CN106862726B - 一种焊割一体电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焊割一体电源，包括：整流电路、逆变电路、焊割切换电路、焊接电路、切割电路和控制电路；整流电路将三相输入电压转换为高压直流，逆变电路将高压直流逆变为脉宽可调的高频方波，焊割切换电路在焊接与切割模式时分别将逆变电路输出连接至对应的焊接电路或切割电路，通过焊接电路和切割电路实现降压、隔离和整流滤波功能，最终输出稳定直流电流，控制电路负责系统所有电气量的采集与控制量的输出，实现焊割一体电源的稳定可靠运行。本发明均使用MOSFET作为主开关器件，通过在一次侧切换变压器组和整流滤波网络的方式实现焊接与切割电源的转换，具有体积小、变换效率高、网侧电流谐波特性好等优点，大大提高了焊割一体电源的功率密度。

Description

一种焊割一体电源
技术领域
本发明属于焊接切割技术领域，更具体地，涉及一种焊割一体电源。
背景技术
焊割一体电源，是一种同时能够为电弧焊和等离子切割提供电源的装置，主要用于对各种有色金属及其合金的焊接和切割作业，在汽车、船舶工业得到了广泛应用。
目前逆变式焊割电源输入整流变换环节普遍采用不控整流或相控整流的方式，输入电流谐波含量高、功率因数低、难以满足电网对设备电磁兼容性的要求。输入采用IGBT全控型电力电子开关和高频PWM技术的整流器虽然在输入谐波、功率因数和电磁特性方面改善较大，但是由于IGBT器件本身的特性限制，开关频率一般在20kHz以下，导致整流环节磁性元件体积和重量难以进一步降低。
此外由于电弧焊电压与等离子切割的电压相差数倍，对于兼具电弧焊和等离子切割功能的焊割一体电源，能够满足两种相差数倍电压的工况要求。目前普遍采增大变压器磁芯，在一个变压器磁芯上增加额外副边绕组，通过在不同工况下切换副边绕组的方式实现不同输出电压的切换；逆变环节使用IGBT作为主开关器件，开关频率不高，磁性元件体积庞大；并且焊接模式时输出电流较大，采用副边切换变压器绕组或是副边切换电路拓扑方式时，一般选用大型继电器或接触器作为动作元件，触点接触电阻损耗不可忽略，降低了系统的效率，增加不必要的体积和重量。
尽管体积小、重量轻、效率高一直是逆变式焊割电源产品的发展方向，但是以上提问题严重限制了当下焊割电源的输入、输出特性和功率密度的提高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种焊割一体电源，旨在解决现有技术中焊割一体电源输入电流谐波含量高、功率因数低、效率低、功率密度不高的问题。
本发明提供了一种焊割一体电源，包括：整流电路、逆变电路、焊割切换电路、焊接电路、切割电路和控制电路；整流电路、逆变电路和焊割切换电路依次连接，焊接电路的输入端连接至焊割切换电路的第一输出端，切割电路的输入端连接至焊割切换电路的第二输出端，控制电路的第一输入端连接至焊接电路的输出端，控制电路的第二输入端连接至切割电路的输出端；控制电路的第一输出端连接至逆变电路的控制端，控制电路的第二输出端连接至所述焊割切换电路的控制端，控制电路的输入输出控制端连接至所述整流电路的输入输出控制端；整流电路将三相输入电压转换为高压直流，并实现单位功率因数输入，逆变电路将高压直流逆变为脉宽可调的高频方波，焊割切换电路在焊接与切割模式时分别将所述逆变电路输出连接至对应的所述焊接电路或所述切割电路，通过所述焊接电路和切割电路实现降压、隔离和整流滤波功能，最终输出稳定直流电流，所述控制电路负责系统所有电气量的采集与控制量的输出，实现焊割一体电源的稳定可靠运行。
本发明提供的焊割一体电源中所有主开关器件均采用低导通电阻的SiC MOSFET器件，开关频率高，无源元件体积小；输入采用三相PWM整流技术，功率密度高、谐波特性好；通过在原边切换高频变压器组及其输出整流滤波电路的方式，很好的满足焊接/切割工况下输出电压和电流的要求，实现了输出电路的模块化集成，进一步减小了系统体积。
更进一步地，整流电路包括：第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、三相全控桥和滤波电容Cbus；三相全控桥包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6；所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2串联连接，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4串联连接，所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6串联连接，所述第一晶体管Q1的非串联连接端、所述第三晶体管Q3的非串联连接端和所述第五晶体管Q5的非串联连接端均连接至所述滤波电容Cbus的一端，所述第二晶体管Q2的非串联连接端、所述第四晶体管Q4的非串联连接端和所述第六晶体管Q6的非串联连接端均连接至所述滤波电容Cbus的另一端；所述第一电感L1的一端作为A相输入端，所述第一电感L1的另一端连接至所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的串联连接端；所述第二电感L2的一端作为A相输入端，所述第二电感L2的另一端连接至所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的串联连接端；所述第三电感L3的一端作为A相输入端，所述第三电感L3的另一端连接至所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6的串联连接端。
