[发明专利]用于电弧利用设备的电源装置

说明书

本发明涉及用于如电焊机、电弧切割机、等离子弧焊机和等离子弧切割机这样的电弧利用设备的电源装置，本发明尤其涉及能够补偿输入电压变化的电源装置。

为了减小装置的尺寸和重量，用于电弧利用设备的电源装置可包括逆变器。其中一种所述电源装置包括一对逆变器。供给电源装置的输入AC电压经输入侧整流器整流并且经电容器平滑为DC电压。将DC电压供给逆变器并将其转换为高频电压。高频电压通过变压器进行电压变换并通过输出侧整流器被整流为供给负载的DC电压。通过将DC电压转换成高频电压，可以使用小变压器，从而能够缩小电源装置的整体尺寸。

当供给这种电源装置的输入AC电压为高压时，例如400V，则来自输入侧整流器的输出电压即逆变器的输入电压为高压(为*400≈565V)。因此，逆变器需要具有约1200V击穿电压的控制元件，例如IGBT、MOSFET和双极型晶体管这样的开关元件。但是具有如1200V的击穿电压的开关元件，与具有如600V击穿电压的控制元件相比，前者在市场上不易买到且价格是后者的两倍或超过两倍。此外，与具有1200V击穿电压的元件相比，具有600V击穿电压的开关元件能够在更高频率下使用。因此，使用具有约600V击穿电压的开关元件能够实现更为紧凑的电源装置。

转让给本申请的同一受让人的1993年12月21日公布的美国专利US5,272,313公开了一种用于电孤利用设备的电源装置，其中将两个使用了具有约600V击穿电压的开关元件的逆变器串联连接。这种电源装置能够在高输入电压运行。

图1示出了前述US专利所公开的电源装置的与本发明有关的一部分。图1中，例如400V高压的三相商用AC电压供给输入端1a、1b和1c之间并通过输入侧整流器2整流。一对平滑电容器3a和3b串联连接在整流器2的输出端2a和2b之间。经输入侧整流器2整流的电压通过平滑电容器3a和3b进行平滑，然后被转换为DC电压。

将电容器3a两端的DC电压供给一逆变器，例如半桥型逆变器4a。逆变器4a具有串联连接的开关元件(例如IGBT)7a和8a。电容器5a和6a的串联电路与串联连接的开关元件7a和8a并联。续流二极管9a与开关元件7a的发射极-集电极导通路径并联，续流二极管10a与开关元件8a的发射极-集电极导通路径并联。

类似地，另一平滑电容器3b两端所形成的DC电压供给逆变器4b。逆变器4b也具有串联连接的开关元件(例如IGBT)7b和8b。电容器5b和6b的串联电路与串联连接的开关元件7b和8b并联。续流二极管9b与开关元件7b的发射极-集电极导通路径并联，续流二极管10b与开关元件8b的发射极-集电极导通路径并联。

逆变器4a的开关元件7a和8a响应由开关元件驱动单元31供给的如脉冲驱动信号的控制信号而交替地导通或截止(即导通和不导通)。逆变器4b的开关元件7b和8b以与开关元件7a和8a相同的方式进行工作。

来自逆变器4a和4b的高频电压分别供给变压器11的一次线圈11P和变压器12的一次线圈12P。分别在变压器11的二次线圈11S1和变压器12的二次线圈12S1中感应出被变压的高频电压。感应出的高频电压经包括整流二极管13a、13b、14a和14b的输出侧整流器整流，经平滑电抗器15平滑，并通过输出端16P和16N供给工件和焊炬这样的负载。

输出电流检测器32检测提供给负载的输出电流。输出电流检测器32向误差放大器51提供表示检测出的输出电流的信号。误差放大器51也接收通过输出电流设置单元33设置的表示期望输出电流的信号。误差放大器51求出期望输出电流表示信号和检出输出电流表示信号之差，并向开关元件驱动单元31提供表示差值的误差信号。开关元件驱动单元31确定接通每个开关元件7a，7b，8a和8b的导通期间，使得误差信号为零。每个开关元件的导通期间和非导通期间之和为预定的恒值。换句话说，开关元件7a，7b，8a和8b是PWM控制的。

除了二次线圈11S1之外，变压器11还具有二次线圈11S2。在二次线圈11S2中感应出的高频电压经全波整流器18整流并通过电阻器20供给逆变器4b的输入，全波整流器18包括二极管18a-18d。

类似地，除了二次线圈12S1之外，变压器12还具有二次线圈12S2。在二次线圈12S2中感应出的高频电压经全波整流器17整流并通过电阻器19供给逆变器4a的输入，全波整流器17包括二极管17a-17d。