电源和电弧加工电源

摘要

本发明涉及一种电源，其进行输出PWM控制和PSM控制。当所要求的输出使得将控制信号设置具有比能充分激活逆变电路和辅助开关电路中的开关元件的预定窄脉宽更大的开启脉宽时，进行PWM控制。当所要求的输出使得将用于各开关元件的控制信号设置具有比预定窄脉宽更小的开启脉宽时，进行PSM控制。PSM控制调节控制脉冲信号的相位，以将开启脉冲固定在该预定窄脉宽。

权利要求

1.一种电源，包括：

第一和第二电线；

逆变电路，包括连接在第一电线和第二电线之间的两对开关元件，其中所述逆变电路进行交替地激活和去激活所述两对开关元件的开关操作，并且所述逆变电路将输入直流电转换成高频交流电；

辅助开关电路，包括辅助开关元件和辅助电容，其中所述辅助开关元件与所述逆变电路的开关操作相配合地操作，所述辅助开关元件包括与第一电线相连的第一端子和接收直流电的第二端子，所述辅助电容连接在所述辅助开关元件的第一端子和第二电线之间，其中，所述电源进行：输出控制，其控制所述逆变电路的开关操作以调节提供到负载的输出电能；以及软开关控制，其在所述两对开关元件之前去激活所述辅助开关元件，以降低所述两对开关元件的开关损失；

脉宽调制控制单元，其调节分别提供到所述两对开关元件的两对控制信号的开启脉宽，并且根据所述两对控制脉冲信号来调节提供到所述辅助开关元件的辅助控制脉冲信号的开启脉宽；

相移控制单元，其调节提供到所述两对开关元件的每对中的控制脉冲信号的相位差，或者调节所述两对控制脉冲信号和所述辅助控制脉冲信号的相位差；以及控制切换单元，其选择性地切换所述脉宽调制控制单元和相移控制单元，使得当要求相对大的输出电能时所述脉宽调制控制单元进行操作，而当要求相对小的输出电能时所述相移控制装置进行操作。

2.一种电源，包括：

第一和第二电线；

逆变电路，包括连接在第一电线和第二电线之间的两对开关元件，其中所述逆变电路进行交替地激活和去激活所述两对开关元件的开关操作，并且所述逆变电路将输入直流电转换成高频交流电；

辅助开关电路，包括辅助开关元件和辅助电容，其中所述辅助开关元件与所述逆变电路的开关操作相配合地操作，所述辅助开关元件包括与第一电线相连的第一端子和接收直流电的第二端子，所述辅助电容连接在所述辅助开关元件的第一端子和第二电线之间，其中，所述电源进行：输出控制，其控制所述逆变电路的开关操作以调节提供到负载的输出电能；以及软开关控制，其在所述两对开关元件之前去激活所述辅助开关元件，以降低所述两对开关元件的开关损失；

脉宽调制控制单元，其调节分别提供到所述两对开关元件的两对控制信号的开启脉宽，并且根据所述两对控制脉冲信号来调节提供到所述辅助开关元件的辅助控制脉冲信号的开启脉宽；

相移控制单元，其调节提供到所述两对开关元件的每对中的控制脉冲信号的相位差，或者调节所述两对控制脉冲信号和所述辅助控制脉冲信号的相位差；以及控制切换单元，其选择性地切换所述脉宽调制控制单元和相移控制单元，使得当要求输出电能并且所述两对控制脉冲信号和辅助控制脉冲信号的开启脉宽设置为预定的脉宽或大于能使所述两对开关元件和辅助开关元件充分激活的脉宽时，所述脉宽调制控制单元进行操作，而当所述两对控制脉冲信号和辅助控制脉冲信号的开启脉宽将小于所述预定脉宽时，所述相移控制装置进行操作，其中，当要求输出电能且所述开启脉宽将小于所述预定脉宽时，所述相移控制单元将所述两对控制脉冲信号和辅助控制脉冲信号的启动脉宽固定到所述预定脉宽。

3.根据权利要求2所述的电源，其特征在于，所述相移控制单元调节提供到每对开关元件的两个控制脉冲信号的相位差，并且所述相移控制单元将两个控制脉冲信号中的一个用作参照相位控制脉冲信号，将两个控制脉冲信号的另一个用作控制相位控制脉冲信号，以与所述辅助控制脉冲信号的相位相同的方式固定所述参照相位控制脉冲信号的相位，以及仅调节所述控制相位控制脉冲信号的相位。

4.根据权利要求3所述的电源，其特征在于，

所述参照相位控制脉冲信号包括在死区时段后上升的开启脉冲，

所述控制相位控制脉冲信号的相位相对于所述参照相位控制脉冲信号的相位延迟，以及

所述辅助控制脉冲信号包括与所述参照相位控制脉冲信号上升的同时上升的开启脉冲。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的电源，其特征在于，所述预定脉宽设置为能使所述逆变电路和辅助开关电路中的每个开关元件充分激活的最小脉宽。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的电源，其特征在于，所述脉宽调制控制单元以相同的方式改变提供到每对开关元件的两个控制脉冲信号的开启脉宽。

7.根据权利要求1到4中任一项所述的电源，其特征在于，所述脉宽调制控制单元将提供到每对开关元件的两个控制脉冲信号中的一个用作参照相位控制脉冲信号，将两个控制脉冲信号中的另一个用作控制相位控制脉冲信号，将所述参照相位控制脉冲信号的开启脉宽固定在最大宽度，并且改变所述控制相位控制脉冲信号的开启脉宽。

8.根据权利要求1或2所述的电源，其特征在于，所述相移控制单元调节所述两对控制脉冲信号和辅助控制脉冲信号的相位差，固定所述两对控制脉冲信号的相位，并且仅调节所述辅助控制脉冲信号的相位。

