CN105855665B - 用于改进的焊接性能的电路 - Google Patents

Abstract

本发明描述了焊接电路，这些焊接电路包括在焊接输出电流极性变化时电弧熄灭之后充电和放电从而帮助在电极与工件之间重新建立起焊接电弧的叠加元件。

Description

用于改进的焊接性能的电路

相关申请的交叉引用

本美国专利申请要求2015年2月5日提交的美国临时专利申请序列号62/112,405的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明的某些实施例涉及电弧焊接。更具体地，本发明的某些实施例涉及用于促进电弧建立和稳定性以及焊接质量的经改进的焊接电桥电路的系统和方法。

背景技术

在交流电(AC)电弧焊接中，当输出电流的极性变化时，电流必须具有为零的瞬时值。随着电流减小，其可以准许焊接熔池冷却和在零交叉之后有助于电弧的稳定性和建立的金属气体减少。低阻抗电弧的初始建立或重新建立会具有挑战性。

通过这种系统和方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施例相比较，常规、传统和所提出的方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。

发明内容

本文中的实施例可以包括一种系统，该系统包括一个焊接电力转换电路和多个开关以及相应的电流路径，该焊接电力转换电路被配置成用于将输入电流转换成输出电流。这些电流路径至少包括在一条正极性电流主路径上的一个正极性主开关、在一条正极性电流辅助路径上的和一条极性转变辅助路径上的一个正极性辅助开关、在一条负极性电流主路径上的一个负极性主开关、在一条负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径上的一个负极性辅助开关、以及在一条独立放电控制电流路径上的一个独立放电控制开关，该正极性电流主路径包括一条从电极到工件的焊接路径，该负极性电流主路径包括从该工件到该电极的该焊接路径。该系统进一步包括一个控制器，该控制器被配置成用于切换该多个开关中的至少一个开关；以及一个叠加元件，该叠加元件被配置成用于响应于该输出电流的极性变化而放出储存的能量，该叠加元件被配置成用于至少当电流流过该极性转变辅助路径时充电。

本文中的技术的实施例包括一种方法，该方法包括：在一个焊接电源中将输入电流转换成输出电流；至少通过一条正极性电流主路径和一条负极性电流主路径切换一个焊接电流方向；至少通过一条正极性电流辅助路径、负极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径切换一个辅助电流方向；至少使用该极性转变辅助路径对一个叠加元件充电；并且响应于输出电流极性的变化通过该正极性电流主路径和该负极性电流主路径中的至少一条电流主路径引起一个电压，该电压是通过使该叠加元件通过一条独立放电控制电流路径放电而引起的。

本创新的另一个实施例包括一种系统，该系统包括：用于在一个焊接电源中将输入电流转换成输出电流的装置；用于至少通过一条正极性电流主路径和一条负极性电流主路径切换一个焊接电流方向的装置；以及用于至少通过一条正极性电流辅助路径、负极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径切换一个辅助电流方向的装置。此外具有用于至少使用该极性转变辅助路径对一个叠加元件充电的装置、和用于响应于输出电流极性的变化通过该正极性电流主路径和该负极性电流主路径中的至少一条电流主路径引起一个电压的装置，该电压是通过使该叠加元件通过一条独立放电控制电流路径放电而引起的。

将从以下说明和附图中更全面地理解本发明的所说明的实施例的细节。

附图简要说明

图1展示了操作性地连接至焊接电极和工件上的焊接电源的示例性实施例的示意性框图；

图2展示了图1中的焊接电源的一部分的第一实施例的示意图；

图3A至图3C展示了与图2中的焊接电源类似的焊接电源在实现交流电焊接输出电流波形时的操作；

图4A和图4B展示了图2中的焊接电源在实现交流电焊接输出电流波形时的操作；

图5A和图5B展示了与图2中的焊接电源类似的焊接电源在实现交流电焊接输出电流波形时的操作；

图6展示了焊接电源的一部分的替代实施例的示意图；

图7A至图7C展示了图6中的焊接电源在实现交流电焊接输出电流波形时的操作；

图8展示了焊接电源的一部分的替代实施例的示意图；

图9A至图9C展示了图8中的焊接电源在实现交流电焊接输出电流波形时的操作；

图10展示了焊接电源的一部分的替代实施例的示意图；以及

图11A至图11C展示了图10中的焊接电源在实现交流电焊接输出电流波形时的操作；

详细说明

如以上指出的，建立电弧和维持其质量在一些环境中会存在挑战。例如，电弧可能最初朝不期望的方向或成不期望的角度地跳到工件上，所产生的高阻抗电弧需要能量重新聚焦到典型的焊接电源维持所需的低阻抗状态。无法输送此瞬时能量会导致焊接工艺质量低下或效率低。

与低电流电弧焊接相关联的等离子体柱常常不稳定并且会导致不期望的电弧中断。此外，对于交流电焊接工艺，在零转变期间，电弧电流停止并且改变方向。取决于焊接点周围的电弧等离子体和气体的状态，电弧可能或可能不重新点燃。本发明的实施例包括一种低电流电弧调节电路，该低电流电弧调节电路提供具有大电感量的控制良好的电流，该电流提供高能量恒定电流源来使电弧等离子体稳定。在极性变化过程中，在相反极性增长之前，电弧电流衰减到零。在这个极性转变时间期间，来自电弧和电弧调节电路两者的电流流入高压缓冲电路中。在实施例中，在极性变化时或周围会存在死区时间(偶然或蓄意电弧关闭时期)。在任何情形下，缓冲电路施加的高电压使所有电弧能量迅速耗尽。然而，只耗尽一小部分电弧调节电路能量。当焊接电路电感能量耗尽时，焊接输出能够颠倒极性。电弧重新点燃电压由储存在电弧调节电路的电感器中的能量提供并且受到高压缓冲电路的限制。在具有死区时间的实施例中，叠加元件充电，因为死区时间阻止电流往回流过电弧。在故意提供死区时间从而促进叠加元件充电供点燃电弧使用的实施例中，死区时间必须有限以防止焊接熔池过度冷却，过度冷却将会阻止重新建立。一旦重新建立起电弧，来自电弧调节电路的电流被转回电弧，并且电压骤降回至维持电弧所需的电压。

因此，本文中所披露的创新内容在一些实施例中涉及焊接电路，该焊接电路包括用于维持电弧稳定性和包括一个或多个叠加电路的一条或多条稳定性和/或本底路径。叠加元件(包括但不限于，例如一个或多个电容器)可以位于电路中的不同位置。虽然以下详细讨论了电容器，但应理解的是，可以利用其他电路元件来实现类似效果，并且本披露旨在将实现类似功能的所有这种变体包括在内。

在实施例中，叠加元件的大小被确定成使得其将充电至最低电压(例如，重新点燃阈值)而不耗尽本底/稳定器电路或元件中储存的能量。叠加元件还必须足够大以储存足够的能量来重新建立起低阻抗电弧等离子体。电弧重新点燃所需的电压根据工艺而不同。为了提供示例，甚至高要求的钨极惰性气体(TIG)电弧(例如，负到正使用100％的氩气)可以始终在例如300V被重新点燃，因此，这可以被标识为重新点燃电压。在替代实施例中，可以在150V、100V或小于100V在类似或不同电弧中实现重新点燃。

