專利名稱：一種mos管和igbt管混合橋路逆變式焊割電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊割電源產(chǎn)品領(lǐng)域，具體涉及一種MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊 割電源。
背景技術(shù)：
焊割電源，是一種為焊接電弧或者切割電弧提供電壓電流的電源裝置。在各種焊 割電源中，具有節(jié)能、節(jié)材、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的焊割電源只有逆變式焊割電源。目前的逆變 式焊割電源主要采用的是MOS管逆變電路和IGBT管逆變電路兩種，根據(jù)兩種不同電力開關(guān) 半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)可知M0S管開關(guān)速度高，所以適合較高頻的逆變電路(目前采用MOS管 的逆變電路的焊割電源逆變頻率一般都在IlOKHz左右)但是，MOS管導(dǎo)通電阻大，通態(tài)損 耗大，使得焊割電源整機(jī)效率難以提高，發(fā)熱嚴(yán)重，為其采取的散熱設(shè)施變得復(fù)雜和昂貴； IGBT管由于是雙極性的，所以導(dǎo)通時(shí)管壓降很低，通態(tài)損耗很小，但是IGBT管的開關(guān)速度 較低，而且還有關(guān)斷時(shí)電流的拖尾現(xiàn)象，其開和關(guān)都會(huì)產(chǎn)生很大的損耗，所以不能在較高頻 率下使用(目前采用IGBT管的逆變電路的焊割電源逆變頻率一般都在20KHz左右)，這就使 得采用IGBT管的逆變式焊割電源的變壓器和電抗都不能進(jìn)一步減小，在節(jié)材，節(jié)能方面不 能進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種MOS管和IGBT管混合橋 路逆變式焊割電源。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明一種MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，包括按電流流向而順序連接 的輸入EMC電路、一次側(cè)整流濾波電路、混合器件逆變電路、隔離變壓器、二次側(cè)整流濾波 電路以及主控制板電路；所述電流在主控制板電路處進(jìn)入混合器件逆變電路；所述混合器 件逆變電路由四只MOS管和四只IGBT管橋接而成，并將四只MOS管和四只IGBT管分別分 為兩組MOS管和兩組IGBT管；所述主控制板電路向所述混合器件逆變電路的MOS管和IGBT 管分別有序的輸出四組八路PWM信號(hào)，讓同一組的MOS管和/或IGBT管同時(shí)導(dǎo)通，而讓另 一組的MOS管和/或IGBT管在與前一組MOS管和/或IGBT管之間的具有相位差時(shí)導(dǎo)通。本發(fā)明“一種MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源”采用MOS管和IGBT管組 成混合橋路。讓兩種電力開關(guān)器件按一定規(guī)律組合，并且按一定規(guī)律開通和關(guān)斷。使得整 個(gè)逆變電路既能發(fā)揮MOS管開關(guān)速度的優(yōu)勢(shì)，又能發(fā)揮IGBT管低通態(tài)壓降的優(yōu)勢(shì)。這使得 本發(fā)明具有逆變頻率較高，而且電力開關(guān)器件發(fā)熱較小，比MOS管逆變式焊割電源和IGBT 管逆變式焊割電源中任何一種焊割電源都更加節(jié)能、節(jié)材、高效等優(yōu)點(diǎn)。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。
