专利名称：变换器阻抗焊接控制装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种使用一变换器的阻抗焊接装置，更详细地说，本发明涉及一种用于执行变换器控制焊接电流供给的阻抗焊接控制装置。
图12示出了一种使用一变换器(inverter)的常规阻抗焊接装置(resistancewelding apparatus)。
在这种阻抗焊接装置中，以104所指明的变换器被电连接在整流电路100和焊接变压器106的初级线圈之间。
整流电路100将来自AC电源端，即三相AC电源端(u、v、w)的工业频率的三相AC电压整流为DC电压。从整流电路100输出的DC电压通过电容器102被馈送到变换器104的输入端(l0，l1)。
变换器104包括四个通常以晶体管形式所构成的单向传导开关元件q1、q2、q3和q4，它们相互为桥接。二极管d1、d2、d3和d4分别与开关元件q1、q2、q3和q4相并联连接，它们的极性与开关元件的极性相反。
四个开关元件中，构成第一(正侧)对的开关元件q1和q2在一时间由来自驱动电路112的共用开关控制信号Sa接通/断开，而构成第二(负侧)对的开关元件q3和q4在一时间由来自驱动电路112的共用开关控制信号Sb接通/断开。
变换器104的输出端(m0，m1)被连接到焊接变压器106的初级线圈的两端。一对焊接电极108和110被电连接到焊接变压器106的次级线圈的两端。电极对108和110相对于被焊接的相关材料w1和w2而对接(例如在对面方式中)并且在来自一未示出的压力机构的压力之下使得它们压接触。
控制单元114用来控制焊接电流的供给，并且在焊接时间期间通过如上所述的驱动电路112提供该变换器104的开关控制。
图13示出了在这种阻抗焊接装置中所实现的一种电流供给控制方法。
通常，在具有焊接电极108和110被直接连接到焊接变压器106的次级线圈而无须在其间插入任何整流电路的该变换器阻抗焊接装置中，如在该所示例子中，一半周期被安置为一单位焊接周期Ta，在这期间焊接电流(初级电流)I2正向连续通过被焊接的材料(w1，w2)，和一半周期被安置为一单位焊接周期Tb，在这期间焊接电流I2负向连续通过，并且从该焊接电流供给的开始到结束的整个焊接时间被设置为等于该半周期的整数倍的周期计数。
该单位焊接周期Ta和Tb可被设置为包含由正整数乘以变换器频率的单位周期的任何长度，但它还可被设置为等于50Hz或60Hz的半周期的一周期以便相应于例如该工业频率。
在单位焊接周期Ta期间，通过驱动电路112该控制单元114以一预定的变换器频率，即10KHz，同时地接通/断开在正侧的开关元件q1和q2，同时在负侧的开关元件q3和q4仍保持断开。
因此，在变换器104的输出端(m0，m1)处出现一类似于初级电流I1的DC脉冲，该DC脉冲还可通过根据变换器频率的周期斩断正向DC电压来获取，被斩断的电流被馈送到焊接变压器106的初级线圈。通过焊接变压器106的次级电路在正方向上流过一具有相对于初级电流I1的一预定比的电流值的次级电流I2，该电流I2具有通过平滑该初级电流I1所得到的一电流波形。
在单位焊接周期Tb期间，通过驱动电路112该控制单元114以上述变换器频率同时地接通/断开在负侧的开关元件q3和q4，同时在正侧的开关元件q1和q2仍保持断开。
因此，在变换器104的输出端(m0，m1)处出现了一类似于初级电流I1的DC脉冲，该DC脉冲还可通过根据变换器频率的周期斩断负向DC电压来获取，被斩断的电流被馈送到焊接变压器106的初级线圈。通过焊接变压器106的次级电路在负方向上流过一具有相对于初级电流I1的一预定比的电流值的次级电流I2，该电流I2具有通过平滑该初级电流I1所得到的一电流波形。
如图13所示在每一单位焊接周期的结束和下一单位焊接周期的开始之间插入了用于极性转换的一暂停周期Tc。
在如上所述的该电流供给控制方法的情况中，当在变换器频率的单位周期T0中两个开关元件q1和q2或q3和q4从接通状态被转换为断开状态时，由于焊接变压器106的电感的影响该初级电流I1将不会立即被中止，但它作为瞬变电流i通过初级电路而流动直至它被切断为止。
