CN1262384C - 具有减少开关损耗的元件的电弧加工电源 - Google Patents

Abstract

一种用于进行电弧加工操作的电源，包括和市电交流电源相连的一次整流器和与所述整流器相连的逆变器。一个开关装置被设置在整流器和逆变器之间。通过控制从整流器向逆变器提供的电源，所述开关装置能够阻止在逆变器中发生大的开关损耗。

Description

具有减少开关损耗的元件的电弧加工电源

技术领域

本发明涉及一种用于进行电弧加工操作例如电弧焊接、电弧切割和等离子体电弧加工的电源。具体地说，本发明涉及一种这样的电弧加工电源，其可以减少当通过开关器件把直流电转换成高频交流电时发生的开关损耗。

背景技术

图1是电路示意图，说明利用焊枪1对物体2进行电弧加工的常规电源。标记DR1表示一次侧整流器，用于把来自市电电源(AC)的输出转换成直流。标记C1表示用于对转换的直流电压滤波的电容器。一次整流器DR1和滤波电容器C1的组合提供所示系统的直流电源。

常规的电源系统包括由桥式连接的第一到第四开关元件TR1～TR4提供的逆变器。第一和第四开关元件TR1、TR4构成第一开关对，而第二和第三元件TR2、TR3构成第二开关对。为了把直流转换成高频交流，第一和第二开关对按照从开关驱动器或逆变器驱动器SD提供的第一到第四驱动信号Tr1～Tr4而交替地导通和截止。

当开关元件TR1～TR4从导通状态改变为截止状态时，可能发生其极性与元件TR1～TR4的极性相反的高电压(浪涌电压)。为了保护元件TR1～TR4免遭所述浪涌电压，4个二极管DR3～DR6和元件TR1～TR2并联连接，以便把这些元件旁路。提供和逆变器相连的主变压器INT，用于把一次电压改变为适用于电弧加工的二次电压。变压器INT的二次线圈和二次整流器DR2相连，所述二次整流器把变压器INT的交流输出转换成用于电弧加工的直流电压。这个电压通过直流电抗器DCL提供。

输出电流检测器ID输出电流检测信号Id。比较操作器ER将检测信号Id与输出电流设置信号Ir加以比较，并产生比较信号Er＝Ir-Id。输出控制器SC实行PWM(脉宽调制)控制，其中脉冲的频率保持相同，而脉冲的宽度是变化的。具体地说，根据比较信号Er，输出控制器SC控制第一输出控制信号Sc1的脉宽(见图2中的Sc1)和第二输出控制信号Sc2的脉宽(见图2中的Sc2)。

开关驱动器SD根据第一输出控制信号Sc1而输出两个相同的第一和第四驱动信号Tr1、Tr4，还根据第二输出控制信号Sc2而输出两个相同的第二和第三驱动信号Tr2、Tr3。

图2是一个定时图，表示下述参数当中的关系：第一输出控制信号Sc1，第二输出控制信号Sc2，第一驱动信号Tr1(其与第四驱动信号Tr4相同)，第二驱动信号Tr2(其与第三驱动信号Tr3相同)，第一开关元件TR1的叠加的集电极-发射极电压V1(实线)和集电极电流Ic1(虚线)，以及第二开关元件TR2的叠加的集电极-发射极电压V2(实线)和集电极电流Ic2(虚线)。

现在说明第一和第二开关元件TR1、TR2的操作。应当注意，第三和第四开关元件TR3、TR4的操作与第一和第二开关元件的操作相同，因此下面不再予以说明。

首先，图1所示的启动开关TS向输出控制器SC输出一个启动信号Ts。在收到该信号之后，控制器SC输出第一输出控制信号Sc1和相对于第一输出控制信号Sc1移动了半个周期的第二输出控制信号Sc2。如图2所示，第一输出控制信号Sc1和第二输出控制信号Sc2分别具有脉冲持续时间T1和T2，该持续时间由比较信号Er(＝Ir-Id)确定。

一般地说，开关元件从导通状态变为截止状态比从截止状态变为导通状态需要相对长的时间。因此，如果不采取任何针对措施，第一和第二开关对的导通状态将重叠，因而发生“电桥臂短路”。为避免发生这种情况，在驱动信号Tr1的导通状态和驱动信号Tr2的导通状态之间有一合适的间歇T7(见图2)。

在t＝t1，开关驱动器SD输出第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4。在收到这些信号之后，第一和第四元件TR1、TR4从截止状态改变为导通状态。此时，发生开关损耗(以下称为“导通损耗”)，如图2的区域Ln1所示。

在t＝t2(图2)，开关驱动器SD和第一输出控制信号Sc1同步地使第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4截止。因而，第一和第四元件TR1、TR4从导通状态改变为截止状态。这引起开关损耗，或“截止损耗”，由区域Lf1表示。除此之外，当第一和第四元件TR1、TR4在导通期间T3工作于饱和区域时，还发生饱和损耗(图中未示)。

当上述间歇T7终止，例如第一和第四元件TR1、TR4从导通状态变为截止状态，而第二和第三元件TR2、TR3已经处于截止状态。因而，在第一和第四元件TR1、TR4的发射极和集电极之间将发生浪涌电压。所述浪涌电压通过旁路二极管DR3～DR6导通，从而被滤波电容器C1吸收。

