用於提供電弧焊機中的電力的包括通量平衡的方法和設備與流程
2024-03-06 17:39:15
相關申請的交叉引用
本申請是2013年3月15日提交申請的第13839235號美國專利申請的部分延續申請並主張其申請日的權益，該美國專利申請主張2012年7月23日提交申請的第61674780號臨時申請的優先權，並且此申請是2014年8月27日提交申請的第14469788號美國專利申請的部分延續申請並主張其申請日的權益。
發明領域
本公開內容總體涉及焊接型電力供給器領域。更具體地說，本公開涉及包括多個功率處理電路的焊接型電力供給器，如逆變器型電力供給器。其具有允許將其重新配置為模塊化焊接型電力供給器系統的一部分的特徵和控制機構。
發明背景
有許多已知類型的焊接型電力供給器。如本文所用的焊接型電力是指適合於電弧焊接、等離子弧切割或感應加熱的電力。如本文所用的焊接型系統是能提供焊接型電力的系統，並且可包括控制及功率電路、送絲機和附屬設備。如本文所用的焊接型電力供給器是能提供焊接型電力的電力供給器。
提供焊接型電力及設計用以提供焊接型電力的系統構成了獨特的挑戰。焊接型系統常常要從一個位置移到另一位置，並且以不同的輸入方式使用，如單相或三相、或115v、230v、460v、575v等、或50hz或60hz信號。設計用於單輸入的電力供給器不能跨越不同的輸入電壓而提供一致的輸出，且這些電力供給器中在特定的輸入電平下安全工作的部件當在替代的輸入電平下工作時可能會損壞。另外，大多數領域的電力供給器是針對相對穩定的負載設計的。另一方面，焊接是一種非常動態的過程，並且很多的變量影響輸出電流和負載，如電弧長度、焊條類型、防護物類型、空氣流、工件上的灰塵、熔池尺寸、焊接取向、操作員的技術，且最後一點是被確定為對於應用場合最適合的焊接工藝的類型。這些變量不斷變化，並導致不斷變化且不可預測的輸出電流和電壓。許多領域的電力供給器是為低電力輸出設計的。焊接型電力供給器屬高電力，且存在著許多問題，如開關損耗、線路損耗、熱損傷、感應損耗以及產生電磁幹擾。因此，焊接型電力供給器設計人員面臨著許多獨特的挑戰。
此外，焊接型電力供給器或系統常常是為一種或多種特定的工藝銷售的，如焊條焊接、tig、mig、脈衝焊接、埋弧焊接、加熱焊接、切割焊接，且最大輸出電力或電流可以是從一百以下安培數到五百以上安培數的任意值。為意欲的工藝和/或商業市場選擇特定的焊接型系統的最大輸出。雖然焊接型電力屬高功率水平，但一些焊接型系統必須提供不同於其它的電力和/或輸出電流。例如，300安培焊條焊接系統所需的輸出不同於600安培mig焊接系統所需的輸出。
現有技術的焊接型系統通常是為特定的輸出設計的，並且功率電路、控制器、輸出電路等被考慮設計為具有最大輸出電力。100安培系統可能不同於200安培機器，後者不同於300安培機器，如此等等。因此，常常是從頭開始設計焊接型系統。其它時候，為了要減少伴隨的工程成本，通過增加開關容量或者將開關並聯布置來按比例放大焊接型電力供給器以實現較高的輸出。然而，這種按比例放大是有限制的，並且要使部件耐受越來越大的電流變得成本越來越高。這兩種設計新式焊接型系統的方法需要大量的設計、工程及測試，並且因此是相對昂貴的。
2004年3月30日授予albrecht的標題為「設計和製造焊接型電力供給器的方法(methodofdesigningandmanufacturingwelding-typepowersupplies)」的usp6713721(據此以引用的方式併入)教導了使用具有給定輸出電流的單一電力拓撲結構，並且然後根據需要將模塊並聯布置以得到所需的輸出電流。例如，如果每個模塊產生250安培，並且需要750安培，則使用三個並聯模塊。雖然如usp6713721中教導的那樣使用並聯模塊增加了輸出電流，但多個模塊的輸出電壓並不高於單一模塊的輸出電壓。
現有技術中一種非常適於攜帶並適於接收不同的輸入電壓的焊接型電力供給器是一種多級系統，其具有用以調節輸入電力並提供穩定總線的預調節器和將穩定總線轉換或變換成焊接型輸出的輸出電路。這類焊接型系統的例子描述於usp7049546(thommes)和usp6987242(geissler)以及美國專利公開20090230941(vogel)中，這三篇專利均由本公開的所有者享有，並據此以引用的方式併入。具有特徵的焊機包括這種現有技術的一些特徵。
有許多類型的焊接型電力供給器可從ac或dc電源提供焊接型電力輸出。一種通常類別的電力供給器被稱為開關模式電力供給器，其利用功率半導體開關以對dc電源進行斬波並將此斬波的電力轉換成適於焊接的電壓和/或電流。
焊接行業中通常已知的一種開關模式電力供給器是逆變器型電力供給器。逆變器型電力供給器對dc電源進行斬波並將其施加於變壓器的初級線圈。經斬波的電壓的頻率通常遠高於常用作電源的ac線路頻率(50至60hz)。典型的開關頻率範圍在20khz至100khz。這種較高的頻率允許逆變器變壓器比相當的線路頻率變壓器小得多。變壓器的次級線圈將經斬波的電壓變換成適於焊接的電壓和電流水平。通常將變壓器的次級線圈連接於整流器，並且轉換成dc並供給到平滑電感器以對輸出進行濾波。然後將這種平滑的輸出用作焊接型電力供給器的輸出。對於一些焊接型電力供給器來說，dc輸出經進一步處理並轉換成ac焊接型輸出，如用於acgtaw的ac焊接型輸出。
對基於逆變器的焊接型電力供給器，可使用許多電路拓撲結構。這些當中有通常被稱為正向電路、全橋、半橋、反激等等的拓撲結構。這些類型電力供給器的dc電源通常是通過對ac線路電源進行整流而得到的。逆變器型電力供給器還可以包括在整流器之後且在逆變器電路之前的預調節器電路。預調節器電路可起到對逆變器電路提供經調節的dc總線電壓的功能，該經調節的dc總線電壓可為與原始整流的ac電壓不同的電壓水平。這種預調節器電路還可包括功率因數控制機構，其可用於改善從ac線路汲取的電流的功率因數。
圖1顯示與usp7049546和usp6987242中所示一致的基於逆變器的焊接型電力供給器的簡化示意圖。ac線路電壓經整流，顯示具有三相ac，或者可為單相。ac線路電壓的典型值範圍可在115vac或更低至600vac。可針對單個標稱ac線路電壓或針對某一範圍的ac線路電壓設計逆變器電力供給器。整流器可包括示為c3的濾波電容器並提供輸出電壓(vrectified)。
可包括預調節器以提供經調節的總線電壓(vbus)，其可以被調節到高於經整流的ac線路電壓的峰值的電壓。預調節器電路還可以含有功率因數校正電路或控制機構以改善從ac線路汲取的電流或電力的功率因數。圖1顯示用於預調節器的升壓轉換器電路布置。功率半導體z3的開關由通過預調節器/逆變器控制機構提供的柵極驅動信號控制。可以按這樣的方式控制z3的開關以提供經調節的vbus以及執行功率因數校正。
