CN109562480B - 具有可调整ac电流换向阈值的焊接型电力供应器 - Google Patents

Abstract

公开具有可调整AC电流换向阈值的焊接型电力供应器。一种实例焊接型电力供应器包含：接口装置，接收换向选择输入；电力转换器，将输入电力转换为焊接型电力；换向器电路，输出交流(AC)焊接型电力，并控制AC焊接型电力的极性；以及控制电路。控制电路基于换向选择输入而确定阈值输出电流(204，206)，确定输出电流以及AC焊接型电力的极性，并且当输出电流小于阈值输出电流时(204，206)，控制换向器电路以改变AC焊接型电力的极性。

Description

具有可调整AC电流换向阈值的焊接型电力供应器

相关申请

本申请主张2016年8月16日申请的名为“具有可调整AC电流换向阈值的焊接型电力供应器(Welding-Type Power Supplies with Adjustable AC Current CommutationThresholds)”的第62/375,830号美国临时专利申请以及2016年8月7日申请的名为“具有可调整AC电流通信阈值的焊接型电力供应器(Welding-Type Power Supplies withAdjustable AC Current Communication Thresholds)”的第15/670,168号美国专利申请的优先权。第62/375,830号美国临时专利申请以及第15/670,168号美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开总的来说涉及交流焊接型系统，并且更明确地说，涉及具有可调整AC电流换向阈值的焊接型电力供应器。

发明内容

提供用于具有可调整AC电流换向阈值的焊接型电力供应器的方法和系统，实质上如附图中的至少一幅所图示并且结合附图中的至少一幅所描述，如权利要求书中更全面地阐述。

附图说明

图1示出根据本公开的各个方面的具有可调整电流换向阈值的示范性焊接型系统。

图2是图示根据本公开的各个方面的由图1的实例焊接型系统输出的实例输出交流波形的曲线图。

图3是图示实例机器可读指令的流程图，其中所述实例机器可读指令可由控制电路执行以实施图1的焊接型电力供应器来基于可调整电流换向阈值而输出AC焊接型电力。

附图并未按比例绘制。视情况，附图中使用相同或相似的附图标记来表示类似或相同的要素。

具体实施方式

常规AC焊接系统具有由制造商基于由用户选择的输出电流而调谐的预设电流换向电平。

与常规AC焊接系统相反，所公开的实例焊接型电力供应器实现电流换向阈值到焊接型电力供应器的输入以控制电流换向时序。所公开的实例还独立于输出电流的选择而实现电流换向阈值的选择，从而提供改变电流换向阈值以使电弧较软(较少噪声且强度较低)或如现今一样使电弧强度更高并具有驱动能力。

所公开的实例通过实现在AC应用中具有较少熔池搅动的较软电弧而改进焊接型操作。所公开的实例还提供焊接熔池的改善的润湿作用、较少可闻噪声和/或焊接电弧的改进的方向控制。

所公开的实例包含AC焊接型电源，其中AC焊接型电源包含用于输出电力的控制的AC波形的换向电流的控制。换向电流的控制能够通过为了控制而选择的任何类型的波形改变焊接电弧的动态特性。所公开的实例为操作员提供与使用怎样的输出电流峰值无关地控制电弧的灵活性。在一些实例中，电流换向控制处于设定范围或不受限的范围内，和/或可关联于电源上的其它控制变量，例如，AC频率、电流幅度、AC电流平衡、AC波形形状、AC脉冲调制波形和/或任何其它变量。

所公开的实例焊接型电力供应器包含接口装置、电力转换器、换向器电路和控制电路。接口装置接收换向选择输入。电力转换器将输入电力转换为焊接型电力。换向器电路输出交流(AC)焊接型电力，并控制AC焊接型电力的极性。控制电路基于换向选择输入而确定阈值输出电流，确定输出电流以及AC焊接型电力的极性，并且当输出电流小于阈值输出电流时，控制换向器电路改变AC焊接型电力的极性。

