CN103706923B - 一种逆变电焊机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种逆变电焊机，属于焊机技术领域。它解决了现有的逆变电焊机需正弦输入电流且输入电压宽度较窄的问题。本逆变电焊机包括PWM控制电路和依次连接的整流滤波电路、逆变电路和降压整流电路，整流滤波电路与外界电源连接，降压整流电路与焊机输出端连接，整流滤波电路通过输入电压反馈电路与PWM控制电路连接，降压整流电路通过输出电流反馈电路与PWM控制电路连接，还包括升压主电路和与升压主电路连接的PFC控制电路，升压主电路连接在整流滤波电路和逆变电路之间，整流滤波电路通过输入电流反馈电路与PFC控制电路连接。本逆变电焊机具有无需正弦输入电流且能宽电压输入的优点。

Description

一种逆变电焊机
技术领域
本发明属于焊机技术领域，涉及一种逆变电焊机。
背景技术
现有的逆变电焊机是将三相交流电经整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由功率开关元件(一般为IGBT或场效应管，下同)组成的逆变电路将该直流电变为15至100kHz的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流或再次逆变输出所需频率的交流电。
传统的逆变电焊机前端二极管整流器，使输入电流严重畸变，不仅对电网产生严重的谐波污染而且造成开关电源的功率因数低下。同时，传统的CCM有源PFC控制器，如UC3854，这种传统控制器中，误差放大器输入电压U需乘以正弦波参考型号I，得到正弦输入电流，这种传统的CCM PFC电路控制，必须引入正弦波参考信号，而且由于电压环和电流环两个控制环，控制器件外围器件繁多，设计复杂。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种无需正弦输入电流且能宽电压输入从而适应更多更广的输入电压环境的逆变电焊机。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种逆变电焊机，包括PWM控制电路和依次连接的整流滤波电路、逆变电路和降压整流电路，所述的整流滤波电路与外界电源连接，降压整流电路与焊机输出端连接，整流滤波电路通过输入电压反馈电路与PWM控制电路连接，降压整流电路通过输出电流反馈电路与PWM控制电路连接，其特征在于：还包括升压主电路和与升压主电路连接的PFC控制电路，所述的升压主电路连接在整流滤波电路和逆变电路之间，所述的整流滤波电路通过输入电流反馈电路与PFC控制电路连接。
在上述的一种逆变电焊机中，所述的升压主电路主要包括电感器L2、三极管Q1、电容C2、二极管VD1、二极管VD2、电感器L1、电容CX1、电容CX2、电容CY1、电容CY2、整流器PD、插座VH-07、驱动光藕A3120、可变电阻RV1和可变电阻RT1，电容CX1和电容CX2分别连接在电感器L1两端，输入电流通过电容CX1两端输入，电容CY1和电容CY2串联后接电容CX2两端，电容CY1与电容CY2的连接端接地，所述的可变电阻RV1与电容CX2并联，可变电阻RV1一端接整流器PD的一输入端且接电源VCC2，另一端通过可变电阻RT1和开关K接整流器PD的另一输入端，整流器PD的两输出端一端接插座VH-07，另一端分别接电感器L2一端和二极管VD2的正极，电感器L2的另一端接二极管VD1正极和三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极和发射极与驱动光藕A3120连接，二极管VD2负极接插座VH-07、二极管VD1负极和电容C2正极，电容C2的负极通过电阻R和电容C3接地。
在上述的一种逆变电焊机中，所述的PFC控制电路包括控制芯片ICE2PCS01，控制芯片ICE2PCS01中的1脚接地，2脚通过电容C5接地，3脚通过电阻R4接上述的插座VH-07且通过电容接地，4脚通过两并联电阻接地，5脚上连接有电阻R7、电容C31和电容C4，电容C31和电阻R7串联后与电容C4并联并接地，6脚上连接有电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C8，电阻R5、电阻R6和电容C8相互并联连接后一端接电阻R4、电阻R8和6脚，另一端接地，电阻R4另一端接上述的插座VH-07，电阻R8依次通过电阻R9和电阻R10接上述的插座VH-07，7脚接上述的插座VH-07、通过电容C10接地和通过电容C9接地，电容C9的正极接电源VCC和上述的7脚，负极接地，8脚接上述的插座VH-07和通过二极管D1接地。