所示的逆變器拓撲結構是半橋電路，高頻逆變器變壓器的初級線圈t1連接在電容器c1和c2的中心點與功率半導體開關z1和z2之間的結點之間。功率半導體開關通過顯示為逆變器控制機構的一部分的柵極驅動電路接通和斷開。由逆變器控制機構來控制功率半導體開關的開關頻率和接通(on)/斷開(off)比(或佔空比d)以提供焊接型電力供給器的經調節的輸出電壓和/或電流。z1和z2交替地對dc總線電壓進行斬波並在變壓器的初級線圈上產生高頻ac電壓。對於所示的半橋電路，總線電壓由兩個電容器分成兩半，由此在效果上說，當z1或z2任一者接通時，vbus的一半施加於變壓器的初級線圈兩側。變壓器將電壓變換成適於焊接的水平。變壓器的中心分接的次級線圈連接於二極體整流器(d2、d3)，後者對次級線圈高頻ac電壓進行整流以產生dc輸出。dc輸出由電感器l1進行濾波以對焊接電弧提供平滑的輸出電流。可包括圖1中未顯示的附加部件和電路，如緩衝器和預充電電路、emi濾波器、柵極驅動電路、控制電力供給器及各種其它電路。
電流傳感器(cs1)提供指示輸出電流(i_out)的反饋信號。還對逆變器控制電路提供電壓反饋，v_out。逆變器控制機構還可提供其它功能，如監測熱傳感器、控制冷卻風扇、對其它電路和控制機構(如焊接控制機構)接收和發送各種狀態及控制信號。所示的焊接控制器允許用戶選擇和控制焊接過程，並可以提供各種信號、指示器、控制機構、儀表、計算機接口等以允許用戶根據給定焊接過程的需要設置和配置焊接型電力供給器。焊接控制器通常將對逆變器控制機構提供命令信號，表示為i_ref。這種命令信號可以是電力供給器的輸出電流水平，或者可以是依賴於特定焊接工藝和用戶輸入、電壓和電流反饋信號及在焊接電弧處的其它條件的更為複雜的波形或信號。可將電壓反饋、電流反饋及其它信號提供給焊接控制機構。
諸如圖1中所示的焊接型電力供給器常常被設計成通過工業水平的ac電力(如230、460或575vac)工作。如此總線電壓vbus可大於900伏。這種總線電壓水平可能需要具有1200伏量級的電壓額定值的功率半導體開關(z1、z2、z3)。可能需要諸如緩衝器、慢電壓過渡(svt)之類的電路或其它電路來減少因總線電壓水平所致的功率半導體內的開關損耗。此外可能需要大體積電容器的串聯布置(c1、c2)以達到足夠的電壓額定值。這些電容器可能不完美地分享電壓並最終達到不匹配的電壓水平。現有技術中一種使用輸出的pwm控制的焊接型電源描述於專利8455794(據此以引用的方式併入)中。
焊接型電力供給器常常被設計為具有能處理完全範圍的輸入電壓和電力並提供給定焊接型電力輸出的部件。這對於某些應用來說可能不是最佳的，這使焊接型電力供給器比可能是必要的情況更為複雜或昂貴。
可能期望具有這樣的焊接型電力供給器，其能處理諸如上文所示的一定範圍的輸入，但仍然使用較低電壓功率半導體，所述功率半導體可以更有效地開關並減少或消除對緩衝器及其它電路的需要以減少開關損耗。還可能期望的是當採用串聯布置時對總線電容器保持均衡的電壓分享。還可能期望的是提供能很容易地適應不同的輸入電壓和功率水平以及各種焊接輸出的焊接型電力供給器。
因此，期望開發一種具有由模塊化系統組成的電力拓撲結構的焊接型系統，優選為這樣的焊接型系統，其能提供比任一模塊的輸出電流更大的所需輸出電流，和/或比任一模塊的輸出電壓更大的輸出電壓。優選地，該系統保持了現有技術的可攜式通用輸入系統的優點，但期望也避免現有技術的一些不足。
技術實現要素：
根據本公開內容的第一方面，焊接型電力供給器包括控制器、預調節器、預調節器總線和輸出轉換器。控制器具有預調節器控制輸出和輸出轉換器控制輸出。預調節器接收某一範圍的輸入電壓作為電力輸入，並接收預調節器控制輸出作為控制輸入，並且提供預調節器電力輸出信號。預調節器包括多個層疊式升壓電路。預調節器總線接收預調節器輸出信號。輸出轉換器接收預調節器總線作為電力信號並接收輸出轉換器控制輸出作為控制輸入。輸出轉換器提供焊接型電力輸出並且包括至少一個層疊式逆變器電路。
根據本公開內容的第二方面，焊接型電力供給器包括控制器、預調節器、預調節器總線和輸出轉換器。控制器具有預調節器控制輸出和輸出轉換器控制輸出。預調節器接收某一範圍的輸入電壓作為電力輸入並接收預調節器控制輸出作為控制輸入，並且提供預調節器電力輸出信號。預調節器包括層疊式升壓電路。預調節器總線接收預調節器輸出信號。輸出轉換器接收預調節器總線作為電力信號並接收輸出轉換器控制輸出作為控制輸入。輸出轉換器提供焊接型電力輸出並且包括至少一個層疊式逆變器電路。
控制器在另一實施方案中包括總線電壓平衡模塊。總線電壓平衡模塊在各種實施方案中包括積分器和累加器中的一者或兩者和/或在各種實施方案中接收來自預調節器和輸出轉換器的反饋。
根據本公開內容的第三方面，焊接型電力供給器包括控制器、預調節器、預調節器總線和輸出轉換器。控制器具有預調節器控制輸出和輸出轉換器控制輸出。控制器包括總線電壓平衡模塊，並且預調節器控制輸出響應於總線電壓平衡模塊。預調節器接收某一範圍的輸入電壓作為電力輸入並接收預調節器控制輸出作為控制輸入，並且提供預調節器電力輸出信號。預調節器提供預調節器輸出信號並且對總線電壓平衡模塊提供反饋。預調節器包括至少一個層疊式升壓電路。預調節器總線接收預調節器輸出信號。輸出轉換器接收預調節器總線作為電力信號並接收輸出轉換器控制輸出作為控制輸入。輸出轉換器提供焊接型電力輸出並且包括至少一個層疊式逆變器電路。
預調節器總線在一個實施方案中是受電壓調節的。
輸出轉換器在另一實施方案中包括雙層疊式逆變器。
多個層疊式升壓電路在各種實施方案中為雙層疊式升壓電路、三層疊式升壓電路或多於三層疊式升壓電路。
控制器在各種實施方案中包括電流平衡模塊和/或輸出轉換器通量平衡模塊。
控制器在其它實施方案中包括啟動模塊和/或斷電模塊。
在另一實施方案中，控制器包括功率電路配置檢測模塊，並且預調節器控制輸出和輸出轉換器控制輸出中的一者或兩者響應於功率電路配置檢測模塊。
焊接型電力供給器在另一實施方案中還具有響應於功率電路配置檢測模塊和輔助功率電路檢測模塊的用戶通知模塊。
在另一實施方案中，焊接型電力供給器還包括具有ac可調頻率輔助電力輸出的合成輔助ac功率電路，和/或可變速度冷卻風扇接收輔助電力輸出並朝預調節器和輸出轉換器的至少一部分吹送空氣。
輸出轉換器在另一實施方案中包括層疊式全橋逆變器。
根據本公開內容的另一方面，焊接型電力供給器包括開關輸出轉換器和控制器。開關輸出轉換器提供焊接型電力輸出，並且具有變壓器和控制輸入。控制器具有連接於控制輸入的轉換器控制輸出以及通量平衡模塊。轉換器控制輸出響應於通量平衡模塊。
