CN1817543A - 用于电弧焊接的模块电源和输出断路器 - Google Patents

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Abstract

一个用于电弧焊接处理的三级电源，包括：具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；第二级，其形式为：具有连接到该第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把该输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由该第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把该第二内部交流信号转换成该第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与开关的工作循环相关的幅值；和第三级，用于把第二直流输出信号转换成用于焊接的焊接输出，其中，输入级和第二级被装配到第一模块中，而第三级被装配到可连接到第一模块的第二模块中。

Description

用于电弧焊接的模块电源和输出断路器
技术领域
本发明涉及电弧焊接的领域，并尤其涉及用于这类焊接的模块电源和一个用于焊机的新颖的双模断路器输出级。
背景技术
电弧焊接涉及在金属电极和工件之间传递AC或DC电流，其中，金属电极通常是带芯金属丝或固体金属丝。电源被用来在进给的电极焊丝和工件之间创建给定的电流模式和/或极性，以便电弧将熔化焊丝的进给端并将熔融金属沉积在工件上。尽管电源采用不同的变换器技术，然而还是基于电源的变极器最有效，其中，切换网络包括以高频操作的开关，用以创建焊接处理所期望的波形或电流电平。变极器类型的电源在Blankenship 5,278,390中被论述，其中，变极器根据本发明的优选实施例来操作。这个优选的操作程序涉及俄亥俄州克利夫兰市的林肯电气公司开创的″波形控制技术″，其中，实际的波形通过以通常高于18kHz的频率创建的一串短脉冲而产生，并且该短脉冲群具有由波形产生器控制的轮廓。这类众所周知的变极器控制技术被用于本发明的优选实施例，从而不需要被更详细地描述。根据标准的电源技术，电源变极器级的输入信号是来自于正弦波电源的整流电流。适当的功率因数校正变换器是一般惯例，并且如Kooken 5,991,169中所示是变极器切换网络自身的一部分，或者如Church 6,177,645中所示被置于变极器级之前。确实，具有功率因数校正变换器或功率因数校正级的电源已经在焊接技术中被已知多年。另一个电源在Church 6,504,132中被示出，它采用了升压型变换器形式的输入功率因数校正变换器。Church的两个专利和Kooken的专利在此通过参考被合并为本发明所涉及的背景信息和技术。在Kooken 5,991,169和Church 6,504,132中，实际的焊接电流由输出断路器或降压型变换器来调整，并且通过变极器级的输出端或输入升压型变换器的输出端中的变压器获得隔离。这些不同的电源拓扑在电弧焊接技术中是众所周知的。在这些先有的技术专利中，实际的焊接电流、电压或电源在电源输出级中或在电源输出级之前被调整，输出级是变极器或断路器。变极器、断路器都没有被调整调整来产生固定、低电压的直流总线以驱动本发明预期的调整焊接级。
隔离焊接操作是大多数焊接电源的特征。术语″焊接″包括″等离子切割″。在Vogel 5,991,180中，使用升压型变换器的预调器是指被公开为断路器的变换器，该断路器具有被置于焊接调整之后的输出隔离变压器并且直接驱动焊接操作。在这个电源中，断路器网络被控制来创建所期望的调整输出焊接电流，并且在输出级中提供隔离。以类似的方法，Thommes 5,601,741公开了一个升压型变换器，用于驱动向实际的焊接操作提供调整输出信号的由脉宽调制来控制的变极器。在Vogel和Thommes的专利中，第二级被调整来把功率因数控制的电流从预调器导入焊接操作。焊接调整是在第二级中，并且通常由脉宽调制器控制电路来驱动。Vogel和Thommes的专利在此通过参考被合并为背景技术。在Moriguchi 6,278,080中，变极器类型的电源被调整以控制所期望的焊接电流。隔离通过在受控第二级变极器和被揭示为DC焊接操作的焊接输出端之间的变压器而获得。类似的电源在Moriguchi 5,926,381和Moriguchi 6,069,811中被示出，其中，来自变极器级的控制电流的隔离在变极器的输出端，并且直接驱动焊接操作。Moriguchi 5,926,381公开了一个通用设备，其使用第一级升压型变换器输出端的电压为调整变极器级或升压型变换器自身提供控制器电压。Moriguchi的这三个专利在此通过参考被合并为背景信息以示出先有技术的电源，其中，调整变极器由输入升压型变换器或整流器的DC输出来驱动，以产生导向被用于隔离的输出变压器的受控焊接电流。隔离变压器的辅助交流信号直接被用于焊接操作。在本发明的新颖的电源中没有使用第三级拓扑。
现在转向非焊接的技术，本发明的一方面是在DC/DC第二级变换器的输出端使用同步整流器装置。同步整流器是惯例，并且这类整流器在Boylan6,618,274中被说明。Calkin 3,737,755公开了一个应用于低功率的DC/DC变换器，其中，固定调整电流被导向非调整变极器以提供不可变的输出直流信号。非非调整变极器的任何控制都发生在变极器的输入端，因此输入直流信号是可调整以控制变极器的固定输出直流信号的唯一参数。这个拓扑要求控制到变极器的信号，以便变极器提供受控的固定输出信号。这与本发明应用而所预期的概念不同；然而，Boylan和Calkin的专利中非焊接的通用背景技术在此通过参考被合并，以示出同步整流器和非调整变极器的一种型式，其中，任何调整都通过控制输入直流信号的电平在变极器之前执行。这些专利都没有涉及到用于焊接的电源，并且它们只是通过参考被合并为常规的技术概念，比如同步整流器装置和非调整变极器。一个非焊接的两级AC/DC变换器在Smolenski5,019,952中被示出，其给予了流入变换器的电流最小的谐波失真。负载是不变的并且不需要焊接操作中要求的调整。这个专利通过参考被合并以示出常规技术怎样都与用于电弧焊接的电源的要求无关。
这些专利组成了与必须由焊接操作调整电源有关的本发明的背景，其中，这类调整通过实际焊接操作的平均电流、平均电压以及功率的反馈回路来完成。固定负载的电源除了普通的技术信息外与本发明无关。
在过去，电源中的变极器输出由焊接操作参数来调整的焊接电流，焊接操作参数比如电流、电压或功率。这个变极器通常由脉宽调制器控制，其中，以高频操作的开关的工作循环由来自于焊接操作的反馈来控制，以便在基本上小于100％的范围中调整工作循环。这类PWM控制的变极器被称为调整式单级变极器。这类变极器形成电源输出端并且是电源的最末级。较低的工作循环导致较高的初级电流和更多损耗。变极器的效率根据工作循环调整而变化，工作循环的调整是因为需要调整单级变极器的输出以创建适于焊接的输出信号而引起的。使用其末级是调整式单级变极器的电源导致了热损耗、效率低、高成本以及元件大小的增加。为此，二些焊接电源制造商已经把优于变极器电源的电源推向市场，这是因为它们没有使用会导致高成本及其它困难的变极器。为了创建适于焊接的电流而具有绝缘输出和调整电流双重功能的变极器级将被避免。参见Hoverson 6,723,957和Canales-Abarca 6,349,044，其在此通过参考被合并为背景。
发明内容
本发明中使用的三级电源
本发明使用了电弧焊接(等离子切割)的电源，其中，电源的变极器与过去一样是第二级但是非调整，因此可以添加第三级来提供实际的调整以创建一个适于焊接的电流。通过使用这个三级的概念，变极器能够以超高频切换来操作，而输出第三级可以是以低频切换来操作的断路器。因此，通过由在用于实际调整输出焊接电流的脉宽调制变换器级中使用高频的需要相反的级来执行的功能，切换频率被优化。而且，到调整第三级的隔离的、固定的直流电压能够基本上低于来自于输入变换器级的直流电压并且比实际的焊接输出电压高得多。
使用本发明的三级电源涉及一个新颖的电源拓扑，其中，脉宽调制变换器只是用于创建隔离的固定输出直流总线的第二级，而不用向第二级脉宽调制变换器反馈信号。这个隔离总线被用于由实际的焊接参数调整第三级以创建一个适于焊接的电流。因此，本发明包括非调整第二级，其不仅提供必要的隔离而且还产生固定的直流输出总线以供第三级使用，其中，焊接调整被完成。非调整第二级变极器以超高频运行，其工作循环在电源操作期间被固定。频率在18kHz以上，并优选地大约为100kHz。工作循环被固定在不同级别；然而，优选的工作循环接近100％以便给出通过使用本发明而获得的最高效率级别。固定的、高工作循环的使用最小化相移调制器控制的变极器第二级的电流循环时间，从而基本上减少了发热并增加了效率。第二非调整变极器级的输出端是一个整流器，其能够使用众所周知的同步整流器装置，这些装置由第二级非调整变极器的内部隔离变压器的次级线圈来控制。通过在第二级的输出端使用同步整流器装置，电源的总效率得到了进一步的改善。通过使用本发明，第一级是输入整流器或具有功率因数校正变换器的输入整流器。第一级的功率因数校正变换器被优选。这个变换器在标准的整流器之后并且能够与这个整流器相结合。当然，这个变换器可以是一个无源式功率因数校正变换器或一个有源式变换器，比如升压型、降压型或升压型+降压型的变换器。本发明的第一级产生了具有固定电压的第一直流总线。通过使用标准的电源第一级，输入到非调整变极器的直流总线的第一直流输出信号可以被调整并被固定在一个大约400-900伏特DC的值。形成新颖的电源第二级的非调整隔离变极器的输出是固定的直流总线，其与来自于第一级的输入直流总线具有一个固定的关系。第二直流总线或输出的电压基本上小于来自于第一级的直流总线电压。从而，电源产生第二直流总线，其与来自于功率因数校正变换器的输入直流总线具有一个固定的数学关系。根据标准操作规程，第二级的非调整变极器包括具有初级线圈和次级线圈的隔离变压器，因此次级线圈与电源输入隔离。参见在此通过参考被合并的Steigerwald 4,864,479。非调整第二级变极器可以以切换频率操作以优化第二级变极器的操作。从而，非常高的切换频率被用来减少新颖的非调整第二级变极器中的元件大小和成本。通过利用具有相移控制的固定工作循环，大量涌入切换装置的电压和电流被减少以提供一个软切换操作。实际上，工作循环在优选实施例中被固定在100％以便全开或全关开关。这彻底地减少了第二级中的循环电流并大大改进了第二级变极器的工作特性，第二级变极器还提供了把电源的焊接输出与电源的交流输入隔离开来的功能。通过让第二级非调整变极器中的切换装置全开，这个变极器具有很高的效率并且可以很灵活地运行。隔离变压器确定非调整第二级的输入端的固定直流总线(来自于第一级的″第一直流输出信号″)和这个第二级输出端的直流输出总线(″第二直流输出信号″)之间的关系。在一些先有技术的电源中，在调整变极器中隔离变压器的初级线圈的工作循环由焊接操作来调整。在本发明使用的新颖的电源的第一级或第二级中不通过焊接操作来调整。