在一些实例电力供应器中，控制电路基于将换向选择输入乘以AC焊接型电力的正峰值电流与负峰值电流之间的比而确定阈值输出电流。在一些实例中，换向选择输入包含峰值电流的百分比，并且控制电路被配置成基于将换向选择输入乘以正峰值电流设定点或负峰值电流设定点而确定阈值输出电流。在一些实例中，控制电路基于波形控制由电力转换器使用以输出焊接型电力的电压电平或电流电平。在一些实例中，换向选择输入可在第一离散换向阈值与第二离散换向阈值之间选择，其中第一离散换向阈值和第二离散换向阈值对应于不同电弧特性。在一些实例中，换向选择输入可沿着实质上连续的换向阈值范围进行选择。

在一些实例电力供应器中，控制电路将阈值输出电流设定为等于经由换向选择输入而接收的值。在一些实例中，阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上是相同值。在一些实例中，阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上是不同值。在一些实例中，控制电路基于AC频率、电流幅度、AC电流平衡、AC波形形状或AC脉冲调制波形中的至少一个而确定阈值输出电流。

所公开的实例非暂时性机器可读存储装置包含或存储机器可读指令，其中所述机器可读指令在被执行时使控制电路控制换向器电路以控制来自电力转换器的焊接型电力的极性以输出交流电(AC)，基于来自用户接口的换向选择输入而确定阈值输出电流，确定输出电流以及AC焊接型电力的极性，并且当输出电流小于阈值输出电流时，控制换向器电路以改变AC焊接型电力的极性。

在一些实例中，所述指令使控制电路基于AC频率、电流幅度、AC电流平衡、AC波形形状或AC脉冲调制波形中的至少一个而确定阈值输出电流。在一些实例中，所述指令使控制电路基于将换向选择输入乘以AC焊接型电力的正峰值电流与负峰值电流之间的比而确定阈值输出电流。在一些实例中，换向选择输入包含峰值电流的百分比，并且控制电路被配置成基于将换向选择输入乘以正峰值电流设定点或负峰值电流设定点而确定阈值输出电流。在一些实例中，换向选择输入可在第一离散换向阈值与第二离散换向阈值之间选择，其中第一离散换向阈值和第二离散换向阈值对应于不同电弧特性。

在一些实例中，阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上具有相同值。在一些实例中，阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上是不同的。在一些实例中，所述指令使控制电路将阈值输出电流设定为等于经由换向选择输入而接收的值。在一些实例中，换向选择输入可沿着实质上连续的换向阈值范围进行选择。

所公开的实例焊接型电力供应器包含接口装置、电力转换器、换向器电路和控制电路。接口装置接收交流(AC)控制变量。电力转换器将输入电力转换为焊接型电力。换向器电路输出交流(AC)焊接型电力，并控制AC焊接型电力的极性。控制电路基于经由接口装置接收的AC控制变量而确定阈值输出电流，确定输出电流以及AC焊接型电力的极性，并且当输出电流小于阈值输出电流时，控制换向器电路以改变AC焊接型电力的极性。

在一些实例电力供应器中，AC控制变量包含AC频率、电流幅度、AC电流平衡、AC波形形状或AC脉冲调制波形中的至少一个。在一些实例中，阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上具有不同值。在一些实例中，阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上具有相同值。

如本文所使用，焊接型电力表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热、空气碳弧切割和/或刨削(CAC-A)、熔覆和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的电力。

如本文所使用，焊接型系统包含能够供应焊接型电力的任何装置，包含逆变器、转换器、斩波器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器等以及与其相关联的控制电路和其它附属电路。

如本文所使用，在参照电压或电流使用时并且在被比较的电压/电流具有相同极性时，“小于”表示“较接近于0”。例如，2安培的电流是小于3安培的电流，并且-2安培是小于-3安培的电流。