根據本公開內容的另一方面，提供焊接型電力的方法包括切換輸出轉換器以經由變壓器提供焊接型電力以及控制切換以使得變壓器中的通量保持平衡。
通量平衡模塊在一個實施方案中是通量集中模塊。
通量集中模塊在各種實施方案中包括最小斷開時間模塊和/或脈衝跳過模塊。
預調節器在另一實施方案中將電力提供給開關輸出轉換器。
控制切換在一個實施方案中包括控制切換的脈衝寬度。
控制切換在另一實施方案中包括確保每一脈衝是前一非零脈衝的相反極性。
附圖說明
圖1是基於現有技術的逆變器的焊接型電力供給器的示意圖；
圖2是根據優選實施方案的雙層疊式升壓預調節器功率電路；
圖3是根據優選實施方案的單層疊式升壓預調節器功率電路；
圖4是根據優選實施方案的雙層疊式全橋逆變器輸出轉換器；
圖5是根據優選實施方案的層疊式全橋逆變器輸出轉換器；
圖6是根據優選實施方案的焊接型電力供給器的方框圖；
圖7是根據優選實施方案用於預調節器的控制器；
圖8是根據優選實施方案用於層疊式升壓預調節器電路的控制器；
圖9是根據優選實施方案用於雙層疊式升壓預調節器電路的控制環路；
圖10是根據優選實施方案的基於逆變器的輸出轉換器的控制器；
圖11是根據優選實施方案的基於逆變器的輸出轉換器的控制器；
圖12顯示根據優選實施方案的基於逆變器的輸出轉換器的四個pwm信號；以及
圖13是根據優選實施方案用於基於逆變器的輸出轉換器的控制環路；
圖14是全橋逆變器。
在對所述方法和系統的至少一個實施方案進行詳細說明之前，要理解的是，本公開內容並不將其應用限制於在以下說明書中敘述或附圖中示出的部件的構造及布置細節。所述方法和系統能夠勝任其它實施方案或者以各種方式實踐或執行。另外要理解的是，本文中使用的措辭和術語的目的是為了進行描述，不應被視為具有限制意義。同樣的附圖標記用於指示同樣的部件。
具體實施方式
雖然將要參考特定的電路及拓撲結構來說明所述方法和系統，但一開始就應理解的是，所述方法和系統可採用其它的電路及拓撲結構方式予以實施。
一般地，所述方法和系統包括具有雙層疊式升壓預調節器電路和雙層疊式全橋逆變器電路輸出轉換器的焊接型電力供給器。如本文所用的層疊式升壓電路是包括串聯布置的兩個開關、兩個二極體和兩個電容器的升壓電路，其中一個開關的集電極連接於另一開關的發射極，並且每個開關具有與之相關聯的電感器。每個開關通過與二極體的串聯布置箝位於其相關聯的總線電容器。單層疊式升壓可具有一個連接於上部開關或下部開關任一者的電感器。雙升壓優選對於每個開關具有電感器，使得電流能在兩個上部支路之間得以平衡，並且對於兩個下部支路來說同樣如此。層疊式升壓電路可具有多組並聯開關。如果使用mosfet開關，則將它們從漏極連接到源極，並且如果使用其它開關，則將它們以類似的方式連接。圖3顯示層疊式升壓電路。如本文所用的層疊式逆變器電路是初級側開關串聯連接的兩個逆變器電路。單層疊式逆變器電路是在單變壓器處驅動的連接於下部總線的至少一個開關和連接於上部總線的至少一個開關的布置。
焊接型電力供給器的一種配置由單層疊式升壓預調節器電路組成，以為預調節器電路提供低電力配置。焊接型電力供給器的另一種配置由單層疊式全橋逆變器電路組成，以為逆變器功率電路提供低電力配置。提供控制器以控制預調節器和輸出電路的操作。如本文所用的控制器是數字和/或模擬電路和/或邏輯/指令，其協作以對一個或多個電路提供控制信號。控制器可位於單板上，或者跨越多個位置而分布。如本文所用的雙層疊式升壓電路是並聯連接的兩個層疊式升壓電路，具有共同的輸出總線，其也從共同的輸入整流器饋電。替代方案包括從共同的ac源饋電的兩個整流器，和/或兩個單獨的輸出總線。如本文所用的輸出轉換器是接收中間信號(如總線)並提供輸出電力信號的功率電路。如本文所用的輸出轉換器控制輸出是用於控制輸出轉換器中的一個或多個開關的控制輸出，並且可由多個控制信號組成。如本文所用的預調節器是接收一種形式的輸入電力並以另一種形式將其提供給另一功率處理電路的功率電路。如本文所用的預調節器總線是作為預調節器的輸出的總線。如本文所用的預調節器控制輸出是用於控制預調節器中的一個或多個開關的控制輸出，並且可由多個控制信號組成。如本文所用的預調節器輸出信號是預調節器的電力輸出。
控制器提供各種控制算法及特徵。優選地，其包括即插即用模塊，所述即插即用模塊可檢測功率電路配置並根據需要調適或改變控制，對用戶提供有關所檢測到的配置和預期參數以外的可能的操作的狀態信息，檢測任選的電力供給器並基於這些電力供給器(例子：115vac輔助功率電路、送絲機電力供給器等)的存在而調適或改變控制。如本文所用的功率電路配置檢測模塊是檢測電力供給器的配置的控制模塊，如檢測正在使用的是單層疊式升壓電路還是雙層疊式升壓電路。如本文所用的模塊是協作以執行一項或多項任務的軟體和/或硬體，並且可包括數字命令、控制電路、功率電路、網絡硬體等。
另外，系統優選包括用於主動平衡在兩個或更多個串聯電容器之間分享的總線電壓的模塊(如累加器或積分器功能)以累計總線電壓差，兼顧預調節器與逆變器或其它電路之間的總線平衡。
系統優選包括用於為雙升壓配置主動平衡電流的模塊，和/或用於協調和控制輔助電力供給器的啟動和關閉和/或為逆變器電路進行主動通量平衡以減少變壓器飽和的可能性的模塊，和/或用於為冷卻提供可變速度風扇的模塊，和/或用於提供各種自檢以保證預調節器和逆變器電路正確工作的模塊。
雙層疊式升壓預調節器功率電路示於圖2。所示的預調節器電路的輸出是經調節的總線電壓，表示為vbus。總線電壓近似均等地被分享在兩個串聯電容器c1與c2之間。vbus_top和vbus_bottom代表兩個電容器電壓。電容器c1和c2可各自由單個電容器或多個電容器(形成電容器排)組成。通過將ac線路電壓轉換成經整流的dc電壓的整流器提供對預調節器電路的輸入。可供給整流器某一範圍的線路電壓(例如230vac、460vac、575vac)並在單相或者三相上工作。如本文所用的輸入電壓的範圍是跨越至少兩種公用事業電壓的範圍。
可以將預調節器電路設計成在連續跨度的輸入電壓上工作，並提供被調節至近似恆定的電壓的輸出總線電壓，所述近似恆定的電壓大於最高整流電壓(例如920vdc)。作為另外的選擇，預調節器可提供某一水平的總線電壓，使得在一些ac線路電壓下預調節器關閉並且不進一步升壓地傳遞經整流的線路電壓(例如，當線路電壓達到575vac+15％時停止升壓)。另外，可以給預調節器提供任意的dc電壓源，如來自電池或發電機的dc電壓源。在一些情況下，可由發電機、交流發電機或公用事業電力提供ac線路電壓。預調節器優選提供經電壓調節的總線。如本文所用的經電壓調節的總線是被調節到所需的電壓或電壓波形的總線。
