CN108029190A - 用于焊接和切割设备的印刷电路板布置 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供焊接电力的电源。该电源可以包括设置在电源的初级侧上的第一印刷电路板(PCB)；安装在第一PCB上的第一组部件；设置在电源的次级侧上的第二PCB；安装在第二PCB上的第二组部件；耦合到第一PCB和第二PCB的变压器级，其中第一PCB和第二PCB能够独立地从电源拆卸。

Description

用于焊接和切割设备的印刷电路板布置
相关申请
本申请要求2015年9月18日提交的美国临时专利申请No.62/220,544的权益，并且该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本实施例涉及用于焊接型电力的电源，焊接型电力即是通常用于焊接、切割或加热的电力。
背景技术
在焊接设备中，例如，焊接电力可以来自90V或更高电压的交流电源供电。输入交流电力被转换并且以相对较高的电流(高达数千安培)和相对较低的电压(例如小于50V的开路)传送到工件。对于传送诸如350安培或更小的电流的焊接电源，电源部件安装在单个印刷电路板(PCB)上，便于集成电源的不同部分。这些部件可能包括主逆变器、包括功率因数控制(PFC)部件的升压转换器、辅助电源、主变压器、电容器、电感器、输出二极管等部件。这种架构可以为组装提供方便的手段，并且附加地制造成本可能更小。例如，可以使用给定的镀敷工艺来提供用于提供安装在PCB上的不同部件之间的电互连的PCB导体。这种电源的一个潜在缺点可能是与维修具有前述架构的电源相关的成本增加。
就这些和其它考虑而言，提供了本公开。
发明内容
在一个实施例中，提供焊接电力的电源可以包括设置在电源的初级侧上的第一印刷电路板(PCB)；安装在第一PCB上的第一组部件；设置在电源的次级侧上的第二PCB；安装在第二PCB上的第二组部件；耦合到第一PCB和第二PCB的变压器级，其中第一PCB和第二PCB能够独立地从电源拆卸。
在另一个实施例中，一种组装焊接电源的方法可以包括将第一印刷电路板(PCB)附接在焊接电源的初级侧上；将第一组部件安装在第一PCB上；将第二PCB附接在焊接电源的次级侧上；将第二组部件安装在第二PCB上；以及将变压器级电耦合到第一PCB和第二PCB，其中第一PCB和第二PCB能够独立地从焊接电源拆卸。
附图说明
图1A描绘了根据本公开的实施例的示例性设备的俯视平面图中的框图。
图1B描绘了图1A的示例性设备的侧视图中的框图。
图2描绘了另一个示例性设备的框图。
图3描绘了又一个示例性设备的框图。
图4A描绘了根据本公开的实施例的又一个示例性设备的俯视平面图中的框图。
图4B描绘了图4A的示例性设备的侧视图中的框图。
图5描绘了又另一个示例性设备的框图。
图6描绘了具有传统布置的设备的框图。
具体实施方式
本实施例提供了对用于为焊接或切割提供电力的传统设备的改进。适用于焊接或切割的设备在本文中可以简单地称为“焊接电源”。
在各种实施例中，用于焊接或切割的电源设置有用于支撑各种不同的部件的多个印刷电路板(PCB)。在各种实施例中，用于产生350安培(A)的较小电流的电源可以具有模块化架构，其中用于不同功能的不同部件被分组到不同的PCB上。这种架构不同于其中部件被分组到单个PCB上的输出350A或更小电流的传统电源的架构。
图1A描绘了根据本公开的实施例的设备100的俯视平面图中的框图。图1B描绘了图1A的示例性设备的侧视图中的框图。设备100可以包括用于容纳设备100的各种部件的壳体102，其中设备100包括电源。如图所示，示出为PCB 104的第一PCB包括在壳体102中。设备100可以进一步包括壳体102内的诸如机架(chassis)(未示出)之类的已知部件以及一个或多个隔室(也未示出)，隔室例如作为容纳送丝机或其它部分的隔室。设备100和其它设备内的图中所示的部件通常涉及用于焊接或切割的电源。