现在说明截止损耗。在从导通状态向截止状态过渡期间，第一和第四元件TR1、TR4是不饱和的。此时，第一元件TR1的集电极电流Ic1(以及第四元件TR4的集电极电流)比在所述元件饱和时减少，而元件TR1(和TR4)的集电极-发射极电压增加。截止损耗由集电极电流Ic1和集电极-发射极电压V1的乘积确定(见图2中的区域Lf1)。如果使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为第一和第四元件TR1、TR4，则在集电极-发射极电压V1上升之后，集电极电流Ic相当慢地变为0。结果，使截止损耗较大。

现在说明导通损耗。在从截止状态向导通状态过渡期间，第一和第四元件TR1、TR4(或TR2、TR3)成为饱和的。因此，第一元件的集电极-发射极电压V1(以及第四元件的集电极-发射极电压)比在截止状态下减少，而第一元件的集电极电流(以及第四元件的集电极电流)增加。集电极电流Ic1和集电极-发射极电压V1的乘积产生导通损耗(见图2中的区域Ln1)。和截止损耗相比，导通损耗非常小，其影响可以忽略。

接着说明饱和损耗。当第一和第四元件TR1、TR4在导通状态下饱和时，第一元件TR1的集电极电流Ic是额定电流，集电极-发射极电压V1是饱和电压。在这种状态下，发生饱和损耗，其由集电极电流Ic1和集电极-发射极电压V1的乘积确定。饱和电压取决于开关元件的性能和驱动条件。此外，饱和损耗不受开关频率的影响，基本上是常数。因而，本发明不针对减少饱和损耗这个问题。

在t＝t3，如图2所示，开关驱动器SD输出第二驱动信号Tr2和第三驱动信号Tr3。在收到所述信号时，第二元件TR2和第三元件TR3从截止状态改变为导通状态。此时，发生由区域Ln2表示的开关损耗。

和第二输出控制信号Sc2同步，开关驱动器SD在t＝t4(图2)使第二驱动信号Tr2和第三驱动信号Tr3截止。因而，第二和第三元件TR2、TR3由导通状态改变为截止状态，且发生由区域Lf2表示的截止损耗。此外，因为在导通间隔T4期间第二和第三元件TR2、TR3工作于饱和区域内，所以发生饱和损耗。导通间隔T3和T4的长度相同。

在常规的逆变器电路中，当元件TR1～TR4从导通状态改变为截止状态时，将发生非常大的开关损耗(截止损耗)。当逆变器的频率增加时，每个单位时间的开关操作次数也增加。从而使得每单位时间的开关损耗变大。这就要求有较大的冷却装置以防止开关元件TR1～TR4过热。因而，使得电源整体上变大，这导致成本的增加。

发明内容

本发明是在上述的环境下提出的。因此，本发明的目的在于提供一种电弧加工电源，使得和常规的装置相比，开关损耗显著减小。

按照本发明，提供一种电弧加工电源，所述电源包括：用于输出直流电压的直流电路；逆变器电路，其包括具有第一和第四开关元件的一对开关元件和具有第二和第三开关元件的另一对开关元件，所述第一到第四开关元件被连接形成桥式电路，用于把直流电压转换成高频交流电压；变压器，用于把高频交流电压转换成适用于电弧加工处理的电压；整流器电路，用于整流由所述变压器变换的电压以便输出直流电压；设置在所述直流电路和所述逆变器电路之间的电源通/断装置，用于控制从该直流电路到该逆变器电路的输出；辅助电容器，用于当电源通/断装置的输入电压基本上等于电源通/断装置的输出电压时，使电源通/断装置导通；输出控制电路，用于提供第一和第二输出控制信号，以便进行所需的反馈控制，所述第一输出控制信号和所述第二输出控制信号之间错开半个周期；电源通/断驱动器，其当所述第一输出控制信号变为高电平时使电源通/断装置导通，当第一输出控制信号变为低电平时使电源通/断装置截止；以及逆变器驱动，其当第一输出控制信号变为高电平时，使第一和第四开关元件导通，而且当第一输出控制信号变为低电平并经过了预定的电容器放电时间间隔时，使第一和第四开关元件截止，所述逆变器驱动器还被设置用于当第二输出控制信号变为高电平时，使第二和第三开关元件导通，而当第二输出控制信号变为低电平并经过了预定的电容器放电时间间隔时，使第二和第三开关元件截止。

优选地，电源通/断驱动器还可以在第二输出控制信号变为高电平时使电源通/断装置导通，并且可以在第二输出控制信号变为低电平时使电源通/断装置截止。

优选地，本发明的电源还可以包括滤波电路，所述滤波电路具有串联连接的电容相同的第一和第二滤波电容器，所述滤波电路和所述直流电路并联连接。所述电源通/断装置包括第一电源通/断开关和第二电源通/断开关，第一电源通/断开关被设置在所述直流电路的正侧和逆变器电路的正侧之间，用于控制直流电路的输出，第二电源通/断开关被设置在直流电路的负侧和逆变器电路的负侧之间，用于控制直流电路的输出。

优选地，本发明的电源还包括两个二极管，其中所述两个二极管中的一个被设置在所述滤波电路的中点和第一电源通/断开关的发射极侧之间，两个二极管中的另一个被设置在所述滤波电路的中点和第二电源通/断开关的集电极侧之间。