建立低阻抗等离子体电弧所需的能量量主要取决于负载。首先，负载电感(例如，扼流圈、电缆、高频变压器等等)和电容(例如，旁路、杂散等等)吸收一大部分能量。在实施例中，叠加元件中储存的剩余能量足够驱动高到足以建立低阻抗电弧的峰电流。在实施例中，这个值在例如30amp与100amp之间。

本披露包括可以在整个说明书和权利要求书使用的术语的各种明确和隐含定义。所有术语的单数形式和复数形式两者均落入每个专业术语内。

本文中使用的“软件”或“计算机程序”包括但不限于引起计算机或其他电子设备执行功能、动作、和/或以期望方式表现的一个或多个计算机可读和/或可执行指令。这些指令可以呈各种形式被体现，如例程、算法、模块或程序，包括与动态链接库分开的应用或代码。软件还可以呈各种形式被实现，如独立程序、函数调用、小服务程序、小应用程序、应用、存储在存储器中的指令、操作系统的部分或其他类型的可执行指令。本领域内的普通技术人员将认识到，软件的形式取决于(例如)期望的应用的要求、其运行所在的环境、和/或设计师/程序员的期望等等。

本文中使用的“计算机”或“处理元件”或“计算机设备”包括但不限于可以存储、检索和处理数据的任何已编程或可编程的电子设备。“非瞬态计算机可读介质”包括但不限于CD-ROM、可移除式闪存卡、硬盘驱动器、磁带、和软盘。

本文中使用的“焊接工具”指代(但不限于)焊枪、焊矩、或接受耗材或非耗材焊接电极用于将焊接电源提供的电力施加于焊接电极的用途。

本文中使用的“焊接输出电路路径”指代从焊接电源的焊接输出端的第一侧通过第一焊接电缆(或焊接电缆的第一侧)到达焊接电极、到达工件(或者通过短路或者焊接电极与工件之间的电弧)、通过第二焊接电缆(或焊接电缆的第二侧)并且回到焊接电源的焊接输出端的第二侧的电气路径。以下将关于附图定义和描述其他电路路径。

本文中使用的“焊接电缆”指代可以连接在焊接电源与焊接电极和工件(例如，通过焊丝馈送器)之间的电力电缆从而提供电力以在焊接电极与工件之间产生电弧。

本文中使用的“焊接输出(端)”可以是指焊接电源的电气输出电路或输出端口或端子，或者指焊接电源的电气输出电路或输出端口提供的电功率、电压、或电流，或者指代连接至焊接电源的输出端的负载。

本文中使用的“计算机存储器”指代被配置成用于存储可以通过计算机或处理元件检索的数字数据或信息的存储设备。

本文中使用的“控制器”指代在控制焊接电源时涉及到的逻辑电路和/或处理元件和相关联的软件或程序。

术语“信号”、“数据”和“信息”在本文中可以可互换地使用并且可以是数字形式或模拟形式。

本文中概括地使用术语“交流电焊接”并且其可以指代实际交流电焊接。在权利要求书中，交流电焊接将具体用于指代使用交流电的焊接。然而，当在本说明书中讨论时，对交流电焊接的引用不旨在排除或禁止替代方案，如处于正极性和负极性两者的直流焊接、极性可变焊接、和其他混合式焊接工艺。在此方面，相应包含的替代实施例的披露内容应被解释为包容性和合取性的，而不是排他性和析取性的。然而，如以上指出的，当明确要求时，交流电正极性焊接、直流电正极性焊接、直流电负极性焊接、极性可变焊接、和/或其他混合式焊接工艺应仅被解释为引用的技术。

叠加配置的“双充电”安排在本文中提供了在两种极性变化过程中对叠加元件充电，但仅使叠加元件放电以帮助针对一种极性变化重新建立电弧。这还可以被称为“双充电、单充电”或“全循环充电、半循环放电”，用于描述安排和功能的目的。

在“双充电”叠加配置的实施例中，叠加元件可以直接跨接本底电流源和本底电感器。在这种实施例中，电感器在极性之间的死区时间期间对叠加元件充电，并且当电桥以任一极性被往回接通时，叠加元件于是将向负载释放所储存的能量。在这种实施例中，这个循环在每次极性变化时发生。在进一步的实施例中，能量储存可以被限制在低本底电流电平。例如，循环与电感器电流之间的容许死区时间会引起这种限制。简单来讲，增加死区时间可以准许向叠加元件(例如，电容器)给予更多电荷，但同时可以准许焊接熔池冷却至在死区时间之后干扰电弧重新建立的程度。

在避免能量受到死区时间限制的进一步的实施例中，叠加元件在两个半个循环充电，但将只在负到正转变时释放能量。这是因为，在一些配置中，负到正转变会比从正到负更加难以重新建立。双循环充电-单循环释放技术使每个充电循环所需的死区时间最小化同时使储存的能量最大化，因为针对叠加元件所储存的能量的每次放出，存在两个死区时间周期来对叠加元件再充电。在一些实施例中，使用本底电感器能量重新点燃正在从负到正转变的电弧，因为本底电感器能量足以对要求没那么高的正到负转变补充电压而不使叠加元件放电；并且贯穿整个循环在两个充电事件内至少部分地使用储存在电容器中的能量重新点燃正在从负到正转变的电弧。

可以用多种方式实现这种配置。在实施例中，叠加元件的顶部直接重新连接至正母线(二极管的阴极而不是阳极)。通过这种方法，当正开关被接通时，叠加元件放电。在至少一个实施例中，当正开关接通时，叠加元件仅放电，但替代实施例是有可能的。在实施例中，在电容器放电之后，这种方法和申请人的替代性“双充电”方法两者均可以产生通过电容器的续流路径。在一些情况下，续流路径会对输送至电弧的本底电流产生不利影响。可以利用用于提供从电容器直接到电弧的专用能量放电路径的附加开关来克服这种担忧。该开关于是可以在电容器放电之后立即被关断，从而防止本底电流损失或相对于负载改向(例如，通过无意识续流电流路径)。这种配置的进一步的益处是叠加元件将在正循环的剩余部分期间向电弧电压充电，由此减少到达所期望的重新点燃电压电平(例如，储存的能量)所需要的死区时间长度。

本文中的实施例可以利用交流电路径。交流电路径可以取决于拓朴结构而变化。在实施例中，交流电路径可以被布线或可以不被布线通过输出电桥电路(包括例如主电源焊接电流路径)。针对全电桥输出实施例，焊接(输出)电桥和本底(交流)路径共享同一电桥的一个或多个(高达、但不一定所有)开关。针对利用半电桥输出的实施例，交流路径与焊接输出共享焊接电桥开关，但可以利用第二组开关来完成逆转路径。在混合电桥实施例中，半电桥输出用于电源焊接电流，而分开的全电桥被用作本底路径/交流路径。混合电桥实施例可以仅包括通过负载的一条共享路径。

