CN1253996C - 用于电焊机的电源装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电焊机的电源装置，包括整流器(104)和滤波电容器(106)，该两者一起工作将商用AC电源电压转换为DC电压。该DC电压由逆变器(108)转换为高频电压，该高频电压随后由电压变压器(110)进行电压变换。经电压变换的高频电压由整流二极管(112)和滤波电抗器(114)转换为DC电压，产生的DC电压加到工件(118a)和焊炬(118b)。电流检测器(120)产生负载电流表示信号，控制电路(122)控制驱动逆变器(108)的驱动电路(126)，从而使负载电流表示信号与参考源(124)提供的参考电流信号相等。当用小负载电流时，脉冲形成开关(140)反复关闭和打开以由脉冲电流设置源(139)产生脉冲电流。该脉冲电流叠加在来自控制电路(122)的控制信号上。

Description

用于电焊机的电源装置

技术领域

本发明涉及用于电焊机的电源装置，更具体地说，涉及适用于为需要小电流的电焊机负载提供脉动电流的电源装置。

背景技术

为了焊接小电子元件，常常使用激光。但是，激光需要专用设备，并且用于激光的电源装置很昂贵。因此，最近对于用小电流TIG焊接这种元件的需求在增加。

图1示出了现有技术TIG电焊机的电路框图。来自三相商用AC电源的连接到输入端2a、2b和2c的AC电压加到整流器4并被整流。整流器4的输出由滤波电容6平滑为DC电压。然后DC电压加到逆变器8并被转换为高频电压。该高频电压加到变压器10，并在此被转换为具有给定幅度的高频电压。经过电压转换的高频电压由整流二极管12，12整流，并在通过输出端16a和16b加到工件18a和焊炬18b之前由滤波电抗器14平滑。电流检测器20检测加到工件18a和焊炬18b的电流，并产生表示检测到的电流值的电流表示信号。该电流表示信号加到控制电路22。该控制电路22还接收来自参考源24的参考电流信号。控制电路22将一控制信号提供给驱动电路26，以使电流表示信号和参考电流信号之间的差为零(0)。响应该控制信号，驱动电路26控制逆变器8的半导体开关器件的导通周期，从而为工件18a和焊炬18b提供与参考电流相对应的负载电流。高频发生器28通过耦合线圈30耦接在输出端16b和滤波电抗器14之间。高频发生器28用于击穿由工件18a和焊炬18b之间的间隙产生的绝缘，从而在它们之间开始电弧放电。高频发生器28将频率为1MHz到3MHz的5kV-20kV的高频电压短时间加到工件18a和焊炬18b之间以启动电焊机。电容器31用于从高频发生器28旁路高频信号。

电焊机用户有时需要用小电流，例如约1A，来TIG焊接小尺寸的电子元件。但是，如图2所示，为了维持电弧放电，需要0.5A或更大的负载电流。较小的负载电流将使电弧放电终止。此外，DC电流变压器有时用作电流检测器20。在这种情况下，一个电流变压器必须检测范围从例如1A的小电流到例如300A的大电流的电流。对于较小的电流，这种电流变压器不能产生线性的电流表示信号。为了确保线性，可以采用Hall效应电流检测器，但是，Hall效应电流检测器对于小电流趋于在电流表示信号中产生漂移，因此，必须控制这种漂移。为了消除对这种漂移控制的需要，在输出端16a和16b之间串联连接DC电源32、限流电阻34和开关36的组合。当需要例如1A的小电流流过工件18a和焊炬18b时，开关36闭合。例如通过整流商用AC电源或通过整流变压器10中附加的次级线圈中感应的电压来提供DC电源32。

但是，为了提供DC电源32，至少额外需要一个整流器。当变压器10具有附加的次级线圈时，必须在该附加的次级线圈和连接二极管12的次级线圈之间提供绝缘。因此，必须用隔离变压器作为变压器10。此外，当在工件18a和焊炬18b上加有大电流时，DC电源32不需要输出电流，因此，开关36打开。如此，当电焊机既要在大电流下工作又要在小电流下工作时，需要复杂的电路结构。

