專利名稱：絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于焊接設備。
弧焊逆變器是八十年代新興的弧焊電源，以其效率高、節(jié)能、容易實現(xiàn)自動控制而得到迅速發(fā)展。而它的發(fā)展的主要特征是開關元件的更新。最初的逆變器以大功率可控硅作為開關元件，但因受可控硅元件開關速度的限制，工作頻率低(2000～3000赫)，且存在噪聲。在此之后發(fā)展的逆變器以大功率晶體管作為開關，使工作頻率提高到20千赫，效率提高，體積重量進一步減少，并且消除了噪聲。但晶體管式弧焊逆變器存在所需驅動功率較大和二次擊穿的問題。1982年我國學者首先研制成功場效應管弧焊逆變器，并于1986年6月4日獲得國家專利(專利號CN85201941U)。場效應管所需驅動功率極小，工作頻率高(達50千赫)，且無二次擊穿問題，使弧焊逆變器在提高效率和節(jié)能方面取得重大進展。但這種逆變器的缺點是場效應管的控制電流的能力較小，單只場效應管在1000V耐壓下只能控制2——4A電流。所以在高電壓輸入，大功率輸出的弧焊逆變器中，往往要求多只場效應管的并聯(lián)。盡管場效應管比晶體管有較易并聯(lián)的優(yōu)點，但由于均流、輸入電容隨并聯(lián)管數(shù)增加等問題，給逆變器的結構和驅動電路的設計增加了困難，同時也影響了設備的可靠性。
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，而提供一種電路和結構進一步簡化，同時工作可靠性大大提高的新型弧焊逆變器。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到采用所需觸發(fā)功率與場效應管一樣小，但控制電流能力卻是場效應管的5～10倍的絕緣柵型雙極性晶體管(Insulated Gated Bipolar Transistor，簡稱IGBT管)作為開關元件，接成橋式的、高頻率(25KHZ)、大功率(負載電流120A)的快速開關電路，避免了多只開關管并聯(lián)造成的困難和不利。本實用新型同時使用由小脈沖變壓器直接耦合且傳遞交變控制信號的觸發(fā)電路。經(jīng)小脈沖變壓器耦合，開關管所需的觸發(fā)信號直接取自脈寬調制式集成電路SG3526的互補輸出端，從而為橋式開關管提供了相互隔離，且具有反向偏壓的觸發(fā)信號。小脈沖變壓器直接耦合的交變控制信號觸發(fā)絕緣柵型雙極性晶體管，縮短了開關管的存儲時間和減少了功率損耗，達到了降低開關管的溫升，提高電路可靠性的目的。
附圖的圖面說明如下


圖1是絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器工作電路圖，電路輸入三相380V；圖2是絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器基本原理方塊圖；圖3是該逆變器橋式逆變開關電路及其觸發(fā)電路圖。其相互連接關系為T1和T4的集電極相連后接到濾波電容C5的正端，T2和T3的發(fā)射極相連后接到C5的負端；T1的發(fā)射極與T2的集電極相連后接到脈沖功率變壓器P1初級的一端，T4的發(fā)射極與T3的集電極相連后接到P1初級的另一端；T1、T3以及T2、T4的柵極控制信號由控制器SG3526提供，SG3526輸出的交流脈沖信號，經(jīng)小脈沖變壓器P3、P4耦合，正向控制信號經(jīng)電阻R17、R19觸發(fā)T1和T3，負向控制信號經(jīng)電阻R18、R20觸發(fā)T2和T4。由于橋式開關每臂只需使用一支開關管，不僅減少了并聯(lián)的麻煩，也使開關管的觸發(fā)電路大大減化。本實用新型的觸發(fā)信號是從脈寬調制集成電路SG3526直接耦合，不需要任何形式的驅動電路。這樣給出的觸發(fā)信號是交變的，它提供給IGBT管關斷時刻的反向偏壓，減少了開關管的開關損耗。
本實用新型的發(fā)明人曾根據(jù)本說明書及附圖，和有關元件安裝了一臺下降特性絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，并進行了鎢極氬弧焊和手工電弧焊的試驗，效果良好。該逆變器主開關電路每臂使用一只IGBT管(IXGH20N80A)，最大的開關控制電路20A，功率變壓器次級輸出最大焊接電流120A。
本實用新型與現(xiàn)有技術中最先進的場效應管弧焊逆變器相比，具有如下優(yōu)點(1)逆變器電路結構簡化。在同樣的輸出功率下，由于采用控制電流能力很強的IGBT管，逆變開關所需開關管數(shù)量大大減少，使逆變器的電路、結構布置明顯簡化，避免了開關管并聯(lián)造成的困難和不利，使逆變器的工作可靠性提高，縮小了逆變器的體積，減少了重量。
(2)控制功率更小。要得到120A的輸出電流，絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器每個開關臂只需一支開關管，而場效應管弧焊逆變器一般需4～5支管子的并聯(lián)，也就是說，絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器只要提供觸發(fā)一只場效應管所需的控制功率就行，比場效應管弧焊逆變器所需控制功率縮小了幾倍，這一特征對于實現(xiàn)弧焊電源的微機控制非常有利。
權利要求1.一種由橋式開關、脈沖功率變壓器，輸入、輸出整流器和控制電路組成的絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，其特征是具有采用絕緣柵型雙極性晶體管作為逆變器的開關元件。
2.按照權利要求1所述的絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，其特征在于逆變器開關是由4個耐高壓(800V)，大電流(20～40A)的IXGH20N80A絕緣柵型雙極性晶體管接成橋式構成，其相互連接關系為T1和T4的集電極相連后接到濾波電容C5的正端，T2和T3的發(fā)射極相連后接到C5的負端；T1的發(fā)射極與T2的集電極相連后接到脈沖功率變壓器P1初級的一端，T4的發(fā)射極與T3的集電極相連后接到P1初級的另一端；T1、T3以及T2、T4的柵極控制信號由控制器SG3526提供，SG3526輸出的交流脈沖信號，經(jīng)小脈沖變壓器P3、P4耦合，正向控制信號經(jīng)電阻R17、R19觸發(fā)T1和T3，負向控制信號經(jīng)電阻R18、R20觸發(fā)T2和T4。
專利摘要本實用新型——絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，屬于焊接設備。其應用大功率絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT管)作為開關元件。IGBT管兼有場效應管的控制功率小和晶體管的控制電流能力大的雙重優(yōu)點，使弧焊逆變器的結構和工作電路簡化，可靠性增加，且縮小了逆變器的體積。該逆變器的控制功率比現(xiàn)有的其它類型的逆變器控制功率都小，有利于實現(xiàn)微機控制。該逆變器可用于手工電弧焊，鎢極氬弧焊，等離子弧焊等多種焊接方法。
文檔編號B23K9/10GK2083977SQ9022154
公開日1991年9月4日 申請日期1990年9月26日 優(yōu)先權日1990年9月26日
發(fā)明者王志強, 黃石生, 伍月華 申請人:華南理工大學