本公開大體涉及提供焊接型電力的技術(shù)。更具體地說，其涉及使用基于半橋逆變器的輸出電路提供焊接型電力。

背景技術(shù)：

有許多已知類型的焊接型電源，它們提供焊接型電力。如本文中使用的焊接型電力指適合于電弧焊接、等離子弧切割或感應(yīng)加熱的電力。如本文中使用的焊接型電源指可提供焊接型電力的電源。焊接型系統(tǒng)用以執(zhí)行多種工藝，且在多種設(shè)置中使用。如本文中使用的焊接型系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供焊接型電力且可包括控制和電力電路、送絲器和輔助裝備。

一些焊接型系統(tǒng)包括提供dc總線的輸入電路和/或預(yù)調(diào)器，之后是基于逆變器的輸出電路。預(yù)調(diào)器調(diào)節(jié)輸入電力，且提供已知dc總線?；谀孀兤鞯妮敵鲭娐方邮湛偩€，且提供焊接型電力作為輸出。一種成功的設(shè)計(jì)包括作為預(yù)調(diào)器的一部分的升壓電路，且輸出電路包括逆變器、變壓器、整流器和輸出電感器。此類型的焊接型電源被記載在usp6987242(geissler)中。具有基于逆變器的輸出電路的其他焊接型電源包括usp6115273(geissler)和專利公開20090230941(vogel)，所有三個專利都由本專利的擁有人擁有，且所有三個專利在此被以引用的方式并入。其他焊接型電源包括輸入電路，所述輸入電路具有輸入變壓器和/或從發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)得到電力和/或從例如燃料電池或蓄電池的能量存儲裝置得到電力。焊接型電源可包括額外的級，或?qū)⑵渌負(fù)溆糜诿恳患?例如，降壓預(yù)調(diào)器、組合的整流器-升壓預(yù)調(diào)器、替代逆變器或在逆變器之后的斬波器、在第一逆變器之后的第二逆變器等)。

基于逆變器的輸出電路提供許多優(yōu)勢，但其確實(shí)具有一些缺點(diǎn)。首先，在逆變器電路中使用的開關(guān)和二極管可能出現(xiàn)故障，特別是當(dāng)暴露于高于額定電壓的電壓時。鉗位電壓是已知的，但可能導(dǎo)致過多損失。同樣，換向開關(guān)和二極管可能產(chǎn)生過多的熱量。usp6801443在單個切換事件中將全部鉗位能量返回到輸出端。由本發(fā)明的發(fā)明人擁有且被以引用的方式并入的美國專利公開2014-0263240公開了有效地返回?fù)Q向能量的方式。

全橋輸出逆變器記載在美國專利公開2014-0263240中。使用輸出逆變器將dc總線逆變以提供ac輸出。ac焊接輸出通常具有在約20hz到400hz之間的頻率。當(dāng)輸出極性反轉(zhuǎn)時，電流必須過零。在過零期間，存在電弧整流/熄滅的風(fēng)險。非常迅速的過零減小了電弧整流的可能性。

現(xiàn)有技術(shù)專利us9120172b2和申請us20140083987a1聲稱能夠通過將高阻抗路徑切換入和切換出焊接電路來迅速減小安培數(shù)，因此改變衰減時間常數(shù)。這種無源電路系統(tǒng)消散了電源內(nèi)的附加熱量——其浪費(fèi)了電力且產(chǎn)生不想要的熱量。

美國專利公開2014-0263240提供對浪費(fèi)電力的現(xiàn)有技術(shù)好得多的替代方案，上述替代方案通過在從一個極性過渡期間幫助電弧保持點(diǎn)亮而實(shí)現(xiàn)，使電弧保持點(diǎn)亮是通過使用將高電壓施加到輸出端且將電流向上驅(qū)動到某一電平的輔助電路來實(shí)現(xiàn)的。在使ac輸出中的主控igbt的極性反轉(zhuǎn)前，輸出逆變器開關(guān)被保持，且到逆變器的電力被去除。輸出電流然后緩慢地衰減(通過開關(guān)和變壓器慣性前進(jìn))。接著反轉(zhuǎn)逆變器開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)，且以新的極性施加電力。在這段時間內(nèi)，輸出將不具有所要的波形。一旦切換igbt，電流以不受控制的高di/dt方式迅速下落。高電壓源(處于降壓電路的形式)協(xié)助電弧反轉(zhuǎn)和向上驅(qū)動電流。替代方案提供將變壓器上的額外抽頭用作高電壓的來源。

因?yàn)槊绹鴮＠_2014-0263240教示在極性反轉(zhuǎn)前，電流朝向零自然地降低(通過開關(guān)和變壓器慣性前進(jìn))，且在電流反轉(zhuǎn)后，輔助開關(guān)閉合且保持閉合，電流的變化率(di/dt)不受控制。相反地，di/dt通過輔助電壓和電路中的成分設(shè)定。當(dāng)di/dt比率并不另外受控制時，電流在衰減或增大時不處于所要的電平，且輸出不能遵循所要的波形。在某一預(yù)定輸出，大約100安培左右，輔助開關(guān)斷開，且控制恢復(fù)到“正?！辈僮?。正?？刂浦竿ㄟ^控制到逆變器的輸入來控制輸出量值。

