用于提供焊接式功率的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开总体来讲涉及提供焊接式功率的技术。更具体而言，其涉及使用基于逆变器的输出电路提供焊接式功率。
【背景技术】
[0002]很多已知类型的焊接式电源提供焊接式功率。这里使用的“焊接式功率”是指适合电弧焊、等离子电弧切割或感应加热的功率。这里使用的“焊接式电源”是指能够提供焊接式功率的电源。焊接式系统用于执行各种工艺并用在各种场合中。这里使用的“焊接式系统”是能够提供焊接式功率并可包括控制和功率电路、送丝器以及辅助设备的系统。
[0003]—些焊接式系统包括提供直流总线的预调节器，其后是基于逆变器的输出电路。预调节器调节输入功率，并提供已知的直流总线。基于逆变器的输出电路接收总线，并提供焊接式功率作为输出。一种成功的设计包括作为预调节器的一部分的升压电路，并且输出电路包括逆变器、变压器、整流器和输出电感器。在USP 6987242 (Geissler)中描述了这种类型的焊接式电源。具有基于逆变器的输出电路的其他焊接式电源包括USP6115273 (Geissler)和专利公布20090230941 (Vogel)，所有三个专利都由本专利所有人拥有，所有三个专利据此通过弓I用的方式并入本文。其他焊接式电源包括额外的级，或者针对每一级使用其他拓扑(诸如降压预调节器、组合整流升压预调节器，代替逆变器或者在逆变器之后的斩波器，在第一逆变器之后的第二逆变器等等)。
[0004]基于逆变器的输出电路提供了许多优点，但是它们也具有一些缺陷。首先，在逆变器电路中使用的开关和二极管可发生故障，尤其当暴露于比额定电压更高的电压下时。箝位电压是已知的，但是可能导致过量损耗。此外，使开关和二极管换向可能产生过量的热，USP 6801443将全部的箝位能量返回至一个单一开关事件中的输出内。
[0005]绝大多数焊接式电源包括并且输出电感器。启动所述焊接工艺可能是困难的，尤其当使用大的输出电感器时，这是因为在能够执行焊接之前该电感器必须“被充电”。由于在启动期间电压比寻常的起弧电压更高，所以启动所述焊接工艺可能变得更为困难。以往已经通过总线“消弧电路”来启动焊接式电源，但是所述总线“消弧电路”可能对部件产生压力。
[0006]因此，具有以有效方式箝位的逆变器输出电路的焊接式电源是理想的。优选地，此类焊接式电源还将提供装置的有效换向，并提供焊接工艺的有效启动。
【发明内容】
[0007]根据本公开的第一方面，焊接式电源包括输入电路、控制器和输出电路。输入电路接收输入功率信号，并提供中间功率信号。输出电路接收中间功率信号，并提供焊接式功率输出。输出电路具有带至少两个逆变器开关的逆变器，以及限制逆变器两侧的电压的箝位电路。箝位电路捕获并缓冲多余的能量，并在多个开关周期上将多余的能量返回至逆变器的输入。控制器的控制输出连接至输入电路和输出电路以对它们进行控制。
[0008]根据本公开的第二方面，一种提供焊接功率的方法包括:接收输入功率和提供中间功率信号。所述中间功率信号是通过控制至少两个逆变器开关提供逆变器的输出而逆变的。对逆变器两侧的电压进行箝位，并捕获和缓冲多余的能量，以在多个开关周期上将多余能量提供至逆变器的输入。
[0009]所述箝位电路在一个实施例中包括降压电路。
[0010]所述输出电路在另一个实施例中包括中间逆变器、变压器和整流器。所述中间逆变器接收中间功率信号，并且提供中间交流信号至变压器。所述变压器提供经变压的交流信号至所述整流器。所述整流器提供经整流的直流信号至所述逆变器。
[0011]在另一实施例中，所述整流器包括至少两个二极管，第二箝位电路限制所述至少两个二极管两侧的电压，并且提供电压源两侧的输出。
[0012]在一个替代方案中，所述箝位电路包括连接至降压电路的电压源。
[0013]在其它替代方案中，所述逆变器是具有两个逆变器开关的半桥逆变器，或者是具有四个逆变器开关的全桥逆变器。
[0014]在又一实施例中，所述降压电路具有降压开关，并且指示箝位两侧的电压的反馈被提供至控制器，以使得所述控制器响应于逆变器两侧的电压而控制所述降压开关。
[0015]根据本公开的第三方面，焊接式电源包括输入电路、中间逆变器、变压器、整流器、输出电感器和控制器。所述输入电路接收输入功率信号并提供中间功率信号。所述中间逆变器接收中间功率信号，并且提供中间交流信号。所述变压器接收中间交流信号并且提供经变压的交流信号。所述整流器接收中间交流信号并且提供经整流的直流信号至电感器。所述整流器包括至少两个二极管和一箝位电路，所述箝位电路限制二极管两侧的电压并且捕获多余的能量。所述控制器控制所述输入电路和所述中间逆变器。
[0016]根据本公开的第四方面，焊接式电源包括输入电路、输出电路和控制器。所述输出电路接收中间信号，并提供焊接式信号。所述输出电路包括输出电感器和逆变器。所述逆变器具有至少两个逆变器开关。所述逆变器包括具有电压源的箝位电路，并且所述箝位电路被连接以对所述电感器进行充电。所述控制器控制所述输入电路和所述输出电路。
