具有与脉冲同步的数据采集的焊接转换器的数字控制的制作方法

本申请要求于2017年8月23日提交的美国非临时专利申请号15/684,121和于2016年8月31日提交的美国临时专利申请号62/382,040的权益，两者的公开通过引用以其全部内容并入本文。

本实施例涉及用于焊接类型电力的电源，即通常用于焊接、切割或加热的电力的电源。

背景技术：

在许多传统焊接电源中，在电源的不同构成部件之间共享数据。但是，可能不以同步方式共享数据。此外，操作事件可能在不利的时间发生。例如，用于收集实际输出电流的数据的采样事件可能在输出逆变器的接通事件期间发生，从而扰乱采样的数据的完整性和可靠性。因此，对电源的有效控制可能会受到损害。

关于这些和其他考虑因素，提供了本公开。

技术实现要素：

为了提供对本文描述的一些新颖实施例的基础理解，以下呈现了简化的概述。本概述不是广泛的综述，也不旨在标识关键/决定性要素或界定其范围。作为后文呈现的更详细的描述的前序，其唯一目的是以简化的形式呈现一些概念。

各种实施例通常可针对提供焊接电源的同步数字控制。同步可基于焊接电源的逆变器栅极脉冲。通过使同步基于逆变器栅极脉冲，采样操作、数据收集操作、数据处理操作和其他控制功能可以在有利的时间发生。特别地，这些系统操作可以在除了逆变器的接通时间以外的时间发生，从而提高同步系统操作的可靠性和完整性。

为完成上述的和相关的目的，本文结合以下描述和附图来描述某些说明性方面。这些方面指示各种方式，本文公开的原则可以以所述各种方式实施，并且其所有方面和等同物都旨在落入所要求保护的主题的范围内。当结合附图考虑时，根据以下详细描述，其他优势和新颖特征将变得清楚。

附图说明

图1说明了传统焊接电源。

图2说明了基于焊接电源的逆变器的操作的用于同步焊接电源的控制和操作的技术。

图3说明了可实现图2中描绘的同步技术的焊接系统。

具体实施方式

图1说明了传统焊接电源100。传统焊接电源100可以包括模数(a/d)转换模块102、数据收集模块104、控制模块106、脉冲宽度调制器(pwm)模块108和参考值模块110。

a/d转换模块102可接收实际电压或电流信息。a/d转换模块102可从一个或多个传感器接收指示传统焊接电源100的输出电压或输出电流的信息。a/d转换模块102可接收关于输出电流或输出电压的模拟信息，并可将该模拟信息转换为数字信息。由a/d转换模块102生成的数字信息可被提供给数据收集模块104。

数据收集模块104可以从a/d转换模块102收集信息。数据收集模块102可以积累关于传统焊接电源100的实际输出电流或输出电压的信息。数据收集模块104还可以处理关于传统焊接电源100的输出的积累的信息。例如，数据收集模块104可以对积累的数据进行过滤，或者基于任何接收的数据生成预测数据。数据收集模块104可向控制模块106提供关于传统焊接电源100的输出电流或输出电压的信息。

控制模块106可控制传统焊接电源100的操作。具体而言，控制模块106可以控制pwm模块108的操作。例如，控制模块106可以控制pwm模块108的操作，使得pwm模块108提供期望的输出信号(例如，期望的输出电流或输出电压)。控制模块106可向pwm模块108提供控制信息以控制pwm模块108的操作和输出。

控制模块106可基于由数据收集模块104提供的信息生成用于pwm模块108的控制信息。控制模块106还可以基于由参考值模块110提供的参考信息生成用于pwm模块108的控制信息。参考值模块110可以计算和/或存储与传统焊接电源100的输出相关的参考信息。例如，参考值模块110可以向控制模块106提供参考输出电流值或参考输出电压值。

随后控制模块106可将来自参考值模块110的参考信息与由数据收集模块104提供的信息进行比较，其中由数据收集模块104提供的信息可指示传统焊接电源100的当前或实际输出，而该参考信息可指示传统焊接电源100的期望输出。基于该比较，控制模块106可调整pwm模块108的操作，以驱动传统焊接电源100的输出朝向期望的参考值。以这种方式，从控制模块106向pwm模块108提供可基于实际/当前输出值和期望/参考输出值的比较的控制信息。

pwm模块108可从控制模块106接收控制信息。该控制信息可以控制pwm模块108的操作，使得可以调整传统焊接电源100的输出。pwm模块108可生成用于控制焊接电源100的下游部件(为简单起见图1中未示出)的信号，以实现对传统焊接电源100的输出电流和/或电压的改变。这些下游部件可以包括例如全桥输出逆变器的两个半部分。耦合到pwm模块108的、提供输出电流和/或电压的下游部件可以包括用于检测实际输出电压和/或电流的一个或多个传感器。然后可以如上所述将该收集的传感器信息提供给a/d转换模块102。