更进一步地，逆变电路包括：超前桥臂、滞后桥臂、谐振电感Lr、隔直电容Cr、第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2；所述超前桥臂包括：串联连接的第一MOS管S1和第二MOS管S2；滞后桥臂包括：串联连接的第三MOS管S3和第四MOS管S4；第一MOS管S1的非串联连接端和所述第三MOS管S3的非串联连接端均连接至所述第一箝位二极管D1的阴极，所述第二MOS管S2的非串联连接端和所述第四MOS管S4的非串联连接端均连接至第二箝位二极管D2的阳极，所述第一箝位二极管D1的阳极连接至所述第二箝位二极管D2的阴极；所述谐振电感Lr的一端连接至所述第三MOS管S3和第四MOS管S4的串联连接端，所述谐振电感Lr的另一端连接至所述第一箝位二极管D1的阳极；所述隔直电容Cr的一端连接至所述第一MOS管S1和所述第二MOS管S2的串联连接端，所述隔直电容Cr的另一端作为所述逆变电路的输出端。
更进一步地，焊割切换电路包括：第一双刀双掷继电器KA1和第二双刀双掷继电器KA2；所述第一双刀双掷继电器KA1与所述第二双刀双掷继电器KA2可动簧片均与逆变电路两个输出端口相连，控制端口分别连接至所述控制电路；所述第一双刀双掷继电器KA1的输出常开触点分别与焊接电路原边绕组相连，所述第一双刀双掷继电器KA1的输出常闭触点悬空不接；所述第二双刀双掷继电器KA2的输出常开触点分别与切割变压器组原边绕组相连，所述第二双刀双掷继电器KA2的输出常闭触点悬空不接。
更进一步地，焊接电路包括：第一焊接电路、第二焊接电路、第三焊接电路、第四焊接电路和焊接滤波电容Co1；所述第一焊接电路、所述第二焊接电路、所述第三焊接电路和所述第四焊接电路的输入端串联且输出端并联，所述第一焊接电路、所述第二焊接电路、所述第三焊接电路和所述第四焊接电路的结构相同，均包括：带中心抽头的高频隔离变压器、第一整流二极管Dh1、第二整流二极管Dh2、输出滤波电感Lh1和输出整流二极管缓冲电路；所述输出整流二极管缓冲电路包括：二极管Ds1、电容Cs1和电阻Rs1；所述高频隔离变压器的副边绕组的一端连接至第一整流二极管Dh1的阳极，副边绕组的另一端连接至第二整流二极管Dh2的阳极，第一整流二极管Dh1的阴极与第二整流二极管Dh2的阴极均连接至输出滤波电感Lh1的一端，输出滤波电感Lh1的另一端与焊接滤波电容Co1的一端连接并作为所述焊接电路的输出端正极；二极管Ds1的阳极连接至第一整流二极管Dh1的阴极，二极管Ds1的阴极通过电容Cs1连接至所述第一焊接电路的中心抽头，电阻Rs1的一端连接至二极管Ds1的阴极，电阻Rs1的另一端连接至输出滤波电感Lh1的另一端；所述第一焊接电路的中心抽头作为所述焊接电路的输出端负极，所述第二焊接电路的中心抽头、所述第三焊接电路的中心抽头和所述第四焊接电路的中心抽头均连接至焊接滤波电容Co1的另一端。
更进一步地，切割电路包括：第一切割电路、第二切割电路和切割输出滤波电容Co2，所述第一切割电路和第二切割电路的输入端串联且输出端并联；所述第一切割电路和所述第二切割电路的结构相同，均包括：高频隔离变压器组、整流电路、输出二极管缓冲电路和输出滤波电感Lg1；所述高频隔离变压器组包括：第一高频隔离变压器T5和第二高频隔离变压器T6；所述整流电路包括：第一整流二极管Dg1、第二整流二极管Dg2、第三整流二极管Dg3和第四整流二极管Dg4；所述输出二极管缓冲电路包括：二极管Ds5、电容Cs5和电阻Rs5；所述第一高频隔离变压器T5的原边绕组的一端连接至第二高频隔离变压器T6原边绕组的一端，所述第一高频隔离变压器T5的副边绕组的一端连接至第二高频隔离变压器T6副边绕组的一端，高频隔离变压器T5副边绕组的另一端连接至第一整流二极管Dg1的阳极，高频隔离变压器T6副边绕组的另一端连接至第三整流二极管Dg3的阳极；第一整流二极管Dg1的阴极和第三整流二极管Dg3的阴极均连至输出滤波电感Lg1的一端，输出滤波电感Lg1的另一端与切割输出滤波电容Co2的一端连接，并作为切割电路的输出端正极；二极管Ds5的阳极连接至第一整流二极管Dg1的阴极，二极管Ds5的阴极通过电容Cs5连接至第二整流二极管Dg2、第四整流二极管Dg4的阳极和切割输出滤波电容Co2的另一端，并作为切割电路的输出端负极；第二整流二极管Dg2的阴极连接至第一整流二极管Dg1的阳极，第四整流二极管Dg4的阴极连接至第三整流二极管Dg3的阳极；电阻Rs5的一端连接至二极管Ds5的阴极，电阻Rs5的另一端连接至输出滤波电感Lg1的另一端。
