专利名称：具有整流电路的逆变器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于提供交变电流的电源，比如用于焊接设备中的电源。更具体地说，本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的逆变器和根据权利要求13所述的方法。本发明也涉及根据权利要求15所述的计算机程序以及根据权利要求16所述的计算机可读介质。
背景技术：
逆变器的目的在于为负载产生交变电流。对于一些应用而言，重要的是，提供给负载的电流具有真实的正弦波形状。其他实现可能会要求负载的功耗尽量恒定。在后一种情况下，关键是尽快逆转电流方向，即随时间而变的电流的形状尽可能接近方波。用于焊接电流源的逆变器通常代表了需要方波形电流的实现。即，除了在负载内提供较恒定的功耗之外，这还降低了与逆转电流相关的电弧中断的风险。专利文档EP 1 422 011公开了焊接型电源单元，包括所谓的缓冲器(snubber)电路。缓冲器电路恢复不使用的能量，从而节约能量使用。缓冲器电路还保护电路内的各种部件不受到有害的电压尖峰的影响。此外，续流开关在此为已经临时储存在缓冲器感应器内的任何能量提供续流电流路径。从能量效率的角度来看，已知的缓冲器电路设计可能是有利的。然而，续流开关致使该设计复杂。每个开关也需要特定的控制信号，这就要求控制单元执行处理任务。
发明内容
因此，本发明的目的在于减轻上述问题，并且提供有效、简单并且成本有效的用于焊接实现的逆变器。根据本发明的第一方面，该目的通过最初描述的逆变器实现，其中至少一个整流电路是具有第一极和第二极的双极整流电路，第一极连接到第一节点，第二极连接到第二节点。至少一个整流电路设置成以直接经第一节点和第二节点或者以经由桥式电路的方式经第一节点和第二节点从负载中接收能量并将能量反馈给负载。该逆变器的优势在于该逆变器的设计非常简单，同时将逆变器的控制单元要处理的处理任务最小化。根据本发明的该方面的一个优选实施例，开关模块中设置有能量流动控制装置。 该模块又包括第一和第二流动控制装置。第一流动控制装置配置为允许能量储存在恢复电容器中，并且第二流动控制装置配置为使储存在恢复电容器中的能量送入负载内。因此，通过操作流动控制装置，可以控制储存在恢复电容器内的能量的量。比如，流动控制装置可被控制为使得如果在循环程序的给定阶段发现恢复电容器上的电压相对较低，那么在循环程序的后续阶段将更大量的能量储存在恢复电容器中；反之亦然。根据本发明的该方面的另一个优选实施例，开关模块与恢复电容器串联连接。由于不需要使用感应器来实现预期的逆变器功能，所以期望这种设计。这又是有利的，因为可将较高的平均功率送入负载内。同样降低与逆转输出电流相关的电弧中断的风险。即，当电流水平相对较高时和/或当负载具有比较高的电感时，电路的低电感也能够快速逆转输出电流(即，允许负载电流在整流期间具有高的时间导数)。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，第一流动控制装置和第二流动控制装置并联连接。因此，流动控制装置可有效地双向操作，即能够以非常简单的方式将能量注入恢复电容器内以及从该恢复电容器中取出能量。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，第二流动控制装置可响应于控制信号进行控制。因此，可方便地从恢复电容器中输出能量。同样可能的是，使给定量的能量储存在恢复电容器中。优选地，第一流动控制装置包括二极管，第二流动控制装置包括晶体管。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，桥式电路包括四个主开关模块，以全 (或H-)桥构造设置在第一和第二节点之间。主开关模块配置为以成对交替的方式来控制， 所以第一对使输出电流沿第一方向流过负载，并且第二对使输出电流沿(与第一方向相反的)第二方向流过负载。因此，可经由与逆变器相关联的控制单元方便地控制输出电流的特性。而且，不需要中心点线，这在一定程度上简化了设计。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，总线包括中心点线，该中心点线具有在第一线的第一电压电平和第二线的第二电压电平之间的电压电平。逆变器进一步包括第一和第二整流电路。第一整流电路具有连接到第一节点的第一极和连接到中心点线的第二极。第二整流电路具有连接到中心点线的第一极和连接到第二节点的第二极。桥式电路在此处具有两个主开关模块，这两个主开关模块以半桥构造设置在第一和第二节点之间。主开关模块配置为以交替的方式来控制，使得所以第一模块使输出电流沿第一方向流过负载，并且第二模块使输出电流沿第二方向流过负载，其中再次地，第二方向和第一方向相反。这种半桥构造的优势在于要储存的能量送入两个恢复电容器(而非单个恢复电容器)中。因此，每个整流电路的开关模块两端的电压得以降低，结果，可降低对其中的部件的要求。自然地，从整体成本/可靠性的角度来看，这是有利的。而且，由于负载电流此时仅仅通过一个开关模块，因此明显减少了桥式电路的损失。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，逆变器包括反并联地设置在负载上的第一和第二整流电路。