专利名称：用于运行电阻焊接装置的方法
技术领域：
本发明说明按独立权利要求所述的一种用于运行电阻焊接装置的方法以及一种作为这样的电阻焊接装置的电阻焊接装置。
背景技术：
在用直流电进行电阻焊接时，要求很高的可能处于数千安培的范围内的电流。为了产生这些电流，通常使用变压器，所述变压器在初级侧借助于全桥来触发并且在次级侧借助于二极管整流器来向焊接钳供给电流。二极管整流器的使用具有这样的缺点，即由于二极管的导通电阻而出现了较高的损耗功率。
发明内容
本发明的任务在于，说明一种电阻焊接装置和一种用于运行这种电阻焊接装置的方法，借助于所述方法相对于从现有技术中知道的解决方案明显改进整个装置的系统性倉泛。为此目的，本发明提出一种新颖的用于向电阻焊接装置供给电流的方法。所述电阻焊接装置尤其包括一个具有第一及第二次级绕组的电焊变压器。这两个次级绕组彼此进行磁性的耦合。另外包括一个初级绕组，该初级绕组与所述两个次级绕组进行了磁性的耦合。此外存在一个同步整流器，该同步整流器包括第一和第二整流器支路，这两条支路分别借助于所述第一及第二次级绕组来连接并且向第一及第二焊接电极供给焊接电流。所述同步整流器按本发明借助于半导体开关元件优选借助于场效应晶体管在使用触发装置的情况下来如此触发，使得布置在所述整流器支路中的开关元件在所述初级绕组上进行极性更换的过程中一起保持接通的状态，使得在所述焊接电极上所要求的焊接电流可以换向。换向这个概念是指焊接电流在两条整流器支路之间的转变(焊接电流换向)。根据初级电压，焊接电流至少必须一半首先换向到相应另一条整流支路上，从而可以传输用于进行焊接的能量。借助于所述半导体开关元件，与已知的具有较高的导通电阻的二极管整流器相比实现损耗功率的降低。由于可以将多个半导体开关元件并联布置在所述同步整流器支路中而可以接通高达15kA或者更高的电流，其中所述损耗功率相对于二极管整流器降低了大约 70%o在初级侧设置了全桥。所述全桥为此比如可以包括IGBTs (绝缘栅门极晶体管)，所述IGBTs彼此连接为一条桥式电路。所述初级绕组布置在两条桥臂之间，并且借助于晶体管的相互的触发来得到电流的加载。借助于这种处理方式，在进行主动的能量传输的过程中实现损耗功率的降低并且在次级电流的换向的过程中提供较高的电压。这又引起这样的结果，即提高主动的能量传输时间并且由此也改进系统性能。优选在使用代表着初级电流阈值的数值的情况下由所述触发装置来将实际上在运行过程中出现的初级电流与所述初级电流阈值进行比较。所述半导体开关元件根据比较的结果来切换。由此可以识别换向过程的结束并且由此可以进一步提高系统性能。在换向过程结束时，所述两个开关元件中的仅仅一个开关元件也还可以保持接通的状态。为此需要的开关指令通过所述初级电流阈值的检测来产生。所述初级电流阈值可以处于70%到100%的范围内。在所述电焊变压器上优选布置了磁场传感器。该磁场传感器的信号由所述触发装置来分析，从而也在使用分析结果的情况下切换所述开关元件。借助于所述磁场传感器，而后同样可以向换向过程施加影响并且可以进一步提高系统性能。不仅所述第一而且所述第二整流器支路的组件都优选构造为对称的结构。借助于所述电焊变压器的次级侧的中间抽头来将所述同步整流器连接到两部分的次级电路上。所述第一和第二整流器支路的触发借助于基本上对称的脉冲来进行。这种对称的构造能够实现均匀的磁化，这有利地影响着能量传输和系统性能。所述触发装置包括控制逻辑电路、设有比较器的电流检测机构以及门电路。这二者如此共同作用，从而产生对于触发来说必需的脉冲。这种解决方案的优点是能够实现一种非常紧凑的装置。所述触发优选借助于所集成的开关电路或者借助于分立的构件来进行。所述触发装置也可以借助于微型控制器来实现。它也可以集成到电焊变压器中。在使用微型控制器的情况下，也可以在没有额外的外部的接头的情况下实现所述触发装置。本发明也包括一种具有电焊变压器的电阻焊接装置，所述电阻变压器则包括第一和第二彼此相耦合的次级绕组以及初级绕组和同步整流器。所述同步整流器包括第一及第二整流器支路。