当该电流在初级电路中中断时该瞬变电流i将不通过开关元件q1、q2、q3和q4，所有这些开关元件处于断开状态，但是该瞬变电流i将流经二极管d1、d2、d3和d4，这些二极管是与相关的开关元件相并联连接的。
例如在单位焊接周期Ta，当开关元件q1和q2在每一单位周期T0从接通状态转换成关闭状态时，瞬变电流i将形成一封闭电路，通过该封闭电路它通过二极管d3、电容器102和二极管d4从焊接变压器106的初级线圈再次流到焊接变压器106的初级线圈，如由图12的链-点线所示。
在这种情况中，如图13的阴影部分所示，在变换器104的输出端(m0，m1)和焊接变压器106的初级线圈之间的瞬变电流i(初级电流I1的)被给与正向流动，而在变换器104的输入端(l0，l1)和电容器106之间的瞬变电流i(初级电流I0的)被给与负向流动。
另一方面在单位焊接周期Tb中，当开关元件q3和q4在每一单位周期T0从接通状态转换成关闭状态时，虽然未示出该瞬变电流i形成一封闭电路，通过封闭电路它通过二极管d1、电容器102和二极管d2从焊接变压器106的初级线圈再次流向焊接变压器106的初级线圈。
在这种情况中，在变换器104的输出端(m0，m1)和焊接变压器106的初级线圈之间的瞬变电流i(初级电流I1的)将在负方向上流动，和在变换器104的输入端(l0，l1)和电容器102之间的瞬变电流i(初级电流I0的)将在负方向上流动。
这种常规阻抗焊接装置带来的缺陷是由于发热而使电容102耗损从而使电容器102的寿命变短，发热是由于变换器断开之后上述瞬变电流i流经焊接变压器106的初级电路而产生的结果。
电容器102实质上是提供用来平滑来自整流电路100的DC电压的。同时，该电容器还是构成用于使瞬变电流i流动的封闭电路的元件之一。它具有相对大的电容量并且还包括有一电阻。瞬变电流i在该电阻上形成焦耳热。从而使发热量增高并且温度上升，使电容器102趋于更加受到耗损并且使其性能恶化。
顺便说及的是，瞬变电流i正比于焊接电流I2和初级电流I1。为此原因，如果一较大电流流经被焊接的材料，则瞬变电流i也将变得较大，结果加速了电容102的耗损和恶化。由此，所引起的麻烦是如果考虑到电容器102的寿命则难以选择一大的焊接电流。
另外，由于更为频繁的使用该焊接机或使该焊接机具有较高的负载周期而使该瞬变电流i频繁地流到电容器102，使得电容器102的发热量增高，因此促进了它的耗损和恶化。因此，从电容器102寿命的观点来看，也不得不对该负载周期(工作比)提出了限制。
另外，当瞬变电流i流经电容器102时，在将电容器102电连接到该主电路的诸如电缆或铜条之类的导体中也可产生焦耳热。这种发热将导致电容器102附近的周围温度升高，结果缩短了电容器102的寿命。
由此而造成的另一缺陷是由于在这种方式中所产生的电容器102的发热将在初级电路中产生无用的功耗，相应地减小了到次级侧的功率供给量和功效。
本发明是鉴于在已有技术中出现的上述问题而提出的。因此本发明的一个目的是提供一种能够减小在整流电路和变换器之间插入的电容的发热和耗损的变换器阻抗焊接控制装置。
本发明的另一个目的是提供一种可获得较大焊接电流和较高负载周期的变换器阻抗焊接控制装置。
本发明的又一个目的是提供一种通过允许在变换器断开之后立即流经焊接变压器的初级电路的瞬变电流以较低的功耗有效流动来实现改进焊接电流的效率的变换器阻抗焊接控制装置。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面提供了一种用来通过向所焊接的材料提供一焊接电流而实现阻抗焊接的变换器阻抗焊接控制装置，其中的焊接材料被电连接到焊接变压器的次级线圈，该阻抗焊接控制装置包括一整流电路，用于将工业频率的交流电流转换为直流电流；一变换器，包括有两对单向传导开关元件，每一对开关元件具有一电连接到整流电路的输出端的输入端和一电连接到焊接变压器的初级线圈的输出端；与变换器的每一开关元件并联连接的二极管，该二极管的传导极性与开关元件的传导极性反相相连；电流供给顺序控制装置，用于以一预定的顺序转换地选择一第一电流供给模式，在该模式中通过在变换器中构成第一对的第一和第二开关元件将来自整流电路的焊接功率馈送到焊接变压器，和一第二电流供给模式，在该模式中通过在变换器中构成第二对的第三和第四开关元件将来自整流电路的焊接功率馈送到焊接变压器；第一开关控制装置，处于第一是流供给模式，仅仅第一和第二开关元件中的一个元件以一预定的开关频率重复地接通/断开，而另一个保持接通；和第二开关控制装置，处于第二电流供给模式，仅仅第三和第四开关元件中的一个元件以一预定的开关频率重复地接通/断开，而另一个保持接通。