第一整流电路具有连接到第一节点的第一极和连接到第二节点的第二极。第一整流电路配置成当输出电流具有通过负载的第一流向时，储存来自负载的能量， 并且当输出电流具有通过负载的第二流向时，将能量反馈给负载。第二整流电路具有连接到第二节点的第一极和连接到第一节点的第二极。第二整流电路配置成当输出电流具有通过负载的第二流向时，储存来自负载的能量，并且当输出电流具有通过负载的第一流向时， 将能量反馈给负载。第二方向和第一方向相反。该装置的优势在于与H型桥式电路以及半桥型电路相兼容。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，总线包括至少一个扼流圈，该扼流圈配置成抑制总线上的电压纹波。因此，负载可具有相对无杂散(spurious-free)的输出电流。根据本发明的该方面的又一个优选实施例，逆变器包括至少两个整流电路，这两个整流电路彼此并联连接在第一和第二节点上。因此每个整流电路适于处理(即，由所提及的整流电路进行处理)相应的能量范围。比如，第一整流电路用于最高达第一阈值的能
6量水平；第二整流电路用于第一阈值和第二阈值之间的能量水平，依此类推。因此，一个逆变器可用于大范围的负载和电流状况。根据本发明的另一方面，该目的由最初描述的方法实现，其中该方法包括在循环程序的一个阶段，测量恢复电容器上的电容器电压。该方法进一步包括对照设定极限电平检查电容器电压，该设定极限电平表示一低于恢复电容器上的最大允许电压的电压。如果电容器电压小于设定极限电平，那么该方法包括在循环程序的后续阶段，控制能量流动控制装置从恢复电容器取出一定量的能量，该能量的量据估计小于在测量所述电容器电压的阶段之前的阶段中取出的能量的量。另一方面，如果电容器电压大于设定极限电平，那么该方法包括在循环程序的后续阶段，控制能量流动控制装置从恢复电容器取出一定量的能量，该能量的量据估计大于在测量所述电容器电压的阶段之前的阶段取出的能量的量。该方法的优势在于其能够适应电容器电压，使得恢复电容器总是储存最优量的能量。根据本发明的该方面的一个优选实施例，如果电容器电压等于设定极限电平，那么该方法包括控制能量流动控制装置以在循环程序的后续阶段从恢复电容器取出一定量的能量，该能量的量据估计等于在测量所述电容器电压的阶段之前的阶段取出的能量的量。因此，储存在恢复电容器内的能量的量可维持在最优的水平。根据本发明的又一方面，该目的通过可载入计算机的内存中的计算机程序来实现，当该程序在计算机上运行时，包括用于控制上面提出的方法的软件。根据本发明的另一方面，该目的通过计算机可读介质来实现，该计算机可读介质具有记录在其上的程序，其中该程序用于控制计算机执行上面提出的方法。本发明其他优点、有利特征以及应用将从下面的描述和从属权利要求书中显然可见。
现在通过优选的实施例和参看附图，更严密地解释本发明，这些优选的实施例公开为实例。图1示出了现有技术的逆变器的电路图；图加-b示出了分别阐述了输出电流如何响应于现有技术解决方案和本发明实施例的逆变器桥的总线电压的变化而变化的图；图3a_b分别示出了根据本发明第一实施例的逆变器的方框图和电路图；图如-b分别示出了根据本发明第二实施例的逆变器的方框图和电路图；图fe-b分别示出了根据本发明第三实施例的逆变器上的方框图和电路图；图6a_b示出了阐述根据本发明的实施例的恢复电容器电压和输出电流之间的关系的图；图7通过流程图示出了根据本发明的一般方法。
具体实施例方式我们首先参看图1，该图为从上述文献EP 1 422 011中已知的现有逆变器的电路图。逆变器提供开关焊接式电源，并且该逆变器包括DC电源100、缓冲器电路SNB以及桥式电路，该桥式电路将交变电流i。ut提供给焊枪和工件形式的负载130。
具体地说，已知的逆变器中的桥式电路包括设置在来自DC电源100的第一线+和第二线-之间的一组开关Si、S2、S3以及S4。以成对交替的方式控制开关，使得第一对开关Sl和S2沿正方向引导输出电流i。ut通过负载130，并且第二对开关S3和S4沿反方向引导输出电流i-通过负载130。缓冲器电路SNB具有所谓的四极，第一极pi连接到第一线+，第二极p2连接到第二线-。第三和第四极p3和p4连接到负载130的各个侧，以便提供通过该负载130的续流电流。缓冲器电路SNB包括恢复电容器Ck、缓冲器电容器Csnub、第一二极管Din和第二二极管Dfw、晶体管开关S·、缓冲器感应器Lsnub以及一对续流开关Sfwi和SFW2。当缓冲器电容器电压超过预定电压(即300伏特)时，缓冲器电路SNB从缓冲器电容器Csnub恢复能量。使用与开关Sot串联的缓冲器感应器Lsnub来恢复能量。当开关Sott导通时，其完成包括缓冲器感应器Lsnub、开关S,缓冲器电容器Csnub、逆变器桥的“导通”臂(比如Sl和S2)和负载 130的电路。当缓冲器电容器电压超过一阈值时，开关Sott导通，并且当电压降到该阈值或另一阈值(以便实现滞后)以下时，该开关截止。当开关Sott导通时，电流流过从缓冲电容器Csnub中恢复能量的缓冲器感应器Lsnub。当开关截止时，储存在缓冲器感应器Lsnub内的能量通过续流路径返回到负载130，直到能量被恢复为止，续流路径包括第二二极管Dfw以及续流开关Sfwi和Sfw2之一(根据输出电流i。ut的方向而定)。