所述整流器支路能够相应地借助于所述第一及第二次级绕组来触发。同样设置了一种用于按照上面提到的方法特征之一来实施所述电阻焊接装置的运行的触发装置。这样一种电阻焊接装置在次级电路中具有降低了的无效时间并且由此与已知的解决方案相比具有得到改进的系统性能。优选同样包括一种电流调整机构，该电流调整机构借助于在所述初级绕组的初级电路中或者在所述次级绕组的次级电路中检测到的电流来运行。这能够对所述次级电路中的过程进行精确的调整并且额外地积极地影响着系统性能。优选所述整流器支路的触发用处于IkHz到20kHz的范围内尤其处于IkHz到IOkHz之间的范围内的频率来实现。对于这些频率范围来说已经获得最佳的结果。
图1是按本发明得到优化的整流器的构造；
图2是所使用的脉冲的单个的时间范围；并且 图3是所述触发装置的详细图。
具体实施例方式图1示出了全桥连同同步整流器。这二者安装在电阻焊接设备(未示出)中。所述全桥在左边示出，它包括两条桥臂。这两条桥臂处于直流电压(未示出)上。每条桥臂包括两个构造为IGBTs的形式的开关Q1、Q4和Q2、Q3。所述IGBTs借助于脉冲序列来触发。在所述装置的桥臂中有所述电焊变压器的初级绕组4a。在图1的右侧示出了所述同步整流器。这个同步整流器包括所述电焊变压器的两个次级绕组4b和4c。这两个绕组4b、c串联并且拥有中间抽头。在这种实施例中，在所述中间抽头上连接着相应的焊接电极5a，该焊接电极在焊接过程中应该具有正电位(+ )。在这种实施例中(在所述中间抽头上是正电位)，在相应的其它的接头上连接着在焊接过程中应该具有负电位(_)的焊接电极5b o在所述两个焊接电极5a、b之间可以布置工件6，所述工件可以借助于按本发明的电阻焊接法来彼此相连接。为了触发所述焊接电极5a、b，此外在所述同步整流器的支路中有场效应晶体管Q5、Q6，所述同步整流器的支路借助于按本发明的脉冲序列(参见图2)来产生。 图2描绘了脉冲时间范围。范围1:初级电压Uprim是正的。在变压器次级绕组中，电流Isek从所述第一支路换向到所述第二支路。在此接通两个场效应晶体管Q5、Q6，用于降低功率。在所述时间段I的末尾，对于电流阈值的大约90%来说切断所述场效应晶体管Q5并且电流换向到与所述场效应晶体管Q5平行定向的空载二极管。这虽然以较高的正向电压来进行，但是以合理的较小的功率来进行，因为电流很小。范围I1:初级电压Uprim是正的。在所述时间段II的开始，所述次级电流Isek的到第二支路上的换向结束。由此不再有电流Isek在与Q5并联的空载二极管中流动。所述场效应晶体管Q6保持接通的状态并且继续传导焊接电流Isek。所述焊接电流根据公式Usek=L*dl/dt+I*R来上升。在这个阶段中主动地传输能量。范围II1:所述初级电压Uprim换向到所述空载二极管上并且随着所述初级的变压器电感的空载而变负。所述场效应晶体管Q5重新接通并且所述两个场效应晶体管Q5、Q6直至阶段III结束相应地承担一半的焊接电流Isek (空载阶段)。范围IV:没有预先给定初级电压Uprim。通过所述场效应晶体管Q5、Q6分别流动着一半的焊接电流Isek。输出电压Usekl由于所述场效应晶体管上面的电压降而负下降(空载阶段)。范围V:初级电压Uprim是负的。在变压器次级绕组中，电流Isek从所述第一支路换向到所述第二支路。在此接通所述两个场效应晶体管Q5、Q6，用于降低功率。在所述时间段V的末尾，对于电流阈值的大约90%来说切断所述场效应晶体管Q6并且电流换向到与所述场效应晶体管Q6平行定向的空载二极管。这虽然以较高的正向电压来进行，但是以合理的较小的功率来进行，因为电流很小。范围V1:初级电压Uprim是负的。在所述时间段VI的开始，所述次级电流Isek的到第二支路上的换向结束。由此不再有电流Isek在与Q6并联的空载二极管中流动。所述场效应晶体管Q5保持接通的状态并且继续传导焊接电流Isek。所述焊接电流根据公式Usek=L*dl/dt+I*R来上升。在这个阶段中主动地传输能量。