CN101579776B - 便携式igbt逆变电弧焊机 - Google Patents

Abstract

一种可靠性高、体积小、成本低的便携式IGBT逆变电弧焊机，其包括主电路及与其连接的控制电路和辅助电源电路，主电路顺序依次包括输入整流滤波电路，逆变电路，高频主变压器，二次输出整流电路；控制电路包括PWM调节电路、IGBT驱动电路、电流反馈电路、电流给定电路；特点是该逆变电路采用全桥硬开关结构，其中绝缘门极双极晶体管IGBT G1、G3和G2、G4构成顺序导通的桥臂，它们交替导通将直流变成高频方波交流，通过高频主变压器后整流输出低压直流，IGBT两端所并联的电阻电容为尖峰电压吸收网络；该高频主变压器使用微晶合金铁心，初、次极线圈之间设有耐高压、耐高温绝缘层；PWM调节电路采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片。

Description

便携式IGBT逆变电弧焊机

技术领域

本发明涉及一种逆变电弧焊机，尤其是一种便携式IGBT逆变电弧焊机。

背景技术

现有的小型弧焊机一般是采用功率场效应管(以下简称场管)作为主开关器件的，因此该逆变式弧焊机存在以下几点不足。其一是受单个场管无法产生很大电流所限，该焊机需用多个场管并联，从而增加了焊机出现故障的可能性。其二是由于逆变频率较高，使得场管和快恢复二极管发热较高，且受主变压器结构所限其热量无法快速散出，虽逆变频率较高，但同等电流同等暂载率的焊机，散热器和风机要很大，从而难以实现体积小型化。其三是由于场管较多，散热器和风机体积都较大等原因，在同等参数下其成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠性高、体积小、成本低的便携式IGBT逆变电弧焊机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种便携式IGBT逆变电弧焊机，该便携式IGBT逆变电弧焊机包括，

主电路及与其连接的控制电路和辅助电源电路，

主电路顺序依次包括输入整流滤波电路，逆变电路，高频主变压器，二次输出整流电路，主电路将50Hz市电通过整流成为直流，再通过逆变成为高频交流，再二次整流成为直流供焊接所用，

控制电路包括PWM调节电路、IGBT驱动电路、电流反馈电路、电流给定电路，用户设定的焊接电流值即电流给定，电流给定与分流器采样得到的电流反馈信号一起进入电流调节器进行比较得到误差电压，误差电压控制PWM调节电路产生一定宽度的脉冲信号，该脉冲通过IGBT驱动电路来驱动主电路的绝缘门极双极晶体管IGBT，再通过主电路获得焊接电流，其特征在于，

该逆变电路采用全桥硬开关结构，其中绝缘门极双极晶体管IGBT G1、G3和G2、G4构成顺序导通的桥臂，它们交替导通将直流变成高频方波交流，通过高频主变压器后整流输出低压直流，IGBT两端所并联的电阻电容为尖峰电压吸收网络，

该高频主变压器在电路中起到功率传递和电气隔离的作用，该高频主变压器使用微晶合金铁心，初、次极线圈之间设有耐高压、耐高温绝缘层，

PWM调节电路采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2。

作为优选，所述PWM调节芯片即双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2，其型号为KA3846，该KA3846采用峰值电流控制方式，实现逐个脉冲控制。

作为优选，IGBT驱动电路是逆变电路中的绝缘门极双极晶体管IGBT与控制电路之间的接口，以实现对PWM信号的隔离、放大和保护。

本发明由于逆变电路采用了常用的全桥硬开关结构，由绝缘门极双极晶体管IGBT G1、G3和G2、G4构成顺序导通的桥臂，IGBT作为第三代功率器件，综合了场效应管和大功率三极管GTR的优点，具有单个容量大、开关损耗小、耐压高、热稳定性好、驱动容易等优点，得益于IGBT的优点本发明不需多管并联，进而提高了焊机的可靠性，又由于发热量低无需很大的散热器和风机，大大缩小了整机的体积。由于本发明的高频主变压器使用微晶合金铁心，初次极采用耐高压、耐高温的绝缘材料，具有功率密度大、散热容易、易于安装等优点，由于直流变交流为即时逆变，在这个过程中交流的频率很高，一般有几十千赫兹，由于频率很高使得主变压器的匝数很少铁心也很小，进而使焊机体积小、重量轻，同时变压器的损耗也很小能够提高整机效率。本发明由于双端输出的电流控制型脉宽调制器芯片KA3846采用的是峰值电流模式控制法，该电流型控制方式的优点，一是逐个脉冲控制，动态响应快、输出精度高、稳定性好；二是具有瞬态的保护能力，可以有效防止IGBT过流；三是能防止高频主变压器偏磁的发生，如果严重偏磁会使IGBT甚至主变压器损坏。本发明正是由于采用了KA3846，整机的工作可靠性才得以提高。综上所述，本发明工作可靠、体积小巧、成本较低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的整机电路原理图，包括主电路及其相关电路方框；

图2是图1中所示主电路的电路图；

图3是图1中所示控制电路中的PWM调节原理图；

图4是图1中所示控制电路中的IGBT驱动电路原理图；

图5是图1中所示控制电路中电流反馈及电流给定电路原理图；

图6是图1中所示辅助电源电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明便携式IGBT逆变电弧焊机包括主电路及与其连接的控制电路和辅助电源电路，在图1中，主电路是指控制电路、驱动模块和辅助电源电路方框以外的电路，驱动模块即IGBT驱动电路。

