CN105980093B - 具有总线控制系统的焊接送丝机以及操作具有总线控制系统的焊接送丝机的方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接送丝机，包括送丝驱动器和送丝控制电路，所述送丝控制电路耦接至所述送丝驱动器以控制朝着焊接应用的焊丝驱动。所述焊接送丝机进一步包括：电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成适合于焊接应用的焊接输出；输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量输出电压；输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量输出电流；以及包括控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器。所述电力转换电路包括电力存储电路，所述电力存储电路被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储能量的至少一部分。所述控制电路被配置成在所述透支事件期间控制所述输出电流以维持所述电力存储电路的所存储能量值大于期望的最小能量值。

Description

具有总线控制系统的焊接送丝机以及操作具有总线控制系统 的焊接送丝机的方法

相关专利申请的交叉引用

本申请特此要求于2013年11月22日提交的名称为“焊接送丝机总线控制系统和方法”的序列号为61/907,835的美国临时专利申请优先权和利益。本申请还是于2013年3月15日提交的名称为“焊接送丝机电力应用系统和方法”的序列号为13/837,890的美国专利申请的部分继续申请，后者要求于2012年6月8日提交的名称为“焊接送丝机电力应用系统和方法”、序列号为61/657,504的美国临时专利申请的优先权和利益。以上列举的每个美国专利申请出于所有目的通过引用的方式全部并入本文。

背景技术

本发明总体上涉及焊接系统，更具体地讲，涉及受控波形焊接送丝机系统和方法。

焊接系统支持各种工艺，例如，金属极惰性气体保护(MIG)焊、钨极惰性气体保护(TIG)焊、焊条焊接(stick welding)等，这些工艺可以按不同的模式操作，例如，恒流模式或恒压模式。某些焊接应用，例如，锅炉维护和维修、造船厂作业、建筑等，可能将焊接位置或工件放置为距离焊接电源非常远。

电力电缆将来自焊接电源的输出电力提供到焊接应用。先进形式的MIG焊接基于脉冲电力的产生以在工件上沉积焊丝。遗憾的是，在焊接电源和焊接应用之间的很长的电缆产生了影响脉冲定时或幅值的可变电感。

发明内容

以下概述与最初要求保护的发明的范围相同的某些实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅仅旨在提供本发明的可行形式的简要概述。实际上，本发明可以包含可能类似于或不同于以下阐述的实施例的各种形式。

在一个实施例中，一种焊接送丝机包括：焊接送丝驱动器，所述焊接送丝驱动器被配置成朝着焊接应用驱动焊丝；以及包括送丝控制电路，所述送丝控制电路耦接至所述焊接送丝驱动器。所述送丝控制电路还被配置成对所述朝着所述焊接应用的焊丝驱动进行控制。所述焊接送丝机还包括电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成适合用于焊接应用的焊接输出。所述电力转换电路包括电力存储电路，所述电力存储电路被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储的能量的至少一部分。所述焊接送丝机还包括：输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量所述焊接输出的输出电压；以及包括输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量所述焊接输出的输出电流。所述焊接送丝机还包括控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器。所述控制电路被配置成在所述透支事件期间控制所述输出电流以维持所述电力存储电路的所存储能量值大于期望的最小能量值。

在另一个实施例中，一种操作焊接送丝机的方法包括：接收来自电源的输入电力信号；将所述输入电力信号转换成内部总线上的总线电力信号，其中所述内部总线包括总线电容器；利用所述总线电力信号的至少一部分通过所述总线电容器来存储能量；检测所述总线电容器的索存储能量值或所述总线电容器的总线电压中的至少一者；以及将所述总线电力信号转换成焊接输出信号。所述焊接输出信号适合于受控波形焊接工艺。所述方法还包括在透支事件期间转换所述总线电容器的所存储能量的至少一部分以助于所述焊接输出信号，其中在所述透支事件期间的所述焊接输出信号大于在所述透支事件期间的所述输入电力信号。所述方法还包括控制所述总线电容器的所存储能量的转换以维持所述所存储能量值大于期望的最小能量值，或者维持所述总线电容器的总线电压大于保护电压值。

在另一个实施例中，一种系统包括：电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成输出电力波形；输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量所述输出电力波形的输出电压；输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量所述输出电力波形的输出电流；以及包括控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器。所述电力转换电路包括电力存储电路，所述电力存储电路被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储能量的至少一部分。所述控制电路被配置成在所述透支事件期间至少部分地基于所述输出电压和所述输出电流来确定相对于所述电力存储电路的净能量流。所述控制电路还被配置成至少部分地基于对所述净能量流与一个或多个阈值的比较来控制所述输出电流。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，在附图中相似的符号在所有附图中代表相似的部件，其中：

图1是根据本公开的各方面的具有焊接电源和先进工艺送丝机的焊接系统的框图；

图2是图1的先进工艺送丝机的实施例的框图；

图3是根据本公开的各方面的先进工艺送丝机的前透视图；

图4是图3的先进工艺送丝机的实施例的俯视图；

图5是根据本公开的各方面的采用电力转换电路、继电器电路、感测电路和送丝组件的先进工艺送丝机的实施例的框图；

图6是图5的继电器电路的实施例的示意图；

图7是使用先进工艺送丝机产生受控波形输出的过程的实施例的流程图；

图8是用于感测提供给先进工艺送丝机的输入电力的极性的过程的实施例的流程图；

图9A是用于启动先进工艺送丝机的继电器电路的过程的实施例的流程图的第一部分；

图9B是图9A的用于启动先进工艺送丝机的继电器电路的过程的流程图的第二部分；

图10是用于调节先进工艺送丝机的电力转换电路的过程的实施例的流程图；

图11是总线电压、输入电流、输出电压和输出电流随时间变化的图表；

图12是总线电压、输入电流、输出电压和输出电流随时间变化的另一个图表；

图13是在向焊接部件，例如送丝机或悬垂式控制器供电或在焊接部件连接到焊接电源期间用于控制对焊接部件的电力供应的示例性电路的示意图；

图14是用于控制流入焊接悬垂式控制器的涌入电流的示例性电路的稍微更为详细的示意图；

图15是类似的用于控制流入焊接送丝机的涌入电流的示例性电路的详细示意图；

图16是用于控制先进工艺送丝机的焊接输出的方法的实施例的流程图；以及

图17是用于在透支事件中控制先进工艺送丝机的焊接输出的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1是给焊接应用供电的焊接系统10的实施例的框图。如图所示，焊接系统10包括焊接电源12和耦接的焊炬14。焊接电源12供应输入电力到焊炬14。焊炬14可以是基于期望的焊接应用被配置成用于焊条焊接、钨极惰性气体保护(TIG)焊或气体保护金属极弧焊(GMAW)的焊炬。在一些实施例中，焊接电源12供应输入电力到与焊炬14耦接的悬垂式控制器16，该焊炬14被配置成用于焊条焊接或TIG焊。操作员供应用于焊条焊接或TIG焊的填充金属(如果有的话)。悬垂式控制器16可以被配置成控制电源12和/或告知操作员焊接参数。在其他实施例中，焊接电源12供应输入电力到标准送丝机18。标准送丝机18供应输入电力和填充金属到被配置成用于GMAW焊或药芯焊丝电弧焊(FCAW)的焊炬14。在一些实施例中，焊接电源12供应输入电力到先进工艺送丝机20。先进工艺送丝机20被配置成将焊接电源12的输入电力转换成焊接输出。在一些实施例中，先进工艺送丝机20的焊接输出可以是受控波形焊接输出。受控波形焊接输出包括适合于脉冲焊接工艺或短路焊接工艺的焊接输出。

焊接电源12耦接到交流(AC)电源22上，所述交流电源例如供应初级电力的电力网或发动机驱动的发电机。焊接电源12可以将初级电力处理成经由电力电缆24供应到焊炬14的输入电力。在一些实施例中，电力电缆24包括第一端子26和第二端子28，其中一个端子具有正极性而另一端子具有负极性。电力转换电路30将交流电流转换成作为直流电流(DC)或交流电流形式的输入电力。电力转换电路30可以包括能够转换由焊接系统10的要求所决定的电力的电路元件，例如，变压器、开关、升压转换器、逆变器等。在一些实施例中，电力转换电路30被配置成将初级电力转换成大约80V的直流电输入电力以供应给悬垂式控制器16、标准送丝机18或先进工艺送丝机20。输入电力可以在大约50V至120V直流电之间。

焊接电源12包括控制电路32和操作员界面34。控制电路32控制焊接电源12的操作，并且可以接收来自操作员界面34的输入，操作员可以通过操作员界面选择焊接工艺(例如，焊条焊接、TIG、MIG)并且输入输入电力的期望参数(例如，电压、电流、特定的脉冲或非脉冲焊接机制等)。控制电路32可以被配置成接收并处理有关焊接系统10的性能和要求的多个输入。控制电路32可以包括易失性或非易失性存储器，例如，ROM、RAM、磁存储器、光学存储器或它们的组合。此外，各种控制参数可以与代码一起被存储在存储器中，所述代码被配置成在操作期间提供特定输出(例如，反转极性、预充电电容器、启用气流等)。

焊接电源12可以包括耦接至控制电路32的极性反转电路36和通信电路38。极性反转电路36在被控制电路32指挥时使第一端子26和第二端子28的极性反转。例如，一些焊接工艺，如TIG焊，可以在电极具有负极性(称为直流电极接负(DCEN))时启用期望的焊接。其他焊接工艺，例如，焊条焊接或GMAW焊，可以在电极具有正极性(称为直流电极接正(DCEP))时启用期望的焊接。当在TIG焊接工艺与GMAW焊接工艺之间切换时，极性反转电路36可以被配置成使极性从DCEN反转成DCEP。操作员可以手动反转极性，或者控制电路32可以响应于通过通信电路38接收的信号指挥极性反转电路36使极性反转。通信电路38被配置成与焊炬14、悬垂式控制器16、标准送丝机18、先进送丝机20和/或与电力电缆24耦接的其他设备进行通信。在一些实施例中，通信电路38被配置成通过用于供应输入电力的焊接电力电缆24来发送和接收命令和/或反馈信号。在其他实施例中，通信电路38被配置成与另一个设备无线地通信。

包括悬垂式控制器16、标准送丝机18和先进工艺送丝机20的设备通过被配置成与电力电缆24的第一端子26和第二端子28耦接的输入端子40接收输入电力。在一些实施例中，第一端子26被配置成与输入端子40连接，而第二端子28被配置成与耦接至工件44的夹具42连接。在一些实施例中，输入端子40具有带有指定极性的输入连接，这些输入连接被配置成耦接至具有相同极性的相应的第一端子26和第二端子28，并且夹具42耦接至悬垂式控制器16或送丝机18。先进工艺送丝机20被配置成通过输入端子40耦接至第一端子26和第二端子28，并且夹具42耦接至先进工艺送丝机20。