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圖1是本發(fā)明的電路工作流程示意圖； 圖2是本發(fā)明的主回路電路原理圖3是本發(fā)明的主控制板電氣原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一種MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，包括按電流 流向而順序連接的輸入EMC電路1、一次側(cè)整流濾波電路2、混合器件逆變電路3、隔離變 壓器4、二次側(cè)整流濾波電路5以及主控制板電路6 ；所述電流在主控制板電路6處進(jìn)入混 合器件逆變電路3 ；所述混合器件逆變電路3由四只MOS管和四只IGBT管橋接而成，并將 四只MOS管和四只IGBT管分別分為兩組MOS管和兩組IGBT管；所述主控制板電路6向所 述混合器件逆變電路3的MOS管和IGBT管分別有序的輸出四組八路PWM信號(hào)，讓同一組的 MOS管和/或IGBT管同時(shí)導(dǎo)通，而讓另一組的MOS管和/或IGBT管在與前一組MOS管和/ 或IGBT管之間的具有相位差時(shí)導(dǎo)通。請(qǐng)參看圖2，主回路電路結(jié)構(gòu)原理具體為
輸入濾波電路1由電源開關(guān)Si，差模濾波電容C34和C38，共模濾波電容C33，C35，C36， C7以及共模濾波電感Ll組成。電網(wǎng)干擾信號(hào)通過上述濾波器的濾除，使得本焊割電源免受 外界電磁干擾，提高穩(wěn)定性；同樣，本焊割電源產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)會(huì)也會(huì)被上述濾波器濾 除，使得本焊割電源不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生電磁干擾，提高其他設(shè)備的穩(wěn)定性。一次側(cè)整流濾波電路2由整流橋BRl和電容C40，C41，C44和電阻R52組成。送入 焊割電源內(nèi)的交流電壓電流通過整流橋BRl整流成直流電壓電流，經(jīng)過電容C40，C41, C44 等濾波后送往混合器件逆變電路3。其中電阻R52是泄放電阻，在關(guān)機(jī)時(shí)泄放掉電容 C40, C41, C44里的電荷以保證安全?；旌掀骷孀冸娐?由四只MOS管M9、M10、M11、M12和四只IGBT管IG1、IG2、IG3、 IG4橋接而成。其中M9的D和S分別與IGl的C和E對(duì)應(yīng)相連；MlO的D和S分別與IG2 的C禾Π E對(duì)應(yīng)相連；Mll的D禾Π S分別與IG3的C禾Π E對(duì)應(yīng)相連；Μ12的D禾Π S分別與IG4 的C和E對(duì)應(yīng)相連。R54、R53、R63、R64分別為四只IGBT管的柵極串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電阻；R55、R56、 R61、R62分別為四只MOS管的柵極串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電阻，而R57和C42 ；R58和C43 ；R59和C45 ；R60 和C46分別為四組混合器件兩極(M0SFET器件的D和S極；IGBT器件的C和E極)并聯(lián)的 阻容吸收電路。隔離變壓電路4由具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的中頻變壓器T5擔(dān)當(dāng)，隔離變壓 器T5 —次側(cè)一頭接逆變橋的橋臂中點(diǎn)，另一頭穿過一次側(cè)電流互感器T4后接逆變橋的橋 臂另一中點(diǎn)；其二次側(cè)接到二次側(cè)整流濾波電路5，二次側(cè)整流濾波電路5為一具有中心抽 頭的全波整流電路。一次側(cè)繞組和二次繞組是通過絕緣材料安全絕緣的。二次側(cè)整流濾波電路5由快恢復(fù)整流二極管D23，D24以及阻容吸收電阻R65，R66 和阻容吸收電容C47，C48等組成。主控制板電路6通過插座A2，A3，A4，A5輸出的四組八路PWM信號(hào)分別有序的送到四只] 05管119、]\110、]\111、]\112和四只 IGBT 管 IGl、IG2、IG3、IG4 上，讓其按 IGl 和 IG4 ； IG2和IG3分別同時(shí)導(dǎo)通，而讓IGl和IG2 ；IG3和IG4相位相差180°導(dǎo)通。同樣讓M9和 M12 ；MlO和Mll分別同時(shí)導(dǎo)通，而讓M9和MlO ；Mll和M12相位相差180°導(dǎo)通。這樣的交 替導(dǎo)通，就會(huì)將直流電壓電流逆變成中頻交流方波電壓電流。