直接地或不用线路地连接至同步整流器16的电路元件24或工字梁25或整流中心的腹板。因而，实现了低损失的、非常节省空间的紧凑轻质设计。同时，提供了用于将次级绕组14连接至工字梁25的腹板和同步整流器16的电路元件24的相对较大表面47来进行接触，以便以尽可能小的损失确保大电流。通过这种布置，在次级侧实现中央整流器，其中工字梁25通过次级绕组14的一个被连接端部而形成中央整流器。
[0124]环状芯体15可以由铁素体、非晶态材料或纳米结晶原材料制成。在磁性特性方面所使用的材料越好，环状芯体15能够设计的尺寸就越小。然而，环状芯体15的价格当然上升。在设计金属片材44、45时，重要的是，将它们以使它们穿过环状芯体15至少一次的方式折叠或弯曲。两个金属片材44、45或布置在一个环状芯体15上的次级绕组14以镜像倒置方式设计并彼此绝缘。
[0125]图14示出了用以给同步整流器16和启动电路17供应电能的供电电路48特别是电力供应单元的框图。供电电路48被连接至大电流变压器12的次级侧或次级绕组14的接线，并且包括峰值整流器49、增压器50、线性电压调控器51和分压器52。增压器50或调压器确保快速地提供电源10的组成部件的供电。同时，有源同步整流器16的内部供电电压尽可能快地产生。通过使用增压器50,确保在启动的初始阶段，尽可能早地首先产生供电电压的所需幅值，以便在尽可能早的时间确保集成在大电流变压器12内的同步整流器16的可靠功能。
[0126]图15示出了根据图14的供电电路48的供电电压V的时间曲线。电压增加的坡度Λ V/ Λ t被选择得足够陡峭，以确保在同步整流器16和启动电路17处以最大延迟1供应所需的电压VCC。例如，该延迟1^应该小于200 μ s。通过适当构造峰值整流器49和增压器50的电路和适当低的电容，能够实现足够的电压转换效率。因而，可以说，首先以陡峭增加确保供电电压的最小高度，并且只有在那时才产生适当的供电。
[0127]图16示出了大电流变压器12的次级侧电流Is和用于同步整流器16的电路元件24的控制信号GJPG2的时间曲线，用来说明无损失启动。通过使用对应的电流换能器18测量次级绕组14的次级侧电流Is，启动电路17获得了同步整流器16的电路元件24应该被切换的时间点的信息。为了降低传导和切换损失，同步整流器16的电路元件24优选在流过大电流变压器12的次级绕组14的次级电流的过零点进行切换。由于从电流换能器18对次级侧电流13的过零点的检测到同步整流器16的电路元件24的启动发生一定延迟tP?，因此根据本发明，启动电路17被形成为在次级绕组14中的电流达到过零点之前的预设时间启动同步整流器16的电路元件24。因而，启动电路17在由电流换能器18测量的大电流变压器12的次级绕组14中的电流Is下降到低于或超过一定开启阈值ISE和断开阈值ISA的时间点致使同步整流器16的电路元件24切换。通过使用该方法，可以实现基本在流过大电流变压器12的次级绕组14的电流Is的过零点期间切换同步整流器16的电路元件24,由此能够使得同步整流器16的电路元件24的传导损失和切换损失最小。因此，同步整流器16的电路元件24的开启和断开时间不是由次级侧电流的过零点来确定，而是通过实现限定的开启阈值ISE和断开阈值ISA来确定。开启阈值ISE和切断阈值I ^根据预期的切换延迟来限定。开启阈值ISE和切断阈值ISA最好设计成可调节的，以便进一步降低损失。在20kA的大电流变压器12中，切换时间可以例如设定在过零点之前100ns，从而同步整流器16的电路元件24需要在该时间段内进行切换。
[0128]用以提供例如20kA的焊接电流的用于电阻焊接装置的普通现有技术大电流变压器展现了近似40至50kw的损失。根据现有技术，为了提供20kA的焊接电流，总共需要高达150kW的连接瓦数，其中总损失累计高达近似135kW，从而得到大约10%的效率。相比而言，本发明的大电流变压器12展现了仅仅大约5-6kW的损失。线路损失可以从通常的30kW降低到20kW。因而，在根据本发明的电阻焊接装置1中，用于产生20kA的焊接电流的连接瓦数可以降低至75kW，这是由于总损失累计高达仅大约60kW。因此，在大约20%的情况下，所得到的效率近似为现有技术中的效率的两倍。从该比较可以清楚地看到潜在节约，特别是在包括多个电阻焊接装置的汽车工业的生产线中。
