本實(shí)用新型涉及高頻逆變熱切割技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種SiC逆變式等離子切割電源。

背景技術(shù)：

目前，在小功率切割電源領(lǐng)域已經(jīng)普遍采用高效節(jié)能、體積小巧的MOSFET或者IGBT逆變式等離子切割電源；而在中大功率領(lǐng)域，由于其工藝所需要的電壓高、功率強(qiáng)，目前仍以整流或者斬波方式的等離子切割電源為主，雖然工作相對(duì)可靠，技術(shù)上也比較成熟，但設(shè)備體積龐大、笨重、能耗低、效率低，且由于其結(jié)構(gòu)原因，動(dòng)靜態(tài)特性均不夠理想，限制了切割質(zhì)量的進(jìn)一步提高；同時(shí)，Si基功率整流二極管存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，在關(guān)斷過(guò)程存在非常明顯的反向恢復(fù)效應(yīng)，易于出現(xiàn)很高的電壓尖峰，危及主電路的工作安全；此外，等離子弧切割電源的空載電壓很高，在引弧切割瞬間的瞬態(tài)電流沖擊非常大；上述因素導(dǎo)致大功率逆變式等離子切割電源的可靠性還未能得到很好的解決，工業(yè)生產(chǎn)中還非常缺乏中大功率的逆變式等離子切割電源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種SiC逆變式等離子切割電源。該電源逆變頻率高，體積小巧，重量輕，節(jié)約制造原材料，能效高，節(jié)能效果明顯，并具有優(yōu)異的動(dòng)特性，既可以應(yīng)用于小功率場(chǎng)合，也能穩(wěn)定可靠地應(yīng)用于中大功率切割場(chǎng)合。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種SiC逆變式等離子切割電源，其特征在于：包括主電路和閉環(huán)控制電路；所述主電路包括依次連接的噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊、SiC逆變換流模塊、功率變壓器和SiC整流與平滑模塊，以及非接觸引弧模塊；其中，噪聲抑制模塊與交流輸入電源連接；SiC整流與平滑模塊和非接觸引弧模塊分別與負(fù)載連接；

所述閉環(huán)控制電路包括人機(jī)交互模塊、DSC控制器、故障診斷保護(hù)模塊、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊以及負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊；所述人機(jī)交互模塊、故障診斷保護(hù)模塊、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊、負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊和非接觸引弧模塊分別與DSC控制器連接；所述故障診斷保護(hù)模塊還分別與SiC逆變換流模塊和功率變壓器連接；SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊還與SiC逆變換流模塊連接；負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊還與SiC整流與平滑模塊連接。

優(yōu)選地，所述工頻整流濾波模塊包括整流器BR1、電感L1和電容C11；

所述SiC逆變換流模塊包括SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容Cr；

所述功率變壓器包括變壓器T1、電容C12和電阻R12；

所述SiC整流與平滑模塊包括SiC整流二極管D1、SiC整流二極管D2、SiC整流二極管D3、SiC整流二極管D4、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、壓敏電阻YR1、壓敏電阻YR2、壓敏電阻YR3、壓敏電阻YR4和電感L2；

所述噪聲抑制模塊與整流器BR1的輸入端連接；電感L1和電容C11串聯(lián)，之后并聯(lián)在整流器BR1的輸出端；

電容C11與SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)，并且與SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4組成的串聯(lián)電路并聯(lián)；電阻R1和電容C1串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1上；電阻R2和電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2上；電阻R3和電容C3串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3上；電阻R4和電容C4串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4上；SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2的連接點(diǎn)通過(guò)電容Cr和變壓器T1初級(jí)與SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4的連接點(diǎn)連接；電容C12和電阻R12串聯(lián)后并聯(lián)在變壓器T1初級(jí)上；變壓器T1次級(jí)與SiC整流二極管D1和SiC整流二極管D2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)，并且與SiC整流二極管D3和SiC整流二極管D4組成的串聯(lián)電路并聯(lián)；電容C5和電阻R5串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D1和壓敏電阻YR1并聯(lián)；電阻R6和電容C6串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D2和壓敏電阻YR2并聯(lián)；電容C7和電阻R7串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D3和壓敏電阻YR3并聯(lián)；電阻R8和電容C8串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D4和壓敏電阻YR4并聯(lián)；SiC整流二極管D1和SiC整流二極管D2的連接點(diǎn)通過(guò)電感L2和電容C9與SiC整流二極管D3和SiC整流二極管D4的連接點(diǎn)連接；電阻R9和電容C10分別并聯(lián)在電容C9上；電容C10的一端與負(fù)載的正端連接，電容C10的另一端通過(guò)耦合變壓器器T2初級(jí)與負(fù)載的負(fù)端連接；耦合變壓器器T2次級(jí)與非接觸引弧模塊連接。

