[发明专利]通过占空比数字控制器的焊接电源

说明书

发明背景

本发明总体上涉及焊接电源，以及，尤其涉及开关式焊接电源的数字控制器。

已经开发出许多类型的焊接电源，这些焊接电源可提供来自交流(AC)或直流(DC)电源的焊接电源输出。该焊接电源类型的中的一种是开关式焊接电源，所述开关模式焊接电源利用电源半导体开关来斩波直流(DC)电源以及将斩波后的电源转变成适于焊接的电压和/或电流。已研制诸如，反相式电源和斩波式电源的开关式电源，以满足不同焊接工艺及应用。

斩波式和反相式电源焊接电源通常经由类似的控制方法和/或电路控制。控制该种电源的方法之一是采用脉冲宽度调制(PWM)控制。PWM控制提供了焊接电源的输出电流和/或电压的控制和调整，通过改变位于在电源电路中的电源半导体开关的占空比(例如，开/关比率)来控制和调整所述焊接电源的输出电流和/或电压。传统的反相式或斩波式焊接电源包括闭环电流控制回路，以便其可按特定弧焊负载条件的控制电流源搬操作。因此，传统的反相式或斩波式焊接电源包括模拟控制器，所述模拟控制器控制电源的最小和最大电源电流输值、各种电流值间的变化率、所需电流波形的产生、等等。遗憾的是，模拟控制器往往存在某些弊端，如无法充分处理开关式焊接电源的动态需求。例如，模拟控制器通常不能够短期内迅速反应焊接电弧上的突发事件，可能发生的时间间隔小于1毫秒。因此需要存在改进的开关式焊接电源的控制系统和方法。

发明内容

在实施例中，焊接电源包括电源转换电路，所述电源转换电路包括一个或多个电源半导体开关，所述电源半导体开关适于接收主电源功率和在开启配置和关闭配置间切换一个或多个电源半导体开关以便将所接收的功率转换给焊接输出。所述焊接电源进一步包括脉冲宽度调制(PWM)数字控制器，其连接至电源转换电路，并被配置为计算用于通过计算输出电压项来控制所述一个或多个半导体开关切换的占空比项。

在另一个实施例中，所述焊接电源包括电源转换电路，所述电源转换电路包括一个或多个电源半导体开关，所述电源半导体开关适于接收主电源功率和在开启配置和关闭配置间切换一个或多个电源半导体开关以便将所接收的电源转换给焊接输出。焊接电源进一步包括脉冲宽度调制(PWM)数字控制器，所述PWM数字控制器包括栅极驱动电路，所述栅极驱动电路适于产生控制一个或多个电源半导体开关切换的PWM输出信号。所述PWM输出信号包括占总线电压上的一个或多个变量的占空比项。

在另一个实施例中，开关式焊接电源的数字脉冲宽度调制(PWM)控制器适于测定开关式焊接电源的输出电压项，计算开关式焊接电源的变化的总线电压，计算正比误差项，所述正比误差项是用于校正指令电流值与焊接电源实际输出电流值间的差值，以及通过将测定的输出电压项、计算的变化总线电压项、和正比误差项结合来计算占空比项。

在另一个实施例中，焊接电源包括电源转换电路，所述电源转换电路包括一个或多个电源半导体开关，所述电源半导体开关适于接收主电源功率和在开启配置和关闭配置间切换一个或多个电源半导体开关以便将所接收的功率转换给焊接输出。所述焊接电源进一步包括脉冲宽度调制(PWM)数字控制器，其适于在近似等于电流和/或电压波形的平均值的触发位处对电流和/或电压波形进行采样，以及适于基于电流和/或电压的样本值计算控制一个或多个电源半导体开关的切换的PWM输出信号。

附图说明

当参考附图并阅读下述详细描述后，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更加容易理解，在所有附图中相同的字符标记代表相同的部件，其中：

图1是示例性斩波式电路的示意图，根据本发明的方面，所述斩波式电路被配置来具有开关式焊接电源的功能；

图2是焊接电源的示例性数字控制器的示意图，所述焊接电源包括栅极驱动电路，根据本发明的方面，所述栅极驱动电路被配置来驱动切换一个或多个电源半导体开关；

图3示出示例性方法的流程图，所述示例性方法可通过数字控制器应用，以便，根据本发明的方面计算和设置适当的焊接操作占空比；

图4示出示例性实际电流输出波形图和示例性平均电流波形图，根据本发明的方面，示例性平均电流波形图产生于第一输出电压和第一负载状态下；

图5示出示例性实际电流输出波形图和示例性平均电流波形图，根据本发明的方面，示例性平均电流波形图产生于第二输出电压和第二负载状态下；

图6示出示例性时序图，所示时序图包括示例性脉冲宽度调制波形，根据本发明的方面，该脉冲宽度调制波形可通过数字控制器产生；