CN106357142B - 用于提供焊接类功率的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供焊接类功率的方法和设备包括输入电路、功率电路和控制器。所述输入电路接收输入功率并且提供中间功率。所述功率电路具有功率控制输入，所述功率控制输入具有响应于所述控制输入的至少一个开关。所述功率电路接收中间功率并且提供焊接类输出功率。所述控制器具有设定点输入和控制输出。所述控制输出连接至所述功率控制输入。控制电路还包括响应于用户设定点输入并且提供控制输出的脉宽调制模块。所述脉宽调制模块可以包括短占空比线性化模块。所述脉宽调制模块还包括短占空比充电斜坡模块。

Description

用于提供焊接类功率的方法和设备
技术领域
本公开总体上涉及焊接类电源的领域。更具体地讲，本公开涉及具有脉宽调制电路的焊接类电源。
背景技术
有许多已知类型的提供焊接类功率的焊接类电源。如本文所用的焊接类功率指的是适用于电弧焊、等离子弧切割或感应加热的功率。如本文所用的焊接类电源指的是能够提供焊接类功率的电源。焊接类系统用于执行多种工艺并且在多种设置中使用。如本文所用的焊接类系统是可以提供焊接类功率并且可以包括控制及功率电路、送丝机和辅助设备的系统。
有各种焊接类工艺，例如，TIG、GMAW、埋弧焊、短路焊接、切割(cutting)、电弧凿孔等。一些焊接类系统被设计成用于单个工艺，并且其他焊接类系统被设计成用于多种工艺。许多焊接系统包括基于开关的功率电路，例如，逆变器和转换器。这些系统通常包括输入电路、功率电路和控制器，以及例如送丝机、机械手等的辅助设备。
如本文所用的输入电路指的是被配置成接收输入功率并且提供中间功率的电路，并且可以包括作为其一部分的部件和电路，例如，整流器、变压器、饱和电抗器、转换器、滤波器和/或磁放大器。如本文所用的功率电路指的是配合以处理最终作为输出功率提供的功率的开关和部件。如本文所用的控制器指的是数字和模拟电路、分立或集成电路、微处理器、DSP等，以及位于一个或多个电路板上、用于控制例如电源、功率源或功率电路的设备的软件、硬件和固件。
一些焊接类系统包括预调节器，该预调节器提供直流总线随后是基于逆变器的输出电路。预调节器调节输入功率，并且提供已知的直流总线。基于逆变器的输出电路接收总线并且提供焊接类功率作为输出。一种成功的设计包括作为预调节器的一部分的升压电路，并且输出电路包括逆变器、变压器、整流器和输出电感器。美国专利6987242(Geissler)中描述了这种类型的焊接类电源。具有基于逆变器的输出电路的其他焊接类电源包括美国专利6115273(Geissler)和美国专利公开20090230941(Vogel)，这三份专利都归本专利的所有者所有，并且这三份专利都通过引用的方式并入本申请中。其他焊接类电源包括额外的级，或针对每个级使用其他拓扑结构(例如，降压预调节器、组合式整流器-升压预调节器、取代逆变器或在逆变器之后的斩波器、在第一逆变器之后的第二逆变器等)。
具有转换器并且特别是逆变器的焊接系统通常使用PWM(脉宽调制)控制。脉宽调制控制提供固定的频率(导通时间加上断开时间)，并且调节占空比(导通时间)以获得所需的输出。因此，在前向式逆变器拓扑结构中，通过调制主功率开关的占空比来调节功率流。占空比是开关导通的时间与切换事件的总循环时间的比值。
焊接类系统的一种典型实施方式示出于图1中，并且包括控制器101，该控制器取所需的电流设定点和实际输出值作为输入，并且计算将动态地满足所需设定点的电压命令(或命令信号)。此命令信号(Vcom)然后被传递到调制器102，该调制器是脉宽调制控制电路(并且可以是控制器101的一部分)，该脉宽调制控制电路将此信号(例如，0-10V)转换成具有直接与此信号成比例的占空比(α)的脉冲序列。此经调制的脉冲序列然后被用来命令将逆变器(功率电路)103中的功率开关导通或断开，这将在输出级104两侧产生电压信号，其平均值与占空比和来自控制器101的原始命令信号成比例。换能器105提供反馈。
