用于调节焊接电源的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于借助串联/并联-谐振转换器、电桥电路和控制单元调节焊 接电源的方法，其中，电桥电路为串联/并联-谐振转换器供应能量，并且具有带有彼此串 联地布置的第一和第二开关元件的第一电桥分支以及与第一电桥分支并联连接的、带有彼 此串联地布置的第三和第四开关元件的第二电桥分支，并且这些开关元件由控制单元根据 存储在控制单元中的开关状态的前后顺序来控制，这些开关状态由正的运行阶段、第一空 转阶段、负的运行阶段和第二空转阶段确定，其中，运行阶段的开始由第一和第二开关元件 的切换预先给定，运行阶段的结束由第三和第四开关元件的切换预先给定，并且开关元件 的开关频率在控制单元的第一控制模式中依赖于谐振转换器电流的频率来选择。
【背景技术】
[0002] 以不同的设计方案公知了多种电弧-焊接法，在电弧焊接法中，在焊电极和工件 之间有电弧燃烧。在焊电极和工件之间燃起电弧，这个电弧如下程度地加热焊电极的电弧 侧的端部，使得焊电极的材料转移到工件上。在转移时，在焊电极和工件之间可能形成短 路，以至于从焊电极流向工件的焊接电流特别强烈地升高。另一方面也有可能发生的是，焊 电极和工件之间的电弧熄灭，以至于焊接电流的值为零，并因此在焊电极和工件之间形成 无限大的电阻。提供焊接电流作为焊接电源的输出电流。为此公知了多种焊接电源，它们具 有串联/并联-谐振转换器，也就是电流转换器，该电流转换器利用串联的振荡回路和并联 的振荡回路工作，用于传递能量。串联的振荡回路由电桥电路来供应可变的交流电压。控 制单元依赖于焊接电源的至少一个输出量来控制电桥电路，也就是例如依赖于焊接电源的 输出电流或输出电压来控制电桥电路。
[0003] 从公开文献EP 1 251 991 Bl中公知一种开头所述类型的焊接电源。在这种焊接 电源中，电桥电路构造成全电桥，并且设置有第一电桥分支和与第一电桥分支并联地连接 的第二电桥分支。在第一电桥分支中，第一和第二开关元件相互串联地布置，并且在第二电 桥分支中相互串联地布置了第三和第四开关元件。在每个电桥分支中，开关元件都由控制 单元以如下方式驱控，即，两个开关元件的其中一个是打开的，并且另一个开关元件是关闭 的。每个电桥分支的开关元件因此交替地被打开。根据是哪些开关元件是打开的以及哪些 开关元件是关闭的，总共形成四种开关状态。在焊接电源的负荷关系保持不变的情况下，以 固定的顺序经历这些开关状态。这个顺序被存储在控制单元中，确切地说是开关状态相继 地经历正的运行阶段、第一空转阶段、负的运行阶段和第二空转阶段。电桥电路是联接到直 流电压源上的，并且在运行阶段形成从直流电压源经由电桥电路向着谐振转换器的电流， 从而为谐振转换器供应能量。在正的运行阶段，在电桥电路的输出端上有正的电压，并且在 负的运行阶段，在电桥电路的输出端上有负的电压。在焊接电源的负荷关系保持不变时，运 行阶段后分别跟着一个空转阶段。在空转阶段，谐振转换器不被供应来自直流电压源的能 量，但是在谐振转换器中保持有电流。为了这个目的，电桥电路的开关元件在空转阶段以如 下方式被驱控，即，在谐振转换器的输入端上接着一个共同的电势。因此，这种控制以自持 振汤的基本原理为基础。
[0004] 运行阶段的开始由第一和第二开关元件（也就是第一电桥分支的开关元件）的切 换预先给定，并且一个运行阶段的结束由第三和第四开关元件（也就是第二电桥分支的开 关元件）的切换预先给定。第三和第四开关元件的切换与第一和第二开关元件的切换是 相移地完成的，也就是第三和第四开关元件的切换以能够由控制单元预先给定的相移来完 成，这个相移与焊接电源的某个输出量的所期望的额定值相应，也就是例如输出电流的可 预定的额定值。通过相移式切换第三和第四开关元件，可以预先给定运行阶段的持续时间， 从而预先给定用于谐振转换器输送能量的持续时间。开关元件的开关频率依赖于在谐振转 换器的串联振荡回路中流动的电流的频率来选择。在串联振荡回路中流动的电流在下面被 称为"谐振转换器电流"或"初级电流"。它的频率依赖于谐振转换器的电感率和电容率，并 且特别是还依赖于焊接电源的负荷电阻，也就是说依赖于焊电极和待焊接的工件之间的电 阻。
