對交流電電弧焊接工藝提供低電流調(diào)節(jié)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】披露了用于對交流電電弧焊接工藝提供低電流調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)弧焊性能的系統(tǒng)和方法。在電弧焊接電源(100)的實施例中，電橋(160)和電弧調(diào)節(jié)電路(170)的構(gòu)型允許對流經(jīng)該焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流進行方向切換、并且在該焊接輸出電流(170)路徑的焊條(E)與工件(W)之間引起一個足以在該輸出電流的極性轉(zhuǎn)變過程中重新點燃電弧的電壓。該電弧調(diào)節(jié)電路提供了用于儲存處于兩種極性的能量的高電感電平，該高電感電平在該輸出電流的跨過零點過程中引起了重新點燃電弧的電壓水平、并且對電弧電流提供了低的末端穩(wěn)定作用。
【專利說明】對交流電電弧焊接工藝提供低電流調(diào)節(jié)的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請的交叉引用
[0001 ] 此美國專利申請要求于2013年11月6日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/900,635以及于2014年4月4日提交的美國專利申請?zhí)?4/248,410的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益、并且是于2012年9月24日提交的美國專利申請?zhí)?3/625，177的部分繼續(xù)申請，這些申請各自以其全部內(nèi)容通過援引并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的某些實施例涉及電弧焊接。更具體地，本發(fā)明的某些實施例涉及用于對交流電電弧焊接工藝提供低電流調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)電弧焊接性能的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明背景
[0003]某些現(xiàn)有技術(shù)焊接系統(tǒng)使用焊接電源中的電橋拓撲結(jié)構(gòu)來提供交流電焊接能力。半橋式拓撲結(jié)構(gòu)可以用于具有雙輸出電流路徑的焊接電源中，該雙輸出電流路徑被配置成共享一條共用路徑，使得每個輸出可以在該共享路徑中引起相反極性的流。實踐中，許多焊接電源是如此配置的并且可能僅需要添加第二組整流器裝置來完成第二路徑。在每個電源支路的非共享路徑中可以放置開關(guān)，并且流經(jīng)所連接的焊接輸出電路路徑的電流流動方向是通過該有源支路來確定的。全橋式拓撲結(jié)構(gòu)可以用于幾乎任何電源拓撲結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有的設(shè)計出的電源增加了靈活性和潛力。全橋式拓撲結(jié)構(gòu)允許容易地實施跨零輔助電路?？梢允褂米枇鞫O管來保護該電源中的這些裝置免于在跨零過程中出現(xiàn)的高電壓瞬變。對許多焊接工藝例如像交流電氣體保護鎢極電弧焊(GTAW或TIG)工藝或氣體保護金屬電弧焊接(GMAW或MIG)工藝而言，希望的是在焊接電流跨過零點時在相反極性方向上快速地重新點燃焊條與工件之間的電弧。
[0004]焊接電源可以具有被設(shè)計來輸出的最大電壓水平(例如，100VDC)ο當交流電焊接電流跨過零點(即，改變極性)時，可能從電源需求比該電源所可以提供的更高的電壓(例如，300VDC)，以保持電弧點燃并且在電弧電流低時使該電弧更穩(wěn)定、并且以便重新點燃焊條與工件之間的電弧。因此，電弧可能熄滅并且不能重新建立。在TIG焊接(在沒有電極絲的情況下)中，如果電弧熄滅，則焊接電源可能必須重復(fù)整個電弧建立過程，然后焊接才能繼續(xù)，從而造成低效率的焊接過程?？傮w上，與低電流電弧焊接相關(guān)聯(lián)的等離子體柱趨于不穩(wěn)定并且可能導(dǎo)致所不期望的電弧中斷。
[0005]通過將這樣的系統(tǒng)和方法與在本申請的其余部分中參照附圖所闡述的本發(fā)明的實施例進行比較，常規(guī)的、傳統(tǒng)的和已提出的方法的進一步的限制和缺點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得清楚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實施例包括用于對直流電和交流電焊接工藝提供低電流調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)電弧焊接性能的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法通過調(diào)節(jié)焊接輸出電流并且提供用于在極性轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生用于重新點燃的電壓以確保電弧重新點燃的裝置。在焊接電流的極性轉(zhuǎn)變之時和期間在焊條與工件之間引入較高的電壓水平，以便容易且可靠地以相反極性重新點燃電弧，即使來自電源的電壓是有限的。支持交流電焊接、可變極性焊接(例如，任一極性的直流電焊接)、其他混合式焊接工藝。極性反轉(zhuǎn)電橋電路和電弧調(diào)節(jié)電路的構(gòu)型允許了對流經(jīng)該焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流進行方向切換、同時還允許在焊接電流改變極性時對電弧進行改善的低電流調(diào)節(jié)和快速重新點燃。具有電感器和恒流源的電弧調(diào)節(jié)電路提供了在電流極性轉(zhuǎn)變過程中進行快速且可靠地重新點燃電弧所需要的電壓。在一些實施例中，疊加電容器可以提供另外的儲存能量來輔助在極性轉(zhuǎn)變的一種或兩種過程中重新點燃電弧。
[0007]本發(fā)明的一個實施例是一種焊接電源。該焊接電源包括控制器、以及被配置成用于將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電流的電力轉(zhuǎn)換電路。該電力轉(zhuǎn)換電路可以是基于半橋式輸出拓撲結(jié)構(gòu)的變壓器。該電力轉(zhuǎn)換電路可以包括直流電輸出拓撲結(jié)構(gòu)。該電力轉(zhuǎn)換電路可以是例如基于逆變器的電路或者基于斬波器的電路。該焊接電源還包括電橋電路，該電橋電路操作性地連接至電力轉(zhuǎn)換電路上并且被配置成用于根據(jù)控制器的命令來切換流經(jīng)操作性連接至該焊接電源的焊接輸出端上的焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向。該電橋電路可以被配置成例如半橋式電路或全橋式電路。該電橋電路可以包括例如至少兩個開關(guān)晶體管。該焊接電源進一步包括電弧調(diào)節(jié)電路，該電弧調(diào)節(jié)電路操作性地連接至該電橋電路上并且配置成在該輸出電流的極性轉(zhuǎn)變過程中在焊接輸出電路路徑的焊條與工件之間引起一個足以重新點燃電弧的電壓。該電弧調(diào)節(jié)電路可以包括例如至少一個電感器和至少一個恒流源。該恒流源橫跨電弧提供了例如在2-lOamps的經(jīng)調(diào)節(jié)恒流，從而提供低的輸出電流調(diào)節(jié)。根據(jù)多個不同實施例，該至少一個電感器的值可以在大約10豪亨至100豪亨之間(例如，20豪亨)。該電力轉(zhuǎn)換電路、該電橋電路、以及該電弧調(diào)節(jié)電路可以被配置成用于根據(jù)該焊接電源的控制器的命令來提供正直流電焊接操作、負直流電焊接操作、以及交流電焊接操作中的任何一者。根據(jù)替代性實施例，該電橋電路和該電弧調(diào)節(jié)電路可以位于該焊接電源之外，例如處于操作性地連接至該焊接電源上的模塊的形式。
[0008]本發(fā)明的一個實施例是一種焊接電源。該焊接電源包括用于將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電流的裝置；以及用于切換流經(jīng)操作性連接至該焊接電源的焊接輸出端上的焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向從而至少提供交流電焊接操作的裝置。該焊接電源還包括用于在該輸出電流的極性轉(zhuǎn)變過程中在該焊接輸出電路路徑的焊條與焊接工件之間引起一個在該焊條與該工件之間的電壓來以相反的極性自動地重新建立電弧的裝置。
[0009 ]本發(fā)明的一個實施例是一種方法。該方法包括在焊接電源中將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電流。該方法還包括根據(jù)該焊接電源的控制器的命令來將流經(jīng)操作性地連接至該焊接電源的焊接輸出端上的焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向從第一方向切換成第二方向。該方法進一步包括作為切換成該第二方向的一部分，在該焊接輸出電路路徑的焊條與工件之間引起一個足以在該焊條與該工件之間沿著該第二方向自動地重新點燃電弧的電壓水平。該方法還可以包括根據(jù)該焊接電源的控制器的命令來使流經(jīng)該焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向從該第二方向切換成該第一方向。并且作為切換成該第一方向的一部分，在該焊接輸出電路路徑的焊條與工件之間進一步引起一個足以在該焊條與該工件之間沿著該第一方向自動地重新點燃電弧的電壓水平。這些引起電壓水平的步驟可以通過具有至少一個電感器和至少一個恒流源的電弧調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明的一個實施例是一種焊接電源。該焊接電源包括電橋電路，該電橋電路被配置成用于提供交流電焊接輸出電流。該焊接電源進一步包括電弧調(diào)節(jié)電路，該電弧調(diào)節(jié)電路操作性地連接至該電橋電路上并且被配置成在該焊接電源的焊接輸出端處引起一個具有的量值足以在流經(jīng)連接至該焊接輸出端上的輸出電路路徑的焊接輸出電流的極性反轉(zhuǎn)時在該輸出電路路徑中自動地重新點燃電弧的電壓。該電弧調(diào)節(jié)電路可以包括至少一個電感器和至少一個恒流源。
