專利名稱：短接分流法脈沖電流產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可以產(chǎn)生脈沖電流的裝置，用于將直流電源轉(zhuǎn)換為高轉(zhuǎn)換速率的脈沖電流，涉及電源技術(shù)，尤其是電源中的脈沖電流產(chǎn)生技術(shù)。
目前，采用改變電流設(shè)定電平的方法，即用改變開關(guān)脈沖寬度、頻率或?qū)ń堑姆椒▉慝@取脈沖電流是開關(guān)電源，硅整流電源普通采用的技術(shù)。但產(chǎn)生的脈沖電流的轉(zhuǎn)換速率，即di/dt值較低。這是因?yàn)樵谏鲜鲭娫吹妮敵龌芈分杏幸粋€(gè)必須存在的L/R時(shí)間常數(shù)值。它是由變壓器的輸出電感與設(shè)計(jì)在回路中的電抗器(電感器)引起的。輸出電流必須濾波，而濾波必須要有電抗器。電抗器的電感量越大，濾波效果愈好，但L/R值也越大?？梢?，要獲取高轉(zhuǎn)換速率的脈沖電流，必須要克服回路電感的影響。
一種溶化極焊接工藝，要求有一個(gè)高轉(zhuǎn)換速率的脈沖電源來完成溶滴的短路過渡，以減少或防止過渡時(shí)產(chǎn)生的飛濺。中國專利于1989年6月21日公開的專利申請(87103550.2)、發(fā)明了一種克服回路電感的方法，以達(dá)到減少溶滴飛濺目的。該方法是在輸出回路中串接一個(gè)由電阻與達(dá)林頓管并接的裝置。在達(dá)林頓管導(dǎo)通時(shí)，回路輸出主電流(即大電流)，而在達(dá)林頓管關(guān)閉時(shí)，回路經(jīng)電阻限流、輸出基本電流(即小電流)。該方法只能說是減少了回路電感的影響。其一、L/R時(shí)間常數(shù)值中，L值不變、R值只增加1Ω(實(shí)施例設(shè)定)，L/R值仍較大。其二、達(dá)林頓管開啟后，主電流又必須從小電流值上升、又受L值制約。顯然，該方法只在從大電流向小電流過渡時(shí)，用串接的電阻減少了L/R值，而對從小電流向大電流的過渡沒作貢獻(xiàn)。而該焊接工藝要求電流在小→大與大→小變化時(shí)，都必須具備高轉(zhuǎn)接速率。
本發(fā)明目的，是采用一種可以排除回路電感的制約，能產(chǎn)生高di/dt值的脈沖電流裝置。
本發(fā)明的具體目的，是為必須采用具有高di/dt值脈沖電流供電的負(fù)載，提供高di/dt值的脈沖電流產(chǎn)生裝置。這里所指的負(fù)載是用電器、及電弧、電弧短接與電鍍液等消耗電能的理化狀態(tài)及載體。
本發(fā)明的一個(gè)具體目的，是為溶化極焊接工藝提供一個(gè)可以減小與防止溶滴飛濺的脈沖電流產(chǎn)生裝置，與直流焊接電源配接，構(gòu)成一種性能優(yōu)良的孤焊電源。
本發(fā)明的另一個(gè)具體目的，是為非溶化極焊接工藝提供一個(gè)能產(chǎn)生較高頻率脈沖電流的裝置，與直流焊接電源配接，構(gòu)成一種性能優(yōu)良的孤焊電源。
本發(fā)明的另一個(gè)具體目的，是為脈沖電鍍工藝提供一種能產(chǎn)生使電鍍液強(qiáng)烈攪拌效果的高di/dt脈沖裝置，與直流電鍍電源相配接，構(gòu)成一種優(yōu)良的電鍍電源。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是在負(fù)載前，對由電源輸入負(fù)載的電流實(shí)施短接分流，以改變輸入負(fù)載的電流?；痉椒ㄊ窃谪?fù)載輸入端并接可控相對短接分流裝置，依分流值大小，形成不同比值脈沖電流。
圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是一個(gè)用來對本裝置實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)的電原理圖。
圖3是一個(gè)直流供電電源與二條供電電路連接的脈沖電流產(chǎn)生裝置。
圖4是二個(gè)直流供電電源分別與二條供電路連接的脈沖電流產(chǎn)生裝置。
圖5是由三條供電電路組成的多量值脈沖電流產(chǎn)生裝置。
圖6是多量值脈沖電流產(chǎn)生裝置外接的多量值控制信號產(chǎn)生裝置電原理圖。
下面結(jié)合


本發(fā)明裝置