图1中示出的部件中的每一个都可以接收数据或信息和/或将数据或信息传递给传统焊接电源100的一个或多个其他部件。在许多传统系统中，部件的操作不同步。例如，在部件之间传递和接收信息可能不是协调的。缺乏同步和/或协调可能导致部件的操作事件在不利的时间发生。特别地，当从pwm模块108到输出逆变器的输出信号被生成和/或传输时，可能会发生操作事件，这可能扰乱部件的操作事件的完整性。例如，采样事件(例如，通过a/d转换模块102)或数据处理或加工事件(例如，通过数据收集模块104)可能在由pwm模块108控制的逆变器的接通事件期间发生，其可能导致生成噪声，从而导致采样的有用性较差。

图2说明了根据本文描述的技术的焊接电源的同步。特别地，图2示出了基于逆变器的操作(例如，由逆变器控制器(例如，pwm模块)提供或生成的用于操作逆变器的栅极脉冲信号)的用于同步焊接电源的控制和操作的技术。基于逆变器控制信号(例如，栅极脉冲信号)的同步可使得数据采样事件能够被定时为不在逆变器的接通事件期间发生，从而保护采样的完整性。此外，基于逆变器控制信号的同步可以实现整个焊接电源中事件的可靠协调。例如，基于逆变器控制信号的同步可促进某些事件可何时发生的定时(例如焊接电源的部件之间的数据传输或数据接收)以促进部件之间的协调同时减少数据延迟。

在图2中，示出了第一栅极信号202(例如，栅极信号a)和第二栅极信号204(例如，栅极信号b)。第一和第二栅极信号202和204可以表示提供给输出逆变器(例如，提供给全桥逆变器的两个半部分)的栅极信号。如图2中示出的，第一和第二栅极信号202和204彼此偏移。如图2中指示的，逆变器周期被指示为包括时间t。

根据本文描述的同步技术，焊接电源的操作可基于第一和第二栅极信号202和204。特别地，在第一栅极信号202激活(例如，变高或转变为逻辑高电平或“1”电平)之后，可生成开始脉冲206。开始脉冲206可以从第一和第二栅极信号202和204被触发或者可以基于第一和第二栅极信号202和204，使得开始脉冲206在逆变器周期t内第一栅极信号202的激活之后发生。此外，开始脉冲206可在第二栅极信号204的激活之前发生。开始脉冲206也可以是周期性的，如图2中示出的在第一栅极信号202的第二次激活之后的第二开始脉冲206所指示的。

开始脉冲206可触发或启动采样会话208。如图2中示出的，采样会话208可包含多个采样点或采样时间。即，在逆变器周期t期间，采样会话208可以触发或启动以规则时间间隔进行的多次采样。在各种实施例中，采样点之间的定时或间隔以及采样点的数量可以被改变。采样点的数量可以被设置为固定值(例如，16)，也可以被调整或改变(例如，对于任何逆变器时间周期t)。此外，每个采样点之间的时间可以被固定或调整(例如，跨越任何逆变器时间周期t或在任何逆变器时间周期t内)。每个采样点之间的时间间隔可以是相同或不同的，并且可以被调整使得在第一或第二栅极脉冲202或204的激活期间(例如，在逆变器的接通事件期间)不会出现采样点。这样，采样可以在没有任何干扰或者有低噪声的情况下发生，从而提高采样点的完整性和可靠性。

焊接电源的操作可基于开始脉冲206。例如，可以从开始脉冲206触发数据传输或数据接收的操作，以确保焊接电源的部件之间的协调和低数据延迟。如上文描述的，包括多个采样点的采样会话208可在每个逆变器周期t期间发生。这些采样点可指定何时可以采取和/或处理对焊接电源的实际输出(例如，输出电流或输出电压)的采样。对于每个逆变器周期t，可以将来自采样会话的经采样和处理的信息提供给控制器。控制器可以使用最近收集的采样信息来调整焊接电源的操作(例如，通过调整焊接电源的逆变器的操作)。

在一个或多个逆变器周期t内(例如“n”个逆变器周期t内)收集的采样数据可用于生成新的参考信息。例如，在n个逆变器时间周期t内收集的数据可以被提供给参考模块，用于计算新的或更新的参考信息(例如，新的或更新的参考电流或参考电压值)。