优选地，本发明的电源还可以包括第一和第二浪涌返回开关，其中第一浪涌返回开关被设置在滤波电路的中点和第一电源通/断开关的发射极侧之间，用于向所述滤波电路导通所述浪涌电压，所述浪涌电压当所述第一和第四开关元件截止时发生，并且其中所述第二浪涌返回开关被设置在滤波电路的中点和第二电源通/断开关的集电极侧之间，用于向滤波电容器导通另一个浪涌电压，所述另一个浪涌电压当所述第二和第三开关元件截止时发生。

优选地，所述电源通/断驱动器可以在第一输出控制信号变为高电平时使第一电源通/断开关导通，同时当所述第二输出控制信号变为高电平时使第二电源通/断开关导通。此外，所述电源通/断驱动器可以在第一输出控制信号变为低电平时使第一电源通/断开关截止，同时当所述第二输出控制信号变为低电平时使第二电源通/断开关截止。

优选地，所述逆变器驱动器可以在第一输出控制信号变为低电平并经过所述电容器放电时间间隔时使第一浪涌返回开关导通，并且在经过一个预定的时间长度之后，使导通的第一浪涌返回开关截止。此外，所述逆变器驱动器可以在第二输出控制信号变为低电平并且经过所述电容器放电时间间隔时使第二浪涌返回开关导通，并且在经过一个预定的时间长度之后，使导通的第二浪涌返回开关截止。

优选地，所述电容器放电时间间隔可以具有一个起点和一个终点。所述起点可以被规定为当第一和第二输出控制信号中的任何一个变为低电平时的时间点，而所述终点可以被规定为当所述辅助电容器的输出放电小于一个预定的门限时的时间点。

本发明的其它特征和优点由下面结合附图所进行的详细说明即可以更加清楚地看出。

附图说明

图1是常规的电弧加工电源的电路图；

图2是说明常规电源的操作的定时图；

图3是按照本发明的实施例的电弧加工电源的电路图；

图4是用于说明本发明的电源的操作的定时图；

图5是按照本发明的第二实施例的电弧加工电源的电路图；

图6是图5所示的逆变器驱动器SRC的主要元件；

图7是按照本发明的第三实施例的电弧加工电源的电路图；

图8是图7所示的逆变器驱动器SRV的主要元件；

图9是按照本发明的第四实施例的电弧加工电源的电路图；

图10是图9所示的电源的操作的定时图；

图11是按照本发明的第5实施例的电弧加工电源的电路图；

图12是按照本发明的第6实施例的电弧加工电源的电路图；以及

图13是按照本发明的第7实施例的电弧加工电源的电路图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的优选实施例。

图3是按照本发明的实施例的电弧加工电源的电路图。由图3和图1之间的比较可见，本发明的电源包括和常规电源中所用元件相同的元件。在图3中，这些相同的元件用和图1中所用标记相同的标记表示。这些相同的元件的操作和常规结构中的相应的元件的操作相同，因而下面不再重复关于这些元件的说明。

此外，在本发明中，第一开关对由第一和第四开关元件TR1、TR4构成，第二开关对由第二和第三开关元件TR2、TR3构成。第一和第四开关元件TR1、TR4以相同的方式操作，第二和第三元件TR2、TR3以相同的方式操作。因而，下面只说明第一和第二元件TR1、TR2的操作。

在图3所示的电源中，开关元件TR5被置于滤波电容器C1和辅助电容器C2之间，这3个元件串联连接。开关元件TR5作为斩波器用于控制从直流电源电路提供的电压。开关元件TR5被二极管D7旁路，用于保护免受否则将出现在元件TR5两端的高电压。

提供辅助电容器C2以使开关元件TR5能够进行零电压转换。即使不提供辅助电容器C2，当开关元件TR5截止时，提供给逆变器电路的电压也变为0。在这种状态下，逆变器电路的开关元件可以进行零电压转换。不过，开关元件TR5将承受一些开关损耗。在另一方面，在提供辅助电容器C2的情况下，施加在开关元件TR5上的电压成为0。结果，可以实现开关元件TR5的零电压转换，同时逆变器电路的开关元件可以在零伏下截止。

当第一输出控制信号Sc1变为高电平时，开关或逆变器驱动器SR输出第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4。此后，当第一输出控制信号Sc1变为低电平时，逆变器驱动器SR在经过辅助电容器的预定的放电时间间隔Ta之后，停止输出第一元件驱动信号Tr1和第四元件驱动信号Tr4。然后，当第二输出控制信号Sc2变为高电平时，逆变器驱动器SR输出第二元件驱动信号Tr2和第三元件驱动信号Tr3。然后，当第二输出控制信号Sc2变为低电平时，在经过放电时间间隔Ta之后，逆变器驱动器SR停止第二元件驱动信号Tr2和第三元件驱动信号Tr3的输出。

电源通/断驱动电路CR计算第一输出控制信号Sc1和第二输出控制信号Sc2的逻辑或以及第一元件驱动信号Tr1和第二元件驱动信号Tr2的逻辑或。此外，驱动电路CR计算由所述逻辑或所获得的两个结果的逻辑与。驱动电路CR输出逻辑与的结果作为电源截止驱动信号Cr。

