專利名稱:一種有限雙極性控制模式下的逆變焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是一種用于電焊機(jī)的逆變焊接電源,尤其涉及在有限雙極性控制模式下 全橋零電壓、零電流開關(guān)脈寬調(diào)制(FB-ZVZCS-PWM)逆變焊接電源主電路。
背景技術(shù):
目前,軟開關(guān)逆變器多采用全橋移相式零電壓軟開關(guān)脈寬調(diào)制(FB-ZVS-P簡)模式, 以實(shí)現(xiàn)超前臂、滯后臂的大功率開關(guān)管的零電壓開關(guān),在輕載和空載時(shí),F(xiàn)B-ZVS-P籠模 式難以實(shí)現(xiàn)滯后臂大功率開關(guān)管的零電壓開關(guān)。由于逆變焊接電源工況復(fù)雜,負(fù)載可能在 短路-重載-輕載-空載狀態(tài)下頻繁變換,當(dāng)負(fù)載在空載或輕載時(shí),滯后臂大功率開關(guān)管將 失去零電壓開關(guān)的條件。為了使滯后臂大功率開關(guān)管在所有負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān), 目前采用的方案如圖l所示,在主變壓器原邊或副邊增加一只輔助電感,致使變壓器原邊 電流增加,從而拓展實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的負(fù)載范圍。上述方案存在的缺陷是(1)由于主電 路中增加了一只輔助電感,便增加了逆變焊接電源的制造成本;(2)輔助電感時(shí)常因過載 而燒壞;(3)輔助電感增加了逆變焊接電源的功耗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的移相控制模式下的全橋零電壓開關(guān)脈寬調(diào)制逆變 焊接電源由于主電路中增加輔助電感的不足,提出了一種采用有限雙極性控制模式下的全 橋零電壓、零電流開關(guān)脈寬調(diào)制逆變焊接電源。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是其主電路中Q1和Q3為超前臂的大功率開關(guān)管,Q2和Q4 為滯后臂的大功率開關(guān)管,二極管Dl至D4分別為對應(yīng)大功率開關(guān)管的內(nèi)部反向并聯(lián)二極 管,電容Cl和C2分別為超前臂大功率開關(guān)管的并聯(lián)電容,將超前臂的中點(diǎn)依次通過串 聯(lián)的隔直電容、飽和電感和變壓器等效漏感連接中頻變壓器的原邊后連接滯后臂的中點(diǎn), 中頻變壓器的副邊并聯(lián)全波整流二極管后再連接輸出濾波電感。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
(1) 本發(fā)明使逆變焯接電源主電路缺省了主變壓器原邊或副邊的輔助電感和滯后臂 大功率開關(guān)管并聯(lián)的電容,降低了逆變焊接電源的制造成本。
(2) 本發(fā)明使逆變焊接電源主電路缺省了主變壓器原邊或副邊的輔助電感,不存在 輔助電感燒毀的情況,提高了焊機(jī)工作的可靠性和穩(wěn)定性。
(3) 本發(fā)明使逆變焊接電源主電路缺省了主變壓器原邊或副邊的輔助電感,不存在輔助電感的發(fā)熱或溫升,降低了逆變焊接電源的功耗。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是背景技術(shù)中在移相控制模式下fb-zvs-pmi逆變焊接電源主電路圖。
圖2是本發(fā)明主電路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示,主電路中的Q1、 Q2 、 Q3、 Q4為大功率開關(guān)管IGBT,其中超前臂大 功率開關(guān)管Q1、 Q3采用零電壓開關(guān)(ZVS),滯后臂大功率開關(guān)管Q2、 Q4采用零電流 開關(guān)(ZCS)。 二極管D1 D4分別為大功率開關(guān)管Q1 Q4對應(yīng)的內(nèi)部反向二極管,電 容C1、 C2分別是Q1、 Q3并聯(lián)的電容。本發(fā)明相對于移相控制模式下fb-zvs-pwm逆變 悍接電源,其最明顯的特征是逆變焊接電源主電路中缺省了主變壓器原邊或副邊的輔助電 感和滯后臂大功率開關(guān)管并聯(lián)的電容。
將超前臂的中點(diǎn)依次通過串聯(lián)的隔直電容Cb、飽和電感Lr和變壓器等效漏感Lk連 接中頻變壓器T1的原邊后連接滯后臂的中點(diǎn),中頻變壓器T1的副邊并聯(lián)全波整流二極管 D5、 D6后再連接輸出濾波電感L。
在有限雙極性控制模式下的FB-ZVZCS-PWM逆變主電路中,超前臂大功率開關(guān)管零 電壓開關(guān)的條件為
(Z)r)/2 + ,<772 (1)
滯后臂大功率開關(guān)管零電流開關(guān)(ZCS)的條件為
(Z)r)/2 + q+f2 <772 (2)
其中,、=2&[/, /^為Q、 C2的充放電時(shí)間;^=4^(^/2^為一次側(cè)環(huán)流衰減