[0017]所述箝位电路限制逆变器两侧的电压，并且包括可用于帮助起弧和稳弧的降压电路。
[0018]在另一实施例中，所述输出电路包括变压器和具有至少两个二极管的整流器以及第二箝位电路，所述第二箝位电路限制至少两个二极管两侧的电压并且提供电压源两侧的输出。
[0019]在另一实施例中，所述输入电路包括升压电路，并且所述中间功率信号是升压的直流总线。
[0020]对于本领域的技术人员来说，在细阅以下附图、详细描述和所附权利要求书后，其他主要特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0021]图1是根据优选实施例的焊接式系统的图示；
[0022]图2是用作中间逆变器的全桥逆变器电路；
[0023]图3是用于逆变器的箝位电路；
[0024]图4是用于逆变器的箝位电路；
[0025]图5是输出电路的图示；并且
[0026]图6是用作输出逆变器的全桥逆变器电路。
[0027]在详细解释至少一个实施例之前，应理解的是，本发明在其应用中不限于以下说明所述或附图所示部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例或能够以各种方式实施或实现。另外，应理解的是，本文采用的语句和术语是用于说明的目的，不应视为构成限制。相同的附图标记用于表示相同的部件。
【具体实施方式】
[0028]虽然将参照具体电路和具体系统阐述本公开，但首先应理解的是，也可以使用其他电路和系统。
[0029]—般来说，本优选实施例以诸如USP 6987242中所示的焊接式系统实现。其包括产生中间功率信号(优选直流总线)的预调节器输入电路、具有逆变器、变压器和整流器的输出电路，以及控制器。另外，本优选实施例提供了输出逆变器，用于交流焊接。输出逆变器接收经变压和整流的信号，并提供交流焊接信号。提供输出电感器，优选是在逆变器之后提供。替代方案在输出逆变器之前提供电感器，省略输出逆变器，使用斩波器，使用降压预调节器，使用组合升压整流预调节器，省略升压(并逆变经整流的输入)。
[0030]如这里使用的输入电路包括接收输入功率的电路系统，诸如整流器、滤波器、预调节器等。如这里使用的中间功率信号包括输入电路的输出，并可以是经整流的信号、经调整的信号(诸如升压或降压变换器的输出)或未经调整的直流总线。如这里使用的输出电路包括提供焊接式信号的电路系统，并且可以包括逆变器、变换器、变压器、整流器、滤波器、扼流器等。如这里使用的控制器是协作以向一个或多个电路提供控制信号的数字和/或模拟电路系统和/或逻辑/指令。控制器可以位于单个板上，或者分布在多个位置。
[0031]该优选实施例具有用于输出逆变器的箝位电路以及用于输出整流器的箝位电路。用于输出逆变器的箝位电路包括降压变换器，降压变换器从箝位获取能量并逐渐地将多余能量再循环回到输出电路中(到达输出逆变器的输入)，并保持受控制的稳定箝位电压。降压电路还对输出整流器二极管箝位，并通过向输出施加高箝位电压以抵消所遇到的高起弧电压瞬变来帮助起弧和稳弧。换言之，用于输出二极管的箝位电路的输出被反馈到输出逆变器箝位以充当电压源。另外，300伏的电压源可以用于对输出电感器快速充电。
[0032]如这里使用的箝位电路是指用于箝位电路系统两侧的电压(诸如箝位二极管两侧的电压)以保护电路系统的电路。如这里使用的箝位电路输出是指被箝位的提供给其他电路系统的能量。
[0033]图1是根据优选实施例的焊接式系统100的图示。焊接式系统100包括输入电路或预调节器102、输出电路104和控制器106。除了如本文所述那样，这些模块优选设计为如USP 6987242中所示。
[0034]预调节器102优选为升压预调节器，但也可以使用诸如降压、cuk等其他拓扑结构。预调节器102优选地在电容器103两侧向逆变器104提供940V经调节的直流总线。其他实施例在输入电路102与输出电路104之间、或在输出电路104之前、或作为输出电路104的一部分，提供未经调节的总线，或提供额外的级作为输入电路102的一部分。
[0035]输出电路104在图5中更详细地示出，其优选包括全桥逆变器501、变压器503、输出整流器504、全桥输出逆变器507和输出电感器509。逆变器501和507各自包括至少四个逆变器开关。逆变器501接收直流总线并以约20KHz-40KHz的频率利用脉宽调制将其逆变成所需的信号。该频率优选足够高以使变压器503保持较小。负载为变压器503的初级绕组，并且变压器503的次级绕组被整流为焊接式输出。输出逆变器507逆变焊接式输出以提供交流焊接输出。如果提供直流焊接，则输出逆变器507可被关断(或者在只有直流焊接式电源的情况下将其省略)。输出逆变器507优选地以约20-400HZ的焊接工艺频率运行。在替代方案中，逆变器501和504中的一者或二者为半桥，或采用其他