文所详述的，通常地，焊接电源的输出电流包括对应于目标输出电流指令值的平均值，以及取决于该平均值的脉动峰间值。对于某些平均输出电流低的过程，存在这样的可能性:电流纹波的下限值变为零，并且输出电流是不连续的。当在焊接操作中实现这样的可能性时，可能发生电弧中断。所述数字PWM控制器可通过允许基于所选择的焊接过程和/或输出电流值修改切换频率来减少或消除这种可能性。例如，在低电流GTAW过程中，切换频率可以两倍或三倍于较高电流过程的切换频率增加，以便降低峰间值脉动成分，从而允许低的平均输出电流而不会出现不连续的输出电流情况。此外，数字PWM控制器可被配置为允许电源半导体开关的切换频率针对特定的焊接程序或当在特定的输出电流强度操作时选择性地减少。例如，在高输出电流值或在诸如FCAW或CAC的焊接过程中，期望的是，数字控制器减少半导体开关的切换频率以减少切换损耗。
[0095]更进一步，数字PffM控制器可配置为设置占空比的范围的下限和/或上限，该范围取决于操作状态(例如焊接过程，输出电流值，或电压值)。例如，在动态焊接状态下，期望的是，控制占空比至预设上限值(例如，D_#= 0.9)以便提供输出电流或电压的快速动态响应。然而，期望的是，限制占空比至下限值(如，D_g/j、= 0.5)用于稳定状态操作，以便限制焊接电源的最大持续输出，从而减少功率部件的热应力。
[0096]此外，数字控制器可被配置为基于预定的输出电流、预定输出电压状态、或已选择的焊接程序选择性地跳过切换周期。例如，当占空比足够低以至于趋近于栅极驱动传送延迟时间时，数字控制器可在低电流和电压期间跳过一个或多个切换周期，因此很难准确控制输出。可选择地，数字控制器可执行控制方法，在该方法中脉冲宽度(例如，“开启”部分)依据控制系统的要求变化直至脉冲宽度到下限值。超出该下限度之后，数字控制器可执行频率调节。
[0097]此外，数字控制器的实施例可被配置为基于可影响总控制回路增益或响应的各种因素(例如，焊接电缆电感和/或电阻，弧阻抗，母线电压等)来修改占空比增益或系数项(例如，K1-K5)。例如，所述数字控制器可基于所计算出的等效弧阻抗，所选择的焊接程序，目标或指令输出电流值等来修改K4或K5的值。事实上，所述数字控制器可修改补偿功能或控制回路系统的各种其它因子或系数以便为各种的操作状态改进控制回路。
[0098]尽管在此仅示出和描述了本发明的某些特征，本领域的技术人员会想到许多修改和改变。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在涵盖落入本发明实质内的所有这种修改和改变。
【主权项】
1.焊接电源，包括:电源转换电路，所述电源转换电路包括一个或多个电源半导体开关，其中电源转换电路被配置为从主电源接收电能和在开启配置和关闭配置间切换所述一个或多个电源半导体开关以便将所接收的电能转换为焊接输出；以及 脉冲宽度调制(PffM)数字控制器，其包括栅极驱动电路，所述栅极驱动电路被配置为产生控制所述一个或多个电源半导体开关的切换的脉冲宽度调制输出信号，所述脉冲宽度调制输出信号包括考虑母线电压上的一个或多个变量的占空比项，其中所述占空比项包括取决于焊接电源的输出电压的项。2.根据权利要求1所述的焊接电源，其中对占空比项校正指令电流值和实际输出电流值之间的差。3.根据权利要求2所述的焊接电源，其中当焊接电流输出和/或焊接电压输出是在预设的有界范围内时，对占空比项进一步校正指令电流值与实际输出电流值间的稳态误差。4.根据权利要求1所述的焊接电源，其中通过下降项校正占空比项，所述下降项校正焊接电源的非理想传输功能。5.根据权利要求1所述的焊接电源，其中对占空比项校正取决于电流或电能的损耗，所述损耗包括二极管压降、电源半导体损耗、以及漏感中的至少一个。6.根据权利要求1所述的焊接电源，其中对占空比项进一步校正与所述一个或多个电源半导体开关相关的电路中的栅极驱动延迟。7.根据权利要求1所述的焊接电源，其中电源转换电路包括斩波电路，所述斩波电路被配置为利用线频变压器将AC线电压转换为焊接电压和焊接电流。8.用于开关式焊接电源的数字脉冲宽度调制(PffM)控制器，被配置为: 确定开关式焊接电源的输出电压项； 计算开关式焊接电源的可变母线电压项； 计算比例误差项，所述比例误差项校正指令电流值与焊接电源的实际输出电流值间的差；以及 通过将所确定的输出电压项、所计算出的可变母线电压项和比例误差项结合来计算占空比项。9.根据权利要求8所述的数字控制器，其被进一步配置为计算解耦项，所述解耦项校正与一个或多个电源半导体开关相关的电路中的栅极驱动延迟，和配置为通过将所确定的输出电压项、所计算出的可变母线电压项、比例误差项和解耦项结合来计算占空比项。10.