理想的调制器将产生具有直接与命令信号(vcom)成比例的占空比α的脉冲序列，α＝t_on/T＝Gpwm*Vcom，其中Gpwm是脉宽调制增益。图2示出了针对理想的脉宽调制器的α和vcom的图表标绘图。命令与占空比之间理想的连续线性关系有助于控制整个系统的环路以正确地操作并且保持稳定而不论操作点如何。这种关系的斜率(Gpwm)有助于闭环控制系统的总增益，并且必须被考虑在内以确保此系统的稳定性。在固定的切换频率(恒定的周期T)下运行时，调制器通过减小导通时间t_on(脉宽)的变化从而维持这种关系，进而根据需要使其更小或更大(因此称为PWM)。
图3示出了针对典型的脉宽调制控制的脉宽调制控制斜坡。如本文所用的脉宽调制控制斜坡指的是随时间变化并且与V命令相比较的值，并且这种比较用于改变输出的状态。这种斜坡可以通过使用锯齿形电压斜坡来实施：通过恒电流源充电并且以更大的电流放电的电容器。
基于逆变器的输出电路提供许多优点，但是它们确实有一些缺点。一个缺点是脉宽调制器在实践中并不是理想的。功率电路通常包括需要时间导通并随后再次断开的大型晶体管。T_on因此在实践中只能减小到有限的最小时间。如本文所用的脉宽调制最小导通时间指的是开关被脉宽调制成导通并随后断开所花费的时间。其他实际的电路元件也对此最小导通时间造成影响，例如，从一个电路元件到另一个电路元件的传播延迟、门驱动器死区时间等。例如，对于周期T＝10微秒并且脉宽调制最小导通时间为1微秒的逆变器，最小占空比为10％。
不低于10％的占空比对于许多焊接应用是足够的，但是在低输出焊接中，例如，低端TIG，10％的占空比无法提供低至足以产生稳定的恒定电弧的输出。
美国专利6661679示出了具有自适应断开时间调制的脉宽调制控制器。
Figure BDA0001039986920000031
210和
Figure BDA0001039986920000032
尝试通过调节脉冲频率来达成逆变器的最小占空比。由于t_on无法减小到低于脉宽调制最小导通时间，因此T增大以允许更小的α。这被称为降频。这比现有技术是一种改进，因为这允许在低输出下操作。
图4示出了在
Figure BDA0001039986920000033
中用于低输出的降频的现有技术的实施方式。通过使放电电流从其正常水平与Vcom多大程度地低于V命令最小成比例地减小来延长此周期。V命令最小是提供与脉宽调制最小导通时间相等的脉宽调制导通时间的命令信号。这有效地延长了使斜降重置到Vmin所用的时间，并且因此拉长了周期T。在此方案中，i_dis*＝Idis+Kd*调节的Vcom，其中，按定义，经调节的Vcom<0，并且Kd是被选定为设置降频的幅度的常数。经调节的Vcom＝Vcom-V命令最小。
这种用于拉长周期的方法的一个问题是占空比与命令信号之间的结果关系变成非线性的。图5是针对理想脉宽调制和现有技术的经频率调节的脉宽调制两者的脉宽调制传递函数—Vcom和占空比α的图表。如本文所用的脉宽调制传递函数指的是在命令信号的某一范围内针对命令信号(微处理器内的电压、电流、数字值等)提供的占空比。不仅现有技术的脉宽调制传递函数非线性低于脉宽调制最小导通时间(与图表上的Vcom＝2对应)，而且在此关系的斜率(其设定系统中的这个级的增益)中存在不连续，并且斜率随着占空比减小而急剧变化。因为使用现有技术的降频的脉宽调制级的增益是非线性的，因此α会在2％至10％之间振荡-增益最高的这部分曲线。这种振荡会存在于电弧中，不管是在视觉上还是在听觉上。
当将电弧维持在非常低的安培数时，所传递的功率量非常低，从而需要低占空比。另外，在<10A的低安培数下，电弧特性往往是不稳定的，从而需要正确调谐的闭环控制系统以将电弧保持在适当的恒定电流下并且使其稳定。当在较低的占空比下操作时，增益的猝然改变(例如，在现有技术的控制方案中)会导致系统不稳定。低安培数操作会不太稳定，或者要作出努力以完全避免在这些操作点进入降频模式。
在低输出功率下减小频率的另一种现有技术的方法是跳过脉冲。通过跳过每个另一脉冲，频率被切分成一半，跳过两个脉冲就将频率切分成三分之一，如此等等。然而，这产生阶变的脉宽调制传递函数，并且不是线性的。
期望TIG焊接功率源输出并调节非常宽范围的功率输出：例如，一个单元的输出可从20W至6000W操作，从而在此整个范围内提供良好稳定的电流调节。用于其他工艺的焊接系统也在低输出(相对于最大输出)下操作，并且具有稳定操作的类似需求。然而，现有技术的焊接类系统通常还具有控制方案，如上所述，该控制方案导致在低输出的不稳定。