[0005] 谐振转换器在高于依赖于负荷的谐振频率的频率范围内运行。正如细节上在公开 文献EP 1 251 991 Bl中所描述的那样，在这个频率范围内，谐振转换器的传输功能随着频 率增加而下降。因此，在负荷不断减少时，选择更高的频率，并且因为电桥电路的开关元件 的开关频率依赖于谐振转换器电流的频率，所以开关频率在负荷很小时值很高。这有以下 缺点，即，开关兀件中的开关损耗明显增尚。
[0006] 在公知的方法中，另一个缺点源于以下事实：控制单元必须能够明确地探测到谐 振转换器电流的相位，特别是它的过零点的相位，以便能依赖于谐振转换器电流来选择开 关元件的开关频率。因此，谐振转换器电流不能低于最小值。这也决定了焊接电源的输出 电流的不能被低过的最小值。因此，在公知的方法中，焊接电源的输出电流的调节范围被局 限于小的值。另一方面，焊接电源还应当总是能够提供高的输出电流，以便能够在必要的情 况下为焊接过程提供高的电能。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的任务是，以如下方式改进开头所述类型的方法，即，在没有大的开 关损耗的情况下不仅能够提供很大的输出电流而且还能够提供很小的输出电流。
[0008] 该任务在类属的方法中根据本发明通过以下方式得以解决，即，开关元件的开关 频率在控制单元的第二控制模式中相比第一控制模式的开关频率减少了整数的因数。
[0009] 根据本发明的方法允许控制单元选择性地在第一控制模式中或者在第二控制模 式中运行。第一控制模式也可以被称为正常运行。在这种控制模式中，开关元件的开关频 率是从谐振转换器电流两次直接地前后相继的过零点之间的时间差中推导出来的。在负荷 关系保持不变的情况下，电桥电路的开关元件在谐振转换器电流的一个周期期间前后相继 地经历上面已经阐述过的开关状态，其为一个正的运行阶段、一个空转阶段、一个负的运行 阶段和一个第二空转阶段的形式。运行阶段的持续时间依赖于两个电桥分支的开关元件的 切换过程之间的相移。根据本发明的方法现在具有两个控制模式。在该第二控制模式中， 电桥电路的开关元件的开关频率相比在第一控制模式中存在的开关频率减少了整数的因 数。在第二控制模式中的开关频率例如可以为第一控制模式的开关频率的一半、三分之一 或四分之一。降低的开关频率有以下后果，即，空转阶段被延长，也就是说在其中谐振转换 器不被供应来自直流电压源的能量的开关状态被延长。能量输送仅在运行阶段进一步实 现。因为在第二控制模式中，两个电桥分支的开关元件的切换过程之间的相移保持不变，所 以运行阶段在第二控制模式下的持续时间和在第一控制模式下一样长，只有空转阶段被延 长。其结果是，运行阶段的持续时间相对于空转阶段的持续时间的比例关系减少到较小的 值，而不必为此以极其小的时间区段来实现运行阶段。运行阶段的持续时间相对于空转阶 段的持续时间的较小的比例关系在根据本发明的方法中通过延长空转阶段实现，这又通过 电桥电路的开关元件的开关频率相比在第一控制模式中存在的开关频率减少了整数的因 数得以实现。
[0010] 利用根据本发明的方法能够在第二控制模式中实现非常小的输出电流，而不使得 开关元件承受高的负荷并且不增加开关损耗。
[0011] 对焊接电源的控制在根据本发明的方法中通过频率可变的脉宽调制法实现，其 中，通过脉宽和开关频率的组合变化实现对焊接电流的调节。脉宽通过两个电桥分支的开 关元件的切换过程之间的相移实现，并且频率的变化在谐振转换器的谐振频率之上实现。 因此，谐振转换器在超谐振模式下运行，尽管开关元件的有效开关频率在第二控制模式时 小于谐振转换器电流的频率。在第二控制模式中以相应于谐振转换器电流的频率的整数部 分的频率来控制开关元件，然而其中，开关元件与谐振转换器电流同步地被通断。由此使得 在第二控制模式下也保持自持振荡的基本原则，也就是谐振转换器电流的振荡在空转阶段 中得以保留，并且在运行阶段下，谐振转换器被供应来自直流电压源的能量。
[0012] 相应于第一控制模式，在第二控制模式下也实现正的运行阶段、第一空转阶段、负 的运行阶段和第二空转阶段的连续顺序。正的运行阶段的特征在于谐振转换器的正的输入 电压，负的运行阶段的特征在于谐振转换器的负的输入电压。基于在第二控制模式下减少 的开关频率，空转阶段具有带有正的谐振转换器电流的区段和带有负的谐振转换器电流的 区段。如果例如开关频率在第二控制模式中相对于第一控制模式中的开关频率减少了因数 3,那么跟在正的运行阶段后面的第一空转阶段具有带有正的谐振转换器电流的第一区段、 带有负的谐振转换器电流的第二区段和带有正的谐振转换器电流的第三区段。跟在负的运 行阶段后