对于一些焊接工艺(例如，TIG、GMAW)，在焊接期间利用保护气体。在一些实施例中，如虚线所示，焊接电源12包括被配置用于控制来自气体源48的气流的一个或多个气体控制阀46。气体控制阀46可以由控制电路32控制。焊接电源12可以耦接至一个或多个气体源48，因为一些焊接工艺可能利用不同于其他焊接工艺的保护气体。在一些实施例中，焊接电源12被配置成通过组合的输入电缆50随着输入电力一起供应气体。在其他实施例中，气体控制阀46和气体源48可以与焊接电源12分隔开。例如，气体控制阀46可被设置在标准送丝机18或先进送丝机20内。图1所示的标准送丝机18和先进送丝机20耦接至GMAW焊炬52，GMAW焊炬52被配置成供应气体和焊丝54到焊接应用。

图2示出了用于将输入电力转换成受控波形焊接输出的先进工艺送丝机20的实施例的框图。先进工艺送丝机20通过与处理电路56耦接的输入端子40来接收来自焊接电源的输入电力。在一些实施例中，先进工艺送丝机20通过长的电力电缆远离焊接电源来操作。处理电路56可以包括能够感测和控制先进工艺送丝机20所接收到的输入电力的电路，例如，继电器电路、电压和电流感测电路、电力存储电路等。处理电路56将输入电力输送到电力转换电路58。

电力转换电路58被配置成将来自焊接电源的输入电力转换成适合用于执行焊接应用的焊接输出。电力转换电路58可以包括能够将输入电力转换成焊接输出的电路元件，例如，升压转换器、降压转换器、内部总线、总线电容器、电压和电流传感器等。在一些实施例中，先进工艺送丝机20所接收到的输入电力是在大约20V至120V，大约40V至100V，或大约60V至80V之间的直流电压。如参照输入电力所使用的，术语“大约”可以意指在5V内或在期望电压的10％内。电力转换电路58可以被配置成将输入电力转换成受控波形焊接输出，例如，脉冲焊接工艺或短路焊接工艺(例如，受调节金属沉积(RMD ^TM))。设置在先进工艺送丝机20内的电力转换电路58供应受控波形焊接输出用于焊接应用，而没有来自在焊接电源与先进工艺送丝机20之间的电力电缆的衰减。这增加了供应到焊炬的受控波形焊接输出的响应时间和精度。增加受控波形焊接输出的响应时间可以确保期望的焊接输出波形在焊接期间的特定时间被供应到焊炬。例如，RMD^TM焊接工艺利用具有在短路循环内在特定时间点发生变化的电流波形的受控波形焊接输出。增加受控波形焊接输出的响应时间还可以改善波形脉冲的定时以产生期望的焊接。

在一些实施例中，电力转换电路58被配置成提供焊接输出到送丝组件60。送丝组件60供应焊丝54到焊炬用于焊接操作。送丝组件60包括元件，例如，焊丝盘、送丝驱动器、驱动辊和送丝控制电路。送丝组件60沿着焊接电缆62将焊丝54馈送到焊炬。可以通过与焊炬耦接的焊接电缆62和/或与工件耦接的工作电缆64供应焊接输出。

当前所设想的先进工艺送丝机20的实施例具有用于控制焊接系统的参数的工艺操作员界面66以及控制操作员界面68。工艺操作员界面66耦接至处理电路56以供操作员通过选择焊丝尺寸、焊丝类型、材料和气体参数来选择和调节焊接工艺(例如，脉冲、短路、FCAW)。工艺操作员界面66耦接至送丝组件60用于控制焊丝54向焊炬的供应。控制操作员界面68耦接至处理电路56以调节用于焊接应用的电压、安培数(amperage)、送丝速度和电弧长度。在一些实施例中，工艺操作员界面66和控制操作员界面68是单独的界面，每个界面具有各自的控制电路。可替代地，工艺操作员界面66和控制操作员界面68可以具有共同的控制电路和/或形成共同的控制和工艺操作员界面。工艺操作员界面66和/或控制操作员界面68可以包括易失性或非易失性存储器，例如，ROM、RAM、磁存储器、光学存储器或它们的组合。此外，各种参数可以与代码一起存储在存储器中，所述代码被配置成在操作期间提供用于默认参数的特定输出。

工艺界面66被配置用于接收输入，例如，焊丝材料(例如，钢、铝)、焊丝类型(例如，实心、药芯)、焊丝直径、气体类型等。在接收到输入时，处理电路56被配置用于确定用于焊接应用的受控波形焊接输出。例如，处理电路56至少部分地基于通过工艺界面66所接收到的输入来确定用于受控波形焊接输出工艺的脉冲宽度、相对脉冲幅值和/或波形。送丝组件60可以被配置成基于所接收到的输入根据存储器中所存储的代码或指令来供应焊丝54。送丝组件60耦接至工艺操作员界面66和控制操作员界面68以用于控制被供应用于焊接操作的焊丝54。送丝组件60至少部分地基于通过工艺操作员界面66或控制操作员界面68所接收到的操作员输入来调节用于将焊丝54供应到焊炬的参数。控制操作员界面68被配置成接收用于参数的操作员输入，例如，安培数、电压、极性、送丝速率、电弧长度、工艺类型(例如，RMD^TM、脉冲焊接)等。在一些实施例中，控制操作员界面被配置成在不影响受控波形焊接输出的形状的情况下调节受控波形焊接输出的电力。处理电路56至少部分地基于经由控制操作员界面68所接收到的操作员输入来调节电力转换电路58和送丝组件60。在一些实施例中，耦接至处理电路56的通信电路70被配置成通过用于提供输入电力的电力电缆来发送和接收命令和/或反馈信号。通信电路70使得工艺操作员界面66和/或控制操作员界面68能够控制焊接电源。例如，工艺操作员界面66和/或控制操作员界面68可以被配置成控制由焊接电源供应的输入电力的安培数、电压或其他参数。在一些实施例中，处理电路56在不受限于设置在操作员界面34(图1)上的参数的情况下远离焊接电源地来控制焊接电源。也就是说，处理电路56和通信电路70使操作员能够以与焊接电源的操作员界面34相等的控制优先级来通过先进工艺送丝机20远程地控制焊接电源。

先进工艺送丝机20的一些实施例包括阀组件72，用于沿着气体管线74提供气体到焊炬。阀组件72可以由处理电路56和/或送丝组件60控制，如虚线控制线所示。例如，阀组件72可以被配置成在焊接应用之前和之后供应气体到焊炬。在一些实施例中，阀组件72被配置成在接收到来自工艺操作员界面66或控制操作员界面68的净化命令时净化气体管线74。

图3示出了工艺操作员界面66与控制操作员界面68分开的设置在外壳76中的先进工艺送丝机20的实施例的前透视图。在一些实施例中，先进工艺送丝机20设置在具有外壳底部78和外壳盖80的外壳76中以当外壳76关闭时保护送丝组件60免受操作环境的影响。外壳76可以基本上是便携的(例如，手提箱送丝机)并且被配置成供操作员手动运输到远离焊接电源的焊接应用。为了清楚起见，以虚线示出外壳盖80，图示了设置在外壳内的送丝组件60的实施例。

控制操作员界面68可以设置在外壳76外，如图3所示。控制操作员界面68可以包括一个或多个拨盘82、一个或多个显示器84以及一个或多个按钮86。在一些实施例中，拨盘82可以被配置用于调节输入电力或焊接输出的电压或安培数、送丝速度或电弧长度或者它们的组合。一个或多个按钮86可以使操作员能够选择工艺类型、操作员偏好或先前存储在存储器中的工艺参数，或它们的组合。控制操作员界面68可以使操作员能够选择存储在存储器中的工艺参数，例如，先前所选择的用于所选择的受控波形焊接工艺的安培数和送丝速度。显示器84可以被配置成显示经调节的工艺参数和/或所选择的工艺类型(例如，RMD^TM、脉冲焊接、FCAW、MIG)。在一些实施例中，一个或多个显示器84、灯或其他装置可以被配置成如果所耦接的电力电缆的极性与相应的输入端子40一致，则提供操作员可感知的通知以告知操作员。

先进工艺送丝机20的实施例包括设置在外壳76内的焊丝54的一个或多个焊丝盘88，用于供应送丝驱动器90。焊丝54被拉动通过送丝驱动器90和输出端91到达焊接电缆62。在一些实施例中，气体管线74可以如图所示地在焊接电缆62内。工作电缆64与输出端91接合。

图4示出了工艺操作员界面66设置在外壳76内的先进工艺送丝机20的实施例的俯视图。工艺操作员界面66可以包括一个或多个按钮92和一个或多个指示器94以接收和显示焊丝和材料参数。在一些实施例中，工艺操作员界面66可以被配置成接收气体参数。工艺操作员界面66的一个或多个按钮92可以被配置成接收输入，例如，焊丝材料(例如，钢、铝)、焊丝类型(例如，实心、药芯)、焊丝直径和气体类型。在一些实施例中，焊丝和/或气体参数被调节的频率可能低于通过控制操作员界面68选择的控制参数的被调节频率。例如，工艺操作员界面66可以设置在外壳内，该外壳在焊接期间通常是封闭的。又如，可以主要在改变焊丝54的焊丝盘88时调节工艺操作员界面66。指示器94可以包括显示器、灯或其他装置，所述显示器、灯或其他装置被配置用于提供指示所选择的焊丝和/或气体参数的操作员可感知的通知。送丝驱动器90的两个或更多个驱动轮98被配置成沿着焊接电缆62引导焊丝54通过输出端91。

图5示出了具有处理电路56、电力转换电路58和送丝组件60的先进工艺送丝机20的实施例的框图。先进工艺送丝机20的实施例可以耦接至具有电感100的长电力电缆24上。可以理解的是，电力电缆24可以是常规的电力电缆24。如上所述，先进工艺送丝机20可以远离焊接电源定位。例如，先进工艺送丝机20可以设置在与焊接电源12相距大约30英尺至200英尺，大约50英尺至150英尺，或大约100英尺至150英尺处。在一些实施例中，位于远处的先进工艺送丝机可以在与焊接电源12不同的建筑、结构或房间中。电感100在使用期间可能随着电力电缆24被卷绕、延长和移动而变化。

电力转换电路58被配置成接收来自电力电缆24的输入电力，并且将输入电力转换成焊接输出。电力转换电路可以在不考虑电力电缆24的电感100的情况下将输入电力转换成焊接输出。工艺控制电路102至少部分地基于从工艺操作员界面66和/或控制操作员界面68接收到的参数来控制电力转换电路58。工艺控制电路102控制升压转换器104和降压转换器106将输入电力转换成焊接输出。内部总线108可以设置在升压转换器104与降压转换器106之间。为了清楚起见，在本文中仅讨论一个升压转换器104和一个降压转换器106，然而，电力转换电路58的其他实施例可以具有一个或多个升压转换器104和/或一个或多个降压转换器106。升压转换器104和降压转换器106被配置成将输入电力转换成适合于受控波形焊接工艺(例如RMD^TM和脉冲焊接工艺)的焊接输出。