图2中说明的同步技术可在软件、硬件或其任何组合中实现。在各种实施例中，图2中说明的同步技术可以使用可配置逻辑在焊接装置内实现。可配置逻辑可以包括例如复杂可编程逻辑器件(cpld)、现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)。在各种实施例中，焊接装置的为逆变器生成栅极脉冲的逆变器控制功能(例如，pwm功能)以及焊接装置的数据收集功能二者可在相同的控制逻辑内实现。在这样做时，可以知道与何时启动栅极脉冲相关的精确定时信息，从而可以有效地并且以高精度和高可靠性实现协调(例如，生成触发采样会话208的开始脉冲206)。

图3说明了可实现本文描述的同步技术的焊接系统300。焊接系统300可表示用于焊接装置的同步数字控制系统的一部分。

如图3中示出的，焊接系统300可包括a/d转换模块302、数据收集模块304、控制模块306、pwm和同步器模块308、参考值模块310、数据接收器模块312、实际值模块314、数据发送器模块316和焊接过程控制(wpc)模块318。

a/d转换模块302可接收实际输出电流或输出电压信息。a/d转换模块302可向数据收集模块304提供与实际输出电流或输出电压相关的数字化信息。数据收集模块304可积累指示实际输出电流或输出电压的信息，并可向控制模块306提供这样的信息。控制模块306可生成控制信号，用于调整pwm和同步器模块308的操作。具体而言，控制模块306可以调整pwm和同步器模块308的操作以控制焊接系统300的输出电流或输出电压。在各种实施例中，在控制模块306与pwm和同步器模块308之间可以有峰值电流控制电路(图3中为简单起见未示出)。

pwm和同步器模块308可以是提供pwm功能和同步功能的联合模块或双模块。pwm功能可包括生成用于驱动输出逆变器的栅极信号(为简单起见图3中未示出)。如图3中示出的，pwm-同步器308的输出可以包括可控制半桥输出逆变器的操作的第一栅极信号a和第二栅极信号b(例如，图2中描绘的第一和第二栅极信号202和204)。pwm-同步器308可基于由控制模块306提供的控制信息生成第一和第二栅极信号。

同步功能可包括监测输出逆变器的操作(例如，监测栅极信号脉冲或接通事件)，并可包括生成信号以启动焊接系统300内的其他操作事件。同步功能可以包括与图2相关地描述的那些功能、特征和技术。特别地，pwm-同步器模块308可确切地监测和确定何时生成/传输用于输出逆变器的栅极脉冲。然后pwm-同步器模块308可基于该监测启动焊接系统300中的协调和同步的动作。

pwm-同步器模块308可生成信号以启动后续动作。作为示例，pwm-同步器模块308可以生成开始脉冲206，如关于图2描述的。由pwm-同步器模块308生成的开始脉冲206可被提供给数据收集模块304以触发或启动采样会话208，如关于图2描述的。基于接收到来自pwm-同步器模块308的信号，数据收集模块304可以开始对指示实际输出电流或输出电压值的数据进行采样和处理，然后可以将该数据提供给控制模块306，以调整输出逆变器的操作(经由pwm-同步器模块308)。

由pwm-同步器模块308生成或提供的任何同步信号可被用于协调焊接系统300的其他部件的操作。作为示例，基于来自pwm-同步器模块308的同步信号，数据收集模块304可以向实际值模块314提供在一个或多个采样会话(图3中指示为“n”个采样会话，每个采样会话为逆变器周期t)期间收集的数据。实际值模块314可接收来自数据收集模块304的收集的数据。实际值模块314可以处理接收的数据并将其提供给数据发送器模块316。

数据发送器模块316可将从实际值模块314接收的任何数据传输至wpc模块318。wpc模块318可距图3中描绘的焊接系统300的其他部件远程定位。数据发送器模块316和wpc可以通过任何已知的无线和/或有线标准或协议进行通信，以使得本地焊接信息能够被提供给远程定位的wpc模块318。

wpc模块318可基于从数据发送器模块316接收的信息来调整焊接过程。wpc模块318可确定对焊接过程或焊接系统300的操作的各种调整。作为示例，wpc模块318可以生成用于管理焊接系统300的操作的新的参考值。即，wpc模块318可以计算用于焊接系统300的新的参考电流或参考电压值，由控制模块306使用以管理焊接系统300的操作(即焊接系统的输出)。由wpc模块318生成的新的或更新的参考值可以是基于在n个逆变器周期t内收集和处理的数据，如图3中指示的。然后可以将由wpc模块318生成的新的或更新的参考值提供给数据接收器模块312。可替代地，或除此之外，wpc模块318对焊接过程的调整可影响对由焊接系统的其他部件计算的任何参考值的计算。即，wpc模块318所做出的操作调整可被用于调整参考值，并且wpc模块318本身可不计算参考值。