美國專利公開2014-0263240將全橋逆變器作為優(yōu)選實(shí)施例描述，且教示可將其實(shí)施為半橋逆變器。然而，不存在使用半橋逆變器增大和減小用于正輸出和負(fù)輸出兩者的電流的控制——現(xiàn)有技術(shù)的半橋逆變器不提供四象限控制。如本文中使用的四象限控制是對四個象限中的輸出的控制——隨有效驅(qū)使輸出電流的增大或減小的電極正，和隨有效驅(qū)使輸出電流的增大或減小的電極負(fù)。

可使用全橋逆變器提供四象限控制，但那需要四個相對昂貴的開關(guān)，每一個開關(guān)必須操控焊接電流。另外，如果要執(zhí)行輔助或能量恢復(fù)，那么需要額外開關(guān)。因此，現(xiàn)有技術(shù)要么需要更多開關(guān)(全橋)，要么提供對電流的變化率的較少控制(半橋)。同樣，使用高電壓以輔助換向的現(xiàn)有技術(shù)具有用以形成高電壓的額外電路。此外，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)只在輸出電流過零期間提供較高電壓，所以其不能夠在瞬變期間對所述過程有所幫助。如本文中使用的瞬變是使控制回路作出反應(yīng)的負(fù)荷或輸入的突然改變，例如，電弧的短路連接、電弧電壓的突然改變、較長電弧、熔化電極、輸入電壓的下降等。

圖2展示現(xiàn)有技術(shù)半橋輸出逆變器焊接型輸出電路，例如，美國專利公開2014-0263240的半橋型式。其包括逆變器開關(guān)202和203，具有反并聯(lián)的二極管204和205。多個整流二極管218和219連同變壓器221對逆變器饋電。

當(dāng)開關(guān)202接通而開關(guān)203關(guān)斷時，提供電極正(ep)輸出，且電流從主變壓器繞組222上的中心抽頭流經(jīng)輸出電感器214(如由箭頭227展示)，經(jīng)過電極輸出端，跨過電弧到工件輸出端，經(jīng)過開關(guān)202，且經(jīng)過整流二極管218返回(箭頭228)到主繞組222。如本文中使用的電極輸出端是電極通常連接到的機(jī)器的輸出端。如本文中使用的工件輸出端是電極通常連接到的機(jī)器的輸出端。

當(dāng)開關(guān)202關(guān)斷而開關(guān)203接通時，提供電極負(fù)(en)輸出，且電流從整流二極管219流經(jīng)開關(guān)203(其接通)，經(jīng)過工件，跨過電弧到電極，經(jīng)過輸出電感器214(與箭頭227相反)，且返回到主變壓器繞組222上的中心抽頭。當(dāng)開關(guān)203關(guān)斷而開關(guān)202接通時，提供電極正(ep)輸出，且電流從主變壓器繞組222上的中心抽頭流出。

美國專利公開2014-0263240通過減小或去除提供到逆變器的電力且使開關(guān)202保持接通來提供電流從ep到en的反轉(zhuǎn)。電感器214使電流通過電感器214、開關(guān)202和繞組222慣性前進(jìn)。電流按通過電壓和電感設(shè)定的速率衰減，但不受其控制。當(dāng)電流減小到接近零時，關(guān)斷開關(guān)202，且接通開關(guān)203連同輔助開關(guān)207。

美國專利公開2014-0263240教示使用輔助開關(guān)207、208和電感器212來幫助在過零后增大電流量值。輔助開關(guān)207施加高電壓以輔助在en極性中的電流量值增大。電流通過電極和工件反轉(zhuǎn)(到en)。en路徑包括整流二極管219、開關(guān)203(其接通)，工件、電弧、電極、輸出電感器214(與箭頭227相反)和主變壓器繞組222上的中心抽頭。高電壓使電流量值按通過電壓和電感設(shè)定的速率增大，但不受其控制。

圖3展示針對在區(qū)段302中的ep到en反轉(zhuǎn)的電流的不受控制的衰減(di/dt)，和在區(qū)段301中在過零后以電壓源(但另外不受控制)設(shè)定的速率的電流增大(di/dt)。以類似方式完成en到ep反轉(zhuǎn)。當(dāng)di/dt不受控制時，可能不提供所要的輸出波形。

因此，具有以高效方式箝位的逆變器輸出電路的焊接型電源是合乎需要的。優(yōu)選地，此焊接型電源也將提供裝置的高效換向，能夠處置瞬變，能夠在反轉(zhuǎn)期間控制di/d，和/或能夠提供高電壓源以用于輔助換向和瞬變的處置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的第一方面，一種焊接型電源包括輸入電路、dc總線、輸出電路和控制模塊。輸入電路接收輸入電力且提供由dc總線接收的中間信號。輸出電路接收dc總線且提供跨電極輸出端和工件輸出端的ac焊接型輸出端。在一些實(shí)施例中，輸出電路包括初級側(cè)逆變器、變壓器和整流器，它們充當(dāng)用于半橋輸出逆變器的電流源?？蓪c總線、初級側(cè)逆變器、變壓器和整流器視為輸入電路、輸出電路或中間電路的一部分。半橋逆變器具有至少第一和第二開關(guān)。半橋逆變器被連接以接收來自dc總線的電力，且將電力提供到輸出端，且進(jìn)一步包括換向電路，所述換向電路具有第一慣性前進(jìn)路徑，所述第一慣性前進(jìn)路徑包括第一換向開關(guān)、電極輸出端、工件輸出端和與第一開關(guān)反并聯(lián)的二極管?？刂颇K包括控制半橋逆變器的逆變器控制模塊以及將調(diào)制控制信號提供到第一換向開關(guān)的換向控制模塊。調(diào)制控制信號使換向開關(guān)在到第一開關(guān)的電流的換向期間被接通和關(guān)斷多次，這控制輸出端中的電流的第一變化率。