最好是在该变换器阻抗焊接控制装置中该电流供给顺序控制装置交替地选择第一电流供给模式和第二电流供给模式。
最好是，在该变换器阻抗焊接控制装置中，该开关控制装置包括有每次第一电流供给模式被反复、交替地选择在其中仅仅第二开关元件以变换器频率被反复地接通/断开而第一开关元件保持接通的第一电流供给方式和在其中仅仅第一开关元件以变换器频率被反复地接通/断开而第二开关元件保持接通的第二电流供给方式的装置，和包括有每次第二电流供给模式被迭代，交替地选择在其中仅仅第四开关元件以变换器频率被反复地接通/断开而第三开关元件保持接通的第三电流供给方式和在其中仅仅第三开关元件以变换器频率被反复地接通/断开而第四开关元件保持接通的第四电流供给方式的装置。
在该变换器阻抗焊接中，开关控制装置可包括恒定电流控制装置，用于提供开关元件的接通/断开的控制，从而允许初级电流流经焊接变压器的初级电路或次级电流流经次级电路以与一设置的电流值相一致。
在该变换器阻抗焊接控制装置中，恒定电流控制装置可包括一时钟电路，用于产生一限定该变换器的开关操作的单元周期的时钟脉冲；限幅器电平设定装置，用于设定一相应于该设定的电流值的预定的限幅器电平；电流检测装置，用于在焊接电流的供给期间检测初级电流或次级电流；和控制装置，该控制装置在每一时钟周期，响应于该时钟脉冲的前沿接通相关的开关元件和当来自电流检测装置的输出信号达到限幅器电平或在该时钟脉冲的后沿时在该时间点断开该开关元件。
根据本发明的变换器阻抗焊接控制装置，如前所述，当在变换器的每一开关周期断开时初级阻抗电流i流经由焊接变压器的初级线圈和变换器所构成的封闭电路，从而实现了在整流电路和变换器之间所连接的电容器的较小的发热或较小的耗损和恶化，从而能够改善具有较大的焊接电流和较高的负载周期的焊接电流效率。
当阅读了下面结合附图的详细说明之后将会对本发明的上述和其它目的、状况、特性和优点有更清楚的理解。
图1示出了一种采用了根据本发明的一实施例的变换器阻抗焊接装置的阻抗焊接装置的结构；图2的流程图示出了由在该实施例中用于供给焊接电流的一控制单元所提供的整个控制过程；图3示出了在该实施例中在恒定电流限幅器控制中所实施的处理过程；图4的波形示出了在该实施例的焊接电流的供给中在相关部分所呈现的信号和电流波形；图5的电路图示出了一电路，以本实施例的第一电流供给方式流动的初级瞬变电流流经该电路；图6的电路图示出了一电路，以本实施例的第三电流供给方式流动的初级瞬变电流流经该电路；图7的电路图示出了一电路，以本实施例的第二电流供给方式流动的初级瞬变电流流经该电路；图8的电路图示出了一电路，以本实施例的第四电流供给方式流动的初级瞬变电流流经该电路；图9的电路图示出了本实施例中的一驱动电路的电路构成的例子；图10的波形图示出了在图6的电路中的相关部分的信号波形；图11示出了依据一种变形的变换器控制DC阻抗焊接装置的构成；图12示出了一常规变换器阻抗焊接控制装置的构成和功能；和图13的信号波形图示出了在该常规变换器阻抗焊接控制装置中实现的电流供给控制方法。
下面将结合图1至11说明本发明，将以非限制性方式来说明其最佳实施例。
参见图1，图1描述了一种包括根据本发明的该实施例的变换器阻抗焊接控制装置的阻抗焊接装置的构成。
在这种阻抗焊接装置中的变换器14包括两对(4个)单向传导开关元件Q1、Q2、Q3和Q4，这二对中的四个开关元件相互连接成桥式，每一个开关元件由诸如GTR(巨型晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)之类的一晶体管构成。二极管D1、D2、D3和D4分别与开关元件Q1、Q2、Q3和Q4相并联地连接，其每一导通极性与相关开关元件的导通极性相反地连接。