现有技术相比，本逆变电焊机具有如下几个有点：
1、采用电流平均值的控制方式，因此无需直接馈入芯片的正弦波参考信号；
2、适合于从85V到265V的宽范围AC线路输入，从而适应更多更广的电压环境输入；
3、控制电路简单，控制稳定。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是升压主电路的电路图。
图3是PFC控制电路的电路图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、2和3所示，本逆变电焊机包括PWM控制电路和依次连接的整流滤波电路、逆变电路和降压整流电路，整流滤波电路与外界电源连接，降压整流电路与焊机输出端连接，整流滤波电路通过输入电压反馈电路与PWM控制电路连接，降压整流电路通过输出电流反馈电路与PWM控制电路连接，还包括升压主电路和与升压主电路连接的PFC控制电路，升压主电路连接在整流滤波电路和逆变电路之间，整流滤波电路通过输入电流反馈电路与PFC控制电路连接。
升压主电路主要包括电感器L2、三极管Q1、电容C2、二极管VD1、二极管VD2、电感器L1、电容CX1、电容CX2、电容CY1、电容CY2、整流器PD、插座VH-07、驱动光藕A3120、可变电阻RV1和可变电阻RT1，电容CX1和电容CX2分别连接在电感器L1两端，输入电流通过电容CX1两端输入，电容CY 1和电容CY2串联后接电容CX2两端，电容CY1与电容CY2的连接端接地，可变电阻RV1与电容CX2并联，其一端接整流器PD的一输入端且接电源VCC2，另一端通过可变电阻RT1和开关K接整流器PD的另一输入端，整流器PD的两输出端一端接插座VH-07，另一端分别接电感器L2一端和二极管VD2的正极，电感器L2的另一端接二极管VD1正极和三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极和发射极与驱动光藕A3120连接，二极管VD2负极接插座VH-07、二极管VD1负极和电容C2正极，电容C2的负极通过电阻R和电容C3接地。在电路输入侧，RV1为过电压保护元件，RT1用于限制焊机启动期间的浪涌电流，L1及CX1，CX2和CY1，CY2用作射频抑制。电感器L2中的高频电流纹波由EMI滤波器和电容C1滤波。
PFC控制电路包括控制芯片ICE2PCS01，控制芯片ICE2PCS01中的1脚接地，2脚通过电容C5接地，3脚通过电阻R4接上述的插座VH-07且通过电容接地，4脚通过两并联电阻接地，5脚上连接有电阻R7、电容C31和电容C4，电容C31和电阻R7串联后与电容C4并联并接地，6脚上连接有电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C8，电阻R5、电阻R6和电容C8相互并联连接后一端接电阻R4、电阻R8和6脚，另一端接地，电阻R4另一端接上述的插座VH-07，电阻R8依次通过电阻R9和电阻R10接上述的插座VH-07，7脚接上述的插座VH-07、通过电容C10接地和通过电容C9接地，电容C9的正极接电源VCC和上述的7脚，负极接地，8脚接上述的插座VH-07和通过二极管D1接地。该芯片管脚作用，1脚GND地；2脚ICOMP为电流环内部跨导运算放大器的输出端；3脚ISENSE为电流环的输入端；4脚FPEQ外接电阻，在50KHz～250KHz范围内可调整频率；5脚VCOMP外接电压环补偿元件；6脚VSENCE为电压环输入，额定输出电压时此脚电压应为5V；7脚VCC外接芯片电源，工作电压在10V～21V；8脚GATE脉冲输出端。PFC开关选用高频IGBT，升压二极管采用碳化硅肖特基二极管。ICE2PCS01的引脚4的外部电阻用作设置开关频率，引脚2上的电容C5用作电流回路补偿，C3，R7和C4组成电压回路补偿网络。ICE2PCS01的VCC电压由TOP244YN(AC85V～260V)组成的辅助电源提供。单相交流点进入输入滤波电路，经整流后，流进升压主电路。
此焊机采用一种新型的CCM-PFC控制器IEC2PCS01适用于BOOST结构的PFC电路，采用电流平均值的控制方式，且无需直接馈入芯片的正弦波参考信号,而采用了电流平均控制方法，使得功率因数可以达到接近1。IEC2PCS01适合于从85V到265V的宽范围AC线路输入，支持升压变压器拓扑，在平均电流控制CCM下工作。IEC2PCS01含有电流电流控制环路和电压控制环路。内部电流环路控制平均输入电流跟随输入电压，保持正弦轮廓。在轻载状态下，升压电感器电感可以使IEC2PCS01及系统进入不连续导电模式，而引起平均输入电流波形失真。但所产生的谐波电流仍然很低，能满足IEC1000-3-2标准的D类要求。电压环路控制输出总线电压，在IEC2PCS01内部没有乘法器，而用非线性增益电路取代之，从而减少了IEC2PCS01的引脚数量。
