CN111837322A - 平衡焊接型开关模式功率供应装置中的磁通量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开降低焊接型开关模式功率供应装置(100)中的磁通量的系统和方法。所述焊接型开关模式功率供应装置包括：变压器(214)，该变压器被配置成将输入电压(104)转换为焊接型电压；电容器(204)，该电容器与变压器的初级绕组(216)串联；开关，该开关被配置成控制向变压器的初级绕组和电容器的串联组合施加的电压；比较器，该比较器耦接到变压器并被配置成将焊接型输出电压与阈值电压进行比较；以及通量累加器(118)，该通量累加器基于向变压器的初级绕组和电容器的串联组合施加的电压确定变压器中的净通量。

Description

平衡焊接型开关模式功率供应装置中的磁通量的系统和方法

相关申请

本国际申请要求2018年1月15日提交的名为“SYSTEMS AND METHODS TO BALANCEMAGNETIC FLUX IN A SWITCHED MODE POWER SUPPLY(平衡开关模式功率供应装置中的磁通量的系统和方法)”的美国专利申请序列No.15/871,506的优先权。该美国专利申请序列No.15/871,506的全部内容通过引用并入本文中。

背景

本公开总的来说涉及焊接系统，并且更具体地，涉及平衡开关模式功率供应装置中的磁通量的系统和方法。

一种良好适合于携带和接收不同输入电压的传统焊接型功率供应装置是多级系统，具有用于调节输入功率并提供稳定总线的预调节器，以及将稳定总线转换或变换为焊接型输出的输出电路。这些传统焊接型功率供应装置使用会经受磁饱和的变压器，其中磁饱和可被称为伏秒额定值。如果变压器饱和，那么系统可变得无法使用。

概述

公开了平衡开关模式功率供应装置中的磁通量的系统和方法，实质上如附图中的至少一幅所图示以及结合附图中的至少一幅所描述，如权利要求书中更全面地阐述。

附图简述

图1是根据本公开的各方面的示例焊接型功率供应装置的框图，该示例焊接型电力供应器包含开关模式电力供应器拓扑，该开关模式功率供应装置拓扑被配置成平衡和/或集中该开关模式功率供应装置的变压器中的磁通量。

图2是图1的开关模式功率供应装置的示例实施方案的示意图该示例实施方案包含全堆叠桥拓扑。

图3是代表可由图1的示例焊接型功率供应装置执行以响应于瞬态状况而平衡磁通量的示例方法的流程图。

图4是图1的开关模式功率供应装置的示例实施方案的示意图，该示例实施方案包含全堆叠桥拓扑，所述全堆叠桥拓扑包括用于平衡向变压器施加的电压的额外硬件。

图5是图1的开关模式功率供应装置的示例实施方案的示意图，该示例实施方案包含全堆叠桥拓扑，所述全堆叠桥拓扑包括用于平衡向变压器施加的电压的额外硬件。

附图未必按比例绘制。适当时，类似或相同的附图标记用于表示类似或相同的部件。

详细描述

传统的焊接型功率供应装置使用以下方法中的一种或多种来避免高频变压器的饱和：1)瞬时通量限制，其将任一极性的工作循环限制为上限；2)通量平衡，其限制所施加的通量能够多快地改变，以保持正循环和负循环更接近于在瞬时基础上达到平衡，以便避免在一个方向上超过伏秒额定值；以及通量集中，其中在每个开关周期期间，向变压器施加的磁通量被连续相加。通量集中用于随着时间修改正工作循环和负工作循环，以维持累加通量接近零。

传统通量集中的一个缺点是，所述方法假设在正方向与负方向两者上都施加总线电压的一半。在一些瞬态状况下，例如在施加或移除大负载时，串联电容器两端的电压可能不再等于总线电压的一半，并且可在不知晓通量集中逻辑的情况下施加不对称电压。例如，如果总线处于600V，并且串联电容器处于310V，那么在正半循环期间向变压器施加的电压是290V，并且在负循环期间施加的电压是310V。这种不平衡电压导致向变压器施加的伏秒失配。传统通量累加器假设在两个方向上都施加300V，使得通量累加器不会标识电压失衡。如果电容器保持失衡达若干PWM循环，那么净伏秒失衡可累加，并且变压器可被驱动到饱和，从而导致焊接功率供应装置的错误状况和/或意外关机。本公开描述用于检测可导致串联电容器两端的不对称电压的瞬态状况的系统和方法。本公开还描述用于通过平衡串联电容器两端的电压来对这些瞬态状况作出响应的系统和方法。

