專利名稱：帶有緩沖電路的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上說涉及焊接型電源領(lǐng)域。更具體地說涉及具有回收能量的緩沖器的焊接型電源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有許多產(chǎn)生焊接型功率的電源，它們有各種結(jié)構(gòu)和用途。這里所說的焊接型電源包括提供焊接型功率的電源。這里所說的焊接功率是指焊接、等離子體或加熱功率。
TIG焊接(鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊接)是一種熟知的焊接工藝，這種工藝常用一種帶開關(guān)的電源來實現(xiàn)，如Miller Maxstar 200電源。帶開關(guān)的焊接電源用各種電路元件布置技術(shù)及控制方式做成。大多數(shù)電源包括一個開關(guān)緩沖電路，緩沖電路用于防止如開關(guān)出現(xiàn)電壓尖峰。

發(fā)明內(nèi)容
緩沖電路的一個缺點是傾向于增加損耗和發(fā)熱。因此，希望提供一種焊接型電源，這種電源包括一個緩沖電路，該緩沖電路回收如若沒有它就會浪費(fèi)掉的能量。
按照本發(fā)明的第一方面，焊接型電源包括一個電流換向功率電路，一個母線電感器(a bus inductor)，一個緩沖電路，一個緩沖電容器電壓反饋電路和一個控制電路。電流換向電路包括一條母線、多個開關(guān)和一個輸出端。母線電感器與電流換向和母線連接。緩沖電路與多個開關(guān)連接。另外，緩沖電路包括一個緩沖電感器，一個隔離二極管、一個與緩沖電感器和緩沖電容器連接的回收開關(guān)。至少一個單向電路(freewheeling circuit)包括一個緩沖電感器和至少一個單向開關(guān)(freewheeling switch)。緩沖電容器電壓反饋電路與緩沖電容器連接并且為控制電路提供一個緩沖電容器電壓反饋輸出?？刂齐娐钒ㄒ粋€比較電路，該比較電路將對緩沖電容器的電壓反饋與閾值進(jìn)行比較。比較電路的輸出對回收開關(guān)進(jìn)行控制。
按照本發(fā)明的第二方面，焊接型電源包括一個用于使母線倒相并在輸出端提供輸出功率的電流換向裝置。用于緩沖多個開關(guān)的緩沖器裝置包括用于儲存和回收能量的裝置，用于打開和關(guān)閉電流路線的裝置包括用于儲存的裝置。緩沖器裝置還包括用于使單向路線有效的裝置，后者包括用于儲存的裝置。用于提供指示緩沖電容器電壓的信號的反饋裝置連接到緩沖電容器和控制該緩沖器、特別是打開和關(guān)閉電流路線的裝置上。
按照本發(fā)明的第三方面，提供焊接型功率的焊接型電源包括一個使母線倒相以提供輸出的倒相裝置和一個穩(wěn)定母線和輸出的穩(wěn)定裝置，用于緩沖電流換向的緩沖器裝置包括當(dāng)緩沖電容器的電壓超過閾值時回收能量的裝置和當(dāng)回收開關(guān)關(guān)閉時使電流單向流動的裝置。
提供焊接型功率的方法包括使母線倒相，以提供輸出，穩(wěn)定母線和輸出以及緩沖電流換向。緩沖包括當(dāng)緩沖電容器的電壓超過閾值時回收能量，而當(dāng)回收開關(guān)關(guān)閉時使電流單向流動。
按照一個實施例，回收開關(guān)，緩沖電容器，多個開關(guān)的至少一個開關(guān)，負(fù)載或者說輸出端以及緩沖電感器構(gòu)成一個電流路線。另外，單向電路包括緩沖電感器，至少一個單向開關(guān)，輸出端和多個開關(guān)的至少一個開關(guān)。
在另一個實施例中，電流換向是有兩條電流路線的H橋。該多個開關(guān)包括至少四個開關(guān)，而該至少一個單向開關(guān)包括兩個單向開關(guān)，每個單向開關(guān)與H橋電流路線中的一個路線相關(guān)聯(lián)。
在各實施例中兩個單向開關(guān)是SCR(可控硅整流器)，并且/或回收開關(guān)是IGBT(絕緣柵基晶體管)焊接型電源還包括至少一個跨接在母線上并與電流換向功率電路并聯(lián)的電容電路。變壓器次級和整流器與母線電感器串聯(lián)，而該串聯(lián)組合在另一個連接中是與電容電路并聯(lián)。
在又一個連接中，在緩沖電容器和母線之間連接一個二極管。