四个开关元件中的第一和第二开关元件Q1和Q2构成第一(正侧)对，由来自驱动电路22的第一和第二开关控制信号S1和S2分别地单独进行接通/断开控制，同时第三和第四开关元件Q3和Q4构成第二(负侧)对，由来自驱动电路22的第三和第四开关控制信号S3和S4分别单独进行接通/断开控制。
变换器14具有连接到整流电路10的输出端的输入端(L0，L1)和具有连接到焊接变压器16的初级线圈的二端的输出端(M0，M1)。一对焊接电极18和20直接连接(无须任何整流电路的介入)到焊接变压器16的次级线圈的二端。一对焊接电极18和20顶着被焊接的相关材料W1和W2平接(例如以对面的方式)并且在来自未示出的压力机械的压力之下使其与它们压接触。
整流电路10以例如六个三相桥式连接的二极管构成三相整流电路的形式而被提供，电路10用来从三相AC电源端(u、v、w)的工业频率的三相AC电压转换成具有预定电压值的DC电压。从整流电路10输出的DC电压E经平滑电容器12被馈送到变换器14。
本实施例的阻抗焊接控制装置使用一电流限幅器控制方法作为一恒定电流控制方法，使得在焊接电流供给期间通过一反馈环使初级电流或次级电流具有一所希望设定的电流值。
该电流限幅器控制提供有一电流传感器21、一电流检测电路24、一取样和保持电路26、一比较器28和一模-数转换器32。
电流传感器21例如由一电流变压器所构成，并且将它附加到在变换器14的输出端和焊接变压器16的初级线圈之间所延伸的一导体上。在焊接电流的供给期间，电流检测电路24响应于从电流传感器21输出的信号JI1发出一电压信号(电流检测信号)<I1>，指明初级电流I1的一瞬时值。
电流检测电路24的输出端与取样和保持电路26的一输入端以及比较电路28的一输入端相连接。
取样和保持电路26在由来自控制单元30的控制信号CH所指明的一电流峰值的定时处取样和保持来自电流检测电路24的一输出(电流检测信号)<I1>。由取样和保持电路26所保持的电流峰值由模-数转换器32转换成一数字信号，并随后被馈送到控制单元30。
在控制单元30的控制下比较电路28的另一输入端接收一相应于来自极限电平产生单元34的一设定的电流值(电流峰值)的一极限电平(电压)KI。当来自电流检测电路24的电流检测信号<I1>到达极限电平(电压)KI时，来自比较电路28的输出从低电平到达高电平。
控制单元30由一微计算机(CPU)所构成，并提供有关焊接电流的供给的所有控制，例如电流供给顺序控制、电流限幅器控制和变换器开关控制。
控制单元30直接或通过一未示出的接口电路与时钟电路36、存储单元38、输入单元40、显示单元42等相关联。
时钟电路36馈送给控制单元30一例如10KHz的基本时钟脉冲φ，用来限定变换器14的开关操作的一基本周期(时间间隔)。存储单元38包括一ROM和一RAM。ROM中存储有用于限定控制单元30的操作的分集程序，和RAM中存储有各种设定值数据、各种测量值数据、计算数据等。输入单元40包括有多个安置在控制装置的控制台面板上的按键，并且一接口电路通过一通信电缆与一外部装置相连。显示单元42包括被安置在控制装置的控制台面板上的一显示器和灯。
参见图2至8，说明了由本实施例的阻抗焊接控制装置所实现的电流供给控制方法。
图2说明了在焊接电流供给期间由控制单元30所提供控制的全过程，和图3说明了在这期间一恒定电流控制(限幅器控制)的处理过程。图4示出了在焊接电流的供给期间在不同部分所呈现的信号或电流波形。图5至8说明了以各种电流供给方式流动的初级瞬变电流的电路。
在本实施例的阻抗焊接装置中，焊接电极对18和20直接连接到焊接变压器16的次级线圈而没有任何整流电路的干涉，从而执行变换器控制AC阻抗焊接。
在变换器控制AC焊接的情况中，把在焊接电流(次级电流)I2以正方向连续流经被焊接的材料(w1，w2)期间的一单位焊接周期Ta和在它以负方向连续流经被焊接材料(w1，w2)期间的一单位焊接周期Tb规定为半周期，并且将从焊接电流供给开始到结束的整个焊接时间设定为等于该半周期的周期计数整数倍。