因为电源的第二非调整变极器级提供了系统隔离，所以很多种非隔离变换器都可以被用作功率因数校正预调器。由于这类转换的电流成型功能和连续的线电流特征，升压型变换器是最流行的变换器。然而，升压型变换器的输出电压高于最高线电压的峰值，该峰值可以高达775伏特。从而，其它有源式功率因数校正调整器也能被本发明使用，本发明的三级电源中的第二级未被调整并提供隔离。有源式功率因数校正输入端或第一级的其它选择之一是步升/步降变换器，因此到第二级的初级电压总线或输入总线可以低于到电源的输入交流电压信号的峰值。这类功率因数校正变换器产生的谐波仍然很低。这类功率因数变换器被称为一个降压型+升压型变换器。用于第二级的400伏特到500伏特的直流总线通过用范围115伏特到575伏特的输入交流电压得到。与到第一级的交流电压无关，有源式功率因数变换器的输出电压被控制在400伏特和500伏特之间。其它类型的有源式和无源式功率因数校正变极器也可以在本发明中使用。优选变换器是有源式，从而构成了需要第二控制电路的第二切换网络。当使用术语电弧焊接时，它还包括其它诸如等离子切割之类的输出处理。
据到目前为止的解释，使用本发明的电源涉及用于电弧焊接的三级电源。第三级中的反馈控制创建了适于焊接的输出电流。输入第一级通常是需要第二切换网络和第二独立控制电路的有源式功率因数校正变换器。这个三级拓扑没有在先有技术中被使用。有了这个拓扑，被添加的第二级仅用来把第二级初级侧的高压直流总线转换成与初级侧隔离的第二级次级侧的低压直流总线。从而，电源包括第二级次级侧的直流总线，因此该总线能被用于调整焊接功率。本发明中的术语″总线″意指一个具有受控的固定电平的直流信号，第一直流总线来自于被称为″第一直流输出″的输入级，第一直流输出具有一个受控的直流电压。在被称为″第二直流输出″的第二级的次级侧有一个第二直流总线，第二直流输出也是一个受控的直流电压电平。除了与到此所述的非调整第二级变极器的使用相联系的优点之外，在非调整变极器的次级侧所创建的第二直流总线还具有别的优点。次级直流总线或第二DC输出与第二级的初级侧隔离，因此在第三级焊接控制电路中不需要隔离。换言之，诸如断路器之类的输出控制电路具有电压电平固定的输入直流总线。实际上，断路器具有控制器，其具有从到断路器的输入直流中导出的控制电压。这个输入直流信号与输入功率隔离。因此，输出级或断路器的控制器的控制电压可以从未隔离的直流电源中被导出。这通常是断路器的输入信号。输出级中使用的控制器所需的控制电压的单独的隔离是不需要的。使用来自于第二级的固定直流总线让由焊接操作调整的、到输出第三级的直流电压比电源的普通输入初级直流总线(″第一直流输出″)低得多。在过去，基于使用升压型变换器，功率因数变换器的输出是电平相对较高的直流信号。这个高直流电压被导向用于输出适于焊接的电流的调整变极器级。通过使用本发明，来自于功率因数变换器的输出总线的高压被急剧地减少。把100伏特的直流总线转换成15伏特的控制功率，比把400伏特的直流总线转换成15伏特的控制功率更有效。创造低压的第二直流总线是本发明的三级电源的实在的优点。
根据本发明提供了一个用于电弧焊接处理的电源，其中，电源包括具有交流输入和第一直流输出信号的输入级。形式为非调整DC/DC变换器的第二级具有连接到第一直流输出信号的输入，和具有从第一直流输出信号电隔离的第二直流输出信号的形式的输出，第二直流输出信号具有与第一直流输出信号的给定比值。电源包括把第二直流输出信号转换成一个用于焊接处理的焊接电流的第三级。根据本发明的另一方面提供了一个作为新颖的三级电源的第一级的功率因数校正变换器。电源第三级包括诸如断路器或变极器之类的调整变换器。当使用变极器时，输出是被导向极性网络或开关的直流信号，开关允许通过电源进行直流焊接。极性开关允许焊接或DC负、DC正或AC。使用断路器或变极器的焊接处理可以用诸如MIG焊接之类的惰性气体来执行，并且可以使用诸如钨、包芯焊丝或固体金属焊丝之类的任何类型的电极。根据本发明的一方面，非调整DC/DC变换器的输出基本上小于到第二级的输入。在大多数情况中，第二级的输入和输出是通常具有固定幅值的直流电压。输入级和第二级被装配在第一模块上，而第三级是第二模块。这是很新颖的。三级不是在共同的结构块上。存在两个电源模块。优选地，输出模块是断路器。然而，输出级可以在DC、AC或STT电路之间变化。两级输入模块可以被并联以驱动大功率的断路器模块。这类并联能力的优点在此处通过参考被合并的Stava 6,291,798中被解释。
根据本发明的一方面，模块化三级电源的第三级的电源开关具有常用的无源式软切换电路，其在1997年5月加州大学的文章中被描述，标题为″Properties and Synthesis of Passive，Lossless Soft Switching PWM Converters″，其内容在此通过参考被合并。相同的无源式开关电路在Geissler 6,115,273和Chen 5,874,826中被公开，其内容在此通过参考被合并。也参见Vogel5,991,180和Bhagwat5,636,114，其内容在此通过参考被合并。
本发明涉及模块化一个新颖的三级电源，因此不是三级都被装配到一个共用基座上。根据本发明，头两级在一个模块中。因此，输入模块包括功率因数校正级或预调器，和隔离级，其第二级是一个以固定工作循环由脉宽调制器来操作的非调整变极器；脉宽调制器由使用波形成型器或波形产生器的波形技术来控制。从而，功率因数级和隔离级被通常地安装并且能被与任何具有其自己的支持结构的输出级一起使用。优选地，输出级是断路器。使用两个结构块来代替单个电源平台允许改变输出或者在不同焊接处理之间改变断路器级，比如直流正、直流负、AC或STT。通过模块化用于焊接的新颖的三级电源的头两级，模块化的第一级能够被并联来提供较高输入以驱动现有的大功率断路器模块。具有头两级的第一模块和具有第三级的第二模块的使用对于本发明的新颖的三级焊接电源来说是一个实在的改进。根据本发明的另一方面，断路器配备有较普通的软切换电路，因此断路器的电源开关在电流和电压中都被软切换。用于输出级的软切换网络是模块化概念所许可的进一步改进。
根据本发明的另一方面，断路器是具有第一电源开关的双模断路器，第一电源开关具有在断路器输出中产生第一极性路径的第一极性开关。第二极性路径由第二电源开关和伴随的极性开关形成以创建反向极性电流。这类双模断路器构成了用于电弧焊机的新颖的输出级。因此，断路器设计形成了与在上文中公开的模块化三级拓扑分离的本发明的一方面。
根据本发明提供了一个用于电弧焊机电源的输出级。这个输出级是具有第一极性路径和第二极性路径的断路器，第一极性路径具有第一电源开关和极性开关，而第二极性路径具有第二电源开关和极性开关。此外，这个输出级包括具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式用于在第一和第二路径之间交替地操作断路器，第二模式只用于在两个极性路径中的一个路径中操作断路器。用这个方法，通过只控制电源开关和辅助极性开关的切换信号，单个断路器的输出级可以用直流正、直流负或交流来操作。这是在焊接中使用的电源的新颖的输出级，并且被用于具有第一和第二级和第三级或断路器的三级电源，第一和第二级在单个模块中而第三级或断路器在单独的并且可替换的在第二模块中。
根据本发明的总体方面，具有中心非调整DC/DC变换器的新颖的三级电源与一系列不同类型的焊接处理结合而被使用，比如埋弧焊接、使用两个三级电源的串联电弧焊、TIG焊接和标准的MIG焊接。与新颖的三级电源结合的焊接处理使用直流或交流的输出信号。直流信号是固定电压信号、固定电流信号或脉冲信号，脉冲信号具有通过使用俄亥俄州克利夫兰市的林肯电气公司开创的波形技术而确定的特殊形状。直流焊接信号为正或为负。交流焊接信号由包括Blankenship 5,278,390和Stava 6,683,278的许多专利中公开的波形技术创建，其内容在此通过参考被合并。这个技术涉及用来控制脉宽调制器的波形产生器或波形成型器，用以确定在焊接处理中使用直流或交流输出焊接信号时的输出波形。交流信号在其中一个极性中可能具有较大的能量或数值。而且，埋弧焊接处理和MIG处理中使用的电极通常是药芯焊丝电极，甚至可以使用实芯焊丝电极或合金包芯电极。使用新颖的三级电源的相同的焊接处理由具有以双模断路器形式的输出级的焊接电源来执行。这类断路器在捍接工业中是唯一的，其在此被公开并请求权利。双模断路器由直流输入信号驱动以产生输出焊接信号，输出焊接信号是直流或交流信号。优选地，直流输入信号由正好在双模断路器之前的具有非调整隔离DC/DC变换器的两级输入电路来创建。与不同输出焊接处理结合的新颖的三级电源和新颖的双模断路器的这些及其它组合是本发明的总体方面。
本发明的主要目的是提供用于电弧焊接的模块化三级电源，从而头两级是单个模块而第二或输出级是单独的可替换模块。
本发明的另一个目的是提供定义如上的三级电源，其电源使用模块化的第一和第二级，第一模块可以被并联以驱动单个输出模块。
本发明的还一个目的是提供在定义如上的三级电源，该三级电源具有输出模块，其中输出级的电源开关具有软切换电路。软切换电路是无源式并且控制开关电压和开关电流。
本发明的又一个目的是提供定义如上的三级电源，该电源具有可以以直流正、直流负或交流来操作的新颖的输出断路器模块，以控制用于MIG焊接、TIG焊接、串列多弧焊接和埋弧焊接的输出焊接操作。
本发明的另一个目的是提供用于电弧焊接中使用的电源输出级的新颖的双模断路器，该输出级可以在直流负、直流正或交流之间转换以控制用于MIG焊接、TIG焊接、串列多弧焊接和埋弧焊接的焊接操作。
本发明的还一个目的是提供定义如上的三级电源，该电源可以适用于许多不同的第三级模块以改变焊接处理。
本发明的又一个附加目的是提供一个包括非调整第二级的新颖的三级电源，非调整第二级用来隔离与输入第一级结合的这一级并用来创建用于MIG焊接、TIG焊接、串列多弧焊接和埋弧焊接的输出焊接信号(DC+、DC-或AC)。
本发明还有一个附加目的是提供一个定义如上的新颖的断路器，该新颖的断路器的两个电源开关都具有无源式软切换电路。
这些及其它目的和优点将从结合附图的下列描述中变得明显。
附图说明
图1是一个框图，说明了三级电源并公开了由本发明改进的三级电源的实施例；
图2和图3是类似于图1的框图，公开了三级电源的其它实施例；
图4-8是局部框图，说明了具有不同的第一级的三级电源的实施例；
图9是示出三级电源的最后两级的框图，其中，输出级提供AC焊接电流；
图9A是用于图9中说明的三级电源的波形技术控制电路的框图，以及表示三个焊接波形的示图；
图10是说明了三级电源的第二和第三级的框图，其中，输出级是DC焊接电流；
图11是说明了三级电源的拓扑的框图，该三级电源以两个单独的控制器的控制电压供给创建适合于电弧焊接的电流；
图12是说明了采用本发明拓扑的特定的三级电源的框图；
图13-16是配线图，说明了用于在三级电源的第一级中校正功率因数的四个不同的电路；
图17是一个组合的框图和配线图，说明了构成本发明的三级电源的新颖的第二级的非调整变极器的优选实施例；
图18-21是配线图，示出了几个用作第二级非调整、隔离的变极器的变极器，其包括本发明的三级电源的新颖的方面；
(焊机发明)
图22是描述本发明的模块化三级电源的配线图；
图23是标准断路器的配线图，其被用作图22中公开的本发明的输出模块；
图24是用于图22中说明的本发明的输出模块标准的STT电路；