優(yōu)選地，所述非接觸引弧模塊包括型號(hào)為IC1 555的觸發(fā)器、SiC型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q110、升壓變壓器T103、整流橋B101、放電器101、放電器102和高壓充電電容C106，以及其它外圍輔助電路。

優(yōu)選地，所述SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括場(chǎng)效應(yīng)管M201、場(chǎng)效應(yīng)管M202、場(chǎng)效應(yīng)管M203、場(chǎng)效應(yīng)管M204、變壓器T201、變壓器T202和四個(gè)SiC驅(qū)動(dòng)電路，以及其它外圍輔助電路。

優(yōu)選地，所述負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊包括電流采樣電路和電壓分壓采樣電路；所述電流采樣電路包括包括霍爾電流傳感器、型號(hào)為AD629的芯片U301和型號(hào)為OP177的芯片U302，以及其它外圍輔助電路；所述電壓分壓采樣電路包括由電阻R401和電阻402組成的分壓?jiǎn)卧?、型?hào)為L(zhǎng)F353的芯片U401和型號(hào)為HCNR201的芯片U402，以及其它外圍輔助電路。

優(yōu)選地，所述故障診斷保護(hù)模塊包括過(guò)壓欠壓監(jiān)測(cè)電路、缺相檢測(cè)電路和過(guò)熱檢測(cè)電路；所述過(guò)壓欠壓監(jiān)測(cè)電路包括由電阻R513、電阻R514、電阻R517和電阻R518組成的橋式電路、VCC直流源、比較器U501、比較器U502、光耦U515和光耦U516，以及其它外圍輔助電路；所述缺相檢測(cè)電路包括比較器U503和光耦U514，以及其它外圍輔助電路。

優(yōu)選地，所述噪聲抑制模塊包括三相共模電感Lcm、三相差模電感L_dm、X電容、Y電容和泄放電阻。

優(yōu)選地，所述DSC控制器包括內(nèi)嵌FREERTOS系統(tǒng)的DSC微處理器、電源單元、外部時(shí)鐘振蕩單元、復(fù)位單元和JTAG調(diào)試接口。

本實(shí)用新型電源創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)原理為：首先，SiC功率器件的開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)損耗低，因此基于SiC功率器件的超高頻逆變技術(shù)能夠大幅度地提高電源的逆變頻率，從而使得電源主電路的磁性功率器件以及平滑濾波器件的體積和重量大幅降低，能量傳遞效率進(jìn)一步提高；其次，由于SiC功率器件幾乎不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使得它在開(kāi)關(guān)過(guò)程不存在反向恢復(fù)效應(yīng)，不易產(chǎn)生大的電壓電流尖峰，器件工作應(yīng)力環(huán)境大為改善，提高了可靠性；然后，SiC功率器件具有更好的熱耐受性，不僅可靠性提高，而且散熱器的體積和重量也可以大幅度地降低，體積更小，重量更輕，功率密度更高，綜合制造成本更低；最后，由于工作頻率提高，電源的動(dòng)特性得到了明顯提高，使得電源對(duì)切割電流的控制更為精細(xì)化，易于提高切割質(zhì)量。

本實(shí)用新型電源的工作原理為：三相/單相交流輸入電源經(jīng)工頻整流濾波模塊實(shí)現(xiàn)整流濾波形成直流電，通過(guò)SiC逆變換流模塊進(jìn)行超高頻開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換成200kHz以上的高頻交流方波脈沖，經(jīng)功率變壓器高頻變換隔離后由SiC整流與平滑模塊進(jìn)行整流平滑為適合于等離子切割用的直流電源。

