CN101966618B - 一种无电抗器无分流器电流型pwm逆变式焊割电源 - Google Patents

Abstract

本发明一种无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源包括：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路以及主控制板电路，逆变电路包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，分别连接在第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一、第二、第三、第四、第五阻容吸收电路，该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。

Description

一种无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源

技术领域

本发明涉及的是逆变电焊机领域，尤其是一种具有无电抗器无分流器电路结构的电流型PWM逆变式焊割电源。

背景技术

焊割电源，是一种为焊接电弧或者切割电弧提供电压电流的电源装置。

目前的逆变式焊割电源可分为电压型PWM逆变电源和电流型PWM逆变电源两种，不管是电压型PWM逆变电源和电流型PWM逆变电源，其电流反馈均采用电源二次直流侧的直流电流作为焊接电流反馈信号，电流反馈型号的采样通常是使用分流器或使用霍尔电流传感器，而使用分流器采样的电路，还需要专门的毫伏信号放大电路对采集的电流信号先进行放大。这样，分流器和放大器组成的采样反馈电路，霍尔电流传感器采样反馈电路都不可避免增加了焊割电源的原材料或元器件成本。

而且，目前的电压型PWM逆变电源和电流型PWM逆变电源其输出端都安装有电抗器，因为焊割电源属于低电压大电流输出设备，所以其电抗器均有较大体积和较重的质量，非常不利于焊割电源的小型化和低成本化。

发明内容

针对以上问题，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单体积小、实施成本较低的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，

为达到以上目的本发明的技术方案： 

一种无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，包括按照电流流向方向而顺序连接的：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路以及主控制板电路，主控制板电路既和二次整流滤波电路连通又和逆变电路连接；

其中，所述逆变电路包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第四阻容吸收电路。

采用该种结构实现了无电抗器无分流器电路结构的电流型PWM逆变式焊割电源，使得该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。

进一步的，所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容，第三阻容吸收电路包括串接的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，所述第四阻容吸收电路包括串接的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

进一步的，所述输入滤波电路包括：电源开关，与该电源开关连接的共模滤波电感，分别连接在该共模滤波电感两端的第一、第二差模滤波电容，分别连接在第一差模滤波电容两端的第一、第二共模滤波电容和分别连接在第二差模滤波电容两端的第三、第四共模滤波电容。

进一步的，所述的一次侧整流滤波电路包括：与所述共模滤波电感连接的整流桥，和与该整流桥并联的第一、第二、第三滤波电容，以及与该整流桥并联的泄放电阻。

进一步的，所述的隔离变压电路包括：具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器，一次侧电流互感器，

所述中频变压器一次侧绕组的一端连接逆变桥的中点，另一端穿过一次侧电流互感器后连接逆变桥的另一个中点；

所述中频变压器二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次侧绕组间绝缘。

进一步的，所述的二次侧整流滤波电路包括：与所述中频变压器二次侧绕组连接的第一、第二快恢复整流二极管，串接在第一快恢复整流二极管两端的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，以及串接在第二快恢复整流二极管两端的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

进一步的，所述主控制板电路包括按照电流流向方向而顺序连接的：电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路。

本发明通过采用以下结构的逆变电路包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第四阻容吸收电路，使得该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。

附图说明

图1.本发明所述无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源的实施例中的电路原理方框图；

图2.本发明所述无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源的实施例中的主回路的电路原理图。

图3.本发明所述无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源的实施例中的主控板的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行本实施例中详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图2，本发明无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，包括：输入滤波电路1、一次侧整流滤波电路2、逆变电路3、隔离变压电路4和二次侧整流滤波电路5以及主控制板电路6，主控制板电路6既和二次整流滤波电路5连通又和半桥软开关逆变电路3连接；

其中，所述逆变电路3包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件Q1、Q2 、Q3、 Q4桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件Q1、Q2 、Q3、 Q4的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻 R43、R44、R50、R49，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件Q1两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件Q2两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件Q3两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件Q4两极之间的第四阻容吸收电路。

进一步的，（对于MOSFET器件为D和S极，对于IGBT器件为C和E极，对于MCT器件为A和K极）所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻R46和第一阻容吸收电容C37，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻R45和第二阻容吸收电容C38，第三阻容吸收电路包括串接的第三阻容吸收电阻R47和第三阻容吸收电容C40，所述第四阻容吸收电路包括串接的第四阻容吸收电阻R48和第四阻容吸收电容C41。