[0011]本發(fā)明的一個實施例是一種焊接電源。該焊接電源包括電流開關(guān)電路，該電流開關(guān)電路具有至少一個電感器和至少一個恒流源，其中該至少一個電感器和該至少一個恒流源被配置成用于跨過連接至該焊接電源的焊接輸出端上的負載引起一個足以在焊接輸出電流流經(jīng)該負載的極性反轉(zhuǎn)時跨過該負載重新點燃焊接電路的電壓。該電流開關(guān)電路可以被配置成例如半橋式電路或全橋式電路中的一者?？闪硗獾膶嵤├菑囊韵抡f明、權(quán)利要求、和附圖中推論出的。
[0012]將從以下說明和附圖中更全面地理解本發(fā)明所展示實施例的細節(jié)。
附圖簡要說明
[0013]圖1展示了操作性地連接至焊條和工件上的焊接電源的示例性實施例的示意性框圖；
[0014]圖2展示了圖1中的焊接電源的具有電橋電路和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路的部分的第一示例性實施例的示意圖；
[0015]圖3A-3C展示了圖2中的焊接電源在實施交流電焊接輸出電流波形時的操作；
[0016]圖4展示了圖1中的焊接電源的具有電橋電路和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路的部分的第二示例性實施例的示意圖；
[0017]圖5展示了圖1中的焊接電源的具有電橋電路和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路的部分的第三示例性實施例的示意圖；
[0018]圖6展示了圖1中的焊接電源的具有電橋電路和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路的部分的第四示例性實施例的示意圖；
[0019]圖7A-7B展示了圖2中包括可選的疊加電容器的焊接電源在實施交流電焊接輸出電流波形時的操作；
[0020]圖8A-8B展示了包括疊加電容器的焊接電源的另一個實施例在實施交流電焊接輸出電流波形時的操作;并且
[0021]圖9A-9C展示了包括對疊加電容器的獨立放電控制的焊接電源的另一個實施例在實施交流電焊接輸出電流波形時的操作；
詳細說明
[0022]下面是對可能在本披露中使用的示例性術(shù)語的定義。所有術(shù)語的單數(shù)形式和復(fù)數(shù)形式均落入各自的含義內(nèi):
[0023]本文中使用的“軟件”或“計算機程序”包括但不限于引起計算機或其他電子設(shè)備執(zhí)行功能、動作、和/或以期望方式表現(xiàn)的一個或多個計算機可讀和/或可執(zhí)行指令。這些指令可以實現(xiàn)為多種不同形式，如，包括單獨應(yīng)用程序或得自動態(tài)鏈接庫的代碼的子程序、算法、模塊或程序。軟件還可以實現(xiàn)為多種不同形式，如，獨立程序、函數(shù)調(diào)用、小服務(wù)程序(servlet)、小應(yīng)用程序(applet)、應(yīng)用程序、儲存在存儲器中的指令、操作系統(tǒng)的一部分或其他類型的可執(zhí)行指令。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，軟件的形式取決于(例如)對所希望應(yīng)用的要求、對軟件的運行環(huán)境的要求和/或設(shè)計者/編程者的期望等。
[0024]如在此所使用的“計算機”或“處理元件”或“計算機裝置”包括，但不限于，可以儲存、檢索和處理數(shù)據(jù)的任何被編程的或可編程的電子裝置?！胺撬矔r計算機可讀介質(zhì)”包括(但不限于)⑶-R0M、可移除的閃存卡、硬盤驅(qū)動器、磁帶以及軟盤。
[0025]如在此所使用的“焊接工具”是指，但不限于，焊槍、焊炬或者接受消耗性或非消耗性焊條以便對該焊條施加焊接電源所提供的電功率的任何焊接裝置。
[0026]如在此使用的“焊接輸出電路路徑”指的是如下的電氣路徑，所述電氣路徑從焊接電源的焊接輸出的第一側(cè)、通過第一焊接線纜(或焊接線纜的第一側(cè))、到焊條、到工件(通過焊條和工件之間的短路或電弧)、通過第二焊接線纜(或焊接線纜的第二側(cè))并且回到焊接電源的焊接輸出的第二側(cè)。
[0027]如在此使用的“焊接線纜”是指如下的電氣線纜，該電氣線纜可以(例如通過焊絲給送器)連接在焊接電源和焊條以及工件之間，以提供電功率來在焊條和工件之間創(chuàng)建電弧。
[0028]如在此使用的“焊接輸出”可以是指電氣輸出電路或焊接電源的輸出端口或端子，或者是指由電氣輸出電路或焊接電源的輸出端口提供的電功率、電壓或電流，或者是指連接到焊接電源的輸出上的負載。
[0029]如在此所使用的“計算機存儲器”是指被配置來儲存可以被計算機或處理元件檢索的數(shù)字數(shù)據(jù)或信息的儲存裝置。
[0030]如在此使用的“控制器”是指邏輯電路和/或處理元件以及涉及控制焊接電源的相關(guān)聯(lián)的軟件或程序。
[0031 ]術(shù)語“信號”、“數(shù)據(jù)”和“信息”在此可以互換使用，并且可以呈數(shù)字或模擬形式。
[0032]在此總體上使用了術(shù)語“交流電焊接”并且其可以是指實際交流電焊接、處于正極性和負極性兩者的直流電焊接、可變極性焊接、和其他混合式焊接工藝。
[0033]與低電流電弧焊接相關(guān)聯(lián)的等離子體柱趨于不穩(wěn)定并且會導(dǎo)致所不期望的電弧中斷。此外，對于交流電焊接工藝而言，在零轉(zhuǎn)變期間，電弧電流停止并且改變方向。取決于焊接點周圍的電弧等離子體和氣體的狀態(tài)，電弧可能或可能不重新點燃。本發(fā)明的實施例包括一種低電流電弧調(diào)節(jié)電路，該低電流電弧調(diào)節(jié)電路提供具有大電感量的控制良好的電流，該電流提供高能量恒定電流源來使電弧等離子體穩(wěn)定。在極性變化過程中，在相反極性增長之前，電弧電流衰減到零。在這個極性轉(zhuǎn)變時間期間，來自電弧和電弧調(diào)節(jié)電路兩者的電流流入高壓緩沖電路中。緩沖電路施加的高電壓使所有電弧能量迅速耗盡。然而，只耗盡一小部分電弧調(diào)節(jié)電路能量。當焊接電路電感能量耗盡時，焊接輸出能夠顛倒極性。電弧重新點燃電壓由儲存在電弧調(diào)節(jié)電路的電感器中的能量提供并且受到高壓緩沖電路的限制。一旦重新建立起電弧，來自電弧調(diào)節(jié)電路的電流被轉(zhuǎn)回電弧，并且電壓驟降回至維持電弧所需的電壓。
[0034]圖1展示了操作性地連接至焊條E和工件W上的焊接電源100的示例性實施例的示意性框圖。焊接電源100包括在焊條E與工件W之間提供焊接輸出電力的電力轉(zhuǎn)換電路110。該電力轉(zhuǎn)換電路110可以是基于半橋式輸出拓撲結(jié)構(gòu)的變壓器。例如，電力轉(zhuǎn)換電路110可以具有逆變器的類型、該類型包括例如由焊接變壓器的主側(cè)和次側(cè)對應(yīng)地描繪的輸入功率側(cè)和輸出功率側(cè)。也可能有其他類型的電力轉(zhuǎn)換電路，例如像具有直流電輸出拓撲結(jié)構(gòu)的斬波器類型?？蛇x的送絲器5可以將可消耗焊絲焊條E向工件W饋送。替代地，如在GTAW工藝中，焊條E可以是不可消耗，并且可以不使用送絲器5，或者可以使用該送絲器來向工件W提供填充焊絲。送絲器5、可消耗焊條E、和工件W不是焊接電源100的一部分，而可以經(jīng)由焊接輸出電纜操作性地連接至焊接電源100。
[0035]焊接電源100進一步包括波形發(fā)生器120和控制器130。波形發(fā)生器120根據(jù)控制器130的命令生成焊接波形。波形發(fā)生器120生成的波形對電力轉(zhuǎn)換電路110的輸出進行調(diào)制，從而在焊條E與工件W之間產(chǎn)生焊接輸出電流。
[0036]焊接電源100可以進一步包括電壓反饋電路140和電流反饋電路150，用于監(jiān)測焊條E與工件W之間的焊接輸出電壓和電流并且將所監(jiān)測到的電壓和電流往回提供給控制器130。控制器130可以使用反饋電壓和電流來(例如)關(guān)于修改波形發(fā)生器120生成的焊接波形做出決定和/或做出影響焊接電源100的安全操作的另一項決定。
[0037]焊接電源100還包括電流開關(guān)電路180，該電流開關(guān)電路具有電橋電路160和電弧調(diào)節(jié)電路170。電橋電路160操作性地連接至電力轉(zhuǎn)換電路110并且被配置成用于根據(jù)控制器130的命令通過操作性連接至焊接電源100的焊接輸出端的低阻抗焊接輸出電路路徑(包括焊條E和工件W)來切換輸出電流的方向。電弧調(diào)節(jié)電路操作性地連接至電橋電路并且被配置成用于提供適調(diào)低值電流源來穩(wěn)定低端焊接并且?guī)椭诹阒車娏鳂O性轉(zhuǎn)變(例如，通過在焊接輸出電路路徑的焊條E與工件W之間引起在輸出電流極性轉(zhuǎn)變過程中足以重新點燃電弧的電壓)。本文中稍后詳細描述了這種電橋和電弧調(diào)節(jié)電路的詳細示例和操作。
[0038]圖2展示了圖1焊接電源100的具有電橋電路160和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路170的部分的第一示例性實施例的示意圖。圖2中還展示了電力轉(zhuǎn)換電路110的部分210，其中電力轉(zhuǎn)換電路110是中心抽頭式或半電橋式拓撲結(jié)構(gòu)(例如，基于逆變器的電路)。圖2中的電流開關(guān)電路180呈半電橋式拓撲結(jié)構(gòu)形式，其中電力轉(zhuǎn)換電路110提供被配置成共享共用路徑的雙輸出電流路徑，這樣使得每條輸出路徑可以引起相反極性在共享路徑中的流動。