如本文中所使用，术语“焊接型功率”表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的功率。如本文所使用，术语“焊接型功率供应装置”表示在向其施加功率时能够供应焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)功率的任何装置，包含(但不限于)逆变器、转换器、谐振功率供应装置、准谐振功率供应装置等以及与其相关联的控制电路系统和其它附属电路系统。

如本文所使用，术语“焊接型电压”表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的电压。

如本文所使用，术语流经变压器的“正电流”表示在第一方向上流动的电流，并且术语流经变压器的“负电流”表示在与第一方向相反的第二方向上的电流。

一些示例涉及一种焊接型功率供应装置，所述焊接型功率供应装置包括开关模式功率供应装置以及控制器，所述开关模式功率供应装置包括：变压器，所述变压器被配置成将总线电压转换为焊接型电压；电容器，所述电容器与变压器的初级绕组串联，所述电容器具有电容器电压；以及开关，所述开关被配置成控制向变压器的初级绕组和电容器的串联组合施加的电压；所述控制器被配置成：检测总线电压超过阈值电压的瞬态状况；以及响应于该瞬态状况，控制开关的工作循环，以基于总线电压调整电容器电压。

在一些示例中，焊接型功率供应装置还包含通量累加器，所述通量累加器被配置成基于向变压器的初级绕组施加的伏秒数来确定变压器中的净通量，并且其中控制器被进一步配置成当电容器电压处于基于总线电压的阈值电压范围内时，控制开关的工作循环以平衡净通量。

在一些示例中，控制器被配置成基于将焊接型电压、总线电压或电容器电压中的一个与瞬态阈值电压进行比较来检测瞬态状况。在一些示例中，控制器被配置成响应于瞬态状况，调整开关的工作循环，以使变压器中的净通量不平衡达阈值时间段，以便调整电容器电压。在一些示例中，阈值时间段为约两毫秒。在一些示例中，控制器被进一步配置成响应于阈值时间段的流逝或确定电容器电压处于基于总线电压的阈值电压范围内中的至少一者，调整开关的工作循环以平衡净通量。

在一些示例中，控制器被配置成通过以下中的至少一者来调整电容器电压：增大对应于向初级绕组施加的电压等于总线电压与电容器电压之间的差的第一时段的第一工作循环，或者减小对应于向初级绕组施加的电压等于电容器电压的第二时段的第二工作循环。

在一些示例中，控制器被配置成调整开关的工作循环，直到电容器电压处于总线电压的一半的阈值范围内为止。在一些示例中，控制器被配置成通过检测以下中的至少一者来检测瞬态状况：总线电压在不到阈值时间段内的第一阈值改变；焊接型电压在不到阈值时间段内的第二阈值改变；或者电容器电压在不到阈值时间段内的第三阈值改变。

在一些实例中，阈值时间段小于两个开关循环，每个开关循环包括流经变压器的初级的正电流和流经变压器的初级的负电流。在一些示例中，开关模式功率供应装置包括堆叠全桥拓扑。

一些示例涉及一种焊接型功率供应装置，包括：变压器，所述变压器被配置成将总线电压转换为焊接型电压；电容器，所述电容器与变压器的初级绕组串联，所述电容器具有电容器电压；以及开关，所述开关被配置成控制向变压器的初级绕组和电容器的串联组合施加的电压；以及控制器，所述控制器被配置成：控制开关的工作循环；检测总线电压超过阈值电压的瞬态状况；以及响应于检测到瞬态状况，控制电容器电压平衡电路，以基于总线电压调整电容器电压。

在一些示例中，电容器电压平衡电路被配置成在基于总线电压的预定范围内调节电容器电压。在一些示例中，电容器电压平衡电路包括第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和第二开关元件串联耦接并被配置成选择性地将电容器耦接到参考电压，控制器被配置成响应于检测到瞬态状况，控制第一开关元件和第二开关元件将电容器耦接到参考电压。在一些示例中，电容器电压平衡电路包括二极管和晶体管的组合，该二极管和晶体管串联并被配置成选择性地将电容器耦接到参考电压，控制器被配置成响应于检测到瞬态状况，控制晶体管将电容器耦接到参考电压。

一些示例涉及一种控制焊接型功率供应装置的方法，包括：经由控制电路系统控制堆叠全桥开关模式功率供应装置的开关，以向变压器的初级绕组提供电流，以便经由变压器的次级绕组生成焊接型电流输出，初级绕组与具有电容器电压的电容器串联；经由控制电路系统检测向堆叠全桥开关模式功率供应装置输入的总线电压上的瞬态状况；以及响应于检测到瞬态状况，经由控制电路系统控制开关的工作循环，以基于总线电压调整电容器电压。