主控制板电路插座A1和A2输出的四路PWM信号分别有序的送到四组绝缘栅场效应电力开关器件Q1，Q2，Q3，Q4上，让其按Q1和Q4；Q2和Q3分别同时导通，而Q1和Q2；Q3和Q4相位相差180o 导通。这样的交替导通，就会将直流电压电流逆变成中频交流方波电压电流，该中频交流方波电压电流送至隔离变压器T5的一次侧。

进一步的，所述输入滤波电路1包括：电源开关S1，与该电源开关S1连接的共模滤波电感L1，分别连接在该共模滤波电感L1两端的第一、第二差模滤波电容C28和C33，分别连接在第一差模滤波电容C28两端的第一、第二共模滤波电容C29、C30和分别连接在第二差模滤波电容C33两端的第三、第四共模滤波电容C31、C32。

电网干扰信号通过上述滤波器的滤除，使得本焊割机免受外界电磁干扰，提高稳定性；同样，本焊割机产生的干扰信号会也会被上述滤波器滤除，使得本焊割不会对外界产生电磁干扰，提高其他设备的稳定性。

本具体实施方式中，所述的一次侧整流滤波电路2包括：与所述共模滤波电感L1连接的整流桥BR1，和与该整流桥BR1并联的第一、第二、第三滤波电容C34、C35、C39，以及与该整流桥并联的泄放电阻R42。

送入机内的交流电压、电流通过整流桥BR1整流成直流电压、电流，经过电容C34、C35 、C39滤波后送半桥软开关逆变电路3，电阻R42是泄放电阻，在关机时泄放掉电容C35,C36,C39里的电荷以保证安全。

本具体实施方式中，所述的隔离变压电路4包括：具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器T5，一次侧电流互感器T4，

所述中频变压器T5一次侧绕组的一端连接逆变桥的中点，另一端穿过一次侧电流互感器T4后连接逆变桥的另一个中点；

所述中频变压器T5二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次侧绕组间绝缘。

本具体实施方式中，所述的二次侧整流滤波电路5包括：与所述中频变压器T5二次侧绕组连接的第一、第二快恢复整流二极管D30、D32，串接在第一快恢复整流二极管D30两端的第三阻容吸收电阻R51和第三阻容吸收电容C42，以及串接在第二快恢复整流二极管D30两端的第四阻容吸收电阻R52和第四阻容吸收电容C43。

本具体实施方式中，所述主控制板电路6包括按照电流流向方向而顺序连接的：电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路。

参见图3，主控制板电路电源系统：

1，从变压器T3（图2所示）次级双19V绕组通过插座A3引进主控制板，通过整流二极管D12，D13整流后C21滤波，再经过三端稳压集成电路U3(LM7815)，U4(LM7805)稳压。分别输出+15V，+5V直流电压，这两组电压分别为主控制板电流给定/反馈，PWM调制等电路以及数字电流表供电。

2，电阻R37，R38和C19组成焊割电流显示电路。

3，由电流调节电位器RT2、RT3和R33、RT1，组成电流给定电路；快恢复二极管D3，D4，D9，D10和采样电阻R35以及滤波电容C20组成一次侧电流采样滤波电路，R36组成一次侧电流反馈电路。集成电路U2C和电阻R32，R34稳压二极管ZD1，电容C18等组成误差放大器，电阻R29，R31电容C17等组成误差信号分压和滤波电路。

4，集成电路U1，U2A和U2B组成了欠压保护和电流型PWM电路，其中，集成电路U2A及其周围元件组成欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成斜波补偿电路，快恢复二极管D3，D4，D9，D10和采样电阻R22以及高频滤波电容C14等组成逆变电路一次侧电流脉冲采样﹑整流﹑高频滤波电路。

5，MOSFET管M1，M2，M3，M4和其对应的驱动电阻R8，R9，R23，R21，脉冲变压器T1，T2组成脉冲放大和隔离电路，由快恢复二极管D2，D5，D6，D7；电容C5，C6，C15，C16；电阻R10，R11，R12，R24，R25，R26，R27，R28等组成驱动脉冲脉冲上升沿下降沿整形处理电路。

焊割电源采用的绝缘栅型电力开关半导体工作时都会产生热损耗，会使半导体自身和其散热器的温度升高，而半导体的工作温度有一定范围，超出范围会损坏半导体器件。插座A6外连接一只常开温度继电器TS1。当温度正常时，温度继电器TS1是断开的B点电位不受影响，可正常焊割；当温度超高时，温度继电器TS1闭合，B点被接地使给定电位变为零，焊割电源因为电流给定为零而停止输出，从而起到过热保护的效果。温度继电器TS1安放在绝缘栅场效应电力开关器件Q1，Q2，Q3，Q4所在的散热器最热处的表面上。