[0039]電橋電路160包括開關(guān)晶體管211和212。電弧調(diào)節(jié)電路170包括開關(guān)晶體管213和214、電感器215、恒流源216、二極管217-220并且可選地包括疊加電容器221。根據(jù)實施例，這些開關(guān)晶體管是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。然而，根據(jù)其他實施例，也可以使用其他類型的開關(guān)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或M0SFET)。根據(jù)實施例，該恒流源可以是可調(diào)的(例如，在2amp與1amp之間)。具有二極管182和電容器183的有源緩沖電路
181用于限制橫跨電流開關(guān)電路180的電壓(例如，在300V與600V之間的某個地方)以引起通過輸出電流路徑的輸出電流快速衰減并且限制或約束電弧重新點燃電壓水平。開關(guān)晶體管211和212的反向平行二極管攜帶緩沖電流/衰減電流。電感器的預(yù)充電(例如，通過橫跨電弧調(diào)節(jié)電路170的晶體管短接)可能是期望的，這樣使得電感器儲存有能量并且準備好更快速地執(zhí)行初始電弧點燃功能(在焊接過程開始時)或電弧重新點燃功能(在跨過零點時)。
[0040]電弧調(diào)節(jié)電路170的可選的疊加電容器221可以用于在極性切換過程中通過零位電流來提供緩和的過沖。電容器221可以在電橋死區(qū)時間期間儲存來自電弧調(diào)節(jié)電路的電感器的能量。當以相反極性重新建立電弧時可以釋放能量，從而除了恒流源和電感器提供的電流以外還提供額外升壓或過沖。在圖2中，電容器直接跨接電流源216和電感器215。該電感器在死區(qū)時間期間對該電容器充電，并且該電容器在電橋電路160往回接通時向負載釋放能量。這個循環(huán)在每次極性變化時發(fā)生。電容器221的頂部可以連接至二極管217的陰極而不是連接至電感器215，從而仍允許在兩個半循環(huán)上充電、但是只在負到正轉(zhuǎn)變時釋放能量，因此使每個充電循環(huán)所需的死區(qū)時間最小化同時使儲存的能量最大化。
[0041]如本文中關(guān)于圖3A至圖3C所描述的，在沒有可選的疊加電容器221的情況下，圖2中的電流開關(guān)電路180提供用于交流電焊接操作并且在焊接電源的焊接輸出端處引起一個具有的量值足以在焊接過程的極性反轉(zhuǎn)過程中在焊條E與工件W之間重新建立焊接電弧的電壓。示出了焊接輸出端子191和192并且其表示焊接電源的焊接輸出端，焊條E與工件W可以通過焊接電纜路徑連接至該焊接輸出端。
[0042]根據(jù)實施例，電感器215具有在大約10毫亨與100毫亨之間的電感值(一般比焊接輸出電路路徑的總電感大得多)并且恒流源216提供在2amp至1amp范圍內(nèi)的恒定電流。恒流源216可以是若干種不同類型中的任何類型，包括(例如)斬波降壓調(diào)節(jié)器或簡單的電壓源和電阻器。電感器的大小被確定為提供相對穩(wěn)定的電流，同時在焊條與工件之間引起在電弧由于輸出電流切換方向(極性反轉(zhuǎn)/切換)而熄滅之后足以快速且可靠地立即重新點燃電弧的大電壓。在電流跨過零點(極性反轉(zhuǎn)/切換)過程中，電弧在電流達到零時熄滅，并且來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器215的能量引起的高電壓(例如，200VDC至400VDC)用于以相反極性重新建立電弧。電感器215保持電流流動并且引起高達緩沖電路181設(shè)定的極限的高電壓(例如，400VDC)。電感器215能夠引起如開關(guān)晶體管213和214結(jié)合開關(guān)晶體管211和212確定的處于任一極性的高電壓水平(即，當從任一方向跨過零電流點時)。
[0043]根據(jù)實施例，電弧調(diào)節(jié)電路中的這些開關(guān)晶體管和二極管僅攜帶本底電流(例如，小于2-1 Oamp )，并且電橋電路的開關(guān)晶體管被共享以完成電弧調(diào)節(jié)電路的全電橋路徑。電弧調(diào)節(jié)電路中的二極管阻擋電源電流和電弧調(diào)節(jié)電路的管腳形成的無意識續(xù)電流路徑兩者。電弧調(diào)節(jié)電路中的開關(guān)晶體管可以用于形成簡單的升壓供應(yīng)，該升壓供應(yīng)可以用于對緩沖電路的電容器預(yù)充電(其中電橋電路關(guān)斷)。類似地，電弧調(diào)節(jié)電路中的開關(guān)晶體管可以用于對電弧調(diào)節(jié)電路的電感器預(yù)充電。根據(jù)實施例，100毫亨電感器可以在大約20毫秒內(nèi)被充電到10amp(假設(shè)電弧電壓與電流源的電壓供應(yīng)之間的差異為50V)。因此，在沒有任何附加裝置的情況下，在直流電下開始并且穩(wěn)定GTAW過程(或任何其他過程)的時間應(yīng)不只是足以對電弧調(diào)節(jié)電路的電感器預(yù)充電。
[0044]圖3A-3C展示了在沒有可選的疊加電容器221的情況下，圖2中的焊接電源在實施交流電焊接輸出電流波形(例如，被表示為簡單的方波形)時的操作。圖3A至圖3C中所示的負載230表示焊條E和工件W以及將焊條E和工件W連接至焊接電源上的電焊電纜路徑(S卩，焊接輸出電路路徑)之間的電阻和電感。然而，焊條E、工件W和電焊電纜路徑不是焊接電源的一部分。
[0045]參照圖3A的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形300的正電流部分(見波形300的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、并且流經(jīng)共用路徑回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、流經(jīng)二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。
[0046]參照圖3A的底部部分，在交流波形300的正電流衰減部分(見波形300的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212的反向平行二極管、并且回到負載230(朝正方向，見粗箭頭)，直至電流完全衰減。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)緩沖電路181、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。甚至當通過負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動。
[0047]在電流衰減過程中，電橋電路160改變極性。然而，只要電弧電流仍然是正的，電感器215就通過緩沖電路181產(chǎn)生的高壓路徑來泄放。電弧調(diào)節(jié)電路170向緩沖電路181內(nèi)提供2-10amp。隨著通過負載的電流朝零下降，電弧熄滅并且電弧調(diào)節(jié)電路橫跨負載施加高電壓從而以相反極性重新點燃電弧。
[0048]參照圖3B，在交流波形300的極性轉(zhuǎn)變部分(見波形300的黑色加粗線)期間，電力轉(zhuǎn)換電路210沒有提供巨大的電流。焊條E與工件W之間的電弧短時間熄滅。然而，儲存在電感器215中的能量在焊條E與工件W之間引起電弧點燃電壓。來自電力轉(zhuǎn)換電路的電流可以再次開始朝著相反方向流動通過負載。電弧電流快速重新建立并且焊接輸出電流的任何下沖或過沖受到電感器215控制。在沒有電弧調(diào)節(jié)電路的情況下，電力轉(zhuǎn)換電路將嘗試重新建立電弧。然而，由于電力轉(zhuǎn)換電路提供的電壓一般受到限制(例如，限制到100VDC)，因此可能不發(fā)生重新建立電弧。當來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器215的能量被釋放時，電流從電感器215流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)二極管220、流經(jīng)恒流源216、并且回到電感器215(見箭頭)。因此，焊條E與工件W之間的電弧朝負方向快速重新點燃并且穩(wěn)定至足夠低的電壓水平以便電源提供電流。
[0049]參照圖3C的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形300的負電流部分(見波形300的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、并且回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215(將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)開關(guān)晶體管
213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。
[0050]參照圖3C的底部部分，在交流波形300的負電流衰減部分(見波形300的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211的反向平行二極管、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、并且回到負載230(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)緩沖電路181、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。甚至當通過負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動。