9.根据权利要求1到4中任一项所述的电源，还包括：

变压器，其包括一次线圈和二次线圈，其中所述变压器调节通过所述逆变电路产生并且提供到所述一次线圈的高频交流电的电压，并且从所述二次线圈输出经电压调节后的高频交流电；以及输出转换电路，其将提供自所述变压器的经电压调节后的高频交流电转换成根据负载的输出电能。

10.一种电弧加工电源，其使用根据权利要求1到4中任一项所述的电源以产生电弧加工输出电能。

说明书

电源和电弧加工电源

技术领域

[0001] 本发明涉及电源，以及包括将直流电转化成预定的高频交流电的逆变电路的电弧加工电源。

背景技术

[0002] 用于电弧加工机器等的电源由输入的交流电产生直流电，并且通过逆变电路进行开关操作而将直流电转化成高频交流电。电源使用焊接变压器来调节高频交流电的电压。下游电路又将经电压调节后的高频交流电转换成适用于电弧焊等的直流输出电流。通过控制逆变电路的开关操作来调节输出电压。

[0003] 日本特许专利公开No.2006-280120描述了包括由两对开关元件构成的逆变电路的电源的例子。将两个控制脉冲信号提供到这两对开关元件，使得这两对开关元件被交替地激活和去激活。进行相移调制(PSM)控制，以使提供到第一对开关元件的控制脉冲信号的相位与提供到第二对开关元件的控制脉冲信号的相位不同。更具体地说，控制提供到第一对开关元件的控制脉冲信号和提供到第二对开关元件的控制脉冲信号之间的相位差(启动脉冲宽度是固定的)，以调节其间第一对和第二对开关元件同时激活的时间。这调节了从逆变电路输出的高频交流电的平均电压。换句话说，调节了电源的输出电压。

[0004] 此外，电源包括将输入的交流电转化成直流电的整流平滑电路。将辅助开关元件沿整流平滑电路和逆变电路之间的电线布置。辅助开关元件的激活和去激活与逆变电路的开关元件相配合地进行，并相应地进行辅助电容的充电和放电。这称之为软开关控制，并且降低了辅助开关元件和逆变电路的开关元件中的开关损失。

[0005] 当进行典型的脉宽调制(PWM)控制以将电源的输出电压调节为极小时，设置具有极窄的开启脉冲宽度的控制脉冲信号。这可阻止开关元件的激活，并且导致不稳定的输出或偏磁化。

[0006] 相反，当进行PSM控制以将电源的输出电压调节为极小时，两个控制脉冲信号具有大的相位差和充分宽的开启脉冲宽度。在这种情况下，将脉冲宽度固定以产生最大输出。这保证了开关元件的激活，并且避免了不稳定的输出或偏磁化的问题。

[0007] 但是，由于将开启脉冲宽度设置为足够宽以产生最大输出，因此当在两个控制脉冲信号之间的相位差变大时，在两个开关元件中的一个去激活后，两个开关元件中的另一个的激活时间会变长。特别是，当要求极小的输出电能时，另一个开关元件的激活时间会变长。这延长了其间在逆变电路中会产生返回电流的时间。由返回电流导致的传导损失会增加。因此，电能不能被高效地使用。

[0008] 本发明的目的是提供一种电源和一种电弧加工电源，当输出为低时其能够稳定输出，并且有助于高效的电能消耗。

发明内容

[0009] 本发明的一个方面是包括第一和第二电线的电源。逆变电路包括连接在第一电线和第二电线之间的两对开关元件。逆变电路进行交替地激活和去激活两对开关元件的开关操作，并且逆变电路将输入直流电转化成高频交流电。辅助开关电路包括辅助开关元件和辅助电容。辅助开关元件与逆变电路的开关操作相配合地进行。辅助开关元件包括与第一电线相连的第一端子和接收直流电的第二端子。辅助电容连接在辅助开关元件的第一端子和第二电线之间。电源进行输出控制，其控制逆变电路的开关操作以调节提供到负载的输出电能，还进行软开关控制，其在两对开关元件之前去激活辅助开关元件，以降低两对开关元件的开关损失。脉宽调制控制单元调节分别提供到两对开关元件的两对控制信号的开启脉冲宽度，并且根据两对控制脉冲信号来调节提供到辅助开关元件的辅助控制脉冲信号的开启脉冲宽度。相移控制单元调节提供到两对开关元件的每一对中的控制脉冲信号的相位差，或调节两对控制脉冲信号和辅助控制脉冲信号的相位差。控制切换单元选择性地切换脉宽调制控制单元和相移控制单元，使得当要求相对大的输出电能时脉宽调制控制单元工作，而当要求相对小的输出电能时相移控制装置工作。

附图说明

[0010] 参考下文描述的当前优选的实施例以及附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在其中：

[0011] 图1是根据本发明的第一实施例的电弧加工电源的电路图；

[0012] 图2(a)到2(c)是第一实施例的电源的不同部分的电压-电流波形图，其中图2(a)是PWM操作(最大输出)的图，图2(b)是PWM-PSM边界操作(小输出)的图，图2(c)是PSM操作(极小输出)的图；

[0013] 图3是显示了第一实施例中的PWM-PSM控制的图；

[0014] 图4(a)到4(c)是根据本发明的第二实施例的电源的不同部分的电压-电流波形图，其中图4(a)是PWM操作(最大输出)的图，图4(b)是PWM-PSM边界操作(小输出)的图，图4(c)是PSM操作(极小输出)的图；

[0015] 图5(a)到5(c)是根据本发明的第三实施例的电源的不同部分的电压-电流波形图，其中图5(a)是PWM操作(最大输出)的图，图5(b)是PWM-PSM边界操作(小输出)的图，图5(c)是PSM操作(极小输出)的图；以及

