[发明专利]具有半桥的焊接电源

说明书

本发明公开一种用于提供焊接型电力的方法和设备。其包括输入电路、dc总线、输出电路和控制模块。所述输入电路接收电力且将中间信号提供到所述总线。所述输出电路接收所述dc总线且提供ac焊接型输出。所述输出电路包括具有至少第一和第二开关的半桥输出逆变器。所述输出逆变器进一步包括输出控制电路。所述输出控制电路提供惯性前进路径，所述惯性前进路径包括控制开关、所述输出端、反并联的二极管。所述控制模块具有将控制信号提供到半桥输出逆变器且将调制控制信号提供到第一和第二输出控制开关的四象限控制模块。所述调制信号使所述输出控制开关被多次接通和关断以控制输出电流的变化率。

技术领域

本公开大体涉及提供焊接型电力的技术。更具体地说，其涉及使用基于半桥逆变器的输出电路提供焊接型电力。

背景技术

有许多已知类型的焊接型电源，它们提供焊接型电力。如本文中使用的焊接型电力指适合于电弧焊接、等离子弧切割或感应加热的电力。如本文中使用的焊接型电源指可提供焊接型电力的电源。焊接型系统用以执行多种工艺，且在多种设置中使用。如本文中使用的焊接型系统是这样一种系统，该系统可提供焊接型电力且可包括控制和电力电路、送丝器和辅助装备。

一些焊接型系统包括提供dc总线的输入电路和/或预调器，之后是基于逆变器的输出电路。预调器调节输入电力，且提供已知dc总线。基于逆变器的输出电路接收总线，且提供焊接型电力作为输出。一种成功的设计包括作为预调器的一部分的升压电路，且输出电路包括逆变器、变压器、整流器和输出电感器。此类型的焊接型电源被记载在USP6987242(Geissler)中。具有基于逆变器的输出电路的其他焊接型电源包括USP 6115273(Geissler)和专利公开20090230941(Vogel)，所有三个专利都由本专利的拥有人拥有，且所有三个专利在此被以引用的方式并入。其他焊接型电源包括输入电路，所述输入电路具有输入变压器和/或从发动机/发电机得到电力和/或从例如燃料电池或蓄电池的能量存储装置得到电力。焊接型电源可包括额外的级，或将其他拓扑用于每一级(例如，降压预调器、组合的整流器-升压预调器、替代逆变器或在逆变器之后的斩波器、在第一逆变器之后的第二逆变器等)。

基于逆变器的输出电路提供许多优势，但其确实具有一些缺点。首先，在逆变器电路中使用的开关和二极管可能出现故障，特别是当暴露于高于额定电压的电压时。钳位电压是已知的，但可能导致过多损失。同样，换向开关和二极管可能产生过多的热量。USP6801443在单个切换事件中将全部钳位能量返回到输出端。由本发明的发明人拥有且被以引用的方式并入的美国专利公开2014-0263240公开了有效地返回换向能量的方式。

全桥输出逆变器记载在美国专利公开2014-0263240中。使用输出逆变器将dc总线逆变以提供ac输出。ac焊接输出通常具有在约20Hz到400Hz之间的频率。当输出极性反转时，电流必须过零。在过零期间，存在电弧整流/熄灭的风险。非常迅速的过零减小了电弧整流的可能性。

现有技术专利US 9120172 B2和申请US 20140083987 A1声称能够通过将高阻抗路径切换入和切换出焊接电路来迅速减小安培数，因此改变衰减时间常数。这种无源电路系统消散了电源内的附加热量——其浪费了电力且产生不想要的热量。

美国专利公开2014-0263240提供对浪费电力的现有技术好得多的替代方案，上述替代方案通过在从一个极性过渡期间帮助电弧保持点亮而实现，使电弧保持点亮是通过使用将高电压施加到输出端且将电流向上驱动到某一电平的辅助电路来实现的。在使AC输出中的主控IGBT的极性反转前，输出逆变器开关被保持，且到逆变器的电力被去除。输出电流然后缓慢地衰减(通过开关和变压器惯性前进)。接着反转逆变器开关的开/关状态，且以新的极性施加电力。在这段时间内，输出将不具有所要的波形。一旦切换IGBT，电流以不受控制的高di/dt方式迅速下落。高电压源(处于降压电路的形式)协助电弧反转和向上驱动电流。替代方案提供将变压器上的额外抽头用作高电压的来源。