在一些实施例中，本文中的配置与单极性电流源一起用于交流路径。在实施例中，这进一步利用全电桥路径来改变本底电流的极性。可以具有供应本底的双极性电流源(例如，如图2中一样)。假设主焊接电源也具有双极性输出端，这两个源(焊接和本底)可以只需要一个共享半电桥输出端。

本文中的各方面可以包括一种焊接设备，该焊接设备包括：电源，该电源被配置成用于至少供应焊接输出电流；输出电桥电路，该输出电桥电路被配置成用于基于输出电流的变化的极性而在焊接输出路径与极性转变路径之间切换输出电流的电流路径；交替极性转变电路，该交替极性转变电路至少包括该极性转变路径的一部分，并联极性转变电路被配置成用于在焊接输出路径的电极与工件之间引起在输出电流的极性转变过程中足以稳定焊接电弧的电压；以及一个或多个叠加元件，该一个或多个叠加元件被配置成用于在电极与工件之间提供在输出电流的极性转变过程中足以重新点燃和聚焦电弧的电压。

在至少一个实施例中，电源提供双极性输出。在至少一个实施例中，输出电桥电路是半电桥拓扑结构。在至少一个实施例中，电源提供单极性输出。在至少一个实施例中，输出电桥电路是全电桥拓扑结构。在至少一个实施例中，交替极性转变电路在每次极性转变时在死区时间期间对该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件充电。在至少一个实施例中，死区时间是预先限定的。在至少一个实施例中，每次极性转变是零交叉转变。在至少一个实施例中，交替极性转变电路帮助重新建立电弧。在至少一个实施例中，交替极性转变电路帮助重新建立电弧直至达到本底电流值。

在至少一个实施例中，该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件在每次零交叉时充电。在至少一个实施例中，该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件在死区时间期间充电。在至少一个实施例中，该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件在焊接电流衰减期间吸收输出焊接(电缆电感)电流能量。在至少一个实施例中，该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件在重新建立阶段期间提供受控放电。在至少一个实施例中，该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件在负到正转变过程中提供受控放电。在至少一个实施例中，该一个或多个叠加元件中的至少一个叠加元件利用使所需死区时间最小化并且使能量储存最大化的双充电-单放电技术。

转到附图，图1展示了操作性地连接至焊接电极E和工件W上的焊接电源100的示例性实施例的示意性框图。焊接电源100包括在焊接电极E与工件W之间提供焊接输出电力的电力转换电路110。电源100可以是任何电源，包括相对于公共端/地提供单极性输出的电源、以及替代地相对于公共端/地提供双极性输出的电源。可选的送丝器5可以将耗材焊丝电极E向工件W馈送。替代地，如在GTAW工艺中，电极E可以是非耗材，并且可以不使用送丝器5，或者可以使用该送丝器来向工件W提供填充焊丝。送丝器5、耗材焊接电极E、和工件W不是焊接电源100的一部分，而可以经由焊接输出电缆操作性地连接至焊接电源100。

焊接电源100进一步包括波形发生器120和控制器130。波形发生器120根据控制器130的命令生成焊接波形。波形发生器120生成的波形对电力转换电路110的输出进行调制，从而在电极E与工件W之间产生焊接输出电流。

焊接电源100可以进一步包括电压反馈电路140和电流反馈电路150，用于监测电极E与工件W之间的焊接输出电压和电流并且将所监测到的电压和电流往回提供给控制器130。控制器130可以使用反馈电压和电流来(例如)关于修改波形发生器120生成的焊接波形做出决定和/或做出影响焊接电源100的安全操作的另一项决定。

焊接电源100还可以包括电流开关电路180。在实施例中，电流开关电路可以包括操作性地连接至电力转换电路110上的电桥电路并且被配置成用于根据控制器130的命令通过操作性连接至焊接电源100的焊接输出端的低阻抗焊接输出电路路径(包括电极E和工件W)来切换输出电流的方向。电弧调节电路操作性地连接至电桥电路并且被配置成用于提供适调低值电流源来稳定低端焊接并且帮助在零周围电流极性转变(例如，通过在焊接输出电路路径的电极E与工件W之间引起在输出电流极性转变过程中足以重新点燃电弧的电压)。本文中稍后详细描述了这种电桥和电弧调节电路的详细示例和操作。

图2展示了图1中的焊接电源100的在电流开关电路180中具有电桥电路160和双极性电弧调节电路170的部分的示例实施例的示意图。图2中还展示了电力转换电路110的部分210，其中电力转换电路110是中心抽头式或半电桥式拓扑结构(例如，基于逆变器的电路)。图2中的电流开关电路180呈半电桥式拓扑结构形式，其中电力转换电路110提供被配置成共享共用路径的双输出电流路径，这样使得每条输出路径可以引起相反极性在共享路径中的流动。

电桥电路160包括开关晶体管211和212。电弧调节电路170包括开关晶体管213和214、电感器215、恒流源216、二极管217-220和可选地叠加电容器221。根据实施例，这些开关晶体管是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。然而，根据其他实施例，也可以使用其他类型的开关晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET)。根据实施例，该恒流源可以是可调的(例如，在2amp与10amp之间)。具有二极管182和电容器183的有源缓冲电路181用于限制横跨电流开关电路180的电压(例如，在300V与600V之间的某个地方)以引起通过输出电流路径的输出电流快速衰减并且限制或约束电弧重新点燃电压电平。开关晶体管211和212的反向平行二极管携带缓冲电流/衰减电流。电感器的预充电(例如，通过横跨电弧调节电路170的晶体管短接)可能是期望的，这样使得电感器储存有能量并且准备好更快速地执行初始电弧点燃功能(在焊接过程开始时)或电弧重新点燃功能(在零交叉时)。

电弧调节电路170的可选的叠加电容器221可以用于在极性切换过程中通过零位电流来提供缓和的过冲。电容器221可以在电桥死区时间期间储存来自电弧调节电路的电感器的能量。当以相反极性重新建立电弧时可以释放能量，从而除了恒流源和电感器提供的电流以外还提供额外升压或过冲。

如本文中关于图3A至图3C所描述的，图2中的电流开关电路180提供用于交流电焊接操作并且在焊接电源的焊接输出端引起具有足以在焊接过程的极性反转过程中在电极E与工件W之间重新建立焊接电弧的量值的电压。示出了焊接输出端子191和192并且其表示焊接电源的焊接输出端，电极E与工件W可以通过焊接电缆路径连接至该焊接输出端。