一旦審閱了以下附圖、詳細(xì)說明和后附權(quán)利要求書，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其它主要特點和優(yōu)點就將成為顯而易見的。


圖1是本發(fā)明的方框圖；圖2是帶有按照本發(fā)明的帶有緩沖電路的輸出電流換向的電路圖。
在詳細(xì)闡述本發(fā)明的至少一個實施例之前，應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于在以下說明或

中提到的結(jié)構(gòu)和元件安排的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可有其它實施例或可用其它不同方式實施。另外，應(yīng)該明白，在此使用的片語和術(shù)語是為了說明目的的，而不應(yīng)視為限制。圖中相同的標(biāo)號標(biāo)記相同的元件。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明參考TIG焊接及一個特定的功率電路和控制方式進(jìn)行說明，但是一開始就應(yīng)該明白，本發(fā)明也可采用其它電路元件布置技術(shù)、電路和控制方式來實現(xiàn)，并且可用于其它應(yīng)用。
大體上說，本發(fā)明提供一種帶有回收能量的緩沖電路的帶開關(guān)的焊接型電源。具體地說，該優(yōu)選實施例提供的基于電流換向的焊接型電源包括一個緩沖電路，該緩沖電路當(dāng)緩沖電容器的電壓超過了預(yù)定電壓(在一個實施例中為300V)時從緩沖電容器回收能量。能量是由與一個開關(guān)串聯(lián)的電感器(即構(gòu)成緩沖電路一部分的電感器)來回收的。當(dāng)開關(guān)打開時，它構(gòu)成這樣一個電路，該電路包括緩沖電感器，開關(guān)，緩沖電容器(即構(gòu)成緩沖器電路一部分的電容器)，電流換向橋的“通”腿和輸出端。
當(dāng)緩沖電容器的電壓超過閾值時開關(guān)打開，當(dāng)電壓降至所述閾值或另一個閾值(在該優(yōu)選實施例中，比較器電路中的滯后提供了兩個閾值)以下時關(guān)閉。當(dāng)開關(guān)打開時電流流過電感器，從緩沖電容器上回收能量。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，儲存在電感器中的能量通過單向路線返回到輸出端(直至能量被回收)。
現(xiàn)在參考圖1，按照本發(fā)明的焊接型電源100，由ac(交流)源102(在其它實施例中也可是dc(直流)源)接收輸入功率，將功率提供給輸入功率電路104。(這里所說的電路包括模擬和/或數(shù)字部件，功率或控制元件，和/或微處理器或其中一部分)。輸入功率電路104最好與現(xiàn)有技術(shù)一致并且包括一個整流器，一個半橋電流換向，一個變壓器和一個整流器。輸入被整流、倒相、變壓和整流，以產(chǎn)生一條DC母線。
其它實施例提供的輸入功率電路包括一個接收ac或dc并提供母線或使輸入信號變壓的前置調(diào)壓器。
母線可用任何方法產(chǎn)生，并提供給輸出功率電路106，在該優(yōu)選實施例中，輸出功率電路106包括一個電流換向?？刂破?08控制輸出功率電路106(和其它需要的可控級)，以便為電弧110提供焊接型功率?？刂破?或者說控制電路)108控制輸出功率電路106來提供用戶選擇的輸出的具體方式最好與現(xiàn)有技術(shù)一致，但也可用任何通用控制方式。(對于緩沖器的具體控制情況將在下面進(jìn)行說明)。輸出電流的幅值利用例如由LEM的電流反饋和用戶的設(shè)置點，以現(xiàn)有技術(shù)的已知方式，用輸入功率電路半橋的PWM來控制。
在圖2中表示出變壓器/整流器104和輸出功率電路106的一個實施例的電路圖。變壓器/整流器104包括一個初級繞組(未畫出)，一個次級繞組201和整流二極管203和204。輸出穩(wěn)定器205穩(wěn)定(幫助維持電弧電流)輸出，特別是在極性隨ac輸出轉(zhuǎn)換期間來穩(wěn)定輸出。這些元件以現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的方式協(xié)同工作，以產(chǎn)生提供給功率輸出電路106的dc母線。