范围VI1:所述初级电压Uprim换向到所述空载二极管上并且随着所述初级的变压器电感的空载而变正。所述场效应晶体管Q5接通并且所述两个场效应晶体管Q5、Q6直至阶段VII结束相应地承担一半的焊接电流Isek (空载阶段)。范围VII1:没有预先给定初级电压。通过所述场效应晶体管Q5、Q6分别流动着一半的焊接电流Isek。输出电压Usekl由于所述场效应晶体管上面的电压降而负下降(空载阶段)。提示:图2中的附图标记Ql到Q4连同Uprim涉及在图1中示出的桥式电路的在那里示出的IGBT’ S。因此建议在研究图2时并行地对图1进行观察。图3作为功能方框图示出了集成的或者分立的电路，所述电路不仅借助于全桥开关Ql到Q4来提供用于所述绕组的初级侧的触发的触发脉冲序列，而且提供用于对所述同步整流器的晶体管Q5和Q6进行触发的触发脉冲序列。
权利要求
1.用于向具有电焊变压器及同步整流器的电阻焊接装置供给电流的方法，其中所述电焊变压器包括第一和第二彼此相耦合的次级绕组以及初级绕组，并且其中所述同步整流器包括第一和第二整流器支路，所述第一和第二整流器支路相应地借助于所述第一和第二次级绕组来连接并且向第一和第二焊接电极供给焊接电流，并且其中所述同步整流器借助于半导体开关元件(Q5、Q6)在使用触发装置的情况下来如此得到触发，使得布置在所述整流器支路中的半导体开关元件(Q5、Q6)在所述初级绕组上更换极性的过程中一起保持接通的状态。
2.按权利要求1所述的方法，其中在使用代表着初级电流阈值的数值的情况下由所述触发装置来将实际上在运行过程中出现的初级电流与所述初级电流阈值进行比较，并且其中所述半导体开关元件(Q5、Q6)也根据比较的结果来切换。
3.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述电焊变压器上布置了磁场传感器，该磁场传感器的信号由所述触发装置来分析，其中也在使用分析结果的情况下切换所述开关元件(Q5、Q6)。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中不仅所述第一而且所述第二整流器支路的组件都构造为对称的结构，并且其中借助于所述电焊变压器的次级侧的中间抽头来将所述同步整流器连接到所述两部分的次级电路上，其中所述第一和第二整流器支路的触发借助于基本上对称的脉冲来进行。
5.按权利要求4所述的方法，其中所述触发装置包括控制逻辑电路(31)、设有比较器(32 )的电流检测机构以及门电路(33 )，它们如此共同作用，从而产生基本上对称的脉冲。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述触发借助于集成的开关电路或者借助于分立的构件来进行。
7.具有电焊变压器的电阻焊接装置，所述电焊变压器包括第一和第二彼此相耦合的次级绕组和初级绕组以及同步整流器，其中所述同步整流器包括第一及第二整流器支路，其中所述整流器支路能够相应地借助于所述第一及第二次级绕组来触发，并且其中设置了用于按照方法权利要求1到6中任一项来实施运行的触发装置。
8.按权利要求7所述的电阻焊接装置，其中包括电流调整机构，该电流调整机构借助于在所述初级绕组的初级电路中或者在所述次级绕组的次级电路中检测到的电流来运行。
9.按权利要求8所述的电阻焊接装置，其中所述整流器支路的触发用处于IkHz到20kHz的范围内尤其处于IkHz到IOkHz之间的范围内的频率来进行。
全文摘要
本发明涉及用于运行电阻焊接装置的方法。电阻焊接装置上的功率传输并不总是最佳的。本发明涉及一种具有电焊变压器的电阻焊接装置，所述电焊变压器包括第一和第二彼此相耦合的次级绕组以及初级绕组和同步整流器。这种装置按照一种特殊的方法来运行，该方法在系统层面上对功率传输进行优化。
文档编号B23K11/24GK103170719SQ20121055772
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月21日
发明者R.肖尔茨 申请人:罗伯特·博世有限公司