專利名稱：一種半橋軟開關(guān)逆變式焊割機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是逆變電焊機領(lǐng)域，尤其是一種具有半橋軟開關(guān)結(jié)構(gòu)的逆變式焊割 機。
背景技術(shù)：
目前的逆變式焊割機，一般都采用硬開關(guān)的逆變方式，逆變器的開關(guān)器件工作在 硬開通和硬關(guān)斷的狀態(tài)下，這種方式的焊割電源有著以下的缺點
逆變器的開關(guān)器件電壓電流應(yīng)力很大，很容易失效和被損壞。開通和關(guān)斷時在逆變器的開關(guān)器件上有很大的電壓、電流重疊時間，使得開通和 關(guān)斷時產(chǎn)生很大的功率損耗，開關(guān)器件發(fā)熱嚴(yán)重，極易因過熱而損壞。為滿足基本的可靠 性，在散熱裝置上需要很大的花費。逆變器的開關(guān)器件在開通和關(guān)斷時有很高的電壓變化率和電流變化率，這樣會產(chǎn) 生很強的電磁干擾，使得EMC措施變得很難實施。要摒除硬開關(guān)逆變焊割機的這些缺點，必須采用軟開關(guān)逆變器，業(yè)內(nèi)也有采用移 相全橋的軟開關(guān)逆變電源技術(shù)的逆變式焊割機；如中國發(fā)明專利公開號“CN 101618472” 名稱為“一種軟開關(guān)逆變電焊機”的專利公開了一種包含軟開關(guān)的逆變電焊機、包括一次 整流單元、逆變單元、二次整流及輸出檢測單元、控制單元和驅(qū)動信號隔離放大單元；在所 述控制單元中包含驅(qū)動時序信號發(fā)生電路；輸出設(shè)定和二次整流及輸出檢測單元的輸出反 饋共同輸入到所述控制單元，所述控制單元中的驅(qū)動時序信號發(fā)生電路產(chǎn)生驅(qū)動時序信號 輸入到驅(qū)動信號隔離放大單元，驅(qū)動信號隔離放大單元的輸出信號輸入到所述逆變單元的 電子開關(guān)器件控制端；其中逆變單元包括濾波電容C5，放電電阻R5，電子開關(guān)器件Q1、 Q2、Q3、Q4，諧振電容C6，逆變變壓器Tl初級繞組，其中濾波電容C5與一次整流單元的輸出 相連，放電電阻R5并聯(lián)在濾波電容C5兩端，電子開關(guān)器件Ql、Q2、Q3、Q4組成逆變?nèi)珮虿?聯(lián)在濾波電容C5兩端，其中電子開關(guān)器件Ql和Q2構(gòu)成一個逆變橋臂作為滯后臂，電子開 關(guān)器件Q3和Q4構(gòu)成一個逆變橋臂作為超前臂，諧振電容C6和逆變變壓器Tl的初級繞組 串聯(lián)連接，諧振電容C6和逆變變壓器Tl的初級繞組的其余兩端分別連接到所述超前臂和 滯后臂的公共連接點；其特征在于，所述驅(qū)動時序信號發(fā)生電路包括有誤差信號運算電路 和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD ；誤差信號運算電路的輸入與輸出反饋信號和輸出設(shè)定信號 相連，誤差信號運算電路的輸出與CPLD的輸入相連；誤差信號運算電路將所述輸出反饋信 號和輸出設(shè)定信號進行比較，計算出差異后，將和差異相對應(yīng)的信號送入CPLD，在CPLD內(nèi) 部根據(jù)前述輸入信號運算，直接輸出有限雙極性控制時序的驅(qū)動時序信號作為所述逆變單 元中電子開關(guān)器件Ql、Q2、Q3、Q4開通和關(guān)斷的控制信號。該種移相全橋的軟開關(guān)結(jié)構(gòu)能基本摒除上述3個缺點，但是卻會產(chǎn)生以下的不 足
1.移相全橋的軟開關(guān)逆變電路很難在空載、輕載和短路情況下滿足軟開關(guān)的條件。有固有的環(huán)流需要抑制，為此PWM電路會損失占空比，為滿足輸出電壓的要求，往往提高逆變變壓器的變比，這樣就加重了逆變開關(guān)器件的電流應(yīng)力。需要四組載流能力和耐壓都相同的電力開關(guān)半導(dǎo)體器件，器件成本相對較高。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié) 構(gòu)簡單、實施成本較低、開關(guān)電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力都大為減小的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，
為達到以上目的本發(fā)明的技術(shù)方案
一種半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波電路、 一次側(cè)整流濾波電路、半橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路以及主 控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和半橋軟開關(guān)逆變電路連接；