除了续流开关Sfwi和Sfw2引起的电路复杂性，现有技术设计对可改变输出电流i。ut 的方向的速度具有负面影响。即，由于缓冲器感应器Lsnub作为临时能量存储器进行工作，这就阻碍了通过开关Sot的电流的任何变化。换言之，在整流周期内，缓冲感应器Lsnub限制了输出电流i。ut的时间导数。该效应在高输出电流i。ut的情况下和/或对于具有高电感的负载130来说变得极其明显。下面将明显看出，图2aJb、3a、;3b、4a、4b、5ajb、6a、m3或7中所谈论的本发明的实施例没有受到这种不好的影响。图加示出了总线两端的总线电压uAB(t)随时间t变化的两个单独的曲线图。第一个曲线图(虚线)表示针对假定逆变器设计(然而基本上如上述图1中所述)的总线电压uAB(t)；第二个图(实线)表示根据本申请中所描述的本发明实施例可应用的总线电压 UAB(t)。图2b示出了表示与图加的总线电压uAB(t)相对应的输出电流i。ut(t)随时间t变化的曲线图。在第一时间点、，总线电压uAB(t)从初始水平UAB_n。m开始上升，在第二时间点t2， 总线电压Uab⑴达到最大值UAB_max。在该时间间隔内，我们假定现有技术设计和本发明实施例的总线电压UAB(t)具有基本上相同的形状。直到第一时间点、，输出电流i。ut(t)具有最大负值_Imax(S卩，具有最大幅度和与图 1中的箭头相反的流向)。响应于在、处总线电压Uab (t)的跨跃(step)，输出电流i。ut (t)开始斜降(以逆变)。在第二时间点t2，对于现有技术设计和本发明实施例，输出电流i。ut(t) 均为零。在现有技术设计中，从在第二时间点t2，总线电压uAB(t)逐步降低到中间水平。这种较早的电压下降以及缓冲器感应器Lsnub及其在电流路径内所储存的能量明显减缓了输出电流i。ut(t)的逆转。然而，根据本发明的实施例，在第二时间点t2之后，在第三时间点t3周围，总线电压uAB(t)降低到初始水平^_·。然后，总线电压UAB(t)优选地保持在初始水平Ua^di，直到随后的程序循环为止。在现有技术设计中，在第三时间点、之后，总线电压uAB(t)保持在中间水平，直到第四时间点t4为止。这就需要将输出电流i。ut(t)驱动到较高的水平。然而，从图2b中可看出，在第四时间点t4处，输出电流i。ut(t)依然未达到充足的水平。因此，在第四时间t4 点与后一时间点t5之间，DC电源100必须用额外的能量进行补充，使得输出电流i。ut(t)达到最大正值1_。在现有技术设计和根据本发明的实施例两者中，输出电流i。ut(t)斜升，并且在第二时间点t2，开始沿相反的方向流过负载130。根据本发明的实施例，这种斜升与第一时间点、与第二时间点t2之间的斜降基本上一样快。即第一时间点、与第二时间点t2之间的持续时间大约等于第三时间点、与第四时间点t4之间的持续时间。然而，在现有技术设计中，在第三时间点t3，输出电流i。ut(t)仅仅达到最大正值Imax的大约一半。换言之，给定总线上的电压等级UAB_max，对于现有技术设计来说，输出电流i。ut (t)从零斜升到最大正值Imax 初步看来要花费两倍长的时间。只要缓冲器感应器Lsnub的电感大约等于负载130的电感， 这个假设就成立。根据本发明的实施例，由于总线电压uAB(t)可以在更高的水平保持较长的时间， 所以输出电流i。ut(t)从零斜升到最大正值Imax所费的时间较少。自然地，这对于整流速度是有利的。而且，功率电平的变化较少。如果在现有技术设计中，期望输出电流i。ut(t)从零到Imax的斜升时间对应于本发明实施例的斜升时间，那么必须显著提高最大总线电压UAB_max。由于对所包含的部件具有更高的电压要求，所以这又会导致成本大幅提高。图3a为根据本发明第一实施例的逆变器的方框图。该逆变器适于为负载130提供交变电流i。ut。根据本发明，假定负载130包含焊接电路。因此，负载130可包含各种部件和元件，比如电流导体、焊枪、电弧和夹具(以及与这些部件和元件相关联的电阻器、电感器和电容器)。所提出的逆变器包括至少一个整流电路110和桥式电路120。所述至少一个整流电路110配置成从DC电源100接收功率，在循环程序的储存阶段期间在负载130中的感应元件接收能量，并且在循环程序的反馈阶段期间控制向负载130的能量反馈。通常，这包括 DC电源100的总线105上的电压的变化。下面参看图北到7具体描述整流电路110和桥式电路120以及所提出的逆变器的操作。然而，通常，整流电路110包含恢复电容器和能量流动控制装置，该能量流动控制装置配置为控制能量向恢复电容器的储存以及能量从恢复电容器的取出。桥式电路120连接到至少一个整流电路110。桥式电路120配置成将交变电流i。ut传送给负载130，因此该负载130通过桥式电路120电(galvanically)连接到总线105。整流电路110是双极的， 这两个极分别连接到第一节点A和第二节点B。整流电路110设置成以直接经第一和第二节点或者以经由桥式电路120的方式经第一和第二节点从负载130接收能量并且将能量反馈给负载130。当然，此处，术语“双极”针对的是电源电路，即整流电路110还可包括若干用于测量和控制信号的其他接口。逆变器可包括控制单元140或与控制单元140相关联。该单元又从DC电源100、整流电路Iio以及桥式电路120接收至少一个测量信号mi、HIi和mm。