现在参看图4所示的定时图，其表示图3所示的电源的操作。在该图中，标记Sc1表示第一输出控制信号，Sc2表示第二输出控制信号，Tr1表示第一元件驱动信号，Tr2表示第二元件驱动信号，Cr表示电源通/断驱动信号，Vc2表示辅助电容器C2的端电压，V1表示第一元件TR1的集电极-发射极电压，Ic1表示第一元件TR1的集电极电流，V2表示第二元件TR2的集电极-发射极电压，Ic2表示第二元件TR2的集电极电流，V5表示电源通/断开关元件TR5的集电极-发射极电压，以及Ic5表示开关元件TR5的集电极电流。

在收到来自启动开关TS(见图3)的启动信号Ts时，输出控制电路SC输出第一输出控制信号Sc1和第二输出控制信号Sc2。第一输出控制信号Sc1具有脉冲宽度T1，第二输出控制信号Sc2具有脉冲宽度T2。这些脉冲宽度由比较信号Er确定。在t＝t1，在收到第一输出控制信号Sc1时，逆变器驱动器SR输出第一驱动信号Tr1和与该第一驱动信号Tr1相同的第四驱动信号Tr4。根据这些信号，第一和第四元件TR1、TR4从截止状态变为导通状态。因而，第一开关元件的集电极电流Ic1流动。此外，在第一和第四元件TR1、TR4中发生由图3所示的区域Ln3表示的导通损耗。所述导通损耗由集电极电流Ic1和集电极电压V1的乘积确定。

在t＝t7，第一输出控制信号Sc1被截止。然后，在经过辅助电容器的预定放电时间间隔TA之后(即在t＝t2)，逆变器驱动器SR截止第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4。在时间间隔T3(＝T1+Ta)期间，第一和第四开关元件TR1、TR4处于导通状态，并且发生饱和损耗。

在t＝t7，电源通/断驱动信号Cr和第一输出控制信号Sc1同时被截止。因而，开关元件TR5从导通状态变为截止状态，借以终止来自直流电路的直流电压的供应。在导通状态时间间隔T5期间，在开关元件T5中发生饱和损耗。

在t＝t2，第一驱动信号Tr1和第二驱动信号Tr2被截止，从而第一和第四开关元件TR1、TR4变为截止状态。此时，辅助电容器C2的端电压Vc2已经为零。因而，第一和第四开关元件TR1、TR4在输入与输出电压基本上为零的状态下被截止，因此截止损耗基本上为零。为了避免上述的电桥臂短路，在t＝t2和t＝t3之间设置间歇T7。

在t＝t3，和第二元件驱动信号Tr2同步，电源通/断驱动信号Cr接通。因而，开关元件TR5变为导通状态。在这个阶段，辅助电容器C2被完全充电，这间接地和主变压器INT的漏感有关。因而，开关元件TR5可以在输入和输出电压基本相同的条件下导通。

在t＝t3，在收到第二输出控制信号Sc2时，逆变器驱动器SR输出第二元件驱动信号Tr2和第三元件驱动信号Tr3，从而把第二和第三元件TR2、TR3从截止状态变为导通状态。在这个阶段，第二元件的集电极电流Ic2流过，并在第二和第三元件TR2、TR3中发生由区域Ln4表示的开关损耗(导通损耗)。

在t＝t8，第二输出控制信号Sc2被截止。然后，在t＝t4(经过辅助电容器的预定放电时间间隔Ta之后)，逆变器驱动器SR使第二元件驱动信号Tr2和第三元件驱动信号Tr3截止。在时间间隔T4(＝T2+Ta)期间，第二和第三元件TR2、TR3处于导通状态，并发生饱和损耗。用于驱动电路CR的电源通/断驱动信号Cr和第二输出控制信号Sc2同时被截止。在开关元件TR5的导通时间间隔T5期间，将发生饱和损耗。当开关元件TR5截止时，停止从直流电源电路提供直流电压。

在t＝t4，第二元件驱动信号Tr2和第三元件驱动信号Tr3被截止，从而使第二和第三元件TR2、TR3变为截止状态。在这个阶段，跨在辅助电容器C2两端的端电压Vc2已经为零。第二和第三元件TR2、TR3在输入和输出电压基本相同(0V)的条件下截止，从而截止损耗可以基本为零。

在t＝t7和t＝t2之间，开关元件TR5的集电极-发射极电压V5通过在开关元件TR5的截止时间间隔T6期间辅助电容器C2的放电和再充电产生。在t＝t1和t＝t7之间，开关元件TR5的集电极电流Ic5是通过第一开关对(即TR1、TR4)的集电极电流Ic1。同样，在t＝t3和t＝t8之间，集电极电流Ic5是通过第二开关对(即TR2、TR3)的集电极电流Ic2。