其中，所述半橋軟開關(guān)逆變電路包括順向串接的第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān) 器件組成的主逆變電路半橋，反向串接組成輔助開關(guān)電路的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力 開關(guān)器件，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨 串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間 的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容吸收電 路。采用該種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了主開關(guān)第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的軟開關(guān)功 能，達到了減小主開關(guān)電壓電流應(yīng)力，減小了引起電磁干擾的開關(guān)時的電壓電流變化率，減 小了主開關(guān)器件因開關(guān)損耗帶來的發(fā)熱熱量。同時，用于協(xié)同創(chuàng)造軟開關(guān)條件的輔助開關(guān) 更是工作在零電壓、零電流開通和零電壓、零電流關(guān)斷狀態(tài)。因此，兩組輔助開關(guān)只承受很 小的開關(guān)電壓、電流應(yīng)力，引起電磁干擾和因開關(guān)損耗帶來的發(fā)熱熱量都很小。進一步的，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收 電容，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容。進一步的，所述的半橋軟開關(guān)逆變電路還包括串接的第一、第二直流母線諧振電 容，第一飽和電感，與第一阻容吸收電路并聯(lián)的第一橋臂電容，與第二阻容吸收電路并聯(lián)的 第二橋臂電容，該第一橋臂電容與第二橋臂電容串接構(gòu)成橋臂電容支路，所述輔助開關(guān)電 路的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件反向串接后一端接到第一、第二絕緣柵場效應(yīng) 電力開關(guān)器件串接組成的主逆變電路半橋橋臂的中點，另一端則接到串接的第一、第二直 流母線諧振電容的中點，第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件和第一、第二直流母線諧振 電容以及第一飽和電感組成軟開關(guān)輔助諧振電路。采用上述結(jié)構(gòu)以保證主開關(guān)零電流導(dǎo)通，零電壓關(guān)斷。以至于主開關(guān)第一、第二絕 緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的每次導(dǎo)通，。本發(fā)明采用半橋軟開關(guān)逆變電路包括順向串接第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力 開關(guān)器件，反向串接組成輔助開關(guān)電路的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件，與所述第 一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨串接的第一、第二、第 三、第四驅(qū)動電阻，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一阻容吸收電路， 該第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，連接在第二絕緣 柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容吸收電路，該第二阻容吸收電路包括串接的第 二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實施成本低，實現(xiàn)了開關(guān)電壓應(yīng)力
5和電流應(yīng)力都大為減小的目的。
圖1.本發(fā)明所述半橋軟開關(guān)逆變式焊割機的實施例中的電路原理方框圖； 圖2.本發(fā)明所述半橋軟開關(guān)逆變式焊割機的實施例中的主回路的電路原理圖； 圖3.本發(fā)明所述半橋軟開關(guān)逆變式焊割機的實施例中的主控板的電路原理圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行本實施例中詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。請參閱圖1至圖2，本發(fā)明半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，包括輸入濾波電路1、一次 側(cè)整流濾波電路2、半橋軟開關(guān)逆變電路3、隔離變壓電路4和二次側(cè)整流濾波電路5以及 主控制板電路6，主控制板電路6既和二次整流濾波電路5連通又和半橋軟開關(guān)逆變電路3 連接；