根据实施例，电感器215具有在大约10毫亨与100毫亨之间的电感值(一般比焊接输出电路路径的总电感大得多)并且恒流源216提供在2amp至10amp范围内的恒定电流。恒流源216可以是若干种不同类型中的任何类型，包括(例如)斩波降压调节器或简单的电压源和电阻器。电感器的大小被确定为提供相对稳定的电流，同时在电极与工件之间引起在电弧由于输出电流切换方向(极性反转/切换)而熄灭之后足以快速且可靠地立即重新点燃电弧的大电压。在电流零交叉(极性反转/切换)过程中，电弧在电流达到零时熄灭，并且来自电弧调节电路170的电感器215的能量引起的高电压(例如，200VDC至400VDC)用于以相反极性重新建立电弧。电感器215保持电流流动并且引起高达缓冲电路181设定的极限的高电压(例如，400VDC)。电感器215能够引起如开关晶体管213和214结合开关晶体管211和212确定的处于任一极性的高电压电平(即，当从任一方向与零位电流点交叉时)。

根据实施例，电弧调节电路中的这些开关晶体管和二极管仅携带本底电流(例如，小于2-10amp)，并且电桥电路的开关晶体管被共享以完成电弧调节电路的全电桥路径。电弧调节电路中的二极管阻挡电源电流和电弧调节电路的管脚形成的无意识续电流路径两者。电弧调节电路中的开关晶体管可以用于形成简单的升压供应，该升压供应可以用于对缓冲电路的电容器预充电(其中电桥电路关断)。类似地，电弧调节电路中的开关晶体管可以用于对电弧调节电路的电感器预充电。根据实施例，100毫亨电感器可以在大约20毫秒内被充电到10amp(假设电弧电压与电流源的电压供应之间的差异为50V)。因此，在没有任何附加装置的情况下，在直流电下开始并且稳定GTAW过程(或任何其他过程)的时间应不只是足以对电弧调节电路的电感器预充电。

图3A至图3C展示了与图2中的焊接电源类似的焊接电源(即，没有212)在实现交流电焊接输出电流波形时的操作。应注意的是，交流电焊接输出电流波形此处(和贯穿本披露在其他地方)被描述为简单的方波形，应理解的是，根据本文中的讨论内容，可以包含其他波形，包括更复杂的波形。图3A至图3C中所示的负载230表示电极E和工件W以及将电极E和工件W连接至焊接电源上的电焊电缆路径(即，焊接输出电路路径)之间的电阻和电感。然而，电极E、工件W和电焊电缆路径不是焊接电源的一部分。

参照图3A的顶部部分，在焊接电源产生的交流波形300的正电流部分(见波形300的黑色加粗线)期间，电流主要从电力转换电路210流动通过电桥电路160的开关晶体管211、通过负载230(朝正方向)，并且通过共用路径回到电力转换电路210(见粗箭头)。并且，电弧调节电路170提供的低调节电流从恒流源216流动通过电感器215(将能量储存在电感器中)、通过二极管217、通过电桥电路160的开关晶体管211、通过负载230(朝正方向)、通过二极管219和电弧调节电路170的开关晶体管214，并且回到恒流源216(见较细箭头)。

参照图3A的底部部分，在交流波形300的正电流衰减部分(见波形300的黑色加粗线)期间，负载230有效地充当电源，从而尽力保持电流流动。电流从负载230流动通过电力转换电路210(以续流方式)、通过有源缓冲电路181、通过电桥电路160的开关晶体管212的反向平行二极管，并且回到负载230(朝正方向，见粗箭头)，直至电流完全衰减。并且，电弧调节电路170提供的低调节电流从恒流源216流动通过电感器215(将能量储存在电感器中)、通过二极管217、通过缓冲电路181、通过电弧调节电路170的二极管220，并且回到恒流源216(见较细箭头)。甚至当通过负载230的电流完全衰减时，来自电弧调节电路170的电流如所描述那样保持流动。

在电流衰减过程中，电桥电路160改变极性。然而，只要电弧电流仍然是正的，电感器215就通过缓冲电路181产生的高压路径来泄放。电弧调节电路170向缓冲电路181内提供2-10amp。随着通过负载的电流朝零下降，电弧熄灭并且电弧调节电路横跨负载施加高电压从而以相反极性重新点燃电弧。

参照图3B，在交流波形300的极性转变部分(见波形300的黑色加粗线)期间，电力转换电路210没有提供巨大的电流。电极E与工件W之间的电弧短时间熄灭。然而，储存在电感器215中的能量在电极E与工件W之间引起电弧点燃电压。来自电力转换电路的电流可以再次开始朝着相反方向流动通过负载。电弧电流快速重新建立并且焊接输出电流的任何下冲或过冲受到电感器215控制。在没有电弧调节电路的情况下，电力转换电路将尝试重新建立电弧。然而，由于电力转换电路提供的电压一般受到限制(例如，限制到100VDC)，因此可能不发生重新建立电弧。当来自电弧调节电路170的电感器215的能量被释放时，电流从电感器215流动通过开关晶体管213、通过二极管218、通过负载230(朝负方向)、通过电桥电路160的开关晶体管212、通过二极管220、通过恒流源216，并且回到电感器215(见箭头)。因此，电极E与工件W之间的电弧朝负方向快速重新点燃并且稳定至足够低的电压以便电源提供电流。

参照图3C的顶部部分，在焊接电源产生的交流波形300的负电流部分(见波形300的黑色加粗线)期间，电流主要从电力转换电路210流动通过负载230(朝负方向)、通过电桥电路160的开关晶体管212，并且回到电力转换电路210(见粗箭头)。并且，电弧调节电路170提供的低调节电流从恒流源216流动通过电感器215(将能量储存在电感器中)、通过开关晶体管213、通过二极管218、通过负载230(朝负方向)、通过电桥电路160的开关晶体管212、通过电弧调节电路170的二极管220，并且回到恒流源216(见较细箭头)。

参照图3C的底部部分，在交流波形300的负电流衰减部分(见波形300的黑色加粗线)期间，负载230有效地充当电源，从而尽力保持电流流动。电流从负载230流动通过电桥电路160的开关晶体管211的反向平行二极管、通过有源缓冲电路181、通过电力转换电路210(以续流方式)，并且回到负载230(见粗箭头)。并且，电弧调节电路170提供的低调节电流从恒流源216流动通过电感器215(将能量储存在电感器中)、通过二极管217、通过缓冲电路181、通过电弧调节电路170的二极管220，并且回到恒流源216(见较细箭头)。甚至当通过负载230的电流完全衰减时，来自电弧调节电路170的电流如所描述那样保持流动。

当转变回到波形300的正部分(即，波形是重复的)时，以与图3B的方式类似的方式，电感器215将经由二极管217、开关晶体管211、二极管219、开关晶体管214、和恒流源216释放其储存的能量通过负载(但朝正方向)，从而引起电极E于工件W之间的电弧朝正方向快速重新点燃。电弧调节电路170不断地将适调的低电流值添加到电源提供的焊接输出电流以便当电力转换电路提供的电流向零减小时稳定电弧，并且以相反极性立即重新点燃电弧。

图4A和图4B展示了图2中的根据不同操作参数使用叠加电容器221的焊接电源的操作。虽然图2中示出了叠加电容器221，但这种情况在实施例中被指示为可选的，并且不包括在图3A至图3C中所展示的方面中。