其中，所述主控制電路板6將會(huì)讓IGBT管IGl比和它連接于同一橋臂上的MOS管 M9滯后一段時(shí)間tl開通和提前一段時(shí)間t2關(guān)斷；讓IGBT管IG2比和它連接于同一橋臂 上的MOS管MlO滯后一段時(shí)間tl開通和提前一段時(shí)間t2關(guān)斷；讓IGBT管IG3比和它連接 于同一橋臂上的MOS管Mll滯后一段時(shí)間tl開通和提前一段時(shí)間t2關(guān)斷；讓IGBT管IG4 比和它連接于同一橋臂上的MOS管M12滯后一段時(shí)間tl開通和提前一段時(shí)間t2關(guān)斷。這 樣的滯后開通IGBT管和提前關(guān)斷IGBT管就使得整個(gè)逆變電路工作時(shí)，脈沖的開通和關(guān)斷 由MOS管來擔(dān)任，而脈沖的整個(gè)導(dǎo)通期間則主要由IGBT管擔(dān)任，所以逆變電路的整個(gè)損耗 中開關(guān)損耗取決于MOS管，而通態(tài)損耗則取決于IGBT管。MOS管的低開關(guān)損耗和IGBT管 的低通態(tài)損耗巧妙地相結(jié)合，使得整個(gè)逆變電源的損耗變得很低，逆變效率很高，逆變器件 發(fā)熱較少。進(jìn)一步，所述主控制板電路6由PWM脈寬調(diào)制電路，脈沖延時(shí)關(guān)斷電路，隔離驅(qū)動(dòng) 電路，電流給定和電流反饋電路，過流保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路，以及相應(yīng)的輔助電路等構(gòu) 成。其中，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路包括:M0S管隔離驅(qū)動(dòng)電路和IGBT管隔離驅(qū)動(dòng)電路。請(qǐng)參看圖3，主控制板電路原理結(jié)構(gòu)具體為
1，從變壓器T3次級(jí)雙17V繞組通過插座A8引進(jìn)主控制板，通過整流二極管D18，D19， D20，D21整流后C27，C28濾波，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成電路U4 (LM7815)，U5 (LM7915)和 U6 (LM7805)穩(wěn)壓。分別輸出+15V，-15V，+5V直流電壓，這組電壓為主控制板電流反饋和 PWM調(diào)制等電路以及數(shù)字電流表供電。2，電阻R49，R50和C32組成焊割電流顯示電路。3，由集成電路U2D，電流調(diào)節(jié)電位器RT2，RT3，以及電位器RT1，電阻R46和電阻 R47組成電流給定電路，C21和R36組成電流反饋電路。集成電路U2C和電阻R35，R34穩(wěn)壓 二極管D16，電容C20等組成誤差放大器，二極管D12和電阻R33，R32電容C18等組成誤差 信號(hào)鉗位、衰減和濾波電路。4，集成電路Ul，U2A和U2B組成了欠壓保護(hù)和電流型PWM電路，其中，集成電路 U2A及其周圍元件組成欠壓保護(hù)電路，集成電路U2B及其周圍電路組成斜波補(bǔ)償電路，快恢 復(fù)二極管D2，D3，D7，D8和采樣電阻R9以及高頻濾波電容Cll等組成逆變電路一次側(cè)中頻 交流電流波形采樣、整流、高頻濾波電路。5，IGBT管隔離驅(qū)動(dòng)電路包括IGBT管隔離電路和IGBT管驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖上升沿下 降沿整形處理電路。M0SFET管M1，M2，M3，M4和其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電阻R13，R21，R14，R15，脈沖 變壓器Tl組成IGBT管隔離電路，由快恢復(fù)二極管D4，D5，D6，Dll ；電容C4，C5，C13，C14 ； 電阻RIO, Rl 1，R17，R18，R19，R23，R24，R26等組成IGBT管驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖上升沿下降沿整 形處理電路。該四路脈沖沒經(jīng)過延時(shí)，隔離放大后驅(qū)動(dòng)IGBT管。6，MOS管隔離驅(qū)動(dòng)電路包括M0S管隔離電路和MOS管驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖上升沿下降 沿整形處理電路。