非接觸引弧模塊用于產(chǎn)生高頻高壓電脈沖，擊穿等離子切割槍與工件之間的空氣間隙，實(shí)現(xiàn)可靠引?。回?fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊主要用于實(shí)時(shí)檢測(cè)等離子切割電源輸出的電流和電壓波形，并提供給DSC控制器；人機(jī)交互模塊主要實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的預(yù)設(shè)、狀態(tài)的顯示等功能；DSC控制器主要根據(jù)人機(jī)交互模塊的預(yù)設(shè)值與負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊提供的反饋電流電壓值，產(chǎn)生合適的PWM控制信號(hào)，并通過(guò)SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)換成適合SiC逆變換流模塊中SiC功率開(kāi)關(guān)器件的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)超高頻驅(qū)動(dòng)調(diào)制；故障診斷保護(hù)模塊主要檢測(cè)主電路的過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓、缺相等故障，并將狀態(tài)信息反饋給DSC控制器，實(shí)現(xiàn)電源的安全保護(hù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本實(shí)用新型電源切割質(zhì)量更好；所有功率開(kāi)關(guān)器件全部采用基于SiC的新一代電力電子器件，逆變頻率超過(guò)200kHz，是現(xiàn)有IGBT逆變式等離子切割電源的十倍以上，整機(jī)具備更優(yōu)異的動(dòng)特性，可以實(shí)現(xiàn)等離子切割弧的精細(xì)控制，切割質(zhì)量更好；既可以應(yīng)用于小功率場(chǎng)合，也能穩(wěn)定可靠地應(yīng)用于中大功率切割場(chǎng)合；

2、本實(shí)用新型電源可靠性更高；SiC功率開(kāi)關(guān)器件幾乎不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，工作應(yīng)力低，同時(shí)還擁有比目前通用的Si基MOSFET/IGBT更高的熱耐受性、更強(qiáng)的耐壓性能、禁帶范圍更寬，因此在高壓等離子切割工況下的可靠性更易于得到保障；

3、本實(shí)用新型電源綜合制造成本更低；本實(shí)用新型中功率開(kāi)關(guān)器件損耗少，能效可超過(guò)96％以上，所需要的散熱器體積更??；同時(shí)，隨著逆變頻率的提高，主電路磁性器件和平滑濾波器件的體積重量也大幅度減少；因此本實(shí)用新型的功率密度更高，綜合制造成本低更低，性?xún)r(jià)比高。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型電源的系統(tǒng)原理方框圖；

圖2是本實(shí)用新型電源的主電路原理圖；

圖3是本實(shí)用新型電源的閉環(huán)控制電路原理框圖；

圖4是本實(shí)用新型電源中非接觸引弧模塊的電路原理圖；

圖5是本實(shí)用新型電源中SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖；

圖6(a)是本實(shí)用新型電源中負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊的電流采樣電路的電路原理圖；

圖6(b)是本實(shí)用新型電源中負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊的電壓分壓采樣電路的電路原理圖；

圖7(a)是本實(shí)用新型電源中故障診斷保護(hù)模塊的過(guò)壓欠壓監(jiān)測(cè)電路的電路原理圖；

圖7(b)是本實(shí)用新型電源中故障診斷保護(hù)模塊的缺相檢測(cè)電路的電路原理圖；

圖7(c)是本實(shí)用新型電源中故障診斷保護(hù)模塊的過(guò)熱檢測(cè)電路的電路原理圖；

圖8是本實(shí)用新型電源中噪聲抑制模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例

如圖1～圖8所示，本實(shí)施例SiC逆變式等離子切割電源，包括主電路和閉環(huán)控制電路。主電路包括依次連接的噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊、SiC逆變換流模塊、功率變壓器和SiC整流與平滑模塊，以及非接觸引弧模塊；其中，噪聲抑制模塊與交流輸入電源連接；SiC整流與平滑模塊和非接觸引弧模塊分別與負(fù)載連接。

閉環(huán)控制電路包括人機(jī)交互模塊、DSC控制器、故障診斷保護(hù)模塊、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊以及負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊；人機(jī)交互模塊、故障診斷保護(hù)模塊、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊、負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊和非接觸引弧模塊分別與DSC控制器連接；故障診斷保護(hù)模塊還分別與SiC逆變換流模塊和功率變壓器連接；SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊還與SiC逆變換流模塊連接；負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊還與SiC整流與平滑模塊連接。

主電路中，工頻整流濾波模塊包括整流器BR1、電感L1和電容C11；SiC逆變換流模塊包括SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容Cr；功率變壓器包括變壓器T1、電容C12和電阻R12；SiC整流與平滑模塊包括SiC整流二極管D1、SiC整流二極管D2、SiC整流二極管D3、SiC整流二極管D4、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、壓敏電阻YR1、壓敏電阻YR2、壓敏電阻YR3、壓敏電阻YR4和電感L2；