[0016] 图6(a)到6(c)是根据本发明的第四实施例的电源的不同部分的电压-电流波形图，其中图6(a)是PWM操作(最大输出)的图，图6(b)是PWM-PSM边界操作(小输出)的图，图6(c)是PSM操作(极小输出)的图。

具体实施方式

[0017] 第一实施例

[0018] 现在将参照附图来对根据本发明的第一实施例的电弧加工机器进行描述。

[0019] 如图1所示，电弧加工机器包括产生输出电压的电弧加工电源11，输出电压供给焊炬TH。这产生了从焊炬TH指向加工对象M的电弧，以在加工对象M上进行电弧加工，例如电弧焊接或电弧切割。

[0020] 电源11包括直流转换电路12、逆变电路13、辅助开关电路14、变压器INT和输出转换电路15。

[0021] 直流转换电路12包括由二极管电桥形成的整流电路DR1，以及平滑电流器C1。直流转换电路12将由商业电源提供的三相输入交流电转换成直流电。此外，直流转换电路12通过两根电线L1和L2向逆变电路13提供转换后的直流电。

[0022] 逆变电路13由电桥电路形成，其包括布置为更靠近电线L1的两个开关元件TR1和TR2、例如绝缘的门双极晶体管(IGBT)，以及布置为更靠近电线L2的两个开关元件TR3和TR4、例如IGBT。续流二极管D1到D4分别反向地与开关元件TR1到TR4相连。开关元件TR1到TR4的门极被提供来自控制电路21的控制脉冲信号。开关元件TR1和TR4形成一组，开关元件TR2和TR3形成另一组。这两组被交替地激活和去激活。激活和去激活导致开关元件TR1到TR4将输入直流电转换成高频交流电。转换后的高频交流电提供到变压器。

[0023] 辅助开关电路14布置在逆变电路13和直流转换电路12之间，其包括开关元件15如IGBT、辅助电容C2和续流二极管D5。续流二极管D5与开关元件TR5反向地连接。开关元件TR5和续流二极管D5布置在电线L2上的直流转换电路12的下游侧。辅助电容C2布置在开关元件TR5的下游侧和逆变电路13之间，并且与电线L1和L2相连。开关元件TR5的门极接收来自控制电路21的控制脉冲信号。开关元件TR5与逆变电路13的开关元件TR1到TR4相一致地激活和去激活。结果进行了软开关操作，因此降低了逆变电路13的开关元件TR1到TR4中的开关损失和开关元件TR5中的开关损失。

[0024] 变压器INT包括一次线圈和二次线圈。变压器INT的一次线圈被提供来自开关元件TR1到TR4的高频交流电。变压器INT调节高频交流电的电压，并从其二次线圈向输出转换电路15提供已经调节到预定电压的高频交流电。

[0025] 输出转换电路15包括整流电路DR2和直流电抗器DCL。整流电路DR2包括两个二极管。两个二极管的阳极各自与变压器INT的二次线圈的两个端部连接。二极管的阴极与直流电抗器DCL相连。直流电抗器DCL布置在输出线L3上。输出线L4与变压器INT的二次线圈的中间点相连。输出转换电路15通过整流电路DR2和直流电抗器DCL将来自变压器INT的高频交流电转换成适合于电弧加工的直流输出电。

[0026] 焊炬TH与输出线13相连，而加工对象M与输出线L4相连。通过输出线L3提供到焊炬TH的输出电能在焊炬TH和加工对象M之间产生电弧，以便在加工对象M上进行电弧加工，例如电弧焊接或电弧切割。控制电路21控制逆变电路13的开关，以调节输出电能。

[0027] 控制电路21进行开关控制，其中逆变电路13与辅助开关电路14配合操作。更具体地说，电源11包括检测当前输出电压和输出电流的实际值的检测传感器(未示出)。控制电路21基于检测传感器的检测值(实际值)进行开关控制，以获得适合于当前状态的输出电压。

[0028] 控制电路21包括偏差计算单元22、控制切换单元23、脉宽计算单元24和相位差计算单元25。

[0029] 如图1到3所示，控制电路21的偏差计算单元22计算当前目标值和实际值之间的偏差X。

[0030] 基于实际值的计算偏差X，控制电路21的控制切换单元23决定用于逆变电路13的开关控制方法。更具体地说，当所计算的偏差X大于预定值(Xa)时，控制切换单元23在逆变电路13中进行脉宽调制(PWM)控制。当电源11要求小的输出电压或大的输出电压时，控制切换单元23进行脉宽调制(PWM)控制。基于实际值的计算偏差X，控制电路21的脉宽计算单元24计算逆变电路13中的开关元件TR1到TR4的开启脉宽Wm。基于所计算的开启脉宽Wm，脉宽计算单元24计算辅助开关电路14中的开关元件TR5的开启脉宽Ws。当所计算的偏差X增加时，将开启脉宽Wm和Ws设置为宽。当实际值的偏差X为小时，将开启脉宽Wm和Ws设置为窄。当实际值的计算偏差X达到在PWM控制期间为较低极限值的预定值Xa时，将开启脉宽Wm和Ws分别设置为最小脉宽Wm0和Ws0，其为预定的窄脉宽。