升压转换器104接收来自输入端子40的直流电压并且升高或增大供应到降压转换器106的总线电力的直流电压。可以理解的是，升压转换器104通过使用开关(例如，FET)以断开和闭合升压电路的方式将来自焊接电源的直流输入电力转换成基本上脉冲递升电压的直流总线电力。直流总线电力的递升电压至少部分地基于开关的工作周期。改变开关的工作周期会影响递升电压直流总线电力何时供应到内部总线108的定时。通过控制升压转换器104的开关，工艺控制电路102可以调节直流总线电力的定时、电压和安培数。

降压转换器106接收所述递升电压直流总线电力并且降低或减小直流电压以控制焊接输出的安培数。可以理解的是，降压转换器106通过使用开关(例如，FET)以断开和闭合降压电路的方式将脉冲递升电压直流总线电力转换成脉冲递降电压直流焊接输出。如同升压转换器104，改变降压转换器106的开关的工作周期会影响递降电压直流焊接输出何时供应到焊炬的定时。在一些实施例中，多个降压转换器106可以并联地耦接至内部总线108，并且被单独控制以影响焊接输出的变化(例如，脉冲)的定时和幅值。通过控制降压转换器106的开关，工艺控制电路102可以调节直流焊接输出的定时、电压和安培数。控制电路102被配置成控制升压转换器104和降压转换器106的开关，以基于操作员所选择的焊接工艺(例如，RMD^TM、脉冲焊接、FCAW、MIG)动态地调节供应给焊炬的直流焊接输出的电压和/或安培数。在一些实施例中，工艺控制电路102被配置成基于所感测到的输入电力、总线电力或焊接输出的参数或它们的组合来控制升压转换器104和/或降压转换器106。例如，控制电路102可以基于感测到的焊接输出的参数来控制升压转换器104以控制内部总线108上的电压。

在一些实施例中，电力存储电路(例如，总线电容器110)可以设置在内部总线108上。总线电容器110可以在任何时候部分地保护升压转换器104和/或降压转换器106免受进入电力转换电路58的输入电力与来自电力转换电路58的焊接输出之间的差异的影响。如上所述，由升压转换器104转换的总线电力被引导至内部总线108，然后被引导至降压转换器106。总线电容器110可以被配置成存储总线电力直到其被降压转换器106接收。在总线电容器110中存储和释放较大量的电力可使总线电容器变热。可以测量升压转换器104供应的总线电力与降压转换器106移除的用于转换成焊接输出的总线电力之间的电压差作为电压纹波。减小电压纹波的幅值可以提高焊接质量和/或维持总线电容器110的温度。总线电容器110的大小和电容量可以基于电压纹波的幅值，而电压纹波的幅值至少部分地受到升压转换器104和降压转换器106的控制的影响。总线电容器110可以部分地减弱和/或延迟电压纹波。

在一些实施例中，工艺控制电路102被配置成控制升压转换器104和降压转换器106的工作周期以至少部分地基于感测到的输入电力和焊接输出的参数来减小总线电容器110的电压纹波。由感测电路116通过输入传感器118在第一连接112和第二连接114处感测输入电力的电流和电压。感测电路116通过总线传感器120来感测跨总线电容器110的内部总线108处的电流和电压，并且通过输出传感器122来感测焊接输出的电流和电压。工艺控制电路102可以至少部分地基于感测到的焊接输出、输入电力或总线电力的参数(例如，电压、电流)或它们的组合来驱动升压转换器104和降压转换器106。例如，感测电路116可以用焊接输出传感器122来感测焊接输出的电压和电流，并且用输入传感器118和总线传感器120来感测输入电力和总线电力的电压。在一些实施例中，工艺控制电路102被配置用于确定焊接输出电流和电压的乘积(即，功率)以及电力转换电路58的损耗、用于确定所述损耗与乘积的总和、用于将所述总和除以输入电压以确定期望的总线电流，并且用于驱动升压转换器104以控制总线电流。升压转换器104可以控制总线电流成为期望的总线电流以使进入内部总线108的总线电力与从内部总线108移除的焊接输出基本上匹配。电力电缆24的电感100使从焊接电源流入内部总线108的电流延迟。基于输入传感器118和/或总线传感器120而非基于焊接电源处的输入电力的电流和电压来控制升压转换器104减小了总线电容器110上的电压纹波。基于输入传感器118和/或总线传感器120来控制升压转换器104减小了或消除了电感100对焊接输出的影响。在一些实施例中，工艺控制电路102被配置成控制升压转换器104和降压转换器106以至少在降压转换器106正将总线电力转换成适合于受控波形焊接工艺(例如，脉冲焊接、短路焊接)的焊接输出时减小内部总线108上的电压纹波。

工艺控制电路102可以被配置成通过调节升压转换器104和降压转换器106内的开关的工作周期的控制信号的定时来减小电压纹波。通过调节控制信号的定时，工艺控制电路102可以被配置成使焊接输出电压和电流的脉冲(例如，相位)与输入电力的输入电流的脉冲大体匹配。工艺控制电路102可以调节来自升压转换器104和/或降压转换器106的信号脉冲的相对定时(例如，相移、时间提前、时间延迟)以减小电压纹波。减小内部总线108上的电压纹波可以允许总线电容器110变得更小、更轻、更冷、更高效、更便宜或它们的组合。工艺控制电路102可以被配置成将电压纹波调节到针对电力电缆24的任何电感100的最小值。以此方式，电感100可以在不影响内部总线108的电压纹波和/或来自降压转换器106的焊接输出的情况下在焊接系统的操作期间或者在焊接操作之间被改变。

沿着与输入端子40耦接的电力电缆24从焊接电源接收输入电力。在一些实施例中，输入端子40具有第一输入连接112和第二输入连接114，这些连接具有各自的指定极性。如上所述，第一端子26和第二端子28具有正极性和负极性，因此输入电力是极化的。在一些实施例中，感测电路116被配置成使用输入传感器118来检测供应到第一输入连接112和第二输入连接114的极化输入电力的极性。感测电路116可以被配置用于检测第一端子26和第二端子28的极性与第一输入连接112和第二输入连接114的指定极性之间的不匹配。与感测电路116耦接的工艺控制电路102可以被配置成仅当被检测到的输入电力极性与第一输入连接112和第二输入连接114的指定极性对应时才提供极化输入电力到电力转换电路58。先进工艺送丝机20可以被配置成供应用于特定焊接应用的极化焊接输出。切换第一端子26和第二端子28的极性使得端子26和28不与第一输入连接112和第二输入连接114对应可以将电力电缆62和工作电缆64的极性从DCEN切换成DCEP，或从DCEP切换成DCEN。

在一些实施例中，先进工艺送丝机20被配置成自动通知操作员极性和/或自动切换输入电力的极性。例如，工艺操作员界面66和/或控制操作员界面68可以被配置成当极化输入电力的极性不与第一输入连接112和第二输入连接114的指定极性对应时提供操作员可感知的通知。通信电路可以被配置成通过电力电缆向焊接电源发送和接收命令和/或反馈信号。通信电路发送指示输入连接的极性之间的不匹配的信号，从而使得焊接电源可以提供关于极性的操作员可感知的通知和/或使输入电力的极性反转。在一些实施例中，焊接电源的极性反转电路36(图1)基于信号使极化输入电力的极性反转，这样使得极化输入电力的极性与第一输入连接112和第二输入连接114的指定极性对应。

感测电路116还被配置成使用总线传感器120来测量内部总线108的电流和/或电压，以及使用焊接输出传感器122来测量焊接输出的电流和/或电压。工艺控制电路102通过感测电路116来监测输入传感器118、总线传感器120和焊接输出传感器122。在检测到极化输入电力和/或焊接输出变为阈值范围之外的值时，工艺控制电路102可以断开继电器电路124以中断向焊接送丝机20的操作部件提供极化输入电力。所述操作部件可以包括，但不限于，电力转换电路58、焊接送丝驱动器90或送丝控制电路，或者它们的任意组合。阈值范围可以具有最大阈值(例如，大约80V、100V、120V或更大)和最小阈值(例如，大约20V、25V或30V)。在极化输入电力和/或焊接输出是在阈值范围内时操作电力转换电路可以增加转换的稳定性或一致性。例如，在继电器电路124下游发生短路可以导致内部总线108上的电压下降和/或焊接输出的电压下降。断开继电器电路124可以至少保护继电器电路124免受由于下游短路引起的过大输入电力的影响。继电器电路124可以包括电路元件，例如，闩锁继电器、非闩锁继电器、固态开关等。继电器电路124被配置成闭合以提供输入电力到电力转换电路58，以及被配置成断开以中断到电力转换电路58的输入电力。在一些实施例中，电力存储电路可以提供电力以断开继电器电路124并且中断输入电力。电力存储电路可以包括辅助电源126和/或内部总线108上的总线电容器110。

当前设想的继电器电路124的实施例包括并联耦接在第一继电器接头(relayjunction)132和第二继电器接头134处的电力继电器128和旁通电路130。电力继电器128可以是闩锁继电器或非闩锁继电器，其被配置成在闭合时沿着第一电流路径129输送高安培数直流电。闩锁继电器可以比具有相同电流容量的非闩锁继电器更小且更轻。在一些实施例中，电力继电器128可以是由德国韦欣根的Gruner制造的753型号继电器。旁通电路130可以包括，但不限于，驱动电路、电压钳制器件(例如，金属氧化物电阻器)和响应于来自驱动电路的驱动信号的一个或多个开关。所述一个或多个开关被配置成在闭合时沿着第二电流路径131输送电流。电压钳制器件可以被配置成响应于继电器电路124上的电压尖峰(例如，迅速增大或减小)而钳制第一继电器接头132和第二继电器接头134两端的电压。电压尖峰可以使大电流另外沿着第一电流路径129和/或第二电流路径131流动。电压钳制器件可以被配置成耗散一些存储在电力电缆24的电感100中的能量。在一些实施例中，旁通电路130可以包括至少一对开关，以便当第一端子26和第二端子28的极性不与耦接的第一输入连接112和第二输入连接114各自的指定极性相对应时保护驱动电路。旁通电路130还可以包括与电力继电器128并联耦接的多个固态开关(例如，晶体管)以提供期望的载流容量，例如，高安培数直流输入电力。驱动电路可以是工艺控制电路102或由工艺控制电路102控制的单独的电路。

工艺控制电路102被配置成将信号施加到电力继电器128以断开和闭合电力继电器128，以及将信号施加到旁通电路130以便与电力继电器128的断开和闭合相配合地断开和闭合旁通电路130。在一些实施例中，基本上同时施加断开和闭合电力继电器128的信号以及断开和闭合旁通电路130的信号。旁通电路130可以被配置成在一段短时间内沿着第二电流路径131输送输入电力的一小部分到电力转换电路58，以在该段短时间内减小通过电力继电器128沿着第一电流路径129输送的输入电力的剩余部分。当闭合时，旁通电路130的开关被配置成减小通过电力继电器128的电流以允许在不产生电弧和/或使用磁性灭弧的情况下断开或闭合电力继电器128。在工艺控制电路102以信号通知电力继电器128断开或闭合之后，工艺控制电路102以信号通知旁通电路130的开关断开以中断沿着第二电流路径131的这一小部分输入电力。旁通电路130的开关可以被配置成在电力继电器128被断开或闭合的该段短时间内沿着第二电流路径131输送输入电力。

