及び遮断可能なスイッチング素子である。第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が、一方向に流れる電流のみを選択的に導通及び遮断可能なスイッチング素子である構成については、後述する実施形態２において説明される。
【0044】
第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴで構成される。第１双方向スイッチ４では、第１スイッチング素子ＳＷ１を構成するＭＯＳＦＥＴと第２スイッチング素子ＳＷ２を構成するＭＯＳＦＥＴとが、ソース同士が接続されるように、互いに直列に接続される。そして、第１スイッチング素子ＳＷ１を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインが変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａに接続されるとともに、第２スイッチング素子ＳＷ２を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインが第２出力端７に接続される。ダイオード４１及びダイオード４２は、それぞれ、第１スイッチング素子ＳＷ１のボディダイオード及び第２スイッチング素子ＳＷ２のボディダイオードで構成される。第２双方向スイッチ５では、第３スイッチング素子ＳＷ３を構成するＭＯＳＦＥＴと第４スイッチング素子ＳＷ４を構成するＭＯＳＦＥＴとが、ソース同士が接続されるように、互いに直列に接続される。そして、第３スイッチング素子ＳＷ３を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインが変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂに接続されるとともに、第４スイッチング素子ＳＷ４を構成するＭＯＳＦＥＴのドレインが第２出力端７に接続される。ダイオード５１及びダイオード５２は、それぞれ、第３スイッチング素子ＳＷ３のボディダイオード及び第４スイッチング素子ＳＷ４のボディダイオードで構成される。
【0045】
＜第１及び第２出力端６，７＞
第１及び第２出力端６，７は、アーク発生部８へ溶接用の直流電圧を供給するための交流溶接用電源装置１００の出力部である。第１出力端６には被加工物が接続される。第２出力端７には、先端に溶接トーチが接続されたトーチケーブルの基端が接続される。参照符号Ｌｓは、このトーチケーブルのインダクタンス成分を示す。被加工物と溶接トーチとの間にアークが発生する。すなわち、被加工物及び溶接トーチがアーク発生部８を構成する。
第１及び第２出力端６，７は、アーク発生部８へ溶接用の直流電圧を供給するための交流溶接用電源装置１００の出力部である。第１出力端６には被加工物が接続される。第２出力端７には、先端に溶接トーチが接続されたトーチケーブルの基端が接続される。参照符号Ｌｓは、このトーチケーブルのインダクタンス成分を示す。被加工物と溶接トーチとの間にアークが発生する。すなわち、被加工物及び溶接トーチがアーク発生部８を構成する。
【0046】
具体的には、第１及び第２出力端６，７は、第１及び第２双方向スイッチ４，５から出力される全波正極直流電圧又は全波負極直流電圧を、溶接用の直流電圧としてアーク発生部８に供給する。
【0047】
＜平滑リアクトル９＞
平滑リアクトル９は、第１及び第２双方向スイッチ４，５を通る電流の経路に介挿される。平滑リアクトル９は、例えば、変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃと第１出力端６との間に介挿されている。なお、一対の平滑リアクトル９が、変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａと第１双方向スイッチ４との間と、変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂと第２双方向スイッチ５との間と、にそれぞれ介挿されていてもよい。
平滑リアクトル９は、第１及び第２双方向スイッチ４，５を通る電流の経路に介挿される。平滑リアクトル９は、例えば、変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃと第１出力端６との間に介挿されている。なお、一対の平滑リアクトル９が、変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａと第１双方向スイッチ４との間と、変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂと第２双方向スイッチ５との間と、にそれぞれ介挿されていてもよい。
【0048】
＜アーク切れ防止回路＞
アーク切れ防止回路は、第１スナバコンデンサＣｓ1と、第２スナバコンデンサＣｓ２と、第１放電スイッチング素子ＳＷ５と、第２放電スイッチング素子ＳＷ６と、第１乃至第４ダイオードＤ１～Ｄ４と、限流抵抗素子Ｒ１と、第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２と、を含む。
アーク切れ防止回路は、第１スナバコンデンサＣｓ1と、第２スナバコンデンサＣｓ２と、第１放電スイッチング素子ＳＷ５と、第２放電スイッチング素子ＳＷ６と、第１乃至第４ダイオードＤ１～Ｄ４と、限流抵抗素子Ｒ１と、第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２と、を含む。
【0049】
第１スナバコンデンサＣｓ１は、一端が第１双方向スイッチ４の前記他端に接続されている。第１ダイオードＤ１は、アノードが第１双方向スイッチ４の前記一端に接続されるとともにカソードが第１スナバコンデンサＣｓ１の他端に接続されている。
【0050】
第１放電スイッチング素子ＳＷ５は、一端が第１スナバコンデンサＣｓ１の前記他端に接続されている。この場合、第１放電スイッチング素子ＳＷ５に逆並列接続されたダイオード６１のカソード側が第１スナバコンデンサＣｓ１の前記他端に接続される。第１放電スイッチング素子ＳＷ５は、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、又はＦＥＴで構成されてもよい。ここでは、第１放電スイッチング素子ＳＷ５は、ＩＧＢＴで構成される。
【0051】
限流抵抗素子Ｒ１は、一端が第１放電スイッチング素子ＳＷ５の他端に接続されるとともに他端が第２出力端７に接続されている。第２ダイオードＤ２は、アノードが第２双方向スイッチ５の前記一端に接続されるとともにカソードが第１ダイオードＤ１のカソードに接続されている。限流抵抗素子Ｒ１は、後述する放電電流Ｉｄを制限するための抵抗素子である。
【0052】
第２スナバコンデンサＣｓ２は、一端が第２双方向スイッチ５の前記他端に接続されている。第３ダイオードＤ３は、カソードが第２双方向スイッチ５の前記一端に接続されるとともにアノードが第２スナバコンデンサＣｓ２の他端に接続されている。
【0053】
第２放電スイッチング素子ＳＷ６は、一端が第２スナバコンデンサＣｓ２の前記他端に接続されるとともに、他端が限流抵抗素子Ｒ１の前記一端に接続されている。この場合、第２放電スイッチング素子ＳＷ６に逆並列接続されたダイオード６２のアノード側が第２スナバコンデンサの前記他端に接続される。第２放電スイッチング素子ＳＷ６は、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、又はＦＥＴで構成されてもよい。ここでは、第２放電スイッチング素子ＳＷ５は、ＩＧＢＴで構成される。
【0054】