[0031] 在PWM控制期间，在逆变电路13中，一组开关元件TR1和TR4被同时激活和去激活，而另一组开关元件TR2和TR3被同时激活和去激活。更具体地说，在PWM控制期间，控制电路21为开关元件TR1和TR4的组和开关元件TR2和TR3的组中的每一组提供具有相同开启脉冲开关Wm且无相位差的两个控制脉冲信号。此外，辅助开关电路14的开关元件TR5与开关元件TR1和TR4以及开关元件TR2和TR3同时激活。开关元件TR5在开关元件TR1到TR4之前被去激活。控制电路21将用于开关元件TR5的开启脉宽Ws设置为比用于开关元件TR1到TR4的开启脉宽Wm更窄，使得用于开关元件TR5的开启脉冲的上升沿与用于开关元件TR1到TR4的每个开启脉冲的上升沿相一致，并且使得用于开关元件TR5的开启脉冲的下降沿比用于开关元件TR1到TR4的每个开启脉冲的下降沿早预定的时间(使得能充分或完全地进行辅助电容C2的放电)。

[0032] 因此，当实际值的偏差X变小且开启脉宽Wm和Ws变窄时，为辅助开关电路14的开关元件TR5特别设置具有窄开启脉宽的控制信号。结果，可能无法将开关元件TR5充分激活。因此在本实施例中，当计算作为PWM控制的较低极限值的预定值Xa时，将控制信号的开启脉宽Ws设置为作为能使开关元件TR5充分激活的较低极限的最小脉宽Ws0，并且将控制信号的开启脉宽Wm设置为作为能使开关元件TR1到TR4充分激活的较低极限值的最小脉宽Wm0。

[0033] 在实际值的偏差X小于预定值Xa的范围中，即当电源11要求极小的输出电压时，控制电路21的控制切换单元23将逆变电路13的开关控制从PWM控制切换到相移调制(PSM)控制。在这种情况下，将提供到每组中的一个开关元件的控制脉冲信号的相位称为参照相位，并且将提供到每组中的另一个开关元件的控制脉冲信号的相位称为控制相位。更具体地说，将提供到开关元件TR1和TR3中的每一个的控制脉冲信号的相位称为参照相位，将提供到开关元件TR4和TR2中的每一个的控制脉冲信号的相位称为控制相位。在该实施例中，对应于控制相位的控制脉冲信号相对于对应于参照相位的控制脉冲信号延迟相位差α，使得开关元件TR4和TR2的激活和去激活相对于开关元件TR1和TR3的激活和去激活而延迟。控制电路21的相位差计算单元25基于相位差α来计算偏差X。对应于控制相位的控制脉冲信号相对于对应于参照相位的控制脉冲信号的相位差α设置为在零(PWM控制期间)和最大相位差αx之间，使得实际值的偏差X变得比预定值Xa的更小。控制电路21的脉宽计算单元24将逆变电路13中的开关元件TR1到TR4和辅助开关电路14中的开关元件TR5的开启脉宽Wm和Ws分别固定到最小脉宽Wm0和Ws0。

[0034] 因此，对应于控制相位的开关元件TR4和TR2相对于开关元件TR1、TR3和TR5延迟相位差α，同时将用于开关元件TR1到TR5的控制信号的开启脉冲保持在允许充分激活的最小脉宽Wm和Ws0。这便调节了其间同时激活对应于控制相位的开关元件TR4和TR2的时间，以及其间同时激活开关元件TR1和TR3的时间，并且因此调节了极小的输出。

[0035] 控制电路21进行软开关控制，其通过与逆变电路13中的开关元件TR1到TR4的PWM控制或PSM控制相配合地操作辅助开关电路14的开关元件TR5来降低开关元件TR5和开关元件TR1到TR4的开关损失。现在将描述软开关的细节。

[0036] 现在将根据显示了不同部分的电压和电流波形的图2(a)到2(c)来描述由本实施例的控制电路21所进行的各种控制。图2(a)到2(c)各说明了一个控制循环，并且将其间开关元件TR1和TR4为激活的半循环细分为时段t1到t10。在图2(a)到2(c)的下部仅以数字对时段t1到t10进行了标明。此外，TR1(VGE)到TR5(VGE)表示提供到开关元件TR1到TR5的控制脉冲信号(门电压)。C2(V)表示辅助电容C2的端子之间的电压。TR1(VCE)和TR4(VCE)表示开关元件TR1和TR4的端子之间的电压。TR1(Ic)和TR4(Ic)表示流经开关元件TR1和TR4的电流。INT(V)和INT(I)为在变压器INT的一次线圈的端子之间的电压和流经该线圈的电流。

[0037] PWM控制

[0038] 图2(a)显示了要求大输出且开关元件TR1和TR4的开启脉宽Wm从时段t2持续到t8的情况。

[0039] 时段t1是死区时间段。因此，在时段t1期间开关元件TR1、TR4和TR5保持去激活。这里，辅助电容C2处于充电状态，并且辅助电容C2的端子之间的电压等于直流转换电路12的端子之间的电压。

[0040] 在时段t2期间，逆变电路13的开关元件TR1和TR4和辅助开关电路14的开关元件TR5同时激活。在这种状态中，由于变压器INT的一次线圈处的漏电感，因此施加在开关元件TR1、TR4和TR5上的电流从零逐渐上升。因此，通过零或极小的电流(下文称为零电流)来激活开关元件TR1、TR4和TR5。这降低了开关元件TR1、TR4和TR5的开关损失。此外，由于直流转换电路12的端子之间的电压与辅助电容C2的端子之间的电压相等，因此通过零或极小的电压(下文称为零电压)来激活开关元件TR5。这进一步降低了开关损失。当开关元件TR1、TR4和TR5激活后，来自直流转换电路的直流电通过开关元件TR5和开关元件TR1、TR4提供到变压器INT的一次线圈。

[0041] 在时段t3到t8期间，逆变电路13中的开关元件TR1和TR4和辅助开关电路14中的开关元件TR5从时段t2起持续激活。来自直流转换电路12的直流电连续提供到变压器INT的一次线圈。因此，产生自变压器INT的二次线圈的电源11的输出电压会变大。