根据权利要求8所述的数字控制器，其被进一步被配置为计算积分项，所述积分项校正指令电流值与实际输出电流值间的稳态误差，和配置为通过将所确定的输出电压项、所计算出的可变母线电压项、比例误差项、以及积分项结合来计算占空比项。11.根据权利要求8所述的数字控制器，被进一步配置为基于所计算出的占空比项将脉冲宽度调制控制信号输出给所述一个或多个电源半导体开关。12.根据权利要求8所述的数字控制器，被进一步配置为计算考虑焊接电源的非理想传输功能的下降项，以及配置为通过将所确定的输出电压项、所计算出的可变母线电压项、比例误差项、以及下降项结合来计算占空比项。13.焊接电源，包括: 电源转换电路，所述电源转换电路包括一个或多个电源半导体开关，其中电源转换电路被配置为从主电源接收电能和在开启配置和关闭配置间切换所述一个或多个电源半导体开关以便将所接收的电能转换为焊接输出；以及 脉冲宽度调制(PWM)数字控制器，其被配置为在电流和/或电压波形的一个周期内在近似等于电流和/或电压波形的平均值的触发位处对电流和/或电压波形进行采样，所述电流和/或电压波形的平均值根据在电流和/或电压波形的之前周期内所获得的数据来确定，以及被配置为基于电流和/或电压的样本值计算控制所述一个或多个电源半导体开关的切换的脉冲宽度调制输出信号，其中触发位近似等于所述一个或多个电源半导体开关的切换周期的“关闭”部分的中点或“开启”部分的中点。14.根据权利要求13所述的焊接电源，其中所述脉冲宽度调制数字控制器进一步被配置为一旦电源半导体开关每一次切换周期，重新计算触发位。15.根据权利要求13所述的焊接电源，其中所述脉冲宽度调制数字控制器被进一步配置为，一旦所述一个或多个电源半导体开关每一次切换周期，在切换周期的“关闭”部分的近似中点之后，更新脉冲宽度调制输出信号。16.焊接电源，包括: 电源转换电路，所述电源转换电路包括一个或多个电源半导体开关，其中电源转换电路被配置为从主电源接收电能和在开启配置和关闭配置间切换所述一个或多个电源半导体开关以便将所接收的电能转换为焊接输出；以及 脉冲宽度调制(PWM)数字控制器，其连接于电源转换电路并被配置为通过计算输出电压项来计算用于控制所述一个或多个半导体开关的切换的占空比项，其中，所述脉冲宽度调制数字控制器进一步被配置为通过计算解耦项来计算所述占空比项，所述解耦项被配置为校正与所述一个或多个电源半导体开关相关的电路中的栅极驱动延迟。17.根据权利要求16所述的焊接电源，其中所述电源转换电路包含逆变式电源，所述逆变式电源包含正向电路、全桥逆变器、半桥逆变器、以及回扫电路中的至少一个。18.根据权利要求17所述的焊接电源，其中，所述电源转换电路进一步包括预调制电路。19.根据权利要求16所述的焊接电源，其中，所述电源转换电路包括斩波电路，所述斩波电路被配置为利用线频变压器将AC线电压转换成焊接电压和焊接电流。20.根据权利要求16所述的焊接电源，其中所述脉冲宽度调制数字控制器被配置为通过计算积分项来计算占空比项，所述积分项被配置为校正指令电流值与实际输出电流值间的稳态误差。21.根据权利要求20所述的焊接电源，其中所述脉冲宽度调制数字控制器被配置为通过计算误差项来计算占空比项，所述误差项被配置为校正指令电流值与实际输出电流值间的差。22.根据权利要求16所述的焊接电源，其中，所述脉冲宽度调制数字控制器被配置为将占空比项限制为预设最小值与预设最大值中的至少一个。23.根据权利要求16所述的焊接电源，其中，所述脉冲宽度调制数字控制器进一步被配置为通过计算可变的延迟项来计算占空比项，所述可变的延迟项被配置为校正电源转换电路的高频变压器中的漏感。
【专利摘要】焊接电源包括电源转换电路，所述电源转换电路适于接收主电源，适于采用一个或多个电源半导体开关斩波主电源，以及适于将斩波式电源转换成所提供的焊接输出。所提供的焊接电源包括脉冲宽度调制(PWM)数字控制器，所述脉冲宽度调制数字控制器包括栅极驱动电路，所述栅极驱动电路可产生控制一个或多个电源半导体开关切换的PWM输出信号。所述PWM输出信号包括校正焊接系统中一个或多个电源误差的占空比项。
【IPC分类】H02M3/157
【公开号】CN105337501
【申请号】CN201510824488
【发明人】伯纳德·J.·沃格尔
【申请人】伊利诺斯工具制品有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2010年6月1日
【公告号】CA2764309A1, CA2764309C, CN102804578A, CN102804578B, EP2438672A1, US8455794, US8653413, US8884188, US9144856, US20100308026, US20130256290, US20140158670, US20150053661, US20150375328, WO2010141431A1