[发明专利]用于使用双正激变换器提供焊接型功率的方法和设备在审

专利信息
申请号: 202010788331.1 申请日: 2020-08-07
公开(公告)号: CN112350577A 公开(公告)日: 2021-02-09
发明(设计)人: 伯纳德·J·沃格尔 申请(专利权)人: 伊利诺斯工具制品有限公司
主分类号: H02M3/28 分类号: H02M3/28;H02M3/335
代理公司: 上海脱颖律师事务所 31259 代理人: 脱颖
地址: 美国伊*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 使用 激变 提供 焊接 功率 方法 设备
【说明书】:

一种用于提供焊接型功率的方法和设备,该方法包括:接收输入功率以及对第一正激变换器和第二正激变换器进行脉冲宽度调制,使得这两个正激变换器作为经脉冲宽度调制的双正激变换器进行操作以提供焊接型输出。该第一正激变换器与第二正激变换器之间的相位关系是使用控制器从至少两个可用的相位关系中选择的。该控制器包括pwm模块,并且该pwm模块包括相位关系模块。该至少两个可用的相位关系是可变相移、固定相位交错以及同相锁定中的至少两个相位关系。在预定的输出范围内保持该选定的相位关系。

技术领域

本公开内容总体上涉及焊接型电力供应器的领域。更具体地,本发明涉及具有两个正激变换器的焊接型电力供应器。

背景技术

本公开内容是对美国专利8,952,293、美国专利8,455,794和美国专利公开US2018-0304393中所示的焊接型电力供应器的改进,这些美国专利或专利公开中的每一个都通过引用并入本文,并将用作焊接型应用中的PSDF(相移双正激变换器)的背景和描述的基础。该改进还可以应用于电池充电器中使用的PSDF,如美国专利8,179,100所描述的,该专利也通过引用并入本文。如本文所使用的,焊接型电力供应器是指可以提供焊接型功率的电力供应器。如本文所使用的,焊接型功率是指适合于焊接、等离子切割、感应加热和/或热丝焊接/预热(包括激光焊接和熔覆)的功率。

焊接型电力供应器通常将AC电力转换为适合于焊接型操作的输出。输出功率以适当的电压和/或电流水平来提供,并且可以根据工艺需求来控制和调节。许多工业焊接工艺和切割工艺具有动态的负载电压和电流需求,而静态电力供应器的输出无法满足这些需求。例如,起弧、电极特性、有效电弧的长度、操作员技术等都可能对瞬间电压需求有影响。通常,这些高于平均负载条件的动态需求持续时间较短(从约1毫秒到几秒钟),并且仅占整个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需求和动态负载需求两者。

当前,在一些焊接型电力供应器中,使用单正激或双正激变换器电路来满足这些双重需求。平均负载需求通常决定电力供应器电路的热学方面的设计,从而决定了如变压器、散热器、功率器件、冷却风扇等部件的尺寸和额定值。然而,为了使焊接和切割用电力供应器适应短的动态负载,通常选择能够应对短暂的但极端的需求的部件。这可能导致电路的部件尺寸过大,或者当电力供应器在平均条件下操作时缺乏效率。

基于PSDF的焊接型电力供应器可以更好地应对静态负载需求和动态负载需求两者,而不会导致其他设计的某些低效性。例如,基于PSDF的焊接型电力供应器可以通过操纵两个正激变换器电路的占空比来改变焊炬或割炬处的输出电压。美国专利8,952,293和美国专利8,455,794中找到的现有技术的PSDF焊接型电力供应器响应于增大的输出电压需求而增大一对正激变换器电路的同步占空比。然后,它们响应于输出电压需求的进一步增大来改变占空比之间的相移。它们还经由前沿(脉冲开始)或后沿(脉冲结束)补偿来调节使变压器铁芯复位所需的时间。

通过用这种方式进行处理可以改进相移,从而减少了控制损耗。现有技术专利US8,952,293描述了一种“超前”和“滞后”变换器电路(正激变换器)。超前是指在相移模式下操作,其中一个变换器在另一个之前开始其PWM(脉冲宽度调制)周期(即,超前)。滞后是指另一个变换器在第一变换器之后开始其PWM周期(即,滞后)。‘293专利描述了当滞后变换器在其PWM定时中保持固定时超前变换器如何移相为同相和异相。‘293专利描述了随着相移的增大而采取某种行动以允许正激变换器变压器具有足够的时间完全复位。

这些行动可以包括跳过一个完整的脉冲、通过延迟新的相移前沿来减小脉冲的占空比、或者在铁芯已经完全复位之前启动新脉冲并且然后通过调整后沿来减小脉冲宽度以允许铁芯有更多时间在脉冲结束时复位。跳过或减小超前变换器的脉冲宽度会在控制中造成瞬时扰动。这意味着控制回路无法获得其试图根据焊接电弧的动态需要命令给予的总占空比(相移加上超前占空比和滞后占空比)。这可能导致不希望的焊接电弧扰动,如电弧中断或电流的下冲或过冲,由此要求焊接工艺控制。

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