用于軟開關焊接式功率的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開一般來講涉及提供焊接式功率的領域。更具體而言，其涉及使用預調節(jié)器和變換器來提供焊接式功率。
【背景技術】
[0002]很多已知類型的焊接式電源提供焊接式功率。這里使用的“焊接式功率”是指適合電弧焊、等離子電弧切割或感應加熱的功率。這里使用的“焊接式電源”是指能夠提供焊接式功率的電源。焊接式系統(tǒng)用于執(zhí)行多種工藝，用在各種設置中。這里使用的“焊接式系統(tǒng)”是能夠提供焊接式功率并可包括控制和電源電路、送絲器以及輔助設備的系統(tǒng)。
[0003]—些焊接式系統(tǒng)包括提供直流總線的預調節(jié)器，其后是基于變換器的輸出電路。所述預調節(jié)器調節(jié)輸入功率，并提供已知的直流總線。所述基于逆變器的輸出電路接收所述總線，并提供焊接式功率作為輸出。一種成功的設計包括作為預調節(jié)器的一部分的升壓電路，輸出電路包括逆變器、變壓器、整流器和輸出電感器。在USP 6987242 (Geissler)和USP 6115273 (Geissler)中描述了這種類型的焊接式電源。在20090230941 (Vogel)中描述了另一種具有變換器輸出電路的焊接式電源。所有這三個專利都由本專利所有人擁有，并且所有三個專利據(jù)此通過引用的方式并入本文。其他焊接式電源包括更多個級，或者針對每一級使用其他拓撲結構(諸如降壓預調節(jié)器、用于預調節(jié)器的組合升壓整流器、代替逆變器或者在逆變器之后的斬波器，以及第二逆變器等等)。
[0004]雖然升壓預調節(jié)器給予許多優(yōu)點，包括接收一定范圍的輸入的能力，進行功率因數(shù)校正的能力，以及提供允許較小輸出變壓器的高電壓總線的能力，但是所述升壓預調節(jié)器也具有一些缺陷。例如，所述焊接式電源中的開關損耗可能很大，尤其當焊接式電源被硬開關時。
[0005]任意時刻的開關的功率損耗是所述開關兩側的電壓乘以流過所述開關的電流。當開關接通時，產(chǎn)生硬開關接通損耗，導致流過所述開關的電流增大，并且花費有限時間使所述開關兩側的電壓降到零。軟開關嘗試通過提供具有與所述開關串聯(lián)的電感器的輔助或緩沖電路來避免接通損耗，所述輔助或緩沖電路能夠限制電流，直到至接通的過渡已經(jīng)完成并且所述開關兩側的電壓是零為止。這被稱作零電流過渡(ZCT)開關。
[0006]類似地，硬開關關斷損耗還在開關關斷時發(fā)生，導致所述開關兩側的電壓上升，并且花費有限時間使流過所述開關的電流降至零。軟開關嘗試通過提供具有跨所述開關的電容器的輔助或緩沖電路來避免關斷損耗，所述輔助或緩沖電路能夠限制所述開關兩側的電壓，直到至關斷的過渡已經(jīng)完成并且流過所述開關的電流是零為止。這被稱作零電壓過渡((ZVT)開關。
[0007]通常，使用真實的ZCT電路和ZVT電路是不實際的或并非節(jié)約成本的。USP6115273 (Geissler)描述了使用緩慢電壓/電流過渡(SVT和SCT)的近似法。這里使用的SVT和SCT描述了其中當開關關斷或接通時電壓或電流的上升被放緩(而非保持為零)的過渡。雖然USP 6115273教示了對現(xiàn)有技術的改善，但是用于提供所述SVT和SCT過渡的電路可能在過渡期間經(jīng)受應力。尤其是，圖5至圖13的二極管D4經(jīng)受應力。
[0008]因此，希望使用一種具有開關的預調節(jié)器的焊接式電源，其中所述焊接式電源使用SVT和SCT開關方法，并且具有對用于執(zhí)行所述SVT和SCT的部件的保護。

【發(fā)明內容】

[0009]根據(jù)本公開的第一方面，一種用于提供焊接式功率的方法包括:預調節(jié)輸入線電壓以提供直流總線，以及將所述直流總線轉換成焊接式輸出。所述預調節(jié)步驟包括SVT和SCT開關升壓變換器。所述SVT和SCT開關步驟包括:使升壓變換器保持關斷，以及允許電流流過升壓電感器、緩沖電感器和第一二極管，到達所述直流總線。隨后，接通所述升壓變換器開關，并且電流從所述緩沖電感器轉移到所述開關。隨后使所述緩沖電感器中的電流換向，以及通過第三二極管、第一電容器和所述緩沖電感器對第二電容器放電，從而將能量從所述第二電容器傳遞至所述緩沖電感器。隨后，當?shù)诙娙萜鞣烹姇r，使電流轉向流過第四二極管、所述第三二極管和所述第一電容器，從而將能量從所述緩沖電感器傳遞至所述第一電容器。隨后使電流從所述第一電容器轉向流過第五二極管和所述第三二極管，從而增大所述第二電容器上的電壓。隨后使所述第二電容器上的電壓升高，直到電流開始從所述緩沖電感器流動至所述第一電容器為止，以及隨后使電流從所述第二電容器轉向流過第三二極管到達所述第二二極管。從所述升壓電感器流動至所述緩沖電感器的電流增大，直到所有來自所述升壓電感器的電流流入所述緩沖電感器，以及隨后電流從所述第一電容器轉向至所述第一二極管。每當所述開關被循環(huán)關斷和接通時重復此過程。