[0129]基本上，所描述的电源10或大电流变压器12被设计成立方体或方石的形式，其中两个侧表面由工字梁25形成，在所述侧表面上，布置用于形成第三和第四侧表面的电绝缘的接触板29。在前表面处，覆盖板31均被布置成朝向四个侧表面，该覆盖板31与工字梁25电绝缘，以便形成立方体或方石的第五和第六侧表面。在所述立方体内，特别是在这些侧表面内，同步整流器16和启动电路17被布置在至少一个电路板35或印刷电路板上。因而，所述立方体仅具有用于大电流变压器12的初级绕组13的接线26和用于消耗直流电流或直流电压的作为接触表面的侧表面。另外，还设置了冷却连接，特别是用于冷却流体的入口 32和出口 33。优选不设置用于集成在立方体中的同步整流器16和启动电路17的控制线路，因为该系统自主地操作，因此，不需要连接至系统的供电单元19或控制装置的接线。在这种设计中，优选不需要任何控制线路，而是仅仅在初级侧上将电源10连接至供电单元19,因此在次级侧上，可以获得例如15kA到40kA的对应大小的直流电流。因而，不需要用户进行任何调节，而是仅仅需要连接电源10。将实际上独立的分开的组成部件集成在这种公共单元内使得总体尺寸大大减小，因此电源10的重量也大大减小。同时，该单元还可以作为支撑元件直接在应用中特别在焊枪4中使用。另外，极大地增加了用户的方便性。
[0130]在当前设计中，更重要的是将电路元件24不用线路地连接至对应的组成部件，即执行焊接导线的由场效应晶体管形成的电路元件24的源极接线被直接连接或焊接至接触板29的突起36,其中电路元件24的栅极接线也被直接布置或焊接至电路板35和构建在其上的启动电路17 (栅极驱动器）。因而，线路电感通过将线路全部省略而降低，从而能够实现高切换速度和非常低的传导损失。
[0131]在所示和所描述的实施方式中，大电流变压器12的尺寸大小适合于以5V和10V之间的输出电压用于20kA的电流。工字梁25具有15cm的总高度，从而在两侧均可布置具有环状芯体15的五个次级绕组14。为了获得对应的传输比100,在所示实施方式中需要十个初级绕组13。
[0132]当现在将大电流变压器12的尺寸设计成适合于例如30kA的更大电流时，可以简单地增加所使用的次级绕组14的数量。例如，在位于工字梁25的两侧的凹部25a中，可以均布置七个次级绕组14,其中工字梁25的高度相应地扩大，例如采用设计成仅高出5cm或相应地更大的基体。因而，大电流变压器12的工字梁25在两侧仅通过两个次级绕组14来补充，以便能够提供更大电流。通过所述的扩大，接触冷却表面也被扩大。另外，将并联布置相应地更多个电路元件24。初级绕组13可以被减小到更低的匝数，例如七匝，从而实现例如98的变压比。由于可能增加横截面并降低线路长度，通过更大的初级电流补偿了更高的初级绕组损失。
[0133]因而，次级焊接电流从20kA增加到30kA仅仅导致立方体或大电流变压器12延长例如5cm。
[0134]由于大电流变压器12优选自主操作并且不包括任何控制线路，从而应该能够与外部组成部件特别是控制装置进行用于可能误差消息的出话通信。为此，可以使用由次级绕组14和同步整流器16构成的次级电路和启动电路17。在一定状态下，特别是在大电流变压器12的闲置状态下，所述大电流变压器12可以利用同步整流器16而被自觉地短路，从而在初级线路中流动的闲置状态电流能够通过外部监测单元或控制装置来检测，因而由于该电流，能够执行通信或错误消息。