[0042] 在时段t9期间，辅助开关电路14的开关元件TR5在逆变电路13的开关元件TR1和TR4之前去激活。在这种状态下，直流转换电路12的端子之间的电压与辅助电容C2的端子之间的电压相等。因此，通过零电压将开关元件TR5去激活，并且降低了开关损失。基于开关元件TR5的去激活，从直流转换电路12到下游侧的直流电提供停止，而从充电的辅助电容C2到变压器INT的直流电提供继续。在时段t9期间，辅助电容C2的放电逐渐降低了辅助电容C2的端子之间的电压。在接下来的时段期间，端子之间的电压会变为零或极小。这降低了变压器INT的一次线圈的端子之间的电压。流经变压器INT的一次线圈的电流保持。

[0043] 在时段t10期间，逆变电路13的开关元件TR1和TR4为去激活。在这种状态下，辅助电容C2从时段t9放电。因此，通过零电压来使开关元件TR1和TR4去激活，并且降低了开关元件TR1和TR4的开关损失。开关元件TR1和TR4的去激活在变压器INT的一次线圈中累积了电磁能(漏电感)。累积的电磁能产生流过续流二极管D3和D2的返回电流，并且给辅助电容C2充电。辅助电容C2的端子之间的电压被充电到与直流转换电路12的端子之间的电压相同，直到时段t10结束。接着，返回电流逐渐降低。当累积在变压器INT的一次线圈中的电磁能(漏电感)不足时，可以与变压器INT的一次线圈串联的方式插入电抗器。

[0044] 这样，其间开关元件TR1和TR4进行操作的半循环结束。在接下来的半循环中，开关元件TR2和TR3进行操作。因此，开关元件TR1和TR4的组以及开关元件TR2和TR3的组在激活状态和去激活状态之间交替地切换。

[0045] 图2(b)显示了要求小输出且PWM控制在PWM控制和PSM控制的边界之间进行的情况。更具体地说，用于开关元件TR1和TR4的控制信号的开启脉宽Wm设置为最小脉宽Wm0，并且在时段t2到t4期间持续。用于开关元件TR5的控制信号的开启脉宽设置为最小脉宽Ws0，并且在时段t2到t3的期间持续。

[0046] 时段t1是死区时间段。因此，在时段t1期间，开关元件TR1、TR4和TR5为去激活。这里，辅助电容C2处于充电状态。

[0047] 在时段t2期间，逆变电路13的开关元件TR1和TR4以及辅助开关电路14的开关元件TR5同时激活。开关元件TR1和TR4由零电流激活。开关元件TR5由零电流或零电压激活。这便降低了开关元件TR1、TR4和TR5的开关损失。当开关元件TR1、TR4和TR5为激活时，来自直流转换电路的直流电提供到变压器INT的一次线圈。

[0048] 在时段t3期间，逆变电路13的开关元件TR1和TR4以及辅助开关电路14的开关元件TR5从时段t2开始持续激活。因此，直流电的提供时间比图2(a)中的更短。换句话说，产生自变压器INT的二次线圈的电源11的输出电压比图2(a)中的更小。

[0049] 在时段t4期间，辅助开关电路14的开关元件TR5在逆变电路13的开关元件TR1和TR4之前去激活。开关元件TR5由零电压去激活，并且降低了开关损失。当开关元件TR5为去激活时，从直流转换电路12到下游侧的直流电的提供停止，并且辅助电容C2放电。

[0050] 在时段t5期间，逆变电路13的开关元件TR1和TR4为去激活。在这种状态下，开关元件TR1和TR4由零电压去激活，并且降低了开关元件TR1和TR4的开关损失。此外会产生流经续流二极管D3和D2的返回电流，并且辅助电容C2充电。

[0051] 在时段t6到t10期间，开关元件TR1、TR4和TR5保持去激活。因此，在时段t6到t10期间不产生输出电压。

[0052] 这样，开关元件TR1和TR4进行操作的半循环结束。在接下来的半循环中，开关元件TR2和TR3进行操作。

[0053] 在PWM控制期间，用于开关元件TR1到TR4的控制信号的开启脉宽Wm在时段t2到t4期间基于实际值的偏差X变化，以调节输出电压。同时，用于开关元件TR5的控制信号的开启脉宽Ws在时段t2到t3的宽度和时段t2到t8的宽度之间变化。即使将开启脉宽Wm和Ws设置为最小脉宽Wm0和Ws0，也可充分激活开关元件TR1到TR4和尤其是开关元件TR5。当将开启脉宽Wm和Ws设置为小于最小脉宽Wm0和Ws0时，进行PSM控制。

[0054] PSM控制

[0055] 图2(c)显示了要求极小的输出且进行PSM控制的情况。用于对应于参照相位的开关元件TR1的控制信号设置为具有在时段t2到t4之间延伸的开启脉宽Wm，用于对应于控制相位的开关元件TR4的控制信号设置为具有在时段t3到t5之间延伸的开启脉宽Wm。保持用于对应于参照相位的开关元件TR1和对应于控制相位的开关元件TR4的最小脉宽Wm0。因此，对应于控制相位的开关元件TR4的开启脉冲从时段t2到t4相移到时段t3到t5。这产生了相位差α。用于开关元件TR5的控制信号的开启脉宽Ws设置为在时段t2到t3期间持续的最小脉宽Ws0。这保持了最小脉宽Ws0。