噪聲抑制模塊與整流器BR1的輸入端連接；電感L1和電容C11串聯(lián)，之后并聯(lián)在整流器BR1的輸出端；電容C11與SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)，并且與SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4組成的串聯(lián)電路并聯(lián)；電阻R1和電容C1串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1上；電阻R2和電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2上；電阻R3和電容C3串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3上；電阻R4和電容C4串聯(lián)后并聯(lián)在SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4上；SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2的連接點(diǎn)通過(guò)電容Cr和變壓器T1初級(jí)與SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4的連接點(diǎn)連接；電容C12和電阻R12串聯(lián)后并聯(lián)在變壓器T1初級(jí)上；變壓器T1次級(jí)與SiC整流二極管D1和SiC整流二極管D2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)，并且與SiC整流二極管D3和SiC整流二極管D4組成的串聯(lián)電路并聯(lián)；電容C5和電阻R5串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D1和壓敏電阻YR1并聯(lián)；電阻R6和電容C6串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D2和壓敏電阻YR2并聯(lián)；電容C7和電阻R7串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D3和壓敏電阻YR3并聯(lián)；電阻R8和電容C8串聯(lián)后分別與SiC整流二極管D4和壓敏電阻YR4并聯(lián)；SiC整流二極管D1和SiC整流二極管D2的連接點(diǎn)通過(guò)電感L2和電容C9與SiC整流二極管D3和SiC整流二極管D4的連接點(diǎn)連接；電阻R9和電容C10分別并聯(lián)在電容C9上；電容C10的一端與負(fù)載的正端連接，電容C10的另一端通過(guò)耦合變壓器器T2初級(jí)與負(fù)載的負(fù)端連接；耦合變壓器器T2次級(jí)與非接觸引弧模塊連接。

根據(jù)SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q1、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q2、SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q3和SiC功率開(kāi)關(guān)器件Q4的不同換流方式，電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4可以為零電阻。

DSC控制器包括內(nèi)嵌FREERTOS系統(tǒng)的DSC微處理器、電源單元、外部時(shí)鐘振蕩單元、復(fù)位單元和JTAG調(diào)試接口。

本實(shí)用新型電源可以采用單一的主電路，也可以采用多個(gè)主電路并聯(lián)方式進(jìn)一步增強(qiáng)輸出功率，如圖3所示；圖3為本實(shí)用新型采用雙主電路并聯(lián)輸出時(shí)的閉環(huán)控制電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。閉環(huán)控制電路主要由DSC控制器、人機(jī)交互模塊、故障診斷保護(hù)模塊、負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊1、負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊2、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模1和SiC高頻驅(qū)動(dòng)模2，以及擴(kuò)展的繼電器接口和CAN總線接口等構(gòu)成；其中，擴(kuò)展的繼電器接口主要用于控制非接觸引弧模塊以及輔助的供氣裝置、冷卻裝置等的啟動(dòng)與停止；CAN總線接口主要用于與機(jī)器人等裝置的數(shù)字協(xié)同通信控制；DSC控制器通過(guò)UART端口與人機(jī)交互模塊進(jìn)行數(shù)字通信，接收預(yù)設(shè)工藝參數(shù)信息，并將電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息在人機(jī)交互模塊上顯示；DSC控制器的高級(jí)定時(shí)器TIMER1同時(shí)產(chǎn)生多路數(shù)字PWM信號(hào)，輸入給SiC高頻驅(qū)動(dòng)模1和SiC高頻驅(qū)動(dòng)模2，分別驅(qū)動(dòng)主電路1和主電路2；負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊1和負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊2分別采集主電路1和主電路2的電流電壓信號(hào)，并反饋回DSC控制器，從而對(duì)兩個(gè)主電路分別形成了閉環(huán)控制回路；故障診斷保護(hù)模塊同時(shí)檢測(cè)過(guò)壓、欠壓、缺相以及每個(gè)主電路的過(guò)熱情況，只要出現(xiàn)一種故障，故障診斷保護(hù)模塊的輸出電平就會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并輸入DSC控制器的GPIO端口，觸發(fā)中斷任務(wù)，關(guān)斷PWM輸出，實(shí)現(xiàn)電源整機(jī)的保護(hù)。