现在参看图5，图5是按照本发明的第二实施例的电弧加工电源的电路图。在图5中，和图3相同的标记表示相同的元件(具有相同的功能)。

第二实施例的电源包括一次电流检测电路CT，该电路设置在变压器INT的一次线圈和连接第一和第三元件TR1、TR3的节点之间。检测电路CT检测一次电流(辅助电容器C2的放电电流)，并输出一次电流检测信号Ct。检测信号Ct被输入到逆变器驱动器SRC。如图6所示，驱动器SRC由两个或门OR3和OR4、两个用于一次电流的逆变器设置时间电路TI1和TI2、及4个缓冲器门BF1～BF4构成。第一时间电路TI1当第一输出控制信号Sc1被截止时开始工作。时间电路TI2按照第一电流检测信号Ct而改变辅助电容器的放电时间间隔Ta。当检测信号Ct的值变得小于预定门限时，时间电路TI1结束放电时间间隔Ta。或门OR3计算第一输出控制信号Sc1和放电时间间隔Ta的逻辑或，输出“或”信号Or3。然后，“或”信号Or3被第一和第四缓冲器门BF1、BF4分裂(split)，从而作为第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4被输出。第二时间电路TI2的工作和第一时间电路TI1相同。

现参看图4所示定时图而说明图5所示的第二实施例的操作。当第一输出控制信号Sc1在t＝t1被输入到逆变器驱动器SRC时，逆变器驱动器SRC输出第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4。因而，第一和第四开关元件TR1、TR4从截止状态变为导通状态。当在t＝t7第一输出控制信号Sc1被截止时，第一时间电路TI1开始操作，并按照第一电流检测信号Ct来确定对应于时间间隔Ta的信号的输出持续时间。

图7是按照本发明的第三实施例的电弧加工电源的电路图。在图7中和图3相同或相似的元件用相同的标记表示。除去下面说明的不同之外，第三实施例的电源和第一实施例的电源相同。

图7的电源具有一次电压检测电路CV，其和辅助电容器C2并联连接，用于检测电容器C2的放电电压。检测的结果作为电压检测信号Cv被输出。

如图8所示，第三实施例的逆变器驱动器SRV设置有电压比较器CP和参考电压设置电路VR，此二者均未出现于图6的逆变器驱动器SRC中。逆变器驱动器SRV还设置有逆变器驱动设置时间电路TV1，用于代替图6的时间电路TI1，并设置有另一个逆变器驱动设置时间电路TV2，用于代替图6的时间电路TI2。电压比较器CP比较电压检测信号Cv和由参考电压设置电路VR确定的参考电压设置信号Vr。如果信号Cv小于信号Vr，则电压比较信号Cp被截止。时间电路TV1在第一输出控制信号Sc1截止时开始操作，以便输出放电时间间隔信号Ta。当电压比较信号Cp截止时，电路TV1结束放电时间间隔信号Ta。其它操作与第二实施例相同。

下面参照图4所示的定时图来说明图7所示的第三实施例的操作。当第一输出控制信号Sc1在t＝t1被输入到逆变器驱动器SRV时，逆变器驱动器SRV输出第一元件驱动信号Tr1和第四元件驱动信号Tr4，从而使第一和第四开关元件TR1、TR4从截止状态变为导通状态。

当在t＝t7使第一输出控制信号Sc1截止时，图8所示的时间电路TV1开始操作，以便输出放电时间间隔信号Ta。然后，电压比较器CP比较电压检测信号Cv和由设置电路VR确定的参考电压设置信号Vr。如果检测信号Cv小于设置信号Vr，则电压比较器CP使比较信号Cp截止。当信号Cp截止时，时间电路TV1结束放电时间间隔信号Ta的输出。

图9是按照本发明的第四实施例的电弧加工电源的电路图。在图9中，和图3所示相同或类似的元件用与图3相同的标记表示。

第一和第二滤波电容器C3、C4相互串联连接，同时它们的组合和一次整流器DR1并联连接。两个电容器C3、C4的电容相同。市电交流电源AC提供范围为380V-15％到575V+15％的电压。整流器DR1和滤波电容器C3、C4的组合提供一个高压直流电路。

开关元件TR6、TR9交替地导通和截止，用于控制来自上述高压直流电路的电源。利用所示的结构，由于在主变压器INT的漏感中的能量而使辅助电容器C2充电到高电压。这个电压可以大于开关元件TR6、TR9的额定电压。为避免发生这种情况，提供浪涌电压旁路元件(或称返回元件)TR7、TR8，用于将电容器C2的不需要的电压传导到滤波电容器C3、C4。

设置辅助电容器C2，以使开关元件TR6、TR9能够在施加有基本相等的输入和输出电压(零电压)下导通。此处应当注意，为了实现零电压转换，辅助电容器C2不是必需的，因为施加于逆变器电路的电压当开关元件TR6、TR9截止时变为零。不过，如果没有电容器C2，则在开关元件TR6、TR9中将发生所有的开关损耗。

在图9中，高压电源通/断驱动电路HCR计算第一输出控制信号Sc 1和第一元件驱动信号Tr1的逻辑与，从而输出对于开关元件TR6的驱动信号Tr6。当第一元件驱动信号Tr1截止时，驱动电路HCR输出具有预定持续时间10的驱动信号Tr7用于避浪涌开关元件TR7。此外，驱动电路HCR计算第二输出控制信号Sc2和第二元件驱动信号Tr2的逻辑与，以便输出对于开关元件TR9的驱动信号Tr9。当驱动信号Tr2被截止时，则驱动电路HCR输出具有预定持续时间T11的驱动信号Tr8以用于避浪涌(surge-evading)开关元件TR8。