圖2中所示的預調節器電路由具有串聯連接的開關的兩個升壓電路(雙層疊式升壓)組成。第一升壓電路由串聯開關z4、z5、二極體d5、d6、電感器l7、l8和電流傳感器cs7組成。或者可提供附加電流傳感器與電感器l8串聯。流入l8的電流的大小可從流入其它電感器(l7、l9、l10)的電流計算出或推斷出，並且如此可不需要這種附加電流傳感器。替代方案提供的是使用並聯的兩個、三個、四個或更多個層疊式升壓電路。如本文所用的更多個層疊式升壓電路是並聯布置的兩個或更多個層疊式升壓電路。
控制開關z4和z5以一定的開關頻率(例如10khz至20khz或更高)將開關接通和斷開，根據需要由控制電路控制或調整接通時間以調節總線電壓，同時還控制和調節流入電感器l7和l8的電流。提供兩個脈衝寬度調製信號以獨立地控制z4和z5(pwm1和pwm2)。一般來說，這些開關的控制類似於圖1中所示的公知的升壓電路，除了可能期望使兩個pwm信號相位錯開或者使開關信號交織。交織具有的益處是有效地將電感器l7和l8中存在的紋波電流頻率加倍，這可允許降低z4和z5的開關頻率，減少了濾波要求及l7和l8的相對尺寸，還有一些其它的益處。可如下文中更詳細描述的那樣實施對pwm1和/或pwm2的其它修改以提供與第二升壓電路的總線電壓平衡和電流平衡。z4和z5連同二極體d5和d6的串聯布置導致在這些器件兩側外加的電壓，其為大約二分之一vbus。這樣可允許使用更有效的器件，並減少或消除為了減少開關損耗而對緩衝器、svt或其它電路的需要。
第二升壓電路由開關z6、z7、二極體d7、d8、電感器l9、l10和電流傳感器cs9、cs10組成。第二升壓輸出與第一升壓電路共同連接於vbus。輸入是從共同的整流器提供的。或者第二升壓電路可從單獨的整流器或其它dc電源接收其輸入。開關z6和z7由兩個附加的獨立pwm信號(pwm3、pwm4)控制。這兩個pwm信號可類似於提供給第一升壓電路的兩個pwm信號。pwm3和pwm4可以類似於pwm1和pwm2的方式交織。第二升壓電路的工作類似於第一升壓電路的工作。下文更詳細地描述四個pwm信號的導出和控制。當與單升壓電路相比時，雙升壓電路通過共享流入vbus的電流的方式提供流過預調節器的附加電力。
用於預調節器的單層疊式升壓電路布置示於圖3。描述及工作類似於上文針對作為雙升壓布置的一部分的第一升壓電路給出的描述。控制信號pwm1和pwm2是類似的，並且可以交錯，如上所述。可以實施對pwm1和pwm2的修改以達成總線電壓平衡。然而為了與第二升壓的電流平衡而修改pwm1和pwm2將變得不需要，因為不存在第二升壓電路。可以修改控制算法或電路以消除電流平衡改變。如此有益和可取的是控制機構檢測預調節器電路的配置(單升壓、雙升壓)，以便可以自動地實施控制改變。總地來說，這種單升壓布置與雙升壓相比可減少流入dc總線的總輸出升壓電流，使得這種布置適於低電力焊接電力供給器或只能以範圍減小的輸入電壓(例如400-600vac，相比於雙升壓的230-600vac)工作的焊接電力供給器。這樣可以使電路對於例如不需要完全範圍的輸入電壓的一些應用來說具有降低的複雜性和成本。還可取的是檢測預調節器布置(單升壓、雙升壓)並經由指示器、用戶接口或其它裝置對用戶提供有關布置及這種布置的能力的反饋。例如如果焊接型電力供給器連接於230vac，且單升壓範圍意欲為400-600vac，則採用單升壓布置的客戶可以被警告線路電壓不適當。因此可取的是檢測預調節器配置以使得能夠作出焊接型電力供給器的各種配置，能夠在領域、改裝等方面進行改變，並提供能適應和提供必要的pwm控制信號的控制機構，以及基於所檢測到的配置對用戶提供信息。
雙層疊式全橋逆變器電路示於圖4。開關z8、z9、z10、z11、變壓器t2和二極體d9、d10形成用於第一逆變器電路的基本功率電路。開關z12、z13、z14、z15、變壓器t3和二極體d11、d12形成第二逆變器電路。這兩個電路以串聯布置的方式布置在輸入或初級線圈側上，每個電路跨越總線電壓的二分之一連接(vbus_top、vbus_bottom)。輸出或次級線圈側以並聯布置的方式布置，使得d9、d10連同t2與d11、d12和t3分享輸出電流。以一定的開關頻率(例如，20khz至100khz)將開關接通和斷開，其脈衝寬度或佔空比受到調整，以根據需要控制和調節輸出電流和/或電壓以提供焊接型輸出。這些脈衝寬度調製信號表示為pwm5、pwm6、pwm7和pwm8。全橋電路的基本工作方式是公知的，並且除了涉及pwm信號的控制的具體細節外將不再進行進一步的描述。如本文所用的雙層疊式逆變器是以使其輸出並聯的方式連接的兩個層疊式逆變器。替代方案提供的是將導致較高輸出電壓的串聯連接。對於單逆變器，優選的實施方案在輸入側具有4個開關，跨越兩個串聯的總線電壓與單變壓器串聯。對於雙逆變器，4個開關以全橋布置，由此驅動跨越每個總線電壓與兩個總線電壓串聯連接的一個變壓器的初級線圈。
關於層疊式升壓電路，在每個逆變器電路的初級線圈以總的總線電壓的二分之一工作時，層疊式全橋布置可允許使用下部電壓開關。此外圖4中所示的層疊式布置具有的一些有益效果在於，存在固有裝置來分割並分享次級線圈上的電流，並且自然地迫使初級線圈上的兩個總線電壓(vbus_top和vbus_bottom)近似平衡。例如，如果頂部總線電壓高於底部總線電壓，則t2的次級線圈電壓將高於t3的次級線圈電壓，並且因此t2將佔取更大比例的輸出電流。反映到t2的初級線圈的這種附加電流意味著從頂部總線電壓汲取的總電力將大於通過下部逆變器電路在底部總線上汲取的電力。這種較大的電力將自然地相對於總的總線電壓而降低頂部總線電壓，直至達到平衡點。因此存在被動平衡或分享。對於某些動態或靜態負載條件來說可能期望的是主動平衡或分享，如對於pwm值非常小的情況，如在焊接型電力供給器的輸出短路情況期間。可獨立地或結合在對單層疊式或雙層疊式升壓預調節器進行控制中實施的電壓平衡手段來進行頂部和底部總線電壓的主動平衡。
最佳地，可以以頂部及底部總線電壓中具有少量不匹配(例如2至3伏差)的方式實現串聯總線電壓的固有平衡和輸出電流的分享，這種少量不匹配是由逆變器電路內的各種電路部件的公差、開關特性等自然獲得的。如此可取的是，一旦總線電壓差降到一限值以下(例如，5伏差以內)則禁用預調節器電路內的主動dc總線平衡。
在一些焊接、切割或加熱電力供給器的布置中，可以省去次級二極體d9、d10、d11和d12並直接使用t2和t3的高頻ac。其它布置可包括通過ac逆變器電路進一步處理輸出電力以提供ac輸出電力，其頻率可不依賴於逆變器開關頻率且不依賴於ac線路頻率。在焊接型系統內根據需要可提供任意數目的其它附加電路及控制機構，如熱傳感器、風扇控制機構、用戶接口、焊接工藝控制機構、數據存儲器、送絲機、輔助電力供給器等。