PCB 104可以包括电连接各种不同的部件的布线。在一些实施例中，主逆变器120可以附接到PCB 104。另外，包括功率因数校正(PFC)电路系统的升压器122可以附接到PCB104以及辅助电源124。在图1A的实施例中，附接到PCB 104的每个部件可以设置在设备100的初级侧上，初级侧意味着高电压/低电流侧。升压器122可以起到已知升压转换器的功能以将电压增加到直流电压的目标电平。主逆变器120可以起到已知逆变器的功能以反转从升压器122接收到的升压直流电压信号。PCB 104可以包括其它部件(未示出)，例如本领域已知的通常设置在主变压器的初级侧上的其它电源部件。
设备100可以进一步包括变压器级108，该变压器级108包括安装在安装座112上的主变压器110。在一些示例中，主变压器110可以直接安装在包含在壳体102内的机架(未示出)上。主变压器110可以电耦合到PCB 104以接收来自主逆变器120的相对较高的电压和相对较低的电流输入。例如，主变压器110可以输出相对较低的电压和较高的电流以用作焊接电力或切割电力。设备100可以进一步包括PCB 106。在各种实施例中，PCB 106可以包括如图1A和图1B所示的诸如输出二极管的部件作为次级部件107。PCB 106可以设置在设备100的次级侧上，次级侧意味着相对较低的电压、较高的电流侧。如图所示，PCB 106可以接收来自主变压器110的输出。
设备100可以体现为“低电流”电源，与较高电流电源相反，设备100在相对较小的形状因数设备中以350A或更小的电流在次级侧上供应焊接电力。值得注意的是，设备100可以包括比传统的低电流设备更多数量的PCB，在传统的低电流设备中单个PCB可以支撑不同的电源部件。如下面所讨论的，设备100中的部件的布置提供了传统设备中没有发现的灵活性。作为示例，在设备100中的部件发生故障的事件中，设备100的维修可能更容易或成本更小。例如，在各种实施例中，PCB 104、PCB 106和变压器级108可独立地从壳体102拆卸。这些部件可以直接或间接地安装到壳体102。例如，PCB 104、变压器级108和PCB 106可以安装到壳体102内的机架。由于PCB 104、PCB 106和变压器级108可独立地从壳体102拆卸，因此例如如果PCB 106上的部件发生故障，则在PCB 104和变压器级108保持如初的同时，仅仅PCB106可以被拆卸和维修或更换。这避免了在仅一个PCB承载变压器、逆变器、PFC/升压器部件和辅助电源的传统设备中的维修部件故障的潜在费用。在这种传统配置中，即使其它部件未损坏，一个部件的故障也可能需要更换整个PCB和部件。
设备100的模块化架构还提供了不同部件布置的灵活性。例如，具体参考图1A，示出了设备100的不同部件的示例性布置。在该实施例中，具有大致平面形状的PCB 106和PCB104被布置为平行于所示的笛卡尔坐标系的X-Y平面。在一些示例中，可以布置包括不同PCB的各种部件，使得不同部件相对于诸如X-Y平面的给定平面彼此位移。例如，PCB 104可以相对于PCB 104的平面的垂线(Z轴)布置在壳体102内的第一水平处。实施例在此上下文中不受限制。也如图1A中所示，变压器级108可以包括安装在安装座112上的主变压器110。在一些实施例中，主变压器110可以直接安装在机架上。在任一示例中，主变压器110可以相对于垂线安装在第二水平处，其中第二水平不同于第一水平。因此，第一水平可以沿着Z轴更靠近壳体102的第一边115，而第二水平更靠近壳体102的第二边117。第一水平和第二水平之间的相对间距可以选择以优化主变压器110周围的气流。同样地，如图所示，PCB 106可以相对于垂线布置在第三水平处。这可以提供比传统设计更好的设计，在传统设计中变压器安装在与诸如逆变器、升压器/PFC、辅助电源等的各种其它部件共用的PCB上。在传统设计中，变压器周围的气流可能没有被优化，因为变压器被安装到容纳其它部件的共用PCB。
现在转向图2，示出了根据本公开的另外实施例的设备200的侧视图中的框图。在这个示例中，设备200可以包括壳体102、变压器级108和PCB 106，大致如以上关于图1A和图1B所描述的。设备100还可以包括PCB 202和PCB 204。在一些示例中，PCB 202和PCB 204可以设置在设备100的初级侧上，并且可以电耦合到变压器级108。在一个实施例中，PCB 202可以包括主逆变器120和示出为升压器122的升压转换器，而PCB 204包括辅助电源124。PCB202和PCB 204可以独立地从壳体102拆卸，这意味着可以移除PCB 202而不移除PCB 204，反之亦然。这种进一步的模块化可以提供增加的灵活性和成本效益。例如，如果辅助电源124中的部件发生故障，则可以维修或更换PCB 204而不移除PCB 202、PCB 106或不影响主逆变器120或升压器122。
