CN106374750A - 一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路 - Google Patents

一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路 Download PDF

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周梦醒
张军保
闵辉
李海荣
马国良
王洪明
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范立荣
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Abstract

一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，U+/U‑间还接有IGBT和二极管，其中，Q1、Q4的集射极与U+相接，Q1的发射极与Q2的集射极相接，Q4的发射极与Q3的集射极相接，Q3、Q2的发射极与U‑相接，Q1、Q2、Q3、Q4的门极与驱动模块相接，在Q1、Q2、Q3、Q4上各自接有一个二极管，正极接在各自所在IGBT的发射极，负极接在集射极上；Q1的发射极还与C1的负极相接并同时接在T1的初级上，T1的初级的另一端与C4负极、Q4发射极相接；T1次级依次连接R6、ZD1、U1的引脚1，T1次级的中段与OUT‑相接，U1的引脚2接地，U1的引脚3、4接控制板。本发明采用极其简单的检测电路达到限流目的：即只需要限制脉宽，使之处于380V正常状态；再利用输出端的光耦检测，使之中点脉宽收窄即可。

Description

一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路
技术领域：
本发明涉及逆变式焊割电路技术领域，特别涉及一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路。
背景技术：
焊接/切割电源PWM逆变器逆变频率的高频化是提升逆变式焊割电源的控制精细度和动态性能的关键，并且是降低逆变式焊割电源铜材、钢材、铝材等有色金属用量的有效途径。通过PWM逆变器的高频化，可以使逆变式焊割电源具有更高的功率密度，减少上述有色金属的用量，使电源结构更加牢固可靠，并且响应能力更加快速。
由于电力电子开关器件的开关损耗与逆变频率成正比，频率越高，器件和电路的损耗就越大，逆变器的效率就越低。所以，一般采用倍压整流方式的普通逆变式焊割电源的可靠性和网压范围显得非常不足了，存在以下缺点：
1、采用倍压整流方式在继电器切换过程容易使继电器的触点发生沾粘，在380V的时候也倍压导致炸管，。
2、逆变器的开关器件在开通和关断时有很高的电压变化率和电流变化率，这样会产生很强的电磁干扰，使得电磁干扰的防护变得很困难，EMC器件庞大而复杂，成本高。
发明内容：
鉴于此，有必要设计一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路。
一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，在输入端U+/U-间并联有C5、R5、C6、第一支路、第二支路；第一支路依次串接有R1、C1、C2、R2，第二支路依次串接有R4、C4、C3、R3，其中，R1、R4与U+相接；
U+/U-间还接有IGBT和二极管，其中，Q1、Q4的集射极与U+相接，Q1的发射极与Q2的集射极相接，Q4的发射极与Q3的集射极相接，Q3、Q2的发射极与U-相接，Q1、Q2、Q3、Q4的门极与驱动模块相接，在Q1、Q2、Q3、Q4上各自接有一个二极管，每个二极管的正极接在各自所在IGBT的发射极上，每个二极管的负极接在各自所在IGBT的集射极上；Q1的发射极还与C1的负极相接并同时接在T1的初级上，T1的初级的另一端与C4负极、Q4发射极相接；
T1次级两端分别接D5、D6的正极，D5、D6的负极相接并连接OUT+，D6负极还依次连接R6、ZD1、U1的引脚1，T1次级的中段与OUT-相接，U1的引脚2接地，U1的引脚3、4接控制板且引脚3还旁路到地，控制板与驱动模块相接；光耦U1的引脚2接地与输出端OUT-共地，给光耦U1提高导通电压，在380V状态光耦导通，光耦U1的引脚3、4导通一个电阻，对地来拉低控制板UC3846的1脚电压，从而来限制脉宽。达到380V不让主变压器饱和。
控制板包括电流调节电路、过流保护电路、过热保护电路、脉宽产生电路、3846调制驱动电路，其中，电流调节电路用于将采用原边反馈信号与给定信号进行比较来实现调节电流大小；控制板发出的相位相差180°的带固定死区的驱动脉冲，驱动开关器件Q1和Q2交替导通和关断。这样就将直流母线的电流/电压转变成中频方波交流电流/电压，并通过中频主变压器T1降和二次侧整流即可变换成焊接/切割需要的低压直流电流/电压。
从控制板3846芯片输出之后经过驱动板的变压器隔离，再经过驱动板开通电阻和关断二极管，将输出给到单管IGBT。
R1、C1组成Q1的无源缓冲网络，R2、C2组成Q2的无源缓冲网络，R3、C3组成Q3的无源缓冲网络，R4、C4组成Q4的无源缓冲网络；Q1与Q3导通期间，Q2与Q4截止，向负载输送能量；Q1与Q3关断时，Q2与Q4导通，Q1关断时候IGBT产生的尖峰电压由R1、C1吸收掉，Q3关断时候IGBT产生的尖峰电压由R3、C3吸收掉，使得Q1、Q3发射极电位慢慢从零升高到母线最高电压，故关断损耗很小。
以上符号含义为：
U+/U-分别为输入端正负极，其与整流电路输出端相接；
R为电阻；
C为电容；
Q为IGBT；
D为二极管；
T为变压器；
OUT+/-为输出端，其与焊枪相连；
ZD为稳压管；
U为光耦。
优选的，R6的负极还接一支路，该一支路包括R7以及与R7并联的电容，R7负极接地。
优选的，C5为电解电容。
优选的，U1为4引脚光耦。
简单的将限流脉宽技术引入到逆变式焊割中会带来如下问题：主电路拓扑结构复杂，一般都需要容量较大的电解电容、采用继电器转换，继电器机械容易烧坏等，电解电容长时间高温容易导致容量干枯等。同时，这些器件不仅增加了焊割电源的硬件成本，同时也因其增加的器件不可避免的带来的热损耗，从而降低了能效指标。
而本发明采用极其简单的检测电路达到限流目的：即只需要限制脉宽，使之处于380V正常状态；再利用输出端的光耦检测，使之中点脉宽收窄即可。可使逆变电路在220V/380V状态正常工作，大大降低了开关器件的开通损耗；同时在开关器件关断时减缓主开关器件IGBT集电极、发射极电压上升率，限流脉宽可以使成本更低，让整个电路更加简洁，最大限度的减少关断损耗。使得逆变器主电路简单，结构牢固，器件成本低，控制电路简单，便于维护和检修。
附图说明：
附图1是一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路的结构示意图。
具体实施方式：
如图1所示，一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，在输入端U+/U-间并联有C5、R5、C6、第一支路、第二支路；第一支路依次串接有R1、C1、C2、R2，第二支路依次串接有R4、C4、C3、R3，其中，R1、R4与U+相接；
U+/U-间还接有IGBT和二极管，其中，Q1、Q4的集射极与U+相接，Q1的发射极与Q2的集射极相接，Q4的发射极与Q3的集射极相接，Q3、Q2的发射极与U-相接，Q1、Q2、Q3、Q4的门极与驱动模块相接，在Q1、Q2、Q3、Q4上各自接有一个二极管，每个二极管的正极接在各自所在IGBT的发射极上，每个二极管的负极接在各自所在IGBT的集射极上；Q1的发射极还与C1的负极相接并同时接在T1的初级上，T1的初级的另一端与C4负极、Q4发射极相接；
T1次级两端分别接D5、D6的正极，D5、D6的负极相接并连接OUT+，D6负极还依次连接R6、ZD1、U1的引脚1，T1次级的中段与OUT-相接，U1的引脚2接地，U1的引脚3、4接控制板且引脚3还旁路到地，控制板与驱动模块相接；光耦U1的引脚2接地与输出端OUT-共地，给光耦U1提高导通电压，在380V状态光耦导通，光耦U1的引脚3、4导通一个电阻，对地来拉低控制板UC3846的1脚电压，从而来限制脉宽。达到380V不让主变压器饱和。
控制板包括电流调节电路、过流保护电路、过热保护电路、脉宽产生电路、3846调制驱动电路，其中，电流调节电路用于将采用原边反馈信号与给定信号进行比较来实现调节电流大小；控制板发出的相位相差180°的带固定死区的驱动脉冲，驱动开关器件Q1和Q2交替导通和关断。这样就将直流母线的电流/电压转变成中频方波交流电流/电压，并通过中频主变压器T1降和二次侧整流即可变换成焊接/切割需要的低压直流电流/电压。
从控制板3846芯片输出之后经过驱动板的变压器隔离，再经过驱动板开通电阻和关断二极管，将输出给到单管IGBT。
R1、C1组成Q1的无源缓冲网络，R2、C2组成Q2的无源缓冲网络，R3、C3组成Q3的无源缓冲网络，R4、C4组成Q4的无源缓冲网络；Q1与Q3导通期间，Q2与Q4截止，向负载输送能量；Q1与Q3关断时，Q2与Q4导通，Q1关断时候IGBT产生的尖峰电压由R1、C1吸收掉，Q3关断时候IGBT产生的尖峰电压由R3、C3吸收掉，使得Q1、Q3发射极电位慢慢从零升高到母线最高电压，故关断损耗很小。
以上符号含义为：
U+/U-分别为输入端正负极，其与整流电路输出端相接；
R为电阻；
C为电容；
Q为IGBT；
D为二极管；
T为变压器；
OUT+/-为输出端，其与焊枪相连；
ZD为稳压管；
U为光耦。
在本实施方式中，R6的负极还接一支路，该一支路包括R7以及与R7并联的电容，R7负极接地。C5为电解电容。U1为4引脚光耦。