根據(jù)本公開的第二方面，一種焊接型電源包括輸入整流器、dc總線、輸出電路和控制模塊。輸入整流器接收輸入電力且提供由dc總線接收的經(jīng)整流的中間信號。輸出電路接收dc總線且提供跨電極輸出端和工件輸出端的ac焊接型輸出端。輸出電路包括具有至少第一和第二開關(guān)的半橋逆變器。半橋逆變器被連接以接收來自dc總線的電力和將電力提供到輸出端，且進(jìn)一步包括升壓電路。升壓電路包括逆變器dc總線、升壓電感器和升壓開關(guān)?？刂颇K包括控制半橋逆變器的逆變器控制模塊以及將調(diào)制控制信號提供到升壓開關(guān)的升壓控制模塊。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)接通且未換向時，調(diào)制控制信號使升壓開關(guān)和升壓電感器作為升壓電路操作以將逆變器dc總線上的電壓升壓到所要的量值。

根據(jù)本公開的第三方面，一種焊接型電源包括輸入電路、dc總線、輸出電路和控制模塊。輸入電路接收輸入電力且提供由dc總線接收的中間信號。輸出電路接收dc總線且提供跨電極輸出端和工件輸出端的ac焊接型輸出端。輸出電路包括具有至少第一和第二開關(guān)的半橋逆變器。半橋逆變器被連接以接收來自dc總線的電力和將電力提供到輸出端，且進(jìn)一步包括輸出控制電路。輸出控制電路提供第一慣性前進(jìn)路徑，所述第一慣性前進(jìn)路徑包括第一控制開關(guān)、電極輸出端、工件輸出端和與第一開關(guān)反并聯(lián)的二極管，以及第二輸出控制開關(guān)，第二輸出控制開關(guān)提供第二慣性前進(jìn)路徑，所述第二慣性前進(jìn)路徑包括第二輸出控制開關(guān)、電極輸出端、工件輸出端和與第二開關(guān)反并聯(lián)的二極管?？刂颇K具有將控制信號提供到半橋逆變器的逆變器控制模塊，且具有將調(diào)制控制信號提供到第一和第二輸出控制開關(guān)的斜變模塊。調(diào)制控制信號使第一和第二輸出控制開關(guān)中的至少一個被接通和關(guān)斷多次，以控制輸出端中的電流的變化率。

根據(jù)本公開的第四方面，一種焊接型電源包括輸入電路、dc總線、輸出電路和控制模塊。輸入電路接收輸入電力且提供由dc總線接收的中間信號。輸出電路接收dc總線且提供跨電極輸出端和工件輸出端的ac焊接型輸出端。輸出電路包括具有至少第一和第二開關(guān)的半橋逆變器。半橋逆變器被連接以接收來自dc總線的電力和將電力提供到輸出端，且進(jìn)一步包括輸出控制電路。輸出控制電路提供第一慣性前進(jìn)路徑，所述第一慣性前進(jìn)路徑包括第一控制開關(guān)、電極輸出端、工件輸出端和與第一開關(guān)反并聯(lián)的二極管，以及第二輸出控制開關(guān)，第二輸出控制開關(guān)提供第二慣性前進(jìn)路徑，所述第二慣性前進(jìn)路徑包括第二輸出控制開關(guān)、電極輸出端、工件輸出端和與第二開關(guān)反并聯(lián)的二極管。控制模塊具有逆變器四象限控制模塊，所述逆變器四象限控制模塊將控制信號提供到半橋逆變器且將調(diào)制控制信號提供到第一和第二輸出控制開關(guān)。調(diào)制控制信號使第一和第二輸出控制開關(guān)中的至少一個接通和關(guān)斷多次，以控制輸出端中的電流的變化率。

根據(jù)本公開的第五方面，一種提供焊接型電力的方法包括接收輸入電力和提供中間信號。通過控制半橋逆變器中的第一開關(guān)和第二開關(guān)來使中間信號反轉(zhuǎn)，以提供輸出。將到第一開關(guān)的電流換向，且通過在到第一開關(guān)的電流的換向期間將第一換向開關(guān)接通和關(guān)斷多次來控制輸出端中的電流的第一變化率。

根據(jù)本公開的第六方面，一種提供焊接型電力的方法包括接收輸入電力和提供中間信號。通過控制半橋逆變器中的第一開關(guān)和第二開關(guān)來使中間信號反轉(zhuǎn)，以提供輸出?？刂频谝簧龎洪_關(guān)，以當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)接通且未換向時使得第一升壓開關(guān)和升壓電感器作為升壓電路操作將中間信號的電壓增加到所要的量值。