响应于给出在焊接电流供给中的一指令的预定信号的输出，控制单元30首先从存储单元38中读取用于各种焊接条件的所设定的值和诸如具有各自极性的单位焊接周期(Ta和Tb)、整个焊接时间、电流峰值等之类的电流供给条件，并且将它们放入预定的寄存器中(步骤A1)。
为了开始焊接电流的供给，变换器16的所有开关元件Q1、Q2、Q3和Q4被初始化为断开或被确认为断开状态(步骤A2)，并且随后在第一单位焊接周期Ta期间正侧开关元件Q1和Q2中的一个元件被传导，例如，第一开关元件Q1被设定为接通状态(步骤A3)。为了接通开关元件Q1，开关控制信号S1被设定为高电平。同时，通过第二开关元件Q2开始恒定电流限幅器控制(步骤A4)。
在图3所示的恒定电流限幅器控制(步骤A4)中，当接收到一来自时钟电路36的时钟脉冲φ时(步骤B1)，控制单元30在时钟脉冲φ的前沿处将第二开关控制信号S2置为高电平，从而导通第二开关元件Q2。
因此，在正侧的开关元件Q1和Q2变为导通，允许在正方向上初级电流I1的增长。
当该初级电流I1正常地增长时，电流检测信号<I1>在相关周期内达到该限幅器电平KI，并且在此时比较器28的输出电压从低电平转换到高电平。响应于此(步骤B3)，控制单元30使得第二开关控制信号S2到达低电平，以断开第二开关元件Q2。
由于诸如次级电路的阻抗值的增加或三相AC电源电压的下降之类的任何变化，可能出现初级电流I1的一不适当的增长，其结果使得电流检测信号<I1)在相关周期内不能达到限幅器电平KI。在这种情况中，控制单元30使得开关控制信号S2在时钟脉冲φ的后沿达到低电平，因此断开该开关元件Q2(步骤B4)。
同时，当开关元件Q2断开时(步骤B4)，控制单元30将控制信号CH传送给取样和保持电路26使取样和保持电路在该时间点保持电流检测信号<I1>的电平。随后，控制单元30通过模-数转换器32取出所保持的电流峰值并将它作为一所测量的电流值存储到在存储单元38中的一预定的存储地址中(步骤B6)。因此，恒定电流限幅器结束对于一周期的控制。
在第一单位焊接周期Ta，第一开关元件Q1保持接通(步骤A3)，如上所述在恒定电流限幅器控制下第二开关元件Q2以变换器频率(以时钟脉冲φ的周期)反复被接通/断开(步骤A4→A5→A6→A4)。
在单位焊接周期Ta期间的每一开关周期中，当第二开关元件Q2从接通状态被转变为断开状态时，由于焊接变压器16的电感的原因而使初级电流I1将不会立即停止，而是它将作为一瞬变电流i通过初级电路流动直至消失为止。
在本实施例的阻抗焊接装置中，如像图5中的链-点线所示那样，在这种情况中的瞬变电流i从焊接变压器16的初级线圈通过第三二极管D3随后通过第一开关元件Q1又回到焊接变压器16的初级线圈而通过一封闭电路流动。这表明由于处于接通状态的第一开关元件Q1的存在，流经第三二极管D3的瞬变电流i将不流向电容器12而是流经第一开关元件Q1再返回焊接变压器16的初级线圈。很少或基本上没有电流流经电容器12。
当第一单位焊接周期Ta进入末端时(步骤A5)，如上所述的第二开关元件Q2的开关动作中止，同时第一开关控制信号S1被立即进入低电平，以使第一开关元件Q1断开从而使所有开关元件Q1至Q4一度返回到断开状态(步骤A8→A2)。
在用于极性转换的暂停周期Tc之后的第二单位焊接周期Tb中，选择在负侧的开关元件Q3和Q4中的一个，例如将第三开关元件Q3设定为接通状态(步骤A3)。为此，第三开关控制信号S3被置为高电平。
然后，类似于上面(步骤A4→A5→A6→A4)根据恒定电流限幅器控制，第四开关元件Q4以变换器频率(以时钟脉冲φ的周期)而反复被接通/断开。
在第二单位焊接周期Tb期间，在每一开关周期每次第四开关元件Q4都被从接通状态转换为断开状态，如图6中的链-点线所示，初级电流I1的瞬变电流i从焊接变压器16的初级线圈流经第一二极管D1和随后流经第三开关元件Q3再返回到焊接变压器16的初级线圈而通过一封闭电路流动。