电力继电器128在焊接期间闭合以提供输入电力到电力转换电路58。在一些实施例中，与感测电路116耦接的工艺控制电路102被配置成监测输入电力的电压和内部总线108上的电压。控制电路102被配置成至少部分地基于输入电压或内部总线108上的电压的下降(这可能指示继电器电路124的下游短路)而断开电力继电器128。工艺控制电路102可以用存储在电力存储电路，例如，辅助电源126或总线电容器110中的电力来触动电力继电器128。例如，工艺控制电路102可以使电力存储电路放电以便给线圈供电从而断开或闭合电力继电器128。

在一些实施例中，电力存储电路可以在焊接电源提供适合于转换成焊接输出的输入电力之前被充电。内部总线108上的电力存储电路(例如，总线电容器110)可以通过接收到的初始电平的输入电流进行充电。在一些实施例中，工艺控制电路102将预充电信号发送到焊接电源以使输入电力的输入电流减小到初始电平。感测电路116可以用总线传感器120来感测电力存储电路的充电。在一些实施例中，工艺控制电路102可以基于对输入电力电压和内部总线108上的电压的比较而发出信号到焊接电源以使输入电流增大到更高的电平。在一些实施例中，工艺控制信号在第一电流路径129闭合并且第二电流路径131断开之后接收更高电平的输入电流。首先接收初始电平的输入电流，然后接收更高电平的输入电流允许先进工艺送丝机20的阶段式初始化以减小涌入电流以及工艺控制电路102和/或电力转换电路58所获取的输入电力。例如，当总线电压为输入电力电压的大约50％、75％或100％时，工艺控制电路102可以发出信号到焊接电源。在一些实施例中，信号经由通信电路70和电力电缆24发送到焊接电源。

在升压转换器104和降压转换器106之间的总线电容器110可以在先进工艺送丝机20内执行若干功能。总线电容器110可以存储电力以断开或闭合继电器电路124从而中断流向操作部件(例如，电力转换电路58、送丝驱动器90、送丝控制电路136)的输入电力。工艺控制电路102可以基于总线电容器110和/或输入连接112、114的电压来断开或闭合继电器电路124。工艺控制电路102还可以至少部分地基于总线电容器110和/或输入连接112、114的感测电压来发送信号到焊接电源。

在一些实施例中，旁通电路130被配置成当继电器电路124下游发生短路时防止电力继电器128闭合。工艺控制电路102可以通过闭合第二电流路径131以确定内部总线108的电压是否会增大来检测先进工艺送丝机20。在继电器电路124的下游发生短路的情况下，内部总线108的电压不会增大。当工艺控制电路102确定内部总线108的电压会增大时，工艺控制电路102可以闭合电力继电器128以允许输入电力流到电力转换电路58。检测先进工艺送丝机20是否在继电器电路124下游发送短路使得电力继电器128在发生短路时保持断开。

送丝组件60由与送丝驱动器90耦接的送丝控制电路136控制。送丝控制电路136可以与工艺操作员界面66、控制操作员界面68和工艺控制电路102耦接。送丝控制电路136至少部分地基于通过工艺操作员界面66和控制操作员界面68接收到的参数来控制送丝驱动器90供应焊丝54到焊接电缆62。如上所述，工艺操作员界面66可以被配置用于接收关于气体参数的输入。与气体管线74耦接的阀门组件72被配置成由工艺控制电路102和/或送丝控制电路136控制。

图6示出了沿着线6-6截取的图5的旁通电路130的实施例的示意图。如上所述，旁通电路130与电力继电器128并联耦接在第一继电器接头132和第二继电器接头134处。旁通电路130包括与电力继电器128并联耦接的一个或多个开关138，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在一些实施例中，固态开关可以布置成反串联的并联配置。电力继电器128和旁通电路130由工艺控制电路控制以基本上同时地断开和闭合，从而减少电力继电器128上的电弧形成。闭合电力继电器128允许电流沿着第一电流路径129流动，而闭合开关138允许电流沿着第二电流路径131流动。第二电流路径131可以包括在并联开关之间的多个分支140、142、144和146。改变分支的数量影响沿着第二电流路径131的载流容量，因此在电力继电器128被触动时影响沿着第一路径129的电流。在触动电力继电器128时减小沿着第一路径129的电流减少了在电力继电器的触头之间的电弧形成。工艺控制电路被配置成通过门148或其他控制开关来控制一个或多个开关138以同时或依次断开和闭合所述一个或多个开关138。一个或多个开关138被配置成断开，除非受到工艺控制电路的控制才闭合。

在接收来自工艺控制电路的控制信号时，所述一个或多个开关138被配置成闭合，从而断开第二电流路径131。当一个或多个开关138闭合时，工艺控制电路控制电力继电器128被驱动断开或闭合，由于沿着第二电流路径131的电流，造成了沿着第一电流路径129电流减小。在电力继电器128被驱动断开或闭合之后，工艺控制电路断开一个或多个开关138以断开第二电流路径131。来自控制一个或多个开关138和电力继电器128的控制信号可以是基本上同时断开和闭合第一电流路径129和第二电流路径131的脉冲。也就是说，电力继电器128可以在大约5-50毫秒、10-40毫秒或大约20-30毫秒内断开和闭合第一电流路径129和第二电流路径131。

旁通电路130包括电压钳制器件150(例如，金属氧化物电阻、压敏电阻)以保护一个或多个开关138和电力继电器128免受过电压的影响。在断开电力继电器128时，第一继电器接头132和第二继电器接头134之间的电压会随着总线电容器、电力电缆和/或辅助电源或其他电路释放存储的电荷而增大。电压钳制器件150被配置成在高电压下比在低电压下具有更大的电阻。电压钳制器件150随着第一继电器接头132和第二继电器接头134之间的电压增大而沿着第三电流路径152输送更大电流以将沿着第一电流路径129和第二电流路径131的电流维持在阈值电平以下。

可根据如图7至图10所示的多种方法来利用图5的先进工艺送丝机。先进工艺送丝机的一些实施例可以与图7至图10图示的所有实施例一起使用。先进工艺送丝机的其他实施例仅能与图7至图10图示的一些实施例一起使用。图7图示了在先进工艺送丝机内将输入电力转换成受控波形焊接输出的方法154。该方法的第一步156是从焊接电源接收输入电力。在一些实施例中，输入电力可以是大约80V的极化直流输入电力。输入电力如果被直接供应到焊炬则可能不适合于受控波形焊接工艺。在步骤158中，操作员可以打开先进工艺送丝机的外壳。操作员可以打开外壳以安装或更换焊丝盘或者调节与焊丝和气体供应相关的参数。在步骤160，在外壳内的工艺操作员界面在步骤162中关闭外壳之前接收焊丝和/或气体参数。在步骤164，工艺控制电路确定工艺参数。工艺参数包括受控波形输出、安培数和焊丝馈送速度等。可以基于通过工艺操作员界面接收到的参数来确定工艺参数。在一些实施例中，控制电路在操作员不直接选择工艺类型的情况下基于存储在存储器中的代码和/或指令来自动确定用于受控波形焊接输出的工艺参数。在步骤166，先进工艺送丝机可以与焊接电源通信以至少部分地基于所接收到的工艺和/或焊丝参数来调节输入电力。在一些实施例中，步骤166可以在先进工艺送丝机工作期间的任何时候发生。在方框168，先进工艺送丝机将输入电力转换成焊接输出。焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接工艺的受控波形焊接输出。与焊接电源耦接的电力电缆的电感不减弱先进工艺送丝机内的电力转换电路所转换出的焊接输出。在步骤170，先进工艺送丝机接收保护气体。保护气体可以通过焊接电源或单独的气体供应源来供应。在步骤172，先进工艺送丝机至少部分地基于在步骤160和164接收到的输入来将焊丝和气体提供给焊炬。在步骤174，至少部分地基于在步骤164接收到的输入将焊接输出提供到焊炬。由于电力转换电路和焊炬之间相对较短的距离和低电感，焊接输出可以适合于受控波形焊接工艺。

图8示出了感测先进工艺送丝机所接收的输入电力的极性的方法176。在步骤178，先进工艺送丝机接收来自焊接电源的极化输入电力。沿着电力电缆的第一端子和第二端子供应极化输入电力。在均具有指定极性的两个输入连接处接收输入电力。在方框180，感测电路使用输入传感器在第一输入连接和第二输入连接处检测极化输入电力的极性和电压。在一些实施例中，在方框182，所接收的输入电力可以使电力存储电路，例如，辅助电源和/或总线电容器充电。

当在步骤180检测输入电力的极性时，感测电路在节点184验证第一端子和第二端子是否与输入连接的指定极性相对应。如果极性之间不匹配，那么先进工艺送丝机内的工艺控制电路将通过工艺操作员界面、控制操作员界面和/或焊接电源以操作员可感知的通知来告知操作员该不匹配的极性。可替代地，在方框188，工艺控制电路可以与焊接电源通信以指导焊接电源改变输入电力的极性，如方框190所示。如果输入电力的极性与指定极性连接的极性相匹配，则工艺控制电路在节点192确定输入电力和输入电压是否基本上稳定。如果输入电压稳定，就将输入电力供应到电力转换电路。工艺控制电路可以在焊接工艺期间定期在节点192感测并确定输入电压是否稳定。如果输入电压不稳定，那么工艺控制电路将中断供应到电力转换电路的极化输入电力。工艺控制电路可以通过断开电力转换电路上游的电力继电器和/或与焊接电源通信以停止向先进工艺送丝机供应输入电力的方式来中断极化输入电力。如果输入电力被中断，将从接收到极化输入电力的步骤178开始重复方法176。

在方框196，如果输入电压稳定，就将输入电力供应到电力转换电路以将极化输入电力转换成焊接输出。焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接工艺的受控波形焊接输出。此外，焊接输出可以适合于FCAW工艺或GMAW焊接工艺。与焊接电源耦接的电力电缆的电感不会减弱先进工艺送丝机20内的电力转换电路所转换出的焊接输出。在步骤170，先进工艺送丝机接收保护气体。保护气体可以通过焊接电源或单独的气体供应源来供应。在步骤172，先进工艺送丝机提供焊丝和气体到焊炬。在步骤174，焊接输出被提供到焊炬。由于电力转换电路和焊炬之间相对较短的距离和低电感，所提供焊接输出可以适合于受控波形焊接工艺。