[0051]當轉(zhuǎn)變回到波形300的正部分(S卩，波形是重復(fù)的)時，以與圖3B的方式類似的方式，電感器215將經(jīng)由二極管217、開關(guān)晶體管211、二極管219、開關(guān)晶體管214、和恒流源216釋放其儲存的能量通過負載(但朝正方向)，從而引起焊條E于工件W之間的電弧朝正方向快速重新點燃。電弧調(diào)節(jié)電路170不斷地將適調(diào)的低電流值添加到電源提供的焊接輸出電流以便當電力轉(zhuǎn)換電路提供的電流向零減小時穩(wěn)定電弧，并且以相反極性立即重新點燃電弧。
[0052]圖4展示了圖1中的焊接電源100的具有電橋電路160和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路170的部分的第二示例性實施例的示意圖。圖4中還展示了電力轉(zhuǎn)換電路110的部分210，其中電力轉(zhuǎn)換電路110是中心抽頭式或半電橋式拓撲結(jié)構(gòu)(例如，基于逆變器的電路)。圖4中的電流開關(guān)電路180呈半電橋式拓撲結(jié)構(gòu)形式，其中電力轉(zhuǎn)換電路110提供被配置成共享共用路徑的雙輸出電流路徑，這樣使得每條輸出路徑可以引起相反極性在共享路徑中的流動。圖4中的焊接電源的操作與圖2中的操作類似。然而，圖4提供了具有四個開關(guān)晶體管的全電弧調(diào)節(jié)電路170，從而產(chǎn)生略微更成熟的實現(xiàn)方式，該實現(xiàn)方式可以提供較圖2中的配置經(jīng)改進的低電流調(diào)節(jié)和電弧點燃性能。
[0053]電橋電路160包括開關(guān)晶體管411和412。電弧調(diào)節(jié)電路170包括開關(guān)晶體管413、414、415和416、電感器417、恒流源418、二極管419和可選地預(yù)充電開關(guān)晶體管420。根據(jù)實施例，這些開關(guān)晶體管是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。然而，根據(jù)其他實施例，也可以使用其他類型的開關(guān)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或M0SFET)。具有二極管482和電容器483的有源緩沖電路481用于限制橫跨電流開關(guān)電路180的電壓(例如，在300V與600V之間的某個地方)以引起通過輸出電流路徑的輸出電流快速衰減并且約束或限制電弧重新點燃電壓水平。開關(guān)晶體管411和412的反向平行二極管攜帶緩沖電流/衰減電流。電弧調(diào)節(jié)電路170中的可選的預(yù)充電開關(guān)晶體管420可以用于用能量對電感器417預(yù)充電。當預(yù)充電開關(guān)晶體管420是接通的時，來自電感器417的電流流動通過預(yù)充電晶體管420。作為替代選項，電感器的預(yù)充電可以通過橫跨電弧調(diào)節(jié)電路170的晶體管(例如，413和414、或415和416)進行短接來實現(xiàn)。電感器的預(yù)充電可能是期望的，這樣使得電感器儲存有能量并且準備好更快速地執(zhí)行初始電弧點燃功能(在焊接過程開始時)或電弧重新點燃功能(在跨過零點時)。
[0054]圖4中的電流開關(guān)電路180提供用于交流電焊接操作并且在焊接電源的焊接輸出端引起具有足以在焊接過程的極性反轉(zhuǎn)過程中在焊條E與工件W之間重新建立焊接電弧的量值的電壓。示出了焊接輸出端子191和192并且其表示焊接電源的焊接輸出端，焊條E與工件W可以通過焊接電纜路徑連接至該焊接輸出端。
[0055]根據(jù)實施例，電感器417具有在大約10毫亨與100毫亨之間的電感值并且恒流源418提供在2amp至I Oamp范圍內(nèi)的恒定電流。恒流源418可以是若干種不同類型中的任何類型，包括(例如)斬波降壓調(diào)節(jié)器或簡單的電壓源和電阻器。電感器的大小被確定為提供相對穩(wěn)定的電流，同時在焊條與工件之間引起在電弧由于輸出電流切換方向(極性反轉(zhuǎn)/切換)而熄滅之后足以快速且可靠地立即重新點燃電弧的大電壓。
[0056]在電流跨過零點(極性反轉(zhuǎn)/切換)過程中，電弧熄滅，并且來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器417的能量引起的高電壓用于以相反極性重新建立電弧。電感器417保持電流流動并且引起高達緩沖電路481設(shè)定的極限的高電壓(例如，400VDC) ο電感器417以如開關(guān)晶體管的狀態(tài)(即，當從任一方向與零位電流點交叉時)所確定的任一極性引起高電壓水平。
[0057]圖5展示了圖1中的焊接電源100的具有電橋電路160和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路170的部分的第三示例性實施例的示意圖。圖5中還展示了電力轉(zhuǎn)換電路110的部分210，其中電力轉(zhuǎn)換電路110是中心抽頭式或半電橋式拓撲結(jié)構(gòu)(例如，基于逆變器的電路)。圖5中的電流開關(guān)電路180呈半電橋式拓撲結(jié)構(gòu)形式，其中電力轉(zhuǎn)換電路110提供被配置成共享共用路徑的雙輸出電流路徑，這樣使得每條輸出路徑可以引起相反極性在共享路徑中的流動。圖5中的焊接電源的操作與圖2中的操作類似。然而，圖5提供了雙電弧調(diào)節(jié)電路170，該雙電弧調(diào)節(jié)電路具有兩個相聯(lián)的電感器和兩個恒流源，從而產(chǎn)生略微更復(fù)雜的實現(xiàn)方式，該實現(xiàn)方式可以提供較圖2中的配置經(jīng)改進的低電流調(diào)節(jié)和電弧調(diào)節(jié)性能。
[0058]電橋電路160包括開關(guān)晶體管511和512。電弧調(diào)節(jié)電路170包括相聯(lián)的電感器513和514、恒流源515和516、二極管517和519、以及可選地預(yù)充電開關(guān)晶體管518。根據(jù)實施例，這些開關(guān)晶體管是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。然而，根據(jù)其他實施例，也可以使用其他類型的開關(guān)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或M0SFET)。具有二極管582和電容器583的有源緩沖電路581用于限制橫跨電流開關(guān)電路180的電壓(例如，在300V與600V之間的某個地方)以引起通過輸出電流路徑的輸出電流快速衰減并且限制或約束電弧重新點燃電壓水平。開關(guān)晶體管511和512的反向平行二極管攜帶緩沖電流/衰減電流。電弧調(diào)節(jié)電路170中的可選的預(yù)充電開關(guān)晶體管518可以用于用能量對電感器513和514預(yù)充電。當預(yù)充電開關(guān)晶體管518是接通的時，來自電感器的電流流動通過預(yù)充電晶體管。作為替代方案，預(yù)充電可以通過橫跨開關(guān)晶體管短接來執(zhí)行。這些電感器的預(yù)充電可能是期望的，這樣使得電感器儲存有能量并且準備好更快速地執(zhí)行初始電弧點燃功能(在焊接過程開始時)或電弧重新點燃功能(在跨過零點)。
[0059]圖5中的電流開關(guān)電路180提供用于交流電焊接操作并且在焊接電源的焊接輸出端引起一個具有的量值足以在焊接過程的極性反轉(zhuǎn)過程中在焊條E與工件W之間重新建立焊接電弧的電壓。示出了焊接輸出端子191和192并且其表示焊接電源的焊接輸出端，焊條E與工件W可以通過焊接電纜路徑連接至該焊接輸出端。
[0060]根據(jù)實施例，電感器513和514各自具有在大約10毫亨與100毫亨之間的電感值并且恒流源515和516各自提供在2amp至1amp范圍內(nèi)的恒定電流。恒流源515和516可以是若干種不同類型中的任何類型，包括(例如)斬波降壓調(diào)節(jié)器或簡單的電壓源和電阻器。這些電感器的大小被確定為在焊條與工件之間引起在電弧由于輸出電流切換方向(極性反轉(zhuǎn)/切換)而熄滅之后足以快速且可靠地立即重新點燃電弧的大電壓。
[0061]在電流跨過零點(極性反轉(zhuǎn)/切換)過程中，電弧熄滅，并且來自電弧調(diào)節(jié)電路170的對應(yīng)電感器的能量引起的高電壓用于以相反極性重新建立電弧。這些電感器保持電流流動并且引起高達緩沖電路581設(shè)定的極限的高電壓(例如，400VDC)。這些電感器以如開關(guān)晶體管的狀態(tài)(即，當從任一方向與零位電流點交叉時)所確定的任一極性引起高電壓水平。
[0062]圖6展示了圖1中的焊接電源100的具有電橋電路160和雙極性電弧調(diào)節(jié)電路170的部分的第四示例性實施例的示意圖。圖6中還展示了電力轉(zhuǎn)換電路110的部分610，其中，電力轉(zhuǎn)換電路110提供直流電+輸出(例如，基于斬波器的電路)。圖6中的電流開關(guān)電路180呈全電橋式拓撲結(jié)構(gòu)形式，該拓撲結(jié)構(gòu)可以與幾乎任何電源拓撲結(jié)構(gòu)一起使用，從而提供有待添加到現(xiàn)有設(shè)計的電源上的靈活性和潛力。圖6提供了共享H型電橋開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生略微更成熟的實現(xiàn)方式，該實現(xiàn)方式可以提供較圖2中的配置經(jīng)改進的低電流調(diào)節(jié)和電弧重新點燃性能。
