具有双象限转换器的改进的电源及操作技术制造技术

电源可以包括用于接收输入功率并生成输出功率的功率块；以及耦合到功率块的控制系统，其中功率块和控制系统被布置成在电源的操作期间提供单向电流和双极性电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有双象限转换器的改进的电源及操作技术
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。
技术介绍
电源(PS)，特别是开关模式电源(SMPS)，被设计为将源自电力源的初级电源的电能转换为其参数与来自初级电源的能量的参数不同的电能。SMPS还可以提供初级电路和次级电路的分离。在许多情况下，电源被设计为向次级能量接收器(诸如负载)提供能量，其中能量仅从初级电源流到次级能量接收器。在各种其它情况下，当接收器积蓄和/或输送能量时，能量也可以从接收器流到初级电源或从接收器流到另一个蓄能器。在一些示例中，电源可以输送直流(DC)单极性电压，而各种电源可以输送交流(AC)电压。各种DC电源可以根据需要反转输出电压的极性。关于DC电源，可以认识到的是，DC电源可以提供不同极性和不同能量流方向的电压。这种情况在图1中被描绘为操作的电流-电压象限(四分之一)。默认情况下，当电压为正时，能量流向接收器，并且电源在第一象限(Q-I)工作，其特征可以是正电压和正电流。大多数已知电源可以仅在此象限中操作。某些类型的电源，例如电池充电器或不间断电源(UPS)，也可以在所谓的第二象限(Q-II)中操作，其中电压不改变极性，而电流(其可以被称为负电流)在相反的方向上流动(电池正在充电或放电)。当接收器是单向DC电动机时可能发生同样情况，单向DC电动机可以将能量返回到初级电源或间歇蓄能器。双向DC电动机需要双向电压并且也可以返回能量。因此，操作可以在如图1所示的所有四个象限中发生。按照惯例，电压为负且功率流向接收器的象限被称为第三象限(Q-III)，而第四象限是其中电压为负且能量从接收器流回的象限(Q-IV)。鉴于上述情况，电源可以被分为三类：第一类，单象限电源，在一个象限Q-I或Q-III中操作；第二类，双象限电源，在两个象限Q-I和Q-II或Q-III和Q-IV中操作；以及第三类，四象限电源，在所有四个象限中操作。值得注意的是，在双象限电源的类别中，电源通常不在其中电压极性切换而电流的方向不切换的Q-I和Q-IV或Q-III和Q-II中操作。在作为在Q-I或Q-III中操作的DC单象限电源的大多数焊接电源中，DC焊接过程仅需要以受控方式(特别是快速变化地)输送能量。该过程中的输出电流不会反转其方向或需要反转其方向。但是，在DC焊接期间，接收器中的能量不仅在处理的焊接中消耗，而且可能积蓄在电源的输出电感器和实际上充当电感器的供电电缆中。根据电磁感应原理，电感器中的电流不会立即改变。电感器中电流的导数(dI/dt)与施加到电感器的电压成比例。因此，为了快速控制输出电流，反转电源的输出电压是合理的。单象限电源可以仅提供正电压。因此，在短路条件期间，施加到电感器的电压仅可能是正的或非常轻微的负电压。因此，虽然电流可以非常快速地增加，但电流只能非常缓慢地减小。这种情况表示单象限电源的主要缺点。图2中呈现了短路期间的单象限电源200的示例。该转换器采用由开关VT1、VT2、VT3、VT4与相应的反向二极管VD1、VD2、VD3、VD4形成的初级侧全桥(FB)。在图2的示例中，能量仅在一个方向上流动——从电源通过整流器，这由二极管VD0示意性地示出。DC母线电容器C1提供双向导电性，在这种情况下，仅需要使电力变压器T1的漏电感和磁化电感放电。转换器采用带有二极管VD5和VD6的中心抽头有源整流器(CTAP)。借助于输出电感器L2和输出电缆的电感来平滑输出电流。输出电感器、电缆的电感和电阻以及焊接负载构成能量接收器。如前所述，由于焊接的性质，在短路期间需要快速控制输出电流。虽然电流可以非常快地增加，但是不能实现快速减小电流。当命令快速减小电流时，所有初级开关VT1、VT2、VT3、VT4必须断开。二极管VD5和二极管VD6以续流方式导通。施加到输出电感器L2和电缆的电感Lcable+、Lcable-的电压较小，等于电缆和输出整流器上的电压降之和。在脉冲焊接期间发生类似但不那么严重的情况。期望高比率的dI/dt，特别是在减小阶段期间；但是，由于电源的单象限操作，施加在电感上的电压受到限制。鉴于上述情况，已知的焊接电源被设计为使用在输出电路中串联连接的开关来强制短路期间的电流减小，如其中示出了电源的次级侧的图3和图4中所示。在图3的电源300或图4的电源400中，在正常操作下，开关VT7闭合(接通)并且相应的电源将功率和电流输送到焊接池。在短路期间以及当过程控制需要快速减小电流时，开关VT7断开(关断)，并且输出电流I2流过电阻器R2(图3)或流过描绘为等效的功率齐纳二极管VT10的电压钳(参见图4)。大的反向电压被施加到电感器(输出电感器和电缆)，从而导致电流快速减小。在两个电源中，电感中积蓄的能量通过电阻器R2或通过电压钳(VT10)消散，这些过程可能非常无效。另外，300A至400A水平的终止电流可能引起大的电压浪涌并且可能需要利用无效的高压器件和吸收电路(snubber)。关于这些和其它考虑，提供了本公开。
技术实现思路