其中，所述半橋軟開關(guān)逆變電路3包括順向串接的第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān) 器件Ql、Q2組成的主逆變電路半橋，反向串接組成輔助開關(guān)電路的第三、第四絕緣柵場效 應(yīng)電力開關(guān)器件Q01、Q02，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 Q1、Q2、Q01、Q02的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻R48、R49、R54、 R55，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Ql兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第 二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q2兩極之間的第二阻容吸收電路。采用該種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了主開關(guān)第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Ql、Q2的軟開 關(guān)功能，達到了減小主開關(guān)電壓電流應(yīng)力，減小了引起電磁干擾的開關(guān)時的電壓電流變化 率，減小了主開關(guān)器件因開關(guān)損耗帶來的發(fā)熱熱量。同時，用于協(xié)同創(chuàng)造軟開關(guān)條件的輔助 開關(guān)更是工作在零電壓、零電流開通和零電壓、零電流關(guān)斷狀態(tài)。因此，兩組輔助開關(guān)只承 受很小的開關(guān)電壓、電流應(yīng)力，引起電磁干擾和因開關(guān)損耗帶來的發(fā)熱熱量都很小。進一步的，(對于MOSFET器件為D和S極，對于IGBT器件為C和E極，對于MCT器 件為A和K極)所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻R50和第一阻容吸收 電容C38，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻R51和第二阻容吸收電容 C39。進一步的，所述的半橋軟開關(guān)逆變電路3還包括串接的第一、第二直流母線諧振 電容C36、C37，第一飽和電感L2，與第一阻容吸收電路并聯(lián)的第一橋臂電容C40，與第二阻 容吸收電路并聯(lián)的第二橋臂電容C41，該第一橋臂電容C40與第二橋臂電容C41串接構(gòu)成橋 臂電容支路，所述輔助開關(guān)電路的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件QOl和Q02反向串 接后一端接到第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Ql、Q2串接組成的主逆變電路半橋橋 臂的中點，另一端則接到串接的第一、第二直流母線諧振電容C36和C37的中點，第三、第四 絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q01、Q02和第一、第二直流母線諧振電容C36、C37以及第一飽 和電感L2組成軟開關(guān)輔助諧振電路。采用上述結(jié)構(gòu)以保證主開關(guān)Q1、Q2零電流導(dǎo)通，零電壓關(guān)斷。電容C40和電容C41
6是橋臂電容，其容量足夠大，以至于主開關(guān)第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q1、Q2的 每次導(dǎo)通，C點的電位基本保持為直流母線電壓的二分之一。電感L3為無功功率電感，其作用是在焊割電源空載時保證電路還能滿足軟開關(guān) 條件；從插座Al輸出的相位相差180度的非調(diào)制(定寬)驅(qū)動脈沖信號送到第三、第四絕緣 柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件QOl和Q02上；從插座A2輸出的相位相差180度的PWM (調(diào)寬)驅(qū) 動脈沖信號送到第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Ql和Q2上。進一步的，所述輸入濾波電路1由電源開關(guān)Si，與該電源開關(guān)Sl連接的共模濾波 電感Li，分別連接在該共模濾波電感Ll兩端的第一、第二差模濾波電容C27和C28，分別連 接在第一差模濾波電容C27兩端的第一、第二共模濾波電容C29、C30和分別連接在第二差 模濾波電容C28兩端的第三、第四共模濾波電容C31、C32。電網(wǎng)干擾信號通過上述濾波器的濾除，使得本焊割機免受外界電磁干擾，提高穩(wěn) 定性；同樣，本焊割機產(chǎn)生的干擾信號會也會被上述濾波器濾除，使得本焊割不會對外界產(chǎn) 生電磁干擾，提高其他設(shè)備的穩(wěn)定性。本具體實施方式