图1示出具有可调整电流换向阈值的示范性焊接型系统100。如下所述，图1的实例系统100与常规焊接电力供应器相比实现对AC焊接型电弧的改善的控制。

系统100包含用户接口装置102、电力转换器104、换向器电路106和控制电路108。系统100接收输入电力110并将焊接型AC电力提供到焊接型焰炬112以对工件114执行AC焊接型操作。

实例用户接口装置102接收电流选择103作为输入。在一些实例中，电流选择输入是对于正极性的正电流换向阈值、对于负极性的负电流换向阈值和/或从中得到正电流换向阈值和/或负电流换向阈值的电流选择。

电力转换器104将输入电力110转换为AC焊接型电力。例如，电力转换器104可以是切换模式电力供应器或任何其它类型的电力供应器。

换向器电路106控制输送到焊接型焰炬112和工件114的AC焊接型电力的极性。例如，换向器电路106可包含由门驱动电路116控制的四个绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成的桥，以在正电流(例如，电极正)与负电流(例如，电极负)之间切换输出电力的极性。门驱动电路116由控制电路108控制。

控制电路108基于来自用户接口装置102的电流选择输入而确定正和负换向阈值电流。控制电路108基于来自电流传感器122的电流反馈120而确定输出电流118以及AC焊接型电力的极性。实例电流传感器122可以是例如电耦接和/或磁耦接到换向器电路106的输出和/或焰炬112(例如，电极)的变流器，电流传感器122可测量输出电流118的幅度和/或极性。模/数转换器(ADC)电路124将电流反馈120转换为数字表示以输入到控制电路108。

控制电路108经由输送到电力转换器控制器128的电流命令126而控制电流幅度。控制电路108可基于反馈120控制由电力转换器104使用以输出焊接型电力的电压电平或电流电平。在一些实例中，控制电路108基于波形而控制电压电平或电流电平。电力转换器控制器128可以是例如比较器，其将电流命令126(例如，期望输出电流)与电流反馈120(例如，所测量的输出电流)进行比较以产生误差信号130。误差信号130控制电力转换器104增大或减小输出到换向器电路106的输出电压和/或电流(例如，焊接型电力132)。

控制电路108比较输出电流与阈值输出电流(例如，基于极性，正换向电流或负换向电流)。当输出电流小于阈值输出电流时，控制电路108控制换向器电路106以改变输出电流118的极性。在图1的实例中，控制电路108将极性信号134输出到门驱动电路116，这使门驱动电路116控制换向器电路106以设定或切换输出电流118的输出极性。

电流命令126和/或极性信号134可以是模拟或数字输出信号。在一些实例中，控制电路108将电流命令126和/或极性信号134确定为数字信号，它们接着在输出处由控制电路108通过数/模转换器(DAC)电路转换为模拟信号。

图2是图示由图1的实例焊接型系统100输出的实例AC波形202的曲线图200。实例AC电流波形202表示针对AC电流波形202随着时间而变的输出电流118。曲线图200还图示实例正电流换向阈值204以及实例负电流换向阈值206。

在波形202的负极性部分208期间，控制电路108监视来自电流传感器122的电流反馈120。当控制电路108确定输出电流118小于负电流换向阈值206时，控制电路108经由极性信号134而控制门驱动电路116以将输出电流118的极性切换到正极性。

类似地，在波形202的正极性部分210期间，控制电路108监视电流反馈120。当控制电路108确定输出电流小于正电流换向阈值204时，控制电路108经由极性信号134而控制门驱动电路116以将输出电流118的极性切换到负极性。