图4A首先示出了电流输出波形400的正部分。以下示出了电容器充电波形490并且其与电流输出波形400相对应。在这段时间期间，使用正极性电流主路径412，电流流动通过负载、从电极到达工件(正极性)。同时，电流流动通过正极性电流辅助路径414，从而用本底电流补充输出电流以帮助在正部分开始时重新建立电弧。图4A还示出了由于通过二极管217、开关211和负载使叠加电容器221放电、然后通过二极管219和开关214返回在负到正转变之后随即在正侧上的过冲。

图4A之后还示出了电流输出波形400中所展示的正到负极性转变。在图4A和图4B中，展示了死区时间452，该死区时间是在使用以与之前建立的电弧的极性相反的极性流动的电流重新建立电弧之前没有电流流动通过电弧期间的时间段。虽然电流衰减直到死区时间为止，但输出电流流动通过正到负转变主路径422。由于在极性转变和死区时间时切换，电流还流动通过转变电流辅助路径424，该电流对叠加电容器221充电。这在电容器充电波形490的充电侧492上示出，该充电侧具有与所展示的死区时间452相对应的时长。在替代实施例中，与充电侧492相关联的时期可以具有更长或更短的时间。

图4B以示出电流输出波形400的在正部分和极性转变之后的负部分而开始。负部分最初包括过冲454，该过冲与叠加电容器221的用于帮助以负极性重新建立电弧的放电相对应。这通过当电容器电压返回到其未充电电平时电容器充电波形490的放电侧494被示出。在电流输出波形400的负部分期间，使用负电流主路径432，电流流动通过负载、从工件到达电极(负极性)。同时，电流流动通过负电流辅助路径434，从而用本底电流补充输出电流以帮助在负部分开始时重新建立电弧。

图4B之后还示出了电流输出波形400中所展示的正到负极性转变。再一次展示了死区时间452，该死区时间是在使用以与之前建立的电弧的极性相反的极性流动的电流重新建立电弧之前没有电流流动通过电弧期间的时间段。虽然电流衰减直到死区时间452为止，但输出电流流动通过负到正转变主路径442。由于在极性转变和死区时间时切换，电流还流动通过转变电流辅助路径424，该电流对叠加电容器221充电。这再次在电容器充电波形490的充电侧492上示出，该充电侧具有与所展示的死区时间452相对应的时长。在替代实施例中，与充电侧492相关联的时期可以具有更长或更短的时间。

该循环可以根据需要进行重复，从而在焊接操作时长内在正与负极性之间变化。例如，图4A和图4B中所展示的循环是双充电、双放电安排的示例，其中，电容器在每半个循环充电(在循环中的两个极性变化的死区时间内)并且在每半个循环放电(帮助以两个极性重新建立电弧)。

图5A和图5B展示了与图4中的安排类似的安排，在该安排中，发生切换从而促进双充电、单放电安排，其中，电容器每半个循环充电但每个全循环只放电一次(当转变至仅一个极性时，帮助重新建立电弧)。在实施例中，叠加电容器221仅在输出极性正在从负到正转变时才放电。可以例如由开关211、212、213和214、以及电源210的活动来调节充电和放电。因为能量与电压的平方相关，所以每个全极性循环只放电一次为电弧重新建立提供了显著更大的益处，同时使叠加电容器221充电的死区时间最小化。如以上指出的，减少死区时间防止焊接熔池过度冷却，过度冷却会干扰电弧稳定性和质量。

图5A和图5B示出了与图2中的安排类似、但不完全相同的安排。确切而言，在图5A和图5B的配置中，电容器212直接连接至正轨道上。在此方面，图5A首先示出了输出电流波形500的正部分的建立和时长。示出了由于在从负到正输出极性转变过程中叠加电容器221的放电引起的正部分的开始时的过冲554。如可以看到的，负部分中不存在过冲(下文进行了讨论)，因为叠加电容器221在正到负转变过程中充电但不放电。电容器电压波形590示出了一旦输出电流以正极性增加高于零(在任何死区时间之后)叠加电容器221的电压就下降到0(或另一个本底电平)。在输出电流波形500的正部分期间，输出电流流动通过正极性电流主路径512和正极性电流辅助路径514。

图5A还示出了输出电流波形500中正极性与负极性之间的极性转变，包括死区时间552。在死区时间552期间，充电侧592在电容器电压波形590中是可见的，因为至少在死区时间552期间，当电流流动通过转变电流辅助路径524时叠加电容器221充电。在正到负极性转变过程中(例如，当主焊接电流衰减时)，电流还流动通过正到负转变主路径522。

图5B示出了输出电流波形500的负部分的建立和时长。如所示，不存在过冲，因为由于开关211、212、213和214的接通/关断设置在叠加电容器221充电之后没有放电。不活动期间594从头至尾，电容器电压波形590保持稳定。电流流动通过负电流主路径532和负电流辅助路径534。

图5B还示出了输出电流波形500中正极性与负极性之间的极性转变，包括死区时间552。在死区时间552期间，第二充电侧596在电容器电压波形590中是可见的，因为至少在死区时间552期间，当电流流动通过转变电流辅助路径524时叠加电容器221第二次充电。在负到正极性转变过程中(例如，当主焊接电流衰减时)，电流还流动通过正到负转变主路径542。死区时间552之后，该循环如图5A中所示进行重复。

图6通过添加独立放电控制路径620来对图2至图5B中的电路进行了改进。独立放电控制路径620包括用于阻止无意识续流电流路径的独立放电控制开关622，无意识续流电流路径在不包括独立放电控制开关622的实施例中是可能的。独立放电控制路径620还包括放电二极管623。

图6还包括用于控制电流流动路径的各种开关。除了所描绘的其他元件以外，图6还包括正极性主开关211、负极性主开关212、正极性辅助开关214和负极性辅助开关213。

图6中的电路可以被实现成如图7A、图7B和图7C中所示的双充电、单放电安排。

图7A示出了输出电流波形700的正极性部分。在这个部分期间，正极性主开关211和正极性辅助开关214两者均接通，而负极性主开关212和负极性辅助开关213关断，从而引起焊接电流流动通过正极性电流主路径712并且电流还流动通过正极性电流辅助路径714。电容器电压波形790示出了将叠加电容器221的储存量从零或本底增加的小幅电压增加，但在实施例中针对正部分的至少一部分内稳定。

图7A还示出了正到负输出电流极性转变。在转变过程中，电流基于正极性主开关211和正极性辅助开关214的关断、以及负极性主开关212和负极性辅助开关213的接通而流动通过正到负电流转变路径722。正到负电流转变路径722包括有源缓冲电路181。至少(但不限于)在死区时间752期间，电流还流动通过转变电流辅助路径724，从而如电容器电压波形790的充电侧792所示来对叠加电容器221充电。在这种正到负极性转变时没有发生叠加电容器221放电。

