CN104428097B - 用于使用多功率模块提供焊接型功率的方法和装置 - Google Patents

用于使用多功率模块提供焊接型功率的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于提供焊接型功率的装置和方法，包括接收可以是单相或三相输入电压的输入。三个功率模块和输出电路，每个功率模块均具有单相升压功率电路，输出电路用于处理输入功率。焊接输出电路接收并且合并三个功率模块的输出。输入功率分配模块连接三个功率模块以使得每个功率模块接收唯一的三相功率信号。控制器控制三个功率模块和输入功率分配模块。

Description

用于使用多功率模块提供焊接型功率的方法和装置
发明领域
本公开涉及包括预调节器和输出电路的焊接型电源。
背景技术
有许多已知类型的焊接型电源。如本文所使用的，焊接型功率指的是适用于电弧焊、等离子切割或者感应加热的功率。焊接型系统通常用于多种应用中并且从一个地方移动到另一个地方。因此，需要满足可携带性，并且也需要具有接受不同输入电压和频率的能力。如本文所使用的，焊接型系统是一种能够提供焊接型功率，并且能够包括控制和功率电路，送丝器以及辅助设备的系统。
提供焊接型功率以及设计系统来提供焊接型功率具有一些独特的挑战。例如，用于大多数领域的电源是专用于单个输入，或者很少从一个输入移动到另一个输入。但是，焊接型系统将经常从一个地点移动到另一个地点，并且使用不同的输入，比如单相信号或者三相信号，或者115V,230V,460V,575V输入等，或者50hz或者60hz信号。设计用于单输入的电源不能在所有不同的输入电压上提供一致的输出，并且在特定输入电平安全工作的这些电源中的部件当工作在可选的输入电平上时能够被损坏。而且，用于大多数领域的电源被设计用于相对稳定的负载。从另一方面来说，焊接是非常动态的过程，并且多种可变因素影响输出电流和负载，比如弧长、焊条类型、保护类型、气流、工件上的污垢、熔池大小、焊接方向、操作者技术以及最后被确定最适合于应用的焊接过程的类型。这些可变因素时常变化，并且引起时常变化和不可预测的输出电流和电压。最后，用于许多领域的电源被设计用于低功率输出。焊接型电源是高功率并且存在许多问题，比如切换损耗，线路损耗、热损伤，感应损耗以及电磁干扰的产生。因此，焊接型的电源设计者们面临许多独特的挑战。
一种非常适合于可携带和接收不同的输入电压的现有技术的焊接电源是具有用于调节输入功率和提供稳定总线的预调节器和将稳定总线转换或者变换为焊接型输出的输出电路的多级系统。这些焊接型系统的例子在美国专利7049546(Thommes)和美国专利6987242(Gei ss ler),以及美国专利公开20090230941(Vogel)中有所描述，该全部的三个专利由本发明的拥有人拥有，并且通过引用并入本文。具有特征的焊工包括一些本现有技术的特征。
图1示出了一种与美国专利7049546和6987242以及美国专利公开20090230941一致的现有技术的三相焊接型电源并且接收三相输入Va,Vb和Vc到由二极管101-106组成的输入整流器上。整流过的输入被提供给升压电路110，所述升压电路110将输入升压到在升压或者中间总线上的期望电压(例如800V)。如果需要，升压电路110能够包括功率因数校正。升压或者中间总线被提供到直流总线滤波器112(在直流总线上的大容量电容)，并且然后被提供到隔离的直流-直流转换器114。直流-直流转换器能够包括换流器(逆变器，回扫，降压变换器等)变压器和整流器。直流输出是焊接型功率。这些系统比它们之前的现有技术显著地更好，并且是第一个焊接型系统是“通用”的，因为它们能接受几乎所有的可用的输入功率。它们也相对便携并且已改进了功率因数。
然而，三相输入整流器在相位之间转换线电流并且促使不连续的传导。这周期性地发生--每次一个线到线电压超过其他两个。如图2A-图2C所示，每个输入线中的电流(Ia、Ib和Ic)仅仅在相应线周期的三分之二周期期间传导。在剩余的三分之一周期期间线电流是零，而相应的线电压继续遵循零以上的正弦周期。结果，功率因数，虽然比其他系统更好，但是其因为线电流不再追踪线电压而减小了。图2D-I示出了电流波形和三相输入整流二极管(101-106)的传导序列。
三相输入整流器的运行可导致线电流的谐波失真。线电流的谐波失真是由陡峭的非正弦阶跃在其相位之间转换时在零和非零值之间的变化驱动的。
这些现有技术系统也可以被设计用于单相或三相操作，但是有时也降级用于单相操作以实现尺寸、重量和成本的目标。功率电路元件必须以其他方式被设计用于需要的额外电流应力以满足在单相操作期间的降级。在同样地功率输出，要求单相工作的线电流相比要求三相工作的线电流增加了√3倍。
这种现有技术系统处理的总功率由单个功率转换器进行处理。因此功率开关或者输入断开装置必须被设计用于总电源输入电流。而且常用的功率半导体模块和物理上较大元件的封装限制增加了寄生电感。这些电感随着较高的切换电流被激起，导致较低的实际的切换频率。增加的功率损耗通常集中在较大的各个部件内。将热源局部化到电源的总体积内的相对小的空间损害了散热设计的效率。
因此，需要一种不仅保持现有技术便携、通用输入系统的优点，而且避免现有技术的一些不足的焊接型系统。
发明内容
根据本公开的第一方面，焊接型系统接收三相输入。三个功率模块接收输入，每个功率模块包括单相升压功率电路(boost power circuit)和输出电路。焊接输出电路合并三个功率模块的输出。控制器控制三个功率模块。
在一个实施例中，三个输出电路中的每个均包括直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器，以及在直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器之间的升压或者中间总线。
根据本公开的第二方面，焊接型系统接收至少一个三相输入电压。三个单相升压功率电路的每个均接收三个相位之一。中间总线将三个升压电路的输出合并。输出电路接收中间总线并且提供焊接型输出。控制器控制三个单相升压功率电路。