现在转向图3，示出了根据本公开的另外实施例的示例性设备300的侧视图中的框图。在这个示例中，设备300可以包括壳体102、变压器级108和PCB 106，大致如上面关于图1A和图1B所描述的。如上所述，设备100还可以包括支撑辅助电源124的PCB 204。该设备可以进一步包括附接到主逆变器120的PCB 302和附接到升压器122的PCB 304。在一些示例中，PCB 302、PCB 304和PCB 204可以设置在设备100的初级侧上，并且可以电耦合到变压器级108。PCB 202和PCB 302以及PCB 304可以与壳体102分离地可拆卸。该进一步的模块化可以提供增加的灵活性和成本效益。例如，如果辅助电源124中的部件发生故障，则可以维修或更换PCB 204而不移除PCB 302、PCB 304、PCB 106或主变压器110并且不影响诸如主逆变器120或升压器122的部件。
图1A、图1B、图2和图3中所示的架构在设计和实现电源的不同部件方面提供了进一步的灵活性。在各种实施例中，初级侧上的诸如PCB 104、PCB 202、PCB 204、PCB 302或PCB 304的给定PCB可以由具有第一厚度的第一铜层形成。第一厚度可以被设计成承载相对较低的电流。次级侧上的例如PCB 106的PCB可以被设计为具有第二厚度的第二铜层，该第二铜层被设计为承载比初级侧上的电流相对更高的电流。因此，第二厚度可以大于第一厚度。这种方法可以避免传统低电流电源中发现的具有不必要的厚铜，在传统低电流电源中初级部件和次级部件安装在共用PCB上。在传统设计中，在整个PCB形成相对较厚的共用铜层，即使在不需要厚铜导体的支撑初级侧上的低电流部件的PCB的区域中也形成相对较厚的共用铜层。
图4A描绘了根据本公开的实施例的另外示例性设备的俯视平面图中的框图。图4B描绘了图4的示例性设备的侧视图中的框图。如图所示，设备400可以包括如上所述的壳体102。如图所示，除了主变压器110之外，该设备还可以包括在初级侧上的PCB 402和PCB 406以及在次级侧上的PCB 106。在图4A中所示的配置中，PCB 402可以附接到升压器404，而PCB406附接到主逆变器408。升压器404被示出为借助于附接到如已知升压转换器中的升压器404的电子部件(未示出)的散热器而从PCB 402的平面延伸。类似地，主逆变器408被示为从指示主逆变器408中使用的散热器的总体形状的PCB 406的平面延伸。图4A的配置提供了来自彼此相对并且限定通道410的PCB 402和PCB 404的散热器。图4A的配置提供了相对于其中逆变器和升压器可以固定到共用PCB的传统电源的优点：通道410可以充当将热量从PCB402和PCB 404传导走的冷却通道。
图5描绘了又另一个示例性设备的框图。在这个示例中，设备500包括壳体102，壳体102包含机架522以及初级PCB 520。初级PCB 520可以驻留在设备500的初级侧上并且可以安装到机架522或者可以以其它方式附接到壳体102。初级PCB 520可以电连接到主变压器510，该变压器可以安装在机架522上。主变压器510接着又可以电连接到次级PCB 518。次级PCB 518可以设置在设备500的次级侧上。次级PCB 518可以附接到输出二极管组件516。初级PCB 520可以具有附接的各种部件。例如，主逆变器502、升压器504、辅助电源506以及直流总线电容器组512可以附接到初级PCB 520。另外，输出电感器508以及升压器电感器514可以安装到机架522。图5中的配置提供了包括主变压器510和电感器的各种部件的定位的灵活性。此外，因为初级PCB 520与壳体102分离地可拆卸，初级PCB 520上的部件的故障不需要更换主变压器510或输出二极管组件516或电感器，因此可以改进设备500的可用性。
