帶低損耗開關的電源轉換器制造技術

一種焊接電源，包括一個輸入整流器，后者接收正弦或交流線電壓，同時提供經整流的電壓。由預調節裝置提供直流母線，并由轉換器，例如升壓轉換器，提供焊接輸出。所述預調節裝置是一個以ＳＶＴ（ｓｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，慢電壓過渡）方式和ＳＣＴ（ｓｌｏｗ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，慢電流過渡）方式開關的轉換器。從而提供了一種低開關損耗和高功率因數的電源電路。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

Power converter with low loss switch

A welding power supply includes an input rectifier that receives a sinusoidal or alternating line voltage while providing rectified voltage. A DC bus is provided by a preset device and supplied by a converter, such as a boost converter. The pre regulator is a SVT (slowvoltagetransition, slow voltage transition) and SCT (slowcurrenttransition, slow transition current mode switch converter). Thus, a power circuit with low switching loss and high power factor is provided.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般地涉及用于焊接的電源，具體地，涉及帶有預調節裝置的焊接電源。電源一般是將功率輸入轉換成所需的、或合乎要求的用于特定用途的功率輸出。應用于焊接時，電源一般接收一個高電壓的交流電(VAC，交流電壓)信號，同時提供一個大電流的焊接用輸出信號。世界上的公共電源(正弦線電壓)可能是220/208V、230/240V、380/415V、460/480V、以及500V和575V，這些電源既可以是單相的、也可以三相的，可以是50赫茲，也可以是60赫茲的。焊接電源接收這樣的輸入，同時產生大約10-75V直流(DC)或交流(AC)的大電流焊接用輸出。能提供適用于焊接用的焊接電源種類很多，包括基于換向器的焊接電源。在此提到的換向器型焊接電源至少包括一個將直流電源(DC)轉化成交流電源(AC)的步驟。有很多公知的適用于焊接的換向器型焊接電源，其中包括升壓電源、降壓電源(buckpower sources)，以及升壓-降壓電源(boost-buck power sources)。傳統焊接電源是按特定功率輸入設計的。換句話說，這種電源不能針對不同的輸入電壓提供基本上相同的輸出。最近，焊接電源已經設計成可以接受一定范圍內的任何電壓，而無須重新連接電源。作為現有技術，在1997年2月11日授權給托馬斯(Thommes)的美國專利第5 601 741號中，描述了一種焊接電源，它能接受一定范圍的輸入電壓，該專利技術已轉讓給當前的受讓人，并作為在此的參考材料。諸多現有的焊接電源技術中，由輸入功率形成焊接功率包括幾個級段，通常包括輸入電路、預調節裝置、轉換器以及包含電感線圈的輸出電路。輸入電路接收線電源，整流后，將功率傳輸給預調節裝置，從預調節裝置引出適于轉換的直流母線(DCBUS)，該直流母線接入某種類型的轉換器，由后者提供焊接用的輸出，所述輸出電感線圈有助于提供穩定的電弧。預調節裝置級段通常包括用于控制電源的開關。焊接電源中的開關損耗可能非常大，特別是對于硬開關而言。任何時候開關中的功率損耗都等于流過開關的電流乘以開關兩端的電壓。硬開關的接通損耗發生在開關接通時，此時流過開關的電流增大，要在一段有限的時間之后開關兩端的電壓才降至零。軟開關試圖借助輔助電路或緩沖電路避免接通損耗，該電路帶有一個與開關串聯的電感線圈，用以限制電流，直到接通轉換完畢，開關兩端的電壓變為零為止。這種開關稱為零電流轉換(ZCT)開關。同樣地，硬開關的斷開損耗發生在開關斷開時，此時開關兩端的電壓升高，要在一段有限的時間之后通過開關的電流才降至零。軟開關試圖借助提供的輔助電路或緩沖電路避免斷開損耗，該電路帶有一個與開關并聯的電容，用以限制開關兩端的電壓升高，直到斷開轉換完成，流過開關的電流為零。這種開關稱為零電壓轉換(ZVT)開關。現有技術中，有眾多提供軟開關功率轉換器或換向器的嘗試。但是這些嘗試常常不是將損耗轉嫁給其他的開關(或二極管)，就是或同時是需要昂貴的附加部件，比如輔助開關及其控制電路。