具有相移双正向转换器的焊接型电力供应器制造技术

用于提供焊接型电力的方法和设备包含具有第一转换器和第二转换器的相移双正向转换器以及控制器。控制器包含设定pwm时序信号的pwm模块。pwm模块包含相移模块，其中相移模块具有响应于输出负载的经前沿调整的输出以及经后沿调整的输出。相移模块还包含占空比偏移模块和/或Dmax模块，所述Dmax模块响应于输出负载电流。pwm模块包含禁用模块，所述禁用模块响应于输出电流和输出电压中的至少一个并禁用第一转换器和第二转换器中的一个。

Welding type power supply with phase-shifting dual forward converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有相移双正向转换器的焊接型电力供应器
本公开大体上涉及焊接型电力供应器以及提供焊接型电力的领域。更具体来说，本公开涉及焊接型电力供应器以及使用相移双正向(PSDF)转换器来提供焊接型电力。
技术介绍
本公开是对第8,952,293号美国专利和第8,455,794号美国专利所示的焊接型电力供应器的改进，两篇美国专利以引用方式并入本文中并且将被用作焊接型应用中的PSDF的背景和描述的基础。此改进可还适用于电池充电器中所使用的PSDF，例如也以引用方式并入本文中的第8,179,100号美国专利。如本文所使用，焊接型电力供应器表示可提供焊接型电力的电力供应器。如本文所使用，焊接型电力表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的电力。焊接型电力供应器通常将AC电力转换为适用于焊接型操作的输出。输出电力是在适当电压和/或电流电平下提供，并且可根据工艺要求来控制和调节。许多工业焊接和切割工艺具有无法由静态电力供应器输出满足的动态负载电压和电流要求。例如，电弧引燃、电极特性、活动电弧的长度、操作员技术等全都可能对瞬时电压要求造成影响。通常，高于平均负载条件的这些动态要求具有短暂持续时间(例如，约1毫秒到几秒)，并且仅包括总焊接或切割时间的一小部分。因此，电力供应器应能够提供平均负载要求与动态负载要求两者。单正向转换器电路或双正向转换器电路当前用于在一些焊接型电力供应器中满足这些双重要求。平均负载要求通常确定电力供应器电路的热学设计，从而决定例如变压器、散热器、电力装置、冷却风扇等部件的大小和额定值。然而，为了使焊接和切割电力供应器适应于短暂动态负载，通常选择能够应对短暂但极端要求的部件。在电力供应器在平均条件下操作时，这可能导致具有尺寸过大部件或缺乏效率的电路。基于PSDF的焊接型电力供应器可较好地应对静态负载要求与动态负载要求两者，而不具有其它设计的某些低效性。例如，基于PSDF的焊接型电力供应器可通过控制两个正向转换器电路的占空比而改变焊炬或割炬处的输出电压。第8,952,293号美国专利和第8,455,794号美国专利中所发现的现有技术PSDF焊接型电力供应器响应于增大的输出电压需求而增加在一对正向转换器电路中的同步占空比。接着，它们响应于输出电压需求的进一步增大而改变占空比之间的相移。它们还适应于经由前导前沿(脉冲的开始位置)或后沿(脉冲的结束位置)补偿而重置变压器铁心所需的时间。通过以减少控制损失的方式执行这个动作而改善相移。现有技术第8,952,293号美国专利描述“前导”和“滞后”转换器(正向转换器)电路。前导表示一种相移模式下的操作，其中转换器中的一个在另一个转换器之前(即，领先于另一个转换器)开始其PWM循环。滞后表示另一转换器在第一转换器之后(即，滞后)开始PWM循环。'293专利描述前导转换器在滞后转换器的PWM时序保持固定时如何相移成与之同相和异相。'293专利描述采取某些类型的措施以允许正向转换器变压器随着相移增大有足够时间完全重置。这些动作可包含跳过完整脉冲、通过延迟新的相移前沿而减小脉冲的占空比，或在铁心已完全重置之前启动新脉冲并且接着通过调整后沿而减小脉宽，以允许铁心在脉冲结束时有较多时间重置。跳过或减小前导转换器的脉宽将瞬时干扰引入控制中。这意味控制环路未获得其总体占空比(相移加上领先和滞后占空比)，该总体占空比是控制环路根据焊接电弧的动态需求而尝试命令给予的。这可在焊接电弧中导致不良干扰，例如，灭弧或电流的下冲或过冲，对此会请求焊接工艺控制。在铁心完全重置之前启动新脉冲也可能在铁心去磁电流仍然流动时具有短暂导通。此外，如果控制环路进一步增大相移，那么这可导致铁心尚未完全重置并可能导致变压器饱和的额外连续循环。现有技术的基于PSDF的焊接型电力供应器大多数时间同相操作(来自每一转换器的脉冲同时开始和结束)，以提供焊接工艺的静态要求或平均要求。在瞬时动态条件期间，焊接电弧需要相比由转换器电路的同相操作所能满足的电压更高的电压，因此现有技术的基于PSDF的焊接型电力供应器将相移成异相(以使得来自一个转换器的脉冲在不同于来自另一转换器的脉冲的时间开始)。一旦动态条件消失，它们将再次同相操作。在两个转换器同相操作的时间期间，它们将负载电流分路。因此每一转换器在半电流下操作。这通过减少半导体开关和变压器中的损失而实现较高效的操作。然而，在转换器在相移模式中操作的时间期间，损失可显著较高，这是因为每一转换器现在个别地承载全电流。因此，希望两个转换器不会在延长的时间段和/或电流下以相移模式操作。'293专利描述在相移操作期间限制时间和/或减小电流电平的方式。'293专利教示一种控制，其中所述控制可在高电流状态期间将转换器操作驱动到相移模式中，即使实际电弧电压可能不高于正常电压也是如此。这可例如在脉冲GMAW(GMAW-P)焊接和焊接工艺需要电流在短暂时间段(例如，0.5毫秒到1.0毫秒)内从相对低的本底电流电平(例如，40安到100安)驱动到相对高的峰值电流(例如，400安到600安)时发生。为了克服电路阻抗和电感(其包含焊接电缆的电感)的影响，PSDF相移成异相以提供足够驱动电压来按所需的di/dt比来升高电流电平。