这些测量信号mi、HIi 和mm反映逆变器的当前状态。响应于测量信号H^mi和mm，控制单元140生成一组针对DC 电源100、整流电路110以及桥式电路120的控制信号Cl、Cj和cn，以用于控制逆变器的行为。优选地，控制单元140包括储存软件的存储器模块M或者与该存储器模块M相关联，以用于根据下面要描述的原理控制逆变器(即，基本上接收测量信号Hlp Hli和mm并产生控制信号C” Cj禾口 Cn)。现在参看图北，我们看到根据本发明第一实施例的逆变器的电路图。该逆变器器为负载130提供交变电流i。ut，负载130包含焊接电路。电流i。ut随着循环程序而变化。在本发明的该实施例中，整流电路110和桥式电路120均连接到DC电源100的总线105。此处，总线105由第一线+和第二线-表示。总线105进一步经由桥式电路120电连接到负载130。因此，比如，在DC电源100和负载130之间没有变压器装置。然而，电连接可包括二极管、晶体管和/或任何其他类型的开关装置。桥式电路120经由总线105连接到整流电路110，并且桥式电路120配置为响应于比如来自控制单元140的控制信号将交变电流i。ut传送到负载130，。桥式电路120分别包括四个主开关模块S1、S2、S3和S4，以全(或H-)桥构造设置在在第一节点A和第二节点B 之间。主开关模块配置为以成对交替的方式控制。这就表示主开关模块的第一对Sl和S2 配置为使输出电流i。ut沿第一方向流过负载130 (如图北中的箭头所示)，并且主开关模块的第二对S3和S4配置为使输出电流i。ut沿相反的方向流过负载130( S卩，与图北中的箭头相反)。整流电路110配置成从DC电源100接收功率，在循环程序的储存阶段期间从负载 130中的感应元件接收能量，并且在循环程序的反馈阶段期间控制向负载130的能量反馈。 整流电路110是双极的，第一极pi连接到第一节点A，第二极p2连接到第二节点B。第一节点A进一步连接到总线105的第一线+，第二节点B进一步连接到总线105的第二线_。 如上所述，除了电源电路的第一极Pl和第二极P2之外，优选地，整流电路110还可包括一组测量和控制接口，其用于控制整流电路110中的至少一个开关的操作。整流电路110包括恢复电容器Ck和能量流动控制装置，该能量流动控制装置配置为控制能量向恢复电容器 Ce的储存以及能量从恢复电容器Ck的取出。在本发明的该实施例中，能量流动控制装置由二极管Din形式的第一流动控制装置以及晶体管开关Sott形式的第二流动控制装置表示。二极管Din配置为允许能量储存在恢复电容器Ck内。参看图6a和6b可说明该作用，这两个图分别显示了恢复电容器Ck的电压如⑴随时间t的变化以及输出电流i。ut(t) 随时间t的变化。假定输出电流i。ut(t)的最大正值为Ip该输出电流i。ut(t)在恢复电容器4上产生电压Up起初，输出电流i。ut(t)在1工处保持恒定，因此电压ura(t)具有恒定值。然而，在时间点tb处，启动输出电流i。ut(t)的逆转。因此，输出电流i。ut(t)下降，二极管Din允许将能量送入恢复电容器Ck中，并且恢复电容器Ck上的电压Uai(t)开始增大。电压ι^α)达到峰值，然后开始再次下降。这是由于输出电流i。ut(t)开始沿相反的方向流过负载130和闭合的晶体管开关SOTT。在稍后的时间点t。，比如通过来自控制单元140的控制信号Cj将晶体管开关Squt 控制在断开的状态。结果，恢复电容器的电压被保持在其在t。处所具有的水平(通常大约等于初始的恒定值U1)。在t。处，输出电流i。ut(t)也达到最大负值-I1,该负值一直被维持到再次启动输出电流i。ut(t)的逆转为止。因此，在循环程序的可称为反馈阶段的某些阶段中，晶体管开关Sot使已经临时储存在恢复电容器Ck内的能量送入负载130中。因此， 逆变器设计实现了高功率效率和输出电流i。ut(t)的快速逆转。相反，如果输出电流i。ut(t)具有大于I1的最大正值I2，那么电压uCK⑴必须在低于U1的恒定值U2处开始。即，在这种情况下(对于一给定频率的循环程序)，必须在较早 (即，tb之前)的时间点、处开始输出电流i。ut(t)的逆转；同时，二极管Din将启动能量向恢复电容器Ck的输入。因此，在恢复电容器的电压Ura(t)达到峰值之前，恢复电容器 Ce将接收更多的能量。在达到峰值电压之后，晶体管开关Sot允许能量离开恢复电容器Ck 并且送入负载130中。在(t。之后的)时间点td处，晶体管开关Sott被控制在断开的状态， 并且恢复电容器Ck上的电压Ura(t)大概保持为U2。现在返回看图3b，能量流动控制装置Din和Squt优选地设置在开关模块111内，其中第一流动控制装置Din与第二流动控制装置Sot并联连接。这种设计能够非常直接地控制能量向恢复电容器Ck的流入和能量从恢复电容器Ck的流出。更优选地，开关模块111与恢复电容器Ck串联连接。如果总线105在第一线+和第二线-中的至少一个中包括扼流圈Ls (如图北中所示)，那么这同样有利。扼流圈Ls配置成抑制总线105上的电压纹波，从而提高从逆变器传送的功率的质量。此外，最好使用特定的启动程序，以便在恢复电容器Ck上建立充足的电压ura(t)。 这可包括执行第一次数的输出电流i。ut(t)的逆转，而不将能量反馈给负载130，或者在开始焊接操作时，使总线105短暂地短路。图如示出了根据本发明第二实施例的逆变器的方框图，以及图4b为相应的电路图。在该实施例中，DC电源100具有总线105，该总线105包含第一线+、第二线-以及中心点线0。第一线+具有第一电压电平，第二线-具有第二电压电平，以及中心点线0 具有位于第一电压电平与第二电压电平之间的电压电平(即零或接地电压)。与上述相似，包括一个桥式电路120。然而，此处，逆变器分别具有两个整流电路 IlOa和110b。这两个整流电路的作用如以上参照图北所述，每个电路IlOa和IlOb可具有与电路110相同的构造。第一整流电路IlOa具有连接到第一节点A的第一极pla和连接到中心点线0的第二极p2a。第二整流电路IlOb具有连接到中心点线0的第一极plb和连接到第二节点B的第二极p2b。第一节点A进一步连接到第一线+，第二节点B进一步连接到第二线_。在本发明的第二实施例中，桥式电路120包括两个主开关模块Sl和S2，这两个开关模块Sl和S2分别以半桥构造设置在第一和第二节点A和B之间。主开关模块Sl和S2 配置成以交替的方式被控制，使得第一主开关模块Sl使输出电流i。ut沿第一方向流过负载130(与图4b中的箭头相反)，第二主开关模块S2使输出电流i。ut沿第二方向流过负载 130(如图4b中的箭头所示)。图fe示出了根据本发明的第三实施例的逆变器的方框图，以及图恥示出了相应的电路图。此处，与上述相似，DC电源100具有总线105，该总线105设置成将功率从DC电源100中送到负载130中，该负载130与总线电连接。桥式电路120连接到总线105，桥式电路120又分别与第一整流电路IlOa和第二整流电路IlOb相连接。桥式电路120可包括全(H-)桥(与以上参照图3a和北所述的第一实施例相比较)，或者包括半桥(与以上参照图如和4b所述的第二实施例相比较)。因此，在图恥中同样以方框的形式表示桥式电路120。分别从图北和图4b中所示的本发明的第一和第二实施例中显然可见该电路的其他配置。如果桥式电路120包括全(H-)桥，那么总线105仅仅包括第一线+和第二线_。然而，如果桥式电路120包括半桥，那么总线105也包括中心点线0，如图fe和图恥中用虚线所示的。无论如何，整流电路IlOa和IlOb均设置在桥式电路120的第一节点A和第二节点B之间。第一整流电路IlOa和第二整流电路IlOb也反并联地设置在负载130上。这就表示第一整流电路IlOb具有连接到第一节点A的第一极plb和连接到第二节点B的第二极p2b。第一整流电路IlOb配置成当输出电流i。ut具有通过负载130的第一流向时(与图 5b中的箭头相反)，储存来自负载130的能量，并且当输出电流i。ut具有通过负载130的第二流向时(如图恥中的箭头所示)，将能量反馈给负载130。另一方面，第二整流电路IlOa 具有连接到第二节点B的第一极pla和连接到的第一节点A第二极p2a。因此第二整流电路1 IOa配置成当输出电流i。ut具有通过负载130的第二流向时，储存来自负载130的能量， 并且当输出电流i。ut具有通过负载130的第一流向时，将能量反馈给负载130。第一整流电路IlOb配置成在储存阶段期间将来自负载130的能量储存在第一恢复电容器CKb中，以及在反馈阶段期间将能量从该电容器反馈到负载130。经由第一开关模块Illb来控制能量向第一恢复电容器CKb的送入以及能量从该第一恢复电容器CKb的取出。 优选地，第一开关模块Illb包括配置为允许将能量储存在第一恢复电容器CKb中的第一流动控制装置Drab以及配置成使储存在第一恢复电容器CKb中的能量送入负载130中的第二流动控制装置SOTb。第二整流电路IlOa配置成在储存阶段期间将来自负载130的能量储存在第二恢复电容器CKa中，以及在反馈阶段期间将能量从该电容器反馈到负载130中。经由第二开关模块Illa来控制能量向第二恢复电容器Cto的送入以及能量从该第二恢复电容器CKa的取出。优选地，第二开关模块Illa包括配置为允许将能量储存在第二恢复电容器 CEa中的第三流动控制装置Draa以及配置成使储存在第二恢复电容器CKa中的能量送入负载 130中的第四流动控制装置SQUTa。要注意的是，与第一和第二实施例相比，本发明的第三实施例有一定程度的劣势。 艮口，根据第三实施例的设计，不能将储存在任何扼流圈Lsa和/或Lsb中的能量反馈到负载 130中，相反，该能量将以热量的形式损失。与图3a中所述的本发明的第一实施例相似，根据第二和第三实施例的逆变器可包括分别如图如和如所示的控制单元140，或者与该控制单元140相关联。控制单元140 配置成从DC电源100、整流电路1 IOa和1 IOb以及桥式电路120接收至少一个测量信号叫、 mia、mib和mm。测量信号Hipmi^mib和mm反映了逆变器的当前状态。响应于测量信号π^π^、 1 和mm，控制单元140生成一组针对DC电源100、整流电路IlOa和IlOb以及桥式电路120 的控制信号Cl、cJa, cJb和cn，以用于控制逆变器的行为。优选地，控制单元140包括储存软件的存储器模块M,或者与该存储器模块M相关联，用于根据下面要描述的原理控制逆变器 (即，基本上接收测量信号mi、mia、mib和mm并产生控制信号Cl、Cja、Cjb和cn)。优选地，在本发明的上述实施例中，在如图4b和恥所示的第一线+和/或第二