非接觸引弧模塊包括型號(hào)為IC1 555的觸發(fā)器、SiC型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q110、升壓變壓器T103、整流橋B101、放電器101、放電器102和高壓充電電容C106，以及其它外圍輔助電路。DSC控制器通過(guò)繼電器接口控制整流橋B101的輸入；型號(hào)為IC1 555的觸發(fā)器為核心的脈沖觸發(fā)電路控制SiC型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q110的快速開(kāi)關(guān)；使得升壓變壓器T103的原邊得到高頻脈沖信號(hào)，然后升壓之后給C106充電，直到達(dá)到放電器P101和P102的擊穿電壓；空氣間隙擊穿后火花放電器放電，放電器P101和P102的等效電阻R、充放電電容C106、耦合變壓器T2的初級(jí)電感L形成RLC振蕩，產(chǎn)生高頻高壓信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)耦合變壓器T2的次級(jí)T2-1和T2-2加載到電極與噴嘴之間，形成等離子弧引弧通路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非接觸引弧。

SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括場(chǎng)效應(yīng)管M201、場(chǎng)效應(yīng)管M202、場(chǎng)效應(yīng)管M203、場(chǎng)效應(yīng)管M204、變壓器T201、變壓器T202和四個(gè)SiC驅(qū)動(dòng)電路，以及其它外圍輔助電路。DSC控制器產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)隔離放大后輸入連接器P201，經(jīng)過(guò)限流電阻直接驅(qū)動(dòng)由場(chǎng)效應(yīng)管M201、場(chǎng)效應(yīng)管M202、場(chǎng)效應(yīng)管M203和場(chǎng)效應(yīng)管M204組成的推挽輸出電路。推挽輸出電路驅(qū)動(dòng)變壓器T201和變壓器T202，經(jīng)過(guò)四路SiC驅(qū)動(dòng)電路變換產(chǎn)生四路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第一路SiC驅(qū)動(dòng)電路中的電阻R227、電阻R235、二極管D217、電容C212構(gòu)成了SiC的“慢開(kāi)快關(guān)”網(wǎng)絡(luò)；阻值較大的電阻R215限制SiC導(dǎo)通時(shí)的充電電流，從而增加SiC建立導(dǎo)通電壓的時(shí)間，達(dá)到慢開(kāi)的效果，抑制開(kāi)通過(guò)程的du/dt；電容C217充電以及二極管D209、電阻R219構(gòu)成的低阻回路加快了SiC關(guān)斷時(shí)寄生電容電荷釋放速度，實(shí)現(xiàn)SiC的快速關(guān)斷；這種“慢開(kāi)快關(guān)”的措施在一定程度上減少了SiC的開(kāi)關(guān)損耗，而且SiC工作頻率越高，這種積極作用越明顯。電阻R246為SiC的柵極電阻，其引入避免了SiC在關(guān)斷狀態(tài)下柵極寄生電容的電荷儲(chǔ)存而造成SiC的誤觸發(fā)，起到一種保護(hù)作用。

負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊包括電流采樣電路和電壓分壓采樣電路。電流采樣電路包括包括霍爾電流傳感器、型號(hào)為AD629的芯片U301和型號(hào)為OP177的芯片U302，以及其它外圍輔助電路。霍爾電流直接輸入連接器P301。電壓分壓采樣電路包括由電阻R401和電阻402組成的分壓?jiǎn)卧?、型?hào)為L(zhǎng)F353的芯片U401和型號(hào)為HCNR201的芯片U402，以及其它外圍輔助電路。

故障診斷保護(hù)模塊包括過(guò)壓欠壓監(jiān)測(cè)電路、缺相檢測(cè)電路和過(guò)熱檢測(cè)電路。過(guò)壓欠壓監(jiān)測(cè)電路包括由電阻R513、電阻R514、電阻R517和電阻R518組成的橋式電路、VCC直流源、比較器U501、比較器U502、光耦U515和光耦U516，以及其它外圍輔助電路。VCC直流源為變壓器降壓整流濾波后的直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電阻R513、電阻R514、電阻R517和電阻R518組成的橋式電路按比例降低至不同電壓值后，分別輸入至比較器U501和比較器U502的反相、同相輸入端，并與設(shè)定的參考電壓VREF比較，一旦出現(xiàn)過(guò)壓欠壓情況，則光耦導(dǎo)通，觸發(fā)DSC微處理器的中斷端口，調(diào)用故障處理任務(wù)。

