用于有效地提供弧焊电源的系统和方法技术方案

技术编号:19071649 阅读:33 留言:0更新日期:2018-09-29 16:11
焊接或切割装置包括耦合在第一节点与第二节点之间的第一晶体管。第一晶体管控制在焊接或切割操作期间提供给电感器的电流和电压。焊接或切割装置还包括在第二节点与第三节点之间与第一晶体管串联耦合的第一二极管以及在第一节点和第四节点之间与第一晶体管和第一二极管并联耦合的第二二极管。另外,焊接或切割装置包括第二晶体管,该第二晶体管与第二二极管串联耦合并且在第四节点与第三节点之间的与第一晶体管和第一二极管并联。第二晶体管控制在电感器的续流操作期间施加到晶体管的电压。另外,焊接或切割装置包括电感器,其被布置在第二节点与第四节点之间并且耦合到输出的第一端子以及耦合到第四节点的输出的第二端子。另外,焊接或切割装置包括总线电容器,该总线电容器在第三节点与第一节点之间与第一晶体管和第一二极管并联耦合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于有效地提供弧焊电源的系统和方法相关申请的交叉参考本申请是于2015年12月28日提交的标题为“用于有效地提供弧焊电源的系统和方法(SystemsandMethodsforEfficientProvisionofArcWeldingPowerSource)”的美国临时申请号62/271,811的非临时美国专利申请,其全部内容特此针对全部目的通过引用并入本文。
技术介绍
本公开总体上涉及焊接电源,并且更具体地涉及用于控制通过功率控制电路的输出负载的电流的系统和方法。焊接电源电路通常将来自主电源的功率转换为适合于焊接操作的输出。输出功率以适当的电压或电流电平提供,并且可根据工艺要求进行控制和调节。一些焊接工艺要求输出为交流电(AC)。例如,用于钨极气体保护电弧焊(GTAW)或埋弧焊(SAW)的典型高电流交流输出可能需要有效地产生数百安培量级的方波输出的电路。旨在满足该需求的典型电路拓扑结构包括:降压转换器,其逐步降低所提供的直流(DC)电压;全桥逆变器,其将逐步降低的直流电压转换为交流输出;以及输出钳位电路,其用于抑制由于寄生输出电感在输出电流反转期间从焊接电缆引起的输出能量。因为焊接操作通常需要在输出处具有高电流电平和低电压电平,所以典型的焊接和等离子体切割电源电路的重要设计标准是电路中功率损耗的限制。然而,现在认识到,传统的电源电路包括通常包含多个晶体管和二极管的部件(例如,降压转换器、全桥逆变器和输出钳位电路)的组合,这大幅促成了电路中的功率损耗,导致电路设计效率低下。事实上,现在已经认识到,需要减少电路中的功率损耗并提高焊接电源效率的电路。
技术实现思路
在实施例中,焊接或切割电路包括输入支线,该输入支线包括耦合在高总线与低总线之间的电容器。另外,焊接或切割电路包括与输入支线并联耦合的降压转换器。降压转换器包括第一晶体管、第一二极管以及电耦合到第一晶体管与第一二极管之间的节点的输出,并且降压转换器将输入电压转换为耦合到降压转换器的输出的电感器中的电流。另外,焊接或切割电路包括与输入支线并联耦合的操纵支线。操纵支线控制电感器中电流下降的速率。在实施例中,控制通过焊接或切割电路的输出负载的电流的方法包括通过切换第一晶体管来对焊接或切割系统的电压输入支线中的电压进行脉宽调制以提供通过电感器和焊接或切割电路的输出的电流电平。第一晶体管与降压转换器结构中的第一二极管串联布置,并且电感器从第一晶体管与第一二极管之间的节点延伸到焊接或切割电路的输出负载。另外,该方法包括至少部分地通过在断开配置与闭合配置之间切换焊接或切割电路的第二晶体管来控制通过电感器和焊接或切割电路的输出的电流。在实施例中,焊接或切割电路包括输入支线。输入支线包括耦合在高总线与低总线之间的电容器。另外,焊接或切割电路包括与输入支线并联耦合的降压转换器。降压转换器包括第一晶体管、第二晶体管以及电耦合到第一晶体管与第二晶体管之间的节点的输出,并且降压转换器将输入电压转换为耦合到降压转换器的输出的电感器中的电流。另外,焊接或切割电路包括与输入支线并联耦合的操纵支线,并且操纵支线滞后地控制电感器中的电流减小的速率。附图说明当参考附图阅读具体实施方式时,本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解,其中:图1说明了根据本公开的各方面的示例性焊接、切割或加热电源;图2是说明根据本公开的各方面的焊接电源的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图;图3是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,其中建立从左向右通过输出负载的电流;图4是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,其中电流从左向右续流通过输出负载;图5是说明根据本公开的各方面的建立从右向左通过输出负载的电流的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图;图6是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,其中电流从右向左续流通过输出负载;图7是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,示出电流从左向右反转为从右向左通过输出负载的第一步骤;图8是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,示出电流从左向右反转为从右向左通过输出负载的第二步骤;图9是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,示出电流从右向左反转为从左向右通过输出负载的第一步骤;图10是说明根据本公开的各方面的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图,示出电流从右向左反转为从左向右通过输出负载的第二步骤;图11A和11B是在输出功率控制