图7B示出了输出电流波形700的负极性部分。在负极性部分期间，负极性主开关212和负极性辅助开关213保持接通，而正极性主开关211和正极性辅助开关214保持关断。电流流动通过负电流主路径732以及负电流辅助路径734。叠加电容器221中储存的电压在不活动时期794期间保持不变。

图7B还示出了负极性与正极性之间的转变。这至少部分地是由正极性主开关211和正极性辅助开关214的接通、以及负极性主开关212和负极性辅助开关213的关断引起的。电流流动通过负极性电流主路径742，通过有源缓冲电路181而衰减。电流还至少(但不仅仅一定)在死区时间752期间流动通过转变电流辅助路径724。这如第二充电侧796所示第二次对叠加电容器221充电，从而增加可供用于在死区时间752之后重新点着电弧的能量。如所示，第二充电侧796与死区时间752的长度相对应；然而，在各实施例中，这种时期可以比另一个时期更长或更短。

图7C示出了以正极性重新建立电弧。通过如电容器电压波形790的放电侧798上所示的叠加电容器221的放电来重新建立电弧，其中，电容器电压下降到零(或本底)。此放电与输出电流波形700所示的过冲754相对应。此放电补充输出和本底电流(如果有的话)以帮助在负到正极性转变后的死区时间752之后重新建立电弧。电流流动通过正极性电流主路径712和负极性电流辅助路径714。

图8展示了图1中的焊接电源100的具有电桥电路160和双极性电弧调节电路170的部分的实施例的示意图。图8中还展示了电力转换电路110的部分810，其中，电力转换电路110提供直流电+输出(例如，基于斩波器的电路)。图8中的电流开关电路180呈全电桥式拓扑结构形式，该拓扑结构可以与几乎任何电源拓扑结构一起使用，从而提供有待添加到现有设计的电源上的灵活性和潜力。图8提供了共享H型电桥开关拓扑结构，从而产生可以提供改进的低电流调节和电弧重新点燃性能的实现方式。

电桥电路160包括开关晶体管811、812、813和814，从而形成H型全电桥配置。电弧调节电路170包括电感器815、恒流源816、二极管817和可选地预充电开关晶体管818。根据实施例，这些开关晶体管是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。然而，根据其他实施例，也可以使用其他类型的开关晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET)。具有二极管882和电容器883的有源缓冲电路881用于限制横跨电流开关电路180的电压(例如，在300V与600V之间的某个地方)以引起通过输出电流路径的输出电流快速衰减并且限制或约束电弧重新点燃电压。开关晶体管811-814的反向平行二极管携带缓冲电流/衰减电流。电弧调节电路170的可选的预充电开关晶体管818可以用于用能量对电感器815预充电。当预充电开关晶体管818是接通的时，来自电感器的电流流动通过预充电晶体管。再次，作为替代方案，预充电可以通过横跨开关晶体管短接来执行。电感器的预充电可能是期望的，这样使得电感器储存有能量并且准备好更快速地执行初始电弧点燃功能(在焊接过程开始时)或电弧重新点燃功能(在零交叉)。

图8中的电流开关电路180提供用于交流电焊接操作并且在焊接电源的焊接输出端引起具有足以在焊接过程的极性反转过程中在电极E与工件W之间重新建立焊接电弧的量值的电压。示出了焊接输出端子191和192并且其表示焊接电源的焊接输出端，电极E与工件W可以通过焊接电缆路径连接至该焊接输出端。

根据实施例，电感器815具有在大约10毫亨与100毫亨之间的电感值并且恒流源816提供在2amp至10amp范围内的恒定电流。恒流源816可以是若干种不同类型中的任何类型，包括(例如)斩波降压调节器或简单的电压源和电阻器。电感器的大小被确定为提供相对稳定的电流，同时在电极与工件之间引起在电弧由于输出电流切换方向(极性反转/切换)而熄灭之后足以快速且可靠地立即重新点燃电弧的大电压。

在电流零交叉(极性反转/切换)过程中，电弧熄灭，并且来自电弧调节电路170的电感器的能量引起的高电压用于以相反极性重新建立电弧。电感器保持电流流动并且引起高达缓冲电路881设定的极限的高电压(例如，400VDC)。电感器以如开关晶体管的状态(例如，当从任一方向与零位电流点交叉时)所确定的任一极性引起高电压电平。

图8还示出了具有独立放电控制路径820的电路的替代实施例，该独立放电控制路径820包括叠加电容器821、独立放电控制开关822和放电二极管823。以此方式，可以提供叠加电容器用于帮助以所展示的拓扑结构重新建立电弧，并且可以避免无意识的续电流。

图9A-9C展示了图8中的电路的电流流动图。图9A示出了导致死区时间、叠加元件充电、以及从正到负的极性变化的正极性脉冲和正极性衰减阶段。图9B展示了所展示的电路的操作的负极性脉冲电流部分。最后，图9C展示了所展示的电路的操作的负衰减和叠加放电时期。接通/关断设置在每张图解中是可见的。虽然为了简洁目的以上关于其他图的详细阐述中没有描述每一个方面，当本文中的其他术语可以用于描述替代实施例而不脱离本创新的范围或精神。

图10展示了图1中的焊接电源100的具有电桥电路160和双极性电弧调节电路170的部分的第二示例性实施例的示意图。图10中还展示了电力转换电路110的部分210，其中电力转换电路110是中心抽头式或半电桥式拓扑结构(例如，基于逆变器的电路)。图10中的电流开关电路180呈半电桥式拓扑结构形式，其中电力转换电路110提供被配置成共享共用路径的双输出电流路径，这样使得每条输出路径可以引起相反极性在共享路径中的流动。图10中的焊接电源的操作与图2中的操作类似。然而，图10提供了具有四个开关晶体管的全电弧调节电路170，从而产生略微更成熟的实现方式，该实现方式可以提供较图2中的配置经改进的低电流调节和电弧点燃性能。

电桥电路160包括开关晶体管1011和1012。电弧调节电路170包括开关晶体管1013、1014、1015和1016、电感器1017、恒流源1018、二极管1019和可选地预充电开关晶体管1020。根据实施例，这些开关晶体管是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。然而，根据其他实施例，也可以使用其他类型的开关晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET)。具有二极管1082和电容器1083的有源缓冲电路1081用于限制横跨电流开关电路180的电压(例如，在300V与600V之间的某个地方)以引起通过输出电流路径的输出电流快速衰减并且约束或限制电弧重新点燃电压电平。开关晶体管1011和1012的反向平行二极管携带缓冲电流/衰减电流。电弧调节电路170中的可选的预充电开关晶体管1020可以用于用能量对电感器1017预充电。当预充电开关晶体管1020是接通的时，来自电感器1017的电流流动通过预充电晶体管1020。作为替代选项，电感器的预充电可以通过横跨电弧调节电路170的晶体管(例如，1013和1014、或1015和1016)进行短接来实现。电感器的预充电可能是期望的，这样使得电感器储存有能量并且准备好更快速地执行初始电弧点燃功能(在焊接过程开始时)或电弧重新点燃功能(在零交叉)。