在一个实施例中，焊接型系统包括输入功率分配模块，所述输入功率分配模块将每个功率模块的输入连接到三相输入的相位，这样以使得每个模块接收唯一的单相功率信号。
在另一个实施例中，控制器包括输入控制模块，所述输入控制模块被连接用于控制输入功率分配模块。
根据本公开的第三方面，焊接型系统接收可以是单相或者三相输入电压的输入并且包括三个功率模块和输出电路，每个功率模块具有单相升压功率电路。焊接输出电路接收并且合并三个功率模块的输出。输入功率分配模块连接三个功率模块以使得每个功率模块接收唯一的单相功率信号。控制器控制三个功率模块和输入功率分配模块。
在一个实施例中，三个输出电路的每个包括直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器，以及在直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器之间的升压或中间总线。
根据本公开的第四方面，焊接型系统接收可以是单相或三相输入电压的输入,该系统包括三个单相升压功率电路，每个升压功率电路提供中间总线两端的升压信号。输出电路接收中间总线并且提供焊接型输出。输入功率分配模块将三个升压电路连接到输入，以使得当输入是单相时，每个升压电路接收单相输入，并且当输入是三相时，每个升压电路接收唯一的单相功率信号。控制器控制三个升压功率电路并且控制输入功率分配模块。
三个模块中的每个的输出在另一个实施例中实质上相等。
在另一个实施例中，输入功率分配模块包括三个功率开关、一对继电器以及控制器，每个功率开关被设置用于连接和断开来自其中一个输入的功率模块，所述一对继电器选择性地将输入连接到两个功率模块，所述控制器包括连接用于控制所述继电器的输入控制模块。
输入功率分配模块包括三个功率开关和六个继电器，每个功率开关在输入和功率模块之间，所述六个继电器被连接用于将功率模块唯一地连接到三个输入中的两个输入，并且在不同的实施例中，控制器控制继电器。在各种可选方案中，继电器可以在功率开关之前或之后。
在另一个实施例中，焊接型系统包括三个由控制器控制并且各在功率模块和其中一个功率输入之间的预充电继电器。
在各个实施中，控制器包括三个升压控制模块和/或焊接系统控制模块，每个升压控制模块控制其中一个升压功率电路，焊接系统控制模块接收用户输入并且提供控制信号。控制器处于一个位置，或者在各种可选方案中如此分布在功率模块中。
在另一个实施例中，控制功率电路从每个升压总线接收功率。
在另一个实施例中，三个单相升压功率电路是功率因数校正升压电路。
在阅读以下附图、详细说明以及所附的权利要求书时，对本领域的技术人员来说，本公开的其他主要特征和优点将变得更为明显。
附图说明
图1是现有技术的焊接型系统图。
图2A-I是根据图1的现有技术的焊接型系统的电流和电压的波形图。
图3A是根据优选实施例的具有三相输入的焊接型系统图。
图3B是根据优选实施例的具有单相输入的焊接型系统图。
图4A-4C示出了根据优选实施例的具有更详细显示的输入功率分配模块的焊接类系统。
图5是更详细地显示出模块301-305的焊接型系统图。
图6A-D是用于模块301的输入电压、输入电流和整流器电流的图表。
图7A-F是用于模块301-305的整流器电流的图表。
图8是更详细地显示转换器301、303和305的图4的焊接型系统图。
图9是根据优选实施例的功率模块的电路图。
图10是根据本公开的焊接型系统的控制器。
图11示出了根据本公开的焊接型系统的可选实施例。
在详细阐释本公开的至少一个实施例之前，应该理解的是，本公开并没有将其应用限制于以下说明所详细解释的或附图示出的部件的设置或构造的具体细节。本公开是能够是其他的实施方式或者以各种方式来实践或实施。还应该理解的是，本文所使用的措辞和术语是用于描述的目的而不应该视为限制。相同的附图标记用于标示相同的部件。
具体实施方式
虽然本系统和方法将参考特定配置进行说明，但最初应该理解的是，它们也可以采用其他的配置进行实施。
本公开的优选实施例是由三个功率模块组成的焊接型系统。每个功率模块包括单相升压电路，优选地包括功率因数校正升压功率电路和输出转换器。输入功率分配模块被设置在输入和功率模块之间，并且自动地将功率模块以期望的方式连接到输入端。一般地，当施加三相功率时，输入功率分配模块向每个功率模块提供单一相。当施加单相输入时，输入功率分配模块将所述单相应用到每个模块。控制器检测输入类型，并且响应于检测到的输入来打开或者关闭继电器从而获得所需的连接。因此，功率模块的连接优化了用于给定输入的输出。
如本文使用的功率模块是接收、处理并且提供功率的模块。如本文使用的模块是配合以执行一个或多个任务的硬件和/或软件，并且可以包括数字指令、控制电路、功率电路、网络硬件等。模块可以位于单个板上或者被分配遍及多个位置。如本文所使用的功率因数校正的、升压功率电路是具有通过控制升压切换的定时而提供的功率因数校正的升压电路。如本文所使用的功率分配模块是接收输入功率的模块，并且使用诸如开关、继电器、晶体管等的可控电路元件来可选择地将所述输入功率连接到所需的连接件。本文所使用的控制器是配合以向一个或多个电路提供控制信号的数字和/或模拟电路和/或逻辑/指令。控制器可位于单个板上，或者被分配遍及多个位置。
每个功率模块优选地还包括连接到升压电路(中间或升压总线)的输出的输出电路。输出电路可以是任何已知的电路，并且优选地是隔离的直流-直流转换器，比如脉宽调制逆变器，随后是变压器和整流器。因此，每个功率模块类似于专利号为6987242的美国专利或者公开号20090230941的美国专利公开中的功率电路。如本文所使用的输出电路包括从功率电路到输出(诸如到焊接螺柱)的直接连接，并且包括通过诸如滤波器、转换器、变压器、整流器等的功率处理电路的间接连接。
焊接输出电路将模块的输出结合成单个焊接输出。如本文所使用的焊接输出电路包括从功率电路到输出(诸如到焊接螺柱)的直接连接，并且包括通过诸如滤波器、转换器、变压器、整流器等的功率处理电路的间接连接。如本文所使用的结合输出是将来自多个功率电路的电流加起来用于提供单个输出。