在一些示例中，所述方法还涉及：经由通量累加器来基于向变压器的初级绕组施加的伏秒数确定变压器中的净通量；以及当电容器电压处于基于总线电压的阈值电压范围内时，经由控制电路系统控制开关的工作循环以平衡净通量。

在一些示例中，该电路系统基于将焊接型电压、总线电压或电容器电压中的一个与瞬态阈值电压进行比较来检测瞬态状况。

在一些示例中，所述方法还包括响应于瞬态状况，经由控制电路系统调整开关的工作循环，以使变压器中的净通量不平衡达阈值时间段，以便调整电容器电压。在一些示例中，所述方法还包括响应于阈值时间段的流逝或确定电容器电压处于基于总线电压的阈值电压范围内中的至少一个，经由控制电路系统调整开关的工作循环以平衡净通量。

在一些示例中，电容器电压是响应于检测到瞬态状况而通过以下中的至少一者来调整的：增大对应于向初级绕组施加的电压等于总线电压与电容器电压之间的差的第一时段的第一工作循环，或者减小对应于向初级绕组施加的电压等于电容器电压的第二时段的第二工作循环。在一些示例中，控制电路系统通过检测以下中的至少一者来检测瞬态状况：总线电压在不到阈值时间段内的第一阈值改变；焊接型电压在不到阈值时间段内的第二阈值改变；或者电容器电压在不到阈值时间段内的第三阈值改变。

图1是示例焊接型功率供应装置100的框图，焊接型功率供应装置100包含开关模式功率供应装置102，焊接型功率供应装置100被配置成估计开关模式功率供应装置102的变压器中的磁通量。图1的示例焊接型功率供应装置100在整流器106处接收AC线路电压104(例如，AC单相或三相功率)。

整流器106对AC线路电压104进行整流。AC线路电压104的示例值的范围可以从115VAC或更低到600VAC或更高。功率供应装置100可被设计用于单个标称AC线路电压和/或一定范围的AC线路电压。整流器106可包含滤波电容器，并提供经整流的线路电压108。

预调节器110提供经调节的总线电压(例如，V_总线)，所述经调节的总线电压可被调节到大于经整流的线路电压108的峰值的电压。预调节器电路110还可包含用于改进从线路电压104汲取的电流或功率的功率因数的功率因数校正电路和/或控件。预调节器电路110可包含升压转换器电路布置。在一些示例中，可省略预调节器110，并将经整流的线路电压108作为总线电压V_总线提供给开关模式功率供应装置电路102(例如，在对经整流的线路电压108进行了或没有进行滤波和/或其它调节的情况下)。

开关模式功率供应装置102接收总线电压V_总线并输出焊接型功率112。如下文更详细地描述，开关模式功率供应装置102包含具有磁通量饱和点的高频变压器。

示例功率供应装置100包含控制预调节器电路110和开关模式功率供应装置102的控制器114。例如，控制器114可控制预调节器电路110中的功率半导体的开关，以控制经调节的总线电压V_总线。控制器114可控制预调节器电路110中的功率半导体的开关，以便提供经调节的总线电压V_总线并执行功率因数校正。

如本文所使用，控制器114是电路，其中所述电路包含数字和/或模拟电路系统、离散或/或集成电路系统、微处理器、DSP等、软件、硬件和/或固件，它们位于一个或更多个电路板上，形成控制器的一部分或全部，并且用于控制焊接工艺或诸如电源等装置。

图2是可用于实施图1的开关模式功率供应装置102的示例堆叠全桥电路200的示意图。图2的开关模式功率供应装置200接收经调节的总线电压V_总线201，控制向高频变压器214的初级侧提供的电压，并从变压器214的次级侧输出焊接型功率112。

图2的开关模式功率供应装置200包含与高频变压器214串联的电容器204。串联电容器204具有约为总线电压V_总线201的一半的电容器电压V_电容器。电容器204允许变压器214中的双向电流流动。开关模式功率供应装置200还包含开关元件206、208、210、212。开关元件206到212的控制端子(例如，当将晶体管用于开关元件时，为栅极)在图2中被标记为“A”和“B”，以指示被组合地控制的开关元件206到212。在一些示例中，示例开关元件206到212可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