图10中的电流开关电路180提供用于交流电焊接操作并且在焊接电源的焊接输出端引起具有足以在焊接过程的极性反转过程中在电极E与工件W之间重新建立焊接电弧的量值的电压。示出了焊接输出端子191和192并且其表示焊接电源的焊接输出端，电极E与工件W可以通过焊接电缆路径连接至该焊接输出端。

根据实施例，电感器1017具有在大约10毫亨与100毫亨之间的电感值并且恒流源1018提供在2amp至10amp范围内的恒定电流。恒流源1018可以是若干种不同类型中的任何类型，包括(例如)斩波降压调节器或简单的电压源和电阻器。电感器的大小被确定为提供相对稳定的电流，同时在电极与工件之间引起在电弧由于输出电流切换方向(极性反转/切换)而熄灭之后足以快速且可靠地立即重新点燃电弧的大电压。

在电流零交叉(极性反转/切换)过程中，电弧熄灭，并且来自电弧调节电路170的电感器1017的能量引起的高电压用于以相反极性重新建立电弧。电感器1017保持电流流动并且引起高达缓冲电路1081设定的极限的高电压(例如，400VDC)。电感器1017以如开关晶体管的状态(例如，当从任一方向与零位电流点交叉时)所确定的任一极性引起高电压电平。

图10还示出了具有独立放电控制路径1030的电路的替代实施例，该独立放电控制路径1030包括叠加电容器1031、独立放电控制开关1032和放电二极管1033。以此方式，可以提供叠加电容器用于帮助以所展示的拓扑结构重新建立电弧，并且可以避免无意识的续电流。

图11A至图11C展示了图8中的电路的电流流动图。图11A示出了导致死区时间、叠加元件充电、以及从正到负的极性变化的正极性脉冲和正极性衰减阶段。图11B展示了所展示的电路的操作的负极性脉冲电流部分。最后，图11C展示了所展示的电路的操作的负衰减和叠加放电时期。接通/关断设置在每张图解中是可见的。虽然为了简洁目的以上关于其他图的详细阐述中没有描述每一个方面，当本文中的其他术语可以用于描述替代实施例而不脱离本创新的范围或精神。

因此，本文中的实施例可以包括一种系统，该系统包括一个焊接电力转换电路和多个开关以及相应的电流路径，该焊接电力转换电路被配置成用于将输入电流转换成输出电流。这些电流路径至少包括在一条正极性电流主路径上的一个正极性主开关、在一条正极性电流辅助路径上的和一条极性转变辅助路径上的一个正极性辅助开关、在一条负极性电流主路径上的一个负极性主开关、在一条负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径上的一个负极性辅助开关、以及在一条独立放电控制电流路径上的一个独立放电控制开关，该正极性电流主路径包括一条从电极到工件的焊接路径，该负极性电流主路径包括从该工件到该电极的该焊接路径。该系统进一步包括一个控制器，该控制器被配置成用于切换该多个开关中的至少一个开关；以及一个叠加元件，该叠加元件被配置成用于响应于该输出电流的极性变化而放出储存的能量，该叠加元件被配置成用于至少当电流流过该极性转变辅助路径时充电。

本文中的进一步的方面可以包括类似的系统，其中，该正极性电流主路径和该负极性电流主路径包括一个共用有源缓冲电路。在实施例中，该共用有源缓冲电路至少包括一个二极管和一个电容器。

本文中的进一步的方面可以包括类似的系统，其中，该正极性电流辅助路径、该负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径全都包括一个电感器。在替代实施例或互补实施例中，该叠加元件至少在与该极性变化相关联的死区时间期间充电。

本文中的进一步的方面可以包括类似的系统，其中，该叠加元件每极性循环放电一次，该极性循环包括一个正极性部分和一个负极性部分两者。在替代实施例或互补实施例中，该叠加元件响应于其而放电的极性变化是输出电流极性从负到正的变化。

本文中的进一步的方面可以包括类似的系统，其中，该叠加元件向独立放电控制路径放电。

本文中的实施例可以进一步包括一种方法，该方法包括在焊接电源中将输入电流转换成输出电流，至少通过一条正极性电流主路径和一条负极性电流主路径切换一个焊接电流方向，至少通过一条正极性电流辅助路径、负极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径切换一个辅助电流方向；至少使用该极性转变辅助路径对一个叠加元件充电；并且响应于输出电流极性的变化通过该正极性电流主路径和该负极性电流主路径中的至少一条电流主路径引起一个电压，该电压是通过使该叠加元件通过一条独立放电控制电流路径放电而引起的。

本文中的进一步的方面可以包括类似的方法，其中，该正极性电流主路径和该负极性电流主路径包括一个共用有源缓冲电路。在替代实施例或互补实施例中，该共用有源缓冲电路至少包括一个二极管和一个电容器。

本文中的进一步的方面可以包括类似的方法，其中，该正极性电流辅助路径、该负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径全都包括一个电感器。在进一步的实施例中，该叠加元件至少在与该极性变化相关联的死区时间期间充电。在替代性进一步的实施例中，该叠加元件每极性循环放电一次，该极性循环包括一个正极性部分和一个负极性部分两者。在进一步方面中，该叠加元件响应于其而放电的极性变化是输出电流极性从负到正的变化。在另一个替代安排中，该叠加元件向一条独立放电控制路径放电。

本文中的实施例进一步包括一种系统，该系统包括：用于在一个焊接电源中将输入电流转换成输出电流的装置；用于至少通过一条正极性电流主路径和一条负极性电流主路径切换一个焊接电流方向的装置；以及用于至少通过一条正极性电流辅助路径、负极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径切换一个辅助电流方向的装置。此外具有用于至少使用该极性转变辅助路径对一个叠加元件充电的装置、和用于响应于输出电流极性的变化通过该正极性电流主路径和该负极性电流主路径中的至少一条电流主路径引起一个电压的装置，该电压是通过使该叠加元件通过一条独立放电控制电流路径放电而引起的。

本文中的进一步方面可以包括类似的系统，其中，该叠加元件至少在与该极性变化相关联的死区时间期间充电。在替代实施例或互补实施例中，该叠加元件每极性循环放电一次，该极性循环包括一个正极性部分和一个负极性部分两者。在又进一步实施例中，该叠加元件响应于其而放电的极性变化是输出电流极性从负到正的变化。

在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“具有(having)”被用作术语“包括(comprising)”的简明语言对等语；术语“其中(in which)”与“其中(wherein)”等效。而且，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”等等仅被用作标记，而并不旨在对其物体强加数字或位置要求。进一步地，所附权利要求书的限制没有以装置加功能的格式被写入并且并不旨在基于35U.S.C.§112第六段来解释，除非直至这种权利要求限制在没有进一步结构的功能阐述之后明确使用短语“用于...的装置”。如本文中所使用的，以单数引用的并且用词语“一个”或“一种”继续引用的元件或步骤应被理解成为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确阐明这种排除。此外，对本方面的“一个实施例”的引用旨在被解释为排除存在也结合了所引用的特征的附加实施例。而且，除非明确相反阐明，实施例“包括(comprising)”、“包括(including)”或“具有(having)”拥有特别特性的一个元件或多个元件的实施例可以包括没有那种特性的另外的这种元件。而且，某些实施例可以被显示为具有相同或类似元件，然而，这仅仅是出于说明目的，并且这种实施例不一定需要具有相同元件，除非权利要求书中规定。