本發(fā)明裝置由供電電路與可控相對短接開關(guān)裝置構(gòu)成。供電電路是n(n＝1.2.3或≥4)條，可控相對短接開關(guān)裝置(K)是m(m＝1.2.3或≥4)個(gè)。在n條供電電路中，有n1(n1≤n)條供電電路是由電感器(L)與隔離二極管(D)串接而成，電感器靠近供電電路輸入端、隔離二極管靠近供電電路輸出端。在n條供電電路中，有n2(n2＝n-n1)條供電電路由電感器(L)組成。供電電路的輸入端連接供電電源E一輸出端，供電電路的輸出端與輸往負(fù)載(Rfz)的一條輸出線(a)相連接?？煽叵鄬Χ探娱_關(guān)裝置是一個(gè)三端或四端裝置，其中一端G或二端是控制端，外接控制信號、控制開關(guān)工作，另二端是開關(guān)輸出端，其中一端接入供電電路中電感器的輸出端(Ld)上，另一端連接輸往負(fù)載的另一條輸出線(a′)上。多個(gè)可控相對短接開關(guān)裝置的輸入端可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。用可控相對短接開關(guān)分流輸往負(fù)載的部分或全部電流，產(chǎn)生輸出脈沖電流。供電電路中的電感器是固定式的，或者是可變式的、是一只或者是用串聯(lián)方式、并聯(lián)方式與串并聯(lián)方式組成的多只組合。上述電感器是供電電源輸出回路中的電抗器(也即電感器)，或者是作為輸出回路輸出電感的一個(gè)組成部分。如需對供電電路中電感器的L/R時(shí)間常數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整的話，在其串接位置或并接位置加裝補(bǔ)償元件，該補(bǔ)償元件是電阻與二極管、或其中之一。隔離二極管是一只或多只并接、或者是多只二極管分別與均流用電阻串接后再并接而成。當(dāng)本裝置中的供電電路是由單組電源供電時(shí)，其連接方式是單(供電電路)單(供電電源)連接方式或多(供電電路)單(供電電源)連接方式。當(dāng)本裝置中的供電電路是由多組電源供電時(shí)，其連接方式是單(供電電路)單(供電電源)連接方式、或多(供電電路)單(供電電源)連接方式、或單(供電電路)多(供電電源)連接方式、或多(供電電路)多(供電電源)連接方式，或上述的組合方式。上述所謂的“組合方式”，是指采用了二種或二種以上的連接方式?？煽叵鄬Χ探娱_關(guān)裝置是由功率開關(guān)器件組成或由功率開關(guān)器件與電阻及電感器中一種或二種串接而成，或串接后再并接而成。功率開關(guān)器件是一只或多只。它們是MOSFET管、IGBT管、GTR管、三極管或其它可控功率開關(guān)管。電阻是一只或多只，它是用于提高短接相對電壓值或用于管子均流或均壓，電感器是用于降低電流轉(zhuǎn)換速率，一般選用飽和電感器。為保護(hù)功率開關(guān)管的安全工作，裝置中可加裝吸收電路及續(xù)流電路。可控相對短接開關(guān)裝置中所指的短接相對，是對負(fù)載的輸入電壓而言，因?yàn)橹灰探与妷狠^負(fù)載電壓低、即可進(jìn)行分流。如果短接電壓等于或高于負(fù)載輸入電壓，可以在輸往負(fù)載的輸出線上串接電壓補(bǔ)償二極管。二極管是一只、或多只并接，或并接后再串接。本發(fā)明裝置可以作為直流電源的一個(gè)部件、設(shè)置在同一個(gè)機(jī)殼箱體內(nèi)。也可以作為一個(gè)相對獨(dú)立部件、設(shè)置在電源機(jī)殼箱體之外。因此、本裝置可以很方便地對現(xiàn)有電源進(jìn)行改造、提高其使用價(jià)值。上述所指的負(fù)載，是用電器及電弧、電弧短接、電鍍液等消耗電能的理化狀態(tài)及載體。
由于電感的續(xù)流特性、考慮到在短接裝置關(guān)閉瞬間，若負(fù)載出現(xiàn)即時(shí)開路，則電感電流會在其輸出端形成一個(gè)高上沖電壓，造成功率開關(guān)管擊穿。若顧及上述現(xiàn)象，在使用本發(fā)明裝置時(shí)，可在電感器輸出端，并接壓敏電阻或加裝圖2所示的電壓箝位電路。電容C1與C2用于削波，開關(guān)二極管Dk用于防止電容反向泄放，電阻R3用于釋放電容電壓，電阻R1、R2、穩(wěn)壓管Dw與三極管V1組成閥值釋放電路。閥值電壓由穩(wěn)壓管Dw決定，其值應(yīng)大于電源最高空載電壓，而小于功率開關(guān)管的最小耐壓值。
加于可控相對短接開關(guān)裝置控制信號、由外電路接入。該外電路由二部分組成，其一是開關(guān)信號形成電路，二是驅(qū)動(dòng)信號形成電路，驅(qū)動(dòng)電路是將由開關(guān)信號形成電路輸入的開關(guān)信號進(jìn)行整形與功率放大，用以驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管工作。驅(qū)動(dòng)電路以其驅(qū)動(dòng)對象不同分為電壓型驅(qū)動(dòng)電路與電流型驅(qū)動(dòng)電路、分別用于驅(qū)動(dòng)電壓型功率開關(guān)管(MOSFET、IGBT等)及電流型功率開關(guān)管(GTR等)。它們有現(xiàn)成的厚膜電路及集成電路，由分立元件組成的電路也已為人們公知。開關(guān)信號形成電路可選用用于控制現(xiàn)有脈沖電流產(chǎn)生裝置的公知電路。該電路是用來控制脈沖寬度、頻率或?qū)ń堑?，其輸出功率較小。而驅(qū)動(dòng)電路輸入端一般是高速光電耦合器，可能要求較大的驅(qū)動(dòng)電流，之間可以加一級放大電路實(shí)現(xiàn)相互配接。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明裝置。