功率輸出電路106與現(xiàn)有技術(shù)一致，包括全H橋電流換向，后者包括開關(guān)206，207，208和209。電容器210(在該優(yōu)選實施例中為212μF)產(chǎn)生一個低阻抗源，以便在輸出端的極性改變之后重新建立焊接電弧。其它實施例包括采用半橋或其它電路元件布置技術(shù)，這些電路包括其它電容電路，如分裂電容器(split capacitor)，并聯(lián)電容器等，它們都包括在術(shù)語“電容器”之中。
以本領(lǐng)域所已知的方式控制電流換向，而交流電流輸出由打開和關(guān)閉對角線對中的開關(guān)206-209提供。例如，當(dāng)開關(guān)206和209打開時，電流從焊槍流向工件。為了使電流反向，關(guān)閉開關(guān)206和209，并且打開開關(guān)207和208。因此，為了產(chǎn)生ac輸出，交替地打開和關(guān)閉開關(guān)?？捎弥淮蜷_一對開關(guān)來提供給定極性的dc輸出。
按照本發(fā)明，緩沖器電路與電流換向連接并且包括一個緩沖電感器212，一個回收開關(guān)213，一個緩沖電容器215(在該優(yōu)選實施例中為212μF)，一個二極管216，一對控制SCR(可控硅整流器)218和219。很快就會說明緩沖電路的工作。這里所說的連接包括直接或間接的電連接或功能連接。
電流換向開關(guān)206-209這樣定時，使得當(dāng)兩個開關(guān)關(guān)閉時，在另一對開關(guān)打開之前有一短暫的延遲(例如3-5μs)。在這段時間里，母線電感器(即穩(wěn)定輸出的電感器)205和其它系統(tǒng)電感使得在該母線上產(chǎn)生一個電壓尖峰。該尖峰對開關(guān)206-209有不利影響，因而被緩沖電路所緩沖(控制或降低)。而且，按照本發(fā)明，這部分能量被回收并提供給負(fù)載。
具體地說，當(dāng)緩沖電容器的電壓超過了閾值(最好是300V)時，回收開關(guān)213關(guān)閉。當(dāng)回收開關(guān)213和任一對電流換向開關(guān)關(guān)閉時，包括母線、關(guān)閉的電流換向開關(guān)，負(fù)載，電感器212和緩沖電容器215的電流路線是閉合的(或者說是有效的)。因此，電流開始在緩沖電感器212中流動。
當(dāng)緩沖電容器的電壓下降到300V以下時，開關(guān)213打開，使電流路線無效。電流流過電感器212，然后流過控制或者說單向SCR218和219之一(也可用其它單向開關(guān))，以致來自電感器212的電流提供給負(fù)載兩端。采用了SCR和一個二極管220，以便電流不會自由流動而不流過負(fù)載。因此，SCR218與開關(guān)206和209電流路線相關(guān)聯(lián)，而SCR219與開關(guān)207-208電流路線相關(guān)聯(lián)。在另外的實施例中采用其它類型的開關(guān)。這里所說的開關(guān)包括一個使電流路線功效最低的器件。
控制器108(圖1)接收電壓和電流反饋。電流反饋用于控制輸入功率電路104的PWM，而電壓反饋用于控制回收開關(guān)213。(其它控制功能采用這些或其它反饋參量)。最好是，控制器108包括一個將電壓反饋信號(或其函數(shù)，如dv/dt，V*V，V的整數(shù)等)與表示閾值的信號進(jìn)行比較的比較電路。閾值可由工廠或用戶設(shè)置，或因工藝而改變。各控制方面可以是互相依賴的也可以是獨(dú)立的。各控制可由一個控制器或在一個或多個電路板上的多個控制器控制。
這里所說的比較電路包括對兩個或更多的值進(jìn)行比較的任何數(shù)字、模擬或其它電路。這里所說的控制器或者控制電路包括安置在一塊或多塊電路板上的數(shù)字或模擬電路，分離或集成電路，微處理器，DSP等，以及軟件，硬件及固定件，用來控制一個裝置，例如電源。
本發(fā)明可利用其它電路元件布置技術(shù)，其它級焊接型電源或其它應(yīng)用中的緩沖電路而實現(xiàn)。