MOSFET管M5，M6，M7，M8和其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電阻R38，R39，R40, R41，脈沖變壓器T2組成MOS管隔離電路，由快恢復(fù)二極管D10，D15，D17，D22 ；電容C15，C24，C25，C26 ； 電阻R22，R25，R42，R45，R43，R44，R48，R51等組成MOS管驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖上升沿下降沿整形 處理電路。該四路脈沖是經(jīng)過延時(shí)處理過的，隔離放大后驅(qū)動(dòng)MOS管。經(jīng)過延時(shí)處理過的和沒經(jīng)過延時(shí)處理的脈沖分別驅(qū)動(dòng)MOS管和IGBT管。使得MOS 管總是比相應(yīng)的IGBT管提前開通，延時(shí)關(guān)斷。其中提前開通tl是由MOS自身的開通速度 比IGBT管快的特性自動(dòng)產(chǎn)生的，延時(shí)關(guān)斷是由下面所述延時(shí)電路產(chǎn)生的。7，由集成電路 U3C，U3D，U3E，U3F ；電阻 R20，R37 ；電容 C12，C22 和二極管 D9，D14 組成脈沖延時(shí)關(guān)斷電路。R37和R20等值；C22和C12等值。電容和電阻的乘積決定了脈沖 延時(shí)的時(shí)間t2，這個(gè)時(shí)間一般略大于IGBT管的下降時(shí)間和拖尾時(shí)間之和。本發(fā)明的工作流程具體包括
一，電流給定和反饋以及PWM調(diào)制和輸出的流程
由RT2和RT3給出的焊割電流給定信號(hào)一路經(jīng)過集成電路U2D反相放大后，變成負(fù)的 電流給定電壓信號(hào)；另一路通過電阻R49，R50分壓，電容C32濾波后送到數(shù)字顯示表DGMl 上，作為焊割電流的顯示。電流給定電壓信號(hào)通過R46和RT1，電流反饋電壓信號(hào)通過R36 在誤差比較點(diǎn)B點(diǎn)進(jìn)行比較，其結(jié)果通過集成電路U2C等組成的PI調(diào)節(jié)器處理后通過R34， R33送到Ul的5腳。由電流互感器T4采樣的一次側(cè)逆變電流信號(hào)經(jīng)過快恢復(fù)二極管D2，D3，D7，D8整 流，經(jīng)采樣電阻R9以及高頻濾波電容Cll后得到，反應(yīng)一次測(cè)電流大小的直流脈沖電壓信 號(hào)，此信號(hào)一路由R8送至Ul的16腳，構(gòu)成過流保護(hù)電路。當(dāng)一次側(cè)逆變電流異常增大Ul 的16腳會(huì)得到一個(gè)較高電壓，Ul內(nèi)部立即封鎖脈沖信號(hào)，使電源停止輸出。另一路經(jīng)過二 極管D13隔離，電容C21濾波后，經(jīng)電阻R36送到誤差比較點(diǎn)B點(diǎn)。還有一路經(jīng)R30送到Ul 的4腳，同時(shí)U2B將Ul的8腳的鋸齒波信號(hào)射隨后通過R12，R27，C16，C17組成的阻容網(wǎng) 絡(luò)后，也送到Ul的4腳，用來為一次測(cè)電流的直流脈沖電壓信號(hào)作斜波補(bǔ)償。兩信號(hào)合成 后與Ul的5腳送來的誤差信號(hào)在Ul內(nèi)部進(jìn)行比較，得到PWM信號(hào)，通過死區(qū)形成，分頻鎖 相后從Ul的14腳和11腳輸出相位相差180°，且具有一定死區(qū)時(shí)間的PWM信號(hào)。二，IGBT管相對(duì)MOS管的延時(shí)開通和提前關(guān)斷的流程
IGBT管相對(duì)MOS管的延時(shí)開通和提前關(guān)斷邏輯的實(shí)現(xiàn)，是保證本逆變焊割電源的逆 變電路能在脈沖開通和關(guān)斷時(shí)刻的開關(guān)器件由MOS管擔(dān)當(dāng)，而脈沖導(dǎo)通期間的開關(guān)器件由 IGBT管擔(dān)當(dāng)?shù)某浞趾捅匾獥l件。由集成電路Ul的14腳和11腳輸出的PWM脈沖分別在E點(diǎn)和F點(diǎn)分成兩路，一路 直接由MOS管Ml，M2，M3，M4脈沖變壓器Tl以及其他元件放大、隔離、整形后分別送去驅(qū)動(dòng) 四只IGBT管，而另一路則分別經(jīng)過由二極管D9，電阻R20，電容C12，集成電路U3D，U3E和 經(jīng)過由二極管D14，電阻R37，電容C22，集成電路U3F，U3C延時(shí)處理后由MOS管M5，M6，M7， M8脈沖變壓器T2以及其他元件放大、隔離、整形后分別送去驅(qū)動(dòng)四只MOS管。 三，焊割電源超溫保護(hù)電路的流程