[0010]根據(jù)一個替代方案，開關所述升壓變換器的步驟包括:當關斷所述開關時，使用電容器使所述開關電壓的上升放緩，以及當接通所述開關時，使用電感器使所述開關電流的上升放緩。
[0011]根據(jù)另一替代方案，轉換所述直流總線的步驟包括:將所述直流總線逆變?yōu)榻涣餍盘?，將所述交流信號變壓成第二交流信號，以及整流所述交流信號以產(chǎn)生焊接式信號和/或逆變所述焊接式信號以產(chǎn)生交流焊接式信號。
[0012]在另一實施例中，預調節(jié)步驟包括:接收所述輸入線電壓并整流所述輸入線電壓以產(chǎn)生經(jīng)整流的輸入信號，以及將所述經(jīng)整流的輸入信號提供至所述升壓電路。
[0013]對于本領域的技術人員來說，在細閱以下附圖、詳細描述和所附權利要求書后，其他主要特征和優(yōu)點將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0014]圖1是焊接式電源的圖示；
[0015]圖2是具有軟開關的焊接式電源升壓預調節(jié)器的圖示；
[0016]圖3是焊接式電源輸出電路的圖示；以及
[0017]圖4是全橋逆變器的圖示。
[0018]在詳細說明至少一個實施例之前，應理解的是，本發(fā)明在其應用中不限于以下說明所述或附圖所示部件的構造和布置。本發(fā)明能夠具有其他實施例或能夠以各種方式實施或實現(xiàn)。而且，應理解的是，本文采用的語句和術語是用于說明的目的，不應視為構成限制。相同的附圖標記用于表示相同的部件。
【具體實施方式】
[0019]雖然將參照具體電路和具體系統(tǒng)來闡述本公開，但首先應理解的是，也可以使用其他電路和系統(tǒng)。
[0020]一般來說，本優(yōu)選實施例以諸如USP 6987242和USP 6115273中所示的焊接式系統(tǒng)來實現(xiàn)。其包括產(chǎn)生中間功率信號(優(yōu)選地是直流總線)的預調節(jié)器輸入電路、具有逆變器、變壓器和整流器的輸出電路，以及控制器。另外，在一些實施例中提供輸出逆變器以用于交流焊接。輸出逆變器接收經(jīng)變壓和整流的信號，并提供交流焊接信號。提供輸出電感器，優(yōu)選是在逆變器之后提供。提供SVT和SCT開關方式，以及對用于實施所述SVT和SCT開關方式的部件的保護。替代方案提供在輸出逆變器之前的電感器，省略輸出逆變器，使用斬波器，使用降壓預調節(jié)器，使用組合升壓整流預調節(jié)器，省略升壓(并逆變經(jīng)整流的輸入)。
[0021]如本文所用的輸入電路包括接收輸入功率的電路系統(tǒng)，諸如整流器、濾波器、預調節(jié)器等。如這里使用的中間功率信號包括輸入電路的輸出并且可以是經(jīng)整流的信號、經(jīng)調整的信號(諸如升壓或降壓變換器的輸出)或未經(jīng)調整的直流總線。如這里使用的輸出電路包括提供焊接式信號的電路系統(tǒng)，并且可以包括逆變器、變換器、變壓器、整流器、濾波器、斬波器等。如這里使用的控制器是相互協(xié)作以向一個或多個電路提供控制信號的數(shù)字和/或模擬電路系統(tǒng)和/或邏輯/指令?？刂破骺梢晕挥趩蝹€板上，或者分布在多個位置。
[0022]在圖1中示出了焊接式電源的框圖。源201表示用于提供功率至所述焊接式電源的輸入線電壓。在優(yōu)選實施例中，所述輸入線電壓可為90伏與250伏之間的任意值。所述電壓通常是以60赫茲的頻率運行的(在美國)，并且在優(yōu)選實施例中為單相的(雖然替代實施例使用三相輸入)。也可使用其他電壓。
[0023]將所述輸入電壓提供至整流器202，所述整流器202可為簡單的橋式整流器。所述整流器202的輸出是經(jīng)整流的正弦波。預調節(jié)器204從所述整流器202接收所述經(jīng)整流的正弦波，并且將直流總線輸出提供至輸出逆變器205。替代的實施例提供了組合的整流器_升壓。
[0024]預調節(jié)器204在優(yōu)選實施例中是軟開關的升壓變換器，所述軟開關的升壓變換器提供對統(tǒng)一功率因數(shù)的靠近。還可使用其他變換器或逆變器配置。在優(yōu)選實施例中，預調節(jié)器204還允許所述輸入電壓是一定輸入電壓范圍內的任意值。
[0025]變換器205，也被稱作輸出電路，在圖3中更詳細地示出，并且優(yōu)選地包括全橋逆變器501、變壓器503、輸出整流器505、全橋輸出逆變器507和輸出電感器509。逆變器501和507各自包括至少四個逆變器開關。逆變器501接收直流總線，并以大約20KHz-40KHz的頻率利用脈寬