中，所述的一次側(cè)整流濾波電路2包括與所述共模濾波第一電 感Ll連接的整流橋BR1，和與該整流橋BRl并聯(lián)的第一、第二濾波電容C34、C35。送入機內(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C34、 C35濾波后送半橋軟開關(guān)逆變電路3。本具體實施方式
中，所述的隔離變壓電路4包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組 的第一中頻變壓器T5，一次側(cè)電流互感器T4，
所述中頻變壓器T5 —次側(cè)繞組的一端經(jīng)過所述第一飽和電感L2連接接橋臂電容支路 的中點C，另一端穿過一次側(cè)電流互感器T4后連接主逆變電路半橋橋臂中點B ；
所述中頻變壓器T5 二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和 二次繞組間絕緣。本具體實施方式
中，所述的二次側(cè)整流濾波電路5包括與所述中頻變壓器T5 二 次側(cè)繞組連接的第一、第二快恢復(fù)整流二極管D15、D16，與該第一、第二快恢復(fù)整流二極管 D15、D16連接的濾波電感L4，串接在第一快恢復(fù)整流二極管D15兩端的第三阻容吸收電阻 R52和第三阻容吸收電容C42，以及串接在第二恢復(fù)整流二極管D16兩端的第四阻容吸收電 阻R53和第四阻容吸收電容C43。本具體實施方式
中，所述主控制電路6包括按照電流流向方向而順序連接的電 流反饋、PWM脈寬調(diào)制電路、定寬互補脈沖信號電路和隔離驅(qū)動電路。參見圖2，絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件主開關(guān)Ql和Q2順向串接成半橋結(jié)構(gòu)，而絕 緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件輔助開關(guān)QOl和Q02反向串接后一頭接Ql和Q2串接的中點，另 一頭接到串聯(lián)電容C36和C37的中點。輔助開關(guān)QOl和Q02由插座Al引入主控制板送來 的相位相差1800脈沖寬度非調(diào)制(固定脈寬)的驅(qū)動信號驅(qū)動，而主開關(guān)Ql和Q2則由插 座A2引入主控制板送來的相位相差1800脈沖寬度被調(diào)制的驅(qū)動信號(PWM信號)驅(qū)動。使得主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)QOl同時被驅(qū)動開通，之后Ql受PWM控制關(guān)斷，而QOl 則固定脈寬滯后關(guān)斷；然后主開關(guān)Q2和輔助開關(guān)Q02同時被驅(qū)動開通，之后Q2受PWM控制 關(guān)斷，而Q02則固定脈寬滯后關(guān)斷。如此反復(fù)開通和關(guān)斷，就形成了軟開關(guān)需要的開關(guān)順序 邏輯條件。T5為隔離變壓器，T4為一次側(cè)電流互感器，L2為包和電感，L4為二次側(cè)平波電
7感。電路工作原理如下述
上一個周期剛結(jié)束時，電容C36已放完電荷，端電壓為零；電容C37已充滿電荷，端電壓 為直流母線電壓U。本周期開始，首先，主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)QOl導(dǎo)通時，電流會沿著 “ + ” 一 "Ql" — “B” 一 "T4 一次側(cè)” 一"T5 一次側(cè)” 一“L2” 一 “C”。變壓器T5將電能傳送 到二次側(cè)，二次側(cè)整流二極管D16導(dǎo)通，電感L4儲能。主開關(guān)Ql開通時，由于飽和電感L2 的作用，流過飽和電感L2和主開關(guān)Ql的電流會從零開始線性上升，故主開關(guān)Ql屬于零電 流開通。主開關(guān)Ql開通后，B點電壓等同于直流母線“ + ”的電壓U (略去主開關(guān)Ql導(dǎo)通壓 降)，因此輔助開關(guān)QOl兩端沒有電壓，同樣也沒有電流流過，故輔助開關(guān)QOl屬于零電壓、 零電流開通。過后，主開關(guān)Ql會PWM關(guān)斷，由于二次側(cè)電感L4電流不能突變，使得二次側(cè) 整流二極管D16電流逐步分流到整流二極管D15上，最終，兩組整流二極管同時導(dǎo)通，中頻 變壓器T5 —次側(cè)和二次側(cè)均被短路。主開關(guān)Ql關(guān)斷后，飽和電感L2和中頻變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感中 電流不能突變，繼續(xù)沿著“A”一“Q01”一“Q02體內(nèi)二極管”一“B”一“T4 一次側(cè)”一“T5 — 次側(cè)” 一“L2” 一 “C”的路徑流動，電容C36被線性充電，電容C37被線性放電，A點和B點 電壓緩慢下降。主開關(guān)Ql兩端電壓由零開始線性上升，所以主開關(guān)Ql屬于零電壓關(guān)斷，隨著時間 的推移，電容C36被充上電壓值為U的母線電壓，電容C37放電到電壓值為零，此時飽和電 感L2和變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感的電流轉(zhuǎn)變路徑，沿著“_” 一 "Q2體內(nèi)二 極管” 一“B” 一 "T4 一次側(cè)” 一"T5 一次側(cè)” 一“L2” 一 “C”繼續(xù)流動，此時使輔助開關(guān)QOl 關(guān)斷，可見QOl屬于零電壓、零電流關(guān)斷。