一个可替代的实施例提供了功率模块包括升压电路并且馈送公共升压总线。随后提供单个输出电路，并且单个输出电路提供焊接输出。单个输出电路可以是任何已知的电路并且优选地是隔离的直流-直流转换器。
优选的实施例提供了功率模块是相同的(或者非常相似)以便于制造和易于负载分配。模块优选地可扩展到所要求的输入电压范围和额定输出功率。多个模块可被连接在一起以增加总的电源额定输出功率。每个功率模块优选地被设计用于在单相功率工作，但是功率分配模块以允许单相和三相两者工作的方式来连接这些功率模块。稳定的三相工作要求功率模块以三的倍数被连接在一起。为获得更大的额定功率，可以使用六个模块，其中如上述的每个模块被两个模块代替。这有效地加倍了焊接型系统的输出能力。
例如，功率模块可被设计用于具有115—230VAC的额定单相输入电压范围的75安培输出。这些模块中的两个可在电源内被连接在一起以通过115—230VAC额定单相输入电压范围产生总的150安培的额定输出电流。三个模块可被连接用于225安培等。另一个功率模块可被设计通过208—575VAC的额定单相输入电压范围而用于100安培输出。这些模块中的三个可在电源内被连接在一起以通过208—575V交流的额定单相或三相输入电压范围来产生300安培的额定输出。其他的模块可被设计用于115V-575V，或者用于更小的范围。
图3A和3B示出了以三相和单相布置的模块化的焊接型系统。为易于理解，所示的连接是硬件连接，并且输入功率分配模块未被示出(但下面将被讨论)。所示的连接是当使用输入功率分配模块时有效地产生结果的连接。
根据优选实施例的焊接型系统包括功率模块301、303和305。每个模块优选地包括一对输入连接、接收输入的功率因数校正升压功率电路以及直流-直流隔离的输出转换器，即连接到公用电网的交流-直流功率因数校正模块、初级端直流-交流逆变器，高频隔离变压器以及输出部分以将变压器输出转换成适合焊接、切割或感应加热(焊接+和焊接-)的输出。每个单相功率模块具有100％的额定输出率并且能够接收一定范围的单相输入电压和频率。
图3A示出了用于三相输入的连接，其中每个模块接收唯一的单相功率信号。模块301接收功率输入Va-Vb，模块303接收功率输入Vb-Vc，并且模块305接收功率输入Vc-Va。每个模块可以被设计为最佳接收单相输入，并且每个模块能够比单个的三相升压电路提供更好的功率因数。如果模块301-305是相同的模块，那么焊接型系统的总输出能够容易地在模块301-305中被分配以使得它们具有基本相等的输出(即，可具有瞬态变化，但在长期内每个模块处理的总功率之间具有非常小的不同)。电流由Ia,Ib和Ic示出。
图3B示出了用于单相输入的连接，其中每个模块接收相同的单相输入。在两种设置中输出相结合以提供单个焊接输出(焊接+和焊接-)。如本文所使用的功率输入包括单相输入功率导线(包括多个绞合导线)。考虑到设置，额定输出功率对两个单相(图3B)和三相(图3A)操作来说是相同的。电流由Ia和Ib示出。
图4A-4C示出了功率分配模块的各个实施例的细节，功率模块301-305随之一起被示出。图4A示出了具有输入功率分配模块401的焊接型系统，功率模块301-305随之一起被示出,输入功率分配模块401包括继电器403-408、预充电继电器410-412和功率开关414-416。相比于总的电源线电流，提供给每个功率模块301-305的线电流对于单相操作减小了因子3且对于三相操作减小了因子√3。如本文所使用的预充电继电器是用于控制给焊接型系统预充电的继电器。如本文所使用的功率开关是用于接通和断开焊接型系统的电力的开关，并且包括单极或多极开关，以及多极开关的单个电极。
功率开关414-416可以是三个单极开关，或者是一个多级开关的三个电极。每个开关414-416承载设置中的输入电流的一个相位。功率开关414-416是主要的用于焊接型系统的通断开关。输入功率开关414-416不被要求承载总的电源线电流，它们承载模块电流，模块电流对于单相操作减小了3倍且对于三相操作减小了√3倍(与如果它们承载总的输入电流的情况相比)。
预充电继电器410-412每个均具有与之关联的电阻，并且以与现有技术一致的方式工作。当系统被供电时，电阻限制浪涌电流。当系统被预充电时，预充电继电器410-412闭合以绕过电阻。
一般地，输入分配模块401，以及尤其继电器403-408被配置用于将输入连接到单相功率或三相功率的功率模块301-305。继电器403-408可选择地将其中一个功率输入(Va,Vb和Vc)连接到功率模块301-305的输入连接端。如本文所使用的可选择地将两个功率输入的一个连接到输入连接端，使用的是可控制的电路元件，诸如开关、继电器、晶体管等，连接两个中的所需要的一个。考虑到所示的设置，不论怎样连接输入，至少一个功率模块将接收功率。这允许特定的功率模块来提供中间总线，该中间总线转而被用于提供控制功率(类似于美国专利6987242或者美国专利公开20090230941教导的方式)。一旦建立了控制功率，继电器可被打开或者闭合以连接所有的功率模块。如果应用三相功率，每个功率模块301-305将使用处于常闭状态(如所示)的继电器来接收单相功率。
但是，如果应用单相功率，所有的功率模块301-305将通过继电器403-408的适当控制来接收功率。首先，至少一个功率模块接收功率。如果单相功率应用在Va-Vb的两端，那么功率模块301接收功率。如果单相功率应用在Vb-Vc的两端，那么功率模块303接收功率。如果单相功率应用在Vc-Va的两端，那么功率模块305接收功率。控制功率来源自所有的三个中间总线(或者在可选设置中的单个合并的中间总线)。
控制功率用于给确定电源连接端Va,Vb和Vc中的哪两个正在接收单相功率的逻辑供电。继电器403-408响应于逻辑对在哪里应用输入功率的决定而被控制。如果输入功率被检测为是单相Va-Vb(例如在输入端、输入整流器或者升压电路中使用传感器)，那么继电器406的常开触点被闭合以将Va连接到功率模块303的一对输入连接端的其中一端上，并且继电器408的常开触点被闭合以将Vb连接到功率模块305的一对输入连接端的其中一端上。因此，每个功率模块接收单相输入。任何输入可以通过继电器403-408的适当控制而被调节。这种设置是自动相探测，这是因为任何输入端的功率被探测到并可被调节。