缺相檢測(cè)電路包括比較器U503和光耦U514，以及其它外圍輔助電路。三相平衡時(shí)，電阻R569和電阻R570兩端都有高電壓，光耦U514輸入端經(jīng)過(guò)D512被穩(wěn)壓為15V，此時(shí)輸出高電平，再經(jīng)過(guò)電阻R568和R512分壓后與VREF進(jìn)行比較，比較器U503輸出高電平信號(hào)。當(dāng)其中一相電路缺相時(shí)，光耦U514不工作，輸出近似零電平，此時(shí)比較器U503輸出低電平信號(hào)，低電平信號(hào)再經(jīng)過(guò)光耦隔離電路輸入到DSC控制器的中斷端口，觸發(fā)故障保護(hù)中斷子程序，關(guān)閉PWM輸出，使切割電源停止運(yùn)行，起到保護(hù)目的。

過(guò)熱檢測(cè)電路主要由溫控開(kāi)關(guān)、電阻R541、電阻R550、電容C547、電容C548、電感L502以及光耦U510組成。其中，溫控開(kāi)關(guān)輸入連接器P504；溫控開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)檢測(cè)功率變壓器和SiC功率開(kāi)關(guān)器件的散熱器的溫度；當(dāng)實(shí)際溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)閉合，光耦U510導(dǎo)通，DSC控制器的GPIO口管腳(PC3-IN-OH-2)電平信號(hào)被拉低，觸發(fā)過(guò)熱保護(hù)中斷子程序，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。

噪聲抑制模塊包括三相共模電感Lcm、三相差模電感L_dm、X電容C_x、Y電容C_y和泄放電阻R。其中，A、B、C接交流輸入電源，A’、B’、C’接工頻整流濾波模塊；X電容C_x主要用于濾除共模噪聲，Y電容C_y主要用于濾除差模噪聲；三相共模電感L_cm主要用來(lái)濾除共模噪聲，三相差模電感L_dm主要用來(lái)濾除差模噪聲。

本實(shí)用新型電源創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)原理為：首先，SiC功率器件的開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)損耗低，因此基于SiC功率器件的超高頻逆變技術(shù)能夠大幅度地提高電源的逆變頻率，從而使得電源主電路的磁性功率器件以及平滑濾波器件的體積和重量大幅降低，能量傳遞效率進(jìn)一步提高；其次，由于SiC功率器件幾乎不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使得它在開(kāi)關(guān)過(guò)程不存在反向恢復(fù)效應(yīng)，不易產(chǎn)生大的電壓電流尖峰，器件工作應(yīng)力環(huán)境大為改善，提高了可靠性；然后，SiC功率器件具有更好的熱耐受性，不僅可靠性提高，而且散熱器的體積和重量也可以大幅度地降低，體積更小，重量更輕，功率密度更高，綜合制造成本更低；最后，由于工作頻率提高，電源的動(dòng)特性得到了明顯提高，使得電源對(duì)切割電流的控制更為精細(xì)化，易于提高切割質(zhì)量。

應(yīng)用本實(shí)用新型時(shí)，交流輸入電源首先經(jīng)過(guò)噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊轉(zhuǎn)換成平滑的直流電，DSC控制器將人機(jī)交互模塊傳送的預(yù)設(shè)值與負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊檢測(cè)到的實(shí)際輸出值進(jìn)行比較，按照預(yù)設(shè)的算法進(jìn)行運(yùn)算，獲得相應(yīng)占空比和頻率的數(shù)字PWM信號(hào)，并經(jīng)SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊的隔離放大后去驅(qū)動(dòng)SiC逆變換流模塊中SiC功率開(kāi)關(guān)器件按照預(yù)設(shè)的換流模式進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)換成超高頻交流方波脈沖，并經(jīng)過(guò)功率變壓器隔離、降壓和傳遞功率，然后經(jīng)過(guò)SiC整流與平滑模塊轉(zhuǎn)換成平滑的直流電，輸送給電弧負(fù)載。DSC控制器一旦檢測(cè)到切割啟動(dòng)指令，會(huì)首先控制非接觸引弧模塊動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)非接觸引弧，引弧成功后關(guān)閉非接觸引弧模塊，切割電源進(jìn)入正常的控制流程；故障診斷保護(hù)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電源的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)熱等故障，則觸發(fā)DSC控制器的故障中斷任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。