這個周期結(jié)束后，電容C37已放完電荷，端電壓為零；電容C36已充滿電荷，端電壓 為直流母線電壓U。接著下一個周期開始，主開關(guān)Q2和輔助開關(guān)Q02同時道通，電流會沿著 “C” 一 “L2” 一 "T5 一次側(cè)” 一"T4 一次側(cè)” 一“B” 一 “Q2” 一 “-”。變壓器T5將電能傳送 到二次側(cè)，二次側(cè)整流二極管D15導(dǎo)通，電感L4儲能。主開關(guān)Q2開通時，由于飽和電感L2的作用，流過飽和電感L2和主開關(guān)Q2的電流 會從零開始線性上升，故主開關(guān)Q2屬于零電流開通。主開關(guān)Q2開通后，B點電壓等同于直 流母線“_”的電壓(略去主開關(guān)Q2導(dǎo)通壓降)，因此輔助開關(guān)Q02兩端沒有電壓，同樣也沒 有電流流過，故輔助開關(guān)Q02屬于零電壓、零電流開通。過后，主開關(guān)Q2會PWM關(guān)斷，由于 二次側(cè)電感L4電流不能突變，使得二次側(cè)整流二極管D15電流逐步分流到整流二極管D16 上，最終，兩組整流二極管同時導(dǎo)通，中頻變壓器T5 —次側(cè)和二次側(cè)均被短路。主開關(guān)Q2關(guān)斷后，飽和電感L2和中頻變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感中 電流不能突變，繼續(xù)沿著“C” 一“L2” 一“T5 —次側(cè)”一“T4 一次側(cè)” 一“B” 一“Q02”-"QOl 體內(nèi)二極管”一“A”的路徑流動，電容C37被線性充電，電容C36被線性放電，A點和B點電壓 緩慢上升。主開關(guān)兩兩端電壓由零開始線性上升，所以主開關(guān)Q2屬于零電壓關(guān)斷，隨著時 間的推移，電容C37被充上電壓值為U的母線電壓，電容C36放電到電壓值為零，此時飽和 電感L2和變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感的電流轉(zhuǎn)變路徑，沿著“C”一“L2”一“T5一次側(cè)”一“T4 一次側(cè)”一“B” 一“Q1體內(nèi)二極管” 一“ + ”繼續(xù)流動，此時使輔助開關(guān)關(guān)斷，
可見Q02屬于零電壓零電流關(guān)斷。如此周而復(fù)始，就實現(xiàn)了半橋軟開關(guān)逆變功能?？梢钥闯觯瑑山M主開關(guān)工作于零 電流開通、零電壓關(guān)斷的狀態(tài)，實現(xiàn)了主開關(guān)的軟開關(guān)功能，達到了減小主開關(guān)電壓電流應(yīng) 力，減小了引起電磁干擾的開關(guān)時的電壓電流變化率，減小了主開關(guān)器件因開關(guān)損耗帶來 的發(fā)熱熱量。同時，用于協(xié)同創(chuàng)造軟開關(guān)條件的輔助開關(guān)更是工作在零電壓、零電流開通和 零電壓、零電流關(guān)斷狀態(tài)。因此，兩組輔助開關(guān)只承受很小的開關(guān)電壓、電流應(yīng)力，引起電磁 干擾和因開關(guān)損耗帶來的發(fā)熱熱量都很小。參見圖3，U1為一電流型PWM集成電路，其1腳為軟啟動端，外接分壓電阻R13、R26 和電容C14組成軟啟動定時電路；2腳為5. IV內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源；3腳和12腳接電源地；4 腳為一次側(cè)脈沖電流信號輸入端；5腳為誤差信號電壓輸入端，5腳6腳和7腳內(nèi)部為一運 放電路，5腳為該運放輸入同相端，6腳為該運放電路反相端，7腳為該運放輸出端，6腳7腳 相連，內(nèi)部運放接成了以5腳為輸入端的射極跟隨器；8腳外接電容C17為PWM定頻電容； 9腳外接電阻R31為PWM定頻電阻；10腳為同步信號輸出端；11腳和14腳為PWM脈沖信號 的兩個互補輸出端；13腳和15腳為電源供電端；16腳為脈沖關(guān)斷端。從11腳和14腳輸出 的相位相差1800的互補的PWM脈沖信號送到由MOSFET管M5、M6、M7、M8組成的功率放大 驅(qū)動電路后由隔離驅(qū)動變壓器T2隔離，分成兩組由二極管D5、D13電阻R22、R41、R42、R43 電容C22、C23整形后通過插座A2送至主開關(guān)Ql和Q2柵極。這組PWM信號的脈沖寬度是變化的，其脈沖寬度是根據(jù)焊割電流給定與實際焊割 輸出電流的誤差而不停調(diào)整變化的。從PWM集成電路Ul的8腳取出，通過集成電路U2B射極跟隨放大后的鋸齒波信號； 從PWM集成電路Ul的10腳取出的脈沖同步信號；11腳和14腳取出的PWM脈沖信號以及從 PI調(diào)節(jié)器送來的放大調(diào)節(jié)后的誤差信號一起送到由集成電路U3A、U3B、U4A、U4B、U5A、U5B、 U6和U7以及電阻Rl、R2、R3、R4、Rl 1、R12、R16電容Cl等組成的脈沖鎖相，分頻電路，其輸 出通過由MOSFET管M1、M2、M3、M4組成的功率放大驅(qū)動電路后由隔離驅(qū)動變壓器Tl隔離， 分成兩組由二極管Dl、D6電阻R9、RIO、R2UR23電容C2、C3整形后通過插座Al送至輔助 開關(guān)QOl和Q02柵極。