因此，需要一种具有脉宽调制控制的焊接类系统，该焊接类系统在需要提供低输出时可以更容易地变得稳定。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种焊接类系统包括输入电路、功率电路和控制器。所述输入电路接收输入功率并且提供中间功率。所述功率电路具有功率控制输入以及响应于所述控制输入的至少一个开关。所述功率电路接收中间功率并且提供焊接类输出功率。所述控制器具有设定点输入和控制输出。所述控制输出连接至所述功率控制输入。控制电路还包括响应于用户设定点输入并且提供控制输出的脉宽调制模块。所述脉宽调制模块包括短占空比线性化模块。
根据本公开的第二方面，一种焊接类系统包括输入电路、功率电路和控制器。所述输入电路接收输入功率并且提供中间功率。所述功率电路具有功率控制输入以及响应于所述控制输入的至少一个开关。所述功率电路接收中间功率并且提供焊接类输出功率。所述控制器具有设定点输入和控制输出，并且所述控制输出连接至所述功率控制输入。控制电路包括响应于用户设定点输入并且提供控制输出的脉宽调制模块。所述脉宽调制模块包括短占空比充电斜坡模块。
根据本公开的第三方面，一种提供焊接类电源的方法包括：接收输入功率；提供中间功率；转换所述中间功率；提供焊接类输出功率；并且通过对转换器进行脉宽调制来控制所述转换。脉宽调制包括：针对较短的占空比，通过提供比没有线性化时提供的传递函数更接近线性的脉宽调制传递函数来使脉宽调制传递函数线性化。
在一种替代形式中，所述脉宽调制模块具有包括第一线性增益的脉宽调制传递函数，并且所述短占空比线性化模块具有包括第二线性增益的短占空比脉宽调制传递函数，并且所述第二线性增益不是所述第一线性增益。
在另一种替代形式中，所述功率电路包括逆变器电路。
在一个实施例中，所述输入电路功率电路包括预调节器。
在各种实施例中，短占空比线性化模块包括短占空比充电斜坡模块，并且短占空比充电斜坡模块可以包括短占空比线性化模块的至少一部分。
在另一个实施例中，所述短占空比充电斜坡模块包括等于针对所述功率电路的命令最小导通时间的有效阈值。
在各个实施例中，所述短占空比线性化模块提供经调节的命令信号，并且所述控制输出响应于经调节的命令信号。
本领域的技术人员在回顾以下附图、具体实施方式和所附权利要求书将明白其他主要特征和优点。
附图说明
图1是现有技术的焊接系统的框图；
图2是理想的脉宽调制传递函数的图表；
图3是现有技术的脉宽调制控制斜坡的图表；
图4是现有技术的经调节的脉宽调制控制斜坡的图表；
图5是现有技术和理想的脉宽调制传递函数的图表；
图6是形成脉宽调制控制斜坡的电路的示意图；
图7是脉宽调制控制斜坡的图表；
图8是线性化的脉宽调制传递函数的图表；
图9是线性化的脉宽调制传递函数的图表；并且
图10是焊接类系统的示意图。
在详细解释至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明的应用不仅限于以下详细说明中阐述的或附图中图示的结构和部件布置的细节。本发明可以有其他实施例或者以各种方式实施或执行。另外，应当理解的是，本文使用的措辞和术语是为了说明的目的并且不应当视为限制。相同的附图标记用于指代相同的部件。
具体实施方式
尽管将参照特定的电路和控制来阐述本公开，但是从一开始就应当理解，本发明也可以用其他电路和控制来实施，并且用于其他焊接类工艺。优选实施例如图10所示，并且用焊接类系统1000实施，该焊接类系统包括输入电路1002、功率电路1004和控制器1006。除本文所述的降频之外，输入电路102、功率电路104和控制器106可以根据现有技术，例如美国专利6987242(Geissler)、美国专利6115273(Geissler)和美国专利公开20090230941(Vogel)所示的。输入电路1002优选地是预调节器，例如如美国专利6987242所示的。功率电路1004优选地是逆变器，例如，如图1或美国专利6987242所示的。控制器1006可以是模拟控制器、数字控制器或它们的组合，并且包括如下所述的降频模块。
一个实施例提供用于使用图1的系统，其中控制器和/或调制器被修改成包括按照以下所述方式发挥作用的脉宽调制模块。