这意味着由于处于接通状态的第三开关元件Q3的维持，流经第一二极管D1的瞬变电流i将不流向电容器12而流经第三开关元件Q3再返回到焊接变压器16的初级线圈。在这种情况中，很少或基本上没有电流流经电容器12。
在本实施例的这种变换器控制AC焊接的情况中，在奇数编号(正)侧的单位焊接周期Ta中的该电流供给与在偶数编号(负)侧的单位焊接周期Tb中的电流供给通过插入在它们之间的极性开关暂停周期Tc的预定倍数而交替出现。因此，当整个焊接时间结束时(步骤A7)，焊接电流的供给中止。
在焊接电流的供给结束之后，可对在恒定电流限幅器控制中对在存储单元38中存储的整个周期的测量电流值作适当的分析或统计处理，以判断该焊接的优或差。
在图4给出的电流供给的时序中，在奇数编号(正)侧的单位焊接周期Ta期间，第二开关元件Q2以变换器频率执行它的反复接通/断开同时第一开关元件Q1保持接通，反之在偶数编号(负)侧的单位焊接周期Tb期间，第四开关元件Q4以变换器频率执行反复接通/断开而第三开关元件Q3保持接通。
这种电流供给方式可在整个焊接时间期间内重复，虽然它可能在开关元件Q1、Q2、Q3和Q4以及在二极管D1、D2、D3和D4之中因失衡电流负担而受到损害，其结果使得任何特定的开关元件或二极管总是有变恶化的倾向。
为了处理这个问题，开关元件对(Q1，Q2)和(Q3，Q4)可以分别在奇数编号侧的单位焊接周期Ta和偶数编号侧的单位焊接周期Tb中交替地完成它们各自的任务，从而保证在开关元件Q1至Q4之中和二极管D1至D4之中所分配的该电流负担可均衡一致，这就可使每一元件的耗损减轻而使出现故障的可能性减小。
根据这个电流供给顺序，例如在图4中的跟随第三单位焊接周期Ta后的第二单位焊接周期Tb中，第一开关元件Q1以变换器频率执行它的反复接通/断开，同时第二开关元件Q2保持接通。
在这种情况中，每一开关周期每次第一开关元件Q1从接通状态转换为断开状态，如图7中的链-点线所示，初级电流I1的瞬变电流i从焊接变压器16的初级线圈流经第二开关元件Q2和随后流经第四二极管D4再返回到焊接变压器16的初级线圈而形成一封闭电路中。在这种情况中，瞬变电流i很少或基本上不流经电容器12。
另外，例如在第四单位焊接周期Tb中，第三开关元件Q3以反复的方式以变换器频率被接通/断开，同时第四开关元件Q4保持接通。
在这种情况中，每当在每一开关周期中第三开关元件Q3从接通状态转换为断开状态时，如图8中的链-点线所示，瞬变电流i形成从焊接变压器16的初级线圈流经第四开关元件Q4和第二二极管D2返回到焊接变压器16的初级线圈的一封闭电路。在这种情况中，很少或基本上没有瞬变电流流经电容器12。
因此，在本发明的电流供给控制方法的情况中，为了从整流电路10通过变换器14向焊接变压器16馈送焊接电流的目的，选择在变换器14中的一对开关元件中的一个元件以变换器频率反复地接通/断开，而另一个开关元件保持接通，因此在变换器的每一开关周期中在断开时该初级瞬变电流i可流经由焊接变压器16的初级线圈和由变换器14所构成的一封闭电路而不使之流入平滑电容12。
这将防止了电容器12和它周围的导体由于瞬变电流i而发热，从而可相应地抑制电容器12的耗损和恶化。该电容器12的寿命因此而延长。
另外，该阻抗焊接装置不管焊接电流增加或较高的负载周期都不会加速电容器12的耗损和恶化。因此，可以允许一较大的焊接电流流经被焊接的材料(w1和w2)并允许提高该负载周期而无须关注电容器12的寿命。
另外，根据本实施例的电流供给控制方法，初级瞬变电流i流经在接通状态具有极低阻抗的一开关元件Q而不流经电容器12，从而如图4中的阴影部分所示很少或基本上没有功率在初级电路中作为发热的结果而被白白地消耗掉，而它的大多数将通过焊接变压器16被有效地转换为次级电流分量I2。因此，次级电流I2的波动随着恒定电流控制的精确性的改善和随着供给被焊接的材料(W1和W2)的焊接电流的效率的改善而降低。因而焊接质量有所改善。
此外，在本实施例的阻抗焊接装置中，电容器12只是用来降低从整流电路10输出的DC电压E的波动。因此当来自整流电路10的DC电压E的波动很小时也可除去电容器12。
图9示出了在本实施例中的驱动电路22的示例性的电路构成，图10示出了在这个电路中相关部分的信号波形。