這組相位相差1800驅(qū)動信號的脈沖寬度是固定的。脈沖鎖相、分頻電路中，U4A和U4B是帶R S觸發(fā)端的D型觸發(fā)器；U5A和U5B是四 輸入或門；TO和U7是同向放大器(這里采用時基電路NE555 )。這兩組驅(qū)動脈沖信號使得主開關(guān)Ql和輔助開關(guān)QOl同時導(dǎo)通，Ql PWM關(guān)斷，QOl 固定脈寬滯后關(guān)斷；主開關(guān)Q2和輔助開關(guān)Q02同時導(dǎo)通，Q2 PWM關(guān)斷，Q02固定脈寬滯后 關(guān)斷。這樣，就為實現(xiàn)半橋軟開關(guān)提供了合理的驅(qū)動脈沖信號。本發(fā)明的焊割電流給定和反饋，PWM調(diào)節(jié)和焊割電流顯示
由電位器RT2、RT3 (參見圖2)集成電路U2D以及電阻R36、R46，電位器RTl組成焊割 電流給定路。其中，電阻R36和R46等值，和集成電路U2D組成反向器，把正的給定信號電 壓變成負的，通過電位器RTl送到誤差比較點E點。同樣，分流器FLl (參見圖2)上采集的正的電流反饋信號經(jīng)電容C25高頻濾波后 通過電阻R45也送到誤差比較點E點。該誤差信號經(jīng)由集成電路U2C，電阻R33、R44電容 C19、C24和二極管D14、ZD1等組成的誤差放大器放大調(diào)節(jié)后送到集成電路Ul的5腳。
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另外，一次側(cè)的電流脈沖信號通過互感器T4 (參見圖2)采集后，由D9、D10、DlU D12整流，C24高頻濾波，最后在采樣電阻R34上取得幅度和一次側(cè)脈沖電流幅度成正比的 脈沖電壓信號，該信號一路經(jīng)電阻R19、R18和電容C7組成的阻容網(wǎng)絡(luò)后送到集成電路Ul 的16腳作過流關(guān)斷信號；另一路經(jīng)電阻R29、R27、R28、R30和電容C18組成的阻容網(wǎng)絡(luò)后 送到集成電路Ul的4腳，在4腳和鋸齒波補償信號合成后在集成電路Ul的內(nèi)部和集成電 路Ul的5腳送來的誤差信號比較，生成PWM脈沖，通過集成電路Ul內(nèi)部電路鎖相、分頻后 分別從其11腳和14腳輸出互補的PWM信號。集成電路Ul的8腳輸出的鋸齒波經(jīng)過集成 電路U2B射極跟隨放大后，經(jīng)過由電阻R24、R25和電容C13、C15組成的阻容網(wǎng)絡(luò)后作為補 償用鋸齒波信號。由電阻R39、R40和電容C26以及DGMl (參見圖2)組成焊割電流數(shù)字顯示電路。本發(fā)明的欠壓，過流和過熱保護功能的實現(xiàn)
由集成電路U2A及電阻R14、R15組成欠壓保護電路，當(dāng)電網(wǎng)電壓過低使得控制電路板 +15V。 電壓不足時，集成電路Ul會輸出高電位，通過二極管D2導(dǎo)向，電容C6濾除干擾后 通過電阻R17送至集成電路Ul的16腳，于是集成電路Ul關(guān)斷PWM輸出；同樣，該信號也送 到集成電路U5A的2腳和集成電路TOB的12腳，關(guān)斷輔助開關(guān)的驅(qū)動信號。當(dāng)一次側(cè)電流超過設(shè)定值，經(jīng)互感器T4檢出，整流二極管D9、D10、Dl 1、D12整流， 電容C21濾波后，在采樣電阻R21上取得過流信號，經(jīng)R19、R18分壓，C7濾波后送至集成電 路Ul的16腳，從而關(guān)斷PWM輸出。當(dāng)某種原因使得逆變器的電力開關(guān)器件溫度過高，則安裝在電力開關(guān)器件散熱器 上的溫度繼電器TSl (參見圖2)會斷開(正常時為常閉狀態(tài))，電位器RT3 (參見圖2)+5V 電壓端失去電壓，電流給定電壓為零，焊割機停止輸出電流，直到溫度降低為止。由整流二極管D3、D4、D7、D8濾波電容C8、C9、C10、C11、C12三端集成穩(wěn)壓電路U8、 U9、UlO等組成穩(wěn)壓電源電路，為整個主控制板和焊割電流數(shù)顯表供電，工頻交流變壓
器T3 (參見圖2)為整個控制板電路的供電變壓器。