图9A示出了对先进工艺送丝机的电路元件进行预充电以及使用与电力继电器并联的旁通电路的方法198的第一部分。在步骤199，先进工艺送丝机在其与焊接电源电耦接时发送预充电信号到焊接电源。预充电信号指导焊接电源将预充电输入电力的电流限制在初始电平。在步骤200，先进工艺送丝机接收初始电平的输入电力。在步骤201，工艺控制电路发送控制信号到旁通电路以闭合第二电流路径，从而将初始电平的输入电力输送到电力存储电路(例如，内部总线上的总线电容器)。在步骤202，初始电平的输入电力对电力存储电路(例如，总线电容器)充电。在步骤204，感测电路检测输入电力和总线电力的电压。总线电力的电压是总线电容器中所存储的电力的估量。在节点206，工艺控制电路将输入电力和总线电力的电压进行比较。在一些实施例中，在节点206，工艺控制电路按照以上参照图5所述的方式检测继电器电路以确定继电器电路下游是否存在短路。如果下游存在短路(例如，电压低于阈值)，工艺控制电路就不闭合电力继电器，从而使得输入电力不通过短路。在下游发生短路的情况下，在方框207，工艺控制电路可以断开旁通电路。在旁通电路断开之后，在方框209，电压钳制器件钳制电压以至少部分地保护继电器电路。在方框211，工艺控制电路可以发送信号到焊接电源、工艺操作员界面和/或控制操作员界面。在一些实施例中，信号可以控制焊接电源以停止产生输入电力。在其他实施例中，在方框213，信号控制操作员界面以向操作员提示故障(例如，短路)。如果总线电力的电压高于阈值(例如，电力存储电路已充电)并且不存在短路，那么在步骤208，工艺控制电路就发送控制信号到电力继电器以闭合第一电流路径。

在闭合电力继电器之后，在步骤210，工艺控制电路发送控制信号到旁通电路以断开第二电流路径。在一些实施例中，在方框212，工艺控制电路发送信号到焊接电源。该信号指导焊接电源将输入电力的电流增大到更高电平。在其他实施例中，焊接电源被配置成在步骤210之后的指定时间段后使电流增大到更高电平。在一些实施例中，先进工艺送丝机的工艺控制电路可以基本上同时地或者在小于大约50毫秒、小于大约30毫秒或小于大约15毫秒内执行步骤208和210。在方框214，先进工艺送丝机接收所述更高电平的输入电力。在方框216，所述更高电平的输入电力适合于被转换成用于所期望的焊接工艺的焊接输出。

在步骤216，先进工艺送丝机的电力转换电路将所述更高电平的输入电力转换成焊接输出。焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接工艺的受控波形焊接输出。此外，焊接输出可以适合于FCAW工艺或GMAW焊接工艺。与焊接电源耦接的电力电缆的电感不会减弱先进工艺送丝机内的电力转换电路所转换出的焊接输出。图9B示出了可配置在方框216期间和之后的方法198的第二部分。在焊接过程中，在节点218，感测电路监测输入电力和总线电力的电压以控制继电器电路。在一些实施例中，感测电路还可以按照以上图8中的方法176所述的方式检测输入电力的极性以通知操作员极性不匹配或者使焊接电源处的极性反转。

如果感测电路检测到内部总线上的电压下降和/或输入电力的电压下降，工艺控制电路就在步骤220、224和226启动继电器电路以中断到电力转换电路的输入电力。在步骤220，工艺控制电路发送控制信号到旁通电路以闭合第二电流路径。在步骤220的同时或紧随其后，在步骤224，工艺控制电路发送控制信号到电力继电器以断开第一电流路径。工艺控制电路可以使电力存储电路的至少一部分放电以驱动电力继电器断开。例如，电力存储电路可以存储电力以在收到来自工艺控制电路的控制信号时驱动磁线圈来断开电力继电器。在断开电力继电器之后，在步骤226，工艺控制电路发送控制信号到旁通电路以断开第二电流路径。在一些实施例中，先进工艺送丝机的工艺控制电路可以基本上同时地或者在小于大约50毫秒、小于大约30毫秒或小于大约15毫秒内执行步骤220、224和226。在第一和第二电流路径断开之后，由于电力电缆和/或电力存储电路内存储的电力，继电器电路上的电压可能增大。在方框228，继电器电路的电压钳制器件钳制电压以减小所存储的能量对电力继电器或旁通电路的影响。在整个方法198中，例如，如果感测电路检测到输入电力和总线电力的稳定电压，先进工艺送丝机就可以在步骤230与焊接电源进行通信。先进工艺送丝机可以指导焊接电源调节输入电力(例如，停止供应输入电力)。

在步骤170，先进工艺送丝机接收保护气体。保护气体可以通过焊接电源或单独的气体供应源来供应。在步骤172，先进工艺送丝机提供焊丝和气体到焊炬。在步骤174，焊接输出被提供到焊炬。由于电力转换电路和焊炬之间相对较短的距离和低电感，所提供的焊接输出可以适合于受控波形焊接工艺。

图10示出了控制输入电力的电流以减小内部总线上的电压纹波的方法232。方法232的第一步234是从焊接电源接收输入电力。在一些实施例中，输入电力可以是大约80V的极化直流输入电力。在整个方法232中，先进工艺送丝机可以与焊接电源进行通信，如步骤236所示。在步骤238，电力转换电路的升压转换器接收输入电力并且将输入电力转换成总线电力。总线电力沿着内部总线从升压转换器输送到降压转换器。在步骤240，感测电路检测总线电力的电流和电压。在步骤242，降压转换器将来自内部总线的总线电力转换成焊接输出。焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接工艺的受控波形焊接输出。此外，焊接输出可以适合于FCAW工艺或GMAW焊接工艺。在步骤244，感测电路还检测焊接输出的电流和电压。

工艺控制电路接收所检测到的电流并且处理检测到的测量结果以调节电力转换电路。在一些实施例中，工艺控制电路被配置成确定总线电力的期望电流以减小整个内部总线上的电压纹波。工艺控制电路可以通过确定焊接输出电流和电压的乘积，确定所述乘积与转换损失的总和，并且将所述总和除以总线电压的方式来确定总线电力的期望电流。在步骤248，工艺控制电路可以基于来自步骤240和244的所检测到的电流和电压测量结果来调节发送到升压转换器和降压转换器的命令信号。在一些实施例中，工艺控制电路调节发送到电力转换电路的命令信号以使进入内部总线的总线电力与进入降压转换器的总线电力在时间上基本匹配。这减小了整个内部总线上的电压纹波。工艺控制电路被配置成至少部分地基于焊接输出调节总线电力的电流。在一些实施例中，工艺控制电路被配置成调节升压转换器内的开关的工作周期以使输入电力到总线电力的转换在时间上提前或延迟(例如，相移)。工艺控制电路还被配置成调节降压转换器内的开关的工作周期以使总线电力到焊接输出的转换在时间上提前或延迟(例如，相移)。在一些实施例中，工艺控制电路被配置成基于反馈动态地调节升压转换器和降压转换器以将电压纹波调节到最小值。工艺控制电路被配置成将电压纹波调节成针对电力电缆的任何电感的最小值。

在步骤170，先进工艺送丝机接收保护气体。保护气体可以通过焊接电源或单独的气体供应源来供应。在步骤172，先进工艺送丝机提供焊丝和气体到焊炬。在步骤174，焊接输出被提供到焊炬。由于电力转换电路和焊炬之间相对较短的距离和低电感，所提供的焊接输出可以适合于受控波形焊接工艺。

图11是示出了在不调节电力转换电路的情况下先进工艺送丝机的总线电压、输入电流和焊接输出参数随时间变化的实施例的图表249。图表249示出了由升压转换器供应的内部总线上的一系列输入电流脉冲以及降压转换器从内部总线所获取的适合于受控波形焊接工艺的焊接输出。信号250是在内部总线上测量出的电压纹波。信号252是降压转换器所获取的焊接输出的输出电流，而信号254是降压转换器所获取的焊接输出的输出电压。信号256是升压转换器从输入电力供应的转换后的总线电力的电流。图示的每个信号具有规则的周期，然而，输出电流252和输出电压254的输出定时(例如，相位)先于总线电流256的输入定时(例如，相位)。也就是说，总线电流256的峰值260的定时与焊接输出电流252和焊接输出电压254的峰值258的定时偏离。图表249的输出峰值258和输入峰值260之间的相对时间差导致电压纹波具有大的峰值间幅值262。

图12是示出了电力转换电路被调节以减小电压纹波的先进工艺送丝机的总线电压、输入电流和焊接输出参数随时间变化的实施例的图表264。在此实施例中，电压纹波250的峰值间幅值262基本上小于在图11的图表249中的电压纹波峰值间幅值。工艺控制电路控制升压转换器和/或降压转换器内的开关的工作周期以减小电压纹波250。例如，工艺控制电路调节输出电流和电压的输出峰值258的定时，调节总线电流的输入峰值260的定时，或调节它们的组合。图12示出了一个实施例，其中工艺控制电路延迟输出峰值258的定时以是使其与输入峰值260的定时更为一致，从而减小电压纹波250的峰值间幅值262。在一些实施例中，当输入电流信号256和输入电压信号在时间上与输出电流252和输出电压254相一致时，电压纹波250被减小。输入电流信号256和输入电压信号的乘积可以大约等于转换损失(例如，来自升压转换器和降压转换器)与输出电流信号252和输出电压信号254的乘积的总和。在一些实施例中，工艺控制电路控制通过升压转换器和降压转换器进行的转换以改善脉冲波形的形状从而进一步减小电压纹波。例如，图表264的实施例的总线电流256比图表249的实施例更快地增大和减小。另外，工艺控制电路可以控制使升压转换器供应的总线电流256与降压转换器所获取的焊接输出252的电流更为匹配，如图表264所示。

图13图示了可以在上述类型的与焊接电源耦接的悬垂式控制器中使用或在远程送丝机中使用的示例性电流管理系统。一般由附图标记268表示的电流管理系统被设计成通过电力电缆24与焊接电源12耦接。因为焊接电源12可能通常处于带电状态(即，通电并且向电缆24提供输出电力)，电流管理系统268可以提供多种功能，例如，限制流入在远程部件内的能量存储设备的涌入电流，和/或当部件与带电的焊接电源耦接时使电流延迟应用于能量存储设备以避免在端子连接处产成电弧。在图示的实施例中，电流管理系统268包括与部件内的本地电源272耦接的至少一个能量存储设备270。本地电源可以用于用于向各种配件274，例如，用户界面、显示器等提供电力。能量存储设备270可以包括一种或多种设备，例如，电容器、电池、它们的组合或任何其他合适的能量存储设备。还设有充电/放电控制电路276来调节对能量存储设备270的电流施加并且用于调节来自能量存储设备的电力流出。这些设备可耦接在如图所示的总线式电路布置中，其中焊接电力被提供给与此电路并联的焊炬。此外，电流和电压传感器可以被并入电路中用于调节某些部件的操作，特别是在悬垂式控制器或送丝机与电源初始连接期间以及在操作期间。

如以下参照图14和图15更全面地所述，电流管理系统268用于通过充电/放电控制电路的操作来限制流入能量存储设备中的电流。具体地讲，在使用期间，电路可以确保焊接电力输出不会使本地电源272“挨饿”，例如，在起弧(例如，在TIG操作中的提升起弧)期间。此外，可以通过电路使电流足够低以防止在悬垂式控制器和送丝机与带电的焊接电源相连接时产生电弧。再者，来自能量存储设备的能量可以用于在损失开路电压期间维持给配件274供电(即，“穿越”(ride-through))。