插座Al外連接一只常開溫度繼電器TS1。當(dāng)溫度正常時(shí)，溫度繼電器TSl是斷開的A 點(diǎn)電位不受影響，可正常焊割；當(dāng)溫度超高時(shí)，溫度繼電器TSl閉合，A點(diǎn)被接地，電位變?yōu)?零焊割電源停止輸出，從而起到過熱保護(hù)的效果。溫度繼電器TSl安放MOS管和IGBT管所 在的散熱器最熱處的表面上。
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以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，其特征在于，包括按電流流向而順序連接的輸入EMC電路、一次側(cè)整流濾波電路、混合器件逆變電路、隔離變壓器、二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路；所述電流在主控制板電路處進(jìn)入混合器件逆變電路；所述混合器件逆變電路由四只MOS管和四只IGBT管橋接而成，并將四只MOS管和四只IGBT管分別分為兩組MOS管和兩組IGBT管；所述主控制板電路向所述混合器件逆變電路的MOS管和IGBT管分別有序的輸出四組八路PWM信號(hào)，讓同一組的MOS管和/或IGBT管同時(shí)導(dǎo)通，而讓另一組的MOS管和/或IGBT管在與前一組MOS管和/或IGBT管之間的具有相位差時(shí)導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，其特征在于，所 述主控制板電路由PWM脈寬調(diào)制電路，脈沖延時(shí)關(guān)斷電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路，電流給定和電流 反饋電路，過流保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路，以及輔助電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，其特征在于，所 述隔離驅(qū)動(dòng)電路包括M0S管隔離驅(qū)動(dòng)電路和IGBT管隔離驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，其特征在于，所 述MOS管隔離驅(qū)動(dòng)電路包括M0S管隔離電路和MOS管驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖上升沿下降沿整形處 理電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，其特征在于，所 述IGBT管隔離驅(qū)動(dòng)電路包括IGBT管隔離電路和IGBT管驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖上升沿下降沿整形 處理電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源，其特征在 于，所述相位差為180°。全文摘要
本發(fā)明涉及焊割電源產(chǎn)品領(lǐng)域，具體涉及一種MOS管和IGBT管混合橋路逆變式焊割電源。本發(fā)明主要包括按電流流向而順序連接的輸入EMC電路、一次側(cè)整流濾波電路、混合器件逆變電路、隔離變壓器、二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路；所述電流在主控制板電路處進(jìn)入混合器件逆變電路；所述混合器件逆變電路由四只MOS管和四只IGBT管橋接而成。由于本發(fā)明采用MOS管和IGBT管組成混合橋路。讓兩種電力開關(guān)器件按一定規(guī)律組合，并且按一定規(guī)律開通和關(guān)斷。使得本發(fā)明具有逆變頻率較高，而且電力開關(guān)器件發(fā)熱較小，比傳統(tǒng)的焊割電源都更加節(jié)能、節(jié)材、高效。
文檔編號(hào)H02H5/04GK101924472SQ20101028907
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者吳月濤, 楊振文 申請(qǐng)人:深圳市華意隆實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司