＜第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２＞
交流溶接用電源装置１００は、さらに、第１及び第２放電スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６にそれぞれ並列に接続された第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２を備える。第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２は、それぞれ、第１及び第２放電スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６のためのスナバ回路である。第１ハイパスフィルタＨｆ１は、互いに直列接続されたスナバ抵抗素子Ｒ２及び第３スナバコンデンサＣｓ３で構成される。第２ハイパスフィルタＨｆ２は、互いに直列接続されたスナバ抵抗素子Ｒ３及び第４スナバコンデンサＣｓ４で構成される。
交流溶接用電源装置１００は、さらに、第１及び第２放電スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６にそれぞれ並列に接続された第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２を備える。第１及び第２ハイパスフィルタＨｆ１，Ｈｆ２は、それぞれ、第１及び第２放電スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６のためのスナバ回路である。第１ハイパスフィルタＨｆ１は、互いに直列接続されたスナバ抵抗素子Ｒ２及び第３スナバコンデンサＣｓ３で構成される。第２ハイパスフィルタＨｆ２は、互いに直列接続されたスナバ抵抗素子Ｒ３及び第４スナバコンデンサＣｓ４で構成される。
【0055】
＜制御器１０＞
制御器１０は、交流溶接用電源装置１００全体の動作を制御する。制御器１０は、特に、インバータ２のスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４、第１及び第２双方向スイッチ４，５の第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４、及び第１及び第２放電スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の動作を制御する。
制御器１０は、交流溶接用電源装置１００全体の動作を制御する。制御器１０は、特に、インバータ２のスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４、第１及び第２双方向スイッチ４，５の第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４、及び第１及び第２放電スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の動作を制御する。
【0056】
制御器１０は、例えば、プロセッサとメモリとを有する演算器で構成される。この演算器は、具体的には、例えば、コンピュータ、パーソナルコンピュータ、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成される。制御器１０は、集中制御を行う単独の演算器で構成されてもよく、分散制御を行う複数の演算器で構成されてもよい。
【0057】
換言すると、制御器１０の機能は、開示された機能を実行するよう構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び/又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路（processing circuitry)又は回路（circuitry）と見なされる。
【0058】
メモリには、例えば、溶接制御プログラムを含む各種の制御プログラムが格納されている。プロセッサは、これらの制御プログラムをメモリから読みだして実行することによって、交流溶接用電源装置の動作を制御する。交流溶接には、正極直流溶接（第１モード）から開始する第１交流溶接と負極直流溶接（第３モード）から開始する第２交流溶接とがある。
【0059】
制御器１０は、例えば、ユーザインタフェースを備える。このユーザインタフェースは、例えば、ユーザが第１交流溶接を指示するための第１交流溶接指示部、ユーザが第２交流溶接を指示するための第２交流溶接指示部、ユーザが正極直流溶接を指示するための正極直流溶接指示部、及びユーザが負極直流溶接を指示するための負極直流溶接指示部を含む。制御器１０の制御内容は、交流溶接用電源装置１００の動作として、以下に、詳しく説明する。
【0060】
［動作］
次に、以上のように構成された交流溶接用電源装置１００の動作を説明する。交流溶接用電源装置１００の動作は、制御器１０の制御によって遂行される。
次に、以上のように構成された交流溶接用電源装置１００の動作を説明する。交流溶接用電源装置１００の動作は、制御器１０の制御によって遂行される。
【0061】
ここでは、交流溶接用電源装置１００が交流溶接用の電圧を出力する場合の動作を説明する。この場合、交流溶接用電源装置１００は、例えば、第１乃至第４の動作モードを有し、制御器１０は交流溶接の整流及び極性制御を行う。ここでは、第１交流溶接の制御の概要を説明する。
【0062】
図２は、制御器１０による第１交流溶接の整流及び極性制御の内容を示すフローチャートである。図２を参照すると、制御器１０は、ユーザインタフェースから第１交流溶接が指示されると、第１交流溶接の整流及び極性制御を開始し、溶接開始指令が入力されるのを待機する（ステップＳ１においてＮＯ、ステップＳ１）。
【0063】
制御器１０は、溶接開始指令が入力されると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、交流溶接用電源装置１００に、順次、第１モード乃至第４モード（ステップＳ２～Ｓ５）を実行させる。
【0064】
制御器１０は、交流溶接用電源装置１００に第４モード（Ｓ５）を実行させ終わると、溶接終了指令が入力された否か判定する（ステップＳ６）。制御器１０は、溶接終了指令が入力されていない場合（ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ２に戻り、以降、溶接終了指令が入力されるまで、ステップＳ２～Ｓ６（ＮＯ）を繰り返す。
【0065】
制御器１０は、溶接終了指令が入力されていると（ステップＳ６でＹＥＳ）、第１交流溶接の整流及び極性制御を終了する。
【0066】
【0067】
具体的には、図３における各段の波形図の内容は以下の通りである。最上段の波形図は、第１及び第２出力端６，７から出力される出力電流の波形を示す。上から２段目の波形図は、第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート信号の波形を示す。上から３段目の波形図は、第１スイッチング素子ＳＷ１のゲート信号の波形を示す。上から４段目の波形図は、第４スイッチング素子ＳＷ４のゲート信号の波形を示す。上から５段目の波形図は、第３スイッチング素子ＳＷ３のゲート信号の波形を示す。上から６段目の波形図は、第１放電スイッチング素子ＳＷ５のゲート信号の波形を示す。上から７段目（最下段）の波形図は、第２放電スイッチング素子ＳＷ６のゲート信号の波形を示す。
【0068】