[0063]電橋電路160包括開關(guān)晶體管611、612、613、和614。以形成完整的H電橋式構(gòu)型。電弧調(diào)節(jié)電路170包括電感器615、恒流源616、二極管617和可選地預(yù)充電開關(guān)晶體管618。根據(jù)實施例，這些開關(guān)晶體管是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。然而，根據(jù)其他實施例，也可以使用其他類型的開關(guān)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或MOSFET)。具有二極管682和電容器683的有源緩沖電路681用于限制橫跨電流開關(guān)電路180的電壓(例如，在300V與600V之間的某個地方)以引起通過輸出電流路徑的輸出電流快速衰減并且限制或約束電弧重新點燃電壓。開關(guān)晶體管611-614的反向平行二極管攜帶緩沖電流/衰減電流。電弧調(diào)節(jié)電路170的可選的預(yù)充電開關(guān)晶體管618可以用于用能量對電感器615預(yù)充電。當預(yù)充電開關(guān)晶體管618是接通的時，來自電感器的電流流動通過預(yù)充電晶體管。再次，作為替代方案，預(yù)充電可以通過橫跨開關(guān)晶體管短接來執(zhí)行。電感器的預(yù)充電可能是期望的，這樣使得電感器儲存有能量并且準備好更快速地執(zhí)行初始電弧點燃功能(在焊接過程開始時)或電弧重新點燃功能(在跨過零點時)。
[0064]圖6中的電流開關(guān)電路180提供用于交流電焊接操作并且在焊接電源的焊接輸出端引起具有足以在焊接過程的極性反轉(zhuǎn)過程中在焊條E與工件W之間重新建立焊接電弧的量值的電壓。示出了焊接輸出端子191和192并且其表示焊接電源的焊接輸出端，焊條E與工件W可以通過焊接電纜路徑連接至該焊接輸出端。
[0065]根據(jù)實施例，電感器615具有在大約10毫亨與100毫亨之間的電感值并且恒流源
616提供在2amp至I Oamp范圍內(nèi)的恒定電流。恒流源616可以是若干種不同類型中的任何類型，包括(例如)斬波降壓調(diào)節(jié)器或簡單的電壓源和電阻器。電感器的大小被確定為提供相對穩(wěn)定的電流，同時在焊條與工件之間引起在電弧由于輸出電流切換方向(極性反轉(zhuǎn)/切換)而熄滅之后足以快速且可靠地立即重新點燃電弧的大電壓。
[0066]在電流跨過零點(極性反轉(zhuǎn)/切換)過程中，電弧熄滅，并且來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器的能量引起的高電壓用于以相反極性重新建立電弧。電感器保持電流流動并且引起高達緩沖電路681設(shè)定的極限的高電壓(例如，400VDC) ο電感器以如開關(guān)晶體管的狀態(tài)(即，當從任一方向與零位電流點交叉時)所確定的任一極性引起高電壓水平。
[0067]根據(jù)一些實施例，該電弧調(diào)節(jié)電路儲存能量并且釋放所儲存的能量作為額外電涌，以促進電弧的重新點燃。該額外電涌可以在兩個方向上的極性轉(zhuǎn)變中提供、或者可以局限于極性轉(zhuǎn)變的僅一個方向，例如典型地更難以建立的負到正的轉(zhuǎn)變。在圖7-9中，與圖2-3中共有的這些部件在以下討論中是由相同的參考號識別的、但是在一些情況下從圖7-9中省略以維持附圖清楚。
[0068]圖7A-7B展示了在包括使用可選的疊加電容器721的情況下，圖2中的焊接電源在實施交流電焊接輸出電流波形(例如，被表示為簡單的方波形)時的操作。包括如圖7A-7B所描述的疊加電容器721的電弧調(diào)節(jié)電路170在極性之間的死區(qū)時間期間對疊加電容器充電、并且在電橋電路160以任一極性返回接通時向負載釋放能量。展示了在焊接電源的操作過程中的輸出電流700和電容器電壓710，如以下所描述的。
[0069]圖7A-7B中所示的負載230表示焊條E和工件W以及將焊條E和工件W連接至焊接電源上的電焊電纜路徑(即，焊接輸出電路路徑)之間的電阻和電感。然而，焊條E、工件W和電焊電纜路徑不是焊接電源的一部分。
[0070]參照圖7A的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形700的正電流部分(見波形700的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、并且流經(jīng)共用路徑回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、流經(jīng)二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。此外，疊加電容器721放電以提供另外的電流流經(jīng)二極管217、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載(朝正方向)、流經(jīng)二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214、并且回到疊加電容器721(見虛線箭頭)。疊加電容器721的放電在輸出電流轉(zhuǎn)變成正方向時在輸出電流中提供初始電涌來建立或重新建立電弧。該電容器已經(jīng)在脈沖之前的死區(qū)時間被充電。在重新建立的過程中，210的正整流器被電容器中儲存的電壓反向偏壓。因此，電流從該電容器流向電弧并且其余的能量儲存在低電流本底電路電感器215中。該疊加電容器提供了圖7A中以波形圖描繪的初始電涌(僅被電弧電阻限制)。一旦該電容器電壓衰減到低于電源210的最大輸出電壓，則正整流器再一次正向偏壓并且該電源可以再一次供應(yīng)電弧電流。
[0071]參照圖7A的底部部分，在交流波形700的正電流衰減部分(見波形700的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212的反向平行二極管、并且回到負載230(朝正方向，見粗箭頭)，直至電流完全衰減。并且，由電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215、流經(jīng)疊加電容器721 (將該電容器充電)、并且返回至恒流源216(參見虛線箭頭)。能量已經(jīng)存儲在電感器215中。一旦該疊加電容器電壓超過該電流源的最大供應(yīng)電壓，則該電感器中的能量繼續(xù)對該電容器充電(一直衰減直到它停止對該電容器供以能量)。甚至當流經(jīng)負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動以便在該極性改變的死區(qū)時間期間對疊加電容器721充電?？梢哉{(diào)整該極性改變期間的死區(qū)時間以便對該疊加電容器提供希望的充電。
[0072]在電流衰減過程中，電橋電路160改變極性。隨著通過負載的電流朝零下降，電弧熄滅并且具有該疊加電容器的電弧調(diào)節(jié)電路橫跨負載施加高電壓從而以相反極性重新點燃電弧。
[0073]參照圖7B的頂部分，在交流波形700的極性轉(zhuǎn)變部分(見波形700的黑色加粗線)期間，電力轉(zhuǎn)換電路210沒有提供巨大的電流。焊條E與工件W之間的電弧短時間熄滅。然而，儲存在電感器215中的能量和儲存在疊加電容器721中的能量相組合來在焊條E與工件W之間引起電弧點燃的電壓。一旦發(fā)生重新點燃，儲存在該疊加電容器中的能量就被施加到該電弧以產(chǎn)生低阻抗等離子體。一旦電弧電壓下降到低于電源210的最大輸出電壓，則該負整流器同樣正向偏置、并且該電源可以再一次供應(yīng)電弧電流。來自電力轉(zhuǎn)換電路的電流可以再次開始朝著相反方向流動通過負載。在沒有電弧調(diào)節(jié)電路的情況下，電力轉(zhuǎn)換電路將嘗試重新建立電弧。然而，由于電力轉(zhuǎn)換電路提供的電壓一般受到限制(例如，限制到100VDC)，因此可能不發(fā)生重新建立電弧。當來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器215和疊加電容器721的能量被釋放時，電流從電感器215和疊加電容器721流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)二極管220、返回至電容器721并且流經(jīng)恒流源216回到電感器215 (見箭頭)。疊加電容器721的放電在輸出電流轉(zhuǎn)變成負方向時在輸出電流中提供初始電涌來建立或重新建立電弧。因此，焊條E與工件W之間的電弧朝負方向快速重新點燃并且穩(wěn)定至足夠低的電壓以便電源提供電流。
[0074]仍參照圖7B的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形700的負電流部分(見波形700的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)通過負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、并且回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230 (朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。此外，疊加電容器721放電以提供額外的電流流經(jīng)開關(guān)晶體管213、通過二極管218、流經(jīng)負載230(在負方向上)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且返回至疊加電容器721(參見虛線箭頭)，并且在半波的起始部分期間發(fā)生直至該電容器中的能量耗盡(放完)。
[0075]參見圖7B的底部分，在交流波形700的正電流衰減部分(見波形700的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211的反向平行二極管、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、并且回到負載230(見粗箭頭)。并且，由電弧調(diào)節(jié)電流170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215、流經(jīng)疊加電容器721 (將該電容器充電)、返回至恒流源216(參見虛線箭頭)。能量已經(jīng)存儲在電感器215中。一旦該疊加電容器電壓超過該電流源的最大供應(yīng)電壓，則該電感器中的能量繼續(xù)對該電容器充電(一直衰減直到它停止對該電容器供以能量)。甚至當流經(jīng)負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動以便在該極性改變的死區(qū)時間期間對疊加電容器721充電?？梢哉{(diào)整極性改變期間的死區(qū)時間以提供對該疊加電容器的足量充電。