图4B示出了类似于图4A的设置，但是功率开关414-416被放置在继电器403-408之前的输入线中。在图4B的设置中每个功率开关414-416均承载三相负载。因此，相比在图4A的设置中，在图4B的设置中更大的电流(约1.7倍)流过的功率开关414-416。电流由I1,I2和I3示出。
图4C示出了具有一对取代继电器403-408的继电器420和421输入功率分配401。这种设置要求单相输入是Va-Vb以使得单相功率可被应用到每个功率模块301-305。输入分配模块401的控制类似于以上描述的控制(但继电器位置适用于图4C示出的继电器)。继电器420-421的常闭触点默认用于公共电网的三相操连接。当功率开关闭合时，电源控制电路检测到公共电网连接是单相或者三相。如果检测检测到单相公共电网连接，继电器420-421的常闭触点断开并且常开触点闭合。电源随后被连接用于单相操作，其中所有的三相功率模块并联连接在单相公共电网Va-Vb的两端。输入电流由Ia,Ib和Ic示出。输出电流由I1,I2和I3示出。
优选实施例的一个特征是如果公共电网连接被不正确地检测到，不对焊接电源造成损害。如果当输入实际上是三相时而检测电路不正确地连接用于单相操作的电源，那么电源能够提供额定输出。如果当输入实际上是单相时而检测电路不正确地连接用于三相操作的电源，那么电源能够提供三分之一的额定输出。一个可选地实施例提供手动连接输入，而非使用输入功率分配模块401。
图5示出了功率模块301-305的更多的细节。功率模块301-305的每个从输入整流器(D1-D4,D5-D8和D9-D12)接收整流的输入，并且包括升压功率因数校正电路或者模块(501,505,509)，直流总线滤波器(502,506,510)和隔离转换器(503,507,511)。在一些实施例中，整流器是模块501,505和509的一部分。单相输入整流器和升压功率因数校正电路消除了现有技术的用于三相操作的上述输入线电流整流问题。单相输入级允许线电流跟踪正弦输入电压并且在三个输入线的每个上提供统一的功率因数校正。
图6A-D示出了与给功率模块301供电的正弦输入电压(Vab)波形同相的正弦输入线电流(I1)和单相输入整流二极管D1-D4的电流波形以及传导序列。模块303和305的波形是相同的，但是分别移位了120和240度。图7A-F为所有的三个功率模块示出了每个输入二极管中的电流。
图8是图4的焊接型系统图，示出了隔离的直流-直流转换器503,507和511的更多细节。在该实施例中，整流器是升压转换器501,505和509的一部分。输出电路503,507和511中的每个包括逆变器(801-803)，高频变压器(804-806)，焊接输出整流器(807-809)和焊接输出滤波器(810-812)。这些电路中的每个也许都与现有技术一致。
图9是执行功率模块301-305的图。它是一个堆叠升压设计，并且包括整流二极管D1-D4，一对升压电感L1和L2，升压开关Z1和Z2,以及在电容器C2-C3的两端提供分割总线的二极管D5和D6。脉宽调制正激转换器电路包括开关Z3-Z6和二极管D7-D10。逆变器输出被提供用于在变压器T1和T2上的初级绕组。T1和T2的次级绕组给整流器供电，并且输出通过电感器L3被提供。
图10示出了包括功率因数校正升压控制模块1001A,1001B和1001C的控制器1001。控制器1001向功率模块501,503和505中的开关提供控制信号，并且接收来自它们或者中间总线(在502,506,510中)的反馈。每个功率因数校正升压控制模块1001A-C从功率模块接收反馈并控制功率模块。如本文所使用的，功率因数校正升压控制模块是控制升压、功率因数校正、功率电路的控制模块。每个功率因数校正升压控制模块1001A-C可以与诸如美国专利6987242或者美国专利公开20090230941中描述的现有技术一致。然而，如下面所讨论的，优选地实施例与现有技术具有一些不同。
控制器1001还接收来自输入连接端的电流反馈以确定功率是单相的还是三相的，并且如果是单相，其在哪个输入上。响应于所述确定，控制器1001向输入功率分配模块401提供控制信号。焊接系统控制模块103经由用户接口1004接收用户输入。在此使用的焊接系统控制模块是控制焊接型系统响应于诸如电流强度、送丝速度(WFS)、波形等的用户输入提供所需的焊接输出。焊接系统控制模块1003给每个功率因数校正升压控制模块1001A-C提供设置值等。控制器1001也能够接收表示合并后的焊接输出的反馈。还提供有焊接系统配件接口1005。用户接口1004、焊接系统控制模块1003和配件接口1005与现有电源中的那些类似，并且本领域的技术人员可以意识到。
控制/辅助功率电路1002向控制器1001提供功率。控制/辅助功率电路1002优选地从中间总线获取电力。当功率开关被接通时，电源输入电源接线默认连接到三相操作，如图4A-4C示出所描述的那样。如果电源连接到单相输入电源接线，仅仅功率模块301-305的其中一个将首先接收功率。另外，根据电源线是如何物理上终止于输入电源，三个模块中的任意一个都能够接收功率。图4A-B示出的连接方案解决了这个问题。而且，控制/辅助功率电路1002通过二极管D15-D20被连接到每个功率模块301-305中的直流总线。D16,D18和D20的共阴极连接向控制/辅助电源提供了正极输入电压，而D15,D17和D19的共阳极连接给输入提供了共同返回路径。这种连接确保了控制/辅助功率电路1002能够从功率模块301-305中的任意一个中接收电力。控制/辅助功率电路1002随后能够向输入检测电路提供控制功率并且配置继电器用于操作。控制/辅助功率电路1002还为每个功率模块301-305提供直流总线放电路径。这允许当电源断开时每个总线进行主动放电。