根據(jù)本公開的第七方面，一種提供焊接型電力的方法包括接收輸入電力和提供中間信號。通過控制半橋逆變器中的第一開關(guān)和第二開關(guān)來使中間信號反轉(zhuǎn)，以提供輸出。通過調(diào)制第一輸出控制開關(guān)來控制輸出電流的變化率。當(dāng)?shù)谝惠敵隹刂崎_關(guān)接通時，形成第一慣性前進(jìn)路徑，所述第一慣性前進(jìn)路徑包括第一輸出控制開關(guān)、輸出端和與第一開關(guān)反并聯(lián)的二極管。也通過調(diào)制第二輸出控制開關(guān)來控制輸出電流的變化率。當(dāng)?shù)诙敵隹刂崎_關(guān)接通時，形成第二慣性前進(jìn)路徑，所述第二慣性前進(jìn)路徑包括第二輸出控制開關(guān)、輸出端和與第二開關(guān)反并聯(lián)的二極管。

根據(jù)本公開的第八方面，一種提供焊接型電力的方法包括接收輸入電力和提供中間信號。通過控制半橋逆變器中的第一開關(guān)和第二開關(guān)來使中間信號反轉(zhuǎn)，以提供輸出。調(diào)制第一輸出控制開關(guān)，且當(dāng)?shù)谝惠敵隹刂崎_關(guān)被接通時，形成第一慣性前進(jìn)路徑，所述第一慣性前進(jìn)路徑包括第一輸出控制開關(guān)、輸出端和與第一開關(guān)反并聯(lián)的二極管。調(diào)制第二輸出控制開關(guān)，且當(dāng)?shù)诙敵隹刂崎_關(guān)被接通時，形成第二慣性前進(jìn)路徑，所述第二慣性前進(jìn)路徑包括第二輸出控制開關(guān)、輸出端和與第二開關(guān)反并聯(lián)的二極管。通過控制第一開關(guān)、第二開關(guān)、第一輸出控制開關(guān)和第二輸出控制開關(guān)的接通和關(guān)斷來在四個象限中控制輸出信號。

換向電路包括第二換向開關(guān)，當(dāng)其接通時，提供第二慣性前進(jìn)路徑，所述第二慣性前進(jìn)路徑包括第二換向開關(guān)、電極輸出端、工件輸出端和與第二開關(guān)反并聯(lián)的第二二極管，且換向控制模塊將調(diào)制控制信號提供到第二換向開關(guān)，所述調(diào)制控制信號使第二換向開關(guān)在從第一開關(guān)到第二開關(guān)的電流的換向期間被接通和關(guān)斷多次，于是在一個替代方案中控制輸出端中的電流的第二變化率。

在另一替代方案中，輸出電感器被安置成使得輸出電感器中的電流也跨工件輸出端和電極輸出端以及第一開關(guān)與第二開關(guān)中的至少一個而流動。

在各種實(shí)施例中，輸入電路包括整流器、能量存儲裝置、蓄電池、發(fā)電機(jī)、變壓器、轉(zhuǎn)換器和升壓電路中的至少一個。

在各種實(shí)施例中，調(diào)制控制信號使第一換向開關(guān)和第二換向開關(guān)在除了來自第二開關(guān)和第一開關(guān)中的至少一個的電流的換向期間外關(guān)斷。

在另一替代方案中，換向電感器處于第一、第二慣性前進(jìn)路徑中的至少一個中。

在其他實(shí)施例中，換向控制模塊將脈沖寬度、脈沖頻率和滯后調(diào)制控制信號中的至少一個提供到換向開關(guān)。

在各種實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)接通且未換向時，調(diào)制控制信號使第一換向開關(guān)和換向電感器作為升壓電路操作以將逆變器dc總線上的電壓升壓到所要的量值。

在另一替代方案中，當(dāng)?shù)诙_關(guān)接通且未換向時，調(diào)制控制信號還使第二換向開關(guān)和換向電感器作為第二升壓電路操作以將逆變器dc總線上的電壓升壓到所要的量值。

在一個實(shí)施例中，反饋電路將指示輸出的量值的反饋信號提供到控制模塊，且斜變模塊對反饋信號作出響應(yīng)，和/或響應(yīng)于反饋信號控制輸出變化率。

在各種實(shí)施例中，控制模塊包括瞬變檢測模塊，且瞬變檢測模塊對反饋信號作出響應(yīng)，且斜變模塊對瞬變檢測模塊作出響應(yīng)，和/或響應(yīng)于檢測到瞬變來控制變化率。

在另一替代方案中，焊接型輸出端為dc輸出端，且控制模塊包括dc控制模塊。

在一個實(shí)施例中，提供中間信號包括對輸入電力進(jìn)行升壓。

在回顧了以下附圖、具體實(shí)施方式和隨附權(quán)利要求書后，其他主要特征和優(yōu)勢對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。

附圖說明

圖1為根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的焊接型系統(tǒng)的圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)半橋逆變器的電路圖；