通过接通“A”开关元件206、208来在正半循环内用正电压驱动变压器214，这将等于V_总线-V_电容器的电压施加到变压器214的初级绕组216。负半循环是通过接通“B”开关元件210、212来实现的，这将等于–V_电容器202的电压施加到变压器214的初级绕组216。V_电容器的标称值为V_总线/2，因此正半循环与负半循环两者标称施加V_总线/2的电压，且不同的半循环极性相反。在正半循环和负半循环中的每一者中，变压器214的铁芯中的磁通量根据所施加的电压和电流而改变。当正半循环和负半循环接通达相同的时间长度时，当V_电容器202为V_总线/2时，在一个周期(即，一个正半循环和一个负半循环)的过程中向变压器214施加的净磁通量(伏秒)为零。变压器214具有伏秒额定值，在变压器214饱和之前，其可耐受该伏秒额定值。当通量平衡时，开关模式功率供应装置200避免使变压器214饱和。

示例开关模式功率供应装置200将电容器204预偏压成具有为总线电压V_总线201的一半的电容器电压V_电容器202(例如，在使开关模式功率供应装置200能够提供输出之前，使用平衡电阻器来将电容器204预偏压成具有该电容器电压V_电容器202)。示例电容器204的电容值为使得在正常情形下，电容器电压V_电容器202可以以开关元件206到212的开关频率(例如，PWM频率)的两倍在总线电压V_总线201的一半上下改变仅几伏。然而，在动态负载状况或当前命令下，电容器204可偏离其标称电压更远。

返回图1，为了降低使开关模式功率供应装置102中的变压器214饱和的可能性，示例焊接型功率供应装置100包含通量累加器118。示例焊接型功率供应装置100还包含电压估计器120，电压估计器120耦接到开关模式功率供应装置102和/或控制器114。在一些示例功率供应装置中，电压估计器通过测量流经与电容器204串联的电流变压器的电流来确定电容器204处的AC耦接电压。在一些示例中，电压估计器120测量电容器204的电压、测量总线处的电压、测量变压器214的初级绕组216处的电压、测量变压器214的次级绕组218处的电压和/或测量变压器214的三级绕组处的电压。在一些示例中，控制器114可将电容器204、总线201、变压器214的初级绕组216、次级绕组218和/或三级绕组处的测量电压与相应阈值电压进行比较，以确定是否存在瞬态状况。

在一些示例功率供应装置中，电流检测器包含电流变压器、霍尔效应传感器、感测电阻器或磁阻电流传感器中的至少一个，以测量在总线201、电容器204、初级绕组216、次级绕组218和/或三级绕组中流动的电流，以便标识瞬态状况。在一些示例中，控制器114控制开关206到212的工作循环，以将净通量的值从饱和值降低，同时继续从焊接型功率供应装置100生成输出。

控制器114可使用一种或更多种技术来避免开关模式功率供应装置102中的变压器饱和。通量累加器118确定变压器214中的净通量，该净通量被施加到变压器214的初级绕组和/或电容器204和变压器214的串联组合(当存在这种电容器204时)。如本文所使用的，术语“净通量”表示变压器214的铁芯中的伏秒在通量累加器118的一个或多个处理循环(例如，半开关循环、整个开关循环、多个开关循环等)内的累加(例如，积分、总和等)。例如，通量累加器118可对变压器214中的通量求积分，以维持已向变压器214施加的净通量(例如，伏*秒)的历史。在一些示例中，通量累加器118跟踪由控制器114向开关元件206到212输出的PWM值。通量累加器118通过将正PWM值加到运行累加器以及从运行累加器减去负PWM值来计算净通量。

第一种技术是瞬时通量限制，其将任一极性的工作循环限制为上限，由此限制可在任何给定循环中添加到变压器214或从变压器214移除的通量的量。第二种技术涉及通量平衡，其限制所施加的通量能够多快地改变，以保持正电流循环和负电流循环更接近于在瞬时基础上达到平衡，以由此避免在单个方向上超过变压器214的伏秒额定值。例如，如果开关模式功率供应装置102以5％的工作循环运行操作，并且被命令改变到40％的工作循环以满足改变的负载状况，那么执行控制回路的控制器114将不会在下一PWM将工作循环改变到40％。相反，控制器114以均匀或非均匀的增量(例如，15％、25％、35％、40％)增大工作循环，直到在若干PWM循环内达到期望命令工作循环为止。