如本文中使用的，术语“可以”和“可以是”指示一组情况内同时发生的可能性；指定特性、特征或功能的拥有；和/或通过表达与被限定的动词相关联的能力、性能或可能性中的一项或多项来限定另一个动词。相应地，“可以”和“可以是”的使用指示经修改的术语明显合适、能够、或适合于所指示的性能、功能或使用，同时在一些情况下将经修改的术语可能有时不合适、不能够、或不适合考虑在内。例如，在一些情况下，可以预期事件或才能，而在其他情况下，不能发生事件或才能–术语“可以”和“可以是”分体现了这种不同。

所写的本说明书使用示例来披露本发明，包括最佳模式，并且还能够使本领域的普通技术人员实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统、和执行任何结合的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的普通技术人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有与权利要求书中的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的中的字面语言无实质不同的等效结构元件，则它们预期在权利要求书范围内。

虽然已经参照某些实施例描述了本申请的所要求保护的主题，但本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下可以做出各种改变并且可以代替等效物。此外，可以进行许多修改以使具体的情况或材料适应所要求保护的主题的传授内容而不脱离其范围。因此，所要求保护的主题不旨在局限于所披露的实施例，而是所要求保护的主题将包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。

虽然本文中讨论的实施例与以上讨论的系统和方法相关，但这些实施例不旨在用于示例目的并且不旨在限制这些实施例对本文中所阐述的那些讨论内容的适用性。本文中所讨论的系统和方法论可以相等地应用于同电弧焊接、激光焊接、钎焊、锡焊、等离子体切割、水射流切割、激光切割相关的系统和方法、以及使用类似控制方法论的任何其他系统或方法，并且可以用于其中，而不脱离以上讨论的发明的精神或范围。本领域的技术人员可以轻易地将本文中的实施例和讨论内容结合到这些系统和方法论中的任何系统和方法论中。通过举例而非限制，除了其他事项以外，本文中使用的电源(例如，除了其他事项以外，焊接电源)可以是执行焊接、电弧焊接、激光焊接、钎焊、锡焊、等离子体切割、水射流切割、激光切割的设备的电源。因此，具有良好工程能力和判断的人可以选择除了焊接电源的电源而不脱离主题发明的实施例的预期涵盖范围。

Claims (20)

1.一种用于改进的焊接性能的电路的系统，包括：

一个被配置成用于将输入电流转换成输出电流的焊接电力转换电路；

多个开关和相应的电流路径，这些电流路径至少包括：

在一条正极性电流主路径上的一个正极性主开关，该正极性电流主路径包括一条从电极到工件的焊接路径，

在一条正极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径上的一个正极性辅助开关，

在一条负极性电流主路径上的一个负极性主开关，该负极性电流主路径包括从该工件到该电极的该焊接路径，

在一条负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径上的一个负极性辅助开关，以及

在一条独立放电控制电流路径上的一个独立放电控制开关；

一个控制器，该控制器被配置成用于切换该多个开关中的至少一个开关；以及

一个叠加元件，该叠加元件被配置成用于响应于该输出电流的极性变化而放出储存的能量，该叠加元件被配置成用于至少当电流流过该极性转变辅助路径时充电。

2.如权利要求1所述的系统，该正极性电流主路径和该负极性电流主路径包括一个共用有源缓冲电路。

3.如权利要求2所述的系统，该共用有源缓冲电路至少包括一个二极管和一个电容器。

4.如权利要求1所述的系统，该正极性电流辅助路径、该负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径全都包括一个电感器。

5.如权利要求1所述的系统，该叠加元件至少在与该极性变化相关联的死区时间期间充电。

6.如权利要求1所述的系统，该叠加元件每极性循环放电一次，该极性循环包括一个正极性部分和一个负极性部分两者。

7.如权利要求1所述的系统，该叠加元件响应于该极性变化而放电，该极性变化是输出电流极性从负到正的变化。

8.如权利要求1所述的系统，该叠加元件向所述独立放电控制电流路径放电。

9.一种用于改进的焊接性能的电路的方法，包括：

在一个焊接电源中将输入电流转换成输出电流；

至少通过一条正极性电流主路径和一条负极性电流主路径切换一个焊接电流方向；

至少通过一条正极性电流辅助路径、负极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径切换一个辅助电流方向；

至少使用该极性转变辅助路径对一个叠加元件充电；以及

响应于输出电流的极性变化通过该正极性电流主路径和该负极性电流主路径中的至少一条电流主路径引起一个电压，该电压是通过使该叠加元件通过一条独立放电控制电流路径放电而引起的。

10.如权利要求9所述的方法，该正极性电流主路径和该负极性电流主路径包括一个共用有源缓冲电路。

11.如权利要求10所述的方法，该共用有源缓冲电路至少包括一个二极管和一个电容器。

12.如权利要求9所述的方法，该正极性电流辅助路径、该负极性电流辅助路径和该极性转变辅助路径全都包括一个电感器。

13.如权利要求9所述的方法，该叠加元件至少在与该极性变化相关联的死区时间期间充电。

14.如权利要求9所述的方法，该叠加元件每极性循环放电一次，该极性循环包括一个正极性部分和一个负极性部分两者。

15.如权利要求14所述的方法，该叠加元件响应于该极性变化而放电，该极性变化是输出电流极性从负到正的变化。

16.如权利要求9所述的方法，该叠加元件向所述独立放电控制电流路径放电。

17.一种用于改进的焊接性能的电路的系统，包括：

用于在一个焊接电源中将输入电流转换成输出电流的装置；

用于至少通过一条正极性电流主路径和一条负极性电流主路径切换一个焊接电流方向的装置；

用于至少通过一条正极性电流辅助路径、负极性电流辅助路径和一条极性转变辅助路径切换一个辅助电流方向的装置；

用于至少使用该极性转变辅助路径对一个叠加元件充电的装置；以及

用于响应于输出电流的极性变化通过该正极性电流主路径和该负极性电流主路径中的至少一条电流主路径引起一个电压的装置，该电压是通过使该叠加元件通过一条独立放电控制电流路径放电而引起的。

18.如权利要求17所述的系统，该叠加元件至少在与该极性变化相关联的死区时间期间充电。

19.如权利要求17所述的系统，该叠加元件每极性循环放电一次，该极性循环包括一个正极性部分和一个负极性部分两者。

20.如权利要求19所述的系统，该叠加元件响应于该极性变化而放电，该极性变化是输出电流极性从负到正的变化。