到零的時(shí)間;ip為原邊電流;D為占空比;T為開關(guān)周期;Lk為主變壓器等效漏感;Cb為 隔直電容。
由式(1)、 (2)可知,若能實(shí)現(xiàn)滯后臂大功率開關(guān)管零電流開關(guān),超前臂大功率開關(guān) 管零電壓開關(guān)也就一定能實(shí)現(xiàn),所以FB-ZVZCS-PWM逆變主電路主要是實(shí)現(xiàn)滯后臂大功 率開關(guān)管的零電流開關(guān)。式(2)中,占空比D、開關(guān)周期T、 一次側(cè)環(huán)流衰減時(shí)間t2與 原邊電流的大小無關(guān);h不大,完全可以通過對占空比D、 一次側(cè)環(huán)流衰減時(shí)間t2的控制 留出足夠的裕量給tn從而可以在任意負(fù)載和輸入電壓變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)滯后臂的零電流開 關(guān)。在fb-zvs-PTO1模式下逆變焊接電源主電路拓?fù)渲校黾虞o助電感是為了在輕載或空載時(shí)提高變壓器原邊電流值,這樣使滯后臂實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。在FB-ZVZCS-PWM模式下 逆變焊接電源主電路拓?fù)渲?,可以通過對占空比D、 一次側(cè)環(huán)流衰減時(shí)間t2的控制來實(shí)現(xiàn) 滯后臂零電流開關(guān)的條件,不需要輔助電感提供的環(huán)流能量。
在超前臂的一只大功率開關(guān)管IGBT關(guān)斷后,主電路進(jìn)入自然換流過程,原邊電流Ip 在隔直電容Cb的作用下逐漸減小,當(dāng)Ip減小為零時(shí),由于飽和電抗器的作用,阻止了由V。bp 引起的電流反向流動(dòng),從而使滯后臂的關(guān)斷在零電流狀態(tài)下完成。隨后的滯后臂上另一只
IGBT的開通,主要由于飽和電抗器的作用,即當(dāng)V,n與Vebp之和加在飽和電抗器上,飽和
電抗器退出飽和要經(jīng)歷一個(gè)短暫的過程,電流不能立刻上升,這樣滯后臂的開通是在零電 流下完成的。
諧振元件隔直電容Cb、飽和電感Lr參數(shù)取值的原則是,既要滿足滯后臂軟開關(guān)的兩條 關(guān)鍵因素,又要取得最高效率。飽和電抗器的散熱和損耗是此類電路最大的問題之一,在 實(shí)際計(jì)算中應(yīng)最先確定飽和電抗器,如用矩形比較好的鈷基材料并將飽和電感Lr伏秒積控 制在40 120nVS左右,在此例電路中飽和電感伏秒積取值為80nVS。通過合理設(shè)計(jì),飽和 電感Lr的損耗并不大。當(dāng)飽和電感Lr的取值初步選定后,就根據(jù)常規(guī)公式可以求出隔直電 容Cb的最大容量為7.7pF。
權(quán)利要求
1、一種有限雙極性控制模式下的逆變焊接電源,其主電路中大功率開關(guān)管(Q1、Q3)為超前臂,大功率開關(guān)管(Q2、Q4)為滯后臂,二極管(D1~D4)分別為大功率開關(guān)管(Q1~Q4)對應(yīng)的內(nèi)部反向并聯(lián)二極管,電容(C1、C2)分別是大功率開關(guān)管(Q1、Q3)的并聯(lián)電容,其特征是將超前臂的中點(diǎn)依次通過串聯(lián)的隔直電容(Cb)、飽和電感(Lr)和變壓器漏感(Lk)連接中頻變壓器(T1)的原邊后連接滯后臂的中點(diǎn),中頻變壓器(T1)的副邊并聯(lián)全波整流二極管(D5、D6)后再連接輸出濾波電感(L)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有限雙極性控制模式下的逆變焊接電源,其特征是 所述飽和電感(Lr)的伏秒積為40 12(HtVS,隔直電容(Cb)的最大容量為7.7pF。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有限雙極性控制模式下的逆變焊接電源,其主電路中Q1和Q3為超前臂的大功率開關(guān)管,Q2和Q4為滯后臂的大功率開關(guān)管,二極管D1至D4分別為對應(yīng)大功率開關(guān)管的內(nèi)部反向并聯(lián)二極管,電容C1和C2分別為超前臂大功率開關(guān)管的并聯(lián)電容,將超前臂的中點(diǎn)依次通過串聯(lián)的隔直電容、飽和電感和變壓器等效漏感連接中頻變壓器的原邊后連接滯后臂的中點(diǎn),中頻變壓器的副邊并聯(lián)全波整流二極管后再連接輸出濾波電感。本發(fā)明使逆變焊接電源主電路缺省了主變壓器原邊或副邊的輔助電感和滯后臂大功率開關(guān)管并聯(lián)的電容,降低了逆變焊接電源的制造成本,提高了逆變焊接電源工作的可靠性和穩(wěn)定性且降低其功耗。
文檔編號B23K9/10GK101412139SQ200810236148
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者任以明, 方臣富, 寧 朱 申請人:江蘇科技大學(xué)