图10是图9所示的电源的操作的定时图。在图10中，从顶部到底部可以看到，标记Tr1指的是第一元件驱动信号Tr1的波形，标记Tr2指的是第二元件驱动信号Tr2的波形，标记Tr6指的是第一电源驱动信号Tr6的波形，标记Tr7指的是第一避浪涌开关元件驱动信号Tr7的波形，标记Tr9涉及第二电源元件驱动信号Tr9的波形，标记Tr8指的是第二避浪涌开关元件驱动信号Tr8的波形，标记Vc2指的是施加于辅助电容器C2上的电压的波形，标记V1指的是第一开关元件TR1的集电极-发射极电压的波形，标记Ic1指的是第一元件TR1的集电极电流的波形，标记V2指的是第二开关元件TR2的集电极-发射极电压的波形，标记Ic2指的是第二元件TR2的集电极电流的波形，标记V6指的是第一电源通/断开关元件TR6的集电极-发射极电压的波形，标记Ic6指的是开关元件TR6的集电极电流的波形，标记V9指的是第二电源通/断开关元件TR9的集电极-发射极电压的波形，标记Ic9指的是开关元件TR9的集电极电流的波形。

在t＝t1，第一和第四开关元件TR1、TR4在收到第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4时从截止状态改变为导通状态。与此同时，输出第一电源元件驱动信号Tr6，使开关元件Tr6从截止状态改变为导通状态。在这个阶段，在辅助电容器C两端的电压Vc2等于E/2，其中E是来自电源AC的经过整流和滤波的电源电压。电压E是被分成两半是因为两个滤波电容器C3、C4具有相同的电容。随着集电极电流Ic1流过，在第一和第四开关元件TR1、TR4中就发生由区域Ln5表示的导通损耗。

在导通间隔T8期间，在开关元件TR6中发生饱和损耗。当在t＝t7驱动信号Tr6截止时，开关元件TR6截止，因而加于逆变器电路的电源停止。当开关元件TR6截止时，第一滤波电容器C3和辅助电容器C2基本上相等地充电。因而，在开关元件TR6上施加的电压为零，不发生截止损耗。

在t＝t2，驱动信号Tr1、Tr4截止，从而使第一和第四开关元件TR1、TR4从导通状态变为截止状态。这发生在经过辅助电容器的放电时间间隔Ta之后(即辅助电容器C2已放掉足够的电量)。因而，由第一和第四开关元件截止引起的截止损耗基本上为零。然后，当电容器C2上存储的电荷基本上为零时，避浪涌开关元件TR7导通，这不引起导通损耗。元件TR7在预定的时间间隔T10内被保持在导通状态。

借助于使第一和第四开关元件TR1、TR4截止，由于变压器INT的漏感和电容器C2的能量而产生的电动势使得辅助电容器C2开始充电。当电容器C2两端的电压Vc2变得大于E/2(滤波电容器C3两端的电压)时，电流通过避浪涌开关元件TR7流动，并且电容器C2两端的电压Vc2保持为E/2。

为了防止发生电桥臂短路(在逆变器电路的桥式连接中的短路)，在t＝t2和t＝t3之间提供一个间歇T7。在t＝t3，输出驱动信号Tr2、Tr3，以使第二和第三元件TR2、TR3从截止状态变为导通状态。此外，输出驱动信号Tr9，使第二电源通/断开关元件TR9由截止状态变为导通状态。辅助电容器C2两端的电压Vc2是E/2。随着第二元件的集电极电流Ic2流过，在第二和第三元件TR2、TR3中就发生由区域Ln6所示的导通损耗。

在导通时间间隔T9期间，在开关元件TR9中发生饱和损耗。当在t＝t9使驱动信号Tr9截止时，开关元件TR9被截止，因而供给逆变器电路的电源停止。当开关元件TR9截止时，滤波电容器C4和辅助电容器C2基本上相等地充电。因而，施加于开关元件TR9上的电压为零，不发生截止损耗。

在t＝t4，驱动信号Tr2、Tr3被截止，从而使第二和第三元件TR2、TR3由导通状态变为截止状态。在这个阶段，存储在辅助电容器C2中的电荷是0，因而截止损耗基本上是0。然后，当电容器C2的存储电荷是0时，避浪涌开关元件TR8导通。有利的是，这不产生导通损耗。在第二和第三元件TR2、TR3截止时，由于和电容器C2相关的变压器INT的漏感而引起的电动势而使辅助电容器C2开始充电。

为了防止电桥臂短路，在t＝t4和t＝t5之间提供一个间歇。

此后，重复上述过程。

图11是按照本发明的第5实施例的电弧加工电源的电路图。在图11中，和第四实施例相同或类似的元件用和图9所用的标记相同的标记表示。

电流检测器CT被设置在变压器INT的一次线圈与连接第一和第三开关元件TR1、TR3的节点之间。检测电路CT检测检测一次电流(即辅助电容器C2的放电电流)，并输出电流检测信号Ct。逆变器驱动器SRC执行和第二实施例的逆变器驱动器相同的操作。

现在参照图10的定时图说明第五实施例的电源的操作。在t＝t1，第一输出控制信号Sc1(图10未示出)被输入到逆变器驱动器SRC。一旦收到这个信号，逆变器驱动器SRC即输出开关元件驱动信号Tr1、Tr4，使第一和第四开关元件TR1、TR4从截止状态变为导通状态。