控制器1001包括分开的用于功率模块301-305的输出电流调节和直流总线电压调节的闭合环路控制。输入相电流和直流总线电压调节对升压功率因数校正控制是不可或缺的，而输出电流调节对直流-直流转换器控制是不可或缺的。每个控制回路包括模块1001A-C其中一个并且每个控制回路从每个相应的模块接收独立的电压或电流反馈。独立的反馈信号被与参考值或指令值比较，并且产生相应的误差信号。误差信号被脉冲宽度调制，产生正比于模拟信号值的周期循环。三个独立的脉宽调制信号从控制器被分配到它们相应的每个功率模块内的功率半导体门电路。输出电流的独立的闭合环路控制在模块之间提供相等的分流，并且解决同步和部件容差问题。在优选的实施例中，脉宽调制信号是由同步时钟源构建的并且可以相对于彼此进行相移。输出电流纹波可以通过在每个脉宽调制的直流-直流转换器之间引入120度的相移来减小或最小化。优选地相移取决于模块的数目，并且在优选的实施例中对于n个模块使用360/n个相移。固定的相移也消除或者减小了模块之间的异步纹波电流。脉宽调制的升压功率因数校正转换器也可以相对于彼此和/或直流-直流转换器相移。这可以在减小输入电源失真中提供额外的优势。可选地实施例提供单个的控制器用于所有的三个功率模块。升压控制方案可以帮助减少线电流谐波，降低电磁干扰(EMI)以及切换损失。
图11示出了可选的拓扑，其中每个功率模块1101-1105不包括总线滤波器和输出转换器。相反，功率模块1101-1105的输出被合并到单个的直流总线滤波器1107，并且提供单个的隔离直流-直流转换器1109。
另一个用于三相公共电网接线的可选方案是使较低的电压输入使用传统的三角形连接而使较高的电压输入(575V交流)以Y结构连接以使电压应力最小化。
可以采用仍然落在本文预期范围内的多种修改。因此，显而易见的是，已经提供了一种用于充分满足上述目的和优势的焊接型系统的装置和方法。许多替代，修改和变化将对本领域技术人员是显而易见的。因此，落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有此类替代，修改和变型都是被预期可接受的。

Claims (36)

1.一种焊接型系统，用于在第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端上接收至少一个三相输入电压，所述焊接型系统包括：
第一功率模块，其包括第一对输入连接端、第一单相升压功率电路和第一输出电路，所述第一输出电路接收所述第一单相升压功率电路的输出，并且其中第一输出电路提供第一输出；
第二功率模块，其包括第二对输入连接端、第二单相升压功率电路和第二输出电路，所述第二输出电路接收所述第二单相升压功率电路的输出，并且其中第二输出电路提供第二输出；
第三功率模块，其包括第三对输入连接端、第三单相升压功率电路和第三输出电路，所述第三输出电路接收所述第三单相升压功率电路的输出，并且其中第三输出电路提供第三输出；
焊接输出电路，被布置用于接收和合并所述第一输出、第二输出和第三输出；
控制器，被连接用于控制所述第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块；以及
输入功率分配模块，所述输入功率分配模块能够配置用于将所述第一、第二和第三对输入连接端连接到所述第一、第二和第三功率输入端以使得所述第一、第二和第三对输入连接端中的每对均接收唯一的单相功率信号。
2.如权利要求1所述的焊接型系统，其中所述控制器包括被连接用于控制所述输入功率分配模块的输入控制模块。
3.如权利要1所述的焊接型系统，其中所述第一、第二和第三输出相等。
4.如权利要求2所述的焊接型系统，其中所述输入功率分配模块包括：
第一功率开关，被布置以用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第一对输入连接端的其中一端；
连接件，所述连接件在所述第二功率输入端和所述第一对输入连接端的另一端之间；
第二功率开关，被布置用于连接和断开所述第二功率输入端和所述第二对输入连接端的其中一端；
第三功率开关，被布置用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第三对输入连接端的其中一端；
第一继电器，被布置用于可选择地连接所述第二和第三功率输入端的其中之一和所述第三对输入连接端的另一端；以及
第二继电器，被布置用于可选择地连接所述第一和第三功率输入端的其中之一和所述第二对输入连接端的另一端；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器和所述第二继电器的输入控制模块。
5.如权利要求4所述的焊接型系统，进一步包括：
第一预充电继电器，其被设置在所述第一功率开关和所述第一对输入连接端的任一端之间；
第二预充电继电器，其被设置在所述第一继电器和所述第二对输入连接端的任一端之间；
第三预充电继电器，其被设置在所述第二继电器和所述第三对输入连接端的任一端之间；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一预充电继电器、第二预充电继电器和第三预充电继电器的预充电控制模块。
6.如权利要求2所述的焊接型系统，其中所述输入功率分配模块包括：
被连接至所述第一功率输入端的第一功率开关；
被连接至所述第二功率输入端的第二功率开关；
被连接至所述第三功率输入端的第三功率开关；
第一继电器、第二继电器、第三继电器，每个继电器均被布置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的其中一对；以及
第四继电器、第五继电器和第六继电器，每个继电器均被布置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的另一对；以及
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器和第六继电器的输入控制模块。