由RT2和RT3给出的焊割电流给定信号电压一路通过电阻R37，R38分压，电容C19滤波后送到数字显示表DGM1上，作为焊割电流的显示。

插座A6外连接的电流互感器T4为一中心抽头的中频脉冲变压器，T4取到的一次侧中频电流脉冲信号，通过快恢复二极管D3，D4，D9，D10整流，R35比例采样，C20平滑滤波后得到一个负数值的电压信号，这个信号的值和焊割电源输出电流的值是成正比的。将这个电压信号作为电流反馈信号，通过电阻R36送到误差比较点A点。电流给定电压信号通过R33和RT1，也送到误差比较点A点，电流反馈信号和电流给定信号两信号在比较点A点进行比较，其结果通过集成电路U2C等组成的PI调节器放大处理后通过R31和R29分压，C17高频滤波后送到集成电路U1的5脚。这样，就能在不使用分流器和其信号放大器或不使用霍尔电流传感器的情况下，实现了电流给定和电流负反馈的功能。

同样，由插座A6外连接的电流互感器T4取到的一次侧电流脉冲信号经过快恢复二极管D3，D4，D9，D10整流，经采样电阻R22以及高频滤波电容C14后得到的反应一次侧电流大小的直流脉冲电压信号，此信号一路由R7送至集成电路U1的16脚，构成过流保护电路。当一次侧逆变电流异常增大集成电路U1的16脚会得到一个较高电压，集成电路U1内部立即封锁脉冲信号，使电源停止输出。另一路经R18送到集成电路U1的4脚，同时U2B将集成电路U1的8脚的锯齿波信号射随后通过R13，R14，C7，C9组成的阻容网络后，也送到集成电路U1的4脚，用来为一次测电流的直流脉冲电压信号作斜波补偿。两信号合成后与集成电路U1的5脚送来的误差信号在集成电路U1内部进行比较，得到PWM信号，通过死区形成，分频锁相后从集成电路U1的14脚和11脚输出相位相差1800，且具有一定死区时间的PWM信号。上述PWM调制和输出功能电路中，电流误差信号和一次侧脉冲电流信号在集成电路U1内部进行比较，然后输出PWM脉冲，这样就实现了PWM脉冲的逐个脉冲限流控制，不会出现一次侧电流过流现象；还由于逆变频率一般都选在10KHz以上的中频频段，则二次整流后的脉冲电流的脉冲频率就在20KHz以上，所以由焊割机二次整流后的内部导线，以及焊割用外接导线的分布电感都足以起到输出电流平波/滤波的作用，这就为去掉笨重的输出电抗器创造了充分的条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，包括按照电流流向方向而顺序连接的：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路以及主控制板电路，主控制板电路既和二次侧整流滤波电路连通又和逆变电路连接；

其中，所述逆变电路包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第四阻容吸收电路。

2.根据权利要求1所述的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，其特征在于，所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容，第三阻容吸收电路包括串接的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，所述第四阻容吸收电路包括串接的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

3．根据权利要求2所述的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，其特征在于，所述输入滤波电路包括：电源开关，与该电源开关连接的共模滤波电感，分别连接在该共模滤波电感两端的第一、第二差模滤波电容，分别连接在第一差模滤波电容两端的第一、第二共模滤波电容和分别连接在第二差模滤波电容两端的第三、第四共模滤波电容。

4．根据权利要求3所述的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，其特征在于，所述的一次侧整流滤波电路包括：与所述共模滤波电感连接的整流桥，和与该整流桥并联的第一、第二、第三滤波电容，以及与该整流桥并联的泄放电阻。

5．如权利要求4所述的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，其特征在于，所述的隔离变压电路包括：具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器，一次侧电流互感器，

所述中频变压器一次侧绕组的一端连接逆变桥的中点，另一端穿过一次侧电流互感器后连接逆变桥的另一个中点；

所述中频变压器二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次侧绕组间绝缘。

6．如权利要求5所述的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，其特征在于，所述的二次侧整流滤波电路包括：与所述中频变压器二次侧绕组连接的第一、第二快恢复整流二极管，串接在第一快恢复整流二极管两端的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，以及串接在第二快恢复整流二极管两端的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

7．如权利要求6所述的无电抗器无分流器电流型PWM逆变式焊割电源，其特征在于，所述主控制板电路包括按照电流流向方向而顺序连接的：电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路。

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