層疊式全橋逆變器電路示於圖5。基本逆變器電路由開關z8、z9、z14和z15連同變壓器t2、隔直電容器c4和二極體d9、d10組成。開關z8、z9、z14和z15由pwm信號pwm5、pwm6、pwm7和pwm8控制。在這種布置中，開關z8和z15或多或少地一起切換，且開關z9和z14一起被接通和斷開。電容器c4保持大約等於二分之一vbus的dc偏置電壓。一般來說，全橋電路的這種布置的工作方式類似於圖4中所示的兩個全橋逆變器電路之一的工作方式，主要區別在於，當開關z9和z14接通時，t2的初級線圈兩側的電壓(且因此，輸出電力)是由儲存在隔直電容器c4上的電壓提供的。
所描述的焊接型電力供給器的基本系統方框圖示於圖6。ac線路電壓被提供給整流器電路，之後提供給預調節器電路。經調節的總線電壓(vbus)由預調節器提供給逆變器電路，後者繼而提供焊接型電力輸出。輔助功率電路也可由vbus信號供電，並提供輔助功率電路。例如，輔助功率電路可提供矩形波形或正弦波形或其它合適波形形式的115vac。輔助功率電路可用在焊接型系統或單元中以給各種手動工具、研磨機、風扇、燈或可在焊接單元中發現的其它附屬設備供電。在一些焊接型電力供給器中可存在或可以不存在輔助功率電路。送絲機功率電路也可由vbus信號供電，並提供輸出電力信號用於驅動作為焊接系統的一部分的送絲機。送絲機電力輸出可以是dc信號，如42vdc，或者在其它系統中可以是ac信號。同樣，在一些焊接型電力供給器中可存在或可以不存在送絲機功率電路，這取決於特定的配置。可以類似的方式提供其它類似的功率電路，如用於給水冷卻器、加熱器等供電。
控制機構可接收輸入信號和/或提供各種控制信號以控制如圖6中所示的預調節器電路、逆變器電路和任何附加功率電路。這些信號可包括電流和電壓反饋信號、pwm信號、使能和狀態信號、模擬反饋信號等。換言之，所有用以監測和控制功率電路所需的必要信號。控制機構也可以根據需要與附加的控制機構和/或電路(如焊接控制機構、用戶接口等)形成接口，以在焊接操作之中使焊接型電力供給器正確工作。可使用控制電路、微處理器及存儲設備、軟體算法或各種組合來實施控制。
預調節器控制方框圖示於圖7。四個開關電路(z4、z5、z6和z7)中的每一個被提供有由預調節器控制機構產生的pwm控制信號和提供給預調節器控制機構的檢測信號以允許控制機構檢測開關電路的存在或不存在。每個開關電路可含有功率半導體(如igbt)、柵極驅動電路、熱反饋或其它電路。檢測信號可以是模擬反饋信號或邏輯信號，其可被預調節器控制機構讀出或檢測以感測每個特定開關電路的存在。如上所述，預調節器控制機構可基於一個或多個開關電路存在或不存在而改變控制順序或算法。例如，如果控制機構檢測到存在四個開關電路，則可實施電流平衡控制以使流入圖2中所示的四個電感器的電流平衡。可以對用戶接口或其它控制機構提供接口信號以指示焊接型電力供給器的配置。開關檢測信號也可用於檢測和指示異常狀況或可能的焊接型電力供給器故障。例如如果預調節器控制機構檢測到4個開關電路中的3個的存在，則可以將此作為故障指示給用戶，並且提供有關哪個開關未被檢測到的指示以幫助維修焊接型電力供給器。
同樣地，可以將三個電流傳感器連接於所示的控制機構以提供指示流入圖2中所示的電感器中的三個的電流的電流反饋信號。電流傳感器還可對控制機構提供檢測信號，以便能夠檢測電流傳感器的存在或不存在。在焊接型電力供給器內的預調節器電路中，常常期望以一些方式來控制預調節器電流以限制電流，塑造電流波形以提高功率因數，限制來自預調節器電路的輸入電力或輸出電力等。利用電流檢測信號來改變控制機構或者如果未檢測到電流傳感器時禁止工作可有助於確保正確地工作和/或協助焊接型電力供給器的維修。或者可以通過在預調節器電路的工作或啟動期間尋找某一電流反饋閾值來檢測電流傳感器的存在。例如啟動順序可使升壓預調節器電路以小的pwm佔空比值工作一定的時間段，使得電流不能攀升太快而超過某一限值，但仍然允許檢測傳感器正在提供反饋信號。或者可基於提供給預調節器電路的輸入整流的電壓、輸出總線電壓、開關pwm佔空比值和電感值來計算預期的電流反饋信號，並且將此值與實際電流傳感器反饋信號相比較以確定電流傳感器正確工作。可以將未示出的附加信號或正確工作所需的其它信號提供給例如電力供給器的電流傳感器電路。
也可以給預調節器控制機構提供其它信號，如指示經整流的電壓的反饋信號(v_rectified_feedback)和總線電壓反饋信號(vbus_top_feedback、vbus_bottom_feedback)。這些信號可用於調節總線電壓、在頂部與底部總線電壓之間實施dc總線平衡、檢測總線電壓不平衡並採取一些動作來糾正或禁止工作、基於檢測到的預調節器配置來驗證正確的輸入電壓，或有其它的特點和功能。通過總線電壓平衡模塊實現總線平衡，所述總線電壓平衡模塊接收總線電壓反饋信號，並使開關以使之靠近在一起這樣的方式來工作。如本文所用的總線電壓平衡模塊是控制模塊，所述控制模塊控制開關信號以便使多個電容器兩側的總線電壓平衡。
可以對逆變器控制機構、輔助功率電路、送絲機功率電路、預充電電路以及焊接型系統內的其它電路提供各種接口信號。可以將這些接口信號提供作為通過預調節器控制機構的輸出或作為對預調節器控制機構的輸入。這些接口信號允許檢測某些電路的存在，例如輔助功率電路，並然後基於某些電路的存在或不存在而採取動作。例如，如果檢測到存在輔助功率電路，則可以激活輔助功率電路的加電例程作為焊接型電力供給器的總加電例程的一部分。可例如僅在預調節器已將vbus建立在其標稱調整值並確定可以啟用輔助功率電路之後啟用輔助功率電路。在一定的加電時間過後，預調節器控制機構可驗證輔助功率電路的工作，並且要麼繼續工作，要麼禁止工作，這取決於所檢測到的輔助功率電路的狀態。可經由用戶接口將這種狀態和工作信息傳遞給用戶。
在一些情況下可取的是限制對焊接型電力供給器的總輸入電力或電流。如此可取的是，如果存在輔助功率電路的話，則減少或限制最大焊接型輸出電力。例如如果檢測到可提供高達2kw輸出電力的輔助功率電路作為焊接型電力供給器的配置的一部分，則在一些情況下可取的是將最大焊接輸出電力減少2kw或一些量，使得輸入電力不超過上限。此外可取的是基於檢測到輔助電力供給器配置的存在或基於輔助電力供給器的輸出功率水平而改變對冷卻風扇的控制。這樣可允許在焊接電力輸出處於減小的限值期間對輔助電力供給器部件進行足夠的冷卻。按上文針對檢測其它電路所描述的方式使用輔助功率電路檢測模塊來檢測輔助功率電路。如本文所用的輔助功率電路檢測模塊是控制模塊，該控制模塊檢測輔助功率電路的存在或使用。