7.如权利要求2所述的焊接型系统，其中所述输入功率分配模块包括：
第一继电器、第二继电器和第三继电器，每个继电器均被配置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的其中一对；以及
第四继电器、第五继电器和第六继电器，每个继电器均被布置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的另外一对；以及
第一功率开关，被连接至所述第一对输入连接端的其中一端；
第二功率开关，被连接至所述第二对输入连接端的其中一端；
第三功率开关，被连接至所述第三对输入连接端的其中一端；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器和第六继电器的输入控制模块。
8.如权利要求1所述的焊接型系统，其中所述控制器包括：
第一升压控制模块，其具有被连接用于控制所述第一单相升压功率电路的控制输出；
第二升压控制模块，其具有被连接用于控制所述第二单相升压功率电路的控制输出；以及
第三升压控制模块，其具有被连接用于控制所述第三单相升压功率电路的控制输出。
9.如权利要求8所述的焊接型系统，其中所述控制器包括焊接系统控制模块，所述焊接系统控制模块接收用户输入并且响应于所述用户输入向所述第一升压控制模块、第二升压控制模块和第三升压控制模块的每个模块提供控制信号。
10.如权利要求9所述的焊接型系统，其中所述控制器被分布以使得：所述第一升压控制模块和所述第一功率模块位于一起，所述第二升压控制模块和所述第二功率模块位于一起，并且所述第三升压控制模块和所述第三功率模块位于一起。
11.如权利要求1所述的焊接型系统，其中所述第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路中的每个输出电路均包括直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器，以及在所述直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器之间的升压总线。
12.如权利要求11所述的焊接型系统，进一步包括控制功率电路，所述控制功率电路被连接用于从所述第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块中的每一升压总线处接收功率。
13.如权利要求1所述的焊接型系统，其中所述焊接输出电路包括直流总线滤波器和连接至所述直流总线滤波器的隔离的直流-直流转换器。
14.如权利要求1所述的焊接型系统，其中所述第一单相升压功率电路、第二单相升压功率电路和第三单相升压功率电路中的每个均是单相的、功率因数校正的、升压功率电路。
15.一种焊接型系统，用于接收可以是单相或者三相输入电压的输入，所述焊接型系统包括：
第一功率模块，其包括第一对输入连接端、第一单相升压功率电路和接收所述第一单相升压功率电路的输出的第一输出电路，并且其中所述第一输出电路提供第一输出；
第二功率模块，其包括第二对输入连接端、第二单相升压功率电路和接收所述第二单相升压功率电路的输出的第二输出电路，并且其中所述第二输出电路提供第二输出；
第三功率模块，其包括第三对输入连接端、第三单相升压功率电路和接收所述第三单相升压功率电路的输出的第三输出电路，并且其中所述第三输出电路提供第三输出；
焊接输出电路，被设置用于接收所述第一输出、第二输出和第三输出并且将所述第一输出、第二输出和第三输出合并到焊接输出中；
输入功率分配模块，能够配置用于将所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端连接到所述输入以使得：当所述输入是单相时，所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的至少一对接收所述单相输入，并且当所述输入是三相时，所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的每一对接收唯一的单相功率信号；以及
控制器，其被连接用于控制所述第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块，并且进一步被连接用于控制所述输入功率分配模块。
16.如权利要求15所述的焊接型系统，其中所述第一输出、第二输出和第三输出大体上相等。
17.如权利要求15所述的焊接型系统，其中输入功率分配模块包括：
第一功率开关，被布置用于连接和断开第一功率输入端和所述第一对输入连接端的其中一端；
在第二功率输入端和所述第一对输入连接端的另一端之间的连接件；
第二功率开关，被布置用于连接和断开所述第二功率输入端和所述第二对输入连接端的其中一端；
第三功率开关，被布置用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第三对输入连接端的其中一端；
第一继电器，被布置用于可选择地将所述第二功率输入端和第三功率输入端的其中之一连接到所述第三对输入连接端的另一端；
第二继电器，被布置用于可选择地将所述第一功率输入端和所述第三功率输入端的其中之一连接到所述第二对输入连接端的另一端；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器和第二继电器的输入控制模块。
18.如权利要求17所述的焊接型系统，进一步包括：
第一预充电继电器，其被布置在所述第一功率开关和所述第一对输入连接端的任一端之间；
第二预充电继电器，其被布置在所述第一继电器和所述第二对输入连接端的任一端之间；以及
第三预充电继电器，其被布置在所述第二继电器和所述第三对输入连接端的任一端之间；
其中所述控制器包括预充电控制模块，其被连接用于控制所述第一预充电继电器、第二预充电继电器和第三预充电继电器。
19.如权利要求15所述的焊接型系统，其中所述输入功率分配模块包括：