可在本發(fā)明的范圍內(nèi)對本發(fā)明做許多修改。因此，很明顯，已經(jīng)按照本發(fā)明提供了完全滿足上面列出的目的和優(yōu)點的一種方法和設(shè)備。雖然結(jié)合其一些具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明。但是，很明顯，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可做許多不同的修改和變更。因此，意在包括后附權(quán)利要求書精神和范圍內(nèi)的所有替代實施例、修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種焊接型電源，包括一個電流換向功率電路，包括一條母線，多個開關(guān)和一個輸出端；一個母線電感器，與所述電流換向和所述母線連接；一個與所述多個開關(guān)連接的緩沖電路，包括一個緩沖電感器；一個緩沖電容器；一個與緩沖電感器和緩沖電容器連接并且有一個回收開關(guān)控制輸入的回收開關(guān)；至少一個單向電路，包括所述緩沖電感器和至少一個單向開關(guān)；一個緩沖電容器電壓反饋電路，與緩沖電容器連接并且有響應(yīng)于緩沖電容器電壓的緩沖電容器電壓反饋輸出；一個控制電路，包括一個比較電路，該比較電路將所述緩沖電容器電壓反饋輸出作為輸入，將一個與回收開關(guān)控制輸入連接的控制信號作為輸出。
2.如權(quán)利要求1的焊接型電源，其中，回收開關(guān)，緩沖電容器，多個開關(guān)的至少一個開關(guān)，輸出端和緩沖電感器構(gòu)成一個電流路線并且進(jìn)一步，其中，所述單向電路包括所述緩沖電感器，所述至少一個單向開關(guān)，所述輸出端和所述多個開關(guān)的至少一個開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2的焊接型電源，其中，所述電流換向是一個有兩條電流路線的H橋，所述多個開關(guān)包括至少四個開關(guān)，而所述至少一個單向開關(guān)包括兩個單向開關(guān)，每個單向開關(guān)與一條電流路線相關(guān)聯(lián)。
4.如權(quán)利要求3的焊接型電源，其中，所述兩個單向開關(guān)都是單方向開關(guān)。
5.如權(quán)利要求3的焊接型電源，還包括至少一個跨接在母線上并與倒相功率電路并聯(lián)的電容電路，一個與母線電感器串聯(lián)的變壓器次級和整流器，其中，該串聯(lián)組合與電容電路并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求5的焊接型電源，還包括一個連接在緩沖電容器和母線之間的二極管。
7.如權(quán)利要求3的焊接型電源，其中，所述回收開關(guān)是IGBT。
8.一種提供焊接型功率的方法，包括使所述母線倒相，以提供一個輸出；穩(wěn)定母線和輸出；和緩沖電流換向，包括當(dāng)緩沖電容器的電壓超過閾值時回收能量，當(dāng)回收開關(guān)關(guān)閉時使電流單向流動。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中，回收包括打開一個開關(guān)，其中，所述開關(guān)，緩沖電容器，多個電流換向開關(guān)中的至少一個開關(guān)，輸出端和緩沖電感器構(gòu)成一個電流路線，并且，其中，單向流動包括打開多個單向開關(guān)的至少一個單向開關(guān)，還有，其中，單向電流路線包括所述緩沖電感器，所述至少一個單向開關(guān)，輸出端和多個倒相開關(guān)的至少一個開關(guān)。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中，倒相包括使具有兩條電流路線和至少四個開關(guān)的H橋倒相，并且，其中，所述至少一個單向開關(guān)包括兩個分別與電流路線之一相關(guān)聯(lián)的單向開關(guān)。
11.如權(quán)利要求8的方法，還包括對ac信號進(jìn)行變壓和整流，以產(chǎn)生母線電壓。
12.如權(quán)利要求8的方法，其中，回收包括形成一個電流路線，該電流路線包括緩沖電感器，回收開關(guān)，緩沖電容器，輸出端和多個電流換向開關(guān)的至少一個開關(guān)。