實(shí)施例1，單雙供電的短接分流式脈沖電流產(chǎn)生裝置。
該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示于圖3，它由二條供電電路組成。其中路31是基值電流供電電路，它由電感器L31組成，路32是主電流供電電路，它由電感器L32與隔離二極管D32串接而成，在電感器輸出端Ld上與輸出線a′上跨接有可控相對短接開關(guān)裝置K31。由電源E31向二路供電電源供電。電源E31是一個(gè)或是并接的一組。輸出的總電流由電源自身設(shè)定，而二路供電電流的電流分配比、則由該二路的電參數(shù)決定。
各供電電路的電流比、取決二個(gè)主要電參數(shù)，一個(gè)是各路的電感量比值、其主要由電感器的電感量比值決定；另一個(gè)是供電電路的L/R時(shí)間常數(shù)值。其關(guān)系是在各路L/R值相等的條件下，各路電流與各路的電感量成反比。須指出、在制作電感器時(shí)，若同時(shí)按電感指標(biāo)、L/R值指標(biāo)、再加上電流密度指標(biāo)去繞制電感器是十分困難的。而排除L/R指標(biāo)，制作電感器是可實(shí)現(xiàn)的。因此L/R值可采用上述補(bǔ)償?shù)霓k法予以實(shí)現(xiàn)。在供電要求不高的條件下使用，也可以不用補(bǔ)償。也可以采用大于或小于電感量反比值來調(diào)整電流比值。
如果要求二供電電路的電流比值可調(diào)的話，可以采用以下方法一、將固定電感器改為可變電感器。
二、在電感器側(cè)并接電感器或與電感器串接電感器，用開關(guān)連接。
三、在電感器側(cè)并接可變電感器、或串接可變電感器。
四、在供電電路側(cè)再并接供電電路，用開關(guān)連接。
五、在供電電路中加裝補(bǔ)償元件，用開關(guān)連接。
六、在供電電路中加裝可變補(bǔ)償元件。
七、在電感器中增加勵(lì)磁繞組，利用導(dǎo)磁率的非線性，改變電感量。
等。也可以采用上述多種方法。上述可變電感器是串接可變式、或并接可變式。
采用本實(shí)施例制造的脈沖電源若用于溶化極焊接工藝，可以大幅度減少溶滴短路過渡時(shí)產(chǎn)生的飛濺。在溶液短路初期，立即開通短路裝置K31，輸出電流瞬間便改為只由路31提供的基值電流(設(shè)定為小電流)，以防止因電磁力過大而將溶滴拋出。而在溶滴短接進(jìn)入穩(wěn)定期，關(guān)閉短接裝置K31，由二路同時(shí)提供大電流，以利溶滴快速過渡。而在溶滴出現(xiàn)頸縮時(shí)，又立即打開短接開關(guān)K31，輸出又改為只由路31提供的基值電流，防止溶滴爆裂。而在溶滴脫離焊絲時(shí)，又瞬即關(guān)閉短接開關(guān)裝置K31，以利大電流燃弧。如果在進(jìn)入短接穩(wěn)態(tài)時(shí)，將供電電源的總電流設(shè)定值提高，或采用外拖式直流電源，則會在短接關(guān)閉后、出現(xiàn)更大的燃弧電流值與大電流轟擊的施焊態(tài)勢，這將進(jìn)一步提高焊縫質(zhì)量與提高焊接速度。
實(shí)施例2二組單單供電的短接分流式脈沖電流產(chǎn)生裝置本實(shí)施例的特點(diǎn)，是用二個(gè)獨(dú)立可調(diào)的直流供電電源分別對二條供電電路進(jìn)行供電。因此，其輸出的脈沖電流可在大范圍內(nèi)連續(xù)設(shè)定，請見圖4。電源E41對供電電路41供電，該路由電感器L41組成；電源E42對供電電路42供電，該路由電感器L42與隔離二極管D41串接而成，有一個(gè)可控相對短接開關(guān)裝置跨接在電感器輸出端Ld與輸出線a′上。
該實(shí)施例較實(shí)施例1有更廣泛的使用范圍。在焊接領(lǐng)域用它制造的脈沖電源，不僅可以作溶化極焊接電源，也可以用于非溶化極焊接電源。由于它不受輸出回路電感的影響，脈沖頻率可以大幅度提高。