一般来讲，本发明用于在低功率下控制焊接类系统，以使得它以稳定方式操作。这优选地通过在较短的占空比下使脉宽调制传递函数线性化来完成。如本文所用的使脉宽调制传递函数线性化指的是提供脉宽调制传递函数，所述脉宽调制传递函数比没有线性化时提供的传递函数更接近线性。脉冲跳过不会使脉宽调制传递如本文中使用的使脉宽调制传递函数线性化那样线性化。如本文所用的较短的占空比指的是在没有降频的情况下导通时间会小于脉宽调制最小导通时间的占空比。
一个实施例提供用于当电压命令小于V命令最小时通过改变充电斜坡的斜率在较短的占空比下使脉宽调制传递函数线性化。V命令最小是提供与脉宽调制最小导通时间相等的脉宽调制导通时间的命令信号。
优选实施例包括类似于现有技术的脉宽调制模块但是具有增加的部件和功能的脉宽调制模块。如本文所用的脉宽调制模块指的是提供脉宽调制控制斜坡的模块。如本文所用的模块指的是配合以执行一个或多个任务的软件和/或硬件并且可以包含数字命令、控制电路、功率电路、网络硬件等。典型的脉宽调制模块600如图6所示，但是按照新的方式修改以在斜坡超过V_(cmd_tmin)(也称为V命令最小)之后对于较短的占空比减小充电电流。如本文所用的较短的占空比指的是在没有降频的情况下导通时间会小于脉宽调制最小导通时间的占空比。新的部件包括运算放大器610、晶体管612、电阻器614和二极管616。
首先，将描述在除较短的占空比之外的操作。在此范围内，图6的电路充当典型的脉宽调制模块。恒电流源601给电容器602充电。大得多的电流源603使电容器602放电。比较器605、606和607将电容器602上的电压与Vmax、Vmin和Vcom(命令电压或信号)进行比较。当恒电流源601正在给电容器602充电并且电容器602上的电压超过Vcom时，命令输出关闭。当电容器602上的电压达到Vmax时，电流源603开始使电容器602放电，并且电压迅速下降。当电容器602上的电压下降到Vmin时，命令输出开启，电流源603关闭，并且电容器602上的电压升高，直至该电压超过Vcom为止。然后重复此过程。触发器608和609随着多个电压阈值被越过而改变状态。
当在低输出功率下操作时，优选的实施例使脉宽调制传递函数线性化。具体地讲，在较短的占空比下，即，其中在没有降频的情况下导通时间会小于脉宽调制最小导通时间。优选实施例使得电容器的充电电流在电压达到V_(cmd_tmin)之后减小(较短的占空比)。这调节脉宽调制控制斜坡以使得脉宽调制频率降低，并且以连续且在很大程度上线性的方式这样做。
图6的电路包括由运算放大器610、晶体管612、电阻器614和二极管616组成的短占空比线性化模块611，该短占空比线性化模块使电容器602的充电电流在电压达到V_(cmd_tmin)(也称为V命令最小)之后减小，并且以下将描述其操作和作用。V命令最小是提供等于脉宽调制最小导通时间的脉宽调制导通时间的命令信号。如本文所用的短占空比线性化模块指的是对于至少一些较短占空比可操作并且提供脉宽调制传递函数的模块，该脉宽调制传递函数相比在没有短占空比线性化模块的情况下提供的传递函数更接近线性。另外，与电流源601结合的短占空比线性化模块611是短占空比充电斜坡模块。如本文所用的短占空比充电斜坡模块指的是对于至少一些较短的占空比可操作并且提供脉宽调制传递函数的模块，该脉宽调制传递函数具有当命令低于有效阈值时斜率随着充电电流减小而减小的脉宽调制充电斜坡。
这种减小在占空比较短时发生，以使得导通时间是最小导通时间。通过减小在此时间之后的斜坡斜率，断开时间增加，并且占空比减小。图7示出了用于此实施例的经调节的脉宽调制控制斜坡。在达到V_(cmd_tmin)之后，充电斜坡的斜率随着充电电流减小而下降。
在优选实施例中，短占空比线性化模块611和短占空比充电斜坡模块按照以下方式操作。当在较短的占空比下操作时并且当斜坡在V命令最小以上时，运算放大器610、晶体管612、电阻器614和二极管616减小电容器602的充电电流并且调节V命令。运算放大器的输入是V_(cmd_tmin)以及经调节的Vcom。短占空比线性化模块611具有等于针对电源电路的命令最小导通时间的有效阈值，并且由运算放大器610的输入设置。替代形式使用其他电路来实现较慢的充电速率。另一种替代形式提供了用软件实现斜坡和/或Vcom和/或经调节的Vcom。图6是短占空比线性化模块和短占空比充电斜坡模块的理想版本。实际上，可以根据普通的工程实践使用额外的部件来实施图6的简单示意图的实际版本。
