一種高性能高頻逆變tig焊的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高性能高頻逆變TIG焊機，包括焊機和焊機控制系統，其特征在于：焊機控制系統包括主電路和與其相連的驅動電路，驅動電路與移相控制模塊相連，移相控制模塊與保護電路、外特性控制電路相連，移相控制模塊與顯示電路相連；主電路由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，全橋逆變模塊的電流反饋輸出端還與外特性控制電路的斜坡補償輸出端信號疊加并反饋輸入到外特性控制電路，整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端與外特性控制電路連接。本實用新型結構簡單，設計合理，體積較小，電路開關損耗小，電磁干擾低，性能優(yōu)異，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
【專利說明】一種高性能高頻逆變TIG焊機

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及焊機【技術領域】，尤其是涉及一種高性能高頻逆變TIG焊機。

【背景技術】
[0002]弧焊逆變電源自上世紀80年代問世以來，經過不斷的發(fā)展完善，已成為焊接電源的主流產品。弧焊逆變電源的逆變頻率一般在20?100kHz，由于目前的逆變電源多采用模擬電路控制，限制了逆變電源性能的提高。焊機的數字化是當今焊接裝備發(fā)展的潮流，它使得數字控制應用于弧焊逆變電源成為可能。在國內，數字化焊機的研宄尚處于起步階段，較之世界先進水平仍有很大的差距，這使我們研宄弧焊逆變電源有了很大的必要。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種高性能高頻逆變TIG焊機，應用全橋變換器作為逆變焊機的主電路，以移相PWM控制方式控制MOSFET管組成的全橋變換器，并采用恒流軟開關模式，其結構簡單，設計合理，體積較小，電路開關損耗小，電磁干擾低，性能優(yōu)異，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種高性能高頻逆變TIG焊機，包括焊機和焊機控制系統，其特征在于:所述焊機控制系統包括主電路和與主電路輸入端相連的驅動電路，所述驅動電路的輸入端與移相控制模塊相連，所述移相控制模塊的輸入端與保護電路、外特性控制電路相連，所述移相控制模塊的輸出端與顯示電路相連；所述主電路由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，所述全橋逆變模塊的電流反饋輸出端信號還與外特性控制電路的斜坡補償輸出端信號疊加并反饋輸入到外特性控制電路，所述整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端信號也反饋輸入到外特性控制電路。
[0005]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述輸入EMI模塊輸入端接220V電網。
[0006]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述輸入整流濾波模塊由整流橋和濾波電容組成。
[0007]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述整流橋采用SEMIKR0N公司的型號為SKDl 15/12的整流橋。
[0008]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述全橋逆變模塊由MOSFET功放管組成，所述功放管選用IXYS公司的LXFN80N50Q2型號的功放管。
[0009]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述輸出整流濾波模塊由整流二極管、與負載串聯的濾波電感和與負載并聯的濾波電容組成，且所述電感前端并聯續(xù)流二極管。
[0010]本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0011]1、本實用新型的焊機逆變電源采用MOSFET作為主功率開關器件，采用全橋移相PWM對其控制，使得開關頻率恒定，利于變壓器和輸出濾波電抗的優(yōu)化設計，實現了開關管的零電壓開關，減小了開關損耗，有利于提尚開關頻率；
[0012]2、本實用新型的焊機逆變電源采用軟開關的工作方式，使得功率開關器件在開通與關斷時的開關損耗變小，也避免了電磁干擾；
[0013]3、本實用新型的焊機逆變電源末端的濾波電路加上了續(xù)流二極管，大大減小了移相切換行為發(fā)生后輸出濾波電感電流反射到高頻變壓器原邊的情況，降低了鉗位環(huán)流期間原邊電流的短路效應，相應減少了功率開關器件的導通損耗。
[0014]綜上所述，本實用新型結構簡單，設計合理，體積較小，電路開關損耗小，電磁干擾低，性能優(yōu)異，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0015]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的高頻逆變TIG焊機系統總體結構框圖；
[0017]圖2為本實用新型的焊機系統主電路全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊原理圖；
[0018]圖3為本實用新型焊機系統主電路輸入EMI模塊原理圖；
[0019]圖4為本實用新型焊機系統主電路輸入整流濾波模塊原理圖；
[0020]圖5為傳統焊機系統主電路硬開關時的電壓和電流波形；
[0021]圖6為傳統焊機系統主電路零電壓軟開關示意圖；
[0022]圖7為傳統焊機系統主電路與本實用新型的焊機系統主電路開關過程電流/電壓軌跡對比圖。
[0023]附圖標記說明:
[0024]1、主電路；2、驅動電路；3、移相控制模塊；4、保護電路；
[0025]5、顯示電路；6、外特性控制電路。