[0056] 时段t1为死区时间段。因此，在时段t1期间，开关元件TR1、TR4和TR5为去激活，辅助电容C2处于充电状态。

[0057] 在时段t2期间，逆变电路13中的对应于参照相位的开关元件TR1和辅助开关电路14的开关元件TR5同时激活。在这种状态中，对应于控制相位的开关元件TR4保持去激活。因此，通过零电流将开关元件TR1激活，并且通过零电流或零电压将开关元件TR5激活。这降低了开关元件TR1和TR5中的开关损失。由于开关元件TR1和TR5为激活而开关元件TR4为去激活，因此从直流转换电路12到变压器INT的直流电提供并没有开始。

[0058] 在时段t3期间，对应于控制相位的开关元件TR4激活。在这种状态中，变压器INT的一次线圈的漏电感用零电流激活了开关元件TR4，并且降低了开关损失。在时段t2期间开关元件TR1和TR5已被激活，并且在时段t3期间开关元件TR4为激活。因此，来自直流转换电路的直流电提供到变压器INT的一次线圈。这样，直流电在远小于图2(b)所示情况的时段内从直流转换电路12提供到变压器INT的一次线圈。因此，电源11的输出电能为极小。

[0059] 在时段t4期间，辅助开关电路14的开关元件TR5在逆变电路13的开关元件TR1和TR4之前去激活。开关元件TR5由零电压去激活。这降低了开关损失。当开关元件TR5为去激活时，充电的辅助电容C2持续向变压器INT提供直流电。这使辅助电容C2进行放电。

[0060] 在时段t5期间，逆变电路13中的对应于参照相位的开关元件TR1在对应于控制相位的开关元件TR4之前去激活。辅助电容C2的放电通过零电压使开关元件TR1去激活。这降低了开关损失。在这种状态中，返回电流流经开关元件TR4和续流二极管D3。但是，辅助电容C2未被充电且保持在放电状态。

[0061] 在时段t6期间，对应于控制相位的开关元件TR4为去激活。这里，辅助电容C2仍处于放电状态。因此，开关元件TR4由零电压去激活，并且降低了开关损失。开关元件TR4的去激活切换了返回电流流经续流二极管D3和D2的路径，并且为辅助电容C2充电。

[0062] 在时段t7到t10期间，开关元件TR1、TR4和TR5保持去激活。因此，在时段t7到t10期间不产生输出电压。

[0063] 这样，其间开关元件TR1和TR4进行操作的半循环结束。在接下来的半循环中，开关元件TR2和TR3进行操作。

[0064] 在PSM控制期间，用于开关元件TR1到TR4的控制信号的开启脉宽Wm和用于开关元件TR5的控制信号的开启脉宽Ws固定为最小脉宽Wm0和Ws0。此外，当要求极小的输出时，通过改变与基于实际值的偏差X而计算出的对应于参照相位的控制脉冲信号和对应于控制相位的控制脉冲信号之间的相位差α，来对输出电压进行调节。因此，仍可充分激活开关元件TR1到TR4以及尤其是开关元件TR5。

[0065] 在时段t5期间，开关元件TR1(TR3)为去激活，开关元件TR4(TR2)为激活，并且返回电流流经开关元件TR4(TR2)和续流二极管D3(D1)。结果，电流以与图2(b)中相同的方式流入变压器INT的一次线圈。但是对于图2(c)来说，变压器INT的一次线圈的端子之间的电压在图2(b)所示的情况之前降低。这降低了电源11的输出电能，并且产生了如要求的极小的输出。

[0066] 当进行PSM控制时，开关元件TR5设置为能使开关元件TR5充分激活的最小脉宽Ws。控制脉冲信号设置为开关元件TR1到TR4的最小脉宽Wm0，其与最小脉宽Ws0相对应且是相移的。因此，开关元件TR1(TR3)为去激活，开关元件TR4(TR2)为激活，并且返回电流流经开关元件TR4(TR2)和续流二极管D3(D1)。结果，返回电流限制到仅时段t5的极短时间。这使得返回电流的电导损耗降低，并且降低了电能消耗。

[0067] 这样，在当前实施例的电源11中，当要求其中实际值的偏差X大于预定值Xa的输出电能时，在逆变电路13上进行PWM控制，以调节控制脉冲信号的开启脉宽Wm。当要求其中实际值的偏差X小于预定值Xa的极小输出电能时，使用具有用于PWM控制的最小脉宽Wm0的控制脉冲信号来在逆变电路13上进行PSM控制。这保证了对应于具有特别窄的开启脉宽的控制脉冲信号的逆变电路13的开关元件TR1到TR4和辅助开关电路14的开关元件TR5的激活，甚至当要求极小的输出时也是如此。另外，输出是稳定的，并且不会发生偏磁化。此外，具有最小脉宽Wm0的控制脉冲信号是相移的。因此，其间在逆变电路13中产生返回电流的时间缩短，并且可降低返回电流的电导损耗。

[0068] 在本实施例的电弧加工电源11中，由于其特征，当要求极小的输出以进行PSM控制时，通常产生大的输出电流，并且其间在逆变电路13中产生返回电流的时间趋向于长。在本实施例中，开启脉宽Wm设置为最小脉宽Wm0。这有效地降低了这种返回电流，并且对于电弧加工电源11特别有效。