図３を参照すると、各スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６には、各々に対応するゲート信号が制御器１０から入力される。これらのゲート信号は、正確には、制御器１０から送出された後それぞれゲート駆動回路で増幅され、その後、各々に対応するスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６に入力されるが、ここでは、説明を簡略化するために、これらのゲート信号が、それぞれ、制御器１０から各々に対応するスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６に入力されるものとして説明する。また、ゲート信号において、ハイレベルの部分を「オン信号」と呼び、ローレベルの部分を「オフ信号」と呼ぶ。なお、これらのことは、インバータ２のスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４へのゲート信号についても同様である。
【0069】
第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４のゲート信号において、微小な間隔の縦線で表された部分は、オン信号とオフ信号とが微小な等しい時間間隔で交互に繰り返し送出されていることを示す。このオン信号及びオフ信号の繰り返し周波数は、例えば、２０～１００ｋＨｚである。このオン信号の繰り返し周波数は、インバータ２から出力される一次側交流電圧の周波数に等しい。つまり、後述の説明から明らかなように、第１及び第２双方向スイッチ４，５によって行われる整流は、インバータ２のスイッチング素子ＳＷ２１～ＳＷ２４のスイッチングに同期して行われる同期整流である。
【0070】
なお、第１乃至第４モードの期間の周期に相当する周波数、すなわち、交流溶接用の電圧（及び電流）の極性切り替え周波数は、例えば、１００～５００Ｈｚの低い周波数である。
【0071】
＜第１モード＞
図４は、第１モードの正側同相整流における入力電流Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。図５は、第１モードの正側逆相整流における入力電流Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。なお、図４～図９においては、各電流の流れを見やすくするために、制御器１０が省略され、且つ、その他の要素の参照符号が省略されている。
図４は、第１モードの正側同相整流における入力電流Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。図５は、第１モードの正側逆相整流における入力電流Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。なお、図４～図９においては、各電流の流れを見やすくするために、制御器１０が省略され、且つ、その他の要素の参照符号が省略されている。
【0072】
第１モードでは、制御器１０は、正側整流制御によって、第１及び第２双方向スイッチ４，５に、それぞれ、正側同相整流及び正側逆相整流を行わせる。また、第１モードでは、出力電流Ｉｏは、最速、当該出力電流Ｉｏが通流する回路の時定数（τ＝Ｌ／Ｒ）に従ってハイレベルの電流値まで立ち上がる。
【0073】
｛正側同相整流｝
図１、図３、及び図４を参照すると、制御器１０は、交流溶接の際に、インバータ２に一次側交流電圧を出力させる。そして、制御器１０は、第１モードにおいて、まず、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、第１双方向スイッチ４を正方向に導通状態にするとともに第２双方向スイッチ５を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第２スイッチング素子ＳＷ２にオン信号のゲート信号を送出するとともに第１スイッチング素子ＳＷ１に、第１モードの全期間に渡ってオン信号のゲート信号を送出する。すると、第２スイッチング素子ＳＷ２が導通状態になるとともに第１スイッチング素子ＳＷ１が第１モードの全期間に渡って導通状態になり、第１双方向スイッチ４が正方向に導通状態になる。これにより、第１双方向スイッチ４が、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波正極直流電圧を出力する。ここで、「正方向に導通状態」とは、「正方向に電流が流れる状態」を意味する。
図１、図３、及び図４を参照すると、制御器１０は、交流溶接の際に、インバータ２に一次側交流電圧を出力させる。そして、制御器１０は、第１モードにおいて、まず、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、第１双方向スイッチ４を正方向に導通状態にするとともに第２双方向スイッチ５を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第２スイッチング素子ＳＷ２にオン信号のゲート信号を送出するとともに第１スイッチング素子ＳＷ１に、第１モードの全期間に渡ってオン信号のゲート信号を送出する。すると、第２スイッチング素子ＳＷ２が導通状態になるとともに第１スイッチング素子ＳＷ１が第１モードの全期間に渡って導通状態になり、第１双方向スイッチ４が正方向に導通状態になる。これにより、第１双方向スイッチ４が、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波正極直流電圧を出力する。ここで、「正方向に導通状態」とは、「正方向に電流が流れる状態」を意味する。
【0074】
その一方、制御器１０は、第４スイッチング素子ＳＷ４にオフ信号のゲート信号を送出する。すると、第４スイッチング素子ＳＷ４が遮断状態になり、第２双方向スイッチ５が遮断状態になる。これにより、第２双方向スイッチ５が、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を阻止する。また、この際、制御器１０は、第３スイッチング素子ＳＷ３に第１モードの全期間に渡ってオン信号のゲート信号を送出する。すると、第３スイッチング素子ＳＷ３が第１モードの全期間に渡って導通状態になる。
【0075】
また、制御器１０は、第１放電スイッチング素子ＳＷ５に、前サイクルの第３モードから今サイクルの第１モードの全期間に渡ってオフ信号のゲート信号を送出するとともに、第２放電スイッチング素子ＳＷ６に、第１乃至第３モードの全期間に渡ってオフ信号のゲート信号を送出し、それにより、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が前サイクルの第３モードから今サイクルの第１モードまでの全期間に渡って遮断状態になるとともに、第２放電スイッチング素子ＳＷ６が第１乃至第３モードの全期間に渡って遮断状態になる。
【0076】
図４を参照すると、交流溶接用電源装置１００が以上の状態になると、変圧器３の一次側においては、インバータ２から変圧器３への入力電流Ｉｉが、変圧器３の一次巻線３１を、一端３１ａから他端３１ｂに向かう方向に流れる一方、変圧器３の二次側においては、出力電流Ｉｏが、変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａから、順に、第１双方向スイッチ４、第２出力端７、アーク発生部８、第１出力端６、平滑リアクトル９、及び変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃを通って、変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａに戻るように流れる。
【0077】