第一功率开关，其被连接至第一功率输入端；
第二功率开关，其被连接至第二功率输入端；
第三功率开关，其被连接至第三功率输入端；
第一继电器、第二继电器和第三继电器，每个继电器均被布置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的其中一对；以及
第四继电器、第五继电器和第六继电器，每个继电器均被布置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的另一对；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器和第六继电器的输入控制模块。
20.如权利要求15所述的焊接型系统，其中所述输入功率分配模块包括：
第一继电器、第二继电器和第三继电器，每个继电器均被布置用于将第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中一个唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的其中一对；以及
第四继电器、第五继电器和第六继电器，每个继电器均被布置用于将所述第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端中的特定两个的其中之一唯一地连接至所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的另一对；
第一功率开关，被连接至所述第一对输入连接端的其中一端；
第二功率开关，被连接至所述第二对输入连接端的其中一端；
第三功率开关，被连接至所述第三对输入连接端的其中一端；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第五继电器和第六继电器的输入控制模块。
21.如权利要求15所述的焊接型系统，其中所述控制器包括：
第一升压控制模块，其具有被连接用于控制所述第一单相升压功率电路的控制输出；
第二升压控制模块，其具有被连接用于控制所述第二单相升压功率电路的控制输出；以及
第三升压控制模块，其具有被连接用于控制所述第三单相升压功率电路的控制输出。
22.如权利要求21所述的焊接型系统，其中所述控制器包括焊接系统控制模块，所述焊接系统控制模块接收用户输入并且响应于所述用户输入向所述第一升压控制模块、第二升压控制模块和第三升压控制电模块中的每个模块提供控制信号。
23.如权利要求22所述的焊接型系统，其中所述控制器被分布以使得：所述第一升压控制模块和所述第一功率模块位于一起，所述第二升压控制模块和所述第二功率模块位于一起，并且所述第三升压控制模块和所述第三功率模块位于一起。
24.如权利要求22所述的焊接型系统，其中所述第一输出电路、第二输出电路和第三输出电路中的每个均包括直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器，以及在所述直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器之间的升压总线。
25.如权利要求24所述的焊接型系统，进一步包括控制功率电路，所述控制功率电路被连接用于从所述第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块中的每一升压总线处接收功率。
26.如权利要求15所述的焊接型系统，其中所述焊接输出电路包括直流总线滤波器和连接至所述直流总线滤波器的隔离的直流-直流转换器。
27.如权利要求25所述的焊接型系统，其中所述第一单相升压功率电路、第二单相升压功率电路和第三单相升压功率电路中的每个均是单相的、功率因数校正的、升压功率电路。
28.如权利要求25所述的焊接型系统，进一步包括输入功率分配装置，所述输入功率分配装置用于可控地将所述第一输入端、第二输入端和第三输入端连接至所述第一功率装置、第二功率装置和第三功率装置以使得所述第一功率装置、第二功率装置和第三功率装置中的每个均接收唯一的单相功率信号，并且其中所述控制器装置包括被连接至所述输入功率分配装置并且用于控制所述输入功率分配装置的装置。
29.一种焊接型系统，用于接收在第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端上的至少一个三相输入电压，所述焊接型系统包括：
第一单相升压功率电路，其具有第一对输入连接端，所述第一对输入连接端的第一端被连接至所述第一功率输入端，并且所述第一对输入连接端的第二端被连接至所述第二功率输入端，并且所述第一单相升压功率电路还具有第一对总线连接端；
第二单相升压功率电路，其具有第二对输入连接端，所述第二对输入连接端的第一端被连接至所述第二功率输入端，并且所述第二对输入连接端的第二端被连接至所述第三功率输入端，并且所述第二单相升压功率电路还具有第二对总线连接端；
第三单相升压功率电路，其具有第三对输入连接端，所述第三对输入连接端的第一端被连接至第三功率输入端，并且所述第三对输入连接端的第二端被连接至第一功率输入端，并且所述第三单相升压功率电路还具有第三对总线连接端；
中间总线，其合并所述第一对总线连接端、第二对总线连接端和第三对总线连接端；
输出电路，被布置用于接收中间总线并提供焊接型输出；以及
控制器，其被连接用于控制所述第一单相升压功率电路、第二单相升压功率电路和第三单相升压功率电路。
30.一种焊接型系统，用于接收可以是单相或者三相输入电压的输入，所述焊接型系统包括：
第一单相升压功率电路，具有第一对输入连接端并且还具有第一对总线连接端；
第二单相升压功率电路，具有第二对输入连接端并且还具有第二对总线连接端；
第三单相升压功率电路，具有第三对输入连接端并且还具有第三对总线连接端；
中间总线，所述第一对总线连接端、第二对总线连接端和第三对总线连接端被连接在所述中间总线的两端；
输出电路，被布置用于接收所述中间总线并提供焊接型输出；