12线-中，和/或在中心点线0(未示出)中包含扼流圈Lsa和/或Lsb。扼流圈Lsa和Lsb配置成抑制总线105上的电压纹波，从而向逆变器提供较少的噪声能量。根据本发明的又一实施例(未示出)，逆变器包括至少两个整流电路110，这两个整流电路Iio在总线105上彼此并联连接，即根据逆变器的设计，在第一节点A和第二节点 B之间，或者分别在第一节点A和中心点线0之间以及在中心点线0和第二节点B之间。每个整流电路110在此适于处理相应的能量范围。因此，第一整流电路可用于最高达第一阈值的能量水平；第二整流电路可用于第一阈值和第二阈值之间的能量水平，依此类推。艮口， 仅仅可针对电流和/或负载电感的一定范围来优化恢复电容器Ck的给定尺寸。然而，若具有大量并联整流电路110(每个电路具有不同的特征)可供选择，则针对多种负载和电流状况可使用一种逆变器。为了进行概括，我们现在参看图7中的流程图描述根据本发明的方法。具体而言， 该方法涉及调谐恢复电容器电压u。K(t)，使得恢复电容器Ck在没有由于过充电而造成部件损坏的风险的前提下储存最大量的能量。即，这就造成将最大可能的能量反馈给负载130。第一步骤710在循环程序的一阶段期间测量恢复电容器Ck上的电压。优选地，连续(或者至少重复地)测量电压，并且记录峰值。然后步骤720检查步骤710中所测量的电压是否小于设定极限电平，该设定极限电平表示恢复电容器Ck上的最大允许电压。步骤 720可在循环程序的给定阶段之后执行，或者在该阶段期间重复地执行。如果步骤720发现恢复电容器Ck上的电压小于所设定的极限电平，那么继续步骤 730。步骤730控制能量流动控制装置以使与循环程序的先前阶段中所储存的能量相比更多的能量储存在恢复电容器Ck内。在图6a中，这等同于在稍早(比t。或td早)的时间点经由第二流动控制装置Sot中止从恢复电容器Ck中送出能量，使得正弦峰的右侧的恒定电压电平Ua^a)或Uai_2(t)变得高于其左侧的恒定电压电平。如果步骤720发现恢复电容器Ck上的电压不小于设定极限电平(即，对最大可接受的电压没有足够的余量)，那么继续步骤740。步骤740控制能量流动控制装置以使与循环程序的先前阶段中所储存的能量相比更少的能量储存在恢复电容器Ck内。在图6a中， 这等同于经由第二流动控制装置Sot继续从恢复电容器Ck中送出能量，直到稍后(在t。或 td之后)的时间点为止，使得正弦峰的右侧的恒定电压电平Ua^a)或Uai_2(t)变得低于其左侧的恒定电压电平。在步骤730或740之后，程序循环回到步骤710。优选地，如果步骤720发现恢复电容器Ck上的电压等于设定极限电压，那么该方法包括在循环程序的后续阶段，控制能量流动控制装置以从恢复电容器(^取出一定量的能量，该能量的量据估计等于在循环程序的先前阶段中从恢复电容器Ck中取出的能量的量。 在图6a中，这等同于在tc或td处，经由第二流动控制装置Sott中止从恢复电容器Ck中送出能量，使得正弦峰的右侧的恒定电压电平Ua^a)或Uai_2(t)等于其左侧的恒定电压电平。 这对于电感接近零或者电感与负载130的电感相比可忽略的扼流圈LS、LSA和Lsb是有效的。上面参照图7中所描述的所有处理步骤，以及步骤的任何子序列，可由编程的计算机设备控制。而且，虽然上面参照附图所述的本发明的实施例包括计算机设备和在计算机设备中执行的处理，但是本发明也由此延伸至计算机程序，尤其是适于实现本发明的载体上或载体内的计算机程序。该程序可采用源代码的形式、目标代码的形式、介于源代码和目标代码中间的代码的形式(比如部分编译的形式)或者任何其他适用于实现根据本发明的处理的形式。该程序可为操作系统的一部分或者单独的应用程序。载体可为能够承载该程序的任何实体或装置。比如，载体可包括存储介质、比如闪存、ROM(只读存储器)、比如 DVD (数字视频/通用磁盘)、CD (压缩光盘)或半导体R0M、EPR0M(可擦除可编程只读存储器)、EEPR0M(电可擦除可编程只读存储器)、或磁记录介质，比如软盘或硬盘。而且，载体可为可传播的载体，比如可经由电缆或光缆或者用无线电或其他手段传输的电或光信号。程序体现为可由线缆或其他装置或设备传输的信号中时，载体可由这种线缆或装置或设备构成。或者，载体可为嵌有程序的集成电路，该集成电路适于执行相关的处理，或者适于在执行相关的处理时使用。用于说明书中的术语“包括”用于说明所阐明的特征、整体、步骤或部件的存在。然而，该术语不排除一个或多个另外的特征、整体、步骤或部件或其集合的存在或补充。本说明书中对任何现有技术的应用不会而且不应视为承认或暗示所引用的现有技术在澳大利亚或任何其他国家构成公知常识的一部分。本发明不限于图中所描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由变化。
权利要求