檢測模塊可對用戶通知模塊提供配置，所述用戶通知模塊可將配置通知給用戶，或者僅當檢測到錯誤時通知用戶。如本文所用的用戶通知模塊是用來將狀態或參數通知給用戶的控制模塊。
也可以提供預充電電路接口以允許在升壓電路工作之前將總線電容器軟充電或預充電。可以使用繼電器或ac線路接觸器或公知的其它裝置作為預充電電路的一部分。接口信號可含有檢測、啟用和狀態以外的附加信息。例如可以對逆變器控制機構提供dc總線電壓信號或信息，使得逆變器控制機構可採取一些動作以與預調節器控制機構協調工作以迫使達到dc總線平衡。任意數目的其它信號可以在焊接型電力供給器的這些部分與其它部分之間來回傳遞。這些信號的形式可以為硬體連接、軟體中的變量、串行通信或任何其它合適的形式。
可適應單升壓布置或雙升壓布置的層疊式升壓預調節器電路的示例控制電路示於圖8。電路a1是對升壓電流調節器電路提供輸出信號的總線電壓調節器電路。總線電壓調節器電路的輸出用來基於反饋信號(vbus_top和vbus_bot)將總的總線電壓調節到固定值(ref)。對於需要一定範圍動態焊接過程(如脈衝焊接)的一些焊接型電力供給器來說，可取的是調諧總線電壓調節器的補償網絡，以便使流出預調節器的電力傾向於更加響應於平均焊接電力要求而不是焊接過程的動態性質。這可能需要能提供相對較慢響應(例如50至100毫秒)的補償網絡。
電路a2是升壓電流調節器電路，其用來基於電流反饋信號(cs7)調節升壓電流。電流調節器的輸出(i_error)由微處理器讀取為模擬輸入，並且用作一個輸入以確定四個升壓開關(pwm1–pwm4)的pwm佔空比。例如基於i_error的值，pwm1–pwm4最初可以是相同的。
對微處理器提供附加的模擬及數字輸入。這些包括模擬電流傳感器信號(cs7、cs9和cs10)，其提供正比於流過圖2中所示的電感器的電流的反饋信息。模擬總線電壓反饋信號(vbus_top、vbus_bot)也由微處理器讀取，並且可用作另一輸入來改變pwm佔空比(pwm1–pwm4)以主動平衡兩個dc總線電壓。也可以提供反饋信號，所述反饋信號代表由輸入整流器對預調節器電路提供的經整流的電壓(v_rectified)。可以各種方式使用這種反饋信號，如用於檢測對於特定的預調節器配置來說過高或過低的輸入電壓、檢測單相電力等。在一些情況下，經整流的電壓反饋可用於改變pwm值，使得輸入電流成形且對準於輸入ac線路電壓以進一步改善功率因數。
z4-z7檢測信號被提供給微處理器並且可用於確定升壓配置或布置(單或雙)，並且還檢測異常情況。某些控制及狀態信息經由串行通信電路與逆變器控制機構進行通信。可提供未示出的附加信號，如經整流的電壓反饋、熱傳感器等。或者可以在電壓調節器輸出與電流調節器之間插入電路，以通過使電壓調節器輸出的形狀更接近地遵循被提供給整流器的ac線路電壓的波形狀及匹配而提供進一步改善的功率因數。乘法器或其它電路可用於此目的。
以下示出可使用z4-z7檢測信號的一種方式：
1)檢測到的z4和z5和z6和z7–配置＝雙升壓
2)檢測到的z4和z5–配置＝單升壓
3)檢測到的任何其它組合＝出現故障，禁止升壓和/或採取其它動作。
可產生dc總線差信號並利用它來產生總線平衡佔空比項，其可用於改變一個或多個預調節器pwm信號。以下示出實施dc總線平衡算法的一種方法，將所檢測到的功率電路的配置考慮在內。
1)bus_diff＝vbus_top–vbus_bot
2)如果量值bus_diff>fault_limit，則出現故障，禁止升壓和/或採取其它動作。
3)如果量值bus_diff0，這表示頂部總線電壓過高。
6)如果配置＝雙升壓，則pwm1＝pwm1+k*bus_error,pwm3＝pwm3+k*bus_error。
7)如果配置＝單升壓，則pwm1＝pwm1+k*bus_error，類似地如果bus_error0則
pwm1＝pwm1–k2*upper_current_error
3)如果upper_current_error0則
pwm2＝pwm2–k2*lower_current_error
6)如果lower_current_error<0則
pwm4＝pwm4+k2*lower_current_error
或者可以以主動強制產生百分比差的方式來控制四個支路電流，以將例如四個不同開關(z1-z4)之間冷卻的差別或其它原因考慮在內。這可通過以不同的常數縮放電流反饋信號以強制產生百分比差的方式實現。例如可如下計算上部電流誤差：
1a)upper_current_error＝cs7-k3*cs9(例如k3＝1.2)
然後此新的upper_current_error可用於調節如前所述的兩個上部pwm值(pwm1、pwm3)中的一個。
同樣可以強制產生百分比差的類似方式控制兩個下部支路電流。兩個下部支路電流不需要用與兩個上部支路電流相同的百分比差進行控制。按這種方式，可基於特定的電力部件及冷卻布置來優化功率電路。
可利用進一步的替代方案來主動平衡如上所述的支路電流，要麼是相同的要麼有一些百分比差。一個替代方案將是使用其它的電流反饋信號(cs8、cs10)，提供如圖8中所示的一個或多個附加的升壓電流調節器。可將這些附加的電流調節器連接於共同的總線電壓調節器並用於產生附加的i_error信號，然後可將其用作附加的輸入以設置pwm信號。
進一步的改變或限制可應用於預調節器(pwm1–pwm4)的一個或多個pwm信號。例如可將佔空比值箝位或限制於最小或最大的絕對值。另外也可以實施啟動佔空比限制，以便對於如預調節器加電和將總線電壓充電到其目標值的一些持續時間來說，最大佔空比進一步受到限制。在此時間間隔期間，預調節器控制機構可測試cs7、cs8和/或cs10的值以確定電流傳感器是否正在提供有效的反饋信號。
圖9顯示具有總線電壓平衡環路以及上部和下部電流平衡環路的雙層疊式升壓預調節器電路的控制環路模型。
總線電壓控制環路對代表頂部和底部總線電壓的反饋信號求和。應用增益因子(k1)並從基準或設定電壓(vref)中減去其結果。將差值應用於在拉普拉斯域中表示為g1(s)的補償網絡。補償網絡的輸出是電流基準命令(iref)，即對主電流控制環路的輸入。從iref中減去電流反饋信號(cs7)並應用於電流環路補償網絡g2(s)。電流控制環路的輸出為用於設置四個pwm信號(pwm1-pwm4)的值的誤差信號(i_error)。或者可以在電壓控制環路輸出(iref)與電流環路輸入之間插入另一模塊，以通過使iref信號的形狀更接近地遵循輸入ac電壓的形狀和相位來進一步改善功率因數。具有第二輸入的乘法器功能部分可用於此功能，所述第二輸入提供指示所需波形的基準波形。