在t＝t7，第一输出控制信号Sc1被截止，并且开关元件设置时间电路TI1开始操作，从而输出开关元件设置信号Ta。信号Ta的导通时间间隔根据电流检测信号(即来自辅助电容器C2的放电电流)Ct而确定。具体地说，当电流检测信号Ct小于预定门限时，信号Ta的导通时间间隔结束。

图12是按照本发明的第6实施例的电弧加工电源的电路图。在图12中，和第四实施例相同或类似的元件用和图9中所用的标记相同的标记表示。

电压检测电路CV和辅助电容器C2并联连接。电路CV检测电容器C2两端的电压(即来自电容器C2的放电电压)，并输出电压检测信号Cv。开关元件驱动器SRV执行和第三实施例的开关元件驱动器相同的操作。

现在参照图10所示的定时图说明第六实施例的操作。在t＝t1，第一输出控制信号Sc1被输入到逆变器驱动器SRV。一旦收到第一输出控制信号Sc1，逆变器驱动器SRV即输出驱动信号Tr1、Tr4，从而使第一和第四开关元件TR1、TR4由截止状态变为导通状态。

在t＝t7，第一输出控制信号Sc1被截止，并且开关元件设置时间电路TV1开始操作，从而输出开关元件设置信号Ta。电压比较器CP比较电压检测信号Cv和由参考电压设置电路VR确定的参考电压设置信号Vr(零电压)。如果电压检测信号Cv小于参考电压设置信号Vr，则电压比较信号Cp被截止，这结束设置信号Ta的输出。

图13是按照本发明的第7实施例的电弧加工电源的电路图。在图13中，和第四实施例的电源相同或类似的元件用和图9中所用标记相同的标记表示。

除去第四实施例的避浪涌开关元件TR7和TR8被省略之外，第七实施例的高压电源基本上和第四实施例(图9)的高压电源相同。

在图13所示的电源中，辅助电容器C2的电容被选择得使由变压器INT的漏感的能量引起的所有电动势都用于对辅助电容器C2充电，并且辅助电容器C2两端的电压不大于第一开关元件TR1至第四开关元件TR4的额定电压。

下面参照图10的定时图说明第七实施例的操作。在t＝t7，开关元件TR6截止，从而终止从滤波电容器C3对逆变器电路的电源供应。开关元件TR6的截止在滤波电容器C3和辅助电容器C2被相等地充电时实现。在这个状态下，开关元件TR6两端的电压是0，因而截止损耗为零。

在t＝t2，第一驱动信号Tr1和第四驱动信号Tr4截止，从而使第一和第四开关元件TR1、TR4截止。在这个阶段，在辅助电容器C2中的充电电压已经为零。因而，在元件TR1、TR4中的截止损耗为零。在导通时间间隔T3期间，在元件TR1、TR4上发生一些饱和损耗。

在t＝t2，第一和第四开关元件TR1、TR4截止。在这个阶段，由于变压器INT的漏感和辅助电容器C2的能量而产生电动势，并且电容器C2开始充电。按照第七实施例，如上所述，通过合适地调节电容器C2的电容，使得要存储在电容器C2中的电荷不超过第一到第四开关元件TR1～TR4的额定电压。

按照第七实施例，电容器C2的电容被最佳化，这使得能够省略图9所示的避浪涌开关元件TR7、TR8。

根据以上描述可见，本发明的电弧加工电源包括直流电路和逆变器电路，其中前者把市电电源的交流电源变换成直流电压，后者接收来自直流电路的直流电压。在直流电路和逆变器电路之间，具有电源通/断开关装置，用于控制从直流电路对逆变器电路的电源供应。

逆变器电路包括桥式连接的两个开关对(每对由两个晶体管构成)，其中一个开关对和另一个开关对交替地导通和截止。按照本发明，在任何一个开关对从导通状态改变为截止状态之前，电源通/断开关装置被截止，从而终止从直流电路对逆变器电路的直流电压的供应。通过这种方式，在开关对中的截止损耗可以基本上为零。由于截止损耗被减到最小，所以和常规的装置相比，可以大大提高逆变器的操作频率，这使得能够减少逆变器的开关对的冷却系统的尺寸，并且减少主变压器的尺寸。

通过在直流电路和逆变器电路之间包括电源通/断开关，本发明的电弧加工电源可以带来由电源通/断开关引起的附加的饱和损耗。不过，应当注意，与逆变器电路的开关对中所减少的截止损耗相比，所述附加饱和损耗只是很小的一部分。

至此对本发明进行了说明，显然，本发明可以用许多方式加以改动。这些改动不应当被认为脱离了本发明的构思和范围，显然，对于本领域的技术人员，所有这些改型都包括在下面的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种电弧加工电源，所述电源包括：

用于输出直流电压的直流电路；

逆变器电路，其包括由第一和第四开关元件构成的一对开关元件和由第二和第三开关元件构成的另一对开关元件，所述第一到第四开关元件被连接形成桥式电路，用于把直流电压转换成高频交流电压；