图14示出了示例性充电/放电控制电路276，例如其可以适合于限制流入如焊接悬垂式控制器的远程部件的涌入电流。能量存储设备270在这里被图示为一系列电容器。通过电阻器280和开关282来限定充电路径278。在图示的实施例中，电阻器280是相对较低的电阻，例如，100欧姆，尽管可以使用任何合适的电阻，并且开关282包括MOSFET，尽管可以使用任何合适的开关。电阻器280在部件连接到带电的电源时最初将限制流到电容器的电流。流向电容器的电流由受到齐纳二极管286(或另一个器件，例如，模仿齐纳二极管的各方面的电路和误差放大器的组合)控制的电阻器280和开关282的限制。当悬垂式控制器与焊接电源开路电流电压连接上时，通过选择单独的电气部件来防止产生电弧，可以使电流足够低。为了保护目的提供二极管284。共同作用以通过调节开关282的导通状态来限制电流的二极管286(或如上所述的其他器件)和电阻器288提供电流限制效果。在当前的电路设计中，例如，电流不允许超过大约0.5安培。也就是说，开关282允许给电容器充电，并且此开关维持在导通状态，但是通过部件286和288的相互作用而被减小至有限大小的电流。

此外，提供共同作用以限制电压的额外的二极管290(其仍可以是模仿二极管的各方面的电路与误差放大器的组合)和额外的电阻器292。也就是说，如示出的附图中所耦接的这些部件起到减小开关282的偏压的作用，以有效地限制器件的电压。因此，可以利用相对较低电压的电容器。

在操作中，当部件最初与带电的电源耦接上时，所述电路有效地限制电流的涌入，在这种情况下任何电花(spark)被限制成大约0.5安培。然后存储设备(在这种情况下为一系列电容器)被允许充电。此后，由在焊接电力损失期间通过二极管供给本地电源272的电容器来提供“穿越”能力。应该指出的是，图14所示的电路，以及事实上为图13和以下所述的图15的电路旨在作为远程部件中所设置的任何其他电路之外的附加，无论该远程部件是悬垂式控制器还是送丝机。也就是说，然而，这些部件仍可以包括各种感测电路、处理电路、控制电路、送丝电路和上述类型中的其他电路。

图15示出了可用于远程设备中的电流和/或电力管理的另一个示例性电路，该电路在这种情况下特别适用于上述类型的送丝机。该电路也包括本地电源272以及存储器件270，存储器件在这种情况下为多个电容器。电流向电容器的施加被延迟，直到另外的电容器296通过电阻器298被充电至固态开关294的栅极阈值。然后，这种延迟在部件最初耦接至带电的焊接电源时防止或减小产生电弧的可能性。此外，第二固态开关300和二极管302的相互作用有效地限制了电容器上的电压。也就是说，当二极管302变成导通状态时，开关300的栅极通电，从而使开关294处于非导通状态。从电容器流出的电流通过开关294的封装的内部二极管。

容易设想到对图15的电路的各种增强，例如，可以在开关294与电容器296之间设置比较器以提供可有效避免开关294的线性模式的“紧扣”(snap-on)操作。因此该电路提供可有效地减少或避免在初始连接时产生电弧，同时在工作期间提供期望的本地电源能力和穿越能力的双向低阻抗能量存储管理。

先进工艺送丝机的处理电路可以至少部分地基于基于输入电力的参数(例如，电感、极性等)、焊接输出的参数(例如，焊接输出电流、焊接输出电压、透支事件等)、内部总线的参数(例如，电压纹波、存储的能量等)或它们的任意组合来控制该先进工艺送丝机的各个方面。如图5所示的先进工艺送丝机20的一些实施例可以利用处理电路56至少部分地基于电力存储电路(例如，内部总线108的总线电容110)所存储的能量(例如，E_电容器)、输入电力的电感或它们的任意组合来控制电力转换电路58。例如，处理电路56可以在透支事件期间(例如，短路清除、峰值脉冲期间、相对增大的电弧延伸期间)限制焊接输出的电流以维持电弧并且当仅升压转换器104不供应用于透支事件的焊接输出时维持电力存储电路(例如，内部总线108的总线电容110)上期望的最小能量(例如，E_最小)。可以理解的是，期望的最小能量和/或保护电压可以至少部分地基于焊接系统的部件的相对大小、期望功能和配置。例如，供工地和/或埋弧焊工艺使用的焊接系统10可以具有比用于家庭场地的焊接系统相对更高的期望最小能量。电力存储电路可以存储输入电力的至少一部分，并且可以在透支事件期间释放至少一部分所存储的能量。如本文所讨论的，提及的总线电容器110可以包括，但不限于，具有一个或多个电容器得电力存储电路、一个或多个电池，或它们的任意组合。

在先进工艺送丝机20的短暂工作期间，透支事件(例如，短路清除)会使焊炬14从先进工艺送丝机20获取比焊接电源12提供给先进工艺送丝机20的输入电力更多的焊接电力(例如，焊接输出)。例如，在短路清除阶段期间，由于短路，焊接电流会增大而同时焊接电压低于电压设定。当短路清除时，由于焊接电压迅速增大而焊接电流保持相对较高(例如，大约700安培或更大)，就会发生透支事件。透支事件中增大的焊接电压值和焊接电流值可从电力存储电路(例如，总线电容器110)获取能量，除非电力转换电路58另外被控制，如以下所述。降压转换器106从内部总线108获取直流总线电力以提供焊接输出到焊炬14。在操作期间，当焊接输出小于或大约等于输入电力时，升压转换器104提供直流总线电力到内部总线108。未被降压转换器106获取的由升压转换器104供应到内部总线108的直流总线电力的至少一部分可以被存储在内部总线108的总线电容器110中。在操作的采样间隔期间被存储在电力存储电路(例如，总线电容器110)中的能量可以由等式(1)概括：

E₁＝E₀+K-P_输出 ^*t (1)

其中E₁是在采样间隔结束时存储在电力存储电路中的能量，E₀是在采样间隔开始时存储在电力存储电路中的能量，K是由电源12增加到内部总线108的能量，P_输出是提供给焊炬14的焊接输出，并且t是采样间隔的持续时间。在一些实施例中，通过感测电路116的输入传感器118或总线传感器120来测量K。另外地，或可替代地，K可以是从电源12的模型推导的值，经由电源12输入到处理电路56的输入，或对控制界面68的输入，或它们的任意组合。例如，K可以至少部分地基于电源12的电流设置、电压设置或类型，或它们的任意组合。因此，等式(1)描述了相对于电力存储电路(例如，总线电容器110)的能量净流量。可以理解的是，当E₁约等于总线电容器110的额定电容(例如，C_总线)时，可以不向总线电容器110增加额外的能量。电容器的所存储的能量(例如，E_电容器)可以由等式(2)限定：

E_电容器＝1/2*C_总线*(V_总线)² (2)

其中C_总线是总线电容器110的额定电容，并且V_总线是由感测电路116的总线传感器120感测到的总线电压。

降压转换器106可以获取存储在内部总线108的电力存储电路(例如，总线电容器110)中的能量以在透支事件期间当焊接输出超过输入电力时补充被转换成焊接输出的输入电力。在透支事件期间，总线电容器110可以释放所存储能量的至少一部分给降压转换器106用于焊接输出，从而保护升压转换器104免受透支事件的影响。如本文所述，透支事件是当所要求的焊接输出大于升压转换器104可以提供给内部总线108的直流总线电力的时间段。从电力存储电路(例如，总线电容器110)释放至少一部分所存储的能量可以防止升压转换器104的意外重启，和/或可以用要求的焊接输出电流或减小的焊接输出电流来维持电弧54。当总线电容器110的电压大于期望的保护电压(例如，0V、5V、10V、20V、30V、40V)时，内部总线108可以通过将电力存储电路(例如，总线电容器110)的一些所存储的能量供应到降压转换器106来保护升压转换器104免受透支事件的影响。处理电路56可以控制电力转换电路58(例如，升压转换器104、降压转换器106、内部总线108)维持V_总线大于保护电压。例如，处理电路56可以控制降压转换器106以在透支事件期间限制供应到焊炬14的焊接输出的电流，并且处理电路56可以控制降压转换器106以在透支事件结束之后基于期望的电流波形来控制焊接输出电流。

图16示出了用于在透支事件期间控制电力转换电路58的方法310的实施例。工艺电路56可以在先进工艺送丝机20的工作期间针对采样间隔重复方法310。在一些实施例中，处理电路56可以在先进工艺送丝机20的工作期间对一种或多种类型的焊接工艺(例如，短路(RMD)、脉冲、喷射等)利用方法310。每个采样间隔可以小于大约10μs、20μs、30μs、40μs、50μs、75μs或100μs。处理电路56确定(方框312)输入到先进工艺送丝机20中的输入电力。在一些实施例中，处理电路56可以通过感测电路116和输入传感器118感测输入电力的电流和电压。额外地，或可替代地，处理电路56可以从接收到的输入值(例如，模拟的输入电力)，例如从电源12、控制界面68、存储器中存储的预定值或它们的任意组合来确定输入电力。处理电路56通过输出传感器122监测(方框314)焊接输出。处理电路56确定(方框316)存储在电力存储电路(例如，总线电容器110)中的能量(例如，E_电容器)。

在节点318，处理电路56确定来自电力转换电路58的焊接输出是否大于输入到电力转换电路58的输入电力。例如，利用等式(1)，在节点318的这种确定可以至少部分地基于P_输出是否大于K。如果在采样间隔期间焊接输出不大于输入电力，那么处理电路56在针对后续采样间隔重复方法310之前进行等待(方框320)，直到采样间隔结束。如果焊接输出大于输入电力，则处理电路56确定(节点322)焊接输出的参数是否大于第一阈值。第一阈值可以至少部分地基于电力转换电路58的部件。例如，第一阈值可以是峰值工作电流值、电流缓变率、峰值工作电压、电压缓变率或它们的任意组合。在一些实施例中，第一阈值可以至少部分地基于电力转换电路58的部件的设计极限。如果焊接输出大于第一阈值，电力转换电路58的一个或多个部件就可以自动进入(方框324)透支过程以保护相应的一个或多个部件免受透支事件的影响。例如，当焊接电流超过升压转换器104和/或降压转换器106的第一阈值(例如，峰值工作电流值)时，升压转换器104和/或降压转换器106可以关闭一段时间(例如，500ms或更久)。