Claims (4)

1.一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，其特征在于，在输入端U+/U-间并联有C5、R5、C6、第一支路、第二支路；第一支路依次串接有R1、C1、C2、R2，第二支路依次串接有R4、C4、C3、R3，其中，R1、R4与U+相接；
U+/U-间还接有IGBT和二极管，其中，Q1、Q4的集射极与U+相接，Q1的发射极与Q2的集射极相接，Q4的发射极与Q3的集射极相接，Q3、Q2的发射极与U-相接，Q1、Q2、Q3、Q4的门极与驱动模块相接，在Q1、Q2、Q3、Q4上各自接有一个二极管，每个二极管的正极接在各自所在IGBT的发射极上，每个二极管的负极接在各自所在IGBT的集射极上；Q1的发射极还与C1的负极相接并同时接在T1的初级上，T1的初级的另一端与C4负极、Q4发射极相接；
T1次级两端分别接D5、D6的正极，D5、D6的负极相接并连接OUT+，D6负极还依次连接R6、ZD1、U1的引脚1，T1次级的中段与OUT-相接，U1的引脚2接地，U1的引脚3、4接控制板且引脚3还旁路到地，控制板与驱动模块相接；
以上符号含义为：
U+/U-分别为输入端正负极，其与整流电路输出端相接；
R为电阻；
C为电容；
Q为IGBT；
D为二极管；
T为变压器；
OUT+/-为输出端，其与焊枪相连；
ZD为稳压管；
U为光耦。
2.如权利要求1所述的一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，其特征在于，R6的负极还接一支路，该一支路包括R7以及与R7并联的电容，R7负极接地。
3.如权利要求2所述的一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，其特征在于，C5为电解电容。
4.如权利要求1所述的一种限流脉宽双电源逆变式焊割电源电路，其特征在于，U1为4引脚光耦。
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