TIG电焊机可以具有顺序电路(未示出)以及定序器控制38。顺序电路用于启动操作，例如提供惰性气体，而定序器控制38用于控制顺序电路。当电流流过工件18a和焊炬18b时，定序器控制38检测电流并操作顺序电路。当负载电流小时，例如1A，得不到足以启动顺序电路操作的电流表示信号。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种适用于电焊机，例如TIG电焊机的电源装置，该装置具有简单的电路结构，能够用小电流进行TIG焊接，并且即使在负载电流很小的情况下也能够使顺序电路工作，而不会失效。

根据本发明的用于电焊机的电源装置具有DC电源，其能够例如通过对AC电源，或更具体地说是商用AC电源的整流和滤波提供DC信号。来自DC电源的DC信号在可能为高频开关装置，例如逆变器的高频转换装置中被转换为高频信号。一个变压器变换来自该高频转换装置的高频信号。DC转换装置将来自变压器的经变换的高频信号转换为DC信号，并为电焊机负载提供负载电流。该负载电流可以被设置为电流值范围中所希望的值。DC转换装置可以包括整流装置和滤波装置。提供脉冲电流供应装置当从DC转换装置向负载提供的负载电流被设置为一小于预定电流值的值时，该脉冲电流供应装置提供峰值电流大于预定电流值的脉冲电流。

利用上述的配置，当设定的负载电流值小于预定电流值时，提供峰值电流大于预定电流值的脉冲电流。该脉冲电流可以使控制例如惰性气体供应的顺序电路正常工作而不会失效。此外，只要流过峰值大于预定电流值的脉冲电流，就可以维持电弧放电。

电焊机的电源装置可以具有控制装置，用来控制高频转换装置，从而使流过电焊机负载的负载电流具有设定的电流值。该控制装置接收表示负载电流的负载电流表示信号。该负载电流表示信号可以由例如负载电流检测装置提供。控制装置还接收表示预定电流值的参考电流信号。该控制装置控制高频转换装置，从而使负载电流表示信号和参考电流信号之间的差为零(0)。脉冲电流供应装置控制高频转换装置，从而当设定的负载电流值小于预定电流值时使流过负载的负载电流包含脉冲电流。例如，当负载电流值设置为小于预定电流值的值时，脉冲电流供应装置在负载电流表示信号或参考电流信号上周期性地叠加脉冲信号。

利用该配置，通过控制高频转换装置可以在负载电流中包含脉冲电流，这消除了对用于在DC转换装置的输出中产生脉冲电流的专用电路的需要。因此，可以简化电焊机电源装置的电路。

替代地，可以安排脉冲电流供应装置以预定的间隔反复向负载提供脉冲电流。在该配置中，在DC转换装置的输出中提供充放电装置。该充放电装置由脉冲电流的每一个脉冲充电，并在没有电流脉冲时放电。