如果焊接输出小于第一阈值，则处理电路56确定(节点326)焊接输出的参数是否大于第二阈值。也就是说，处理电路56可以确定焊接输出是否以快于期望速率的速度使E_电容器减小，或者焊接输出是否会使总线电压(例如，V_总线)减小到低于期望的保护电压。与第二阈值进行比较的焊接输出的参数可以包括，但不限于，预定的电流值(例如，200安培、300安培、400安培、500安培、600安培、700安培、800安培)、预定的输出电力值、电流缓变率或电压缓变率，或它们的任意组合。如果焊接输出的参数小于第二阈值，那么处理电路56在重复方法310并且重新评估焊接输出和E_电容器之前进行等待(方框320)，直到采样间隔结束。第二阈值可以至少部分地基于内部总线108的电力存储电路(例如，总线电容器110)内所存储的能量(例如，E_电容器)、期望的最小能量(例如，E_最小)、保护电压，或它们的任意组合。例如，第二阈值可以随着总线电容器110内所存储的能量减少而减小，从而与来自总线电容器110的可被用于焊接输出的能量较少相对应。如果焊接输出大于第二阈值，处理电路56就将来自电力转换电路58的焊接输出电流控制成(方框328)用于采样间隔或用于透支事件的持续时间的减小的电流值，以便维持电弧并且在内部总线108上维持期望的V_总线。例如，当E_电容器小于总线电容器110的峰值存储能量时，处理电路56可以使焊接输出电流从大约700安培减小到大约400安培。当E_电容器大约为峰值时，处理电路56可以使焊接输出电流从大约700安培减小到400安培至600安培之间。可以理解的是，透支事件的持续时间可以较短，例如，大约0.5秒、0.4秒、0.3秒、0.2秒、0.1秒、0.01秒或更短。用于采样间隔或用于透支事件的持续时间的减小的电流值可以至少部分地基于各种因素，包括但不限于，焊接系统10的类型、电力转换电路58的部件的设计极限、焊接工艺的类型、工件材料等。例如，用于焊接应用的减小的电流值可以直接与焊丝的直径相关。处理电路56控制(方框328)电力转换电路58以使焊接输出电流减小到合适的电平，从而允许在E_电容器不被耗费到小于E_最小的情况下维持电弧。在使焊接输出电流减小到合适的预定电流(例如，400安培、500安培、600安培)时，处理电路56在针对后续采样间隔重复方法310之前进行等待(方框320)，直到采样间隔结束。

作为一个实例，先进工艺送丝机20可以供应焊丝和焊接输出到焊炬14用于短路MIG焊接工艺。在焊接工艺的短路阶段期间，焊接电力的焊接电压分量可以小于大约10V，这小于期望的电压设定(例如，28V)。对于短路阶段的一部分，焊接输出可以小于或约等于输入电力。电力转换电路58可以使焊接输出的焊接电流分量增大到相对较大的值(例如，600安培、700安培、800安培或更大)以清除短路。在一些实施例中，在清除短路之前和/或紧接着短路清除之后，焊接电源分量迅速增大。当在采样间隔期间焊接电压分量增大而焊接电流处于相对较大值时，在采样间隔期间从内部总线108获取的直流总线电力可以大于升压转换器104供应到内部总线108的输入电力。例如，电力转换电路58在透支事件期间可以在接收到12kW输入电力的同时供应14kW的焊接输出。因此，在透支事件期间可以至少部分地从电力存储电路(例如，总线电容器110)所存储的能量(例如，E_电容器)获取该差值(例如，2kW)。如上所述，处理电路56可以在透支事件的一个或多个采样间隔期间控制焊接输出电流以在维持V_总线在期望值(例如，0V、5V、10V、20V、30V、40V)之上和/或维持E_电容器大于E_最小的同时维持电弧。此外，连接电源与先进工艺送丝机20的电力电缆24的电感会减缓能量增加到电力存储电路(例如，总线电容器110)。因此，维持V_总线在保护电压以上和/或维持E_电容器大于E_最小可以减小电力存储电路(例如，总线电容器110)的再充电时间。

处理电路56可以控制焊接输出电流以维持电力存储电路(例如，总线电容器110)上的V_总线，以保护升压转换器104、维持电弧，或它们的任意组合。处理电路56还可以控制焊接输出电流以控制减小的电流对供应到焊炬14的电流的影响。图17示出了用于基于电力存储电路(例如，总线电容器110)所存储的能量(例如，E_电容器)来控制焊接输出电流的方法350的实施例。也就是说，图17的方法350可以用于代替图16中的方法310的节点326和方框328。在一些实施例中，可以针对每个采样间隔使用方法350。

在方法350中，处理电路56可以至少部分地基于能量存储电路(例如，总线电容器110)中存储的能量(例如，E_电容器)以及相对于电力存储电路(例如，总线电容器110)的能量净流量来确定(方框352)可持续性持续时间(例如，T_可持续)。例如，处理电路56可以利用等式(3)确定T_可持续：

T_可持续＝(E_最小-E_电容器)/(k(t)-P(t)) (3)

其中E_最小是存储在总线电容器110上的期望的最小能量，E_电容器是在方法350开始时存储在总线电容器110上的能量，k(t)是在采样间隔内对总线电容器110的能量输入率，并且P(t)是在采样间隔内从总线电容器110输出以作为焊接输出的能量的输出速率。处理电路56可以利用等式(3)确定T_可持续以估计从总线电容器110输出的能量的当前净流速可以在透支事件期间维持直到E_电容器大约为E_最小的持续时间。可以理解的是，E_最小至少部分地基于总线电容器110的额定容量以及总线电压V_总线的最小期望值(例如，0V、5V、10V、20V、30V、40V)，如等式(2)所述。在一些实施例中，对总线电容器110的能量输入速率(例如，k(t))可以是在每个采样间隔内基本上恒定的值，并且从总线电容器110输出的能量输出速率(例如，P(t))可以是在短路期间相对于时间的函数。在一些实施例中，处理电路56可以利用在后续采样间隔期间的未来焊接输出的预测值作为能量输出率，P(t)。因此，在一些实施例中，处理电路56基于从总线电容器110输出的能量的当前净流速以及在后续采样间隔期间从总线电容器110输出的预测的未来能量净流速来估计T_可持续。

在确定(方框352)可持续性持续时间(T_可持续)后，处理电路56可以确定(方框354)透支事件的要求持续时间(例如，T_要求)。处理电路56可以至少部分地基于期望的焊接输出波形、使用模式、历史数据或它们的任意组合来确定T_要求。例如，在脉冲MIG工艺和/或短路MIG工艺期间，处理电路56可以控制电力转换电路58以供应预定义的焊接输出波形到焊炬14。处理电路56然后可以从预定义的焊接输出波形来确定T_要求。额外地，或可替代地，处理电路56可以基于一个或多个此前观察道的透支事件(例如，短路清除事件)的持续时间来确定当前透支事件的T_要求。例如，处理电路56可以基于可被存储在处理电路56能够访问的存储器中的一个或多个此前观察到的透支事件来确定当前透支事件的T_要求。在一些实施例中，T_要求可以被确定为存储在存储器中的一个或多个此前观察到的透支事件的T_要求的最大值、平均值或中间值。

处理电路56将T_可持续与T_要求进行比较(方框356)以估计除非另行控制焊接输出电流分量，否则当前的透支事件是否会使E_电容器小于E_最小和/或使V_总线小于期望的保护电压，除非另外控制焊接输出电流分量。当T_可持续大于T_要求时，处理电路56控制(方框358)焊接输出电流为减小的电流电平以使得存储在电力存储电路(例如，总线电容器110)上的能量(E_电容器)不会减小到低于电力存储电路(例如，总线电容器110)的所期望的最小能量(E_最小)，和/或使得V_总线保持大于保护电压。在一些实施例中，处理电路56可以控制焊接输出电流为预定的总线保留电流值(例如，150安培、200安培、300安培、350安培、400安培)，从而减小电力存储电路(例如，总线电容器110)的能量净流出并且维持E_电容器大于E_最小。在一些实施例中，处理电路56可以计算可持续性电流值，所述可持续性电流值大于预定的总线保留电流值并且小于所要求的透支电流值。例如，可以计算可持续性电流值以允许电力转换电路58从总线电容器110获取能量，从而使得在透支事件结束时E_电容器约等于E_最小。可以理解的是，可持续性电流值相对于预定的总线保留电流值而言，供应到焊炬14的焊接输出电流的受控减小更少，从而减小焊接输出电流的受控减小对焊接的影响。当T_可持续小于T_要求时，处理电路56确定透支事件不会使总线电容器110上的E_电容器减小到小于E_最小。因此，处理电路56在采样间隔期间不会减小焊接输出电流。

在一些实施例中，可在焊接系统10的各种部件或与焊接系统10耦接的部件中可以利用如上所述的处理电路56和电力转换电路58。例如，也可以利用如上所述的先进工艺送丝机的处理电路以维持电力存储电路(例如，总线电容器)的期望最小能量电平和/或维持在等离子切割机、感应加热器、发电机和其他部件中利用的电力存储电路(例如，总线电容器)的期望保护电压。处理电路可以外接至所述一个或多个部件或与所述一个或多个部件其一体化以监测并控制相对于对应的一个或多个部件的净功率流。可以理解的是，处理电路可以在透支事件期间控制相应的一个或多个部件的电力转换电路，从而保护电气子元件和/或允许相应的一个或多个部件一致地工作。

尽管本文中已经图示并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域的技术人员将想到许多修改和变化。因此，应当理解的是，所附的权利要求旨在涵盖落入本发明的真正精神范围内的所有这种修改和变化。

Claims (40)

1.一种焊接送丝机，包括：

焊接送丝驱动器，所述焊接送丝驱动器被配置成朝着焊接应用驱动焊丝；

送丝控制电路，所述送丝控制电路耦接至所述焊接送丝驱动器并且被配置成对朝着所述焊接应用的焊丝驱动进行控制；

电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成适合于所述焊接应用的焊接输出，其中所述电力转换电路包括：

电力存储电路，所述电力存储电路被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储能量的至少一部分；以及

具有至少一个开关的直流开关式转换器电路，其中所述直流开关式转换器电路电耦接在所述电力存储电路和所述焊接应用之间；

输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量所述焊接输出的输出电压；

输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量所述焊接输出的输出电流；以及

控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器，其中所述控制电路被配置成在所述透支事件期间至少部分地基于所述输出电压、所述输出电流以及由所述电力存储电路所接收到的能量来确定相对于所述电力存储电路的净能量流，以及被配置成至少部分地基于对所述净能量流与一个或多个阈值的比较来控制所述直流开关式转换器电路的所述至少一个开关，从而在所述透支事件期间控制流向所述焊接应用的所述输出电流以维持所述电力存储电路的所存储能量的值大于期望的最小能量值以及使用来自所述电力存储电路的电力维持所述焊接应用的电弧。

2.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述电力转换电路包括：

内部总线，所述内部总线包括所述电力存储电路；以及

其中，所述直流开关式转换器电路包括降压转换器，所述降压转换器耦接至所述内部总线并且被配置成将来自所述内部总线的总线电力转换成所述焊接输出。

3.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述透支事件包括短路清除事件。

4.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述透支事件的持续时间小于0.3秒。

5.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述一个或多个阈值包括至少部分地基于所述电力转换电路的设计极限的阈值。

6.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述一个或多个阈值包括至少部分地基于存储在所述电力存储电路上的能量、所述输出电流的值、电流缓变率、电压缓变率或它们的任意组合的阈值。

7.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述透支事件包括当所述焊接输出的电力大于由所述电力存储电路接收到的电力的时间段。