因此，需要有一種有效而經濟的途徑來補償(或避免)在電源轉換器或換向器中的開關損耗。下面將描述諸多軟開關的一些實例。1995年12月19日授予GEGNER的美國專利第5 477 131號公開了一種ZVT型配電系統。但是，要實現所述ZVT，需要有一個受控輔助開關和與其相連的電感線圈。并且，初始電流是不連續的。一些現有技術中的設計為了二極管回復的目的而需要利用非連續導通模式。其中一種設計公開于美國專利第5 414 613中。但由于電源線中過高頻率的脈動導致其不合需要。GEGNER還在美國專利第5 343 140號中公開了一種在多重諧振模式下工作的ZVS轉換器。這一設計產生了較高而又不希望有的有效電流和有效電壓。在授予TABISZ的美國專利第4 857 822號中公開了另一種多重諧振轉換器，該設計導致在ZVS過程中產生不希望有的高電壓壓力，在ZCS過程中產生不希望有的高電流壓力。美國專利第5 307 005號同樣要有一個輔助開關。損耗發生在輔助開關斷開時。這與其說是消除了開關損耗，不如說是把它們轉移了。在美國專利第5 418 704號和第5 598 318號中，有其他的“轉移”損耗的設計。在美國專利第5 313 382號中公開了一種帶有輔助受控開關的電路，該電路不將損耗“轉移”給輔助開關。這是對轉移損耗的已有技術的改進，但仍需要一個昂貴的受控開關。另一個在美國專利第5 636 144號中公開的設計避免了“損耗轉移”。但該設計需要有針對恢復脈沖的電壓箝位電路，以及3個分立的電感線圈。而且，電感線圈上的電壓沒有得到很好的控制。在美國專利第5 321 348號中公開了一種零電流諧振升壓轉換器，然而，這一設計需要較為復雜的磁性元件，需要較高的開關有效電流和強度。而且，對于升壓二極管需要一個高的反向電壓。當使用真正的ZCT和ZVT電路不可行或成本不合算時，可以采用一種模擬方式。例如，在此使用了一種慢電壓/電流過渡(slow voltage/current transitions)(SVT和SCT)，這種過渡轉換中，當開關斷開或接通時，電壓或電流的上升放慢了(而不是被固定為零值)。附圖說明圖1示出了一個典型的現有技術的焊接電源100，該電源帶有一個預調節裝置104，以及輸出轉換器或換向器105。輸入線電壓101提供給整流器102(通常由橋型二極管和至少一個電容構成)。預調節裝置104是一個硬開關升壓轉換器，該轉換器包括開關106和電感線圈107。當開關106處于斷開狀態時，二極管108允許流入電感線圈107的電流向電容109充電。電感線圈107中的電流波形是整流過的高頻調制正弦波(脈動)。通過提高開關106切換的頻率，可以減少脈動的數量。然而，當現有技術中的硬開關升壓轉換器的切換頻率被提高以減少脈動時，開關損耗可能變得不可容忍。現有技術中某些焊接電源的另一個缺陷是功率因數差。通常，對于給定的電流輸入，較大的功率因數允許有較大的功率輸出。另外，通常，較大直徑的電焊棒需要較大的功率輸出。因此，對于給定線功率，使用功率因數矯正電路可允許給定焊接電源用于較大直徑的電焊棒。現有技術中，美國專利第5 563 777號公開了一種換向器，該換向器提供了良好的功率因數。現有技術中，許多帶有功率因數矯正的轉換器，都具有高開關損耗的缺點，這樣的例子比如有美國專利第5 673 184號、第5 615 101號以及第5 654 880號。有一種公知的輸出轉換器，是半橋式、變壓器被分隔的換向器。然而，這種輸出換向器常常有高的開關損耗，并/或要求有無源緩沖電路(passive snubber circuits)(會增加損耗)，因為每一個緩沖器總體上都必須在兩個方向操作，但每次只用一個方向。另外，已知的緩沖電路能夠接受的負載范圍通常是有限的，而且負載與緩沖不成比例，因此相對低負載來說，損耗相對較高。因此，希望有一種提供微開關損耗和高(接近于一的)功率因數的電源電路。同時，預調節裝置應當能接受較寬范圍的輸入電壓，而無須重新連接。理想的輸出轉換器應包括一個全波形、變壓器被分隔的轉換器，即所謂的具有全范圍、全波形、低損耗緩沖器的軟開關。依照本專利技術的第一方面，焊接電源包括輸入整流器，其接收正弦或交流線電壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種焊接電源，包括： 輸入整流器，用以接收輸入線電壓，并在輸出端提供經整流的電壓， 預調節裝置，接收整流器的輸出作為其輸入，同時提供直流母線作為輸出；以及 轉換器，用以接收預調節裝置的輸出，同時提供焊接輸出； 其中，預調節裝置是以ＳＶＴ（慢電壓過渡）和ＳＣＴ（慢電流過渡）方式開關的轉換器。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：史蒂文蓋斯勒，
申請(專利權)人：伊利諾伊工具公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]