實(shí)施例3多量值脈沖電流產(chǎn)生裝置均裝有可控相對短接開關(guān)裝置的二條供電電路，可以提供四個(gè)量值的脈沖電流。多條這樣的供電電路可以提供更多量值的脈沖電流?，F(xiàn)以三條供電電路組成的脈沖電流產(chǎn)生裝置為例說明本實(shí)施例，見圖5。三條供電電路是51、52及53，它們都由電感器L與隔離二極管D組成。也都分別裝有可控相對短接開關(guān)裝置K51、K52及K53。設(shè)輸出電流為I0，路51、52及53的電流分別為I51、I52、I53。對可控相對短接開關(guān)裝置實(shí)施組合控制，可以得到以下八種量值脈沖電流K51開、K52開、K53開時(shí)，則I0＝0K51關(guān)、K52開、K53開時(shí)，則I0＝I51K51開、K52關(guān)、Ks開時(shí)， 則I1＝I52K51開、K52開、K53關(guān)時(shí)，則I1＝I53K51關(guān)、K52關(guān)、K53開時(shí)，則I0＝I51+I52K51關(guān)、K52開、K53關(guān)時(shí)，則I0＝I51+I53K51開、K52關(guān)、K53關(guān)時(shí)，則I1＝I52+I53K51關(guān)、K52關(guān)、K53關(guān)時(shí)，則I0＝I51+I52+I53組合控制是通過對輸往可控相對短接開關(guān)裝置的控制端的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行邏輯控制實(shí)現(xiàn)的，有多種方法。圖6所示的是其中一種。
A1、A2與A3為三路開關(guān)信號產(chǎn)生電路，P1、P2、與P3為三路驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生電路。無須進(jìn)行組合控制時(shí)，P1、P2、與P3分別與A1、A2、及A3耦合。現(xiàn)在在它們之間插接一級雙輸入與非門(IC1)，一級反相器(IC2)、一級共射放大器(R4與V2)，即可實(shí)現(xiàn)組合控制。與非門的二個(gè)輸入端中，一個(gè)接開關(guān)信號形成電路輸出端，另一端由邏輯電平控制。邏輯電平可以用手動(dòng)開關(guān)設(shè)定，也可以由邏輯電路控制設(shè)定，也可以由計(jì)算機(jī)控制設(shè)定。
用該實(shí)施例制造的脈沖電源，具有廣泛的用途，用作為焊接電源時(shí)，可以滿足溶化極與非溶化極焊接工藝要求，并可設(shè)定多種焊接規(guī)范。
實(shí)施例4一組單單供電的脈沖電流產(chǎn)生裝置本實(shí)施例的特點(diǎn)，是用一個(gè)或一組電源對一條供電電路供電。該供電電路由電感器組成，在其輸出端接有可控相對短接開關(guān)裝置。該實(shí)施例產(chǎn)生的脈沖電流在電源輸出設(shè)定值與零電流或較小電流之間變化。是零電流還是較小電流，取決于短接電壓相對值。若需降低小電流值以至零電流值，可在輸往負(fù)載的輸出線上串接電壓補(bǔ)償二極管，二極管是一只或多只并接，后再串接。這樣可以降低短接電壓的相對值，實(shí)現(xiàn)更大電流以至全部電流的短接分流。用本實(shí)施例制造的脈沖電源，有多種用途，若將它用于脈沖電鍍，其高轉(zhuǎn)換速率的脈沖流可以更好地?cái)嚢桦婂円海岣吡穗婂冑|(zhì)量。
綜上所述，本發(fā)明裝置由于排除了輸出回路電感的影響，可以大幅度提高脈沖電流的轉(zhuǎn)換速率。其dI/dT值主要由開關(guān)裝置的開關(guān)速度決定?，F(xiàn)代功率開關(guān)器件如MOSFET管及IGBT管的電流控制速率已高達(dá)數(shù)百安/微秒，用它制作的可控相對短接開關(guān)裝置，也可使脈沖電流達(dá)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換速率。這已是很可觀了。再加上導(dǎo)通電流達(dá)數(shù)百安的功率開關(guān)管商品化，為本發(fā)明裝置的實(shí)施準(zhǔn)備了物質(zhì)與技術(shù)條件。