1.一种逆变器，用于将交变电流(i。ut)提供给包含焊接电路的负载(130)，该逆变器包括至少一个整流电路(110 ；110a、110b)，配置成从DC电源(100)接收功率；在循环程序的储存阶段期间，从所述负载(130)中的感应元件接收能量，并且在所述循环程序的反馈阶段期间，控制向所述负载(130)的能量反馈；所述至少一个整流电路(110 ；IlOaUlOb) 中的每个整流电路包括恢复电容器(Ck ；CKa、CEb)和能量流动控制装置(Din、Sout ;DINa、SQUTa、 DINb、SQUTb)，所述能量流动控制装置(Din、Squt ；DINa,S0UTa,DINb,S0UTb)配置为控制能量向所述恢复电容器(CK;CKa、CKb)的储存和能量从所述恢复电容器(CK;CKa、CKb)的取出；以及连接到该整流电路(110)的桥式电路(120)，所述桥式电路(120)配置成将该交变电流 (i。ut)传送至所述负载(130)，所述桥式电路(120)连接到总线(105)，该总线(105)输送来自所述DC电源(100)的功率，并且所述总线(105)电连接到所述负载(130)，其特征在于，所述至少一个整流电路(110;110a、110b)是具有第一极(pi ;pla ；p2a ； plb)和第二极(p2 ；pla ；p2b)的双极整流电路，该第一极(pi ；pla ；p2a ；plb)连接到第一节点(A)，该第二极(p2 ；pla ；p2b)连接到第二节点(B)；并且所述至少一个整流电路(110 ； IlOaUlOb)设置成直接经第一节点和第二节点(A;B)或者以经由桥式电路(120)的方式经第一节点和第二节点(A ；B)从所述负载(130)接收能量并向所述负载(130)反馈能量。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述能量流动控制装置(Din、Squt;DINa、SQUTa、DINb、 Souib)设置在开关模块(111 ；IllaUllb)中，所述能量流动控制装置(DIN、Sout ；DINa, S。UTa、DlNb、S0UTb)第一流动控制装置(Din ；DINa, DINb)，配置为允许将能量储存在所述恢复电容器(Ck ；CKa、 CEb)中，以及第二流动控制装置(Sott ；S0UTa, SOTTb)，配置为使储存在所述恢复电容器(Ck ；CKa、CEb)中的能量送入所述负载(130)。
3.根据权利要求2所述的逆变器，其中所述开关模块(111；IllaUllb)与所述恢复电容器(Ce ；CEa, CEb)串联连接。
4.根据权利要求3所述的逆变器，其中所述第一流动控制装置(Din5Dd^Drab)与所述第二流动控制装置(SQUT;SQUTa、SQmb)并联连接。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的逆变器，其中所述第二流动控制装置(Sott； S0UTa> S0UTb)可响应于控制信号(Cj ；cJa, cJb)进行控制。
6.根据权利要求5所述的逆变器，其中所述第一流动控制装置(Din5Dd^Drab)包括二极管。
7.根据权利要求5或6所述的逆变器，其中所述第二流动控制装置(Sott；S0UTa,S0UTb)包括晶体管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器，其中所述桥式电路(120)包括以全桥构造设置在所述第一节点(A)和所述第二节点(B)之间的四个主开关模块(S1、S2、S3、S4)； 所述主开关模块配置为以成对交替的方式来控制，使得所述主开关模块中的第一对(Si、 S2)配置为使所述输出电流(i。ut)沿第一方向流过所述负载(130)，并且所述主开关模块的第二对(S3、S4)配置为使所述输出电流(i。ut)沿第二方向流过所述负载(130)，所述第二方向与所述第一方向相反。
9.根据权利要求1到7中任一项所述的逆变器，其中所述总线(105)包括中心点线 (0)，所述中心点线(0)具有在第一线⑴的第一电压电平与第二线㈠的第二电压电平之间的电压电平，所述逆变器包括第一整流电路(110a)，具有连接到所述第一节点(A)的第一极(Pla)和连接到所述中心点线(0)的第二极(p2a),^P第二整流电路(110b)，具有连接到所述中心点线(0)的第一极(plb)和连接到所述第二节点(B)的第二极(p2b)，以及所述桥式电路(120)包括以半桥式构造设置在所述第一节点(A)和所述第二节点(B) 之间的两个主开关模块(Si、S2)；所述主开关模块配置为以交替的方式来控制，使得所述第一主开关模块(Si)配置为使所述输出电流(i。ut)沿第一方向流过所述负载(130)，并且第二主开关模块(S》配置为使所述输出电流(i。ut)沿第二方向流过所述负载(130)，所述第二方向与所述第一方向相反。
10.根据权利要求1到7中任一项所述的逆变器，包括反并联地设置在所述负载(130) 上的第一整流电路(IlOa)和第二整流电路(110b)，其中所述第一整流电路(IlOb)具有连接到所述第一节点(A)的第一极(plb)和连接到所述第二节点(B)的第二极(p2b)，所述第一整流电路(IlOb)配置成当所述输出电流(i。ut) 具有通过所述负载(130)的第一流向时，储存来自所述负载(130)的能量，并且当所述输出电流(i。ut)具有通过所述负载(130)的第二流向时，将能量反馈给所述负载(130)；并且第二整流电路(IlOa)具有连接到所述第二节点(B)的第一极(pla)和连接到所述第一节点(A)的第二极(ph)，所述第二整流电路(IlOa)配置成当所述输出电流(i。ut)具有通过所述负载(130)的所述第二流向时，储存来自所述负载(130)的能量，并且当所述输出电流(i。ut)具有通过所述负载(130)的所述第一流向时，将能量反馈给所述负载(130)，所述第二流向和所述第一流向相反。