[0069] 本实施例具有下述优点。

[0070] (1)控制电路21包括用于进行PWM控制的脉宽计算单元24和用于进行PSM控制的相位差计算单元25。当要求的输出电能使得控制脉冲信号具有比用于充分激活逆变电路13和辅助开关电路14中的开关元件TR1到TR5的预定脉宽、即本实施例中的最小脉宽Wm0和Ws0更长的开启脉宽Wm和Ws时，控制电路21的控制切换单元23进行PWM控制。当要求极小的输出使得控制脉冲信号设置为具有比最小脉宽Wm0和Ws0更小的开启脉宽Wm和Ws时，控制切换单元23将开启脉宽Wm和Ws固定为最小脉宽Wm0和Ws0，并且在这种状态中，切换到调节控制脉冲信号的相位的PSM控制。更具体地说，在PWM控制期间，当要求将控制脉宽的开启脉宽Wm和Ws设置为小于最小脉宽Wm0和Ws0的极小输出时，PWM控制的持续可阻碍逆变电路13中的开关元件TR1到TR4的激活，以及尤其是辅助开关电路14的开关元件TR5的激活。因此，当要求极小的输出时，将PWM控制切换到将控制脉冲信号的开启脉宽Wm和Ws固定为最小脉宽Wm0和Ws0的PSM控制。因此，可以保证开关元件TR1到TR5的激活，同时将开启脉宽Wm和Ws保持在最小脉宽Wm0和Ws0。这可在要求极小的输出时获得稳定的输出。此外，当进行PSM控制时，在逆变电路中的开关元件TR1和TR4的组和开关元件TR2和TR3的组中，在将每组中的一个开关元件(TR1和TR3)去激活后，存在有一段仅将每组中的另一个开关元件(TR4和TR2)激活的时间。这便在逆变电路13中产生了返回电流。返回电流的电导损失阻碍了高效的电能消耗。但是，将开启脉宽Wm设置为最小脉宽Wm0，可以充分缩短产生返回电流的时间。这有效地降低了返回电流的电感损失，并降低了电能消耗。

[0071] (2)在本实施例的PSM控制中，作为参照相位(开关元件TR1和TR3)发送到逆变电路13的控制脉冲信号的相位以与发送给辅助开关元件的控制脉冲信号的相位相同的方式固定。因此，仅有对应于控制相位(开关元件TR4和TR2)的控制脉冲信号发生相移。换句话说，仅有一个控制脉冲信号需要进行相位调节。这方便了相位调节。

[0072] (3)输出到逆变电路13的用于各开关元件TR1和TR3的控制脉冲信号的参照相位在死区时段(时段t1)后立即上升。用于各开关元件TR4和TR2的控制脉冲信号的控制相位相对于参照相位延迟。当对应于参照相位的控制脉冲信号上升时，输出到辅助开关电路14的控制脉冲信号上升。输出到辅助开关电路14的控制脉冲信号设置为具有比输出到逆变电路13的控制脉冲信号更窄的开启脉宽。在这种情况下，通过设置较宽的开启脉宽，可降低输出并提高频率。

[0073] (4)在本实施例中，用于决定从PWM控制切换到PSM控制的预定窄脉宽设置为最小脉宽Wm0和Ws0，以允许充分激活逆变电路13和辅助开关电路14中的开关元件TR1到TR5。这减小了到PSM控制的切换，并且减小了PSM控制期间产生在逆变电路13中的返回电流。因此，降低了电能消耗。

[0074] (5)本实施例的PWM控制以相同的方式改变了对应于输入到逆变电路13的参照相位和控制相位的两个控制脉冲信号的开启脉宽Wm。因此，可将共同的控制脉冲信号用于参照相位和控制相位，并且可简化控制电路21。

[0075] 可如下所述地对第一实施例进行改进。

[0076] 在第一实施例的PSM控制中，用于开关元件TR4和TR2的控制脉冲信号的控制相位相对于输出到逆变电路13的用于开关元件TR1和TR3的控制脉冲信号的参照信号延迟。作为替代，可将控制相位相对于参照相位前移，只要死区时段允许这种前移。

[0077] 在第一实施例的PSM控制中，输出到逆变电路13的用于开关元件TR1和TR3的控制脉冲信号的参照相位固定，而用于开关元件TR4和TR2的控制脉冲信号的控制相位发生相移。然而也可改变相移对象。此外，相移对象可在PSM控制期间改变。另外，对于开关元件TR1到TR4的控制脉冲信号来说，控制相位和参照相位两者均可发生相移。

[0078] 在第一实施例的PSM控制中，输出到辅助开关电路14的控制脉冲信号的相位为固定，但也可以变化。在该变化期间，只要开启脉宽Ws保证充分激活，则可改变开启脉宽Ws。

[0079] 在第一实施例中，用于确定从PWM控制切换到PSM控制的预定窄脉宽设置为最小脉宽Wm0和Ws0。但是，该预定窄脉宽不一定必须是最小值，而是可为窄到特定程度的脉宽。

[0080] 第一实施例中的电源11的构造可在一定程度上变化。例如，开关电路14的开关元件TR5布置在电线L2上，但也可布置在电线L1上，或布置在电线L1和L2两者上。输出转换电路15由整流电路DR2和直流电抗器DCL构成。但是，该构造可随负载而变。此外，采用直流转换电路12将来自商业电源的交流输入电转换成直流电。但是，如果输入为直流电，则可取消直流转换电路12。作为替代，可以使用电压转换电路。

[0081] 第一实施例的电源11是电弧加工电源，但也可为其他类型的电源。

[0082] 第二实施例

[0083] 现在将参照附图来描述本发明的第二实施例。在本实施例中，图1所示电源11通过控制电路21进行图4所示的控制。

[0084] 如图4(a)和4(b)所示，在要求大的输出或小的输出时进行PWM控制的时段期间，通过以与第一实施例相同的方式改变用于逆变电路13中的同一组开关元件TR1和TR4的两个控制脉冲信号的开启脉宽Wm，以及通过以相同的方式改变用于开关元件TR2和TR3的两个控制脉冲信号的开启脉宽Wm，来进行PWM控制。输出到辅助开关电路14的开关元件TR5的控制脉冲信号与输出到逆变电路13的控制脉冲信号同时上升，但在输出到逆变电路13的控制脉冲信号之前下降。