输入功率分配模块，能够被配置用于将所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端连接到所述输入，以使得：当所述输入是单相时，所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的每对接收所述单相输入，并且当所述输入是三相时，所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的每对接收唯一的单相输入功率信号；以及
控制器，其被连接用于控制所述第一单相升压功率电路、第二单相升压功率电路和第三单相升压功率电路并且还被连接用于控制所述输入功率分配模块。
31.一种焊接型系统，用于在第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端上接收至少一个三相输入电压，所述焊接型系统包括：
第一功率装置，包括第一对输入连接端、用于接收第一单相输入并且提供升压的第一输出；
第二功率装置，包括第二对输入连接端、用于接收第二单相输入并且提供升压的第二输出；
第三功率装置，包括第三对输入连接端、用于接收第三单相输入并且提供升压的第三输出；
焊接输出电路，被布置用于接收并且合并所述第一输出、第二输出和第三输出；
控制器装置，被连接至所述第一功率装置、第二功率装置和第三功率装置并用于控制它们；以及
输入功率分配模块，所述输入功率分配模块能够配置用于将所述第一、第二和第三对输入连接端连接到所述第一、第二和第三功率输入端以使得所述第一、第二和第三对输入连接端中的每对均接收唯一的单相功率信号。
32.一种用于在第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端上接收三相输入电压的焊接型系统，包括：
第一功率模块，其包括第一对输入连接端，第一单相升压功率电路，和接收所述第一单相升压功率电路的输出的第一输出电路，并且其中第一输出电路提供第一输出；
第二功率模块，其包括第二对输入连接端，第二单相升压功率电路，和接收所述第二单相升压功率电路的输出的第二输出电路，并且其中第二输出电路提供第二输出；
第三功率模块，其包括第三对输入连接端，第三单相升压功率电路，和接收所述第三单相升压功率电路的输出的第三输出电路，并且其中第三输出电路提供第三输出；
焊接输出电路，被布置用于接收和合并所述第一输出、第二输出和第三输出；以及
控制器，被连接用于控制所述第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块，
其中，所述电力输出电路包括直流总线滤波器和隔离的直流-直流转换器，所述隔离的直流-直流转换器和所述直流总线滤波器相连。
33.如权利要求32所述的焊接型系统，进一步包括：
输入功率分配模块，能够配置用于将所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端连接到所述第一、第二和第三功率输入端，所述第一对输入连接端、第二对输入连接端和第三对输入连接端中的每一对接收唯一的单相功率信号。
34.如权利要求33所述的焊接型系统，所述控制器包括被连接以控制所述输入功率分配模块的输入控制模块。
35.如权利要求34所述的焊接型系统，其中所述输入功率分配模块包括：
第一功率开关，被布置以用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第一对输入连接端的其中一端；
连接件，所述连接件在所述第二功率输入端和所述第一对输入连接端的另一端之间；
第二功率开关，被布置用于连接和断开所述第二功率输入端和所述第二对输入连接端的其中一端；
第三功率开关，被布置用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第三对输入连接端的其中一端；
第一继电器，被布置用于可选择地连接所述第二和第三功率输入端的其中之一和所述第三对输入连接端的另一端；以及
第二继电器，被布置用于可选择地连接所述第一和第三功率输入端的其中之一和所述第二对输入连接端的另一端；
其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器和所述第二继电器的输入控制模块。
36.一种用于在第一功率输入端、第二功率输入端和第三功率输入端上接收三相输入电压的焊接型系统，包括：
第一功率装置，包括第一对输入连接端、用于接收第一单相输入并且提供升压的第一输出；
第二功率装置，包括第二对输入连接端、用于接收第二单相输入并且提供升压的第二输出；
第三功率装置，包括第三对输入连接端、用于接收第三单相输入并且提供升压的第三输出；
焊接输出电路，被布置用于接收并且合并所述第一输出、第二输出和第三输出；
控制器装置，被连接至所述第一功率装置、第二功率装置和第三功率装置并用于控制它们；以及
输入功率分配模块，所述输入功率分配模块能够配置用于将所述第一、第二和第三对输入连接端连接到所述第一、第二和第三功率输入端以使得所述第一、第二和第三对输入连接端中的每对均接收唯一的单相功率信号，
其中，所述输入功率分配模块包括第一功率开关，被布置以用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第一对输入连接端的其中一端；连接件，所述连接件在所述第二功率输入端和所述第一对输入连接端的另一端之间；第二功率开关，被布置用于连接和断开所述第二功率输入端和所述第二对输入连接端的其中一端；第三功率开关，被布置用于连接和断开所述第一功率输入端和所述第三对输入连接端的其中一端；第一继电器，被布置用于可选择地连接所述第二和第三功率输入端的其中之一和所述第三对输入连接端的另一端；以及第二继电器，被布置用于可选择地连接所述第一和第三功率输入端的其中之一和所述第二对输入连接端的另一端；其中所述控制器包括被连接用于控制所述第一继电器和所述第二继电器的输入控制模块。
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