圖3為來自現(xiàn)有技術(shù)半橋逆變器的輸出波形；

圖4為根據(jù)本公開的半橋逆變器的電路圖；

圖5為來自根據(jù)本公開的半橋逆變器的輸出波形和來自現(xiàn)有技術(shù)半橋逆變器的輸出波形；以及

圖6為控制模塊。

在詳細(xì)地解釋至少一個實(shí)施例前，應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用上不限于在以下描述中闡述或在附圖中說明的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和組件的布置。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例，或能夠以各種方式實(shí)踐或施行。同樣，應(yīng)理解，本文中使用的用語和術(shù)語是為了描述的目的，且不應(yīng)被視為限制。使用相似的附圖標(biāo)記來指示相似組件。

具體實(shí)施方式

雖然將參照具有特定組件的特定電路來說明本公開，但一開始就應(yīng)理解，也可以用其他組件和電路來實(shí)施焊接型電源。

公開一種焊接型電源，其包括半橋輸出逆變器且提供輸出電流的四象限控制。輸出電路包括兩個逆變器開關(guān)以及兩個輔助或換向開關(guān)。輔助開關(guān)可用于控制電流輸出的變化率(di/dt)，以輔助換向、處置瞬變和/或提供高電壓源。如本文中使用的換向是將電流從一個方向通過輸出端轉(zhuǎn)移到另一方向和在電路內(nèi)從一個開關(guān)轉(zhuǎn)移到另一開關(guān)的過程。

圖1為根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的焊接型系統(tǒng)100的圖。焊接型系統(tǒng)100包括輸入電路或預(yù)調(diào)器102、輸出電路104和控制器106。除了如本文中所闡述的內(nèi)容以外，這些模塊優(yōu)選地如在美國專利公開2014-0263240中所展示和在圖1中所展示地那樣設(shè)計(jì)。

預(yù)調(diào)器102優(yōu)選地包括輸入整流器和升壓預(yù)調(diào)器，但可使用其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如，未升壓的整流器、降壓、斬波等。預(yù)調(diào)器102優(yōu)選地將跨電容器103的940v經(jīng)調(diào)節(jié)的dc總線(本文中被稱作dc總線)提供到輸出電路104。輸出電路104優(yōu)選地包括主逆變器、變壓器、整流器和半橋輸出逆變器。其他實(shí)施例提供到半橋輸出逆變器的其他輸入，包括變壓器輸入、發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)輸入、提供輸入電力的能量存儲裝置(例如，蓄電池或燃料電池)、未經(jīng)調(diào)節(jié)的總線，或作為輸入電路102的一部分、在輸入電路102與輸出電路104之間或在輸出電路104之前或作為輸出電路104的一部分提供額外的級。

本公開提供控制輸出電流的變化率(di/dt)的方式。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，可在所有四個象限中控制變化率。其他實(shí)施例在少于所有四個象限中或只在輸出電流反轉(zhuǎn)期間提供控制。同樣，在一個實(shí)施例中，形成升壓的電壓源以對換向(反轉(zhuǎn))、di/dt控制和瞬變作出幫助。

現(xiàn)參看圖4，變壓器421類似于變壓器221，但不包括較高電壓繞組223。在一些實(shí)施例中，輸出電路104包括充當(dāng)用于半橋逆變器的電流源的初級側(cè)逆變器、變壓器和整流器。優(yōu)選實(shí)施例使用輔助升壓電路(以下描述)以提供輔助電壓。替代實(shí)施例使用變壓器(例如，圖2的變壓器)或降壓電路或其他轉(zhuǎn)換器以提供輔助電壓，或不提供輔助電壓。

整流器418和419校正變壓器421的輸出。變壓器421由使dc總線103反轉(zhuǎn)的初級側(cè)逆變器饋電，且充當(dāng)?shù)桨霕蜉敵瞿孀兤?開關(guān)202和203)的電流源。因此，dc總線103將電力提供到半橋輸出逆變器。

在換向期間可按如此方式控制開關(guān)207和208以提供對di/dt的控制，這可有益于幫助電弧保持點(diǎn)亮，且有益于提供所要的電流輸出。在優(yōu)選實(shí)施例中，開關(guān)207和208為換向開關(guān)，且與反并聯(lián)的二極管209和210、電感器412和電容器230一起構(gòu)成換向電路。跨電容器230的電壓在本文中被稱作逆變器dc總線。如本文中使用的換向電路為有效地輔助電流換向的電路。

也可在除了換向期間以外控制開關(guān)207和208以控制di/dt，這有益于對瞬變作出響應(yīng)或提供輸出波形的迅速改變。同樣，可按如此方式對它們進(jìn)行控制以提供用于協(xié)助換向和瞬變的升壓電壓。

可通過考慮每一象限來理解在反轉(zhuǎn)期間對di/dt的控制：1)當(dāng)處于ep時，控制電流量值減?。?)當(dāng)處于en時，控制電流量值增大；3)當(dāng)處于en時，控制電流量值減小；和4)當(dāng)處于ep時，控制電流量值增大?？蓪⑤敵鲭娏鞣崔D(zhuǎn)描述為在初始極性中，電流首先在量值上減小，且接著在過零之后，在新極性中，在量值上增大。因此，在輸出電流反轉(zhuǎn)的整個過程中，可使用四象限控制來控制di/dt。同樣，通過按需要快速增大或減小輸出量值，可使用四象限控制來控制對瞬變作出響應(yīng)，直到瞬變被越過，并可恢復(fù)對輸出的正常(現(xiàn)有技術(shù))控制。正常控制指通過控制到半橋逆變器的輸入來控制輸出量值。