驱动电路22包括有一开关控制信号产生部分44、一联锁部分56和一输出部分70。
开关控制信号产生部分44包括四个“与”门46a至46d，四个“或”门48a至48d，一单一的D型触发器(锁存电路)50和二个反相电路52和54。
开关控制信号产生部分44接收来自控制单元30的四个控制信号XS、YS、XV和YV。信号XV是作为用来选择开关元件Q1和Q2的第一对(正侧)的控制信号，信号YV是作为用来选择开关元件Q3和Q4的第二对(负侧)的控制信号。信号XS是用来以变换器频率接通/断开第一开关元件对Q1和Q2中的一个的控制脉冲，和信号YS是用来以变换器频率接通/断开第二开关元件对Q3和Q4中的一个的控制脉冲。
第一模式选择信号XV被馈送到“与”门46a和46b的一侧的输入端。第二模式选择信号YV被馈送到“与”门46c和46d的一侧的输入端。
第一控制脉冲XS被馈送到“或”门48a和48b的一侧的输入端。第二控制脉冲YS被馈送到“或”门48c和48d一侧的输入端。
第二模式选择信号YV还被馈送到反相电路52的一输入端。反相电路52和锁存电路50构成1/2分频电路。来自锁存电路50的一输出信号HQ被馈送到“与”门46a和46d另一侧的输入端。另外，反相电路54逻辑地将信号HQ反相以获得一信号HQ-，该信号HQ-接着被馈送到“与”门46b和46c另一侧的输入端。来自“与”门46a、46b、46c和46d的输出被分别馈送到“或”门48a、48b、48c和48d的另一侧的输入端。
在用来选择该第一对的第一电流供给模式中，信号XV和XS是有效的，而信号YV和YS是无效的。因此，响应于有效信号XV和XS，“与”门46a和46b的门功能和“或”门48a和48b的门功能工作，在“或”门48a和48b的输出端允许获得有效的第一和第二开关控制信号S1和S2。
正相反，在该电流供给控制模式中信号YV和YS是无效的，结果是“与”门46c和46d以及“或”门48c和48d变为实际上无效，允许在“或”门48c和48d的输出端获得无效(固定在低电平)第四和第三开关控制信号S4和S3。
对于每一单位焊接周期Ta和Tb，自1/2分频电路(50，52)的输出允许对于模式选择信号XV和YV交替反转“与”门(46a，46b)和(46c，46d)的功能和对于控制脉冲XS和YS交替反转“或”门(48a，48b)和(48c，48d)的功能。其结果，对于每一单位焊接周期Ta和Tb，交替反转还给予在“或”门(48a，48b)和(48c，48d)的输出端处获得的开关控制信号(S1，S2)和(S3，S4)的波形。
联锁部分56包括第一联锁电路58，用于防止在相同时间第一和第四开关控制信号S1和S4变为有效(高)，和第二联锁电路60，用于防止在一时间第二和第三开关控制信号S2和S3变为有效(高)。联锁电路58和60的每一个都包括两个“与”门62和64以及两个反相电路66和68。当来自“与”门62和64中的一个“与”门的输出为高时，一低电平通过反相电路66或68被提供给另一“与”门的一输入端，因此不管输入其内的开关控制信号的逻辑电平如何，低电平被强迫输出。
这就避免了第一和第四开关元件Q1和Q4以及第二和第三开关元件Q2和Q3的同时接通，因此防止了每一开关元件可能短路的故障。
输出部分70包括相应于开关信号S1、S2、S3和S4的每一个信号的两个反相器驱动器72和74，这两个反相器相互串联连接从而在预定电压电平处的各自的控制信号被馈送到相关的开关元件Q1至Q4。
应注意的是图4和10的开关脉冲数只是一个例子而已并且选择可以在任何任意倍数或周期和变换器频率处做出。另外，图9的驱动电路22和图10的开关控制的电路构成也是作为例子而提供的，很显然本技术领域的普通技术人员可作出多种变化。
虽然上述实施例利用了一限幅器控制方法作为反馈环恒定电流控制方法，还可使用脉冲宽度控制方法，在该方法中用于每一变换器周期的控制脉冲的脉冲宽度通过计算而被控制。
在上述实施例的阻抗焊接装置中，与焊接变压器16的次级线圈直接相连的焊接电极18和20实现了变换器控制AC阻抗焊接。