第三种技术是通量集中算法。控制器114在每个开关周期期间将向变压器214施加的通量连续相加。动态地，控制器114允许通量累加到变压器的伏秒限制。然而，控制器114执行通量集中以缓慢地修改“A”或“B”开关元件对206到212的工作循环，以便使累加通量更接近于零。通量集中通过维持通量大体上集中于零或接近零来降低或避免变压器214中的通量逐渐增加到正饱和或负饱和。

第四种技术可用于响应于可能由改变负载状况导致的瞬态状况而平衡通量。瞬态状况可在开关模式功率供应装置120中由于大的负载改变而产生。参照图2，在瞬态状况期间，V_总线201可由于存储在输入电路中的能量而经历电压过冲。V_总线201上的过冲导致变压器214中的伏秒失衡，这是因为电容器电压V_电容器无法瞬时改变。类似地，其它负载改变状况可导致V_总线201处的欠压，这也可出于相同原因而导致伏秒失衡。如果电容器电压V_电容器没有被平衡到V_总线/2，那么在“A”或“B”开关元件对206到212的工作循环期间施加的电压将不相等，这导致变压器通量增大或减小。变压器通量足够大和/或长时间的增大或减小可最终使变压器214饱和，因为在“A”或“B”工作循环期间施加了更多的伏秒。

为了在瞬态状况之后平衡通量，首先检测瞬态状况。在一些示例中，控制器114通过以下方式来检测瞬态状况：将输出电压112与可调阈值电压进行比较，以确定负载改变是否已导致瞬态状况。在其它示例中，控制器114可测量电容器电压V_电容器，并将电容器电压V_电容器与可调阈值电压进行比较，以确定是否存在瞬态状况。在其它示例中，控制器114可测量总线电压V_总线，并将总线电压V_总线与可调阈值电压进行比较，以确定是否存在瞬态状况。

在一些示例中，控制器114通过检测输出电压112、总线电压V_总线和/或电容器电压V_电容器在不到阈值时间段内的阈值改变来检测瞬态状况。例如，控制器可通过检测输出电压112、V_总线201或V_电容器202中的一个在不到两个开关循环内的阈值改变来检测瞬态状况。

在其它示例中，专用比较器122可被包含在电压估计器120中。比较器122可耦接到控制器114和/或开关模式功率供应装置102。比较器122可测量电容器电压V_电容器，并将电容器电压V_电容器与可调阈值电压进行比较，以确定是否存在瞬态状况。在其它示例中，比较器122可测量总线电压V_总线，并将总线电压V_总线与可调阈值电压进行比较，以确定是否存在瞬态状况。在其它示例中，比较器122耦接到控制器114和焊接型功率输出112。比较器122将焊接型输出112与可调阈值电压进行比较，以确定是否存在瞬态状况。

在一些示例中，当检测到瞬态状况时，控制器114忽略或关断上文所公开的平衡技术，而是改为使用第四种技术来平衡通量。第四种技术涉及故意使通量不平衡达选定时间段和/或直到电容器电压V_电容器测量为V_总线/2为止。例如，回应于总线电压V_总线的阶跃过冲，将少量脉冲宽度加到“A”工作循环中，或者类似地，从“B”循环减去少量脉冲宽度。或者，回应于总线电压V_总线处的欠压，将少量脉冲宽度加到“B”工作循环中，或者类似地，从“A”循环减去少量脉冲宽度。当检测到瞬态状况时，控制器可测量总线电压V_总线处的电压，以确定瞬态状况导致总线电压V_总线处的阶跃过冲还是欠压。因此，控制器114通过调整开关206到212的工作循环，由此使通量不平衡达预定时间段或者直到电容器电压V_电容器测量为V_总线/2为止。以这种方式使通量不平衡会使电容器电压V_电容器平衡到V_总线/2。在一些示例中，预定时间段可以为两毫秒。以这种方式调整脉冲宽度确实会在一个方向上产生少量通量游走(Flux Walk)。然而，当电容器电压V_电容器处于或接近V_总线/2均衡点时，变压器214不将饱和。一旦电容器电压V_电容器回到均衡点，上文所公开的基于时间的通量平衡技术可用于防止饱和。