虽然图2的阈值204、206相等而具有不同极性，但在其它实例中，阈值204、206可由用户独立地选择或基于输入和/或一个或更多个其它控制变量以程序化方式确定。实例控制变量包含AC频率、电流幅度、AC电流平衡、AC波形形状和/或AC脉冲调制波形。在又一些其它实例中，阈值204、206中的一个或两个可基于阈值204、206之间强制使用的比来调整。例如，如果阈值204被设定为第一电流，那么通过将一因子应用到阈值204来设定阈值206。因子可自动地确定和/或经由用户接口装置102来输入。例如，阈值204、206可基于如下方式来确定：选择阈值204、206中的一个并基于所输入的阈值以及正峰值电流与负峰值电流之间的比来计算阈值204、206中的另一个。在一些实例中，用户能够在多个离散电平的电流换向阈值204、206之间进行选择以实现较硬或较软的电弧特性。作为附加或替代，用户可从实质上连续的值范围选择阈值204、206。实质上连续的值范围可使用阈值204、206内的相对小的递增步长(例如，0.1A、0.5A、1A、2A、5A、10A)或任何其它增量来实施，所述实质上连续的值范围的调整响应于如下输入：诸如按压用户接口装置102上的按钮和/或转动用户接口装置102上的拨盘、从遥控装置接收通信和/或接收包含换向阈值204、206的改变的任何其它有线或无线通信。

图3是图示实例机器可读指令300的流程图，其中所述实例机器可读指令300可由控制电路108执行以实施图1的焊接型系统100来基于可调整电流换向阈值而输出AC焊接型电力。

在框302中，控制电路108确定是否已接收输出电流的选择。例如，控制电路108可经由图1的用户接口装置102而接收AC电流幅度选择。如果已接收输出电流的选择(框302)，那么在框304中，控制电路108设定输出电流。例如，控制电路108可基于输出电流选择103来设定电流命令126。

在框306中，控制电路108确定是否已接收换向电流阈值的选择。例如，控制电路108可经由用户接口装置102而直接地或间接地接收正电流换向阈值204和/或负电流换向阈值206的选择或配置。如果已接收换向电流阈值的选择(框306)，那么在框308中，控制电路108确定正电流换向阈值和/或负电流换向阈值。例如，控制电路108可基于正电流换向阈值以及一个或更多个其它因子的直接选择来计算负电流换向阈值，和/或基于负电流换向阈值以及一个或更多个其它因子的直接选择来计算正电流换向阈值。

在框310中，控制电路108确定是否正发生焊接型操作。如果正发生焊接型操作(框310)，那么在框312中，控制电路108接收输出电流118的电流反馈120。例如，控制电路108可读取来自ADC 124的样本输入。在框314中，控制电路确定输出电流的极性。输出电流的极性可基于电流反馈120和/或基于对极性信号134值的追踪。

在框316中，控制电路108确定输出电流118是否小于所述电流极性的电流换向阈值。例如，如果控制电路108在框314中确定电流极性是正，那么控制电路108比较输出电流118(基于反馈120)与正电流换向阈值204。如果输出电流118小于所述电流极性的电流换向阈值(框316)，那么在框318中，控制电路108控制换向器电路106(例如，经由极性信号134和门驱动电路116)以改变焊接型电力的极性。

在改变焊接型电力的极性(框318)之后，如果输出电流118不小于所述电流极性的电流换向阈值(框316)或如果没有焊接型操作正在发生(框310)，那么控制返回到框302。

本发明的方法和系统可实现在硬件、软件和/或硬件与软件的组合中。硬件和软件的典型组合可包含一个或更多个专用集成电路和/或芯片。一些实施方案可包括上面存储有一行或更多行代码的非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪速存储器、光盘、磁性存储盘等)，所述代码可由机器执行以由此使机器执行如本文所述的过程。如本文所使用，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包含所有类型的机器可读存储介质，并且不包含传播信号。