但是，可从图11中看出，焊接电极18和20可以通过由一对二极管Da和Db所构成的整流电路80而连接到焊接变压器16的次级线圈从而实现变换器控制DC阻抗焊接。在该变换器控制DC焊接的情况下，在初级侧的负侧开关元件Q3和Q4被选择，从而即使当初级电流I1在负方向上流动时，在次级侧该DC次级电流I2由于整流电路80的整流功能而被馈送到被焊接的材料(W1，W2)。
在该变换器控制AC焊接的情况中，在每一单位焊接周期保持接通的一开关元件可与以变换器频率接通/断开的另一开关元件以任何顺序交替。
权利要求
1.一种变换器阻抗焊接控制装置，用于通过向被焊接的材料供给焊接电流而实现阻抗焊接，被焊接的材料与焊接变压器的次级线圈电连接，所述阻抗焊接控制装置包括一整流电路，用于将工业频率的交流电流转换为直流电流；一变换器，包括两对单向传导开关元件，每一对开关元件具有一与所述整流电路的一输出端电连接的输入端和具有一与所述焊接变压器的初级线圈电连接的输出端；一二极管，与所述变换器的每一开关元件并联连接，它的传导极性与所述开关元件的传导极性相反；电流供给顺序控制装置，用于以一预定的顺序转换地选择第一电流供给模式，在该模式中来自所述整流电路的焊接功率通过在所述变换器中构成第一对的第一和第二开关元件被馈送到所述的焊接变压器，和选择第二电流供给模式，在该模式中来自所述整流电路的焊接功率通过在所述变换器中构成第二对的第三和第四开关元件被馈送到所述焊接变压器；和开关控制装置，在所述第一电流供给模式中仅仅第一和第二开关元件中的一个元件以一预定的变换器频率反复地接通/断开而另一个元件保持接通，在所述第二电流供给模式中仅仅第三和第四开关元件中的一个元件以所述变换器频率反复地接通/断开而另一个元件保持接通。
2.如权利要求1的变换器阻抗焊接控制装置，其中所述电流供给顺序控制装置交替地选择所述第一电流供给模式和所述第二电流供给模式。
3.如权利要求1或2的变换器阻抗焊接装置，其中所述开关控制装置包括有每次所述第一电流供给模式被反复、交替地选择在其中仅仅所述第二开关元件以所述变换器频率被反复接通/断开而所述第一开关元件被接通的第一电流供给方式和在其中仅仅所述第一开关元件以所述变换器频率被反复接通/断开而所述第二开关元件被接通的第二电流供给方式的装置，和包括有每次所述第二电流供给模式被反复、交替地选择在其中仅仅所述第四开关元件以所述变换器频率被反复接通/断开而所述第三开关元件被接通的第三电流供给方式和在其中仅仅所述第三开关元件以所述变换器频率被反复接通/断开而所述第四开关元件被接通的第四电流供给方式的装置。
4.如上述权利要求中的任一权利要求的变换器阻抗焊接控制装置，其中所述开关控制装置包括恒定电流控制装置，用于提供所述开关元件的接通/断开操作的控制，从而允许流过所述焊接变压器的初级电路的初级电流或流过次级电路的次级电流与一设定的电流值相符。
5.如权利要求4的变换器阻抗焊接控制装置，其中所述恒定电流控制装置包括一时钟电路，用于产生限定所述变换器的开关操作的单位周期的一时钟脉冲；限幅器电平设定装置，用于设定相应于所述设定电流值的一预定限幅器电平；电流检测装置，用于在焊接电流的供给期间检测所述初级电流或所述次级电流；和控制装置，在每一时钟周期，响应于所述时钟脉冲的前沿接通所述相关的开关元件和当来自所述电流检测装置的输出信号达到所述限幅器电平或在所述时钟脉冲的后沿处时，在该时间点断开所述开关元件。
全文摘要
对每一开关周期第二开关元件从接通转换为断开而在一单位焊接周期第一开关元件保持接通时,因焊接变压器电感的影响初级电流不能立即中止而作为瞬变电流经初级电路直至它消失。该瞬变电流形成从焊接变压器初级线圈经第三二极管后经第一开关元件返回焊接变压器的初级线圈。更具体地,由于第一开关元件保持接通,瞬变电流经第三二极管经第一开关元件,而不经电容器,并返回到焊接变压器的初级线圈。很少或基本上没有电流流经电容器。
文档编号B23K11/25GK1249977SQ9911751
公开日2000年4月12日 申请日期1999年8月6日 优先权日1998年8月10日
发明者茂吕享司, 岛田博司 申请人:宫地技术株式会社