图6描绘了具有传统布置的设备的框图。具体地，设备550可以包括机架556和PCB554。例如，PCB 554可以安装到机架556。如图6中所示，图5的设备中的各种上述部件可以安装到单个PCB(PCB 554)。虽然这种架构提供了可以直接制造的简单设计的可能优点，但是对PCB 554上的仅仅一个有缺陷部件的维修可能需要移除PCB 554或者更换整个PCB 554。
本公开的范围不受在此描述的具体实施例的限制。事实上，除了本文所述的那些之外，本领域普通技术人员从前面的描述和附图将明了本公开的其它各种实施例和修改。因此，这样的其它实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，尽管本文已经针对特定目的在特定环境中的特定实施方式的背景下描述了本公开，但本领域的普通技术人员将认识到其有用性不限于此，并且本公开可以有益地出于任何目的在任何数量的环境中实施。因此，下面提出的权利要求应该根据本文所述的本公开的完整的宽度和精神来解释。

Claims (15)

1.一种用于提供焊接电力的电源，包括：
设置在所述电源的初级侧上的第一印刷电路板PCB；
安装在所述第一PCB上的第一组部件；
设置在所述电源的次级侧上的第二PCB；
安装在所述第二PCB上的第二组部件；以及
耦合到所述第一PCB和所述第二PCB的变压器级，
其中所述第一PCB和所述第二PCB能够独立地从所述电源拆卸。
2.根据权利要求1所述的电源，其中所述变压器级安装在第三PCB上，所述第三PCB能够独立地从所述电源拆卸。
3.根据权利要求1所述的电源，还包括设置在所述电源的初级侧上并耦合到所述第一PCB的第四PCB。
4.根据权利要求1所述的电源，其中所述第一组部件包括主逆变器和功率因数校正PFC电路。
5.根据权利要求3所述的电源，其中在所述第四PCB上设置有辅助电源。
6.根据权利要求1所述的电源，还包括壳体，其中所述第一PCB相对于该PCB的平面的垂线安装在所述壳体内的第一水平处，并且其中所述变压器级相对于所述垂线安装在所述壳体内的第二水平处。
7.根据权利要求1所述的电源，其中所述第二PCB包括一组输出二极管。
8.根据权利要求1所述的电源，其中所述第一PCB包括具有第一厚度的第一铜层，并且其中所述第二PCB包括具有大于所述第一厚度的第二厚度的第二铜层。
9.根据权利要求6所述的电源，其中所述变压器级安装到所述壳体。
10.一种组装焊接电源的方法，包括：
将第一印刷电路板PCB附接到所述焊接电源的初级侧上；
将第一组部件安装在所述第一PCB上；
将第二PCB附接到所述焊接电源的次级侧上；
将第二组部件安装在所述第二PCB上；以及
将变压器级电耦合到所述第一PCB和所述第二PCB，
其中所述第一PCB和所述第二PCB能够独立地从所述焊接电源拆卸。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述变压器级安装在第三PCB上，所述第三PCB能够独立地从所述焊接电源拆卸。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括将第四PCB附接到所述焊接电源的初级侧上，其中所述第四PCB耦合到所述第一PCB。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述焊接电源包括壳体，所述方法还包括将所述第一PCB相对于所述第一PCB的平面的垂线安装在所述壳体内的第一水平处，并且将所述变压器级相对于所述垂线安装在所述壳体内的第二水平处。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一PCB包括具有第一厚度的第一铜层，并且其中所述第二PCB包括具有大于所述第一厚度的第二厚度的第二铜层。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一组部件包括主逆变器和功率因数校正PFC电路。
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