[0076]當轉(zhuǎn)變回到波形700的正部分(S卩，波形是重復(fù)的)時，如以上關(guān)于圖7A所描述的，電感器215和疊加電容器721都將經(jīng)由二極管217、開關(guān)晶體管211、二極管219、開關(guān)晶體管
214、和恒流源216釋放其儲存的能量通過負載(但朝正方向)，從而引起焊條E于工件W之間的電弧朝正方向快速重新點燃。電弧調(diào)節(jié)電路170不斷地將適調(diào)的低電流值添加到電源提供的焊接輸出電流以便當電力轉(zhuǎn)換電路提供的電流向零減小時穩(wěn)定電弧，并且在規(guī)定的死區(qū)時間之后通過釋放該電感器和該疊加電容器兩者中儲存的能量以相反極性立即重新點燃電弧。
[0077]圖8A-8B展示了在包括使用連接至二極管217的陰極上的可選的疊加電容器821的情況下，焊接電源在實施交流電焊接輸出電流波形(例如，被表示為簡單的方波形)時的另一個實施例的操作。包括如圖8A-8B所描述的疊加電容器821的電弧調(diào)節(jié)電路170在極性之間的死區(qū)時間期間對疊加電容器充電、并且在傳統(tǒng)地最難以重新建立的負到正轉(zhuǎn)變期間向負載釋放能量。每循環(huán)充電兩次并且放電一次可以減小每循環(huán)對該疊加電容器充電所需要的死區(qū)時間、同時增大可用來在負到正的轉(zhuǎn)變過程中重新點燃電弧的儲存能量。展示了在焊接電源的操作過程中的輸出電流800和電容器電壓810，如以下所描述的。
[0078]圖8A-8B中所示的負載230表示焊條E和工件W以及將焊條E和工件W連接至焊接電源上的電焊電纜路徑(即，焊接輸出電路路徑)之間的電阻和電感。然而，焊條E、工件W和電焊電纜路徑不是焊接電源的一部分。
[0079]參照圖8A的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形800的正電流部分(見波形800的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、并且流經(jīng)共用路徑回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、流經(jīng)二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。此外，疊加電容器821放電以提供另外的電流通向正母線、通過電橋電路160的開關(guān)晶體管211、通過負載(朝正方向)、通過二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214，并且回到疊加電容器821(見虛線箭頭)。疊加電容器821的放電在輸出電流轉(zhuǎn)變成正方向時在輸出電流800中提供初始電涌來建立或重新建立電弧。該電容器已經(jīng)在脈沖之前的死區(qū)時間被充電。在重新建立的過程中，210的正整流器被電容器中儲存的電壓反向偏壓。因此，電流從該電容器流向電弧并且其余的能量儲存在低電流本底電路電感器215中。該疊加電容器提供了圖8A中以波形圖描繪的初始電涌(僅被電弧電阻限制)。一旦該電容器電壓衰減到低于電源210的最大輸出電壓，則正整流器再一次正向偏壓并且該電源可以再一次供應(yīng)電弧電流。
[0080]參照圖8A的底部部分，在交流波形800的正電流衰減部分(見波形800的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212的反向平行二極管、并且回到負載230(朝正方向，見粗箭頭)，直至電流完全衰減。并且，由電弧調(diào)節(jié)電流170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)疊加電容器821(將該電容器充電)、并且返回至恒流源216(參見虛線箭頭)。能量已經(jīng)存儲在電感器215中。一旦該疊加電容器電壓超過該電流源的最大供應(yīng)電壓，則該電感器中的能量繼續(xù)對該電容器充電(一直衰減直到它停止對該電容器供以能量)。甚至當流經(jīng)負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動以便在該極性改變的死區(qū)時間期間對疊加電容器821充電?？梢哉{(diào)整該極性改變期間的死區(qū)時間以便對該疊加電容器提供希望的充電。
[0081]在電流衰減過程中，電橋電路160改變極性。隨著流經(jīng)負載的電流朝零下降，電弧熄滅并且電弧調(diào)節(jié)電路的電感器橫跨負載施加高電壓從而以相反極性重新點燃電弧。
[0082]參照圖SB的頂部分，在交流波形800的極性轉(zhuǎn)變部分(見波形800的黑色加粗線)期間，電力轉(zhuǎn)換電路210沒有提供巨大的電流。焊條E與工件W之間的電弧短時間熄滅。然而，儲存在電感器215中的能量在焊條E與工件W之間引起電弧點燃電壓。來自電力轉(zhuǎn)換電路的電流可以再次開始朝著相反方向流動通過負載。電弧處的下沖被電感器限制。過沖不是由電感器限制的，因為不是所有的電弧電流都流經(jīng)該電感器。在沒有電弧調(diào)節(jié)電路的情況下，電力轉(zhuǎn)換電路將嘗試重新建立電弧。然而，由于電力轉(zhuǎn)換電路提供的電壓一般受到限制(例如，限制到100VDC)，因此可能不發(fā)生重新建立電弧。當來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器215的能量被釋放時，電流從電感器215流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230 (朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)二極管220、流經(jīng)恒流源216、并且回到電感器215(見箭頭)。因此，焊條E與工件W之間的電弧朝負方向快速重新點燃并且穩(wěn)定至足夠低的電壓以便電源提供電流。連接至二極管217的陰極上的疊加電容器821在輸出電流轉(zhuǎn)變成負方向以建立或重新建立電弧時沒有放電，從而允許疊加電容器821保持極性轉(zhuǎn)變過程中死區(qū)時間期間儲存的能量。
[0083]仍參照圖SB的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形800的負電流部分(見波形800的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流動通過負載230(朝負方向)、通過電橋電路160的開關(guān)晶體管212，并且回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230 (朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。疊加電容器821在交流波形800的負電流部分期間沒有放電并且保持如圖由電容器電壓波形810展示的儲存的能量。
[0084]參見圖SB的底部分，在交流波形800的正電流衰減部分(見波形800的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211的反向平行二極管、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、并且回到負載230(見粗箭頭)。并且，由電弧調(diào)節(jié)電流170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)疊加電容器821(將該電容器充電)、返回至恒流源216(參見較細箭頭)。能量已經(jīng)存儲在電感器中。一旦該疊加電容器電壓超過該電流源的最大供應(yīng)電壓，則該電感器中的能量繼續(xù)對該電容器充電(一直衰減直到它停止對該電容器供以能量)。甚至當流經(jīng)負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動以便在該極性改變的死區(qū)時間期間對疊加電容器821充電?？梢哉{(diào)整極性改變期間的死區(qū)時間以提供對該疊加電容器的足量充電。
[0085]當轉(zhuǎn)變回到波形800的正部分(S卩，波形是重復(fù)的)時，如以上關(guān)于圖8A所描述的，電感器215和疊加電容器821將釋放其儲存的能量通過負載(但朝正方向)，從而引起焊條E與工件W之間的電弧朝正方向快速重新點燃。電弧調(diào)節(jié)電路170不斷地將適調(diào)的低電流值添加到電源提供的焊接輸出電流以便當電力轉(zhuǎn)換電路提供的電流向零減小時穩(wěn)定電弧，并且以相反極性立即重新點燃電弧。
[0086]圖9A-9C展示了焊接電源在實施交流電焊接輸出電流波形(例如，被表示為簡單的方波形)時的另一個實施例的操作，該焊接電源被配置成通過開關(guān)晶體管922對疊加電容器921進行獨立放電控制。包括如圖9A-9C所描述的疊加電容器921的電弧調(diào)節(jié)電路170在極性之間的預(yù)先限定的死區(qū)時間期間對該疊加電容器充電、并且在傳統(tǒng)地最難以重新建立的負到正的轉(zhuǎn)變期間向負載釋放能量。每循環(huán)充電兩次并且放電一次可以減小每循環(huán)對該疊加電容器充電所需要的死區(qū)時間、同時增大可用來在負到正轉(zhuǎn)變過程中重新點燃電弧的儲存能量。接通獨立放電控制開關(guān)晶體管922以便在負到正轉(zhuǎn)變過程中將疊加電容器921放電并且通過如圖8A-8B所示的電容器821來消除無意間的空轉(zhuǎn)路徑。展示了在焊接電源的操作過程中的輸出電流900和電容器電壓910，如以下所描述的。
[0087]圖9A-9C中所示的負載230表示焊條E和工件W以及將焊條E和工件W連接至焊接電源上的電焊電纜路徑(即，焊接輸出電路路徑)之間的電阻和電感。然而，焊條E、工件W和電焊電纜路徑不是焊接電源的一部分。