电路将以如下所述的线性方式减小充电电流：
Adj.I_chg＝I_chg0+Kc*Adj.V_cmd，其中Adj V_cmd＝v_cmd-V_(cmd_tmin)<0，并且I_chg0是在V_(cmd_tmin)下的电荷。
因此：
Adj i_chg＝I_chg0+Kc*Adj.v_cmd
Adj i_chg＝I_chg0*(1+A*Adj.v_cmd)
A定义为A＝Kc/I_chg0
那么：
T＝t_min+C*(V_max-V_(cmd_tmin))/(Adj.i_chg)+t_disch
T＝t_min+C*(Vmax-V_(cmd_tmin))/(I_chg*(1+A*Adj.v_cmd))+t_disch
t_max定义为t_max＝C(Vmax-V_(cmd_tmin))/I_chg0，
那么t_max＝t_charge0-t_min
并且T0＝t_charge0+t_disch
这得到以下周期T：
T＝t_min+t_max/((1+A*Adj.v_cmd))+t_disch
由此可以计算降频模式中的占空比：
α(Adj.v_cmd)＝t_min/(t_min+t_max/((1+A*Adj.v_cmd))+t_disch)
α(Adj.v_cmd)＝
(t_min(1+A*Adj.v_cmd))/((t_min+t_disch)(1+A*Adj.v_cmd)+t_charge0-t_min)
α(Adj.v_cmd)＝
(t_min(1+A*Adj.v_cmd))/((t_min+t_disch)(A*Adj.v_cmd)+(t_charge0+t_disch))
α(Adj.v_cmd)＝
(t_min(1+A*Aadj.v_cmd))/((t_min+t_disch)(A*Adj.v_cmd)+T_0)
并且，(A*Adj.v_cmd)ε[-1,0]，并且如果t_min和t_disch两者<<T_0
那么占空比与命令电压之间的关系大约是：α(Adj.v_cmd)＝(t_min/T_0)*(1+A*Adj.v_cmd)
图8示出了用于此实施例的脉宽调制传递函数(α与Adj.v_cmd之间的关系)连同理想的脉宽调制传递函数，并且正如可以看到的，用于此实施例的脉宽调制传递函数被线性化。
此关系的斜率(系统的增益)在整个范围内几乎是恒定的。使用如上所述的相同的简化假设：
dα/dAdj.v_cmd＝(A*t_min*T_0)/(T_0)2＝A*t_min/T_0
此增益是常数，并且通过选择参数A，可以使降频的斜率与正常模式中的调制器的斜率匹配，因此在正常操作模式与降频模式(即，在V命令最小以上和以下)之间提供良好的过渡。理想的传递函数与本文所述的传递函数之间的差异在V_(cmd_tmin)和0V下是0。最大差值出现在(Adj.v_com)diff max＝(-T_0+sqrt(T_0*(T_0-t_min-t_disch)))/(t_min+t_disch)*A的命令电压下。
本发明人已发现效果良好并且用于图8的图表的电路参数包括电容601＝1nF，Vmax＝10V，Vmin＝0V，Vcmd_min(V命令最小)＝2V，Icharge＝1mA，B＝30(放电充电比)，Kd＝15mA/V(放电减小率)，以及Kc＝0.5mA/V(电阻器614设置的充电减小率)，A＝0.5 1/V。
可以选择其他参数以维持例如如图8所示的线性关系。选择参数A＝K_c/I_chg0，以使得A*V_(cmd_tmin)＝1得到在很大程度上线性的关系。占空比然后将在Vcmd为0V时下降至0％。可替代地，可以实施短占空比线性化模块以在轻载时稍微具有增益变化。这可以用于适应能够随着不同的电弧条件变化的系统的总增益。A参数的不同值可以实现这一点。选择低于理想值的A将减小增益，但是占空比在0V命令下将不会达到0。图9示出了这一点，其中A*V_(cmd_tmin)＝0.7。其他替代形式提供用于其他的脉宽调制传递函数。