11.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器，其中所述总线(10 包括配置成抑制所述总线(105)上的电压纹波的至少一个扼流圈(Ls ；Lsa, LJ0
12.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器，包括至少两个整流电路(110)，所述至少两个整流电路(110)彼此并联地连接在所述第一节点(A)和所述第二节点(B)上，所述至少两个整流电路(110)中的每个整流电路适于处理相应的能量范围。
13.—种控制逆变器的方法，所述逆变器用于将交变电流(i。ut)提供给包含焊接电路在内的负载(130)，所述逆变器包括至少一个整流电路(110 ;110a、110b)和桥式电路 (120)，连接到用于输送来自DC电源(100)的功率的总线(105)上；所述至少一个整流电路 (110 ；IlOaUlOb)配置为从所述DC电源(100)接收功率，在循环程序的储存阶段期间从所述负载(130)中的感应元件接收能量，并且在所述循环程序的反馈阶段期间控制向所述负载(130)的能量反馈；所述至少一个整流电路(110 ；IlOaUlOb)中的每个整流电路包括恢复电容器(CK;CKa、CKb)和能量流动控制装置(Din、Sott ； ANa、SOTTa、DINb、SOTTb)，能量流动控制装置用于控制能量向所述恢复电容器(CK;CKa、CEb)的储存和能量从所述恢复电容器(CK;CKa、 CEb)的取出，其特征在于在所述循环程序的一个阶段，测量所述恢复电容器(cK;cKa、CEb)上的电容器电压(UCR (t)),对照设定极限电平(ura__g)检查所述电容器电压(1 (t))，所述设定极限电平(U。K__g) 表示一低于所述恢复电容器(CK;CKa、CKb)上的最大允许电压(UCK_max)的电压，如果所述电容器电压0 (t))小于所述设定极限电平(Ura__g)，那么在所述循环程序的后续阶段，控制所述能量流动控制装置(Din、Sout ;DINa、SOTTa、DINb、S0UTb)以从所述恢复电容器(CK;CKa、CEb)取出一定量的能量，所述能量的量据估计小于在测量所述电容器电压 (uCE(t))的阶段之前的阶段取出的能量的量，以及如果所述电容器电压0 (t))大于所述设定极限电平(Ura__g)，那么在所述循环程序的后续阶段，控制所述能量流动控制装置(Din、Sout ;DINa、SOTTa、DINb、S0UTb)以从所述恢复电容器(CK;CKa、CEb)取出一定量的能量，所述能量的量据估计大于在测量所述电容器电压 (uCE(t))的阶段之前的阶段取出的能量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，如果所述电容器电压(U。K(t))等于所述设定极限电平(Ura__g)，那么所述方法包括在所述循环程序的后续阶段，控制能量流动控制装置(Din, Sout ;DINa、SQUTa、DINb、Somb)以从所述恢复电容器(Ce ；CKa、CEb)取出一定量的能量，所述能量的量据估计等于在测量所述电容器电压α^α))的阶段之前的阶段取出的能量。
15.一种可载入计算机的内存(M)中的计算机程序，当该程序在所述计算机上运行时， 包括用于控制根据权利要求13或14中任一项所述的步骤的软件。
16.一种计算机可读介质(M)，具有记录在其上的程序，其中将该程序载入计算机内时，该程序使得所述计算机控制根据权利要求13或14中任一项所述的步骤。
全文摘要
逆变器将交流电流交变电流(iout)提供给包含焊接电路的负载(130)。逆变器包括连接到总线的至少一个整流电路(110)和桥式电路(120)，该总线输送来自DC电源(100)的功率。该总线还经由桥式电路(120)电连接到负载(130)。所述至少一个整流电路(110)从DC电源(100)接收功率；在循环程序的储存阶段期间，从负载(130)中的感应元件接收能量，并且在循环程序的反馈阶段期间，控制向负载(130)的能量反馈。至少一个整流电路(110)为具有第一极(p1)和第二极(p2)的双极整流电路，第一极(p1)连接到第一节点(A)，第二极(p2)连接到第二节点(B)。至少一个整流电路(110)设置成经由第一和第二节点(A；B)、直接地或通过桥式电路(120)从负载(130)接收能量并且将能量反馈给负载(130)。至少一个整流电路(110)中的每个整流电路内的能量流动控制装置(DIN、SOUT)控制能量向所提及的整流电路(110)中的恢复电容器(CR)的储存和能量从该电容器的取出。桥式电路(120)将交变电流(iout)输送给负载(130)。
文档编号H02M5/458GK102484429SQ200980161281
公开日2012年5月30日 申请日期2009年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者P·安德森, R·卡尔森, 丹·温斯曼 申请人:依赛彼公司