数据接收器模块312可以与数据发送器模块316一起通过任何已知的无线和/或有线标准或协议与wpc模块318通信。数据接收器模块312可将任何接收的信息(例如，新的或更新的参考电流或参考电压值或任何焊接过程调整)从wpc模块318传递到参考值模块310。参考值模块310可接收来自wpc模块318的预计算的参考值，并且/或者可使用来自wpc模块318的信息(例如，焊接过程信息)在本地计算新的参考值。在二者中任一情况下，参考值模块310都可以向控制模块306提供任何新的或更新的参考值。如上文描述的，控制模块306可以基于近似瞬时的输出信息(例如，来自数据收集模块304)与参考值信息(例如，来自参考值模块310)的比较来调整pwm-同步器模块308的操作。

pwm-同步器模块308可生成图2中描绘的第一和第二栅极信号202和204。基于pwm-同步器模块308从控制模块306接收的控制信息，可以生成第一和第二栅极信号202和204。pwm-同步器模块308还可生成图2中描绘的开始脉冲206(或任何其他同步信号)。可以基于第一和第二栅极信号202和204来启动或触发开始脉冲206。

如上文描述的，在各种实施例中，焊接系统300的逆变器控制功能(例如，pwm功能)和同步功能(例如，数据收集功能)二者都可以在由pwm-同步器模块308表示的相同的控制逻辑内实现。此外，采样会话208中采样点的数量或间距可以通过pwm-同步器模块308和/或数据收集模块304来确定。如此，图2中示出的采样点之间的任何间距都可以根据栅极脉冲202和204以及逆变器周期t而变化。图3中描绘的每个部件都可以在硬件、软件或其任何组合中实现。

在逆变器周期t内(例如，每个逆变器周期t)发生的操作可被视为焊接系统300的控制的“快速”部分内的操作。例如，由pwm-同步器模块308生成同步脉冲，在由pwm-同步器模块308提供的同步信号触发时由数据收集模块304启动新的数据收集会话，以及在每个逆变器周期t的基础上由控制模块306使用收集的数据，可被视为图3中示出的快速闭环或快速控制的部分。

相反，“慢速”闭环控制或慢速控制过程可在多个逆变器周期t内发生。例如，对于被提供给wpc模块318的、在n个逆变器时间周期t内收集的数据值的收集和处理，以及由wpc模块318和/或参考值模块310进行的对于任何新的参考值的计算，可被视为焊接系统300的慢速闭环或慢速控制的部分。根据本文描述的同步技术，这些控制过程中的每一个都可以基于逆变器栅极脉冲。快速闭环控制可被视为焊接系统300的伺服控制。慢速闭环控制可被视为焊接系统300的焊接过程控制。

通过将图3中描绘的控制系统与逆变器栅极脉冲同步，可以避免在不利时间期间采样。进一步，与传统系统相比，焊接系统300的控制系统内的延迟可以被最小化或减小。此外，可以以用于采样的一个时钟周期的精确度来实现同步。

通过采用用于控制焊接系统300的快速部分的可配置逻辑(例如，fpga、cpld或asic)，可以容易地访问有关用于驱动逆变器的栅极脉冲的信息。此外，由于生成栅极脉冲的pwm功能和数据收集功能二者可以在同一逻辑中实现，因此可以知道启动栅极脉冲的确切时间。进而，栅极脉冲可用于同步焊接系统的控制，可用于精确指定何时进行采样，并且可用于在较慢的控制闭环中指定何时开始新的计算。这使得焊接系统300能够避免采样过于接近接通事件(这可能导致有噪声的采样)，并且还允许在已收集新数据后立即开始焊接过程控制计算。这在图2和图3中一起说明，其中同步脉冲206可调用数据收集(参见采样会话208)，并且新收集的数据可以在每次采样会话208后立即被发送到快速控制，并在已经以适当方式收集和过滤n个采样会话后立即被发送到焊接过程控制。

本公开不限于本文描述的具体实施例的范围。实际上，根据前面的描述和附图，除了本文描述的那些实施例和修改之外，本公开的其它各种实施例和修改对于本领域普通技术人员而言将是明显的。因此，这些其它实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，虽然本文已在出于特定目的的特定环境中的特定实现的背景中描述了本公开，但是本领域普通技术人员将认识到其有用性不限于此，并且本公开可以在多种环境中出于多种目的来有益地实现。因此，应当鉴于如本文所述的本公开的完全广度和精神来解释下面阐述的权利要求。