对本公开可以作出仍然落入本公开的意图范围内的许多修改。因此，应当明白的是，已经提供了完全满足以上阐述的目的和优点的用于具有降频和线性化脉宽调制传递函数的焊接类系统的方法和设备。尽管已经结合本发明的具体实施例描述了本发明，但显然许多替代形式、修改和变化对本领域的技术人员是显而易见的。因此，本发明旨在包括落入所附权利要求书的精神和宽泛范围内的所有的这些替代形式、修改和变化。

Claims (22)

1.一种焊接类系统，包括：
输入电路，所述输入电路布置成接收输入功率并且提供中间功率；
功率电路，所述功率电路具有功率控制输入和响应于所述功率控制输入的至少一个开关，并且其中，所述功率电路被布置成接收中间功率并且提供焊接类输出功率；
控制器，所述控制器具有设定点输入和控制输出，其中，所述控制输出连接至所述功率控制输入；并且其中所述控制器包括响应于所述设定点输入并且提供所述控制输出的脉宽调制模块，其中所述脉宽调制模块包括短占空比线性化模块。
2.根据权利要求1所述的焊接类系统，其中所述脉宽调制模块具有包括第一线性增益的脉宽调制传递函数，并且所述短占空比线性化模块具有包括第二线性增益的短占空比脉宽调制传递函数，其中所述第二线性增益不是所述第一线性增益。
3.根据权利要求2所述的焊接类系统，其中所述功率电路包括逆变器电路。
4.根据权利要求3所述的焊接类系统，其中所述输入电路包括预调节器。
5.根据权利要求1所述的焊接类系统，其中所述短占空比线性化模块包括短占空比充电斜坡模块。
6.根据权利要求5所述的焊接类系统，其中所述短占空比充电斜坡模块包括等于所述功率电路的命令最小导通时间的有效阈值。
7.根据权利要求1所述的焊接类系统，其中所述短占空比线性化模块提供经调节的命令信号，并且所述控制输出响应于所述经调节的命令信号。
8.根据权利要求1所述的焊接类系统，其中所述脉宽调制模块包括所述短占空比线性化模块，所述短占空比线性化模块适于当命令信号低于有效阈值时改变充电斜坡的斜率。
9.根据权利要求8所述的焊接类系统，其中在所述斜坡超过所述有效阈值之后，通过减小充电电流来改变所述斜率。
10.一种焊接类系统，包括：
输入电路，所述输入电路布置成接收输入功率并且提供中间功率；
功率电路，所述功率电路具有功率控制输入和响应于所述功率控制输入的至少一个开关，并且其中，所述功率电路布置成接收中间功率并且提供焊接类输出功率；
控制器，所述控制器具有设定点输入和控制输出，其中，所述控制输出连接至所述功率控制输入；并且其中所述控制器包括响应于所述设定点输入并且提供所述控制输出的脉宽调制模块，其中所述脉宽调制模块包括短占空比线性化模块和短占空比充电斜坡模块。
11.根据权利要求10所述的焊接类系统，其中所述短占空比充电斜坡模块包括等于所述功率电路的命令最小导通时间的有效阈值。
12.根据权利要求11所述的焊接类系统，其中所述功率电路包括逆变器电路。
13.根据权利要求12所述的焊接类系统，其中所述输入电路包括预调节器。
14.根据权利要求13所述的焊接类系统，其中所述脉宽调制模块包括短占空比线性化模块，并且所述短占空比充电斜坡模块是所述短占空比线性化模块的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的焊接类系统，其中所述脉宽调制模块具有包括第一线性增益的脉宽调制传递函数，并且所述短占空比线性化模块具有包括第二线性增益的短占空比脉宽调制传递函数，其中所述第二线性增益不是所述第一线性增益。
16.一种提供焊接类功率的方法，包括：
接收输入功率并且响应于所述输入功率提供中间功率；
转换中间功率以提供焊接类输出功率；
通过对转换器进行脉宽调制来控制所述转换，包括针对至少一些较短的占空比，通过提供比没有线性化时提供的传递函数更接近线性的脉宽调制传递函数来使脉宽调制传递函数线性化，其中使脉宽调制传递函数线性化包括提供脉宽调制传递函数，所述脉宽调制传递函数具有当命令信号低于有效阈值时斜率随着充电电流减小而减小的脉宽调制充电斜坡。
17.根据权利要求16所述的方法，其中对所述转换器进行脉宽调制包括提供在第一范围内具有第一线性增益的脉宽调制传递函数，并且其中使所述脉宽调制传递函数线性化包括针对较短的占空比提供具有第二线性增益的脉宽调制传递函数，其中所述第二线性增益不是所述第一线性增益。