總線平衡控制環路從頂部總線電壓反饋中減去底部總線電壓反饋。將差值應用於積分器或補償網絡g4(s)。限制器功能部分限定上限值和/或下限值。開關sw1對下部開關的pwm信號(pwm2、pwm4)應用負的總線校正因子。開關sw2對兩個上部開關的pwm信號(pwm1、pwm3)應用正的總線校正因子。每當總線電壓差降到閾值以下時可保持開關sw1和sw2斷開。
底部電流平衡電流控制環路從確定為cs7和cs9的平均值的目標電流值中減去電流反饋cs10。應用增益因子(k3)，並將結果應用於限制器功能部分。限制器可限定上限值和/或下限值。開關sw3對pwm4信號應用負的底部電流校正因子。開關sw4對pwm2應用正的底部電流校正因子。電流平衡迴路為電流平衡模塊的一部分。如本文所用的電流平衡模塊是平衡流入多個電路路徑的電流的控制模塊。
頂部電流平衡控制環路減去代表兩個上部支路電流的反饋信號cs7和cs9。應用增益因子(k3)並將結果應用於限制器功能部分。限制器可限定上限值和/或下限值。開關sw5對pwm3信號應用負的底部電流校正因子。開關sw6對pwm1應用正的底部電流校正因子。
可實施取決於所檢測到的配置的加電順序。例如可基於檢測到輔助電力供給器或送絲機電力供給器的存在或不存在來調適加電順序。同樣可基於所檢測到的配置改變斷電順序。如本文所用的啟動模塊是用來以所需方式起動功率電路的控制模塊。如本文所用的斷電模塊是用來以所需方式使功率電路斷電的控制模塊。
以下示出一種可能的加電順序：
1)預充電延遲(允許dc總線電容器的初始充電)。
2)自檢–驗證單/雙升壓配置，驗證存在的電流傳感器信號，驗證z1-z4的正確組合，等等。不正確的配置＝出現故障，不繼續執行加電順序。可包括其它自檢。
3)基於vrectified驗證vbus_top,vbus_bottom。例如每個總線電容器應充電到vrectified的大約1/2。
4)啟用預充電繼電器或接觸器以將預充電電阻器旁路。
5)啟用升壓預調節器電路、軟起動模式(限制最大pwm佔空比、最大電流等)。
6)升壓延遲時間
7)驗證升壓的dc總線電壓(vbus_top、vbus_bot)
8)如果檢測到輔助功率電路：
8a)啟用輔助功率電路。
8b)輔助加電延遲。
8c)輔助功率電路驗證(是不是正確地工作)，如果不是則禁止，並給用戶指示和/或採取其它動作。
8d)基於由輔助電力所消耗的電力計算焊接電力輸出的最大可用電力。
9)如果檢測到送絲機功率電路：
9a)啟用送絲機功率電路。
9b)送絲機功率電路延遲以用於加電。
9c)送絲機功率電路驗證(是不是正確地工作)，如果不是則禁止，並給用戶指示和/或採取其它動作。
10)啟用逆變器電路以提供焊接電力輸出。
逆變器控制方框圖示於圖10。開關電路(z8–z15)設有pwm控制信號以基於各種輸入和控制機構來控制開關的佔空比，用以有效地產生焊接型電力輸出。開關電路可如所示的那樣成組地存在或者單獨存在，並且對逆變器控制機構提供一個或多個檢測信號。可按與對於預調節器控制機構所描述類似的方式使用這些檢測信號。例如某些檢測信號的組合可表示如圖4中所示的雙層疊式全橋電力配置或如圖5中所示的層疊式全橋配置。如此逆變器控制機構可基於這種所檢測到的配置來改變產生及控制pwm信號的方式。檢測信號的異常組合可產生禁止逆變器電路工作的故障。這種故障可以被傳遞到預調節器控制機構以採取進一步的動作，如禁止預調節器電路。
逆變器控制機構根據需要也可以被供給電流及電壓反饋或其它反饋信號以產生焊接型電力輸出。例如焊接控制機構可能需要某些電流或電壓波形以產生焊縫。逆變器控制機構可使用反饋信號以產生所需的波形。根據需要可提供附加接口信號以與焊接型電力供給器或系統內的其它部件(如焊接控制機構、用戶接口、預調節器控制機構等)進行通信。
此外可產生風扇控制信號以控制一個或多個冷卻風扇。可基於檢測到的逆變器功率電路和/或預調節器電路的布置來改變或控制風扇控制信號。例如對於預調節器電路可檢測雙層疊式升壓，且對於逆變器檢測雙層疊式全橋電路。基於這種檢測到的配置，風扇可以以最大速度工作。對於另一種配置，風扇可以以較慢的速度工作。ac風扇(例如115vac)可用於冷卻，並且通過改變供給風扇的電壓的頻率(例如慢的50hz、快的60hz)來控制速度。可以通過公知的ach-橋電路或其它類似的電路來合成這種ac信號。此外或者另外地，可基於其它輸入來改變風扇的速度或控制，如基於電流反饋信號(例如cs1)、熱傳感器、環境溫度或其它輸入。
簡化的逆變器控制電路示於圖11。電路a3是電流調節器電路，其接受基準信號(ref)和電流反饋信號(cs1)並產生誤差信號(i_error)。可通過焊接過程控制機構或其它裝置來產生基準信號，並提供響應於焊接電弧中的條件的設定水平或基準焊接波形。一些焊接過程是非常動態的，具有複雜的基準波形和電弧條件，它們可迅速地從短路狀態變化到開弧狀態。如此電流調節器通常快到足以對所需要的變化作出響應以產生所期望的焊接條件。如此誤差信號(i_error)可根據需要迅速變化以控制逆變器開關的pwm信號，並因此控制逆變器的輸出。
微處理器可讀取i_error的模擬值並對其作用以產生必要的pwm信號。可能需要四個獨特的pwm信號以控制雙層疊式全橋逆變器電路。根據需要，各種其它模擬及數位訊號可通過接口與微處理器交接以控制逆變器並且通過接口與焊接型電力供給器或系統內的其它部件交接。可如上所述引入z8-z15檢測信號以檢測功率電路配置或異常狀態。此外可以對升壓預調節器控制機構提供接口。這種接口可提供信息或信號以結合由升壓預調節器控制機構進行的dc總線平衡動作來協調dc總線平衡。在如上所述的一些情況下，可取的是使逆變器控制機構採取動作以協助保持dc總線平衡。可引入未示出的附加信號、控制機構和電路，如上述的風扇控制機構。
逆變器控制電路產生如圖12中所示的四個pwm信號。pwm信號控制如圖4和5中所示的開關(z8-z15)。每個pwm信號具有開關頻率或周期(t_period)及代表開關接通的持續時間的佔空比(d)。諸pwm信號中的兩個信號在相位上錯開二分之一開關周期。由圖4和5可見，pwm5和pwm7在逆變器變壓器的初級線圈(t2、t3)兩側以一種極性施加電壓(vbus_top、vbus_bottom)，且pwm6和pwm8以相反的極性施加相同的電壓。在每個變壓器中產生與所施加電壓和pwm信號的佔空比成正比的磁通量。如公知的那樣，可取的是使在變壓器兩側以一種極性施加的伏特*秒乘積與以相反極性施加的伏特*秒乘積平衡，否則可能會發生變壓器飽和。因為這些相反極性脈衝的相位錯開的性質及焊接電弧或過程的動態性質，佔空比或pwm值經常從一個佔空比變化到下一個佔空比。圖11中所示的控制機構可實施通量平衡算法，以通過保持跟蹤以每種極性應用的淨時間或佔空比值並且如果超出了通量限值的話則限制任一極性的pwm佔空比值的方式來減小變壓器飽和的可能性。