PFC控制工作原理：该电路由两个部分组成：L2，Q1，C2，VD1和VD2等器件构成升压主电路。ICE2PCS01及外围器件构成PFC控制电路，实现对网侧输入电流和输出电压的控制。
电路的工作过程如下：当升压主电路上电后，由辅助电源(以TOP244YN为核心构成的开关电源)给PFC控制电路供电。当控制芯片ICE2PCS01的供电脚(第7脚)上的电压达到15V时，ICE2PCS01芯片开始工作。此时，PFC部分输出的驱动型号的占空比最大。
随着升压主电路中电感电流的增加，当电流达到峰值电流的限定值时，PFCOUT的输出将被ICE2PCS01的内部比较器关闭，从而开关管Q1也被关断，此时电感L2中的磁能将改变电感两端的电压极性，电感电压VL与电源电压VS(整流后的电压)相加，其电压值高于电容C2上的电压，高频整流二极管VD1导通，电感L2的电流开始线性下降，向电容C2及负载供电。当开关管再次驱动导通时，高频整流二极管VD1处于截止状态，电容C2向负载放电。
PFC控制电路由双环构成，一个电流环(内环)和一个电压环(外环)。在变换器中，电流环(内环)控制输入电流的平均值，具有较高的控制速率。这样，流经开关管的电流既可以是连续电流模式(CCM),也可以是不连续的电流模式(DCM)。电感L2上的电流流过检测电阻R1，检测电阻上的平均电压输入到ICE2PCS01的引脚3(ISENSE)。ICE2PCS01的引脚3上的电流检测电压通过内部运算跨到放大器OTA2平均，ICE2PCS01的OTA2输出(引脚2)连接的电容C5完成电流环路补偿。在正常工作模式下，电容C5的充电和放电实现信号的平均，使引脚2上的电压与平均电感电流成正比。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种逆变电焊机，包括PWM控制电路和依次连接的整流滤波电路、逆变电路和降压整流电路，所述的整流滤波电路与外界电源连接，降压整流电路与焊机输出端连接，整流滤波电路通过输入电压反馈电路与PWM控制电路连接，降压整流电路通过输出电流反馈电路与PWM控制电路连接，其特征在于：还包括升压主电路和与升压主电路连接的PFC控制电路，所述的升压主电路连接在整流滤波电路和逆变电路之间，所述的整流滤波电路通过输入电流反馈电路与PFC控制电路连接，所述的升压主电路主要包括电感器L2、三极管Q1、电容C2、二极管VD1、二极管VD2、电感器L1、电容CX1、电容CX2、电容CY1、电容CY2、整流器PD、插座VH-07、驱动光藕A3120、可变电阻RV1和可变电阻RT1，电容CX1和电容CX2分别连接在电感器L1两端，输入电流通过电容CX1两端输入，电容CY1和电容CY2串联后接电容CX2两端，电容CY1与电容CY2的连接端接地，所述的可变电阻RV1与电容CX2并联，所述的可变电阻RV1一端接整流器PD的一输入端且接电源VCC2，另一端通过可变电阻RT1和开关K接整流器PD的另一输入端，整流器PD的两输出端一端接插座VH-07，另一端分别接电感器L2一端和二极管VD2的正极，电感器L2的另一端接二极管VD1正极和三极管Q1的集电极，三极管Q1的基极和发射极与驱动光藕A3120连接，二极管VD2负极接插座VH-07、二极管VD1负极和电容C2正极，电容C2的负极通过电阻R和电容C3接地。
2.根据权利要求1所述的一种逆变电焊机，其特征在于，所述的PFC控制电路包括控制芯片ICE2PCS01，控制芯片ICE2PCS01中的1脚接地，2脚通过电容C5接地，3脚通过电阻R4接上述的插座VH-07且通过电容接地，4脚通过两并联电阻接地，5脚上连接有电阻R7、电容C31和电容C4，电容C31和电阻R7串联后与电容C4并联并接地，6脚上连接有电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C8，电阻R5、电阻R6和电容C8相互并联连接后一端接电阻R4、电阻R8和6脚，另一端接地，电阻R4另一端接上述的插座VH-07，电阻R8依次通过电阻R9和电阻R10接上述的插座VH-07，7脚接上述的插座VH-07、通过电容C10接地和通过电容C9接地，电容C9的正极接电源VCC和上述的7脚，负极接地，8脚接上述的插座VH-07和通过二极管D1接地。
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