利用该配置，因为在没有电流脉冲时充放电装置放电，所以在没有电流脉冲时可以维持大的负载电流值，并且由此可以防止电弧放电的中断。

电源装置可以包括响应脉冲电流中的脉冲而工作的定序器控制。或者，该定序器控制可以通过用于采样并保持负载电流的采样-保持装置的输出来工作。

因为该定序器控制响应脉冲电流的出现来工作，所以由定序器控制来控制的顺序电路可以工作，例如提供惰性气体，而不会失效。

附图说明

图1是用于TIG电焊机的现有技术的电源装置的电路框图；

图2示出了在图1的TIG电焊机电源装置中的负载电流和负载电压之间的关系；

图3是根据本发明的一个实施例的用于TIG电焊机的电源装置的电路框图；

图4是用在图3的电源装置中的脉冲电流检测器的详细的电路框图；

图5示出了当在图3的电源装置中设定小的电流值时流过的负载电流。

具体实施方式

在图3中示出的根据本发明的一个实施例的电源装置与TIG电焊机一起使用，该电源装置包括输入端102a、102b和102c。AC电源，例如三相商用AC电源，其连接到输入端102a-102c。除了三相商用AC电源处，也可以采用单相商用AC电源。来自三相商用AC电源的AC电压耦合到整流装置，例如整流器104整流。该整流器104由多个整流二极管(未示出)，例如四个整流二极管，以例如全桥结构连接。整流器104的输出由滤波电容器106平滑为DC电压。整流器104和滤波电容器106形成DC电源。

来自该DC电源的DC电压耦合到高频转换装置，例如逆变器108，在此被转换为高频电压。逆变器108可以是半桥型或全桥型。除了逆变器108，可以使用由半导体开关器件，例如IGBT、功率FET、双极型晶体管或可控硅形成的高频开关电路。

来自逆变器108的高频电压耦合到例如电压变压器110的变压器的初级线圈110P，变压器还具有次级线圈110S，在其中感应出经电压变换为预定值的高频电压。

整流二极管112和113的阳极分别连接到电压变压器110的次级线圈110S的两端中的一个。二极管112和113的阴极一起连接到电源装置的输出端116a。次级线圈110S设置中心抽头，并通过平滑装置，例如滤波电抗器114连接到电源装置的输出端116b。该输出端116a适于连接到工件118a，而输出端116b适于连接到焊炬118b。工件118a和焊炬118b形成电焊机负载。于是，在由工件118a和焊炬118b之间的间隙形成的绝缘被击穿的情况下，在电压变压器110的次级线圈110S中感应的高频电压被二极管112和113整流，被电感器114平滑，并加在工件118a和焊炬118b之间，产生从工件118a到焊炬118b的负载电流。整流二极管112和平滑电感114一起作为DC转换装置。

为了保持负载电流的恒定，电流检测器120检测加到工件118a的电流，并产生表示加到工件118a上的电流的电流表示信号。例如，可以采用Hall效应电流检测器或DC电流变换器作为电流检测器120。来自电流检测器120的电流表示信号通过例如脉冲电流检测器121的脉冲电流检测装置耦合到控制装置，例如控制电路122，脉冲电流检测器121将在后面详细介绍。

来自参考源124的参考电流信号也耦合到控制电路122。安排参考源124提供可变的参考电流信号。控制电路122将这种控制信号提供给驱动电路126，以使电流表示信号和参考电流信号之间的差为零(0)。驱动电路126进行工作，根据由控制电路122提供的控制信号控制(例如PWM控制)逆变器108的半导体开关器件的导通周期，从而使具有对应于参考电流信号的值的DC负载电流流过工件118a和焊炬118b。由此，通过改变参考电流信号的值，流过工件118a和焊炬118b的负载电流的值可以设置为在大电流，例如300A和小电流，例如1A之间范围内所希望的值。

高频发生器128通过在输出端116b和滤波电抗器114之间的耦合线圈130耦合。该高频发生器128用于击穿由工件118a和焊炬118b之间的间隙产生的绝缘，从而在它们之间启动电弧放电。在TIG电焊机启动期间，高频发生器128将频率为例如1-3MHz，幅度为5-20kV的高频电压短时间加到工件118a和焊炬118b之间。电容器131用于旁路由高频发生器128产生的高频信号。

如图4所示，脉冲电流检测器121包括用于放大来自电流检测器120的电流表示信号的放大器132和134。放大器132的输出信号加到控制电路122，且放大器134的输出信号加到采样-保持电路136。即使当电流表示信号是表示例如1A的小电流的信号时，它也被放大器132和134放大，由此，放大以后的大信号加到控制电路122和采样-保持电路136。来自采样-保持电路136的输出信号耦合到定序器控制装置，例如定序器控制138。根据来自采样-保持电路136的输出信号，定序器控制138控制用于控制例如用来控制在TIG电焊机中所用的惰性气体供应的顺序电路(未示出)。