また、第１スナバコンデンサＣｓ１は、第１双方向スイッチ４の両端電圧に応じた電圧ＣＶ１に充電される。但し、その前記他端（第１ダイオードＤ１のカソード側の端）が、第１ダイオードＤ１によって、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧の最高電位（正極）に維持される。
【0078】
また、第２スナバコンデンサＣｓ２は、第２双方向スイッチ５の両端電圧に応じた電圧ＣＶ２に充電される。但し、その前記他端（第３ダイオードＤ３のアノード側の端）が、第３ダイオードＤ３によって、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧の最低電位（負極）に維持される。
【0079】
以上のようにして、交流溶接用電源装置１００において、正側同相整流が行われる。
【0080】
｛正側逆相整流｝
図１、図３、及び図５を参照すると、制御器１０は、次に、一次側交流電圧が第２半サイクル期間になると、第２双方向スイッチ５を正方向に導通状態にするとともに第１双方向スイッチ４を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第４スイッチング素子ＳＷ４にオン信号のゲート信号を送出する。すると、第４スイッチング素子ＳＷ４が導通状態になるとともに第３スイッチング素子ＳＷ３が既に第１モードの全期間に渡って導通状態になっているので、第２双方向スイッチ５が、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を整流して逆相半波正極直流電圧を出力する。
図１、図３、及び図５を参照すると、制御器１０は、次に、一次側交流電圧が第２半サイクル期間になると、第２双方向スイッチ５を正方向に導通状態にするとともに第１双方向スイッチ４を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第４スイッチング素子ＳＷ４にオン信号のゲート信号を送出する。すると、第４スイッチング素子ＳＷ４が導通状態になるとともに第３スイッチング素子ＳＷ３が既に第１モードの全期間に渡って導通状態になっているので、第２双方向スイッチ５が、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を整流して逆相半波正極直流電圧を出力する。
【0081】
その一方、制御器１０は、第２スイッチング素子ＳＷ２にオフ信号のゲート信号を送出する。すると、第２スイッチング素子ＳＷ２が遮断状態になり、第１双方向スイッチ４が遮断状態になる。これにより、第１双方向スイッチ４が、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を阻止する。
【0082】
図５を参照すると、交流溶接用電源装置１００が以上の状態になると、変圧器３の一次側においては、インバータ２から変圧器３への入力電流Ｉｉが、変圧器３の一次巻線３１を、他端３１ｂから一端３１ａに向かう方向に流れる一方、変圧器３の二次側においては、出力電流Ｉｏが、変圧器３の二次巻線の他端３２ｂから、順に、第２双方向スイッチ５、第２出力端７、アーク発生部８、第１出力端６、平滑リアクトル９、及び変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃを通って、変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂに戻るように流れる。
【0083】
また、第１スナバコンデンサＣｓ１は、第１双方向スイッチ４の両端電圧に応じた電圧に充電され、第２スナバコンデンサＣｓ２は、第２双方向スイッチ５の両端電圧に応じた電圧に充電される。以上のようにして、交流溶接用電源装置１００において、正側逆相整流が行われる。
【0084】
このようにして、上記正側正相整流及び正側逆相整流によって、第１及び第２双方向スイッチ４，５が第１出力端６と第２出力端７との間に全波正極直流電圧を供給する。
【0085】
【0086】
第２モードでは、制御器１０は、出力電圧及び出力電流の正から負への極性切り替え制御及び第１アーク切れ防止制御を行う。
【0087】
図１、図３、及び図６参照すると、制御器１０は、交流溶接用の電圧（又は電流）の極性切り替え周波数に応じた所定のタイミングで、第１及び第２双方向スイッチ４，５を遮断状態にする。具体的には、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４に、オフ信号のゲート信号を送出する。すると、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が遮断状態になり、第１及び第２双方向スイッチ４，５が遮断状態になる。これにより、第２モードが開始される。
【0088】
すると、図６に破線の矢印で示すように、アーク発生部８である溶接トーチのトーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓに蓄えられた磁気エネルギーによってサージ電圧が発生し、第１出力端６から、平滑リアクトル９を通って変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃに至り、そこで分流して、一方の分流が当該二次巻線３２の一端３２ａ及び第１ダイオードＤ１を通って第１スナバコンデンサＣｓ１の前記他端に至るとともに他方の分流が当該二次巻線３２の他端３２ｂ及び第２ダイオードＤ２を通って第１スナバコンデンサＣｓ１の前記他端に至り、そこで両方の分流が合流して、その合流した流れが第１スナバコンデンサＣｓ１及び第２出力端７を通ってアーク発生部８に戻るように、第１スナバコンデンサＣｓ１への充電電流Ｉｃが流れる。
【0089】
従って、このサージ電圧による充電電流Ｉｃによって、従来は抵抗素子で消費されるエネルギーが、第１スナバコンデンサＣｓ１に蓄えられる。
【0090】
一方、この充電電流が流れる前後において、制御器１０は、第１放電スイッチング素子ＳＷ５にオン信号のゲート信号を送出し、それによって、第１放電スイッチング素子ＳＷ５を導通状態にする。すると、第１スナバコンデンサＣｓ１が放電し、図６に点線の矢印で示すように、その放電電流Ｉｄが、第１放電スイッチング素子ＳＷ５、限流抵抗素子Ｒ１、第１出力端６、アーク発生部８、及び第２出力端７を通って第１スナバコンデンサＣｓ１に戻るように流れる。この放電電流Ｉｄの方向は、サージ電圧による充電電流Ｉｃの方向と逆であるので、第１スナバコンデンサＣｓ１の電圧ＣＶ１は、充電電流Ｉｃ及び放電電流Ｉｄの関係で決まる。
【0091】
ここで、制御器１０のメモリには、アーク切れを防止する最適な電圧になるような第１放電スイッチング素子ＳＷ５の導通期間（以下、「第１最適導通期間」と呼ぶ）が予め記憶されている。この「第１最適導通期間」は、シミュレーション、実験、計算等によって求められる。
【0092】
制御器１０は、「第１最適導通期間」の間、第１放電スイッチング素子ＳＷ５を導通状態にする。これにより、第１スナバコンデンサＣｓ１からアーク切れを防止する負極の直流電圧が、トーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓ及びアーク発生部８に供給される。これを、図３の最上段の出力電流の波形図を参照しながら、詳しく説明する。まず、「出力電流」について説明する。「出力電流」は、交流溶接用電源装置１００がアーク発生部８に供給する電流を意味する。充電電流Ｉｃ及び放電電流Ｉｄは、交流溶接用電源装置１００がアーク発生部８に供給する電流によってトーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓに蓄えられた磁気エネルギーをエネルギー源としている。そして、両者は通流方向が互いに逆であって、絶対値の大きい方のみが顕在化する。従って、充電電流Ｉｃ及び放電電流Ｉｄのうち、絶対値の大きい方が「出力電流」に相当する。