在ep到en反轉(zhuǎn)期間，在過零之前，當(dāng)電流量值正減小時，使用在ep中對di/dt的控制，且將首先描述所述控制。開關(guān)202處于ep中?，F(xiàn)有技術(shù)通過使開關(guān)202接通且撤去(從預(yù)調(diào)器102、初級側(cè)逆變器和變壓器)施加到半橋逆變器的電力來提供減小的輸出電流量值。本公開教示了一種減小電流的新方式。

為了減小在ep中的電流量值，關(guān)斷開關(guān)202，且對開關(guān)208進(jìn)行調(diào)制(多次接通和關(guān)斷)，且開關(guān)203和207保持關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)208接通時，形成慣性前進(jìn)路徑，所述慣性前進(jìn)路徑包括開關(guān)208、換向電感器226、輸出電感器214和二極管205。這使輸出電流的衰減沒有當(dāng)開關(guān)208關(guān)斷(且不存在慣性前進(jìn)路徑)時那樣迅速。通過對開關(guān)208進(jìn)行調(diào)制(由開-關(guān)脈沖408表示)，可將di/dt控制為處于在無開關(guān)208的情況下的衰減到其中開關(guān)208連續(xù)接通的衰減之間的任何位置。當(dāng)在過零之前電流在量值正在減小時，針對此區(qū)段發(fā)生調(diào)制。調(diào)制可為脈沖寬度調(diào)制(pwm)、脈沖頻率調(diào)制(pfm)、滯后控制或其他調(diào)制。在替代實(shí)施例中，可省去換向和輸出電感器226和214。

越多的開關(guān)208被接通，那么di/dt就越接近被連續(xù)接通的開關(guān)208的di/dt。越少的開關(guān)208被接通，那么di/dt將越接近垂直。應(yīng)考慮到當(dāng)開關(guān)208關(guān)斷時在開關(guān)上的壓力，這是因?yàn)殡姼衅?14中的電感可引起高電壓。開-關(guān)脈沖408為用于開關(guān)208的調(diào)制控制信號。如本文中使用的調(diào)制控制信號指使開關(guān)接通和關(guān)斷多次以產(chǎn)生所要的輸出的控制信號，例如，pwm、pfm、滯后控制等。

圖5展示與本公開一致的受控制的輸出以及現(xiàn)有技術(shù)輸出的曲線圖。在過零之前的ep到en反轉(zhuǎn)期間(展示為區(qū)段503)，控制di/dt以使其比現(xiàn)有技術(shù)區(qū)段303的di/dt更陡。這允許在所要的ep高電流平穩(wěn)狀態(tài)下具有顯著更多的時間，并因此允許較大的過程控制。雖然區(qū)段503被展示為直線，但可通過對開關(guān)208的恰當(dāng)調(diào)制來獲得任何形狀。區(qū)段503被描述為具有變化率，甚至描述所述變化率何時改變或變化。

在ep到en顛倒期間，且過零之后，電流在量值上增大，且極性為en，且開關(guān)203接通。在ep到en反轉(zhuǎn)期間在過零之后對di/dt的控制是通過當(dāng)在過零之后且在換向期間電流量值正增大時對開關(guān)207進(jìn)行調(diào)制(將其接通和關(guān)斷多次)來提供的。當(dāng)開關(guān)207被接通時，將高電壓源(來自電容器230)施加到輸出端，且電流非常迅速地增大。(跨電容器230形成高輔助電壓將在以下描述，但可替代地根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn))。當(dāng)開關(guān)207關(guān)斷時，電流以“正常的”較慢速率增大。

通過對開關(guān)進(jìn)行調(diào)制(由開-關(guān)脈沖407表示)，可將di/dt控制為在先前增大速率到幾乎垂直之間的任何點(diǎn)。當(dāng)在過零之后電流在量值上正增大時，針對此區(qū)段發(fā)生調(diào)制。調(diào)制可為脈沖寬度調(diào)制(pwm)、脈沖頻率調(diào)制(pfm)、滯后控制或其他調(diào)制。開-關(guān)脈沖408為用于開關(guān)208的調(diào)制控制信號。越多開關(guān)207被接通，那么di/dt越陡。

再次參看圖5，在過零之后的ep到en反轉(zhuǎn)期間(展示為區(qū)段504)的輸出的曲線圖具有被控制為比現(xiàn)有技術(shù)區(qū)段304的di/dt更陡的di/dt。這允許在所要的en高電流平穩(wěn)狀態(tài)下具有更多時間和因此允許較大的過程控制。雖然區(qū)段504被展示為直線，但可通過對開關(guān)207的恰當(dāng)調(diào)制來獲得任何形狀。區(qū)段504被描述為具有變化率，甚至描述何時所述變化率不恒定和何時所述變化率改變或變化。

類似地控制en到ep反轉(zhuǎn)。當(dāng)處于en時，開關(guān)203通常接通，且為了在控制di/dt的同時減小en中的電流量值，關(guān)斷開關(guān)203，從而迫使反并聯(lián)的二極管204導(dǎo)通，且對開關(guān)207進(jìn)行調(diào)制(接通和關(guān)斷)，同時開關(guān)202、203和208關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)207接通時，形成慣性前進(jìn)路徑，所述慣性前進(jìn)路徑包括輸出端、電感器214、412、開關(guān)207和反并聯(lián)的二極管204。這使輸出電流衰減得沒有當(dāng)開關(guān)207關(guān)斷(且不存在慣性前進(jìn)路徑)時那樣迅速。