TIG电焊机电源装置具有脉冲电流供应装置。具体地说，串联连接的脉冲电流设置源139和开关装置，例如脉冲形成开关140，通过由二极管142和144构成的OR电路连接到控制电路122的输出端。响应由脉冲形成开关操作机构146提供的命令信号，脉冲形成开关140以给定的频率，例如从100Hz到250Hz和给定的占空比，例如从10％到80％，在闭合和打开状态之间切换。来自参考源124的参考电流信号加到脉冲形成开关操作机构146。当参考电流信号设置为对应于小于预定电流值，例如5A的负载电流的值时，该脉冲形成开关操作机构146为脉冲形成开关140提供命令信号。预定电流值是这样的值，小于该值，顺序电路不能正常工作或电弧放电趋于中断。当产生命令信号时，频率从100Hz到250Hz且占空比从10％到80％的脉冲信号叠加在加到驱动电路126的控制信号上。逆变器108由叠加有脉冲信号的控制信号控制，由此，负载电流变为其上周期性地叠加有脉冲电流IP的基部电流(base current)IB1或IB2，如图5所示。

充放电装置，例如充放电电路，连接在二极管112和113的阴极连接在一起的节点以及滤波电抗器114和耦合线圈130连接在一起的节点之间。具体地说，充电二极管148的阳极连接到二极管112和113的阴极的连接点，二极管148的阴极连接到充电电容器150的一端。该充电电容器150的另一端连接到滤波电抗器114和耦合线圈130的连接点。放电电阻152与充电二极管148并联连接。当图5中所示的脉冲电流IP流过时，电容器150通过充电二极管148充电，当没有脉冲电流IP流过时，该电容器150通过放电电阻152放电。放电时间常数根据脉冲电流的频率确定，并且可以是例如从10ms到30ms。

利用如上介绍的TIG电焊机电源装置的配置，如果设置参考源124以提供大于预定电流值的负载电流，例如5A，脉冲形成开关操作机构146使脉冲形成开关140打开。在这种情况下，利用加在输出端116a和116b之间的DC电压，高频发生器128的工作导致由工件118a和焊炬118b之间的间隙产生的绝缘的击穿，从而产生电弧电压和流过工件118a与焊炬118b的DC负载电流。

来自电流检测器120的表示负载电流的电流表示信号加到脉冲电流检测器121的放大器132和134。放大后的电流表示信号加到控制电路122，随后，该控制电路122将一控制信号提供给驱动电路126，以便使放大的电流表示信号与来自参考源124的参考电流信号相等。以这种方式，控制负载电流具有与参考源124中所设定的参考电流信号相对应的恒定值。由于负载电流的值大于5A，并且恒定，所以脉冲电流检测器121的采样-保持电路136不工作，并且定序器控制138以正常方式工作，以使顺序电路响应流过的负载电流工作并开始控制惰性气体等的供应。

电容器150通过充电二极管148由负载电流充电。当电容器150两端的电压大于输出端116a和116b之间的电压时，电容器150通过电阻152放电。但是，因为放电电流相对于5A的负载电流很小，所以对负载电流的影响也很小。

当设置来自参考源124的参考电流信号以使负载电流的平均值小于5A，例如1A时，如图5中的水平虚线所示，响应来自脉冲形成开关操作机构146的命令信号，脉冲形成开关140在闭合和打开状态之间切换。在开关140闭合的时间间隔中，驱动电路126接收来自控制电路122的控制信号，在该控制信号上叠加了来自脉冲电流设置源139的信号。结果，在开关140闭合的时间间隔中，在电压变压器110的次级线圈110S中感应的高频电压增加。该高频电压由二极管112和113整流，并由滤波电抗器114平滑，但不能完全平滑。因此，电容器150由平滑的高频电压的峰值电压充电。然后，脉冲电流IP流入负载。