图25是新颖的双模断路器电路，其形成本发明的另一方面并可用为图22中公开的本发明的输出模块；
图26是先有技术的输出电路的配线图，输出电路用于得到由图25的新颖的断路器电路改进的AC焊接电流；
图27是图23中所示的输出断路器的详细配线图，具有电源开关的波形技术控制并具有一个通常用于电源开关的软开关电路；
图28是组合的框图和配线图，说明了图22中示出的优选实施例的一个优点；
图29是组合的框图和配线图，还说明了图22中说明优选实施例的又一个优点；
使用发明
图30是与埋弧焊接处理结合的新颖的三级电源的示意图；
图31是局部示图，说明了在图30和32-41中示意地说明的组合方法中被优选使用的包芯电极；
图32是与串联焊接处理组合的两个新颖的三级电源的示意图，处理被显示为埋弧焊接处理；
图33是与AC或DC惰性气体保护钨极(TIG)焊接处理结合的新颖的三级电源的一个示意图；
图34是一个与AC或DC的MIG处理结合的新颖的三级电源的示意图；
图35是由新颖的三级电源或本发明的新颖的双模断路器产生的AC输出焊接信号的电流图；
图36是由本发明的新颖的三级电源或新颖的双模断路器产生的DC输出焊接信号的一个电流图，该信号可以为负或正；
图37是与埋弧或其它的MIG焊接处理结合的三级电源中的新颖的双模断路器的示意图；
图38是本发明的新颖的双模断路器的一个示意图，其被用作与AC或DC的TIG焊接处理结合的新颖的三级电源的输出；
图39是新颖的双模断路器的示意图，具有与MIG焊接处理结合的通用DC输入信号；
图40是图39中说明的新颖的双模断路器的示意图，其中，被说明的MIG焊接处理是埋弧焊接处理；和
图41是如图39-40所说明的与AC或DC的TIG焊接处理结合的本发明的新颖的双模断路器的示意图。
具体实施方式
本发明是对用于林肯电气公司开发的电弧焊接的新颖的三级电源的更改，而不是本发明的先有技术。这个新式的三级电源具有用于把交流信号转换成第一直流输出总线的输入级。这个输出总线具有固定电压电平，并且被导向图17中最好地示出的第二级的输入端。三级电源的这个新颖的第二级是非调整变极器，其包括隔离特征并且具有与直流输入总线成正比的第二直流输出或第二直流总线。电平关系由非调整变极器的结构来固定。非调整第二级变极器具有一个切换网络，其中，切换以大于18kHz并优选地大约为100kHz的高切换频率操作。形成电源第二级的非调整变极器中的切换网络的切换频率允许使用小的磁性元件。非调整变极器的隔离直流输出被导向电源的第三级。这个第三级可以是由诸如焊接操作的电流、电压或功率之类的焊接参数来调整的断路器或变极器。优选地，更改中的第三级是断路器。三级电源的拓扑具有输入级以产生第一直流信号，第二非调整DC/DC级以提供隔离的固定直流电压或直流总线，其被电源第三级用来调整焊接操作中使用的电流。本发明的三级电源的三个例子在图1-3中被说明。图1中的电源PS1包括第一级I、第二级II以及第三级III。在这个实施例中，级I包括AC/DC变换器10，用于把交流输入信号12转换成第一直流总线14。输入端12是单相或三相交流线路，其供电电压可以在400-700伏特之间变化。变换器10被说明为一个非调整装置，其形式上是产生被指定为(DC#1)的直流总线14的整流和滤波网络。因为交流输入信号是线电压，所以直流总线14的幅度通常是相同的。非调整变极器A是具有隔离变压器的DC/DC变换器，其把直流总线14(DC#1)转换成第二直流总线或第二直流输出20(DC#2)。输出20形成是变换器30的那一级的功率输入。线路20上的直流电压被变换器30转换成适用于在线路B焊接的电流。反馈控制或调整回路C感测焊接操作中的参数并且根据变换器30的调整来调整线路B上的电流、电压或功率。实际上，尽管变极器的使用是一个替换，而变换器30是一个断路器。由于具有如图1所示的三级电源PS1，第二级的切换网络的频率通常高于变换器30的切换频率。而且，线路20中的直流电压(DC#2)基本上小于线路14上来自于级I的直流电压(DC#1)。实际上，在变极器A中存在一个隔离变压器。变压器具有输入端或初级部分或初级侧，其基本上具有比用来在线路20上创建电压的次级部分或次级侧更多的匝数。实际的匝比是4∶1，因此线路20上的电压是线路14上的电压的1/4。
本发明的三级电源的常规拓扑在图1中被说明；然而，图2说明了优选的实施，其中，电源PS2本质上具有与电源PS1相同的级II和级III；然而，输入级I是包括整流器并跟随有调整DC/DC变换器的AC/DC变换器40。被转换的信号是线路14中的直流信号，其被示为第一直流总线(DC#1)。线路14上的电压根据标准技术由反馈线42所指出的来调整。从而，在电源PS2中，输出焊接变换器30由反馈回路C来调整。线路14上的电压由被示为线路42的反馈回路来调整。因为变换器40是一个功率因数校正变换器，所以它感测由线路44表示的电压波形。通过使用电源PS2，第一直流总线14是在输入端12处具有不同的单相或三相电压的固定直流电压。从而，输出20仅仅是线路14上的直流电压的转换。DC#2是具有由隔离变压器缺点的电平和非调整变极器A中的切换网络的固定工作循环来确定的固定电压。这是采用三个单独和不同级的新颖的电源的优选实施例，级II是一个用于把固定的第一直流输出或直流总线转换成第二固定直流输出或直流总线的非调整变极器，从而驱动一个诸如断路器或变极器之类的调整焊接变流机。作为另一个替换，级I能够通过来自于线路20中的直流#2总线的反馈来调整。这由图2中的虚线46来表示。
图3中的电源PS3是三级电源的另一个实施。这不是优选的实施；然而，本发明的三级电源可以具有由来自于焊接电流输出B的反馈回路52来调整的输入变换器50。通过使用三级电源，变换器50通过焊接输出而不是电源PS2中线路14上的电压来调整。如果从焊接输出B来调整，则变换器50既是功率因数校正级，也是焊接调整器。然而，三级电源的这个实施被公开以用于完整的技术公开。
如前所述，输入级I把单相或三相交流信号12转换成固定的直流总线14(DC#1)以供构成第二级II的非调整变极器A之用。这个新颖的三级电源通常在级I中采用DC/DC变换器来产生直流电压，该直流电压由图1-3中的线14指出。级I的DC/DC变换器可以被选择来在线路14上创建期望的电压。这些变换器中的三个变换器在图4-6中被示出，其中，输入整流器60用线路60a、60b向DC/DC变换器提供直流电压，DC/DC变换器可能是分别如图4、图5和图6中所示的升压型变换器62、降压型变换器64或升压型+降压型变换器66。通过使用这些变换器，级I的DC/DC变换器合并了一个功率因数校正芯片，该芯片允许功率因数被校正，从而在电源输入端f降低了谐波失真。在焊接技术中使用功率因数校正输入DC/DC变换器为大家所熟知，并且在许多先有技术的两级拓扑中被使用。优选地，变换器62、64和66包括一个功率因数校正芯片；然而，这并不需要。级I的主要目的是在线路14中提供直流总线(DC#1)，该总线在图4-6中被指出为线路14a、14b，以在相同的图中由线路20a、20b指出的线路20中产生固定的直流电压(DC#2)。功率因数校正不要求利用这个新颖的三级拓扑。一个非功率因数校正输入级在图7中被说明，其中，整流器60的输出线路60a、60b被大容量存储电容器68耦合来在线14a、14b中产生一个通常固定的电压。图7中的级I没有合并功率因数校正电路或芯片。然而，电源仍然包括三级，其中，第二级是用来在线路20a、20b上产生通常固定的电压的非调整隔离变极器A。输入级I的另一个更改在图8中被说明，其中，无源式功率因数校正电路70被连接到三相交流输入L1、L2和L3以产生线路14a、14b两端的通常固定的直流电压，这些线路在变极器A的输入端构成了直流总线14(DC#1)。图4-8中公开的变更级I本质上只是代表性的，而其它具有单相或三相输入信号和有或者没有功率因数校正的输入级也能够被使用。
通过在被说明为线20a、20b的输出总线20上提供低的固定电压，用于焊接的新颖的三级电源的第三级可以是以大于18kHz的频率操作的断路器或其它变换器。非调整变极器和调整输出变换器的切换频率可能是不同的。确实，断路器的切换频率基本上小于非调整变极器A的频率。图9中所示的电源PS4说明了本发明的使用，其中，级III是被用于电弧焊接的类型的标准调整变换器100。这个变换器由固定的输入直流总线20驱动并且通过来自于焊接操作120的反馈来调整，从而提供适用于焊接的横跨输出引脚102、104的电流。引脚102是正极性引脚，而引脚104是负极性引脚。根据用于基于电源的两级变极器的标准输出技术，引脚102、104被导向标准的极性开关110。这个开关具有引脚102被导向焊接操作120的电极的第一位置，因此极性开关110的输出在输出线路110a上具有正极性，而在输出线路110b上具有负极性。这在焊接操作120产生了一个电极正直流焊接处理。极性切换网络110的转换可以在焊接操作120产生一个电极负直流焊接处理。从而，具有直流负或直流正的直流焊接处理可以根据标准极性开关110的设置来执行。用类似的方法，极性开关110可以在阴电极和阳电极之间交替以在焊接操作120产生交流焊接处理。这是标准技术，其中，极性开关110驱动来自于调整变换器100的直流输出以产生交流或直流焊接处理。这个过程由一个被指出为线路或回路122的反馈系统调整并控制，回路122被指向控制器130以用于调整变换器100并用于设置分别由线路132、134指出的开关110的极性。通过在级III调整焊接操作，在级II的非调整变极器具有相对较高的切换频率以降低电源第二级内的元件大小。三级电源的优选实施例采用俄亥俄州，克利夫兰市的林肯电气公司开创的波形控制技术。这类控制系统为大家所熟知并且示意地在图9A中被说明，其中，当线路152a上的电压从波形产生器152被输出时，控制电路150处理波形轮廊。波形轮廊由反馈回路122来控制，这示意地通过具有输出156的误差放大器154来说明。从而，来自于产生器152的波形的轮廊由反馈回路122来控制并且在输出线路156中产生信号。这个线路被导向以由振荡器162输出确定的高频来操作的适当的脉宽调制器电路160。这个频率大于18kHz，并且通常高于40kHz。调整变换器100优选地在大约100kHz下操作。通常是控制器130内的数字电路的脉宽调制器的输出被示为线路132，其用于经由调整变换器100来控制波形。根据标准操作规程，变极器100的波形可能具有任何轮廊，交流或直流。这个特征被示意地在图9A的右半部分被说明为波形152b、152c和152d。波形152b是用于交流MIG焊接的类型的交流波形，其中，较高的阴电极电流强度被提供。较高的正电流强度也是普遍的。在波形152c中，阴电极和阳电极的电流强度实质上是相同的，而阴电极部分的长度较大。当然，交流焊接处理能够被调整来提供有利于阴电极或阳电极的平衡AC波形或失衡交流波形。当极性开关110被设置为直流负或直流正的焊接操作时，被示为波形152d的脉冲焊接波形被波形产生器152控制。不同的其它交流和直流波形能够被控制器130控制，因此焊接操作120能够被调整为交流或直流。而且，焊接操作可以是TIG、MIG、埋弧或其它焊接操作。任何处理都能够由电源PS4或其它使用本发明的电源来执行。电极可能是非自耗的或自耗的，比如金属芯、粉芯或实心线。根据所采用的电极，可以使用或不可以使用惰性气体。电源PS4被更改来只执行直流焊接被说明为图10中的电源PS5。在这个电源中，焊接操作120只执行直流焊接操作，因此反馈回路122被导向具有输出172的控制器170。优选地，调整变换器100a是用来产生线路102a、104a两端的直流电压的断路器。如图9A中所示，控制器170由波形产生器152来控制。根据在焊接操作120执行的直流焊接处理的要求，线路102a、104a上的极性是阴电极或阳电极。调整变换器100a比图9中所示的电源PS4的焊接输出更加简化。图9和10，以及图9A中所示的控制网络或电路150说明了新颖的三级电源的多面性。