[0135]例如，通过将温度传感器集成在大电流变压器12中特别是集成在同步整流器16上，能够检测并评价温度。如果温度例如超过规定阈值，则通过启动电路17将处于闲置状态即在焊接中断过程中的同步整流器16限定地短路。由于外部控制装置知道没有进行焊接的闲置状态，该闲置状态通过大电流变压器12的初级线路中增加的电流来检测或识别。现在，可以通过外部控制装置来检查冷却回路是否启动或示出缺陷或增加冷却效率，从而进行更好的冷却。
[0136]当然，借助于对应的切换或脉冲图案，即规定地打开和闭合处于闲置状态的同步整流器16的电路元件24,能够向外传送不同的错误消息。例如，能够向外部发送不同的温度值、次级电压、电流、误差消息等。
[0137]然而，这种通信也可以在焊接过程中进行，不过这种检测明显更为困难。例如，对应的信号可以特别地通过初级绕组13调制到初级侧电流上。
【主权项】
1.一种用于制造大电流变压器(12)的方法，所述大电流变压器(12)包括至少一个初级绕组(13)和具有用于接触的表面(47)的至少一个次级绕组(14)，其特征在于，首先利用第一较高熔融温度(Tsl)的第一焊接材料使所述至少一个次级绕组(14)的内表面(47)与所述大电流变压器(12)的由导电材料制成的工字梁(25)连接，随后利用与所述第一熔融温度(Tsl)相比较低的第二熔融温度(TJ的第二焊接材料将由导电材料制成的至少一个接触板(29)与所述至少一个次级绕组(14)的外表面(47)焊接在一起。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述第一较高熔融温度(Tsl)的第一焊接材料将电路板(35)与所述至少一个接触板(29)连接。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述至少一个接触板(29)与所述电路板(35)连接之后，通过使用所述第一较高熔融温度(Tsl)的第一焊接材料将电路元件(24)与所述电路板(35)和/或所述接触板(29)特别是所述接触板(29)上的突起(36)连接。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述第二较低熔融温度(Ts2)的第二焊接材料将所述电路元件(24)特别是所述电路元件(24)的接线或壳体与所述至少一个次级绕组(14)的表面(47)连接。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使用第一熔融温度在220°C和300°C之间特别是260°C的第一焊接材料和第二熔融温度在120°C和220°C之间特别是.180 °C之间的第二焊接材料。
【专利摘要】本发明涉及一种大电流变压器(12)，特别是用于用以提供电阻焊接装置(1)的焊接电流的电源(10)的大电流变压器(12)，所述大电流变压器(12)包括至少一个初级绕组(13)和带有中央抽头的至少一个次级绕组(14)。本发明还涉及一种用于这种大电流变压器(12)的变压器元件、接触板(29)和次级绕组(14)以及用于制造该大电流变压器(12)的方法。为了降低损失并提高效率，设置至少四个触头(20，21，22，23)以形成多点接触，所述触头(20，21，22，23)由四个接触表面形成，所述至少一个初级绕组(13)和所述至少一个次级绕组(14)以串联/并联电路的方式布置在所述四个接触表面内。
【IPC分类】B23K11/31, B23K11/24, H01F38/08
【公开号】CN105345244
【申请号】CN201510854681
【发明人】伯恩哈德·阿特尔斯梅尔, 克里斯托弗·舒尔茨希克, 约翰内斯·诺伊伯克, 斯特凡·沃尔夫斯格鲁贝尔
【申请人】弗罗纽斯国际有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2012年10月31日
【公告号】CN104010758A, EP2773481A2, EP2913136A1, EP2913136B1, US20140313679, WO2013063626A2, WO2013063626A3