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2002. 10. 28

直流アーク溶接機の製作


交流型に比べて軽量です。アークは安定します。全国で使用できます。

ハードウェア

溶接アークドライバ

機能としては電流-電圧の外部特性として、垂下特性です。電流が増加するにつれて端子電圧が下降する特性です。 ΔVに比べてΔIは非常に小さいです。溶接中にアークの長さが多少変動してもアーク電流が変化しないため、 安定した溶接が続けられます。第2は定電圧特性です。アーク電流が変動しても、 アーク電圧には大きな変化が現れないという特性です。スイッチング制御は494を使用します。 このICの代表的な実例は、誤差増幅器A2を定電圧回路の帰還増幅器にA1を定電流型の 過電流保護回路用増幅器として使用することです。IC内部にある2個の増幅器と基準電圧を合理的に使用できます。 ブートストラップ回路の動作原理は、ロー・サイドのパワー素子がONしたとき出力に接続したコンデンサがVccに充電され、 つぎにロー・サイドのパワー素子がOFFしたとき、この充電電圧がハイ・サイド・ドライブ回路用の電源となります。

パワー・デバイス

パワー・デバイスのスイッチング時には、主端子にスイッチング・サージ電圧 ΔVce=Lsxdi/dt が発生します。 素子をサージ電圧破壊から守るためには配線インダクタンスを低減します。 主回路電源(電解コンデンサ)と素子の配置位置を近づけ、また往復線路をそれぞれ近づけることにより インダクタンスを低減します。素子の近くにフィルム系の高周波コンデンサを接続し、 高周波電流をバイパスさせることにより、等価的にインダクタンスを低減させます。 スナバ回路は、スイッチング素子のターン・オフ時に発生する逆起電力を吸収するために接続します。 スナバ・ダイオードには高速ダイオードを使い、逆回復時間の短いものを選ぶ必要があります。 パワー・デバイスの保護回路を設け、過電流を検出する方法としてカレント・トランスを使います。

高周波トランス

High Freqency Trans
トランス仕様書

条件として、コアが飽和しないこと、1次と2次巻線間のリーケージ・インダクタンスが少ないことです。 スイッチング・トランジスタのOFF時に加わる電圧を低下させ、スイッチング損失も低下させます。 巻線方法は、サンドイッチ巻きです。巻線をテープ状にして巻いて表皮効果の影響が少なくしかも結合係数を良くします。

コア付インダクタ

ギャップを狭くするとインダクタンスは大きくなるが、コアが少ないアンペア・ターンで飽和するので巻線が多くできない。 一方、ギャップを広くすると飽和しにくくなり、アンペア・ターンを多く取ることはできるがインダクタンスが取れない。 フィルタ用チョーク・コイルは、出力電圧リプルを下げ、入力電流のピーク値を下げ、入力コンデンサのリプル電流を 下げます。変圧器、整流器の実効電流を下げます。軽負荷時の負荷変動を少なくします。

ソフトウェア

ファームウェアの機能は電源投入時の制御と安全制御です。

[参考文献]

溶接技術入門
スイッチング・レギュレータ設計ノウハウ
パワーMOSFETの実践活用法
実践パワー・エレクトロニクス入門
溶接技術

資料