在一些示例中，当检测到瞬态状况时，控制器114向通量累加器118传达的已累加的通量比实际上已累加的通量多或少。例如，回应于总线电压V_总线的阶跃过冲，控制器114可将小的数量加到由通量累加器118跟踪的净通量累加计算中。接着，通量累加器118计算出在“B”循环期间比在“A”循环期间累加了更多的通量，即使实际上在“A”循环期间比在“B”循环期间累加了更多的通量也是如此。作为响应，如上文所公开的通量集中算法将少量脉冲宽度加到“A”循环，或者类似地，从“B”工作循环减去少量脉冲宽度。此过程使通量不平衡，这将电容器电压V_电容器平衡到V_总线/2均衡点。以这种方式调整脉冲宽度确实会在一个方向上产生少量通量游走(Flux Walk)。然而，当电容器电压V_电容器处于或接近V_总线/2均衡点时，变压器214不将饱和。一旦已经过了预定的时间段，或者一旦电容器电压V_电容器回到了均衡点，控制器114便可从通量累加器118减去控制器114先前添加的相同量的净通量。由于电容器电压V_电容器接着处于V_总线/2均衡点，因此上文所述的基于时间的通量平衡技术可用于防止饱和。

图3是代表可由图1的示例焊接型功率供应装置100执行以降低该焊接型功率供应装置100中的开关模式功率供应装置102的变压器214中的磁通量的示例方法300的流程图。

在框302中，图1的通量累加器118基于(例如，通过开关元件206到212)向变压器202的初级绕组施加的伏秒数来确定变压器202中的净通量。

在框304中，控制器调整开关206到212的工作循环，以根据框302中确定的变压器214中的净通量来平衡通量。在框306中，控制器114监控瞬态状况。控制器可通过将输出电压112、总线电压V_总线或电容器电压V_电容器中的一个与可调阈值电压进行比较来监控瞬态状况。在一些示例中，控制器114可检测输出电压112、总线电压V_总线或电容器电压V_电容器是否超过阈值电压。在其它示例中，控制器114可检测输出电压112、总线电压V_总线或电容器电压V_电容器是否低于阈值电压。在一些示例中，控制器可检测输出电压112、总线电压V_总线或电容器电压V_电容器是否超过第一阈值电压或者低于第二阈值电压。

在框308中，如果控制器114确定不存在瞬态状况，那么所述方法循环回框302，以确定变压器214中的净通量。在框308中，如果确实存在瞬态状况，那么所述方法进行到框310，在框310中，控制器调整开关206到212的工作循环，以基于总线电压调整电容器电压。

在一些示例中，在框310中，控制器控制开关206到212故意使通量不平衡达预定时段。例如，该预定时段可以为两毫秒。在一些示例中，可故意使通量不平衡，直到电容器电压V_电容器等于V_总线/2为止。当以这种方式有意使通量不平衡时，电容器电压V_电容器调整到V_总线/2，并且变压器214不饱和。在预定时段之后，所述方法循环回框302，以确定变压器214中的净通量。当电容器电压V_电容器处于均衡位置V_总线/2时，基于时间的通量平衡算法可有效地平衡变压器中的通量。

图4是图1的开关模式功率供应装置102的示例实施方案400的示意图，其中迫使电容器电压V_电容器保持在均衡点V_总线/2或在均衡点V_总线/2的预定范围内的硬件已被添加到图2所示的示例实施方案200中。在图4的所公开的示例中，第一开关元件402和第二开关元件404被添加到开关模式功率供应装置400。该系统中的其它电路系统主动使第一电容器218和第二容器220在相等或实质上相等的电压处达到平衡。当平衡栅极201与A开关208同时导通时，串联电容器204与第二电容器220并联，从而导致串联电容器204两端的电压(电容器电压V_电容器)与第二电容器220两端的电压相等。由于电容器218、220相等，所以电容器电压V_电容器将处于均衡点V_总线/2。

图5是图示图1的开关模式功率供应装置102的实施方案的另一示例500的示意图，其中迫使电容器电压V_电容器保持在均衡点V_总线/2或在均衡点V_总线/2的预定范围内的硬件已被添加到图2所示的示例实施方案200中。该系统中的其它电路系统主动使电容器218、220在相等电压处达到平衡。在图5所示的示例实施方案中，二极管502已替换图4的开关元件404。类似于上文所述的示例，当平衡栅极201与A开关208同时导通时，串联电容器204与第二电容器220并联，从而导致串联电容器204两端的电压(电容器电压V_电容器)与第二电容器220两端的电压相等。

参照图4，在一些示例中，该附加的硬件、晶体管402和404可在某范围内调节V_电容器，该范围基于总线电压V_总线。控制器114可监控总线电压V_总线和电容器电压V_电容器，并且接着调整开关元件402和404以将电容器电压V_电容器维持在V_总线/2的某范围内。类似地参照图5，附加的硬件、晶体管402和二极管502可在某范围内调节电容器电压V_电容器，该范围基于总线电压V_总线。控制器114可监控总线电压V_总线和电容器电压V_电容器，并且接着调整开关元件402以将电容器电压V_电容器维持在V_总线/2的某范围内。