这种状态由焊接工艺波形产生引起，而不是由电弧电压的动态改变(其可在SMAW焊接期间发生)直接引起。占空比与实际输出电压之间的关系并不理想，并且通常在输出下降方面被描述。随着两个转换器电路特别在较高输出电流下从同相相移成异相操作，输出电压将短暂地减小，而不是如控制所预期般增大。此电压的短暂减小表现为控制环路中的非线性或不连续。当控制被迫“追赶”并进一步增大相移以取得期望的输出电压时，此非线性可能导致电弧的干扰。其也可允许PSDF“保持”在相移模式中，并且不会自然地转变回到同相操作。现有技术的基于PSDF的焊接型电力供应器通常将最大开关占空比限制于0.4与0.5之间，以提供足够时间使变压器铁心重置。此限制必须将多种非理想参数和状态考虑在内，例如在开关断开时开关上的栅极驱动延迟和电压上升时间。希望针对大多数操作状态使PSDF的两个转换器同相操作，并且仅针对短暂动态负载状态而相移成异相。因此，实践中希望利用接近0.5的最大开关占空比(Dmax)以为同相操作提供最宽的操作窗口。然而，栅极驱动延迟和电压上升时间的影响可取决于与输出负载电流相关的开关电流而变化。现有技术的基于PSDF的焊接型电力供应器通常针对所有负载电流而选择单个Dmax，实际上对于某些负载电流将使用不是尽可能高的Dmax。当基于PSDF的焊接型电力供应器在低电压和/或低电流下操作时，PWM脉宽减小到如此低的值以致于一致地产生开关循环变得困难。现有技术的基于PSDF的焊接型电力供应器中的控制将通常导致转换器跳过某一数量的开关循环，在这些开关循环后面接着是极小脉宽的一个或更多个循环。当在低电流和低电压下操作时，此控制可导致增加的电流纹波、过冲或下冲或不一致的行为。通常，PWM开关行为在较高电流电平和/或较高电压电平下变得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提供焊接型电力的方法，包括：/n接收输入电力；/n对第一正向转换器和第二正向转换器进行脉宽调制，以使得所述第一正向转换器和第二正向转换器作为经脉宽调制的双正向转换器而操作以提供焊接型输出；/n当占空比、电流命令和所述焊接型输出中的至少一个超过阈值时，将所述第二正向转换器的输出相对于所述第一正向转换器的输出相移，其中所述第二正向转换器的前沿被调整并且所述第二正向转换器的后沿被调整以提供所述相移；以及/n当所述占空比、所述电流命令和所述焊接型输出中的至少一个处于给定范围中时，使所述第一正向转换器和所述第二正向转换器同相操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170421 US 62/488,439;20180419 US 15/956,9661.一种提供焊接型电力的方法，包括：
接收输入电力；
对第一正向转换器和第二正向转换器进行脉宽调制，以使得所述第一正向转换器和第二正向转换器作为经脉宽调制的双正向转换器而操作以提供焊接型输出；
当占空比、电流命令和所述焊接型输出中的至少一个超过阈值时，将所述第二正向转换器的输出相对于所述第一正向转换器的输出相移，其中所述第二正向转换器的前沿被调整并且所述第二正向转换器的后沿被调整以提供所述相移；以及
当所述占空比、所述电流命令和所述焊接型输出中的至少一个处于给定范围中时，使所述第一正向转换器和所述第二正向转换器同相操作。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括当占空比、电流命令和所述焊接型输出中的至少一个小于第二阈值时，将所述第二正向转换器的所述输出相对于所述第一正向转换器的输出相移。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括当占空比、电流命令和所述焊接型输出中的至少一个小于第二阈值并且所述焊接型输出用于焊条焊接时，将所述第二正向转换器的所述输出相对于所述第一正向转换器的输出相移。


4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第二正向转换器的输出相对于所述第一正向转换器的输出相移还包括调整所述第一正向转换器的后沿。


5.根据权利要求4所述的方法，其中响应于所述第一正向转换器的平均电流与所述第二正向转换器的平均电流之间的差而调整所述第一正向转换器的后沿。


6.根据权利要求1所述的方法，还包括当占空比、电流命令和所述焊接型输出中的至少一个超过阈值时，将所述第一正向转换器的输出相对于所述第二正向转换器的输出相移，其中所述第一转换器的前沿被调整并且所述第一正向转换器的后沿被调整以提供所述第一正向转换器的所述输出的所述相移，其中将所述第一正向转换器的输出相移以及将所述第二正向转换器的输出相移被轮流地执行。


7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第二正向转换器的输出相移提供足够时间使所述变压器铁心重置。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述第二正向转换器的输出相移响应于输出负载电流。


9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于所述输出负载电流而将所述第二正向转换器的输出相移被执行以使得不具有不连续性的控制以及线性控制中的至少一个得以提供。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述脉宽调制包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德·沃格尔，昆·沙尔特纳，
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