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波電路、一次側(cè)整流濾波電路、半橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和半橋軟開關(guān)逆變電路連接；其特征在于，所述半橋軟開關(guān)逆變電路包括順向串接的第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件組成的主逆變電路半橋，反向串接組成輔助開關(guān)電路的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容吸收電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述第一阻容吸收 電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，所述第二阻容吸收電路包括串接 的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述的半橋軟開關(guān) 逆變電路還包括串接的第一、第二直流母線諧振電容，第一飽和電感，與第一阻容吸收電路 并聯(lián)的第一橋臂電容，與第二阻容吸收電路并聯(lián)的第二橋臂電容，該第一橋臂電容與第二 橋臂電容串接構(gòu)成橋臂電容支路，所述輔助開關(guān)電路的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān) 器件和反向串接后一端接到第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件串接組成的主逆變電路 半橋橋臂的中點，另一端則接到串接的第一、第二直流母線諧振電容和的中點，第三、第四 絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件和第一、第二直流母線諧振電容以及第一飽和電感組成軟開關(guān) 輔助諧振電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述輸入濾波電路 由電源開關(guān)，與該電源開關(guān)連接的共模濾波電感，分別連接在該共模濾波電感兩端的第一、 第二差模濾波電容，分別連接在第一差模濾波電容兩端的第一、第二共模濾波電容和分別 連接在第二差模濾波電容兩端的第三、第四共模濾波電容。
5.如權(quán)利要求4所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述的一次側(cè)整流濾 波電路包括與所述共模濾波第一電感連接的整流橋，和與該整流橋并聯(lián)的第一、第二濾波 電容，送入機內(nèi)的交流電壓、電流通過整流橋整流成直流電壓、電流，經(jīng)過電容濾波后送半橋 軟開關(guān)逆變電路。
6.如權(quán)利要求5所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述的隔離變壓電路 包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的第一中頻變壓器，一次側(cè)電流互感器，所述中頻變壓器一次側(cè)繞組的一端經(jīng)過所述第一飽和電感連接接橋臂電容支路的中 點，另一端穿過一次側(cè)電流互感器后連接主逆變電路半橋橋臂中點；所述中頻變壓器二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和二次 繞組間絕緣。
7.如權(quán)利要求6所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述的二次側(cè)整流濾 波電路包括與所述中頻變壓器二次側(cè)繞組連接的第一、第二快恢復(fù)整流二極管，與該第 一、第二快恢復(fù)整流二極管連接的濾波電感，串接在第一快恢復(fù)整流二極管兩端的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，以及串接在第二恢復(fù)整流二極管兩端的第四阻容吸收電 阻和第四阻容吸收電容。
8.如權(quán)利要求7所述的半橋軟開關(guān)逆變式焊割機，其特征在于，所述主控制電路包括 按照電流流向方向而順序連接的電流反饋、PWM脈寬調(diào)制電路、定寬互補脈沖信號電路和 隔離驅(qū)動電路。
全文摘要
本發(fā)明一種半橋軟開關(guān)逆變式焊割機包括輸入濾波電路、一次側(cè)整流濾波電路、半橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路，半橋軟開關(guān)逆變電路包括第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件組成的主逆變電路半橋，反向串接的第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件，與第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，連接在第一、第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一、第二阻容吸收電路；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實施成本低，實現(xiàn)了開關(guān)電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力都大為減小的目的。
文檔編號H02M5/458GK101972880SQ20101053273
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者吳月濤, 楊振文 申請人:深圳市華意隆實業(yè)發(fā)展有限公司