【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，一種高性能高頻逆變TIG焊機，包括焊機和焊機控制系統，其特征在于:所述焊機控制系統包括主電路I和與主電路I輸入端相連的驅動電路2，所述驅動電路2的輸入端與移相控制模塊3相連，所述移相控制模塊3的輸入端與保護電路4、外特性控制電路6相連，所述移相控制模塊3的輸出端與顯示電路5相連；所述主電路I由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，所述全橋逆變模塊的電流反饋輸出端信號還與外特性控制電路6的斜坡補償輸出端信號疊加并反饋輸入到外特性控制電路6，所述整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端信號也反饋輸入到外特性控制電路6。
[0027]本實施例中，所述輸入EMI模塊輸入端接220V電網。
[0028]本實施例中，所述輸入整流濾波模塊由整流橋和濾波電容組成。
[0029]本實施例中，所述整流橋采用SEMIKRON公司的型號為SKDl 15/12的整流橋。
[0030]如圖2所示，本實施例中，所述全橋逆變模塊由MOSFET功放管組成，所述功放管選用IXYS公司的LXFN80N50Q2型號的功放管。
[0031]如圖2所示，本實施例中，所述輸出整流濾波模塊由整流二極管、與負載串聯的濾波電感和與負載并聯的濾波電容組成，且所述電感前端并聯續(xù)流二極管。
[0032]本實用新型的工作原理是:220V電網電壓經整流濾波后變?yōu)槠交闹绷麟妷?；經由逆變器變換為脈寬可調的高頻交流電壓方波；再通過高頻變壓器隔離降壓；最后經過輸出整流濾波電路后得到滿足焊接要求的直流電源。
[0033]如圖3所示，輸入EMI電路的作用是抑制干擾噪聲。一方面能防止電網上的噪聲傳入弧焊逆變電源系統，影響弧焊逆變電源的正常工作；另一方面也能阻止逆變焊機工作時產生的高頻干擾信號進入電網，影響其他設備的正常工作。其主要由共模電感、電容和壓敏電阻網絡組成。
[0034]如圖4所示，220V電網電壓經輸入EMI電路后進入輸入整流濾波電路。輸入整流濾波部分采用不控的二極管橋式整流，其作用就是把輸入的工頻交流電壓轉變?yōu)楸容^平直的直流電壓，為后面的逆變部分提供輸入。
[0035]逆變部分采用單相逆變橋。其作用是把整流濾波后的直流電壓逆變?yōu)楦哳l交流方波，即把能量轉換為變壓器能夠傳遞的形式。
[0036]高頻變壓器工作在高頻(200kHz)和大功率場合，既充當能量傳輸的載體，又起到隔離和變壓的作用。
[0037]輸出整流濾波部分采用的是全波整流結構，這種結構適用于低壓、大電流的應用場合，而焊機電源正符合這一特點。因為整流電路的損耗等于流過整流管的電流乘以整流管的正向壓降，采用全波整流時，在變壓器副邊與負載所形成的回路中只串聯了一個二極管，而橋式整流電路則串聯了兩個二極管，因此在輸出電流相同的情況下，采用全波整流電路時的整流損耗是采用橋式整流電路時的1/2，輸出濾波電路采用最常見的Lc濾波方式。經過以上幾個部分，就能把取自電網的220V交流電壓變換為焊機工作時所需要的低壓大電流直流電源，輸入和輸出之間通過高頻變壓器實現隔離和變壓。
[0038]在常規(guī)的恒頻PWM控制方式下，功率器件通常工作在硬開關狀態(tài)，即開關器件將在一倍或兩倍于輸入電壓的截止電壓條件下開通，或在全負載電流條件下關斷。在開關動作過程中，將承受很大的di/dt、dv/dt，存在較高的開關損耗。功率或輸入電壓愈高，di/dt、dv/dt也越大；逆變頻率越高，開關損耗也隨之線性增加。這種被稱為硬開關PwM的控制方式顯然不適合于高頻、高壓、大功率的弧焊逆變電源。為了能夠減小開關損耗、提高整機效率，同時又能提高開關頻率、減小體積重量，本實施例采用軟開關技術。
[0039]圖5所示為硬開關時的電壓和電流波形。由于開關管并非理想器件，當開通時電壓不是立即下降到零，同時電流也不是立即上升到負載電流，電流和電壓有一個交疊區(qū)，將產生損耗。同理，關斷時電流和電壓也有一個交疊區(qū)，也要產生損耗。這兩個損耗統稱為開關損耗。圖7(a)為硬開關條件下的開關軌跡，圖中虛線為開關管的安全工作區(qū)(safbt)，可見硬開關的開關軌跡接近或局部已超出安全工作區(qū)，容易導致開關管損壞。穩(wěn)態(tài)下，開關損耗與開關頻率成正比，限制了變換器頻率的提高和小型化、輕量化。
[0040]與硬開關相比，軟開關的電流、電壓波形和開關軌跡則要理想得多。圖6所示為零電壓軟開關示意圖。在開關管開通前，使其電壓下降到零，這就是所謂的零電壓開通，開通損耗基本減小到零:在開關管關斷時，使其電壓保持在零，或者限制電壓的上升率，從而減小電流與電壓的交疊區(qū)，這就是所謂的零電壓關斷，關斷損耗大大減小。
[0041]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種高性能高頻逆變TIG焊機，包括焊機和焊機控制系統，其特征在于:所述焊機控制系統包括主電路(1)和與主電路(1)輸入端相連的驅動電路(2)，所述驅動電路(2)的輸入端與移相控制模塊(3)相連，所述移相控制模塊(3)的輸入端與保護電路(4)、外特性控制電路(6)相連，所述移相控制模塊(3)的輸出端與顯示電路(5)相連；所述主電路(1)由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，所述全橋逆變模塊的電流反饋輸出端信號還與外特性控制電路￠)的斜坡補償輸出端信號疊加并反饋輸入到外特性控制電路(6)，所述整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端信號也反饋輸入到外特性控制電路(6)。
2.按照權利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述輸入EMI模塊輸入端接220V電網。
3.按照權利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述輸入整流濾波模塊由整流橋和濾波電容組成。
4.按照權利要求3所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述整流橋采用SEMIKRON公司的型號為SKD115/12的整流橋。
5.按照權利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述全橋逆變模塊由MOSFET功放管組成，所述功放管選用IXYS公司的LXFN80N50Q2型號的功放管。
6.按照權利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機，其特征在于:所述輸出整流濾波模塊由整流二極管、與負載串聯的濾波電感和與負載并聯的濾波電容組成，且所述電感前端并聯續(xù)流二極管。
【文檔編號】B23K9/167GK204171514SQ201420497911
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2014年8月29日
【發(fā)明者】吳友能, 陽宜均, 李霄 申請人:成都三方電氣有限公司