如本文所利用，术语“电路”和“线路”表示物理电子部件(即，硬件)以及可配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用，例如，特定处理器和存储器可在执行第一一行或更多行代码时构成第一“电路”，并且可在执行第二一行或更多行代码时构成第二“电路”。如本文所利用，“和/或”意味由“和/或”连接的列表中的项目中的任何一个或更多个。作为实例，“x和/或y”意味三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任一元素。换句话说，“x和/或y”意味“x和y中的一个或两个”。作为另一实例，“x、y和/或z”意味七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任一元素。换句话说，“x、y和/或z”意味“x、y和z中的一个或更多个”。如本文所利用，术语“示范性”意味充当非限制性实例、例子或说明。如本文所利用，术语“譬如”和“例如”引述一个或更多个非限制性实例、例子或说明的列表。如本文所利用，只要电路包括对于执行功能来说必要的硬件和代码(如果需要)，电路便“可操作”以执行所述功能，而不管所述功能的执行是否被停用或是不启用(例如，通过用户可配置的设定、工厂微调等)。

虽然已参照某些实施方案来描述本发明的方法和/或系统，但本领域的技术人员应理解，可进行各种改变，并且可替代等同物，而不偏离本发明的方法和/或系统的范围。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适应于本公开的教示，而不偏离本公开的范围。例如，可组合、划分、重新布置和/或以其它方式修改所公开的实例的方框和/或部件。因此，本发明的方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。实际上，本发明的方法和/或系统将包含落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案，无论是在字面上还是根据等同原则都是如此。

Claims (23)

1.一种焊接型电力供应器，包括：

接口装置，所述接口装置被配置成接收换向电流阈值选择输入；

电力转换器，所述电力转换器被配置成将输入电力转换为焊接型电力；

换向器电路，所述换向器电路被配置成输出交流焊接型电力，并控制所述交流焊接型电力的极性；以及

控制电路，所述控制电路被配置成：

基于所述换向电流阈值选择输入而设置换向电流阈值，其中所述换向电流阈值选择输入包括对应于不同电弧特性的多个输入值，所述不同电弧特性与所述换向电流阈值的不同值相关联；

确定所述交流焊接型电力的输出电流以及所述交流焊接型电力的所述极性；并且

当所述输出电流小于所述换向电流阈值时，控制所述换向器电路改变所述交流焊接型电力的所述极性。

2.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述控制电路被配置成基于将所述换向电流阈值选择输入乘以所述交流焊接型电力的正峰值电流与负峰值电流之间的比而确定所述换向电流阈值。

3.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述换向电流阈值选择输入包括峰值电流的百分比，并且所述控制电路被配置成基于将所述换向电流阈值选择输入乘以正峰值电流设定点或负峰值电流设定点而确定所述换向电流阈值。

4.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述换向电流阈值选择输入可在第一离散换向阈值与第二离散换向阈值之间选择，所述第一离散换向阈值和所述第二离散换向阈值对应于不同电弧特性，或所述换向电流阈值选择输入可沿着实质上连续的换向阈值范围进行选择。

5.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述控制电路被配置成将所述换向电流阈值设定为等于经由所述换向电流阈值选择输入而接收的值。

6.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述换向电流阈值相对于参考电流在正电流上或负电流上是相同值。

7.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述换向电流阈值相对于参考电流在正电流上或负电流上是不同值。

8.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述控制电路被配置成基于交流频率、电流幅度、交流电流平衡、交流波形形状或交流脉冲调制波形中的至少一个而确定所述换向电流阈值。

9.根据权利要求1所述的焊接型电力供应器，其中所述不同电弧特性包括较软或较硬的电弧特性。

10.一种包括机器可读指令的非暂时性机器可读存储装置，其中所述机器可读指令在被执行时使控制电路：

控制换向器电路以控制来自电力转换器的焊接型电力的极性以输出交流焊接型电力；

基于来自用户接口的换向电流阈值选择输入而设置换向电流阈值，其中所述换向电流阈值选择输入包括对应于不同电弧特性的多个输入值，所述不同电弧特性与所述换向电流阈值的不同值相关联；

确定所述交流焊接型电力的输出电流以及所述交流焊接型电力的极性；并且

当所述输出电流小于所述换向电流阈值时，控制所述换向器电路以改变所述交流焊接型电力的所述极性。

11.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述指令在被执行时使所述控制电路基于交流频率、电流幅度、交流电流平衡、交流波形形状或交流脉冲调制波形中的至少一个而确定所述换向电流阈值。