本发明的方法和系统可以用硬件、软件和/或硬件与软件的组合实现。本发明的方法和/或系统可用集中方式实现在至少一个计算系统中，或用分布式方式实现，在分布式方式中，不同的元件散布在若干互连的计算系统上。任何种类的计算系统或适用于执行本文所述的方法的其它设备都是合适的。硬件和软件的典型组合可包含具有程序或其它代码的通用计算系统，其中所述程序或代码在被加载和执行时控制计算系统以使得所述计算系统执行本文所述的方法。另一典型实施方案可包括专用集成电路或芯片。一些实施方案可包括上面存储有可由机器执行的一行或多行代码的非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪存驱动器、光盘、磁性存储盘等)，该一行或多行代码可由机器执行，由此使得机器执行如本文所述的过程。如本文所使用的，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包含所有类型的机器可读存储介质，并且不包含传播信号。

如本文所利用，术语“电路”和“电路系统”表示物理电子部件、任何模拟和/或数字部件、功率元件和/或控制元件，诸如微处理器或数字信号处理器(DSP)等，其包含离散部件和/或集成部件或者其部分和/或组合(即，硬件)，并包括可配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用，例如，特定处理器和存储器在执行第一一行或多行代码时可包括第一“电路”，并且在执行第二一行或多行代码时可构成第二“电路”。如本文所利用的，“和/或”指由“和/或”接合的列表中的任何一个或多个项目。作为示例，“x和/或y”指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任一元素。换句话说，“x和/或y”指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任一元素。换句话说，“x、y和/或z”指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所利用的，术语“示例性”指用作非限制性示例、实例或说明。如本文所利用的，术语“例如”和“诸如”列出一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所利用的，只要电路系统包括对于执行功能来说必要的硬件和代码(如果需要其中的任一个的话)，电路系统便“可操作”以执行该功能，而不管该功能的执行是否被停用或没有被启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂微调等)。

虽然已参照某些实施方案描述了本发明的方法和/或系统，但本领域的技术人员应理解，可进行各种改变，并且可替代等同物，而不偏离本发明的方法和/或系统的范围。例如，可组合、分割、重新布置和/或以其它方式修改所公开的示例中的框和/或部件。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适用于本公开的教示，而不偏离本公开的范围。因此，本发明的方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。实际上，本发明的方法和/或系统将包含落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案，无论是在字面上还是根据等同原则都是如此。

Claims (22)

1.一种焊接型功率供应装置，包括：

开关模式功率供应装置，包括：

变压器，所述变压器被配置成将总线电压转换为焊接型电压；

电容器，所述电容器与所述变压器的初级绕组串联，所述电容器具有电容器电压；以及

开关，所述开关被配置成控制向所述变压器的所述初级绕组和所述电容器的串联组合施加的电压；以及

控制器，所述控制器被配置成：

检测所述总线电压超过阈值电压的瞬态状况；以及

响应于所述瞬态状况，控制所述开关的工作循环，以基于所述总线电压调整所述电容器电压。

2.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置，还包括通量累加器，所述通量累加器被配置成基于向所述变压器的所述初级绕组施加的伏秒数来确定所述变压器中的净通量的，并且其中所述控制器被进一步配置成当所述电容器电压处于基于所述总线电压的阈值电压范围内时，控制所述开关的所述工作循环以平衡所述净通量。

3.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置，其中所述控制器被配置成基于将所述焊接型电压、所述总线电压或所述电容器电压中的一个与瞬态阈值电压进行比较来检测所述瞬态状况。

4.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置，其中所述控制器被配置成响应于所述瞬态状况，调整所述开关的所述工作循环，以使所述变压器中的净通量不平衡达阈值时间段，以便调整所述电容器电压。

5.根据权利要求4所述的焊接型功率供应装置，其中所述阈值时间段为约两毫秒。

6.根据权利要求4所述的焊接型功率供应装置，其中所述控制器被进一步配置成响应于所述阈值时间段的流逝或确定所述电容器电压处于基于所述总线电压的阈值电压范围内中的至少一者，调整所述开关的所述工作循环以平衡所述净通量。