逆變器控制迴路的模型示於圖13，其示出了通量限制功能以及dc總線平衡功能。主電流控制環路響應於基準信號或命令(ref)以及指示焊接型電力供給器的輸出電流的電流反饋信號(cs1)而產生誤差信號(i_error)。主電流控制環路可含有補償電路或功能部分(g2(s))以定製控制環路的動態特性並提供穩定性。誤差信號用於產生最終控制pwm5和pwm7的正極性pwm信號以及控制pwm6和pwm8的負極性pwm信號。正和負是對在變壓器的初級線圈(t2、t3)兩側施加電壓的極性的任意描述符。這些pwm信號可通過對誤差信號的離散採樣或者通過連續功能部分(如pwm斜坡比較器)來產生。
顯示了通量累加器或積分器，其保持已經施加於變壓器的淨通量或伏特*秒的歷史。由於作為預調節器的輸出提供的經調節的總線電壓的性質，實際上僅有必要保持跟蹤pwm值。或者可測量總線電壓並將此用作對通量累加器的輸入。通過對運行的累加器加上正pwm值並減去負pwm值來計算淨通量。如果通量值或在這種情況下的淨pwm值超過正閾值，則可如所示的那樣應用限制器以限制正pwm值的最大值。同樣如果淨pwm值超過負閾值，則可如所示的那樣應用限制器以限制負pwm值的最大值。
可以將dc總線校正佔空比項(d_bus_correction)選擇性地加到控制頂部總線上的上部逆變器的兩個pwm信號(pwm5、pwm6)上，或者加到控制底部總線上的下部逆變器的兩個pwm信號(pwm7、pwm8)上。可以與預調節器控制機構協調地添加此dc總線校正項以協助對於某些情況下的dc總線平衡，如對於pwm5-pwm8的小pwm值可能會發生的情況。例如對於預調節器控制機構所描述的那樣，如果dc總線不平衡小於第一限值，則可以禁止總線校正。如果dc總線不平衡超過第一限值，則預調節器可如所描述的那樣採取動作以平衡dc總線電壓。如果dc總線不平衡超過第二限值，則可以將信號傳遞給逆變器控制機構並將總線校正項應用於上部或下部逆變器pwm信號(d_bus_correction)。如果dc總線不平衡超過第三限值，則可以將逆變器和預調節器兩者都禁止或採取其它動作。應用於逆變器pwm信號的dc總線校正項可以是固定的佔空比項，或者可以設置為與不平衡的量值呈正比或呈一些其它的關係。一般可將這種總線校正項限制為pwm信號的相對較小的百分比。
如上所述而執行的通量平衡是通過通量平衡模塊1003(圖10)而進行的。不平衡小於限值，但可導致保持接近任一限值(或在正限值與負限值之間交替)的不平衡。如本文所用的通量平衡模塊是將通量在兩個極限之間平衡的模塊。
通量平衡也可以是使用通量集中模塊來執行的。如本文所用的通量集中模塊是這樣的模塊，其使通量接近零地平衡而不是處於兩個極限中的一個極限處。模塊1003在優選實施方案中是通量集中模塊。可如下實施通量集中模塊，該通量集中模塊使逆變器變壓器中的通量接近平衡(零誤差)。
首先，將通量平衡重新初始化，並且如果逆變器斷開持續10毫秒或更多時間，則假設通量為0。(如果通量累加器＝0並且最後duty_cmd＝0，則編程下一duty_cmd＝0.5*duty_cmd)。0.5*duty_cmd得到使用，因此系統開始平衡。接著，通量主動平衡至零。當從負過渡到正時，所設定的dutycmd＝通量累加器+0.5*(新通量改變)+2*滯後<0。當從正過渡到負時，所設定的dutycmd＝通量累加器-0.5*(新通量改變)-2*滯後＞0。滯後是其中沒有發生調整的頻帶。
最小脈衝寬度被設定成確保脈衝足夠寬以完全導通功率半導體開關。這在開關沒有完全接通的情況下避免錯誤通量累加。如果duty_cmd<最小脈衝寬度，則duty_cmd＝0。並且，當脈衝被跳過時，極性被設定為相反極性(或前一脈衝)。這保證脈衝極性的對稱交替。例如，當輸出是低電力或短路時，脈衝通常被跳過。因此，任何時候dutycmd＝0，則下一脈衝將被命令與前一(非零)脈衝的極性相反。這是使用脈衝跳過模塊1007而實施的。
通量集中模塊通過將通量累加器重置成0通量並確保逆變器保持斷開足夠長以使變壓器中的通量也變為零來解決接通/斷開逆變器過渡。因此，在過程改變或遠程觸發器狀態改變期間，最小逆變器斷開時間是約10ms。這是使用最小斷開時間模塊1005而實施的。
其它模塊可用於控制通量平衡。輸出轉換器控制器以及模塊1003-1007優選是數字脈衝寬度控制器(如第8455794號專利所述的數字脈衝寬度控制器)的一部分。替代方案提供模擬控制器、具有離散元件的數字控制器、使用dsp的控制器以及使用其它電路的控制器。通量平衡可實施在具有經預調節的總線或具有未經預調節的總線的焊接型電力供給器上。輸出轉換器可以是單個逆變器、層疊式逆變器(圖5)、多個層疊式逆變器、非層疊式逆變器、串聯諧振轉換器或其它開關轉換器輸出和/或處於單個總線上。圖14示出使用單個全橋逆變器的一個實施方案。
可以將層疊式升壓配置進一步擴展為三重或更多重升壓電路布置，其具有以與所描述類似的方式實施的電流平衡。例如可以通過計算或測量總電流並除以布置中的升壓電路數目的方式來為上部電感器或電流支路中的每一個確定目標電流。
可以使用替代的逆變器拓撲結構，如層疊正向、半橋、反激或其它拓撲結構。此外在焊接型電力供給器的一些配置中，可取的是使用以總的總線電壓工作的單逆變器電路而不是逆變器電路的層疊或串聯布置，同時仍利用所描述的預調節器電路的一些特徵及優點。
其它預調節器和/或逆變器控制方案也是可能的，如變頻、固定接通時間、固定斷開時間、頻率抖動或各種組合，作為替代方案或者與所描述的pwm方案相結合。
可以使用替代的逆變器拓撲結構，如層疊正向、半橋、反激或其它拓撲結構。此外在焊接型電力供給器的一些配置中，可取的是使用以總的總線電壓工作的單逆變器電路而不是逆變器電路的層疊或串聯布置，同時仍利用所描述的預調節器電路的一些特徵及優點。
其它預調節器和/或逆變器控制方案也是可能的，如變頻、固定接通時間、固定斷開時間、頻率抖動或各種組合，作為替代方案或者與所描述的pwm方案相結合。
可以對所述方法和系統進行許多修改而仍然屬於其預定範圍以內。因此應當顯而易見的是，已經提供了一種方法和裝置，用於提供完全滿足上文闡述的目標及優點的焊接型電力。雖然已經結合具體實施方案對所述方法和系統進行了描述，但顯然許多替代方案、修改和變型對於本領域技術人員來說將是顯而易見的。因此，本發明旨在涵蓋屬於所附權利要求的實質及廣泛範圍以內的所有此類替代方案、修改和變型。