12.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述指令在被执行时使所述控制电路基于将所述换向电流阈值选择输入乘以正峰值电流设定点或负峰值电流设定点而确定所述换向电流阈值。

13.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述换向电流阈值选择输入可在第一离散换向阈值与第二离散换向阈值之间选择，所述第一离散换向阈值和所述第二离散换向阈值对应于不同电弧特性。

14.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述换向电流阈值相对于参考电流在正电流或负电流上是相同值。

15.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述换向电流阈值相对于参考电流在正电流或负电流上是不同的。

16.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述指令在被执行时使所述控制电路将所述换向电流阈值设定为等于经由所述换向电流阈值选择输入而接收的值。

17.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读存储装置，其中所述换向电流阈值选择输入可沿着实质上连续的换向阈值范围进行选择。

18.一种焊接型电力供应器，包括：

接口装置，所述接口装置被配置成接收交流控制变量，其中所述交流控制变量包括交流频率、电流幅度、交流电流平衡、交流波形形状或交流脉冲调制波形中的至少一个；

电力转换器，所述电力转换器被配置成基于所述交流控制变量将输入电力转换为焊接型电力；

换向器电路，所述换向器电路被配置成输出交流焊接型电力，并控制所述交流焊接型电力的极性；以及

控制电路，所述控制电路被配置成用于：

基于经由所述接口装置接收的所述交流控制变量而设置换向电流阈值；

确定所述交流焊接型电力的输出电流以及所述交流焊接型电力的所述极性；并且

当所述输出电流小于所述换向电流阈值时，控制所述换向器电路以改变所述交流焊接型电力的所述极性。

19.根据权利要求18所述的焊接型电力供应器，其中所述换向电流阈值相对于参考电流在正电流或负电流上是不同值。

20.根据权利要求18所述的焊接型电力供应器，其中所述换向电流阈值相对于参考电流在正电流或负电流上是相同值。

21.一种焊接型电力供应器，包括：

接口装置，所述接口装置接收换向选择输入；

电力转换器，所述电力转换器将输入电力转换为焊接型电力；

换向器电路，所述换向器电路输出交流焊接型电力，并控制所述交流焊接型电力的极性；以及

控制电路，所述控制电路被配置成：

基于所述换向选择输入而确定阈值输出电流；

确定输出电流以及所述交流焊接型电力的所述极性；并且

当所述输出电流小于所述阈值输出电流时，控制所述换向器电路改变所述交流焊接型电力的所述极性,

其中所述阈值输出电流相对于参考电流在正电流上或负电流上是不同值。

22.一种包括机器可读指令的非暂时性机器可读存储装置，其中所述机器可读指令在被执行时使控制电路：

控制换向器电路以控制来自电力转换器的焊接型电力的极性以输出交流焊接型电力；

基于来自用户接口的换向选择输入而确定阈值输出电流；

确定输出电流以及所述交流焊接型电力的极性；并且

当所述输出电流小于所述阈值输出电流时，控制所述换向器电路以改变所述交流焊接型电力的所述极性,

其中所述阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上是不同的。

23.一种焊接型电力供应器，包括:

接口装置，所述接口装置接收交流控制变量；

电力转换器，所述电力转换器将输入电力转换为焊接型电力；

换向器电路，所述换向器电路输出交流焊接型电力，并控制所述交流焊接型电力的极性；以及

控制电路，所述控制电路用于：

基于经由所述接口装置接收的所述交流控制变量而确定阈值输出电流；

确定输出电流以及所述交流焊接型电力的所述极性；并且

当所述输出电流小于所述阈值输出电流时，控制所述换向器电路以改变所述交流焊接型电力的所述极性,

其中所述阈值输出电流相对于参考电流在正电流或负电流上是不同值。

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