【0093】
図３を参照すると、「第１最適導通期間」は、例えば、第２モードの開始とともに始まり、第２モードの終了とともに終了する。「第１最適導通期間」においては、当初、充電電流Ｉｃが放電電流Ｉｄより大きいが、途中で放電電流Ｉｄが充電電流Ｉｃより大きくなり、この時点で、出力電流Ｉｏ及び出力電圧の極性が正極から負極に切り替わる。そして、充電電流Ｉｃに対する放電電流Ｉｄの差電流である負極の出力電流Ｉｏの電流値が充電電流Ｉｃの減少に伴って増加し、やがて充電電流Ｉｃが消滅すると、出力電流Ｉｏの電流値が放電電流Ｉｄの略一定の電流値Ｉｄ＝ＣＶ１／Ｒ（Ａ）（ＣＶ１は第１スナバコンデンサＣｓ１の電圧（Ｖ）、Ｒは限流抵抗素子Ｒ１の抵抗値（Ω）。）になる。その後、出力電流Ｉｏは、「第１最適導通期間」が終了するまで当該略一定の電流値を維持する。「第１最適導通期間」が終了すると、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が遮断状態にされる。これにより、第２モードが終了する。
【0094】
なお、第２モードから第３モードへ移行する際に、アーク発生部８に印加される電圧が、第２モードの第１スナバコンデンサＣｓ１による負極電圧から第３モードの第１双方向スイッチ４又は第２双方向スイッチ５による負極電圧に切り替わるが、トーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓによって出力電流Ｉｏが維持される。従って、アーク切れを防止しつつ、出力電圧及び出力電流Ｉｏの正から負への極性切り替えが好適に行われる。
【0095】
なお、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が「第１最適導通期間」の終了時にターンオフしたとき、それによるサージ電圧が第１ハイパスフィルタＨｆ１によってバイパスされ、それよって、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が保護される。
【0096】
＜第３モード＞
図７は、第３モードの負側逆相整流における入力電流及Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。図８は、第３モードの負側同相整流における入力電流Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。第３モードでは、制御器１０は、負側整流制御によって、第１及び第２双方向スイッチ４，５に、それぞれ、負側同相整流及び負側逆相整流を行わせる。また、第３モードでは、出力電流Ｉｏは、最速、当該出力電流Ｉｏが通流する回路の時定数（τ＝Ｌ／Ｒ）に従ってローレベルの電流値まで立ち下がる。
図７は、第３モードの負側逆相整流における入力電流及Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。図８は、第３モードの負側同相整流における入力電流Ｉｉ及び出力電流Ｉｏの流れを図１の回路において示す図である。第３モードでは、制御器１０は、負側整流制御によって、第１及び第２双方向スイッチ４，５に、それぞれ、負側同相整流及び負側逆相整流を行わせる。また、第３モードでは、出力電流Ｉｏは、最速、当該出力電流Ｉｏが通流する回路の時定数（τ＝Ｌ／Ｒ）に従ってローレベルの電流値まで立ち下がる。
【0097】
｛負側逆相整流｝
図１、図３、及び図７を参照すると、制御器１０は、第３モードにおいて、まず、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、第２双方向スイッチ５を負方向に導通状態にするとともに第１双方向スイッチ４を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第３スイッチング素子ＳＷ３にオン信号のゲート信号を送出するとともに第４スイッチング素子ＳＷ４に、第３モードの全期間に渡ってオン信号のゲート信号を送出する。すると、第３スイッチング素子ＳＷ３が導通状態になるとともに第４スイッチング素子ＳＷ４が第３モードの全期間に渡って導通状態になり、第２双方向スイッチ５が負方向に導通状態になる。これにより、第２双方向スイッチ５が、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を整流して逆相半波負極直流電圧を出力する。ここで、「負方向に導通状態」とは、「負方向に電流が流れる状態」を意味する。
図１、図３、及び図７を参照すると、制御器１０は、第３モードにおいて、まず、一次側交流電圧の第１半サイクル期間において、第２双方向スイッチ５を負方向に導通状態にするとともに第１双方向スイッチ４を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第３スイッチング素子ＳＷ３にオン信号のゲート信号を送出するとともに第４スイッチング素子ＳＷ４に、第３モードの全期間に渡ってオン信号のゲート信号を送出する。すると、第３スイッチング素子ＳＷ３が導通状態になるとともに第４スイッチング素子ＳＷ４が第３モードの全期間に渡って導通状態になり、第２双方向スイッチ５が負方向に導通状態になる。これにより、第２双方向スイッチ５が、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を整流して逆相半波負極直流電圧を出力する。ここで、「負方向に導通状態」とは、「負方向に電流が流れる状態」を意味する。
【0098】
その一方、制御器１０は、第１スイッチング素子ＳＷ１にオフ信号のゲート信号を送出する。すると、第１スイッチング素子ＳＷ１が遮断状態になり、第１双方向スイッチ４が遮断状態になる。これにより、第１双方向スイッチ４が、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を阻止する。また、この際、制御器１０は、第２スイッチング素子ＳＷ２に第３モードの全期間に渡ってオン信号のゲート信号を送出する。すると、第２スイッチング素子ＳＷ２が第３モードの全期間に渡って導通状態になる。
【0099】
また、制御器１０は、第１放電スイッチング素子ＳＷ５に、第３モードから次サイクルの第１モードまでの全期間に渡ってオフ信号のゲート信号を送出し、それにより、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が、第３モードから次サイクルの第１モードまでの全期間に渡って遮断状態になる。
【0100】
図７を参照すると、交流溶接用電源装置１００が以上の状態になると、変圧器３の一次側においては、インバータ２から変圧器３への入力電流Ｉｉが、変圧器３の一次巻線３１を、一端３１ａから他端３１ｂに向かう方向に流れる一方、変圧器３の二次側においては、出力電流Ｉｏが、変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃから、順に、平滑リアクトル９、第１出力端６、アーク発生部８、第２出力端、第２双方向スイッチ５、及び変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂを通って、変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃに戻るように流れる。
【0101】