18.根据权利要求17所述的方法，其中转换中间功率包括使中间功率逆变。
19.根据权利要求18所述的方法，其中接收输入功率并且提供中间功率包括预调节输入功率。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述有效阈值等于命令最小导通时间。
21.根据权利要求20所述的方法，其中使脉宽调制传递函数线性化包括提供经调节的命令信号。
22.根据权利要求16所述的方法，其中在所述斜坡超过所述有效阈值之后，通过减小充电电流来改变所述斜率。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10722971B2 (en) * 2015-10-06 2020-07-28 Hypertherm, Inc. Controlling plasma arc torches and related systems and methods
US20180185948A1 (en) * 2017-01-04 2018-07-05 Illinois Tool Works Inc. Methods and systems for visually displaying thermal duty cycles
US20180214971A1 (en) * 2017-02-02 2018-08-02 Illinois Tool Works Inc. Methods and apparatus for a multi-mode welding-type power supply
US10933484B2 (en) 2017-08-31 2021-03-02 Illinois Tool Works Inc. Engine-driven welding-type power supplies configured to simultaneously use external and engine power
CN110859014B (zh) * 2018-08-22 2021-12-17 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 电磁加热设备和电磁加热装置及其控制方法
US11309799B2 (en) * 2019-05-24 2022-04-19 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Power supply device
US11695356B2 (en) * 2020-10-06 2023-07-04 Ford Global Technologies, Llc Split gain transfer function for smart motor actuators
CN112756748A (zh) * 2021-01-08 2021-05-07 上海广为焊接设备有限公司 一种用于交直流氩弧焊的控制系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6987242B2 (en) * 2000-03-31 2006-01-17 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for receiving a universal input voltage in a welding, plasma or heating power source
CN1838517A (zh) * 2005-03-24 2006-09-27 林肯环球公司 用于电弧焊接的改进的三级电源
CN102672308A (zh) * 2012-05-10 2012-09-19 刘裕国 一种接触引弧电焊机和电焊接触引弧控制法
CN104779799A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路、控制方法和应用其的反激式变换器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6115273A (en) 1998-07-09 2000-09-05 Illinois Tool Works Inc. Power converter with low loss switching