变压器，用于把所述高频交流电压转换成适用于所需电弧加工处理的电压；

整流器电路，用于整流由所述变压器变换的电压以便输出直流电压；

设置在所述直流电路和所述逆变器电路之间的电源通/断装置，用于控制从所述直流电路到所述逆变器电路的输出；

辅助电容器，用于当所述电源通/断装置的输入电压基本上等于该电源通/断装置的输出电压时，使该电源通/断装置导通；

输出控制电路，用于提供第一和第二输出控制信号，以便进行所需的反馈控制，所述第一输出控制信号和所述第二输出控制信号之间错开半个周期；

电源通/断驱动器，用于当所述第一输出控制信号变为高电平时使所述电源通/断装置导通，当所述第一输出控制信号变为低电平时使所述电源通/断装置截止；以及

逆变器驱动器，用于当所述第一输出控制信号变为高电平时，使所述第一和第四开关元件导通，而且当所述第一输出控制信号变为低电平并经过了预定的电容器放电时间间隔时，使所述第一和第四开关元件截止，所述逆变器驱动器还被设置用于当所述第二输出控制信号变为高电平时，使所述第二和第三开关元件导通，而且当所述第二输出控制信号变为低电平并经过了预定的电容器放电时间间隔时，使所述第二和第三开关元件截止。

2.如权利要求1所述的电源，其中所述电源通/断驱动器还在所述第二输出控制信号变为高电平时使所述电源通/断装置导通，并且在所述第二输出控制信号变为低电平时使所述电源通/断装置截止。

3.如权利要求1所述的电源，进一步包括滤波电路，所述滤波电路具有串联连接的电容相同的第一和第二滤波电容器，所述滤波电路和所述直流电路并联连接，其中所述电源通/断装置包括第一电源通/断开关和第二电源通/断开关，该第一电源通/断开关被设置在所述直流电路的正侧和逆变器电路的正侧之间以控制该直流电路的输出，该第二电源通/断开关被设置在所述直流电路的负侧和逆变器电路的负侧之间以控制该直流电路的输出。

4.如权利要求3所述的电源，进一步包括两个二极管，其中所述两个二极管中的一个被设置在所述滤波电路的中点和所述第一电源通/断开关的发射极侧之间，两个二极管中的另一个被设置在所述滤波电路的中点和所述第二电源通/断开关的集电极侧之间。

5.如权利要求3所述的电源，进一步包括第一和第二浪涌返回开关，其中该第一浪涌返回开关被设置在所述滤波电路的中点和所述第一电源通/断开关的发射极侧之间，用于向所述滤波电路传导所述浪涌电压，所述浪涌电压当所述第一和第四开关元件截止时发生，而其中所述第二浪涌返回开关被设置在所述滤波电路的中点和所述第二电源通/断开关的集电极侧之间，用于向所述滤波电路传导另一浪涌电压，所述另一浪涌电压当所述第二和第三开关元件截止时发生。

6.如权利要求3所述的电源，其中所述电源通/断驱动器在所述第一输出控制信号变为高电平时使所述第一电源通/断开关导通，同时当所述第二输出控制信号变为高电平时使所述第二电源通/断开关导通，并且其中所述电源通/断驱动器在所述第一输出控制信号变为低电平时使所述第一电源通/断开关截止，同时还当所述第二输出控制信号变为低电平时使所述第二电源通/断开关截止。

7.如权利要求5所述的电源，其中所述逆变器驱动器在所述第一输出控制信号变为低电平并经过了所述电容器放电时间间隔时使所述第一浪涌返回开关导通，所导通的该第一浪涌返回开关在经过一个预定的时间长度之后截止，而且其中所述逆变器驱动器在所述第二输出控制信号变为低电平并经过了所述电容器放电时间间隔时使所述第二浪涌返回开关导通，所导通的该第二浪涌返回开关在经过一个预定的时间长度之后截止。

8.如权利要求1所述的电源，其中所述电容器放电时间间隔具有起点和终点，所述起点可以被规定为当所述第一和第二输出控制信号中的任何一个变为低电平时的时间点，而所述终点可以被规定为当所述辅助电容器释放充足量的电荷时的时间点。

9.一种电源装置，其特征在于，包括：

用于输出直流电压的直流电路；

逆变器电路，其包括由第一和第四开关元件构成的一对开关元件和由第二和第三开关元件构成的另一对开关元件，所述第一到第四开关元件被连接形成桥式电路，用于把所述直流电压转换成高频交流电压；

电源输出电路，用于把来自所述逆变器电路的高频交流电压转换为输出电源；

设置在所述直流电路和所述逆变器电路之间的电源通/断装置，用于控制从所述直流电路到所述逆变器电路的输出；

辅助电容器，用于当所述电源通/断装置的输入电压基本上等于该电源通/断装置的输出电压时，使该电源通/断装置导通；

输出控制电路，用于提供第一和第二输出控制信号，以便进行所需的反馈控制，所述第一输出控制信号和所述第二输出控制信号之间错开半个周期；

电源通/断驱动器，用于当所述第一输出控制信号变为高电平时使所述电源通/断装置导通，当所述第一输出控制信号变为低电平时使所述电源通/断装置截止；以及

逆变器驱动器，用于当所述第一输出控制信号变为高电平时，使所述第一和第四开关元件导通，而且当所述第一输出控制信号变为低电平并经过了预定的电容器放电时间间隔时，使所述第一和第四开关元件截止，所述逆变器驱动器还被设置用于当所述第二输出控制信号变为高电平时，使所述第二和第三开关元件导通，而且当所述第二输出控制信号变为低电平并经过了预定的电容器放电时间间隔时，使所述第二和第三开关元件截止。

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