また、第２スナバコンデンサＣｓ２は、第２双方向スイッチ５の両端電圧に応じた電圧ＣＶ２に充電される。但し、その前記他端（第３ダイオードＤ３のアノード側の端）が、第３ダイオードＤ３によって、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧の最低電位（負極）に維持される。
【0102】
また、第１スナバコンデンサＣｓ１は、第１双方向スイッチ４の両端電圧に応じた電圧ＣＶ１に充電される。但し、その前記他端（第１ダイオードＤ１のカソード側の端）が、第１ダイオードＤ１によって、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧の最高電位（正極）に維持される。
【0103】
以上のようにして、交流溶接用電源装置１００において、負側逆相整流が行われる。
【0104】
｛負側同相整流｝
図１、図３、及び図８を参照すると、制御器１０は、次に、一次側交流電圧が第２半サイクル期間になると、第１双方向スイッチ４を負方向に導通状態にするとともに第２双方向スイッチ５を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第１スイッチング素子ＳＷ１にオン信号のゲート信号を送出する。すると、第１スイッチング素子ＳＷ１が導通状態になるとともに第２スイッチング素子ＳＷ２が既に第３モードの全期間に渡って導通状態になっているので、第１双方向スイッチ４が、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波負極直流電圧を出力する。
図１、図３、及び図８を参照すると、制御器１０は、次に、一次側交流電圧が第２半サイクル期間になると、第１双方向スイッチ４を負方向に導通状態にするとともに第２双方向スイッチ５を遮断状態にする。具体的には、制御器１０は、第１スイッチング素子ＳＷ１にオン信号のゲート信号を送出する。すると、第１スイッチング素子ＳＷ１が導通状態になるとともに第２スイッチング素子ＳＷ２が既に第３モードの全期間に渡って導通状態になっているので、第１双方向スイッチ４が、変圧器３から出力される同相二次側交流電圧を整流して同相半波負極直流電圧を出力する。
【0105】
その一方、制御器１０は、第３スイッチング素子ＳＷ３にオフ信号のゲート信号を送出する。すると、第３スイッチング素子ＳＷ３が遮断状態になり、第２双方向スイッチ５が遮断状態になる。これにより、第２双方向スイッチ５が、変圧器３から出力される逆相二次側交流電圧を阻止する。
【0106】
図８を参照すると、交流溶接用電源装置１００が以上の状態になると、変圧器３の一次側においては、インバータ２から変圧器３への入力電流Ｉｉが、変圧器３の一次巻線３１を、他端３１ｂから一端３１ａに向かう方向に流れる一方、変圧器３の二次側においては、出力電流Ｉｏが、変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃから、順に、平滑リアクトル９、第１出力端６、アーク発生部８、第２出力端７、第１双方向スイッチ４、及び変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａを通って、変圧器３の二次巻線３２の中間点３２ｃに戻るように流れる。
【0107】
また、第１スナバコンデンサＣｓ１は、第１双方向スイッチ４の両端電圧に応じた電圧ＣＶ１に充電され、第２スナバコンデンサＣｓ２は、第２双方向スイッチ５の両端電圧に応じた電圧ＣＶ２に充電される。以上のようにして、交流溶接用電源装置１００において、負側同相整流が行われる。
【0108】
このようにして、上記負側逆相整流及び負側同相整流によって、第１及び第２双方向スイッチ４，５が第１出力端６と第２出力端７との間に全波負極直流電圧を供給する。
【0109】
【0110】
第４モードでは、制御器１０は、出力電圧及び出力電流の負から正への極性切り替え制御及び第２アーク切れ防止制御を行う。
【0111】
図１、図３、及び図９参照すると、制御器１０は、交流溶接用の電圧（又は電流）の極性切り替え周波数に応じた所定のタイミングで、第１及び第２双方向スイッチ４，５を遮断状態にする。具体的には、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４に、オフ信号のゲート信号を送出する。すると、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が遮断状態になり、第１及び第２双方向スイッチ４，５が遮断状態になる。これにより、第４モードが開始される。
【0112】
すると、図９に破線の矢印で示すように、アーク発生部８である溶接トーチのトーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓに蓄えられた磁気エネルギーによってサージ電圧が発生し、このサージ電圧によって、第２出力端７から、第２スナバコンデンサＣｓ２を通り、そこで分流して、一方の分流が、第３ダイオードＤ３及び変圧器３の二次巻線３２の他端３２ｂを通って当該二次巻線３２の中間点３２ｃに至るとともに、他方の分流が第４ダイオードＤ４及び変圧器３の二次巻線３２の一端３２ａを通って当該二次巻線３２の中間点３２ｃに至り、そこで双方の分流が合流して、その合流した流れが平滑リアクトル９及び第１出力端６を通ってアーク発生部８に戻るように、第２スナバコンデンサＣｓ２への充電電流Ｉｃが流れる。
【0113】
従って、このサージ電圧による充電電流Ｉｃによって、従来は抵抗素子で消費されるエネルギーが、第２スナバコンデンサＣｓ２に蓄えられる。
【0114】
一方、この充電電流が流れる前後において、制御器１０は、第２放電スイッチング素子ＳＷ６にオン信号のゲート信号を送出し、それによって、第２放電スイッチング素子ＳＷ６を導通状態にする。すると、第２スナバコンデンサＣｓ２が放電し、図９に点線の矢印で示すように、その放電電流Ｉｄが、第２出力端７、アーク発生部８、限流抵抗素子Ｒ１、及び第２放電スイッチング素子ＳＷ６を通って第２スナバコンデンサＣｓ２に戻るように流れる。この放電電流Ｉｄの方向は、サージ電圧による充電電流Ｉｃの方向と逆であるので、第２スナバコンデンサＣｓ２の電圧ＣＶ２は、充電電流Ｉｃ及び放電電流Ｉｄの関係で決まる。
【0115】
ここで、制御器１０のメモリには、アーク切れを防止する最適な電圧になるような第２放電スイッチング素子ＳＷ６の導通期間（以下、「第２最適導通期間」と呼ぶ）が予め記憶されている。この「第２最適導通期間」は、シミュレーション、実験、計算等によって求められる。
【0116】
制御器１０は、「第２最適導通期間」の間、第２放電スイッチング素子ＳＷ６を導通状態にする。これにより、第２スナバコンデンサＣｓ２からアーク切れを防止する正極の直流電圧が、トーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓ及びアーク発生部８に供給される。
【0117】
以上のようにして、アーク切れを防止しつつ、出力電圧の負から正への極性切り替えが行われる。
【0118】
これを、図３の最上段の出力電流の波形図を参照しながら、詳しく説明する。図３を参照すると、「第２最適導通期間」は、例えば、第４モードの開始とともに始まり、第４モードの終了とともに終了する。「第２最適導通期間」においては、当初、充電電流Ｉｃが放電電流Ｉｄより大きいが、途中で放電電流Ｉｄが充電電流Ｉｃより大きくなり、この時点で、出力電流Ｉｏ及び出力電圧の極性が負極から正極に切り替わる。そして、充電電流Ｉｃに対する放電電流Ｉｄの差電流である正極の出力電流Ｉｏの電流値が充電電流Ｉｃの減少に伴って増加し、やがて充電電流Ｉｃが消滅すると、出力電流Ｉｏの電流値が放電電流Ｉｄの略一定の電流値Ｉｄ＝ＣＶ２／Ｒ（Ａ）（ＣＶ２は第２スナバコンデンサＣｓ２の電圧（Ｖ）、Ｒは限流抵抗素子Ｒ１の抵抗値（Ω）。）になる。その後、出力電流Ｉｏは、「第２最適導通期間」が終了するまで当該略一定の電流値を維持する。「第２最適導通期間」が終了すると、第２放電スイッチング素子ＳＷ６が遮断状態にされる。これにより、第４モードが終了する。