[0088]參照圖9A的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形900的正電流部分(見波形900的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、并且流經(jīng)共用路徑回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)二極管217、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211、流經(jīng)負載230(朝正方向)、流經(jīng)二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。獨立放電控制開關(guān)晶體管922防止了疊加電容器921在正電流部分期間放電并且疊加電容器921充電至電容器電壓波形910中所展示的電弧電壓。
[0089]參照圖9A的底部部分，在交流波形900的正電流衰減部分(見波形900的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212的反向平行二極管、并且回到負載230(朝正方向，見粗箭頭)，直至電流完全衰減。并且，由電弧調(diào)節(jié)電流170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215、流經(jīng)二極管923、流經(jīng)疊加電容器921(將該電容器充電)、并且返回至恒流源216(參見較細箭頭)。能量已經(jīng)存儲在電感器中。一旦該疊加電容器電壓超過該電流源的最大供應(yīng)電壓，則該電感器中的能量繼續(xù)對該電容器充電(一直衰減直到它停止對該電容器供以能量)。甚至當流經(jīng)負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動以便在該極性改變的死區(qū)時間期間對疊加電容器921充電?？梢哉{(diào)整該極性改變期間的死區(qū)時間以便對該疊加電容器提供希望的充電。
[0090]在電流衰減過程中，電橋電路160改變極性。隨著通過負載的電流朝零下降，電弧熄滅并且電弧調(diào)節(jié)電路橫跨負載施加高電壓從而以相反極性重新點燃電弧。
[0091]參照圖9B的頂部分，在交流波形900的極性轉(zhuǎn)變部分(見波形900的黑色加粗線)期間，電力轉(zhuǎn)換電路210沒有提供巨大的電流。焊條E與工件W之間的電弧短時間熄滅。然而，儲存在電感器215中的能量在焊條E與工件W之間引起電弧點燃電壓。來自電力轉(zhuǎn)換電路的電流可以再次開始朝著相反方向流動通過負載。該電弧處的負脈沖信號由電感器限制。過沖不是由電感器限制的，因為不是所有的電弧電流都流經(jīng)該電感器。在沒有電弧調(diào)節(jié)電路的情況下，電力轉(zhuǎn)換電路將嘗試重新建立電弧。然而，由于電力轉(zhuǎn)換電路提供的電壓一般受到限制(例如，限制到100VDC)，因此可能不發(fā)生重新建立電弧。當來自電弧調(diào)節(jié)電路170的電感器215的能量被釋放時，電流從電感器215流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)二極管220、流經(jīng)恒流源216、并且回到電感器215(見箭頭)。因此，焊條E與工件W之間的電弧朝負方向快速重新點燃并且穩(wěn)定至足夠低的電壓以便電源提供電流。獨立放電控制開關(guān)晶體管922防止了疊加電容器921在輸出電流轉(zhuǎn)變至負方向時放電，從而允許疊加電容器921保持先前極性轉(zhuǎn)變和波形900的正電流部分過程中死區(qū)時間期間儲存的能量。
[0092]仍參照圖9B的頂部部分，在焊接電源產(chǎn)生的交流波形900的負電流部分(見波形900的黑色加粗線)期間，電流主要從電力轉(zhuǎn)換電路210流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、并且回到電力轉(zhuǎn)換電路210(見粗箭頭)。并且，電弧調(diào)節(jié)器電路170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215 (將能量儲存在電感器中)、流經(jīng)開關(guān)晶體管213、流經(jīng)二極管218、流經(jīng)負載230(朝負方向)、流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管212、流經(jīng)電弧調(diào)節(jié)電路170的二極管220、并且回到恒流源216(見較細箭頭)。疊加電容器921在交流波形900的負電流部分期間沒有放電并且保持如圖由電容器電壓波形910展示的儲存的會ti。
[0093]參見圖9B的底部分，在交流波形900的正電流衰減部分(見波形900的黑色加粗線)期間，負載230有效地充當電源，從而盡力保持電流流動。電流從負載230流經(jīng)電橋電路160的開關(guān)晶體管211的反向平行二極管、流經(jīng)有源緩沖電路181、流經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路210(以續(xù)流方式)、并且回到負載230(見粗箭頭)。并且，由電弧調(diào)節(jié)電流170提供的低調(diào)節(jié)電流從恒流源216流經(jīng)電感器215、流經(jīng)二極管923、流經(jīng)疊加電容器921(將該電容器充電)、返回至恒流源216(參見較細箭頭)。能量已經(jīng)存儲在電感器中。一旦該疊加電容器電壓超過該電流源的最大供應(yīng)電壓，則該電感器中的能量繼續(xù)對該電容器充電(一直衰減直到它停止對該電容器供以能量)。甚至當流經(jīng)負載230的電流完全衰減時，來自電弧調(diào)節(jié)器電路170的電流如所描述那樣保持流動以便在該極性改變的死區(qū)時間期間對疊加電容器921充電?？梢哉{(diào)整極性改變期間的死區(qū)時間以提供對該疊加電容器的適當充電。
[0094]參見圖9C，當轉(zhuǎn)變回到波形900的正部分(S卩，波形是重復(fù)的)時，電感器215將釋放其儲存的能量通過負載(但朝正方向)，從而引起焊條E于工件W之間的電弧朝正方向快速重新點燃，如以上關(guān)于圖9A所描述的。此外，疊加電容器921流經(jīng)開關(guān)晶體管922、流經(jīng)負載230(朝正方向)、流經(jīng)二極管219和電弧調(diào)節(jié)電路170的開關(guān)晶體管214、并且回到疊加電容器921(見虛線箭頭)放電。疊加電容器921提供另外的能量電涌以輔助沿正方形建立或重新建立電弧。一旦建立電弧，開關(guān)晶體管922就被關(guān)掉以使疊加電容器921的放電中斷并且該過程如以上所描述的重復(fù)。以此方式，電弧調(diào)節(jié)電路170不斷地將適調(diào)的低電流值添加到電源提供的焊接輸出電流以便當電力轉(zhuǎn)換電路提供的電流向零減小時穩(wěn)定電弧，并且以相反極性立即重新點燃電弧。
[0095]總之，披露了用于對交流電電弧焊接工藝提供低電流調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)弧焊性能的系統(tǒng)和方法。在電弧焊接電源的實施例中，電橋和電弧調(diào)節(jié)電路的構(gòu)型允許對流經(jīng)該焊接輸出電路路徑的焊接輸出電流進行方向切換、并且在該焊接輸出電流路徑的焊條與工件之間引起一個足以在該輸出電流的極性轉(zhuǎn)變過程中重新點燃電弧的電壓。該電弧調(diào)節(jié)電路提供了用于儲存處于兩種極性的能量的高電感電平，該高電感電平在該輸出電流的跨過零點過程中引起了重新點燃電弧的電壓水平、并且對電弧電流提供了低的末端穩(wěn)定作用。
[0096]在所附權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括(including)”和“具有(having)”被用作術(shù)語“包括(comprising)”的簡明語言對等語;術(shù)語“其中(in which)”與“其中(wherein)”等效。而且，在所附權(quán)利要求書中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“頂部”等等僅被用作標記，而并不旨在對其物體強加數(shù)字或位置要求。進一步地，所附權(quán)利要求書的限制沒有以裝置加功能的格式被寫入并且并不旨在基于35U.S.C.§112第六段來解釋，除非直至這種權(quán)利要求限制在沒有進一步結(jié)構(gòu)的功能闡述之后明確使用短語“用于...的裝置”。如本文中所使用的，以單數(shù)引用的并且用詞語“一個”或“一種”繼續(xù)引用的元件或步驟應(yīng)被理解成為不排除所述元件或步驟的復(fù)數(shù)，除非明確闡明這種排除。此外，對本方面的“一個實施例”的引用旨在被解釋為排除存在也結(jié)合了所引用的特征的附加實施例。而且，除非明確相反闡明，實施例“包括(comprising)”、“包括(including)”或“具有(having)”擁有特別特性的一個元件或多個元件的實施例可以包括沒有那種特性的另外的這種元件。而且，某些實施例可以被顯示為具有相同或類似元件，然而，這僅僅是出于說明目的，并且這種實施例不一定需要具有相同元件，除非權(quán)利要求書中規(guī)定。
[0097]如本文中使用的，術(shù)語“可以”和“可以是”指示一組情況內(nèi)同時發(fā)生的可能性；擁有指定特性、特征或功能；和/或通過表達與被限定的動詞相關(guān)聯(lián)的能力、性能或可能性中的一項或多項來限定另一個動詞。相應(yīng)地，“可以”和“可以是”的使用指示經(jīng)修改的術(shù)語明顯合適、能夠、或適合于所指示的性能、功能或使用，同時在一些情況下將經(jīng)修改的術(shù)語可能有時不合適、不能夠、或不適合考慮在內(nèi)。例如，在一些情況下，可以預(yù)期事件或才能，而在其他情況下，不能發(fā)生事件或才能-術(shù)語“可以”和“可以是”充分體現(xiàn)了這種不同。