对于在这两个类型的电源中使用的调整和非调整切换网络来说，提供电压来操作控制器是必需的。图11说明了被采用来获得操作诸如电源PS6之类的三级电源的不同控制器的控制电压的结构和方案。使用预调器的输出为两级电源第二级的预调器和切换控制器提供控制电压为大家所熟知，并且在Moriguchi 5,926,381中被公开，其内容在此通过参考被合并。用于按常规执行焊接操作的输出断路器通常从到断路器的输入直流电压中获得控制器的控制电压。这两个众所周知的技术被合并到电源PS6中。三级电源能够用具有从电源不同位置导出的电源的控制器来操作。更确切地说，电源PS6具有电源180，它具有来自于引脚14a、14b上的第一直流总线(DC#1)的输出182和输入184、186。电源180包括未示出的降压型变换器或返驰变换器，用于把图2的预调器40的输出高压在线路182上降低成低压。该控制电压大概在5和20伏特之间。根据标准的技术，线路182上的电压被导向具有用于执行预调器40的操作的输出引脚192的控制器190。预调器具有图2和3中所示的调整反馈线路42、44，但是在图11中被省略。非调整变极器A不需要控制器来调制输入和输出电压之间的工作循环或固定的关系。然而，它却需要控制器194，其从电源180在线路196上接收控制器的操作电压。这个安排类似于moriguchi5,926,381中公开的概念，不同之处在于第二级控制器194不是在先有技术中的两级电源中使用的调整控制器。替换地，电源PS#3由输入12的单相驱动以给出如虚线176所示的可选供电电压。级III的调整输出变换器30具有标记为PS#2的电源200，其线路202上的控制器电压由被说明为包括引脚20a、20b的直流总线20(DC#2)上的电压来确定。同样，电源200包括降压型变换器或逆向变换器，用于把非调整变换器A的输出处直流总线转换成较低的电压以供具有输出212的控制器210之用。如分别相对于图1和2中的电源PS1、PS2所论述的，线路212上的信号根据线路C上的反馈信号来调整焊接变换器30的输出。直流总线14(DC#1)和直流总线20(DC#2)向电源180、200提供输入，电源180、200是为控制器190、194和210产生低电平直流控制电压的DC/DC变换器。如虚线220示出的替换形式，被标记为PS#1的电源180能够为控制器210提供控制电压。图11已经被公开以说明使用具有控制器的三级电源的多面性，控制器能够从被指出为PS#1和PS#2的不同的固定直流电压电平接收被降低的电源电压。其它安排能够被采用来提供控制器电压，比如用被说明为PS#3的方法通过变压器整流连接到交流输入电压12的单相。
图12中的电源PS7类似于具有标识号的相同的元件的电源PS6。输出级III是在用于引导电极E和工件W之间的DC电流的断路器230中。电流分流器S向控制器210提供反馈信号C。如迄今所述，级II的高切换速度变极器240具有由具有初级线圈252和次级线圈254的变压器250提供的隔离的特征。DC/DC变换器240的初级侧是把交流电引导至初级线圈252的切换网络。来自于次级侧254的整流输出是变换器240的次级部分或次级侧。变换器240采用高切换速度的变极器，其工作循环或相移由控制器194来设置。在这个电源的实际型式中，切换频率大约为100kHz。在断路器230的焊接操作期间，工作循环保持不变；然而，如具有用于调整控制器194的输出262的″ADJ″电路260指出的，变极器的工作循环或相移可以被调整。工作循环通常接近于100％，因此开关对在变极器240的初级侧被一起导通它们的最大时间。然而，为了改变第一直流总线14和第二直流总线20之间的固定关系，电路260可用于调整工作循环或相移。从而，非调整隔离变极器240被转变为具有不同的但是固定的工作循环。然而，工作循环通常相当接近于100％，因此开关对实质上被一致地操作。在三级电源的正常应用中，工作循环大概在80-100％之间变化。在新颖的电源的优选实施中，图4中所示的升压型变换器62被用于功率因数校正输入级I。这个升压型变换器根据具有如前所述的控制电压182的控制器190来操作。根据一个略微的变更，电源270具有由跨单相或三相交流输入12的单相的线路272、274来连接的变压器。电源270中的整流器和滤波器产生最理想虚线276中的较低的控制电压，以用于按需替代线路182中的控制电压。这两个替换不影响电源PS7的工作特性。用于电弧焊接的三级电源的其它这类更改能够从先前的描述和焊接领域中众所周知的技术中被获得。
输入级I通常包括图4-8中公开的整流器和功率因数校正DC/DC变换器。这些输入级能被用于幅度不同的三相和单相交流信号，被表示为输入12。三相交流输入电源的输入级的某些方面在关于图13-16中的电路被公开。这些电路中的每个电路都具有三相输入和直流总线输出(DC#1)，其被获得具有输入级的低的谐波失真因数和高功率因数。图1-12中公开的内容通常可应用于新颖的三级电源；然而，被使用的特殊级I与先有技术的两级电源或新颖的三级电源都有关。在图13中，级I的输入电路300包括具有输出引脚302a、302b的三相整流器302。升压型开关310与电感312、二极管314和并联电容器316串联。适当的电路320是一个标准的功率因数校正芯片，其具有用于确定输入电压的输入322、调整反馈线路322a和操作升压型开关的输出324，以便使输入12中的电流通常与输入电压同相。这个芯片是一个标准的功率因数校正升压型变换器芯片，其可被用于本发明并且也可被用于普通的两级电源。用一个类似的方法，图14中所示的输入电路330具有三相整流器302，三相整流器302如前所述具有输出引脚302a、302b。包括电感350、二极管352、354和电容器356、358的升压型电路结合开关340、342来使用，以便在电路330的输出端和输入电压12提供电流协调。为了实现这个目标，根据在输入366中感测到的电压和在线路367、368中的反馈调整信号，标准芯片360在线路362、364中提供选通脉冲。这是提供这类形成两级电源或新颖的三级电源的输入的功率因数校正的标准技术。已经发现，当有源式三相电路300、330在三相输入上操作时提供了大约为0.95的输入功率因数。级I的功率因数当其具有单相交流输入时能够被向上校正为大约0.99。因为三相电源通常只能被校正到较低的电平，所以已经发现用于两级或三级电源的输入级I的无源电路多少相当于有源式功率因数校正电路的能力。标准的无源电路400在图15中被示出，其中，三相中的每相都被三相整流器302整流，三相整流器302把直流电流经由输出引脚302a、302b引导至包括电感412和电容器414的滤波电路。已经发现，如图15中所示的无源电路能够把三相输入的功率因数校正到通常大约在0.95范围内的电平。这多少与用于三相输入电路的有源电路的能力相同。升压型+降压型输入电路420在图16中被示出。线路302a、302b上的整流电流首先由开关422使用标准功率因数校正芯片430降压，芯片430的线路#432具有来自于输入12的电压波形信号，其也引导芯片434操作升压型开关440。开关422、440被一致地操作来使用包括电感450、二极管452和电容器454的电路控制输入功率因数。电路300、330、400和420是标准的三相无源式功率因数校正电路，其使用标准技术和由输入电压波形和DC#1的电流控制的可用开关。图13-16说明了对三级电源的第一级做出的某些更改。当然，还存在用于提高功率因数并降低用来驱动电弧焊机电源的直流和交流信号的谐波失真的其它技术。
级II的非调整变极器A能够使用不同的变极器电路。优选的电路在图17中被说明，其中，变极器被划分在：由到隔离变压器250的初级线圈252的输入定义的初级部分或初级侧，和由次级线圈254的输出定义的次级部分或次级侧之间。首先参照变极器A的初级部分或初级侧，全桥电路500被采用，其中，横跨电容器548的成对的开关SW1-SW2和SW3-SW4是由引脚502、504连接。这些开关分别由线路510、512、514和516上的选通脉冲以交替顺序激励。如前所述，控制器194在线路510-516中输出选通脉冲，和来自于电路260的线路262上的逻辑确定的被调整的工作循环。工作循环通过改变线路510和512以及线路514和516的相移来控制。电路260调整成对开关的工作循环或相移。这个调整在变极器A的操作期间被固定。实际上，电路500具有大约50％的工作循环或相移，其中，每对开关都具有最大的导通周期。优选地，工作循环大约100％或80-100％。如前所述，控制器194具有来自于通过线路196指出的适当电源的控制电压。在电路500的操作中，交流电被引导通过初级线圈252。这个电流具有通常至少大约为100kHz的超高频，因此元件的尺寸、重量和成本能够被降低。高切换频率不是焊接操作所规定的，但是可以被选择来提高三级电源的非调整级A的效率。变极器A的次级部分或次级侧是具有同步整流装置522、524的整流器520。同步整流装置在一般的电气工程技术中为大家所熟知，并且在Boylan的6,618,274中被论述，其内容在此通过参考被合并。根据标准技术，这个装置由在次级线圈254的对立端所创建的线路526、528上的信号来门控。引脚530、532和534形成整流器520的输出引脚以创建引脚20a、20b两端的直流电压(DC#2)。根据标准的焊接技术，电流由扼流圈544来平滑并且跨越电容器546。变极器A是非调整，其意指它没有被来自于焊接操作的实时反馈信号调整。它仅仅把直流总线12(DC#1)转换成直流总线20(DC#2)。这个转换使得指向使用变极器A的电源的调整第三级的电压大幅度降低。电压的降低主要由变压器250的匝比来确定，其匝比在优选实施例中大约为4∶1。从而，输出总线20上的固定电压大约为第一级的输出总线12上的固定电压的1/4。非调整级的几个优点被包括在Dr.Ray Ridley的标题为The incredible Shrinking(Unregulated)Power Supply的文章内，其内容在此通过参考被合并为背景信息。基本的优点是能够把频率增加到100kHz以上并且能够降低变极器级的大小和成本。
不同的电路可以被用来构成本发明的新颖的级II的非调整变极器A。特殊类型的变极器不控制。几个变极器已经被使用。其中一些在图18-21中被说明。在图18中，变极器A被示为在变压器250的初级侧上使用全桥电路600。如关于图17中所示的变极器A型式所解释的，开关和二极管并联的电路602、604、606和608根据标准的相移全桥技术来操作。对变极器A做出的内部更改在图19中被说明，其利用具有串联安装的开关电路610、612以及614、616的级联电桥。这些开关电路类似于半电桥被操作并且包括向开关电路提供能量的电容器548a、548b，开关电路与电容器620并联并且与二极管622、624串联。两个开关电路串联，因此当使用类似于用于图17的全桥变极器技术的相移控制技术时，单独的开关两端的电压下降。这类变极器切换网络在其内容在此通过参考被合并的Canales-Abarca 6,349,044中被说明，其示出使用级联电桥的变极器，有时也称为三级变极器。双正向变极器在图20中被示出，其中，开关630、632在变压器250a的初级线圈部分252a中提供脉冲。用类似的方法，开关634、636被一致地操作以在主部分252b中提供反向极性脉冲。交替脉冲在变压器250a的初级线圈产生交流以在次级线圈254中产生隔离的直流输出。标准的半桥式电路在图21中被示为变极器A的结构。这些半桥包括交替地切换以在变压器250的初级线圈252中产生交流的开关640、642。这些及其它开关电路可用于在变压器250的初级线圈中提供交流信号，因此次级的隔离交流信号被整流并且在引脚20a、20b上被输出为DC#2。某些代表性的标准切换网络的描述不被认为是彻底性的而只是说明性的。焊接电流的控制不在第二级中被执行。在这一级中，具有高电压的直流总线被转换成具有用于驱动第三级的目的低压的固定直流总线(DC#2)，第三级是提供适用于电弧焊接的电流的调整级。电弧焊接合并且意图为包括其它与焊接相关的应用，比如等离子切割的概念。三级中使用的不同电路能够被结合以构成三级电源基础拓扑的不同结构。
优选实施例(图22-29)
图1-21中所示出和描述的三级电源构成了电弧焊接技术领域中的一个实在的进步。本发明包括这个图形11中一般表示的新颖的三级电源，正如图形22中所说明的形成一个模块化的构造。电源700包括在单个基座(base)上形成固定的装配结构的第一模块702。这个模块包括第一输入级62和以非调整变极器A形式的隔离或第二级。在图11中用诸如控制器190和控制器194之类的两级示出的两个控制器在线路192、198上把控制信号引入模块702的两个单独级。第一模块702的输出是线路20a、20b(DC#2)。这个输出电压被指向一个单独的、第二模块或结构(frame)704。第二结构支持控制器的输出第三级，其在图11和22中被说明为断路器30。焊接控制器210通过一个输入线路212上的信号来控制断路器30的输出。这个信号由一个在控制器210中的波形成型器或波形产生器指导下的脉宽调制器来产生。控制器210的电力由第二直流总线通过线路204、206来提供。来自于分流器S的反馈电流信号被电流传感器电路706接收，电流传感器电路706在线路706a上创建一个表示焊接操作的输出或焊接电流的信号。以类似的方法，电压传感器电路708检测焊接操作的电弧电压并在708a线路上提供一个表示该焊接电压的信号。这两个信号被导入控制器210的反馈电路以确定线路212上的断路器输入信号。通过把输出第三级安装在单独的模块704上，这模块可以被改变来改变电源以执行不同的焊接操作。此外，不同的断路器也可以被用作电源700的第三级。电源不被安装在单个模块上，而是被安装在输入模块702和单独的末级电源模块704上。这个新颖的模块化结构的其它优点将在图28和29中示出的本发明实施中被论述。
图23和24示出了在模块704上使用的两个输出电路。在图23中，断路器710被安装在可替换的模块704上，模块704将由控制器210用线路212上的一个信号来操作。断路器710包括由线路212上的高频信号来控制的电源开关712。该信号由控制器210中的一个脉宽调制器来创建。电源开关712指引来自于输入引脚20a、20b的电流通过扼流圈714，从而在电极E和工件W之间执行一个焊接操作。滤波电容器718被连接于横跨DC总线或引脚20a，20b，用于控制到断路器710的电压信号。这个输出断路器被可释放地连接到图22中的三级电源700的输入引脚20a、20b。从而，该三级电源具有一个输出断路器。一个输出断路器是本发明的优选实施例；然而，单独的模块704可以包括另一个输出电路，比如图24中所示的STT电路730。这个STT电路包括电源开关732，用于通过扼流圈734把电流脉冲引导向电极E和工件W之间的焊接操作。线路212上的信号在焊接操作处形成一个STT脉冲轮廓。STT波形或轮廊是林肯电气公司所独有的，并且用诸如在此通过参考被合并的Parks 4,866,247之类的几个专利来描述。STT电路730包括具有一个输入740a的前兆开关740，当短电路金属传递正在趋近电极和工件之间的金属颈的破裂(rupture)时，输入740a被激活。正好在绝缘击穿出现之前，开关740被关闭以增加电流流量以隔离短路的熔化金属。当该开关被打开时，电阻742在包括扼流圈734和电极E的串联电路中被连接。当该开关被打开来向电阻742传送电流时，电容器744控制开关740两端的电压。二极管746防止电阻742中的反向电流以放电电容器744。输入滤波器电容器738被连接在由引脚20a、20b形成的直流总线之间，如果STT焊接操作将由电源700来执行，则图24中所示的模块730被用来替换图23中所示的断路器模块710。这些附图说明了模块704上用来执行不同焊接操作的输出电路的可互换性。
本发明的另一方面是用于模块704上的新颖的输出断路器。这个新的输出断路器在图25中被示出，其中，断路器750具有两个操作模式。它具有两个单独的而且独特的极性路径。第一路径包括由线路762上的控制脉冲操作的极性开关760。与极性开关760和扼流圈770串联的是调制开关764，其在线路766上接收选通脉冲并且具有高速二极管788。极性开关760和调制开关764的操作使电流以第一极性方向流经电极和工件W之间的缺口。第二路径创建一个以反向极性流经焊弧的电流，并且包括在线路782上接收选通脉冲的极性开关780。对应的调制开关784具有选通信号线路786和高速二极管768。第二极性路径中的扼流圈790对应于第一极性路径中的扼流圈770。开关信号控制装置800在线路762和线路766中创建信号以用于操作第一极性路径，用类似的方法，线路782和线路786中的信号使电流以反向极性路径流动。控制800具有由振荡器802确定的频率并且在数字格式的控制器中包括脉宽调制器。装置804选择操作模式。这个装置允许其中一个极性路径被操作来只提供正向或反向的标准斩波电路。通过交替脉冲到两个极性路径，交流输出信号被创建。实质上，调制开关764、784是断路器750中的两个断路器模式的电源开关。这是用于提供交流输出的断路器电路。如图9中所示的单独的并且独特的极性开关不被要求。双模断路器750对于电弧焊接来说是新颖的，而且实质上采用能够倒置极性并且能够以交流模式操作的断路器。从而，当使用相同的电路并且具有断路器概念的优点时，电极E和工件W之间的焊接操作能够在不同的模式之间转换。如图26所说明，当断路器750以交流模式操作时，对于先有技术的交流焊接电源来说是一个实在的改进。这个先有单元是具有分离极性路径的全桥输出电路，具有加倍的正向偏压电压降。其中不存在断路器的概念。电压810由变极器812驱动用以把直流链接820、822转换成输出直流总线830、832。这个直流总线经由扼流圈834来驱动全桥。电桥810具有由引脚a操作的开关840、842和由引脚b驱动的开关850、852。到开关的信号被控制器860创建用于在两组电源开关之间交替，每组电源开关都分别具有反向对接(anti-parallel)的二极管840a、842a、850a和852a。图25中所示的双模断路器不仅能提供交流操作并且还能提供输出调制。这对于电桥810来说是一个实在的改进并且不需要输入变极器812。如在图22中示意地说明的，图23、24和25中公开的任何输出模块都可被用于三级电源700。具有这些电路其中一个的模块704被用作连接到两级输入模块702的输出级。
根据本发明的另一方面，模块704的输出断路器配备有也在图27中示出的软切换电路900。图23的断路器710具有由以振荡器882控制的频率的脉宽调制器880驱动的电源开关712。脉宽调制器880的输出880a在比较器884的控制下由输入880b控制，比较器884比较线路886上来自于波形成型器或波形产生器的命令信号与线路706a上的反馈电路信号。这是断路器的正常操作。软切换电路900是常用的软切换电路。该电路包括用于控制流经电源开关和二极管D4的电流的电感902。在切换操作期间，电容器906控制电源开关两端的电压。电容器904和906用二极管D1、D2、D3和D4如图27中所示地连接。这些电容器控制开关712两端的电压。电感902控制通过二极管D4的电流。从而，开关712和二极管D4在切换操作期间以电流和电压来软切换。这个电路在加州大学的文章中被示出，标题为Properties and Synthesis ofPassive，Loseless Soft-Switching PWM Converters。这个1997年5月的文章内容在此通过参考被合并以进一步解释常用的电路900的操作。本质上，断路器710的电源开关具有软切换电路以在电源开关的打开和关闭顺序期间控制电流和电压。相同类型的软切换电路被用于双模断路器750的电源开关760、780。换言之，模块704上的输出断路器配备有软切换电路，该软切换电路在切换操作期间控制适当时候的电压和电流。
图28和29说明了模块化电源700的两个优点。在图28中，模块704配备有输出功率级920，其可能是图23中所示的直流断路器、图25中所示的交流断路器或图24中所示的STT电路。通过使用本发明，不同的模块704能够被连接到输入模块702以用于构成不同类型的电源，而同时保留新颖的三级拓扑。控制器922结合了图11和22中所示的控制器190、194的功能并且从线路924接收控制电压。现在转向图29，使用本发明的模块化三级电源的第二个优点被说明。两个分离的输入模块702a、702b通过互连分别来自于两个输入模块的输出引脚20a、20b而被并联连接。从而，断路器30具有高于可从单个模块702获得的输入电平。当然，超过两个的输入模块可以被采用来在断路器30的输入端创建相当量的焊接电流。在图29中，电源700a包括两个输入模块702a、702b，其由控制器930通过输出线路192a、198a以及输出线路192b并且198b来一致地控制。控制电压分别通过线路932、934由模块702a、702b中的直流总线来提供。从而，通过使用本发明的模块化的三级电源，输出级能够被有选择地改变或者输入级可以被并联。较小模块的并联降低了因大范围功率级而需要的模块数量。模块化的两个优点在图28和29中被说明。其它的优点对创建多面性来说是显而易见的，同时还保留了图1-21中所示的新颖的三级电源的优点。
优选方法(图30-41)
图1-21中公开的新颖的三级电源和图25中所示的新颖的双模断路器已经被开发来执行大量的焊接处理。图30-41说明了这类电源与这些焊接处理的结合。在图30中，埋弧MIG焊接处理1000采用具有输出引脚1012、1014的新颖的三级电源1010。引脚1014可能是根据标准技术的接地引脚。埋弧焊接处理包括可沿工件WP活动并且在工件侧被许多粒状熔剂材料1020围绕的电极E。当电极E相对工件WP移动时，电极穿过粒状焊剂1020以在凝固之前保护焊弧和已熔金属熔池(puddle)。根据本发明的一方面，焊接处理由图1-21中公开的三级电源来执行。在本发明的一个实施例中，电极E是图31中所示的药芯焊丝电极，其中，电极是包括围绕包含焊剂的内部芯线1032的外部金属外皮1030的金属丝。药芯焊丝电极还包括用于与外皮1030的钢熔合的粒状材料。合金添加剂的包含没有改变电极是″药芯焊丝″电极。如果没有焊剂，则电极仍然可能是具有以粒状形态的金属合金材料的被外皮1030围绕的″包芯″电极。在此公开的几个焊接处理可以采用固体焊丝、金属芯电极或药芯焊丝电极，后者被优选并且示意地在图31中被说明。
根据本发明的另一方面，正如图31中所说明的，图1-21的三级电源与串列多弧焊接(tandem welding)处理1050结合使用。这个处理使用具有输出引脚1062、1064的三级电源1060。焊接信号被导向可沿工件WP以方向D移动的电极E1。第二电极E2从具有输出引脚1082、1084的三级电源180接收焊接信号。两个电源的输出引脚都被引脚1086连接到工件WP。通过以方向D沿着工件WP移动电极E1和E2，来执行串列多弧焊接处理。这个处理被说明为是使用粒状焊剂1090的埋弧焊接处理。图32的MIG串联处理不需要是埋弧焊接处理并且可以如图31中所示的只使用药芯焊丝电极。当使用埋弧焊接处理的粒状焊剂时，电极通常是固体金属或金属芯。
本发明的三级电源与诸如图33中所示的TIG焊接处理1100之类的任何焊接处理相结合。电源1110具有在电极E和工件WP之间的输出引脚1112、1114。TIG焊接处理使用在焊接期间不会被耗费的钨电极E。为了提供用于TIG焊接处理的附加金属，可以使用填焊金属条F。用于通用MIG焊接处理1120的三级电源的类似结合在图34中被说明。电源1122具有输出引脚1124、1126。电极E是焊丝、药芯焊丝或者被存储在电源中，说明为线轴1130的其它物体。因此，焊丝W在工件WP处通过触头1132被移动到焊接处理中。根据标准的MIG技术，引脚1124被连接到触头1132以用于把焊接信号引导至电极E。这个通用的MIG焊接处理结合使用图1-21中公开的三级电源。
图35和36中所示的不同的焊接输出信号通过图1-21中公开的新颖的三级电源或图25中说明的双模断路器来创建。在图35中，交流焊接信号1200包括正部分1202和负部分1204。这些部分由波形技术创建的一系列密集间隔的电流脉冲1210来创建，其中，每个脉冲的幅值由在波形成型器或波形产生器控制之下的脉宽调制器来确定。这是根据由俄亥俄州克利夫兰市的林肯电气公司开创的标准技术。图35的交流焊接信号可以如图36中所示由直流焊接信号1250来替代。峰值电流1252可以是为正极性或负极性的固定值。在被说明的实施例中，焊接信号1250是脉冲信号，其中，峰值电平1252位于上升部分1254之后，其后紧接着下降部分1256。这提供了超出背景电平1258的脉冲。根据本发明的优选实施例，波形通过由波形成型器或波形产生器控制之下的脉宽调制器创建的一连串单独的电流脉冲1260产生。
优选地，图30-36中说明的处理和电源结合通过图25中说明的新颖的双模断路器输出级来执行。这个概念在图37和38中被说明。在图37中，可能是使用粒状焊剂的埋弧焊接处理的MIG焊接处理1300被说明为与具有输入两级模块1312的三级电源1310结合，输入两级模块1312把输出信号从非调整隔离DC/DC变换器引导至双模断路器1314。驱动断路器1314的直流信号在线路1316中。引脚1320上的输出焊接信号是诸如图35和36中所示的信号之类的信号。焊接信号被连接到触头1132以用于MIG焊接处理1300。与电源1310结合的TIG焊接处理1350在图38中被说明。之前用于不同元件的编号在图38中被使用。图35和36中所示的焊接信号通过输出引脚1320被导向钨电极E。填焊金属条F被用来在直流TIG焊接处理期间提供附加金属。通常，这个填焊金属不被用于交流TIG焊接，尽管它也是有效的。分别在图37、38中说明的通用的MIG焊接处理1300和通用的TIG焊接处理1350是使用图25中公开的双模断路器710的新颖的结合。
图25中所示的双模断路器750能够由来自于不同的隔离输入电源的DC信号驱动以执行结合的焊接处理。通用的直流驱动信号的使用在图39-41中被说明，其中，之前使用的类似数字对应于相同或类似的元件。MIG焊接处理1400在图39中被说明，其中，通用的直流输入1410被双模断路器1314转换以在触头1132创建交流或直流焊接信号。图39的MIG焊接处理1400被转换成图40中的埋弧MIG焊接处理1420。通过添加围绕电极E的粒状焊剂材料1422以保护焊接处理的电弧和已熔金属熔池，从而这个转换被实现。如图41中所说明的，具有通用输入直流驱动信号1410的双模断路器与电源结合以提供TIG焊接处理1430。引脚1320上的交流或直流焊接信号被钨电极E用来在工件WP进行TIG焊接。
正如图30-41中所说明的，图1-21中所示的新颖的三级电源和图25中公开的新颖的双模断路器与某些焊接处理结合以创建新颖的方法，该新颖的方法形成了本发明的另一方面。图30-41中说明的方法公开了焊接处理与本发明的新颖的电源的结合的本发明。

Claims (184)

1.一种用于电弧焊接处理的电源，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入端的非调整DC/DC变换器，以具有给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；以及
第三级，用于把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出，所述输入级和所述第二级被装配到第一模块中，而所述第三级被装配到可连接到所述第一模块的第二模块中。
2.如权利要求1所述的电源，其中，所述给定工作循环是可调的。
3.如权利要求2所述的电源，其中，所述输入级包括整流器和功率因数校正变换器。
4.如权利要求3所述的电源，其中，所述功率因数校正变换器是升压型变换器。
5.如权利要求3所述的电源，其中，所述功率因数校正变换器是降压型变换器。
6.如权利要求5所述的焊接电源，其中，所述第二模块的所述第三级是具有以给定频率操作的电源开关的断路器。
7.如权利要求6所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有软切换电路。
8.如权利要求7所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
9.如权利要求5所述的焊接电源，其中，所述断路器是具有第一极性路径和第二极性路径的双模断路器，第一极性路径具有第一电源开关和一极性开关，第二极性路径具有第二电源开关和一极性开关。
10.如权利要求9所述的焊接电源，包括具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式在所述第一和第二极性路径之间交替地操作所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
11.如权利要求10所述的焊接电源，其中，所述第一和第二电源开关分别具有软切换电路。
12.如权利要求11所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
13.如权利要求9所述的焊接电源，其中，所述第一和第二电源开关分别具有软切换电路。
14.如权利要求13所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
15.如权利要求4所述的焊接电源，其中，所述第二模块的所述第三级是具有以给定频率操作的电源开关的断路器。
16.如权利要求15所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有软切换电路。
17.如权利要求16所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
18.如权利要求4所述的焊接电源，其中，所述断路器是一具有第一极性路径和第二极性路径的双模断路器，第一极性路径具有第一调制开关和极性开关，第二极性路径具有第二调制开关和极性开关。
19.如权利要求18所述的焊接电源，包括一个具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式在所述第一和第二极性路径之间交替地操作所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
20.如权利要求19所述的焊接电源，其中，所述第一和第二调制开关分别具有一软切换电路。
21.如权利要求20所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
22.如权利要求18所述的焊接电源，其中，所述第一和第二调制开关分别具有一软切换电路。
23.如权利要求22所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
24.如权利要求3所述的焊接电源，其中，所述第二模块的所述第三级是具有以给定频率操作的电源开关的断路器。
25.如权利要求24所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有一软切换电路。
26.如权利要求25所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
27.如权利要求3所述的焊接电源，其中，所述断路器是一具有第一极性路径和第二极性路径的双模断路器，第一极性路径具有第一调制开关和极性开关，第二极性路径具有第二调制开关和极性开关。
28.如权利要求27所述的焊接电源，包括一具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式在所述第一和第二极性路径之间交替地操作所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
29.如权利要求28所述的焊接电源，其中，所述第一和第二电源开关分别具有一软切换电路。
30.如权利要求29所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
31.如权利要求27所述的焊接电源，其中，所述第一和第二调制开关分别具有一软切换电路。
32.如权利要求31所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
33.如权利要求1所述的焊接电源，其中，所述第二模块的所述第三级是具有以给定频率操作的调制开关的断路器。
34.如权利要求33所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有一软切换电路。
35.如权利要求34所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
36.如权利要求1所述的焊接电源，其中，所述断路器是一具有第一极性路径和第二极性路径的双模断路器，第一极性路径具有第一调制开关和极性开关，第二极性路径具有第二调制开关和极性开关。
37.如权利要求36所述的焊接电源，包括一具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式在所述第一和第二极性路径之间交替地操作所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
38.如权利要求37所述的焊接电源，其中，所述第一和第二电源开关分别具有一软切换电路。
39.如权利要求38所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
40.如权利要求36所述的焊接电源，其中，所述第一和第二调制开关分别具有一软切换电路。
41.如权利要求40所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
42.如权利要求1所述的焊接电源，其中，所述第二模块的所述第三级是具有执行STT焊接处理的电源开关的电路。
43.如权利要求42所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有一软切换电路。
44.如权利要求43所述的焊接电源，其中，所述软切换电路是无源式。
45.一种用于电弧焊接处理的电源，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号；
第二级，其形式为，具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，用于把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出，所述第三级是与所述电源分离的断路器。
46.如权利要求45所述的电源，其中，所述给定工作循环是可调的。
47.如权利要求45所述的电源，其中，所述输入级包括整流器和功率因数校正变换器。
48.如权利要求47所述的电源，其中，所述功率因数校正变换器是升压型变换器。
49.如权利要求47所述的电源，其中，所述功率因数校正变换器是升压型+降压型变换器。
50.如权利要求45所述的焊接电源，其中，所述断路器具有一电源开关。
51.如权利要求50所述的焊接电源，其中，所述电源开关以高于18kHz的频率操作。
52.如权利要求51所述的焊接电源，其中，所述电源开关由脉宽调制器来操作。
53.如权利要求50所述的焊接电源，其中，所述电源开关由脉宽调制器来操作。
54.如权利要求53所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
55.如权利要求52所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
56.如权利要求51所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
57.如权利要求50所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
58.如权利要求49所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
59.如权利要求48所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
60.如权利要求47所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
61.如权利要求45所述的焊接电源，其中，所述第一和第二级被装配到单个分离的模块上。
62.如权利要求52所述的焊接电源，其中，所述的电源开关具有一软切换电路。
63.如权利要求51所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有一软切换电路。
64.如权利要求50所述的焊接电源，其中，所述电源开关具有一软切换电路。
65.如权利要求45所述的焊接电源，其中，所述断路器是一具有第一极性路径和第二极性路径的双模断路器，第一极性路径具有第一调制开关和极性开关，第二极性路径具有第二调制开关和极性开关。
66.如权利要求65所述的焊接电源，包括一具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式交替地操作所述第一和第二极性路径之间的所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
67.如权利要求66所述的焊接电源，其中，所述的第一和第二电源开关分别具有一个软切换电路。
68.如权利要求67所述的焊接电源，其中，所述的软切换电路是无源式。
69.如权利要求65所述的焊接电源，其中，所述的第一和第二电源开关分别具有一软切换电路。
70.如权利要求69所述的焊接电源，其中，所述的软切换电路是无源式。
71.一种用于电弧焊接处理的电源，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的数值；和
第三级，用于把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出，所述第三级是执行STT焊接处理的电路。
72.如权利要求71所述的电源，其中，所述给定工作循环是可调的。
73.如权利要求71所述的电源，其中，所述输入级包括整流器和功率因数校正变换器。
74.如权利要求73所述的电源，其中，所述功率因数校正变换器是升压型变换器。
75.如权利要求73所述的电源，其中，所述功率因数校正变换器是降压型+升压型变换器。
76.如权利要求71所述的焊接电源，其中，执行电路的所述STT具有一电源开关。
77.如权利要求76所述的焊接电源，其中，所述电源开关以高于18kHz的频率操作。
78.如权利要求77所述的焊接电源，其中，所述电源开关由脉宽调制器来操作。
79.如权利要求76所述的焊接电源，其中，所述第二模块的所述第三级是具有以给定频率操作的电源开关的断路器。
80.一种用于电弧焊机的电源的输出级，所述级是具有第一极性路径和第二极性路径的断路器，第一极性路径具有第一调制开关和极性开关，第二极性路径具有第二调制开关和极性开关。
81.如权利要求80所述的输出级，包括一具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式在所述第一和第二极性路径之间交替地操作所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
82.如权利要求81所述的输出级，其中，所述第一和第二调制开关分别具有一软切换电路。
83.如权利要求82所述的输出级，其中，所述软切换电路是无源式。
84.如权利要求83所述的输出级，其中，所述软切换电路是低电压和低电流。
85.如权利要求82所述的输出级，其中，所述软切换电路是低电压和低电流。
86.如权利要求85所述的输出级，其中，所述调制开关由以大约高于18kHz的频率操作的脉宽调制器来操作。
87.如权利要求84所述的输出级，其中，所述调制开关由以大约高于18kHz的频率操作的脉宽调制器来操作。
88.如权利要求83所述的输出级，其中，所述调制开关由以大约高于18kHz的频率操作的脉宽调制器来操作。
89.如权利要求82所述的输出级，其中，所述调制开关由以大约高于18kHz的频率操作的脉宽调制器来操作。
90.如权利要求81所述的输出级，其中，所述调制开关由以大约高于18kHz的频率操作的脉宽调制器来操作。
91.如权利要求80所述的输出级，其中，所述调制开关由以大约高于18kHz的频率操作的脉宽调制器来操作。
92.一种包括电源的焊机，该电源包括多级，最后一级是一双模断路器，该双模断路器具有直流输入、具有第一调制电源开关和极性开关的第一极性路径，以及具有第二调制或电源开关和极性开关的第二极性路径。
93.如权利要求92所述的焊接电源，包括一具有第一模式和第二模式的控制器，第一模式在所述第一和第二极性路径之间交替地操作所述断路器，而第二模式只在所述的极性路径的其中一个操作所述断路器。
94.如权利要求93所述的焊机，包括用于所述断路器的第一输出引脚，MIG焊接站的触头和把所述引脚连接到所述触头的装置。
95.如权利要求92所述的焊机，包括用于所述断路器的第一输出引脚，MIG焊接站的触头和把所述引脚连接到所述触头的装置。
96.如权利要求93所述的焊机，包括用于所述断路器的第一输出引脚，TIG焊接站的非自耗电极和把所述引脚连接到所述电极的装置。
97.如权利要求92所述的焊机，包括用于所述断路器的第一输出引脚，TIG焊接站的非自耗电极和把所述引脚连接到所述电极的装置。
98.如权利要求97所述的焊机，包括具有第一模式和第二模式和第三模式的控制器，第一模式在所述第一和所述第二路径之间交替地操作转换，第二模式用于所述第一路径的操作，第三模式用于所述第二路径的操作。
99.如权利要求96所述的焊机，包括具有第一模式和第二模式和第三模式的控制器，第一模式在所述第一和所述第二路径之间交替地操作转换，第二模式用于所述第一路径的操作，第三模式用于所述第二路径的操作。
100.如权利要求95所述的焊机，包括具有第一模式和第二模式和第三模式的控制器，第一模式在所述第一和所述第二路径之间交替地操作转换，第二模式用于所述第一路径的操作，第三模式用于所述第二路径的操作。
101.如权利要求94所述的焊机，包括具有第一模式和第二模式和第三模式的控制器，第一模式在所述第一和所述第二路径之间交替地操作转换，第二模式用于所述第一路径的操作，第三模式用于所述第二路径的操作。
102.如权利要求93所述的焊机，包括具有第一模式和第二模式和第三模式的控制器，第一模式在所述第一和所述第二路径之间交替地操作转换，第二模式用于所述第一路径的操作，第三模式用于所述第二路径的操作。
103.如权利要求92所述的焊机，包括具有第一模式和第二模式和第三模式的控制器，第一模式在所述第一和所述第二路径之间交替地操作转换，第二模式用于所述第一路径的操作，第三模式用于所述第二路径的操作。
104.如权利要求103所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
105.如权利要求102所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
106.如权利要求101所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
107.如权利要求100所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
108.如权利要求99所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
109.如权利要求98所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
110.如权利要求97所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
111.如权利要求96所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
112.如权利要求95所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
113.如权利要求94所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
114.如权利要求93所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
115.如权利要求92所述的焊机，其中，所述电源包括：
输入级，具有交流输入和第一直流输出信号的输入级；
第二级，其形式为，
具有连接到所述第一直流输出信号的输入的非调整DC/DC变换器，以给定工作循环的高频切换以把所述输入转换成第一内部交流信号的开关网络，具有由所述第一内部高频交流信号驱动的初级线圈和用于创建第二内部高频交流信号的次级线圈的隔离变压器，和把所述第二内部交流信号转换成所述第二级的第二直流输出信号的整流器，第二直流输出信号具有与所述开关的所述工作循环相关的幅值；和
第三级，把所述第二直流输出信号转换成所述焊接处理的焊接输出。
116.如权利要求112所述的焊机，其中，所述给定工作循环是可调的。
117.如权利要求103所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
118.如权利要求102所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
119.如权利要求101所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
120.如权利要求100所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
121.如权利要求99所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
122.如权利要求98所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
123.如权利要求97所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
124.如权利要求96所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
125.如权利要求95所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
126.如权利要求94所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
127.如权利要求93所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
128.如权利要求92所述的焊机，其中，所述电源第一级的所述电源具有连接到所述二级断路器的直流输入的直流输出。
129.一种MIG焊接的方法，包括：
(a)提供向工件进给的焊丝；
(b)提供具有焊接输出信号的电源；和
(c)提供具有创建所述输出信号的双模断路器输出级的所述电源，以促成所述焊丝和所述工件之间的焊接操作。
130.如权利要求129所述的方法，其中，所述电源具有三个单独级，中央级是非调整隔离全桥变极器。
131.如权利要求130所述的方法，其中，所述输出信号是交流信号。
132.如权利要求129所述的方法，其中，所述输出信号是交流信号。
133.如权利要求130所述的方法，其中，所述输出信号是直流信号。
134.如权利要求129所述的方法，其中，所述输出信号是直流信号。
135.如权利要求134所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
136.如权利要求133所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
137.如权利要求132所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
138.如权利要求131所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
139.如权利要求130所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
140.如权利要求129所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
141.如权利要求138所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或幅值不同于正部分的负部分。
142.如权利要求141所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
143.如权利要求137所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或幅值不同于正部分的负部分。
144.如权利要求143所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
145.如权利要求132所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或幅值不同于正部分的负部分。
146.如权利要求145所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
147.如权利要求131所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或幅值不同于正部分的负部分。
148.如权利要求147所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
149.如权利要求148所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
150.如权利要求147所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
151.如权利要求134所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
152.如权利要求133所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
153.如权利要求132所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
154.如权利要求131所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
155.如权利要求130所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
156.如权利要求129所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
157.一种MIG焊接的方法，包括：
(a)提供向工件进给的焊丝；
(b)提供具有焊接输出信号的电源；和
(c)提供所述三级电源，所述三级电源具有以非调整DC/DC变换器形式的中心级，用于创建所述输出信号来促成所述焊丝和所述工件之间的焊接操作。
158.如权利要求157所述的方法，其中，所述中心级是非调整隔离全桥变极器。
159.如权利要求158所述的方法，其中，所述输出信号是交流信号。
160.如权利要求157所述的方法，其中，所述输出信号是交流信号。
161.如权利要求158所述的方法，其中，所述输出信号是直流信号。
162.如权利要求157所述的方法，其中，所述输出信号是直流信号。
163.如权利要求162所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
164.如权利要求161所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
165.如权利要求160所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
166.如权利要求159所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
167.如权利要求158所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
168.如权利要求157所述的方法，包括：
(d)提供围绕所述电极并且在所述工件上的粒状焊剂。
169.如权利要求166所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或数值不同于正部分的负部分。
170.如权利要求169所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
171.如权利要求165所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或数值不同于正部分的负部分。
172.如权利要求171所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
173.如权利要求160所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或数值不同于正部分的负部分。
174.如权利要求173所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
175.如权利要求159所述的方法，其中，所述交流信号具有能量或数值不同于正部分的负部分。
176.如权利要求175所述的方法，其中，所述负部分中的所述差值大于所述正部分。
177.如权利要求176所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
178.如权利要求175所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
179.如权利要求162所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
180.如权利要求161所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
181.如权利要求160所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
182.如权利要求159所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
183.如权利要求158所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
184.如权利要求157所述的方法，其中，所述电极是药芯焊丝电极。
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