【0119】
なお、第４モードから第１モードへ移行する際に、アーク発生部８に印加される電圧が、第４モードの第２スナバコンデンサＣｓ２による正極電圧から第３モードの第１双方向スイッチ４又は第２双方向スイッチ５による正極電圧に切り替わるが、トーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓによって出力電流Ｉｏが維持される。従って、アーク切れを防止しつつ、出力電圧及び出力電流Ｉｏの負から正への極性切り替えが好適に行われる。
【0120】
また、第２放電スイッチング素子ＳＷ６が「第２最適導通期間」の終了時にターンオフしたとき、それによるサージ電圧が第２ハイパスフィルタＨｆ２によってバイパスされ、それよって、第２放電スイッチング素子ＳＷ６が保護される。
【0121】
＜その他の動作＞
制御器１０は、ユーザインタフェースの第２交流溶接指示部から、ユーザが第２交流溶接を指示する指令が入力されると、交流溶接用電源装置１００に上述の第３モードから交流溶接を実行させる。これによって第２交流溶接を行うことができる。また、ユーザインタフェースの正極直流溶接指示部から、ユーザが正極直流溶接を指示する指令が入力されると、交流溶接用電源装置１００に上述の第１モードを実行させる。これによって、正極直流溶接を行うことができる。また、制御器１０は、ユーザインタフェースの負極直流溶接指示部から、ユーザが負極直流溶接を指示する指令が入力されると、交流溶接用電源装置１００に上述の第３モードを実行させる。これによって、負極直流溶接を行うことができる。
制御器１０は、ユーザインタフェースの第２交流溶接指示部から、ユーザが第２交流溶接を指示する指令が入力されると、交流溶接用電源装置１００に上述の第３モードから交流溶接を実行させる。これによって第２交流溶接を行うことができる。また、ユーザインタフェースの正極直流溶接指示部から、ユーザが正極直流溶接を指示する指令が入力されると、交流溶接用電源装置１００に上述の第１モードを実行させる。これによって、正極直流溶接を行うことができる。また、制御器１０は、ユーザインタフェースの負極直流溶接指示部から、ユーザが負極直流溶接を指示する指令が入力されると、交流溶接用電源装置１００に上述の第３モードを実行させる。これによって、負極直流溶接を行うことができる。
【0122】
［変形例］
本変形例においては、「第１最適導通期間」が、第２モードで終了せずに、第３モードの出力電圧の立ち上がり区間まで延長される。例えば、「第１最適導通期間」は、第３モードの出力電圧の立ち下がり区間の終了まで延長される。この場合、第２モードは、第３モードの開始（第１双方向スイッチ４又は第２双方向スイッチ５の負方向への導通）によって終了する。また、第３モードは、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が遮断状態にされて「第１最適導通期間」が終了するまでのサブモードと残りの部分のサブモードとに分割される。上述のように、「第１最適導通期間」の長さは、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄとの関係において、第１スナバコンデンサＣｓ１の電圧ＣＶ１が「アーク切れを防止する最適な負電圧」になるような長さに決定される。従って、「第１最適導通期間」を、第３モードの出力電圧の立ち下がり区間の終了まで延長することによって、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄとの関係から「第１最適導通期間」を長くせざるを得ない場合においても、「アーク切れを防止する最適な負電圧」を好適に設定することができる。
本変形例においては、「第１最適導通期間」が、第２モードで終了せずに、第３モードの出力電圧の立ち上がり区間まで延長される。例えば、「第１最適導通期間」は、第３モードの出力電圧の立ち下がり区間の終了まで延長される。この場合、第２モードは、第３モードの開始（第１双方向スイッチ４又は第２双方向スイッチ５の負方向への導通）によって終了する。また、第３モードは、第１放電スイッチング素子ＳＷ５が遮断状態にされて「第１最適導通期間」が終了するまでのサブモードと残りの部分のサブモードとに分割される。上述のように、「第１最適導通期間」の長さは、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄとの関係において、第１スナバコンデンサＣｓ１の電圧ＣＶ１が「アーク切れを防止する最適な負電圧」になるような長さに決定される。従って、「第１最適導通期間」を、第３モードの出力電圧の立ち下がり区間の終了まで延長することによって、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄとの関係から「第１最適導通期間」を長くせざるを得ない場合においても、「アーク切れを防止する最適な負電圧」を好適に設定することができる。
【0123】
また、本変形例において、「第２最適導通期間」が、第４モードで終了せずに、次のサイクルの第１モードの出力電圧の立ち上がり区間まで延長される。例えば、「第２最適導通期間」は、第１モードの出力電圧の立ち上がり区間の終了まで延長される。この場合、第４モードは、第１モードの開始（第１双方向スイッチ４又は第２双方向スイッチ５の正方向への導通）によって終了する。また、第１モードは、第２放電スイッチング素子ＳＷ６が遮断状態にされて「第２最適導通期間」が終了するまでのサブモードと残りの部分のサブモードとに分割される。上述のように、「第２最適導通期間」の長さは、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄとの関係において、第２スナバコンデンサＣｓ２の電圧ＣＶ２が「アーク切れを防止する最適な正電圧」になるような長さに決定される。従って、「第２最適導通期間」を、次のサイクルの第１モードの出力電圧の立ち下がり区間の終了まで延長することによって、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄとの関係から「第２最適導通期間」を長くせざるを得ない場合においても、「アーク切れを防止する最適な正電圧」を好適に設定することができる。
【0124】
［作用効果］
以上に説明したように、実施形態１によれば、第１に、２つの双方向スイッチ４，５を用いて、変圧器３の二次巻線３２に出力される交流電圧の整流とアーク溶接用の直流電圧の極性の切り替えとを行うことができ、当該切り替えに関する構成を簡素化することができる。従って、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化可能な交流溶接用電源装置１００を提供できる。
以上に説明したように、実施形態１によれば、第１に、２つの双方向スイッチ４，５を用いて、変圧器３の二次巻線３２に出力される交流電圧の整流とアーク溶接用の直流電圧の極性の切り替えとを行うことができ、当該切り替えに関する構成を簡素化することができる。従って、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化可能な交流溶接用電源装置１００を提供できる。
【0125】