8.根据权利要求1所述的焊接送丝机，其中所述控制电路被配置为基于采样间隔内的焊接输出来确定所述净能量流。

9.根据权利要求2所述的焊接送丝机，其中，所述透支事件是当要求的焊接输出大于升压转换器可以提供给所述内部总线的直流总线电力的时间段。

10.一种操作焊接送丝机的方法，包括：

接收来自电源的输入电力信号；

将所述输入电力信号转换成内部总线上的总线电力信号，其中所述内部总线包括总线电容器；

利用所述总线电力信号的至少一部分通过所述总线电容器来存储能量；

检测所述总线电容器的所存储能量的值或所述总线电容器的总线电压中的至少一者；

经由具有至少一个开关的直流开关式转换器电路将所述总线电力信号转换成焊接输出信号，其中所述焊接输出信号适合于受控波形焊接工艺；

检测所述焊接输出信号的输出能量流；

在透支事件期间至少部分地基于所述总线电容器的所述所存储能量的值、所述输出能量流以及输入能量流来确定相对于所述总线电容器的净能量流；

在所述透支事件期间转换所述总线电容器的所述所存储能量的至少一部分以助于所述焊接输出信号，其中在所述透支事件期间的所述焊接输出信号大于在所述透支事件期间的所述输入电力信号；以及

至少部分地基于对所述净能量流与一个或多个阈值的比较来控制所述直流开关式转换器电路的所述至少一个开关，以控制对所述总线电容器的所述所存储能量的转换，从而在所述透支事件期间维持所述所存储能量的值大于期望的最小能量值以及使用来自所述总线电容器的电力维持焊接应用的电弧。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述透支事件包括短路清除事件，并且所述短路清除事件的持续时间小于0.3秒。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述输入能量流至少部分地基于所述输入电力信号的模型。

13.根据权利要求10所述的方法，包括检测来自所述输入电力信号的所述输入能量流。

14.根据权利要求10所述的方法，其中控制对所述总线电容器的所述所存储能量的转换包括：

至少部分地基于所述总线电容器的所述所存储能量的值、所述输出能量流以及所述透支事件的预测持续时间来确定可持续性电流值；以及

使所述焊接输出信号的电流分量减小至所述可持续性电流值。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述透支事件的预测持续时间至少部分地基于所述受控波形焊接工艺的脉冲波形、使用模式、历史数据或它们的任意组合。

16.根据权利要求10所述的方法，包括：

将所述净能量流与所述一个或多个阈值进行比较，其中所述一个或多个阈值至少部分地基于所述总线电容器的所述所存储能量的值、所述焊接输出信号的电流分量、所述焊接输出信号的所述电流分量的电流缓变率、所述焊接输出信号的电压缓变率或它们的任意组合；以及

至少部分地基于对所述净能量流与所述一个或多个阈值的比较来控制所述焊接输出信号的所述电流分量。

17.根据权利要求10所述的方法，其中控制对所述总线电容器的所述所存储能量的转换包括：使所述焊接输出信号的电流分量减小至预定电流值。

18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述透支事件是当要求的焊接输出大于升压转换器可以提供给所述内部总线的直流总线电力的时间段。

19.一种焊接系统，包括：

电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成输出电力波形，其中所述电力转换电路包括：

电力存储电路，所述电力存储电路被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储能量的至少一部分；以及

具有至少一个开关的直流开关式转换器电路，其中所述直流开关式转换器电路电耦接在所述电力存储电路和焊接输出之间；

输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量所述输出电力波形的输出电压；

输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量所述输出电力波形的输出电流；以及

控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器，其中所述控制电路被配置成在所述透支事件期间至少部分地基于所述输出电压、所述输出电流和由所述电力存储电路所接收到的能量来确定相对于所述电力存储电路的净能量流，并且所述控制电路被配置成至少部分地基于对所述净能量流与一个或多个阈值的比较来控制所述直流开关式转换器电路的所述至少一个开关，以在所述透支事件期间控制所述输出电流并且使用来自所述电力存储电路的电力维持焊接应用的所述焊接输出的电弧。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述一个或多个阈值包括至少部分地基于存储在所述电力存储电路上的能量、所述输出电流的值、电流缓变率、电压缓变率或它们的任意组合的阈值。

21.根据权利要求19所述的系统，包括送丝机、等离子切割器、感应加热器、发电机或焊接电源，或它们的任意组合。

22.根据权利要求19所述的系统，包括：

输入电压传感器，所述输入电压传感器被配置成测量所述输入电力的输入电压；以及

输入电流传感器，所述输入电流传感器被配置成测量所述输入电力的输入电流，其中所述控制电路被配置成在所述透支事件期间至少部分地基于所述输入电压和所述输入电流来确定相对于所述电力存储电路的净能量流。

23.一种焊接送丝机，包括：

焊接送丝驱动器，所述焊接送丝驱动器被配置成朝着焊接应用驱动焊丝；

送丝控制电路，所述送丝控制电路耦接至所述焊接送丝驱动器并且被配置成对朝着所述焊接应用的焊丝驱动进行控制；

电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成适合于所述焊接应用的焊接输出，其中所述电力转换电路包括：

至少一个电容器，所述至少一个电容器被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储能量的至少一部分；以及

具有至少一个开关的直流开关式转换器电路，其中所述直流开关式转换器电路电耦接在所述至少一个电容器和接收所述输入电力的输入电路之间；

输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量所述焊接输出的输出电压；

输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量所述焊接输出的输出电流；以及

控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器，其中所述控制电路被配置成至少部分地基于所述输出电压、所述输出电流或以上二者，来控制所述直流开关式转换器电路的所述至少一个开关的输入电流命令，从而在所述透支事件期间控制流向所述电力转换电路的输入电流以维持所述至少一个电容器的所存储能量的值大于所述至少一个电容器所期望的最小能量值。

24.根据权利要求23所述的焊接送丝机，其中所述电力转换电路包括：

内部总线，所述内部总线包括所述至少一个电容器；以及

其中，所述直流开关式转换器电路包括升压转换器，所述升压转换器耦接至所述内部总线并且被配置成将输入电力转换成所述内部总线的总线电力。

25.根据权利要求23所述的焊接送丝机，其中所述透支事件包括短路清除事件。

26.根据权利要求23所述的焊接送丝机，其中所述透支事件的持续时间小于0.3秒。

27.根据权利要求23所述的焊接送丝机，其中，所述透支事件包括所述焊接输出的电力大于所述至少一个电容器所接收的电力的时间段；或其中所述控制电路被配置成基于采样间隔期间的焊接输出来确定净能量流。

28.根据权利要求23所述的焊接送丝机，其中所述控制电路被配置成将相对于所述至少一个电容器的净能量流与一个或多个阈值进行比较，其中所述一个或多个阈值包括至少部分地基于所述电力转换电路的设计极限的阈值。

29.根据权利要求23所述的焊接送丝机，其中所述控制电路被配置成将相对于所述至少一个电容器的净能量流与一个或多个阈值进行比较，其中所述一个或多个阈值包括至少部分地基于存储在所述至少一个电容器上的能量、所述输出电流的值、电流缓变率、电压缓变率，或它们的任意组合的阈值。

30.一种操作焊接送丝机的方法，包括：

接收来自电源的输入电力信号；

通过具有至少一个开关的直流开关式转换电路将所述输入电力信号转换成内部总线上的总线电力信号，其中所述内部总线包括至少一个总线电容器；

利用所述总线电力信号的至少一部分通过所述至少一个总线电容器来存储能量；

检测所述至少一个总线电容器的所存储能量的值或所述至少一个总线电容器的总线电压中的至少一者；

将所述总线电力信号转换成焊接输出信号，其中所述焊接输出信号适合于受控波形焊接工艺；

检测所述焊接输出信号的输出能量流；

在透支事件期间转换所述至少一个总线电容器的所述所存储能量的至少一部分以助于所述焊接输出信号，其中在所述透支事件期间的所述焊接输出信号大于在所述透支事件期间的所述输入电力信号；以及

至少部分地基于输出电压、输出电流或以上二者来控制所述直流开关式转换器电路的所述至少一个开关的输入电流命令，以控制输入电流来控制所述至少一个总线电容器的所述所存储能量的转换，从而维持所述所存储能量的值大于所述至少一个总线电容器所期望的最小能量值。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述透支事件包括短路清除事件，并且所述短路清除事件的持续时间小于0.3秒。

32.根据权利要求30所述的方法，包括从所述输入电力信号检测输入能量流。

33.根据权利要求30所述的方法，其中控制对所述至少一个总线电容器的所述所存储能量的转换包括：

至少部分地基于所述至少一个总线电容器的所述所存储能量的值、所述输出能量流以及所述透支事件的预测持续时间来确定可持续性电流值；以及

使所述焊接输出信号的电流分量减小至所述可持续性电流值。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述透支事件的预测持续时间至少部分地基于所述受控波形焊接工艺的脉冲波形、使用模式、历史数据，或它们的任意组合。

35.根据权利要求30所述的方法，包括：

将净能量流与一个或多个阈值进行比较，其中所述一个或多个阈值至少部分地基于所述至少一个总线电容器的所述所存储能量的值、所述焊接输出信号的电流分量、所述焊接输出信号的所述电流分量的电流缓变率、所述焊接输出信号的电压缓变率，或它们的任意组合；并且

至少部分地基于对所述净能量流与所述一个或多个阈值的比较来控制所述焊接输出信号的所述电流分量。

36.根据权利要求30所述的方法，其中控制所述至少一个总线电容器的所述所存储能量的转换包括：使所述焊接输出信号的电流分量减小至预定电流值。

37.一种焊接系统，包括：

电力转换电路，所述电力转换电路被配置成接收输入电力并且将所述输入电力转换成输出电力波形，其中所述电力转换电路包括：

至少一个电容器，所述至少一个电容器被配置成存储能量并且在透支事件期间释放所存储能量的至少一部分；以及

具有至少一个开关的直流开关式转换器电路，其中所述直流开关式转换器电路电耦接在所述至少一个电容器和接收所述输入电力的输入电路之间；

输出电压传感器，所述输出电压传感器被配置成测量所述输出电力波形的输出电压；

输出电流传感器，所述输出电流传感器被配置成测量所述输出电力波形的输出电流；以及

控制电路，所述控制电路耦接至所述电力转换电路、所述输出电压传感器和所述输出电流传感器，其中所述控制电路被配置成至少部分地基于所述输出电压、所述输出电流或以上二者，来控制所述直流开关式转换器电路的所述至少一个开关的输入电流命令，从而控制流向所述电力转换电路的输入电流以维持所述至少一个电容器的所存储能量的值大于所述至少一个电容器所期望的最小能量。

38.根据权利要求37所述的系统，其中所述控制电路被配置成将相对于所述至少一个电容器的净能量流与一个或多个阈值进行比较，其中所述一个或多个阈值包括至少部分地基于存储在所述至少一个电容器上的能量、所述输出电流的值、电流缓变率、电压缓变率，或它们的任意组合的阈值。

39.根据权利要求37所述的系统，包括送丝机、等离子切割器、感应加热器、发电机或焊接电源，或它们的任意组合。

40.根据权利要求37所述的系统，包括：

输入电压传感器，所述输入电压传感器被配置成测量所述输入电力的输入电压；以及

输入电流传感器，所述输入电流传感器被配置成测量所述输入电力的输入电流，其中所述控制电路被配置成在所述透支事件期间至少部分地基于所述输入电压和所述输入电流来确定相对于所述至少一个电容器的净能量流。