通過對開關(guān)207進(jìn)行調(diào)制(由開-關(guān)脈沖407表示)，可將di/dt控制為在無開關(guān)207的情況下的衰減到開關(guān)207連續(xù)接通的情況下的衰減之間的任何點(diǎn)。當(dāng)在過零之前電流量值正減小時，針對此區(qū)段發(fā)生調(diào)制。調(diào)制可為脈沖寬度調(diào)制(pwm)、脈沖頻率調(diào)制(pfm)、滯后控制或其他調(diào)制。越多開關(guān)207被接通，那么di/dt越接近連續(xù)接通的開關(guān)207的di/dt。越少開關(guān)207被接通，那么di/dt將越接近垂直。應(yīng)考慮當(dāng)開關(guān)208關(guān)斷時開關(guān)上的壓力，因?yàn)殡姼衅?14中的電感可引起高電壓。

圖5將用于減小量值en電流的受控制的di/dt展示為區(qū)段502。區(qū)段502的di/dt被控制為比現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)段302更陡。這允許在所要的ep高電流平穩(wěn)狀態(tài)下顯著更多的時間和因此允許較大的過程控制。雖然區(qū)段502被展示為直線，但可通過對開關(guān)207的恰當(dāng)調(diào)制來獲得任何形狀。區(qū)段502被描述為具有變化率，甚至描述何時所述變化率改變或變化。

在en到ep反轉(zhuǎn)期間，且在過零之后，電流量值增大，且極性為ep，且開關(guān)202接通。在ep到en反轉(zhuǎn)期間在過零之后對di/dt的控制是通過對開關(guān)208進(jìn)行調(diào)制(將其接通和關(guān)斷)來提供的。當(dāng)開關(guān)208被接通時，將高電壓源(來自電容器230)施加到輸出端，且電流非常迅速地增大。當(dāng)開關(guān)208關(guān)斷時，電流以“正?！彼俾试龃蟆?/p>

通過對開關(guān)進(jìn)行調(diào)制(由開-關(guān)脈沖408表示)，可將di/dt控制為在先前增大速率到幾乎垂直之間的任何點(diǎn)。當(dāng)在過零之后電流量值正增大時，針對此區(qū)段發(fā)生調(diào)制。調(diào)制可為脈沖寬度調(diào)制(pwm)、脈沖頻率調(diào)制(pfm)、滯后控制或其他調(diào)制。越多開關(guān)208被接通，那么di/dt越陡。

再次參見圖5，在過零之后的ep到en反轉(zhuǎn)期間(展示為區(qū)段501)的輸出的曲線圖具有被控制為比現(xiàn)有技術(shù)區(qū)段301的di/dt更陡的di/dt。這允許在所要的en高電流平穩(wěn)狀態(tài)下具有更多時間并因此允許較大的過程控制。將區(qū)段501描述為具有變化率，甚至描述何時所述變化率改變或變化。

圖5展示在過零之前和之后的恒定di/dt。然而，通過改變pwm控制信號(或其他調(diào)制控制信號)，可按需要改變di/dt。其可具有階梯、可連續(xù)變化或可間歇地變化?？蓡为?dú)地控制每一區(qū)段，且可按需要使每一區(qū)段內(nèi)存在變化。并且，可只針對電流反轉(zhuǎn)的部分提供控制。舉例來說，可在反轉(zhuǎn)之前使用開關(guān)207，且然后在反轉(zhuǎn)之后不使用任何開關(guān)。同樣地，可在反轉(zhuǎn)之前使用開關(guān)208，且然后在反轉(zhuǎn)后不使用任何開關(guān)?；蛘呖稍谏儆趶姆崔D(zhuǎn)的開始到過零的時間或少于從過零到正常操作的時間內(nèi)提供控制。

針對每一象限的控制被總結(jié)在下表中(注意，電流量值是參考的)：

可通過在除了極性反轉(zhuǎn)以外的時間控制變化率來提供瞬變控制。在需要的任何方向上提供di/dt控制，直到瞬變被越過為止，且然后開關(guān)207和/或208可保持?jǐn)嚅_，或用以提供輔助電壓，如下所描述。在瞬變被越過后，恢復(fù)對輸出的正常控制。

可通過將開關(guān)207和208中的一個或兩個連同電感器412用作升壓電路來提供跨電容器230的輔助高電壓。優(yōu)選地，這在除了換向和/或瞬變響應(yīng)期間之外(例如，在圖5的平穩(wěn)狀態(tài)區(qū)段506和507期間)完成，以使得開關(guān)207和208可用以控制換向期間的di/dt。當(dāng)開關(guān)207(在此操作中，其為升壓開關(guān))接通時，形成從變壓器繞組222的中心抽頭經(jīng)過電感器412(在此操作中，其為升壓電感器)、經(jīng)過開關(guān)207且經(jīng)過二極管418的電流路徑，從而對電感器412充電。當(dāng)關(guān)斷開關(guān)207時，通過反并聯(lián)的二極管210提供電感器412中的電流以對電容器230充電。將開關(guān)207作為正常升壓開關(guān)調(diào)制以控制電容器230上的電壓。