在一个实施例中，电源可以包括：用于接收输入功率并生成输出功率的功率块；以及耦合到功率块的控制系统，其中功率块和控制系统被布置成在电源的操作期间提供单向电流和双极性电压。在另一个实施例中，操作用于焊接的电源的方法可以包括：在第一间隔期间提供能量源与能量接收器之间的第一能量流，其中源电流在第一方向上流动；其中输出电流在第一方向上流动并且电源的输出电压具有第一极性；在第二间隔期间提供能量接收器与能量源之间的第二能量流，其中源电流在与第一方向相反的第二方向上流动，并且其中输出电流在第一方向上流动并且电源的输出电压具有与第一极性相反的第二极性；以及在第三间隔期间提供零能量流，其中电流不流过能量源，并且电流在接收器中在第一方向上循环。附图说明图1图示了根据电流-电压象限的电源的操作原理。图2描绘了用于焊接的单象限电源的已知电路图。图3描绘了用于焊接的另一个单象限电源的已知电路图。图4描绘了用于焊接的另一个单象限电源的已知电路图。图5描绘了电源的拓扑，其中在次级侧设置有电压钳。图6示出了根据本公开的实施例布置的电源。图7示出了根据本公开的实施例布置的另一个电源。图8A示出了根据本公开的实施例布置的又一个电源。图8B示出了根据本公开的实施例的用于图8A的实施例的有源整流器。图8C示出了根据本公开的实施例的用于图8A的实施例的另一个有源整流器。图8D示出了根据本公开的实施例的用于图8A的实施例的又一个有源整流器。图9是根据本公开的实施例布置的又一个电源。图10示出了用于图9的电源的操作的示范性时序图。图11图示了根据本公开的实施例布置的另一个电源。图12示出了根据本公开的实施例布置的又一个电源。图13示出了根据本公开的实施例布置的另一个电源。图14描绘了根据本公开的附加实施例的另一个电源。图15描绘了根据本公开的附加实施例的另一个电源。具体实施方式各种实施例提供了功率转换器拓扑和用于控制转换器的技术，其提供输出电压的反转和能量流的方向的反转。各种实施例涉及具有隔离输出的开关模式电源(SMPS)，其经由脉冲宽度调制(PWM)控制或PWM控制的衍生物(诸如滞后控制、恒定导通时间控制或其它技术)操作，其中通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源，包括：功率块，用于接收输入功率并生成输出功率；以及控制系统，耦合到所述功率块，其中所述功率块和所述控制系统被布置成在电源的操作期间提供单向电流和双极性电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电源，包括：功率块，用于接收输入功率并生成输出功率；以及控制系统，耦合到所述功率块，其中所述功率块和所述控制系统被布置成在电源的操作期间提供单向电流和双极性电压。2.如权利要求1所述的电源，其中所述功率块和所述控制系统被布置成在第一电流-电压象限和与所述第一电流-电压象限相邻的第二电流-电压象限中操作。3.如权利要求2所述的电源，其中所述第一电流-电压象限包括正电流和正电压，并且所述第二电流-电压象限包括正电流和负电压。4.如权利要求2所述的电源，其中所述第一电流-电压象限包括负电流和负电压，并且所述第二电流-电压象限包括负电流和正电压。5.如权利要求1所述的电源，其中所述功率块包括蓄能器和具有多个开关的初级转换器，其中所述控制系统包括生成所述初级转换器的脉冲宽度调制控制的电路系统。6.如权利要求1所述的电源，其中所述功率块包括初级侧和次级侧，所述初级侧和次级侧经由变压器彼此耦合，其中所述次级侧包括有源整流器块。7.如权利要求6所述的电源，其中所述次级侧的所述有源整流器块包括多个开关，其中所述控制系统包括用于生成所述有源整流器块的脉冲宽度调制控制的电路系统。8.如权利要求6所述的电源，其中所述功率块包括提供所述变压器的双极性磁化的转换器，并且其中所述有源整流器块包括中心抽头有源整流器。9.如权利要求6所述的电源，其中所述功率块包括提供所述变压器的双极性磁化的转换器，并且其中所述有源整流器块包括全桥有源整流器。10.如权利要求6所述的电源，其中所述功率块包括提供所述变压器的双极性磁化的转换器，并且其中所述有源整流器块包括倍流有源整流器。11.如权利要求6所述的电源，其中所述有源整流器块包括至少一对受控整流器，所述一对受控整流器提供与串联耦合到相应的一对二极管的一对开关等效的操作。12.如权利要求6所述的电源，其中所述功率块包括初级电流换能器和次级电流换能器。13.如权利要求12所述的电源，其中所述控制系统包括测量系统，所述测量系统通过叠加第一信号和第二信号产生与电力变压器的磁化电流的绝对值成比例的单极性信号，所述第一信号与所述变压器的初级电流成比例并且具有周期性地改变的极性，所述第二信号与次级电流成比例。14.如权利要求12所述的电源，其中所述控制系统包括测量系统，所述测量系统通过叠加第三信号和第四信号周期性地产生与电力变压器的磁化电流成比例的一个或两个双极性信号，所述第三信号与初级电流成比例，并且所述第四信号与次级电流成比例。15.如权利要求6所述的电源，其中所述控制系统包括产生信号的测量系统，所述信号与所述变压器的磁芯中的磁通密度成比例。16.如权利要求12所述的电源，其中所述控制系统包括抗饱和系统，所述抗饱和系统包括参考占空比的发生器、数字比较器和积分器。17.如权利要求11所述的电源，其中所述有源整流器块包括第一受控整流器和第二受控整流器，并且其中所述控制系统包括直接耦合到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·姆尼克，
申请(专利权)人：依赛彼公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE