KR20140009602A

KR20140009602A - 용접 머신용 보조 전원

Info

Publication number: KR20140009602A
Application number: KR1020137033052A
Authority: KR
Inventors: 리펑 래리 루오
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2014-01-22
Also published as: BR112012004081A2; KR20120055679A; JP5828917B2; US20110049115A1; US8426772B2; US8704130B2; CN102481653B; EP2461935A1; US20130220986A1; PL2461935T3; CN102481653A; EP2461935B1; WO2011027208A1; JP5453536B2; JP2014079165A; JP2013503044A

Abstract

보조 전력 출력을 갖는 전기 용접 머신(100) 및 용접 머신 상의 보조 전력 출력을 제어하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 시스템은 용접기 전력 출력(165)와 회로 통신하는 제1 2차 권선(140) 및 보조 전력 출력을 갖는 보조 전원과 회로 통신하는 제2 2차 권선(145)을 갖는 메인 트랜스포머(130)를 포함한다. 보조 전원은 용접기 전력 출력을 모니터링하여 용접기 전력 출력이 온인지를 결정하는 입력(180), 보조 전력 출력에 요구 내의 서지 또는 스파이크가 존재하는지를 결정하는 회로(250), 및 소정의 조건이 만족하면 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 제한하는 회로를 포함한다. 하나의 방법은 보조 전력 출력에 대한 요구를 모니터링하는 단계, 용접기 전력 출력을 모니터링하는 단계, 제1 제한보다 큰 보조 전력 출력에 대한 요구에 스파이크가 존재하는지를 결정하는 단계, 스파이크가 제1 제한보다 크고 용접기 전력 출력이 활성화되면 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 단계를 포함한다.

Description

용접 머신용 보조 전원{AUXILIARY POWER SUPPLY FOR A WELDING MACHINE}

본 발명의 실시예는 일반적으로 용접 머신에 관한 것이고, 특히, 용접 머신용 보조 전원 및 용접 머신 상의 보조 전력 출력을 제어하는 방법에 관한 것이다.

전기 아크 용접기는 수많은 산업, 백야드 숍(back yard shop) 및 미국 이외의 나라들에서 사용되고 있고, 이들의 각각은 이용가능한 상이한 전원을 가질 수 있다. 이러한 전원은 200 VAC 내지 600 VAC의 범위일 수 있고, 50 Hz 또는 60 Hz의 주파수를 가질 수 있으며, 3상 또는 단상일 수 있다. Lincoln Electric은 용접기가 이들 전원 중의 임의의 것과 함께 동작할 수 있도록 하는 전기 아크 용접기에 대한 새로운 3단 전원을 개발하였다. 종종, 오퍼레이터는 전력 툴 또는 115 VAC 상에서 동작하는 다른 장치를 필요로 할 수 있고, 이러한 전원은 이용가능하지 않다.

보조 전원을 갖는 전기 용접 머신이 제공된다. 일 실시예에서, 설정 제한을 초과하는 전류 인출에 서지 또는 스파이크가 존재하면, 보조 전원으로의 이용가능한 전력이 제한된다. 일 실시예에서, 2개의 서지(serge) 또는 스파이크 제한, 즉, 용접기 전력 출력이 온이면 이용가능한 전력의 감소를 트리거하는 낮은 스파이크 제한 및 용접기 전력 출력이 오프이면 이용가능한 전력의 감소를 트리거하는 높은 스파이크 제한이 존재한다. 일 실시예에서, 전기 용접 머신은 약 200 내지 600 볼트 AC 사이의 전압을 수신하는 입력을 포함한다. 입력은 AC/DC 변환기, 인버터, 및 입력으로부터 차폐(isolation)를 제공하는 메인 트랜스포머와 회로 통신한다. 메인 트랜스포머는 용접기 전력 출력과 회로 통신하는 제1 2차 권선 및 보조 전력 출력을 갖는 보조 전원과 회로 통신하는 제2 2차 권선을 포함한다. 보조 전원은 용접기 전력 출력을 모니터링하여 용접기 전력 출력이 온인지를 결정하는 입력, 필터에 펄스 입력을 제공하는 펄스 폭 변조 회로, 및 보조 전력 출력의 출력을 모니터링하는 입력을 포함한다. 필터로의 펄스 입력은 정상 조건 하에서 최대 이용가능한 보조 전력 출력을 제공하고 보조 전력 출력 상에 서지 또는 스파이크가 존재하면 이용가능한 보조 전력 출력을 감소시킨다.

다른 실시예에서, 전기 용접기는, 용접기 출력을 갖는 용접 전원에 제1 감소된 AC 전압을 제공하고 보조 출력을 갖는 보조 전원에 제2 감소된 AC 전압을 제공하는 적어도 하나의 트랜스포머를 갖는다. 보조 전원은 제2 감소된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류기, 포지티브 DC 전압을 예를 들어 LC 필터의 인덕터 등의 제1 필터 입력에, 및 네가티브 DC 전압을 예를 들어 LC 필터의 커패시터 등의 제2 필터 입력에 간헐적으로 제공하고, 네가티브 DC 전압을 제1 필터 입력에, 및 포지티브 DC 전압을 제2 필터 입력에 간헐적으로 제공하는 스위치를 포함할 수 있다. 보조 전원은 스위치를 펄싱하여 가변 펄스 폭을 필터에 제공하기 위하여 약 20 kHz보다 큰 주파수에서 동작하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 필터는 제1 펄스 폭이 필터에 인가될 때 실질적으로 사인파형을 갖는 AC 전력 출력을 제공한다.

일 실시예에서, 용접 머신 상의 보조 전력 출력을 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 보조 전력 출력에 대한 요구를 모니터링하는 단계, 용접기 전력 출력을 모니터링하는 단계, 제1 제한보다 큰 보조 전력 출력에 대한 요구에서 스파이크가 존재하는지를 결정하는 단계, 및 스파이크가 상기 제1 제한보다 크고 용접기 전력 출력이 활성화(energize)되면 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 실시예 및 특징이 상세한 설명, 도면, 및 청구항에서 정의된다.

본 발명의 이들 및 다른 특징 및 더 완벽한 이해는 첨부된 도면과 결합한 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전원을 갖는 용접기의 예시적인 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기용 보조 전원의 예시적인 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기용 보조 전원 내의 필터의 입력에 인가되는 전압 신호의 예시적인 도면.
도 4는 도 3의 보조 전원 내의 필터의 입력에 인가된 전압 신호에 대응하는 출력 전압 신호의 예시적인 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기용 보조 전원 내의 필터에 인가되는 전압 신호의 예시적인 도면.
도 6은 도 5의 보조 전원 내의 필터의 입력에 인가되는 전압 신호에 대응하는 출력 전압 신호의 예시적인 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기용 보조 전원 내의 필터에 인가되는 전압 신호의 예시적인 도면.
도 8은 도 7의 보조 전원 내의 필터의 입력에 인가되는 전압 신호에 대응하는 출력 전압 신호의 예시적인 도면.
도 9는 보조 전원을 갖는 전기 용접기의 일 실시예에 따른 로직 다이어그램의 예시적인 플로우챠트.
도 10은 보조 전원을 갖는 전기 용접기의 일 실시예에 따른 로직 다이어그램의 다른 예시적인 플로우챠트.

다음은 본 개시물에 걸쳐 사용되는 예시적인 용어의 정의를 포함한다. 모든 용어의 단수 및 복수 형태는 각각의 의미 내에 포함된다. 다르게 기재되는 것을 제외하고 모든 용어의 대문자로 시작하는 또는 대문자로 시작하지 않는 형태는 각각의 의미 내에 포함된다.

여기에 사용된 "회로 통신"은 장치 간의 통신 관계를 나타낸다. 직접적인 전기, 전자기 및 광 접속부와 간접적인 전기, 전자기 및 광 접속부가 회로 통신의 예이다. 하나의 장치로부터의 신호가 다른 장치에 의해 수신되면 신호가 임의의 다른 장치에 의해 변경되는지와 관계없이 2개의 장치는 회로 통신 내에 있다. 예를 들어, 하나의 장치로부터의 신호가 다른 장치로 통신되면, 그 신호가 중간 장치(들)에 의해 변경되더라도, 증폭기, 필터, 트랜스포머, 광 차폐기, 디지털 또는 아날로그 버퍼, 아날로그 적분기, 다른 전자 회로, 파이버 옵틱 트랜시버, 또는 심지어 위성 중의 하나 이상에 의해 분리된 2개의 장치는 회로 통신 내에 있다. 또 다른 예로서, 전자기 센서는 신호로부터 전자기 방사를 수신하면 신호와 회로 통신 내에 있다. 마지막 예로서, 직접 서로 접속되지 않지만 제3 장치, 예를 들어, CPU와 인터페이싱할 수 있는 2개의 장치는 회로 통신 내에 있다. 또한, 여기에 사용된 바와 같이, 전압 및 디지털화된 전압을 나타내는 값은 본 출원의 목적에 대해 동등한 것으로 간주되고, 따라서, 여기에 사용된 용어 "전압"은 신호, 신호를 나타내는 프로세서 내의 값 또는 신호를 나타내는 값으로부터 결정된 프로세서 내의 값을 지칭한다.

여기에 사용된 "신호"는, 제한되지 않지만, 하나 이상의 전기 신호, 아날로그 또는 디지털 신호, 하나 이상의 컴퓨터 명령, 비트 또는 비트 스트림 등을 포함한다.

여기에 사용된 "회로"와 동의어인 "로직"은, 제한되지 않지만, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 및/또는 그 조합을 포함하여 기능(들) 또는 액션(들)을 수행한다. 예를 들어, 소망의 애플리케이션 또는 요구에 기초하여, 로직은 소프트웨어 제어된 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러, ASIC(application specification integrated circuit) 등의 개별 로직 또는 다른 프로그래밍된 로직 장치를 포함할 수 있다. 또한, 로직은 소프트웨어로서도 충분히 구현될 수 있다. 여기에 식별되고 기재된 회로는 많은 상이한 구성을 가져 소망의 기능들을 수행할 수 있다.

상세한 설명에서 식별된 값은 예시적이며 특정 용접기 설계에 대하여 필요한대로 결정된다. 따라서, 여기에 개시되고 청구된 발명적 개념은 여기에 개시된 실시예를 설명하는데 사용된 특정한 값들 또는 값의 범위에 제한되지 않는다.

*도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전원(170)을 갖는 용접기(100)의 실시예의 예시적인 블록도이다. 용접기(100)는 AC 전력을 수신하는 입력(105)을 포함하는 AC/DC 변환기(110)를 포함할 수 있다. AC/DC 변환기(110)는 예를 들어 약 200 내지 600 VAC의 범위의 전압 및 3상 또는 단상, 50 Hz 또는 60 Hz일 수 있는 전압과 같은 "범용" 전압을 수신하도록 구성된다. AC/DC 변환기(110)의 출력은 DC 버스(115)와의 회로 통신 내에 있으며, 바람직하게, 약 400 VDC의 출력을 제공하고, DC 버스(115)는 인버터(120)와의 회로 통신 내에 있다. 인버터(120)는 400 VDC 신호를 메인 전원 트랜스포머(130) 내의 1차 권선(135)과의 회로 통신 내에 있는 400 VAC, 50 kHz 신호로 변환시킨다. 메인 전원 트랜스포머(130)는 용접 전원(160) 내의 정류기(162)와 회로 통신 내에 있는 2차 권선(140)을 갖는다. 1차 권선(135) 및 2차 권선(140)은 4:1의 비를 가질 수 있다. 따라서, 메인 전원 트랜스포머(130)로의 400 VAC, 50 kHz 입력 신호는 용접 전원(160)의 정류기(162)로의 100 VAC, 50 kHz 입력으로 변환된다. 상술한 회로의 예시적인 실시예에 대한 추가의 정보에 대해서는, 2005년 3월 24일에 제출되고 미국 공개 번호 제2006/0213890호로서 2006년 9월 28일에 공개되고, Lincoln Global, Inc에 양도되고, 여기에 참조에 의해 포함된 미국 특허 출원 번호 제11/087179호를 참조한다. 그러나, 이것은 사용될 수 있는 많은 상이한 용접 전원 중의 일 예이다. 여기에 개시된 발명적 개념은 범용 입력 전압을 갖는 용접 머신에 한정되지 않는다.

메인 전원 트랜스포머(130)는 보조 전원(170) 내의 정류기(205)(도 2)와 회로 통신 내에 있는 또 다른 2차 권선(145)을 포함한다. 1차 권선(135) 및 2차 권선(145)은 2:1의 비를 가질 수 있다. 따라서, 메인 전원 트랜스포머(130)로의 400 VAC 입력은 보조 전원(170) 내의 정류기(205)로의 200 VAC, 50 kHz 입력으로 변환된다. 메인 전원 트랜스포머(130)는 용접기에 전원이 공급될 때 용접기 전력 출력(165)이 온 또는 오프인 것과 관계없이 활성화된다. 따라서, 보조 전원(170)에 대한 전력은 용접기(100)에 전력 공급되었을 때 항상 이용가능하다. 추가의 2차 권선(145)은 추가의 변환기에 대한 필요성을 제거하고 궁극적인 소비자가 선택적 보조 전력 출력을 지시하였는지의 여부와 관계없이 적은 비용으로 모든 용접 머신에 추가될 수 있다. 이 실시예의 다른 이점은, 메인 트랜스포머 1차 버스가 용접기(100)의 입력 전압(105)과 독립적이고, 따라서, 2차 권선(145)도 또한 입력 전압(105)과 독립적이다는 것이다. 따라서, 전압 입력(105)의 상이한 범위에 대하여 보조 전원(170)에 대한 설정을 변경하거나 재접속할 필요가 없다. 보조 전원(170)은 용접기(100)에 대한 옵션으로서 제공될 수 있고, 일 실시예에서, 본래의 용접기가 추가의 2차 권선(145)을 갖는 경우에 소비자가 본래의 구입 이후에 인스톨하도록 선택적으로 제공될 수 있다. 그러나, 선택적으로, 제2 인버터 및 트랜스포머(미도시)는 보조 전원에 전력을 공급하는데 사용될 수 있고, DC 버스(115)에 접속될 수 있다.

도 2는 보조 전원(170)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 보조 전원(170)은 예를 들어, 상술한 200 VAC, 50 kHz 신호와 같은 AC 입력을 수신하도록 구성되고, 이 신호는 정류기(205)에 의해 정류되어 약 200 VDC 출력을 제공한다. 200 VDC 출력의 포지티브 레그(leg)는 버스(210a)와의 회로 통신 내에 있고, 네가티브 레그는 버스(210b)와의 회로 통신 내에 있다. 버스(210a)는 스위치쌍(SW1 및 SW3)과의 회로 통신 내에 있고, 버스(210b)는 스위치쌍(SW2 및 SW4)과의 회로 통신 내에 있다. SW1 및 SW4의 출력은 예를 들어 인덕터(231) 등의 필터(230)의 하나의 입력과 회로 통신 내에 있고, SW2 및 SW3의 출력은 예를 들어 필터(230)의 커패시터(232) 등의 제2 입력과의 회로 통신 내에 있다. 스위치(SW1, SW2, SW3 및 SW4)는 제어 회로(250)에 의해 제어된다. 제어 회로(250)는 또한 필터 출력(240)으로부터 입력 신호(255)를 수신한다. 입력 신호(255)는 예를 들어 전류 또는 전압 신호일 수 있다. 입력 신호(255)는 전압, 리플(ripple), 전류 인출(current draw) 등 중의 하나 이상을 결정하는데 사용될 수 있는 피드백 신호를 제공한다. 일 실시예에서, 입력 신호는 출력 전압 및 전압 리플을 모니터링하는 제어 회로(250)에 의해 수신된 아날로그 전압 신호이다.

스위치(SW1, SW2, SW3 및 SW4)는 라인(220a, 220b, 220c 및 220d) 상의 펄스를 게이팅(gating)함으로써 교호의 순서로 활성화된다. 제어 회로(250)는 약 20 kHz 이상에서, 일 실시예에서 약 75 kHz에서와 같은 고주파수에서 교호의 스위치쌍을 "온" 및 "오프"한다. 예를 들어, 제어 회로(250)는 스위치(SW1 및 SW2)를 여러번 "온"하여 예를 들어 펄스(305)(도 3)와 같은 일련의 포지티브 전압 펄스를 생성하고, 그 후, 제어 회로(250)는 스위치(SW3 및 SW4)를 여러번 "온"하여 예를 들어, 펄스(310)와 같은 일련의 네가티브 펄스를 생성한다. 일련의 포지티브 펄스 후에 일련의 네가티브 펄스를 생성하는 이 프로세스가 반복된다. 일 실시예에서, 펄스 폭은 증가 및 감소하여 적어도 부분적으로 도 4에 도시된 실질적으로 사인파 출력을 생성한다. 예를 들어, 펄스(305 및 및 310)는 각각 하나 이상의 제1 펄스 폭(305a 및 310a), 하나 이상의 더 넓은 펄스 폭(305b 및 310b) 및 하나 이상의 가장 넓은 펄스 폭(305c 및 310c)를 포함할 수 있다. 따라서, 포지티브 펄스 폭(305)은 도 4의 사인파 형상에 대응하여 305a로부터 305b, 305c로 증가하고 305c로부터 305b, 305a로 감소한다. 마찬가지로, 네가티브 펄스 폭은 도 4의 사인파 형상에 대응하여 310a로부터 310b, 310c로 증가하고 310c로부터 310b, 310a로 감소한다. (간략화를 위하여, 단 3개의 상이한 펄스 폭이 도시되지만, 임의의 원하는 수의 상이한 펄스 폭이 사용될 수 있다.) 이들 전압 펄스는 필터(230)의 입력에 인가된다. 필터(230)는 인덕터(231) 및 커패시터(232)를 포함하고, 따라서, 필터(230)의 전류 및 전압 출력은 순간적으로 변할 수 없다. 따라서, 필터(230)의 출력은 도 4에 도시된 바와 같이 사인파 출력이다. 필터(230) 구성요소는 예를 들어 115 VAC, 60 Hz 출력을 생성하도록 선택될 수 있다. 바람직하게 출력은 예를 들어 총 출력 전압의 약 5% 미만의 최소 전압 리플을 갖는다. 제어 회로(250)는 입력 신호(255)를 사용하여 보조 전원(170)의 출력(240)을 모니터링하고 스위치(SW1, SW2, SW3 및SW4)의 펄싱을 조절하여 실질적으로 일관된 사인파 115 VAC 출력을 유지한다. 필터(230)의 출력(240)은 예를 들어 용접 머신(미도시)의 백 패널 상에 위치하는 리셉터클(receptacle)과 회로 통신 내에 있다.

사각파 출력과 대조적으로, 사인파 출력이 바람직하다. 많은 전력 툴이 사인파 형태를 갖는 전원 상에서 더 효율적으로 동작하고 사각파 상에서 동작할 때 더 뜨거워진다. 또한, 예를 들어 사각 전압파가 고조파 잡음을 발생시키는 라디오 또는 텔레비전, 고체 상태 가변 속도 제어를 갖는 전력 툴, 어떤 배터리 충전기 및 형광등 등의 어떤 장치는 사각파 형태에서 전혀 적절하게 동작하지 않는다.

전기 용접기의 주요 목적은 양질의 용접을 제공하는 것이다. 보조 전원(170)은 1차 DC 버스(115)를 용접기 출력(165)과 공유하기 때문에, 보조 전력 출력(240) 상의 예를 들어 전력 툴에 의한 전류 인출이 너무 많으면 DC 버스(115)를 낮출 수 있고, 그렇다면 용접기 출력에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 제어 회로(250)는 용접기가 동작할 때 출력(240)에서 이용가능한 전류를 제한한다. 제어 회로(250)는 신호(180)를 통해 용접기가 동작중인지의 여부를 모니터링한다. 일 실시예에서, 신호(180)는 용접기 전력 출력(165)이 온일 때 활성화된다. 따라서, 제어 회로(250)가 신호(180) 상의 전압을 검출하면, 용접기 전력 출력은 온이다. 이용가능한 출력 전류는 필터(230)에 입력되는 전압의 펄스 폭을 좁힘으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 제1 펄스 폭을 갖는 일련의 포지티브 전압 펄스(505)를 나타낸다. (실제 실행에서, 펄스 폭(505)은 사인파 출력을 생성하는 것을 돕는 다수의 상이한 펄스 폭을 포함할 수 있다). 시간(T1)에서, 용접기는 동작하고 제어 회로(250)는 펄스(510, 511)의 폭을 좁힘으로써 필터(230)의 입력에 이용가능한 전류를 제한한다. 시간(T2)에서, 용접기는 더이상 동작하지 않고 제어 회로(250)는 펄스(506)를 최대 값까지 다시 넓힌다. 도 6은 필터(230)의 입력에 대응하는 필터(230)의 출력을 나타낸다. T1에서, 출력 전압은 더 좁은 펄스폭(510, 511) 때문에 클리핑(clip)되거나 감소되어 출력(240)에서 이용가능한 전력 또는 전류를 제한한다. T2에서, 펄스 폭(506)은 넓어지고, 따라서 출력 전압(240)은 최대 설정으로 복귀하고 파형(610)은 실질적으로 사인파형으로 되돌아간다.

일 실시예에서, 제어 회로(250)는 요구 스파이크(demand spike)에 대하여 출력(240)에서 전압 또는 선택적으로 전류를 모니터링한다. 그라인더(grinder) 등의 임의의 전력 툴은 예를 들어 15 amp 피크 동작 전류를 갖지만 그라인더 시작 100 마이크로초 내에서는 100 amp 이상의 시작 전류를 가질 수 있다. 보조 전력 출력(240) 상의 이러한 갑작스런 전류 인출은 DC 버스(115)를 더 낮출 것이고, 그렇다면 용접기 출력(165)에 영향을 줄 수 있다. 제어 회로(250)는 출력(240)에서 전압 또는 전류를 모니터링하고 펄스의 폭을 신속하게 감소시킴으로써 이용가능한 전력을 제한하여 제어 회로(250)가 설정 제한 이상의 스파이크를 검출하자 마자 피크 전류를 제한한다. 일 실시예에서, 2 이상의 스파이크 제한이 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 스파이크 제한은 용접기 전력 출력이 온일 때 사용될 수 있고, 제2 스파이크 제한은 용접기 전력 출력이 오프일 때 사용될 수 있다. 스위치(SW1, SW2, SW3 및 SW4)는 약 20 kHz 이상의 주파수에서 동작하고 펄스 폭은 설정 제한보다 큰 스파이크 검출의 몇 마이크로초 내에서 펄스마다 조절될 수 있다. 설정된 스파이크 제한은 미리 선택된 값이거나 예를 들어 최대 이용가능한 전력의 퍼센티지 등의 프로그래밍된 가변 값일 수 있다.

도 7은 필터(230)로의 입력에서의 전압 펄스를 나타낸다. 이 실시예에서, 용접기가 동작 중이기 때문에, 전압 펄스 폭(705)은 이미 감소되어 있다. (용접기가 동작 중일 때 전압 펄스 폭(705)의 초기 감소는 선택적이고 필수적인 것은 아니다). T3에서, 오퍼레이터는 그라인더 등의 장치를 높은 시작 전류에서 시작한다. 제어 회로(250)는 높은 전류 인출 또는 전압 강하를 검출하고, 스위치(SW1, SW2, SW3 및 SW4)는 약 20 kHz 이상의, 일 실시예에서, 약 75 kHz의 주파수에서 펄싱되기 때문에, 제어 회로(250)는 높은 전류 인출의 검출의 마이크로초 내의 펄스 폭(710)을 검출하고 제한할 수 있고 출력(240)에서 이용가능한 전력을 더 제한할 수 있다. T4에서, 시작 전류는 진정되고 제어 회로(250)는 펄스 폭(705, 706)을 용접기가 동작 중인 동안 사용되는 감소된 설정으로 복귀시킨다. 따라서, 높은 시작 전류를 갖는 장치가 보조 전력 출력(240)에 접속될 때에도, 용접을 위해 제공된 전압 출력(165)은 일반적으로 일정하다. 도 8은 필터 출력(240)에서의 파형을 나타낸다. T3 및 T4 사이에서, 파형(810)은 짧아진 펄스 폭(710) 때문에 실질적으로 선형이거나 파형 내에 작은 촙(chop)을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 대한 로직 다이어그램(900)의 예시적인 플로우챠트가 도 9에 제공된다. 블록(905)에서, 용접기는 전원에 접속되고 메인 용접기 전원이 온된다. 블록(910)에서, 보조 전력 출력은 전출력(full power) 상에 있다. 블록(915)에서, 용접기 전력 출력이 용접기가 사용되고 있다는 것을 나타내는 "온"인지를 결정한다. 용접기 전력 출력이 온이 아니면, 로직은 블록(910)으로 되돌아가고 보조 전력 출력은 전출력 상에 남아 있다. 블록(915)에서 용접기 전력 출력이 온인지의 다른 결정이 수행된다. 선택적으로, 용접기 전력 출력이 온이면, 전압 펄스 폭은 이때 약간 감소할 수 있다(미도시). 일반적으로, 용접기 전력 출력이 온이면, 블록(925)에서 보조 전력 출력 요구에서 스파이크가 존재하는지의 여부를 결정한다. 스파이크는 예를 들어 큰 시작 전류를 갖는 그라인더 등의 전력 툴의 초기 시작에 의해 발생될 수 있다. 블록(925)에서 스파이크가 존재하지 않으면, 블록(915)에서 용접기 전력 출력이 온인지를 다시 결정한다. 용접기 전력 출력이 여전히 온이면, 블록(925)에서 보조 전력 출력 요구에 스파이크가 존재하는지를 결정한다. 블록(925)에서 스파이크가 검출되면, 블록(930)에서 전압 펄스 폭이 감소한다. 제어는 블록(925)로 되돌아가서 스파이크가 여전히 존재하는지를 결정하고 스파이크가 존재하지 않을 때까지 루프를 계속한다. 선택적으로, 루프는 용접기 전력 출력이 온인지 및 보조 출력 요구에 스파이크가 여전히 존재하는지에 대한 재결정을 포함할 수 있다. 일 실시예(미도시)에서, 블록(935)에서 다수의 결정에 대하여 스파이크가 존재하거나 설정 시간 제한이 도달하면, 펄스 폭은 더 감소된다. 펄스 폭의 결정 및 제어의 다른 조합이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 대한 로직 다이어그램(1000)의 다른 예시적인 플로우챠트가 도 10에 제공된다. 블록(1005)에서, 용접기가 전원에 접속되고 메인 용접기 전력은 온된다. 블록(1010)에서, 보조 전력 출력은 전출력 상에 있다. 블록(1015)에서, 보조 출력 요구에서 스파이크가 존재하는지를 결정한다. 존재하지 않으면, 보조 전력 출력은 전출력에 남아 있다. 블록(1015)에서 스파이크가 검출되면, 블록(1020)에서 용접기 전력 출력이 온인지를 결정한다. 용접기 전력 출력이 온이 아니면, 블록(1025)에서 스파이크가 상한보다 큰지를 결정한다. 상한은 블록(1015)에서 스파이크가 발생했는지를 결정하는데 사용되는 것과 동일한 제한이지만, 바람직하게, 블록(1025)에서 사용되는 상한은 블록(1015)에서의 스파이크 검출 제한보다 높게 설정되고, 그것은 용접기 전력 출력은 온이 아니고 입력 전압 내의 약간의 딥(dip)은 용접에 영향을 주지 않기 때문이다. 블록(1025)에서 스파이크가 상한보다 크지 않으면, 블록(1015)에서 보조 전력 출력 요구에 스파이크가 존재하는지를 다시 결정한다. 블록(1025)에서 스파이크가 상한보다 크면, 블록(1030)에서 펄스 폭은 제1 감소된 펄스 폭으로 감소하고 블록(1015)에서 보조 출력 요구에 스파이크가 여전히 존재하는지를 결정한다. 블록(1020)에서 용접기 전력 출력이 온이면, 블록(1035)에서 펄스 폭은 제2 감소된 펄스 폭으로 감소되고 제어는 보조 전력 출력 요구에 스파이크가 존재하는지를 결정하는 블록(1015)으로 복귀한다. 바람직하게, 제1 감소된 펄스 폭은 제2 감소된 펄스 폭보다 크거나 같다. 로직은 블록(1015)으로 복귀하여 스파이크가 존재하는지를 다시 결정한다.

여기에 기재된 프로세스 흐름의 순서는 중요하지 않으며 동일 또는 유사한 결과를 달성하면서 재배열될 수 있다. 대신, 여기에 기재된 프로세스 흐름은 그 구현에서 원하는대로 재배열, 통합 및/또는 재구성될 수 있다.

본 발명의 다양한 형태, 개념 및 특징이 예시적인 실시예에서 결합하여 구현되는 것으로 여기에 기재되지만, 이들 다양한 형태, 개념 및 특징은 많은 대안의 실시예에서 개별적으로 또는 다양한 조합 및 그 서브조합(sub-combinations)으로 사용될 수 있다. 여기에서 배제되지 않는 한, 이러한 조합 및 서브조합의 모두는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 대안의 물질, 구조, 구성, 방법, 회로, 장치 및 구성요소, 소프트웨어, 하드웨어, 제어 로직, 형성되고 피팅되고 기능하는 대안물 등의 본 발명의 다양한 형태, 개념 및 특징에 대한 다양한 다른 실시예가 여기에 기재되지만, 이러한 설명은 현재 공지되거나 후에 개발되든 간에 이용가능한 다른 실시예의 완벽하거나 철저한 리스트로 의도되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 형태, 개념 또는 특징 중의 하나 이상을 용이하게 추가의 실시예에 적용하고 이러한 실시예가 여기에 개시되지 않더라도 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 임의의 특징, 개념 또는 형태가 바람직한 구성 또는 방법으로서 기재되더라도, 이러한 기재는 그렇게 기재되지 않으면 이러한 특징이 필수적이라는 것을 의도하지 않는다. 또한, 예시적이거나 대표적인 값 및 범위는 본 개시물의 이해를 돕기 위하여 포함될 수 있지만, 이러한 값 및 범위는 제한적인 의미로 해석되지 않으며 그렇게 표현될 때에만 임계값 또는 범위로 의도된다. 또한. 다양한 형태, 특징 및 개념은 본 발명의 진보적인 부분 또는 형성부로서 식별되지만, 이러한 식별은 배타적인 것으로 의도되지 않고 특정 발명의 일부로서 식별되지 않고 충분히 기재된 진보된 형태, 개념 및 특징이 존재할 수 있다. 예시적인 방법 또는 프로세스의 설명은 모든 경우에 필요한 모든 단계를 포함하는 것으로 제한되지 않고 단계가 제시되는 순서는 그렇게 표현되지 않으면 필수적인 것으로 해석되지 않는다.

100: 용접기 230: 필터
105: 입력 231: 인덕터
110: 변환기 232: 커패시터
115: DC 버스 240: 필터 출력
120: 인버터 250: 제어 회로
130: 전원 트랜스포머 255: 입력 신호
135: 1차 권선 305: 펄스
140: 2차 권선 305a: 제1 펄스 폭
145: 2차 권선 305b: 더 넓은 펄스 폭
160: 용접 전원 305c: 가장 넓은 펄스 폭
162: 정류기 310: 펄스
165: 용접기 전력 출력 310a: 제1 펄스 폭
170: 전원 310b: 더 넓은 펄스 폭
180: 신호 310c: 가장 넓은 펄스 폭
205: 정류기 505: 전압 펄스
210a: 버스 506: 펄스 폭
210b: 버스 510: 더 좁은 펄스 폭
220a: 라인 511: 더 좁은 펄스 폭
220b: 라인 610: 파형
220c: 라인 SW1: 스위치
705: 전압 펄스 폭 SW2: 스위치
706: 펄스 폭 SW3: 스위치
710: 펄스 폭 SW4: 스위치
800: 파형 T1: 시간
900: 로직 다이어그램 T2: 시간
905: 블록 T3: 시간
910: 블록 T4: 시간
915: 블록
925: 블록
930: 블록
935: 블록
1000: 로직 다이어그램
1005: 블록
1015: 블록
1020: 블록
1025: 블록
1030: 블록
1035: 블록

Claims

전기 용접 머신에 있어서,
메인 트랜스포머; 및
보조 전원
을 포함하고,
상기 메인 트랜스포머는 상기 용접 머신으로의 전력 입력으로부터 차폐(isolation)를 제공하고, 상기 메인 트랜스포머는 용접기 전력 출력과 회로 통신하는 제1 2차 권선, 및 분리된 전기 동력(electrically powered) 장치에 전력을 공급하기 위해 상기 용접기 전력 출력으로부터 분리되어 동작가능한 보조 전력 출력을 갖는 상기 보조 전원과 회로 통신하는 제2 2차 권선을 갖고,
상기 보조 전원은 상기 용접기 전력 출력이 온인지를 결정하기 위해 상기 용접기 전력 출력을 모니터링하는 입력, 상기 보조 전력 출력의 출력을 모니터링하는 회로, 및 설정 제한을 초과하는 상기 보조 전력 출력에 대한 전력 요구에 서지(surge)가 있고 상기 용접기 전력 출력이 온이면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 회로를 포함하는 것인 전기 용접 머신.
제1항에 있어서, 제2 설정 제한을 초과하는 전력 요구에 서지가 있고 상기 용접기 전력 출력이 오프이면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 회로를 더 포함하는 전기 용접 머신.
제1항에 있어서, 상기 용접기 전력 출력이 온이면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 처음에 감소시키고, 상기 설정 제한을 초과하는 전력 요구에서 서지가 있으면 상기 보조 전력 출력으로의 전력을 더 감소시키는 회로를 더 포함하는 전기 용접 머신.
제1항에 있어서, 상기 보조 전원은,
AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 정류기;
포지티브 DC 전압을 제1 필터 입력으로, 네가티브 DC 전압을 제2 필터 입력으로 간헐적으로 제공하는 하나 이상의 제1 스위치;
네가티브 DC 전압을 상기 제1 필터 입력으로, 포지티브 DC 전압을 상기 제2 필터 입력으로 간헐적으로 제공하는 하나 이상의 제2 스위치;
상기 하나 이상의 제1 및 제2 스위치를 펄싱하여 가변 펄스 폭을 상기 필터에 제공하기 위하여 약 20 kHz 보다 큰 주파수에서 동작하는 회로; 및
실질적으로 사인파형을 갖는 AC 전력 출력을 제공하는 필터
를 포함하는 것인 전기 용접 머신.
제1항에 있어서,
약 200 내지 600 볼트 AC 사이의 메인 전력 전압을 수신하도록 구성되는 상기 용접 머신 상의 전력 입력; 및
상기 메인 트랜스포머에 전력을 제공하는 인버터 및 AC/DC 변환기와 회로 통신하는 전력 입력을 더 포함하는 전기 용접 머신.
제1항에 있어서, 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 회로는 펄스 입력을 제공하는 펄스 폭 변조 회로를 포함하고, 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키기 위해 상기 펄스 입력의 폭이 감소되는 것인 전기 용접 머신.
제6항에 있어서, 실질적으로 115 볼트 60 Hz 사인파 출력을 유지하도록 상기 펄스 폭을 조절하는 회로를 더 포함하는 전기 용접 머신.
제6항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 회로는 펄스마다 상기 보조 전원의 출력에서 이용가능한 전력을 제한하는 것인 전기 용접 머신.
제6항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 회로는 약 20 kHz 이상의 주파수에서 동작하는 것인 전기 용접 머신.
제9항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 회로는 약 75 kHz의 주파수에서 동작하는 것인 전기 용접 머신.
용접 머신 상의 보조 전력 출력을 제어하는 방법에 있어서,
보조 전력 출력에 대한 요구를 모니터링하는 단계;
용접기 전력 출력을 모니터링하는 단계;
제1 제한보다 큰 상기 보조 전력 출력에 대한 요구에서 스파이크가 있는지를 결정하는 단계; 및
상기 스파이크가 상기 제1 제한보다 크고 상기 용접기 전력 출력이 활성화(energize)되면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 단계
를 포함하는 보조 전력 출력 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 보조 전력 출력에 대한 요구에서 스파이크가 제2 제한보다 큰지를 결정하는 단계, 및 상기 스파이크가 상기 제2 제한보다 크고 상기 용접기 전력 출력이 활성화되지 않으면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 보조 전력 출력 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 보조 전력 출력에 대한 요구에서 스파이크가 소정의 기간을 초과하면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 보조 전력 출력 제어 방법.
제11항에 있어서, 제1 2차 권선으로부터의 용접기 전력 출력으로 전력을 제공하는 단계, 및 제2 2차 권선으로부터의 보조 전력 출력으로 전력을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 2차 권선 및 상기 제2 2차 권선은 동일한 트랜스포머 내에 있는 것인 보조 전력 출력 제어 방법.
제11항에 있어서, 출력 필터로의 전압 펄스 폭을 감소시킴으로써 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 보조 전력 출력 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 보조 전력 출력의 출력을 약 115 볼트 및 약 60 Hz에서 실질적으로 사인파형이 되도록 유지하는 단계를 더 포함하는 보조 전력 출력 제어 방법.
전기 용접 머신에 있어서,
상기 용접 머신으로의 전력 입력으로부터 차폐(isolation)를 제공하는 수단;
용접기 전력 출력으로 전력을 공급하는 수단;
분리된 전기 동력 장치에 전력을 공급하기 위해 상기 용접기 전력 출력으로부터 분리되어 동작가능한 보조 전력 출력을 갖는 상기 보조 전원으로 전력을 공급하는 수단;
상기 용접기 전력 출력이 온인지를 결정하기 위해 상기 용접기 전력 출력을 모니터링하는 수단;
상기 보조 전력 출력의 출력을 모니터링하는 수단;
설정 제한을 초과하는 상기 보조 전력 출력에 대한 전력 요구에 서지(surge)가 있고 상기 용접기 전력 출력이 온이면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 수단
을 포함하는 전기 용접 머신.
제17항에 있어서, 제2 설정 제한을 초과하는 전력 요구에 서지가 있고 상기 용접기 전력 출력이 오프이면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 수단을 더 포함하는 전기 용접 머신.
제17항에 있어서, 상기 용접기 전력 출력이 온이면 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 처음에 감소시키고, 상기 설정 제한을 초과하는 전력 요구에서 서지가 있으면 상기 보조 전력 출력으로의 전력을 더 감소시키는 수단을 더 포함하는 전기 용접 머신.
제17항에 있어서, 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키는 수단은 펄스 입력을 제공하는 펄스 폭 변조 회로를 포함하고, 상기 보조 전력 출력으로의 이용가능한 전력을 감소시키기 위해 상기 펄스 입력의 폭이 감소되는 것인 전기 용접 머신.