US6661679B1 (en) 2002-10-28 2003-12-09 System General Corporation PWM controller having adaptive off-time modulation for power saving
US7388444B2 (en) * 2005-10-03 2008-06-17 Linear Technology Corporation Switching regulator duty cycle control in a fixed frequency operation
US8054056B2 (en) * 2006-09-16 2011-11-08 Texas Instruments Incorporated Frequency regulated hysteretic average current mode converter
US8004253B2 (en) * 2007-11-08 2011-08-23 Astec International Limited Duty cycle dependent non-linear slope compensation for improved dynamic response
US8952293B2 (en) 2008-03-14 2015-02-10 Illinois Tool Works Inc. Welding or cutting power supply using phase shift double forward converter circuit (PSDF)
US9162310B2 (en) 2008-07-08 2015-10-20 Illinois Tool Works Inc. Enhanced power factor correction for welding and cutting power supplies
US9678521B2 (en) * 2013-04-15 2017-06-13 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. External ramp autotuning for current mode control of switching converter
EP2898594B1 (en) 2013-05-24 2017-11-22 IDT Europe GmbH Multi mode controlled power converter
US9948181B2 (en) * 2014-05-23 2018-04-17 Texas Instruments Incorporated Circuits and methods to linearize conversion gain in a DC-DC converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6987242B2 (en) * 2000-03-31 2006-01-17 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for receiving a universal input voltage in a welding, plasma or heating power source
CN1838517A (zh) * 2005-03-24 2006-09-27 林肯环球公司 用于电弧焊接的改进的三级电源
CN102672308A (zh) * 2012-05-10 2012-09-19 刘裕国 一种接触引弧电焊机和电焊接触引弧控制法
CN104779799A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路、控制方法和应用其的反激式变换器

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