如图2所示，主电路顺序依次包括输入整流滤波电路，逆变电路，高频主变压器，二次输出整流电路。主电路是焊机中最基本、最重要的部分，其主要功能是将市电交流电变换成焊接所用直流。主电路是实现逆变的主体，逆变过程是将50Hz市电通过整流成为直流，再通过逆变成为高频交流，二次整流成为直流，其中直流变交流为即时逆变，在这个过程中交流的频率很高，一般有几十千赫兹，由于频率很高使得主变压器的匝数很少铁心也很小，进而使焊机体积小、重量轻，同时变压器的损耗也很小能够提高整机效率。

如图2所示，输入整流滤波电路包括电源开关、整流桥、合闸浪涌限制电路、滤波电路连接构成。其主要作用是为逆变电路提供较平稳的直流电压。

如图2所示，逆变电路采用常用的全桥硬开关结构。IGBT G1、G3和G2、G4构成顺序导通的桥臂，它们交替导通将直流变成高频方波交流，通过高频主变压器后整流输出低压直流。IGBT两端所并联的电阻电容为尖峰电压吸收网络，其作用是把开关管关断时因主变压器漏感引起的尖峰电压吸收掉，可以防止IGBT过压损坏。本发明所采用的主开关器件为IGBT，绝缘门极双极晶体管IGBT作为第三代功率器件，综合了场效应管和大功率三极管GTR的优点，具有单个容量大、开关损耗小发热量低、耐压高、热稳定性好、驱动容易等优点。得益于它的优点本发明不需多管并联，进而提高了焊机的可靠性，又由于发热量低无需很大的散热器和风机，大大缩小了整机的体积。

如图2所示，高频主变压器在电路中起到功率传递和电气隔离的作用。在焊机中其传递功率大发热高，又要有很高的绝缘性，是至关重要且成本比重很高的部件。本发明的高频主变压器使用微晶合金铁心，初次极采用耐高压、耐高温的绝缘材料，具有功率密度大、散热容易、易于安装等优点。

如图2所示，二次输出整流电路是将低压的高频交流电整流为直流，之后便可用于焊接了。由于交流频率很高使用了快恢复二极管。

控制电路，其实现对焊接过程的控制，所述的控制电路包括PWM调节、IGBT驱动电路、电流反馈电路、电流给定电路。电流给定是用户设定的焊接电流值，它与分流器采样得到的电流反馈信号一起进入电流调节器进行比较得到误差电压，误差电压控制PWM调节电路产生一定宽度的脉冲信号，该脉冲通过IGBT驱动电路驱动主电路的IGBT，再通过主电路获得焊接电流。本发明控制电路按所含内容分述如下：

如图3所示，PWM调节电路采用了PWM调节芯片U2，其型号为KA3846。这是一种双端输出的电流控制型脉宽调制器芯片。KA3846采用的是峰值电流模式控制法，电流型控制方式有以下优点：一是逐个脉冲控制，动态响应快、输出精度高、稳定性好。二是具有瞬态的保护能力，可以有效防止IGBT过流。三是能防止高频主变压器偏磁的发生。如果严重偏磁会使IGBT甚至主变压器损坏。本发明正是由于采用了KA3846，整机的工作可靠性得以提高。

如图4所示，IGBT驱动电路是IGBT与控制电路之间的接口(参阅图1驱动模块即IGBT驱动电路)，实现对PWM信号的隔离、放大和保护，驱动电路对IGBT的正常工作起着非常重要的作用。本发明使用的是驱动变压器T1，它可有效地防止IGBT直通损坏，且价格便宜，进而提高了可靠性，降低了成本。

如图5所示，电流反馈、电流给定电路，本发明是手工焊机，外特性属恒流需反馈电流量，此焊机的电流取样器件是分流器，它成本低响应速度快。

如图6所示，辅助电源电路，其提供控制电路所需的低压直流电源。本发明的辅助电源采用的是单端反激开关电源。

Claims (3)

1.一种便携式IGBT逆变弧焊机，该便携式IGBT逆变弧焊机包括，

主电路及与其连接的控制电路和辅助电源电路，

主电路顺序依次包括输入整流滤波电路，逆变电路，高频主变压器，二次输出整流电路，主电路将50Hz市电通过整流成为直流，再通过逆变成为高频交流，再二次整流成为直流供焊接所用，

控制电路包括PWM调节电路、IGBT驱动电路、电流反馈电路、电流给定电路，用户设定的焊接电流值即电流给定，电流给定与分流器采样得到的电流反馈信号一起进入电流调节器进行比较得到误差电压，误差电压控制PWM调节电路产生一定宽度的脉冲信号，该脉冲通过IGBT驱动电路来驱动主电路的绝缘门极双极晶体管IGBT，再通过主电路获得焊接电流，其特征在于，

该逆变电路采用全桥硬开关结构，其中绝缘门极双极晶体管IGBT G1、G3和G2、G4构成顺序导通的桥臂，它们交替导通将直流变成高频方波交流，通过高频主变压器后整流输出低压直流，IGBT两端所并联的电阻电容为尖峰电压吸收网络，

该高频主变压器在电路中起到功率传递和电气隔离的作用，该高频主变压器使用微晶合金铁心，初、次极线圈之间设有耐高压、耐高温绝缘层，

PWM调节电路采用双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2。

2.如权利要求1所述的便携式IGBT逆变弧焊机，其特征在于，PWM调节芯片即双端输出电流控制型脉宽调制器芯片U2，其型号为KA3846，该KA3846采用峰值电流控制方式，实现逐个脉冲控制。

3.如权利要求1所述的便携式IGBT逆变弧焊机，其特征在于，IGBT驱动电路是逆变电路中的绝缘门极双极晶体管IGBT与控制电路之间的接口，以实现对PWM信号的隔离、放大和保护。 

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