电路操作期间产生的示例性波形的图形表示;图12是说明根据本公开的各方面的焊接电源的输出功率控制电路的示例性实施例的电路图;图13是说明根据本公开的各方面的焊接电源的输出控制电路的附加实施例的电路图;图14是说明根据本公开的各方面的图13的输出控制电路的实施例的电路图,其中电流在输出功率控制电路的低侧中从左向右续流通过输出负载;图15是说明根据本公开的各方面的图13的输出控制电路的实施例的电路图,其中电流在输出功率控制电路的高侧中从左向右续流通过输出负载;图16是说明根据本公开的各方面的图13的输出控制电路的实施例的电路图,其中高侧晶体管和低侧晶体管处于断开位置;图17是说明根据本公开的各方面的具有四象限滞后控制的输出控制电路的实施例的电路图;图18是根据本公开的各方面的由传感器测量的通过输出功率控制电路的电感器的电流的曲线图;图19是说明根据本公开的各方面的图17的输出控制电路的实施例的电路图,其中电流从左向右流过输出负载;并且图20是说明根据本公开的各方面的图17的输出控制电路的实施例的电路图,其中电流从右向左流过输出负载。具体实施方式图1说明了根据本公开的各方面的示例性焊接、切割或加热电源10,其用于对焊接、切割或加热操作供电并控制这些操作。所说明的实施例中的电源单元10包括控制面板12,通过该控制面板12,用户可通过旋钮14或其它面板部件控制诸如电力、气流等等材料到焊接、切割或加热操作的供应。电源10包含端口16,该端口可将电源10通信地耦合到其它系统部件,诸如焊炬、工作引线、壁式电源插座等等。单元10的便携性取决于一组轮子18,其使得用户能够容易地将电源单元10移动到工件的位置。图2是说明根据本公开的各方面的焊接电源10的输出功率控制电路20的一个实施例的电路图。功率控制电路20根据执行焊接、切割或加热操作的需要将未经调节的DC输入转换为调节后的AC输出。例如,典型的埋弧焊(SAW)操作可能需要几百安培的调节后的高电流方波输出。然而,主电源(诸如壁式插座)会提供不足以进行SAW操作的未经调节的交流输出。因此,现在已经认识到,电路必须将主电源的输出转换为适合于正在执行的焊接、切割或加热操作的输出。在操作中,图2中所说明的功率控制电路20有效地将主电源中的第一电容器22的未经调节的DC输入转换为调节后的ACS输出以用于焊接、切割或加热操作。在下面的讨论中,图2中所说明的功率控制电路20为了解释目的而可能会分解成支线和侧面。然而,本领域技术人员将理解的是,电路20的部件可以不同方式布置和/或分组,同时保持电路20的整体功能。脉宽调制(PWM)支线24调制从第一电容器22接收的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接或切割电路,包括:输入支线,其包括耦合在高总线与低总线之间的电容器;与所述输入支线并联耦合的降压转换器,其中所述降压转换器包括第一晶体管、第一二极管以及电耦合到所述第一晶体管与所述第一二极管之间的节点的输出,并且其中所述降压转换器被配置为将输入电压转换为耦合到所述降压转换器的所述输出的电感器中的电流;以及与所述输入支线并联耦合的操纵支线,其中所述操纵支线被配置为控制所述电感器中的所述电流减小的速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.28 US 62/271,811;2016.12.21 US 15/386,6741.一种焊接或切割电路,包括:输入支线,其包括耦合在高总线与低总线之间的电容器;与所述输入支线并联耦合的降压转换器,其中所述降压转换器包括第一晶体管、第一二极管以及电耦合到所述第一晶体管与所述第一二极管之间的节点的输出,并且其中所述降压转换器被配置为将输入电压转换为耦合到所述降压转换器的所述输出的电感器中的电流;以及与所述输入支线并联耦合的操纵支线,其中所述操纵支线被配置为控制所述电感器中的所述电流减小的速率。2.根据权利要求1所述的焊接或切割电路,其中所述操纵支线被配置为通过控制所述电流在所述焊接或切割电路中流过的路径来控制所述电感器中的所述电流减小的所述速率。3.根据权利要求1所述的焊接或切割电路,其中所述操纵支线包括第二晶体管和第二二极管。4.根据权利要求3所述的焊接或切割电路,其中所述第二晶体管与所述第二二极管之间的节点被配置为耦合到输出负载。5.根据权利要求3所述的焊接或切割电路,其中所述第一晶体管和所述第二二极管各自耦合到所述高总线,并且所述第一二极管和所述第二晶体管各自耦合到所述低总线。6.根据权利要求3所述的焊接或切割电路,其中所述第一晶体管和所述第二二极管各自耦合到所述低总线,并且所述第一二极管和所述第二晶体管各自耦合到所述高总线。7.根据权利要求3所述的焊接或切割电路,其中所述第一晶体管被配置为当所述电感器中的所述电流大于电流阈值时断开。8.根据权利要求3所述的焊接或切割电路,其中所述第二晶体管被配置为当所述电感器中的所述电流大于电流阈值时断开。9.根据权利要求8所述的焊接或切割电路,其中所述电流阈值被配置为取决于输出控制电路的模式而改变。10.根据权利要求1所述的焊接或切割电路,其中所述降压转换器被配置为对所述输入电压进行脉宽调制并且向所述电感器提供经脉宽调制的输入电压。11.根据权利要求1所述的焊接或切割电路,包括滞后控制器,所述滞后控制器基于测量的输出电流与参考信号之间的至少一次比较来控制所述第一晶体管。12.一种方法,包括:通过将焊接或切割电路的第一晶体管在断开配置与闭合配置之间切换来控制所述焊接或切割电路的电压输入支线中的电压以控制通过电感器和所述焊接或切割电路的输出的电流的电平,其中所述第一晶体管与所述焊接或切割电路的降压转换器结构中的第一二极管串联布置,并且所述电感器从所述第一晶体管与所述第一二极管之间的节点延伸到所述焊接或切割电路的输出负载;以及至...

【专利技术属性】
技术研发人员:安东尼·范·卑尔根·萨尔辛施
申请(专利权)人:伊利诺斯工具制品有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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