因为参考源124的设置是使得提供平均值小于5A，例如1A的负载电流，所以控制电路122提供控制信号以使平均值为1A的负载电流流过电流检测器120。因此，如果脉冲电流IP的峰值具有例如5A的幅值，则在脉冲电流IP的相邻电流脉冲之间的基部电流应小于1A，如图5中“IB1”所示，以便保持负载电流的平均值为1A。这趋于导致电弧放电的中断。但是，当没有脉冲电流IP流过时，即，在脉冲电流IP的相邻电流脉冲之间的时间间隔期间，电容器150两端的电压大于输出端116a和116b之间的电压，因此，电容器150通过放电电阻152放电。因此，电流从输出端116a流向输出端116b。该电流使负载电流提高到图5中由“IB2”表示的电流，并使基部电流部分平坦。这防止了电弧放电的中断。

因此，由如上所述的电源装置供电的电焊机能利用小电流焊接小尺寸的元件，例如小的电子元件，而不会导致电弧放电中断。用于产生用在小电流焊接中脉冲电流的配置可以通过简单地将脉冲电流设置源139、脉冲形成开关140和脉冲形成开关操作机构146连接到用于驱动逆变器108的驱动电路126上而得到。

当脉冲电流IP开始流动时，来自电流检测器120的电流表示信号是脉冲形的。但是，在加到采样-保持电路136之前该信号由放大器134进行充分地放大。因此，来自电流检测器120的电流表示信号可以被可靠地采样和保持，由此，可以提供具有足够幅度的信号来操作定序器控制电路138。

通过用于TIG电焊机的电源装置的实施例介绍了本发明，但是不同类型的电焊机中的电源装置也可以实施本发明。

脉冲电流IP的值在本文中为5A，但是，也可以是其它值，或可以响应由参考源124设置的参考电流信号变化。

在上述的配置中，由包括脉冲电流设置源139和脉冲形成开关140的脉冲电流供应装置提供的脉冲电流叠加在来自控制电路122的控制信号上。或者，脉冲电流可以叠加在来自脉冲电流检测器121的信号上或叠加在来自参考源124的参考电流信号上。

除了将输出端116a连接到工件118a并将另一输出端116b连接到焊炬118b之外，输出端116a也可以连接到焊炬118b，而输出端116b连接到工件118a。

脉冲形成开关140可以是机械的或电子的。

Claims (4)

1.一种用于电焊机的电源装置，包括：

DC电源；

用于将由所述DC电源提供的DC信号转换为高频信号的高频转换装置；

用于变换所述高频信号的变压器；以及

用于将来自所述变压器的经变换的高频信号转换为DC信号的DC转换装置，以便为电焊机负载提供可被设置为在一个电流值范围内的希望值的负载电流；

其特征在于：该电源装置还包括脉冲电流供应装置，当所述负载电流被设置为小于一个预定电流值的值时，该脉冲电流供应装置为所述电焊机负载提供峰值大于该预定电流值的脉冲电流，

所述预定电流值是导致顺序电路不能正常工作或电弧趋于中断的值。

2.根据权利要求1的电源装置，还包括：

用来控制所述高频转换装置的控制装置，从而使所述负载电流具有所述设定电流值；

当所述负载电流被设为小于所述预定电流值的值时，所述脉冲电流供应装置控制所述高频转换装置，从而使所述负载电流包含由所述脉冲电流供应装置提供的脉冲电流。

3.根据权利要求1的电源装置，其中所述脉冲电流供应装置以预定的间隔反复向所述电焊机负载提供所述脉冲电流；以及

所述电源装置还包括在所述DC转换装置的输出侧的充放电装置，所述充放电装置由所述脉冲电流的每个脉冲充电，并在没有脉冲电流时放电。

4.根据权利要求1的电源装置，所述电源装置与TIG电焊机一起使用，并且该电源装置还包括响应所述脉冲电流的发生而工作的定序器控制器件。

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