[0085] 如图4(c)所示，如果在要求极小的输出时进行PSM控制，输出到逆变电路13的四个控制脉冲信号具有从PWM控制切换到PSM控制的恒定的固定脉宽Wm0，以及恒定的相位。即，甚至在PSM控制期间，用于同一组开关元件TR1和TR4的两个控制脉冲信号设置为具有零相位差的相同开启脉冲。相反，输出到辅助开关电路14的开关元件TR5的控制脉冲信号具有从PWM控制切换到PSM控制的恒定的最小脉宽Ws0。此外，输出到开关元件TR5的控制脉冲信号的相位相对于输出到逆变电路13的控制脉冲信号的相位前移。前移变化量(相位差α)的设置基于当前目标值和实际值之间的偏差X来计算。

[0086] 因此，在要求极小输出的PSM控制期间，保证了用于逆变电路13和辅助开关电路14的开关元件TR1到TR5的激活。此外，由逆变电路13和辅助开关电路14中的相位调节产生的传导时间(电能传送时间)的降低允许如所要求的极小的输出。

[0087] 辅助开关电路14中的开关元件TR5的激活和去激活前移，但是保持开关元件TR5的软开关操作。这降低了逆变电路13和辅助开关电路14的开关元件TR1到TR5的开关损失。

[0088] 下面描述了本实施例的优点。

[0089] (1)本实施例的PSM的控制固定了输出到逆变电路13的开关元件TR1到TR4的四个控制脉冲信号的相位，并且前移了输出到辅助开关电路14的开关元件TR5的控制脉冲信号的相位。以与第一实施例相同的方式，开启脉宽Wm和Ws保持为能保证逆变电路13和辅助开关电路14中的开关元件TR1到TR5激活的最小脉宽Wm0和Ws0。因此，甚至当要求小的输出和进行PSM控制时，输出也是稳定的。此外，甚至当进行这种PSM控制时，会产生返回电流。但是，开启脉宽Wm和Ws设置为最小脉宽Wm0和Ws0。这充分地缩短了产生返回电流的时间，降低了返回电流的传导损失，并且降低了电能消耗。

[0090] (2)本实施例的PSM控制仅调节输出到辅助开关电路14的控制脉冲信号的相位。换句话说，仅有一个控制脉冲信号需要进行相位调节。这方便了相位调节。

[0091] 第三实施例

[0092] 现在将参照附图描述本发明的第三实施例。本实施例在如图5所示进行的控制方面与第二实施例略微不同。

[0093] 如图5所示，不论进行PWM控制还是PSM控制，输出到逆变电路13中的对应于参照相位的开关元件TR1和TR3的控制脉冲信号的开启脉宽Wm均恒定地固定到最大宽度Wmx。在PWM控制期间，用于对应于控制相位的开关元件TR4和TR2的控制脉冲信号的开启脉宽Wm变化。在PSM控制期间，对输出到辅助开关电路14的控制脉冲信号的相位进行调节。

[0094] 下面描述了本实施例的优点。

[0095] (1)本实施例在要求极小的输出时稳定了输出，并且降低了电能消耗。

[0096] (2)在本实施例的PWM控制中，输出到逆变电路13中的开关元件TR1和TR3且对应于参照相位的两个控制脉冲信号具有恒定的最大宽度Wmx。此外，改变了用于对应于参照相位的开关元件TR4和TR2的两个控制脉冲信号的开启脉宽Wm。这消除了重新设置对应于参照相位的控制脉冲信号的开启脉宽Wm的要求。因此，方便了控制脉冲信号的产生。

[0097] 第四实施例

[0098] 现在将参照附图描述本发明的第四实施例。本实施例在如图6所示进行的控制方面与第二实施例略微不同。

[0099] 如图6所示，在第四实施例的PSM控制中，输出到逆变电路13的开关元件TR1到TR4的四个控制脉冲信号的相位固定。输出到辅助开关电路14的开关元件TR5的控制脉冲信号的相位相对于开关元件TR1到TR4的相位延迟。到延迟相位的相移量(相位差α)的设置基于当前目标值和实际值之间的偏差X以与第一到第三实施例中相同的方式来计算。

[0100] 下面描述了第四实施例的优点。

[0101] (1)当要求极小的输出时，第四实施例也稳定了输出。在第四实施例的PSM控制中，辅助开关电路14的开关元件TR5的激活或去激活比与开关元件TR5相一致地操作的逆变电路13的开关元件TR1到TR4的激活或去激活更慢。因此，不会进行软开关操作，并且不能降低开关损失。但是，当输出为低进行PSM控制，所涉及的电能量很小。此外，软开关操作的开关损失降低效果为极小。这降低了电能消耗。

[0102] 可如下所述地对第二到第四实施例进行改进。

[0103] 在第二实施例中，输出到辅助开关电路14的控制脉冲信号的相位转换为PSM控制。但是，用于逆变电路13的开关元件TR4和TR2的控制脉冲信号的控制相位可以与第一实施例中相同的方式变化。

[0104] 针对第一实施例的改进可应用于第二到第四实施例中。

[0105] 在第二到第四实施例中，基于控制脉冲信号的开启脉宽Wm和Ws(最小脉宽Wm0和Ws0)进行PWM控制和PSM控制的切换。但是，控制的切换不限于该方式。例如，可基于由电弧加工机器的使用者设置的目标值来切换控制。更具体地说，当设置大的输出到小的输出时，进行PWM控制，而当设置极小的输出时，进行PSM控制。也可将这种切换应用于第一实施例。

[0106] 对于本领域的技术人员很明显，可将本发明以多种其他特殊的形式实施而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的实施例和实施例被认为是说明性的而不是限定性的，本发明并不局限于这里所给出的细节，而是可在所附权利要求的范围和等同体内进行修正。