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生脈沖電流的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是它由n(n＝1、2、3或n≥4)條供電電路與m(m＝1、2、3或m≥4)個(gè)可控相對短接開關(guān)裝置組成，其具體結(jié)構(gòu)與電連接方式是1.1在n條供電電路中，有n1(n1≤n)條供電電路由電感器與隔離二極管串接而成，電感器靠近供電電路輸入端、隔離二極管靠近供電電路輸出端，有n2(n2＝n-n1)條供電電路由電感器組成；1.2供電電路的輸入端與供電電源的一輸出端相連接、供電電路的輸出端與輸往負(fù)載的一條輸出線相連接；1.3可控相對短接開關(guān)裝置是一個(gè)三端或四端裝置，其中一端或二端是控制端、外接控制信號、用于控制開關(guān)工作，另外二端是開關(guān)輸出端，一端接入供電電路中電感器的輸出端上、另一端連接輸往負(fù)載的另一條輸出線上，多個(gè)可控相對短接開關(guān)裝置的控制端可單獨(dú)使用、也可組合使用，用可控相對短接開關(guān)分流輸往負(fù)載的部分或全部電流，產(chǎn)生輸出脈沖電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是供電電路中的電感器是固定式的、或者是可變式的，是一只或者是用串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、或者是用串、并聯(lián)方式組成的多只組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是供電電路中的電感器是供電電源輸出回路中的電抗器(也即電感器)、或者是作為輸出回路輸出電感的一個(gè)組成部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是如需對供電電路中的電感器的L/R時(shí)間常數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整的話，在其串接位置或并接位置加裝有補(bǔ)償元件，補(bǔ)償元件是電阻與二極管或其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是當(dāng)裝置的供電電路是由單組電源供電時(shí)，其連接方式是單(供電電路)單(供電電源)連接方式或多(供電電路)單(供電電源)連接方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是當(dāng)裝置中的供電電路是由多個(gè)電源供電時(shí)，其連接方式是單(供電電路)單(供電電源)連接方式、或多(供電電路)單(供電電源)連接方式、或單(供電電路)多(供電電源)連接方式、或多(供電電路)多(供電電源)連接方式或上述的組合方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是裝置中的可控相對短接開關(guān)裝置中含有功率開關(guān)器件，是一只或多只，它們是MOSFET管、IGBT管、GTR管、三極管等可控功率開關(guān)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是供電電路中的隔離二極管是一只或多只并接、或者是多只二極管分別與均流用電阻串接后再并接而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是當(dāng)需降低可控相對短接開關(guān)裝置的短接相對電壓值時(shí)，在輸往負(fù)載的輸出線上串接有電壓補(bǔ)償二極管，該二極管是一只或多只并接，或再串接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是該裝置與供電電源安裝在一個(gè)機(jī)殼箱體內(nèi)，或者是作為一個(gè)相對獨(dú)立部件，設(shè)置在供電電源機(jī)殼箱體之外。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流產(chǎn)生裝置，其特征是上述所指的負(fù)載是用電器、及電孤、電孤短接與電鍍液等消耗電能的理化狀態(tài)及載體。
全文摘要
本發(fā)明是一種可以產(chǎn)生高轉(zhuǎn)換速率脈沖電流的脈沖電流產(chǎn)生裝置。它采用一只或多只可控相對短接開關(guān)裝置,對一條或多條供電電路進(jìn)行可控短接分流,形成了電流輸出脈沖。該技術(shù)克服了電源必須具有的輸出回路電感的影響,因而使產(chǎn)生的脈沖電流具有高的di/dt值。用該裝置制造的脈沖電源具有廣泛的使用價(jià)值,尤其在溶化極焊接工藝方面,可大幅度減少溶滴過渡時(shí)出現(xiàn)的飛濺。
文檔編號H02M5/00GK1256551SQ9812393
公開日2000年6月14日 申請日期1998年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月4日
發(fā)明者陳大可 申請人:陳大可