7.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置)，其中所述控制器被配置成通过以下中的至少一者来调整所述电容器电压：增大对应于向所述初级绕组施加的电压等于所述总线电压与所述电容器电压之间的差的第一时段的第一工作循环，或者减小对应于向所述初级绕组施加的电压等于所述电容器电压的第二时段的第二工作循环。

8.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置，其中所述控制器被配置成调整所述开关的所述工作循环，直到所述电容器电压处于所述总线电压的一半的阈值范围内为止。

9.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置，其中所述控制器被配置成通过检测以下中的至少一者来检测所述瞬态状况：所述总线电压在不到阈值时间段内的第一阈值改变；所述焊接型电压在不到所述阈值时间段内的第二阈值改变；或者所述电容器电压在不到所述阈值时间段内的第三阈值改变。

10.根据权利要求9所述的焊接型功率供应装置，其中所述阈值时间段小于两个开关循环，每个开关循环包括流经所述变压器的所述初级的正电流和流经所述变压器的所述初级的负电流。

11.根据权利要求1所述的焊接型功率供应装置，其中所述开关模式功率供应装置包括堆叠全桥拓扑。

12.一种焊接型功率供应装置，包括：

变压器，所述变压器被配置成将总线电压转换为焊接型电压；

电容器，所述电容器与所述变压器的初级绕组串联，所述电容器具有电容器电压；以及

开关，所述开关被配置成控制向所述变压器的所述初级绕组和所述电容器的串联组合施加的电压；以及

控制器，所述控制器被配置成：

控制所述开关的工作循环；

检测所述总线电压超过阈值电压的瞬态状况；以及

响应于检测到所述瞬态状况，控制电容器电压平衡电路，以基于所述总线电压调整所述电容器电压。

13.根据权利要求12所述的焊接型功率供应装置，其中所述电容器电压平衡电路被配置成在基于所述总线电压的预定范围内调节所述电容器电压。

14.根据权利要求12所述的焊接型功率供应装置，其中所述电容器电压平衡电路包括第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和第二开关元件串联耦接并被配置成选择性地将所述电容器耦接到参考电压，所述控制器被配置成响应于检测到所述瞬态状况，控制所述第一开关元件和所述第二开关元件将所述电容器耦接到所述参考电压。

15.根据权利要求12所述的焊接型功率供应装置，其中所述电容器电压平衡电路包括二极管和晶体管的组合，所述二极管和晶体管串联并被配置成选择性地将所述电容器耦接到参考电压，所述控制器被配置成响应于检测到所述瞬态状况，控制所述晶体管将所述电容器耦接到所述参考电压。

16.一种控制焊接型功率供应的方法，包括：

经由控制电路系统控制堆叠全桥开关模式功率供应装置的开关，以向变压器的初级绕组提供电流，以便经由所述变压器的次级绕组生成焊接型电流输出，所述初级绕组与具有电容器电压的电容器串联；

经由所述控制电路系统检测向所述堆叠全桥开关模式功率供应装置输入的总线电压上的瞬态状况；以及

响应于检测到所述瞬态状况，经由所述控制电路系统控制所述开关的工作循环，以基于所述总线电压调整所述电容器电压。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

经由通量累加器来基于向所述变压器的所述初级绕组施加的伏秒数确定所述变压器中的净通量；以及

当所述电容器电压处于基于所述总线电压的阈值电压范围内时，经由所述控制电路系统控制所述开关的所述工作循环以平衡所述净通量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述控制电路系统基于将所述焊接型电压、所述总线电压或所述电容器电压中的一个与瞬态阈值电压进行比较来检测所述瞬态状况。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括响应于所述瞬态状况，经由控制电路系统调整所述开关的所述工作循环，以使所述变压器中的净通量不平衡达阈值时间段，以便调整所述电容器电压。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括响应于所述阈值时间段的流逝或确定所述电容器电压处于基于所述总线电压的阈值电压范围内中的至少一个，经由控制电路系统调整所述开关的所述工作循环以平衡所述净通量。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述电容器电压是响应于检测到所述瞬态状况而通过以下中的至少一者来调整的：增大对应于向所述初级绕组施加的电压等于所述总线电压与所述电容器电压之间的差的第一时段的第一工作循环，或者减小对应于向所述初级绕组施加的电压等于所述电容器电压的第二时段的第二工作循环。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述控制电路系统通过检测以下中的至少一者来检测所述瞬态状况：所述总线电压在不到阈值时间段内的第一阈值改变；所述焊接型电压在不到所述阈值时间段内的第二阈值改变；或者所述电容器电压在不到所述阈值时间段内的第三阈值改变。

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