類似地，當(dāng)開關(guān)208接通時，形成從變壓器繞組222的頂部、經(jīng)過二極管419、經(jīng)過開關(guān)208且經(jīng)過電感器412的電流路徑，從而對電感器412充電。當(dāng)關(guān)斷開關(guān)208時，通過反并聯(lián)的二極管209提供在電感器412中的電流以對電容器230充電(將在電容器230的底部上的電壓驅(qū)動得較低)。將開關(guān)208作為正常升壓開關(guān)調(diào)制以控制電容器230上的電壓。

在不控制di/dt的任何時候，例如，除了在換向期間外和除了在瞬變控制期間之外的任何時候，可執(zhí)行升壓操作，以組合此設(shè)計(jì)的各種方面。

控制器106(也稱控制模塊106)展示于圖6中，且包括逆變器控制模塊601、換向控制模塊603、斜變模塊605、dc控制模塊607、增壓控制模塊609和瞬變檢測模塊611。這些模塊中的每一個優(yōu)選地是軟件模塊，其按提供所要的控制的此方式將控制信號提供到相關(guān)開關(guān)以將其接通和關(guān)斷?？刂破?06可為軟件和/或硬件，且可在一個位置中或在多個位置中。

逆變器控制模塊601將控制信號提供到開關(guān)202和203以按需要操縱輸出為負(fù)或正?？苫诔绦?、時間或反饋來反轉(zhuǎn)極性。如本文中使用的逆變器控制模塊為控制半橋逆變器產(chǎn)生所要的輸出的控制模塊。

換向控制模塊603通過提供使輸出電流具有所要的di/dt的調(diào)制控制信號(或定時信號)在換向期間控制開關(guān)208和207。換向控制模塊603也可將操縱控制信號提供到開關(guān)202和203(而非使操縱控制信號來自逆變器控制模塊601)。換向控制模塊603優(yōu)選地接收指示輸出電流的反饋，以使得控制可為閉環(huán)的。如本文中使用的換向控制模塊為控制換向電路的控制模塊。

斜變模塊605在除了換向期間以外的時間控制開關(guān)208和207以提供所要的di/dt，如上所述。斜變模塊605和換向控制模塊603可實(shí)施為單一模塊以在焊接循環(huán)中的不同時間控制開關(guān)207和208。斜變模塊605優(yōu)選地接收指示輸出電流的反饋，以使得控制可為閉環(huán)的。當(dāng)斜變模塊605活動時，開關(guān)207和208為輸出控制開關(guān)和輸出控制電路的一部分。斜變模塊為一種控制模塊，其控制電路提供輸出端中的所要的變化率。輸出控制電路指具有開關(guān)的電路，所述開關(guān)用以控制輸出的變化率。

斜變模塊605可在一個、兩個、三個或四個象限中操作。當(dāng)在四個象限中操作模塊605和/或模塊603時，模塊605和/或603為四象限控制模塊。四象限控制模塊指工作在所有四個象限中的斜變和逆變器模塊。

dc控制模塊607用以控制開關(guān)202和203提供(一個極性或另一極性的)dc輸出。dc控制模塊607和逆變器控制模塊601可實(shí)施為單一模塊以基于所要的過程(ac或dc)以不同方式控制開關(guān)202和203。如本文中使用的dc控制模塊指控制電力開關(guān)提供dc輸出的控制模塊。當(dāng)在dc中時，可使用升壓和/或斜變模塊以對瞬變或波形作出響應(yīng)。

升壓控制模塊609用以控制開關(guān)207和208以提供跨電容器230的升壓總線。升壓控制模塊609和斜變模塊605和/或換向模塊603可實(shí)施為單一模塊以在焊接循環(huán)中的不同時間控制開關(guān)207和208。升壓控制模塊609接收指示電容器230上的電壓的反饋。如本文中使用的升壓控制模塊指控制電力開關(guān)以提供升壓的dc輸出的控制模塊。

瞬變檢測模塊611用以檢測輸出端上的瞬變。瞬變檢測模塊優(yōu)選地接收指示輸出的反饋且將激活控制信號提供到斜變模塊605。如本文中使用的瞬變檢測模塊指檢測瞬變的控制模塊。

如果電容器230上的輔助電壓不足以提供所要的di/dt，那么升壓控制模塊609可按需要命令電容器上的升壓電壓變?yōu)檩^大量值。同樣地，如果電容器230上的輔助電壓大于提供所要的di/dt所需要的電壓，那么升壓控制模塊609可按需要命令電容器上的升壓電壓變?yōu)檩^小量值。來自斜變模塊605和換向控制模塊603的信號可將關(guān)于所要的電壓的信息提供到升壓控制模塊609。

可對本公開作出眾多修改，這些修改仍落在其意圖的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)顯而易見的是，已提供一種方法和設(shè)備，它們用于提供充分滿足以上闡述的目標(biāo)和優(yōu)勢的焊接型電力。雖然本公開已描述其具體實(shí)施例，但顯然，許多替代、修改和變化將對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。因此，本發(fā)明意圖涵蓋落在隨附權(quán)利要求書的精神和廣泛范圍內(nèi)的所有此類替代、修改和變化。