13.一種焊接型電源，包括用于使母線倒相并在輸出端提供輸出功率的電流換向裝置；用于緩沖多個開關(guān)的緩沖器裝置，包括用于儲存和回收能量的裝置；用于使電流路線有效和無效的裝置，該裝置包括用于儲存的裝置并與儲存裝置連接；使單向電流路線有效的裝置，包括所述用于儲存的裝置；用于提供指示緩沖電容器電壓并與緩沖電容器連接的反饋裝置；用于控制使電流路線有效和無效的裝置以及控制用于按照所述信號使電流單向流動的裝置的裝置。
14.如權(quán)利要求13的焊接型電源，其中，用于倒相的裝置包括多個開關(guān)，并且，其中，用于儲存的裝置，用于倒相的裝置的一部分和用于使之有效和無效的裝置構(gòu)成一條電流路線，并且，其中，單向電流路線包括用于儲存的裝置，至少一個單向開關(guān)，輸出端和倒相裝置的一部分。
15.如權(quán)利要求14的焊接型電源，其中，所述用于倒相的裝置是有兩條電流路線的H-橋，所述多個開關(guān)包括至少四個開關(guān)，所述至少一個單向開關(guān)包括兩個單向開關(guān)，每個單向開關(guān)都與所述電流路線的一條相關(guān)聯(lián)。
16.如權(quán)利要求15的焊接型電源，其中，兩個單向開關(guān)是SCR。
17.如權(quán)利要求16的焊接型電源，還包括至少一個用于儲存能量、跨接在母線上并與所述電流換向裝置并聯(lián)的裝置，還包括一個與母線電感器串聯(lián)的變壓器次級和整流器，其中，串聯(lián)組合與至少一個用于儲存裝置并聯(lián)的。
18.如權(quán)利要求17的焊接型電源，其中，用于儲存和回收的所述裝置，用于使有效和無效的所述裝置和所述多個開關(guān)的至少兩個開關(guān)構(gòu)成一條電流路線。
19.如權(quán)利要求18的焊接型電源，其中，用于使有效和無效的裝置是一個IGBT。
20.一種用于提供焊接型功率的焊接型電源，包括用于使母線倒相以提供輸出的倒相裝置；用于穩(wěn)定母線和輸出的穩(wěn)定裝置；用于緩沖所述電流換向的緩沖器裝置，包括當(dāng)緩沖電容器的電壓超過閾值時回收能量的裝置，還包括當(dāng)回收開關(guān)關(guān)閉時使電流單向流動的裝置。
21.如權(quán)利要求20的焊接型電源，其中，用于回收的裝置包括一個用于使電流路線有效和無效的開關(guān)裝置，該電流路線包括一個緩沖電感器，一個緩沖電容器和部分電流換向裝置，并且，其中，用于使電流單向流動的裝置包括多個單向開關(guān)的至少一個開關(guān)，其中，單向電流路線包括所述緩沖電感器，所述至少一個單向開關(guān)，輸出端和多個倒相開關(guān)的至少一個開關(guān)。
22.如權(quán)利要求21的焊接型電源，其中，所述倒相裝置包括一個具有兩條電流路線和至少四個開關(guān)的倒相H橋，并且，其中，所述至少一個單向開關(guān)包括兩個單向開關(guān)，每個單向開關(guān)與所述電流路線的一條路線相關(guān)聯(lián)。
23.如權(quán)利要求22的焊接型電源，還包括用于對ac信號進(jìn)行變壓和整流以產(chǎn)生母線電壓的裝置。
24.如權(quán)利要求20的焊接型電源，其中，用于回收的所述裝置包括一條電流路線，該電流路線包括一個緩沖電感器，一個緩沖電容器，一個回收開關(guān)，輸出端和至少兩個倒相開關(guān)。
全文摘要
這里公開一種用于提供焊接型電源的方法和設(shè)備，該設(shè)備包括一個電流換向功率電路，一個母線電感器，一個緩沖器電路，一個緩沖電容器電壓反饋電路和一個控制電路。電流換向電路包括一條母線，一些開關(guān)和一個輸出端。母線電感器與電流換向和母線連接。緩沖器電路與這些開關(guān)連接。另外，緩沖器電路包括一個緩沖電感器，一個緩沖電容器，一個與緩沖電感器和緩沖電容器連接的回收開關(guān)。至少一個單向電路包括所述緩沖電感器和至少一個單向開關(guān)。緩沖電容器電壓反饋電路與緩沖電容器連接并為控制電路提供緩沖電容器電壓反饋輸出，控制電路包括一個將緩沖電容器電壓反饋與閾值進(jìn)行比較的比較電路。比較電路的輸出對回收開關(guān)進(jìn)行控制。
文檔編號H02M7/06GK1502440SQ200310113638
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者艾倫·曼特依, 艾倫 曼特依 申請人:伊利諾斯器械工程公司