第２に、一次側交流電圧の一方の半サイクル期間に同期して一方の一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が導通状態になり、且つ、一次側交流電圧の他方の半サイクル期間に同期して他方の一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４が導通状態になるので、変圧器３から出力される二次側交流電圧を整流する際の整流素子による電圧降下（両端電圧）がスイッチング素子の電圧降下のみになるので、一対のスイッチング素子として、導通時における電圧降下がダイオードの電圧降下より小さいスイッチング素子を選択することによって、整流素子による電力損失を低減することができ、交流溶接用電源装置１００の効率を向上させることができる。
【0126】
第３に、第１及び第２双方向スイッチ４，５の一対のスイッチング素子のうちの一方を常時オン状態にして他方のみをオンオフすることによって、第１及び第２双方向スイッチ４，５の導通状態と遮断状態とを切り替えるので、第１双方向スイッチ４及び第２双方向スイッチ５を高速動作させることができる。
【0127】
第４に、制御器１０が、出力電圧の極性を切り替える際に、アーク切れを防止する最適な電圧になるよう第１放電スイッチング素子ＳＷ５又は第２放電スイッチング素子ＳＷ６の導通期間を制御することによって、第１スナバコンデンサＣｓ１又は第２スナバコンデンサＣｓ２からアーク切れを防止する負極又は正極の電圧をトーチケーブルのインダクタンス成分Ｌｓ及びアーク発生部８に供給することができる。その結果、出力電圧の極性を切り替える際のアーク切れを好適に防止することができる。
【0128】
（実施形態２）
実施形態２では、以下の点が実施形態１と異なり、その他の点は実施形態１（変形例を含む）と同じである。以下、この相違点を説明する。
実施形態２では、以下の点が実施形態１と異なり、その他の点は実施形態１（変形例を含む）と同じである。以下、この相違点を説明する。
【0129】
図１０Ａは、本開示の実施形態２に係る交流溶接用電源装置１００の第１双方向スイッチ４の構成の一例を示す回路図である。図１０Ｂは、本開示の実施形態２に係る交流溶接用電源装置１００の第２双方向スイッチ５の構成の一例を示す回路図である。
【0130】
図１０Ａを参照すると、実施形態２では、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が、一方向に流れる電流のみを選択的に導通及び遮断可能なスイッチング素子である。第１双方向スイッチ４は、互いに逆直列接続された第１の一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、この第１の一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第１の一対のダイオード４１、４２と、を含む。
【0131】
図１０Ｂを参照すると、第２双方向スイッチ５は、互いに逆直列接続された第２の一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、この第２の一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４にそれぞれ逆並列に接続されるとともに互いに逆直列接続された第２の一対のダイオード５１、５２と、を含む。
【0132】
第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等で構成される。個々のダイオード４１，４２，５１，５２は、外付けダイオードである。
【0133】
実施形態２においても実施形態１と同様に、一次側交流電圧の半サイクル期間毎に変圧器３の二次巻線３２に出力される交流電圧の正側整流（第１モード）又は負側整流（第３モード）が第１及び第２双方向スイッチ４，５によって行われる。但し、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は、例えば、第１モードにおいて、第１スイッチング素子ＳＷ１が第１モードの全期間に渡って導通状態にされるとともに第２スイッチング素子ＳＷ２が第１モードの全期間に渡って遮断状態にされ、且つ、第３スイッチング素子ＳＷ３が第１モードの全期間に渡って導通状態にされるとともに第４スイッチング素子ＳＷ４が第１モードの全期間に渡って遮断状態にされる。すなわち、同期整流が行われない。この場合、｛正側同相整流｝では、出力電流Ｉｏが第２スイッチング素子ＳＷ２に逆並列接続されたダイオード４２を流れる。また、｛正側逆相整流｝では、出力電流Ｉｏが第４スイッチング素子ＳＷ４に逆並列接続されたダイオード５２を流れる。
【0134】
また、第３モードにおいて、第４スイッチング素子ＳＷ４が第３モードの全期間に渡って導通状態にされるとともに第３スイッチング素子ＳＷ３が第３モードの全期間に渡って遮断状態にされ、且つ、第２スイッチング素子ＳＷ２が第３モードの全期間に渡って導通状態にされるとともに第１スイッチング素子ＳＷ１が第３モードの全期間に渡って遮断状態にされる。すなわち、同期整流が行われない。この場合、｛負側逆相整流｝では、出力電流Ｉｏが第３スイッチング素子ＳＷ３に逆並列接続されたダイオード５１を流れる。また、｛負側同相整流｝では、出力電流Ｉｏが第１スイッチング素子ＳＷ１に逆並列接続されたダイオード４１を流れる。
【0135】
なお、第１乃至第４スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４が、実施形態１と同様にオンオフ制御されてもよい。この場合も、上記と同様に出力電流Ｉｏが流れる。
【0136】
以上のように構成された実施形態２は、実施形態１と異なり、交流溶接用電源装置１００の効率を向上させることができない。しかし、実施形態２は、それ以外の効果を実施形態１と同様に得ることができる。
【0137】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0138】
本発明の交流溶接用電源装置は、変圧された交流電力の整流及び交流化の回路構成を簡素化可能な交流溶接用電源装置として有用である。
【符号の説明】
【0139】
１ 直流電源
２ インバータ
３ 変圧器
４ 第１双方向スイッチ
５ 第２双方向スイッチ
６ 第１出力端
７ 第２出力端
８ アーク発生部
９ 平滑リアクトル
１０ 制御器
３１ 一次巻線
３１ａ 一端
３１ｂ 他端
３２ 二次巻線
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
３２ｃ 中間点
４１，４２、５１，５２，６１，６２ ダイオード
Ｃｓ１～Ｃｓ４ 第１乃至第４スナバコンデンサ
Ｄ１～Ｄ４ 第１乃至第４ダイオード
Ｈｆ１ 第１ハイパスフィルタ
Ｈｆ２ 第２ハイパスフィルタ
Ｌｓ インダクタンス成分
ＳＷ１～ＳＷ４ 第１乃至第４スイッチング素子
ＳＷ５ 第１放電スイッチング素子
ＳＷ６ 第２放電スイッチング素子
Ｒ１ 限流抵抗素子
２ インバータ
３ 変圧器
４ 第１双方向スイッチ
５ 第２双方向スイッチ
６ 第１出力端
７ 第２出力端
８ アーク発生部
９ 平滑リアクトル
１０ 制御器
３１ 一次巻線
３１ａ 一端
３１ｂ 他端
３２ 二次巻線
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
３２ｃ 中間点
４１，４２、５１，５２，６１，６２ ダイオード
Ｃｓ１～Ｃｓ４ 第１乃至第４スナバコンデンサ
Ｄ１～Ｄ４ 第１乃至第４ダイオード
Ｈｆ１ 第１ハイパスフィルタ
Ｈｆ２ 第２ハイパスフィルタ
Ｌｓ インダクタンス成分
ＳＷ１～ＳＷ４ 第１乃至第４スイッチング素子
ＳＷ５ 第１放電スイッチング素子
ＳＷ６ 第２放電スイッチング素子
Ｒ１ 限流抵抗素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】