[0098]所寫的本說明書使用示例來披露本發(fā)明，包括最佳模式，并且還能夠使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)、和執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可以包括本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員想到的其他示例。如果這種其他示例具有與權(quán)利要求書中的字面語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的中的字面語言無實質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們預(yù)期在權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
[0099]雖然已經(jīng)參照某些實施例描述了本申請的所要求保護的主題，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的是，在不脫離所要求保護的主題的范圍的情況下可以做出各種改變并且可以代替等效物。此外，可以進行許多修改以使具體的情況或材料適應(yīng)所要求保護的主題的傳授內(nèi)容而不脫離其范圍。因此，所要求保護的主題不旨在局限于所披露的實施例，而是所要求保護的主題將包括落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施例。
參考號:
100焊接電源411晶體管 110電路 412晶體管 120發(fā)生器 413晶體管 130控制器 414晶體管 140反饋電路415晶體管 150反饋電路416晶體管 160電橋電流417電感器 170調(diào)節(jié)電路418源 180開關(guān)電路419 二極管 181緩沖電路420晶體管
182二極管 481緩沖電路 183電容器 482 二極管 191終端 483電容器 192終端 511晶體管 210部分 512晶體管 211晶體管 513電感器 212晶體管 514電感器 213晶體管 515源 214晶體管 516源 215電感器 517 二極管 216源518晶體管
217二極管 519 二極管
218二極管 581緩沖電路
219二極管 582 二極管
220二極管 611晶體管221電容器 612晶體管
230負載 613晶體管
300波形 614晶體管
615電感器
616源
617二極管
618晶體管
681緩沖電路
682 二極管
683電容器
700電流
710電壓
721電容器
800電流
810電壓
821電容器
900電流
910電壓
921電容器
922晶體管
923 二極管
E 焊條
W 工件
【主權(quán)項】
1.一種焊接電源(100)，包括: 電力轉(zhuǎn)換電路(110)，該電力轉(zhuǎn)換電路被配置成用于將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流;控制器(130);電橋電路(160 )，該電橋電路操作性地連接至電力轉(zhuǎn)換電路(I 1)上并且被配置成用于根據(jù)控制器(130)的命令來切換流經(jīng)操作性連接至該焊接電源(100)的焊接輸出端上的焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向；電弧調(diào)節(jié)電路(170)，該電弧調(diào)節(jié)電路操作性地連接至該電橋電路(160)并且配置成在該輸出電流的極性轉(zhuǎn)變過程中在焊接輸出電路路徑的焊條(E)與工件(W)之間引起一個足以重新點燃電弧的電壓、并且進一步配置成至少在該輸出電流的負到正的極性轉(zhuǎn)變過程中引起過沖電流以便有助于重新點燃電弧。2.如權(quán)利要求1所述的焊接電源，其中，該電弧調(diào)節(jié)電路(170)包括被配置成用于提供該過沖電流的疊加電容器。3.如權(quán)利要求2所述的焊接電源，其中，該電弧調(diào)節(jié)電路(170)包括被配置成用于使該疊加電容器在該輸出電流的負到正的極性轉(zhuǎn)變過程中選擇性地放電的獨立放電控制開關(guān)。4.如權(quán)利要求1至3之一所述的焊接電源，其中，該電弧調(diào)節(jié)電路(170)包括至少一個電感器和至少一個恒流源。5.如權(quán)利要求3所述的焊接電源，其中，該至少一個電感器的電感值在大約1豪亨與100豪亨之間。6.如權(quán)利要求3所述的焊接電源，其中，該恒流源提供在2amps與1amps之間的經(jīng)調(diào)節(jié)的恒流。7.如權(quán)利要求1至6之一所述的焊接電源，其中，該電力轉(zhuǎn)換電路(110)、該電橋電路(160)、以及該電弧調(diào)節(jié)電路(170)被配置成用于根據(jù)該焊接電源(100)的控制器(130)的命令來提供正直流電焊接操作、負直流電焊接操作、以及交流電焊接操作中的任何一者。8.如權(quán)利要求1至7之一所述的焊接電源，其中，該電力轉(zhuǎn)換電路(110)是基于半電橋式輸出拓撲結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該電力轉(zhuǎn)換電路(I 10)包括直流電輸出拓撲結(jié)構(gòu)，其中該電力轉(zhuǎn)換電路(110)是基于逆變器的電路，和/或其中該電力轉(zhuǎn)換電路是基于斬波器的電路。9.如權(quán)利要求1至8之一所述的焊接電源，其中，該電橋電路(160)被配置成半橋式電路，或者其中該電橋電路(160)被配置成全橋式電路。10.如權(quán)利要求1至9之一所述的焊接電源，其中，該電橋電路(160)包括至少兩個開關(guān)晶體管。11.一種具體根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的焊接電源，包括: 用于將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電流的裝置;用于切換流經(jīng)操作性連接至該焊接電源的焊接輸出端上的焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向從而至少提供交流電焊接操作的裝置；用于在該輸出電流的極性轉(zhuǎn)變過程中在該焊接輸出電路路徑的焊條與焊接工件之間引起一個在該焊條與該工件之間的電壓以便以相反的極性自動地重新建立電弧的裝置；以及用于至少在該輸出電流的負到正的極性轉(zhuǎn)變過程引起過沖電流以便在有助于電弧重新點燃的裝置。12.—種具體根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的焊接電源，包括: 被配置成用于提供交流電焊接輸出電流的電橋電路；以及電弧調(diào)節(jié)電路，該電弧調(diào)節(jié)電路操作性地連接至該電橋電路上并且被配置成在該焊接電源的焊接輸出端處引起一個具有的量值足以在流經(jīng)連接至該焊接輸出端上的輸出電路路徑的焊接輸出電流的極性反轉(zhuǎn)時在該輸出電路路徑中自動地重新點燃電弧的電壓、并且進一步被配置成至少在該輸出電流的負到正的極性轉(zhuǎn)變過程中引起過沖電流以便有助于電弧重新點燃。13.—種具體根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的焊接電源，包括電流開關(guān)電路，該電流開關(guān)電路具有至少一個電感器、至少一個恒流源、以及至少一個疊加電容器，其中該至少一個電感器、該至少一個恒流源、以及該至少一個疊加電容器被配置成用于跨過連接至該焊接電源的焊接輸出端上的負載引起一個足以在焊接輸出電流流經(jīng)該負載的極性反轉(zhuǎn)時跨過該負載重新點燃焊接電路的電壓，其中優(yōu)選地該電流開關(guān)電路被配置成半橋式電路或全橋式電流中的一者。14.一種方法，包括: 在焊接電源中將輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電流;根據(jù)該焊接電源的控制器的命令來使流經(jīng)操作性地連接至該焊接電源的焊接輸出端上的焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向從第一方向切換成第二方向；并且作為切換成該第二方向的一部分，在該焊接輸出電路路徑的焊條與工件之間引起一個足以在該焊條與該工件之間沿著該第二方向自動地重新點燃電弧的電壓水平;并且至少在該輸出電流的負到正的極性轉(zhuǎn)變過程中引起過沖電流以便在有助于電弧重新點燃。15.如權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括: 根據(jù)該焊接電源的控制器的命令來使流經(jīng)該焊接輸出電路路徑的輸出電流的方向從該第二方向切換成該第一方向；并且作為切換成該第一方向的一部分，在該焊接輸出電路路徑的焊條與工件之間引起一個足以在該焊條與該工件之間沿著該第一方向自動地重新點燃電弧的電壓水平。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，這些引起電壓水平的步驟是通過具有至少一個電感器和至少一個恒流源的電弧調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)的。17.如權(quán)利要求14或16之一所述的方法，其中，這些引起電壓水平的步驟是通過具有至少一個電感器和至少一個恒流源的電弧調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)的。18.如權(quán)利要求14至17之一所述的方法，其中，該引起過沖電流的步驟是通過具有至少一個疊加電容器的電弧調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)的。
【文檔編號】B23K9/073GK105829005SQ201480060245
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月6日
【發(fā)明人】G·B·科普里弗納克, R·L·道奇
【申請人】林肯環(huán)球股份有限公司