更进一步地，控制电路包括：交流采样电路、A2D驱动电路、D2D驱动电路、直流采样电路、继电器驱动电路、DSP控制电路、人机交互电路和辅助电路；所述DSP控制电路的第一输入端口连接至交流采样电路，第二输入端口连接至直流采样调理电路，第三输入端口连接至辅助电路；所述DSP控制电路的第一输出端口连接至A2D驱动电路，第二输出端口连接至D2D驱动电路，第三输出端口连接至继电器驱动电路；所述DSP控制电路第一输入输出端口连接至人机交互电路。
在本发明中，采用一种由全控型SiC MOSFET组成的整流电路和逆变电路级联拓扑，隔离和屏蔽了逆变式焊割电源对电网谐波污染，同时SiC MOSFET的使用大大提高了开关频率，减小了无源元件的体积和重量，提高了系统变换效率；通过焊割切换电路选择将焊接电路或是切割电路连接至逆变电路的输出，实现适合焊接/切割的直流电压输出，焊接/切割电路分别由四/二个相同的模块组合而成，因此，本发明具有输入特性好、功率密度高、系统变换效率高和易于模块化集成的优点。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明实施例的整体电气原理示意图；
图3是本发明实施例的焊接电路的电路原理图；
图4是本发明实施例的切割电路的电路原理图；
图5是本发明实施例的一个采样电路单元的电路原理图；
图6是本发明实施例的一个驱动电路单元的电路原理图；
图7是本发明实施例的辅助电路的电气原理示意图；
图8是采用本发明的实施例在满载切割时整流电路A相输入电流波形示意图。
附图标记：1为整流电路，2为逆变电路；3为焊割切换电路，4为焊接电路，5为切割电路，6为控制电路；41～44分别为第一～第四焊接电路；51、52分别为第一、第二切割电路；61为交流采样调理电路，62为A2D驱动电路，63为D2D驱动电路，64为直流采样调理电路，65为继电器驱动电路，66为DSP控制电路，67为人机交互电路，68为辅助电路。
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，对本发明进行进一步详细说明。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。
本发明提供了一种焊割一体电源电路，有效的解决了焊割一体电源输入电流谐波含量高、功率因数低、效率低、功率密度不高的问题，该焊割一体电源电路所有主开关器件均采用低导通电阻的SiC MOSFET器件，开关频率高，无源元件体积小；输入采用三相PWM整流技术，谐波特性好；通过在原边切换高频变压器组及其输出整流滤波电路的方式，很好的满足焊接/切割工况下输出电压和电流的要求，实现了输出电路的模块化集成，大大减小了系统体积。
本发明提供的焊割一体电源包括：顺序连接的整流电路、逆变电路、焊割切换电路及与焊割切换电路相连的焊接电路和切割电路，所述焊割一体电源还包括与上述电路相连的控制电路。控制电路通过采集所述整流电路三相输入电压、电流和输出母线电压信息，输出晶体管Q1～Q6驱动信号，实现单位功率因数输入和良好的输入电流谐波特性的控制。进一步的，所述控制电路根据人机交互电路给定的工作模式和电流指令，控制焊割切换电路将逆变电路输出连接至所述焊接或切割电路，通过实时比对焊接电路、切割电路输出电流与所述输出指令，得到逆变电路晶体管S1～S4驱动信号，调控逆变电路输出电压有效脉宽，实现输出电流跟随电流指令。
在本发明实施例中，整流电路包括A相输入滤波电感L1、B相输入滤波电感L2、C相输入滤波电感L3、由金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的用于实现斩波控制的三相全控桥和输出滤波电容Cbus；逆变电路包括由MOSEFET S1与S2组成的超前桥臂、S3与S4组成的滞后桥臂、用于辅助实现零电压开关的谐振电感Lr、用于防止变压器偏磁饱和的隔直电容Cr及箝位二极管D1和D2。整流电路与逆变电路结合了新型器件与软开关技术，大大提高了系统变换效率，减小了设备体积。
焊割切换电路包括双刀双掷继电器KA1和KA2，KA1与KA2可动簧片均与逆变电路两个输出端口相连，控制端口分别连接至控制电路；KA1输出常开触点分别与焊接电路原边绕组相连，输出常闭触点悬空不接；KA2输出常开触点分别与切割变压器组原边绕组相连，输出常闭触点悬空不接。采用继电器原边切换的方式，控制简单灵活，此外由于逆变器输出为高压小电流，因而可以大大减小继电器的损耗和体积，提高系统变换效率。
在本发明实施例中，焊接电路包括四个完全相同的输入串联输出并联的焊接电路单元和公共的焊接输出滤波电容Co1。第一焊接电路包括带中心抽头的高频隔离变压器T1、输出全波整流二极管Dh1和Dh2、输出滤波电感Lh1。所述第一焊接电路还包括由二极管Ds1、电容Cs1和电阻Rs1组成的输出整流二极管缓冲电路；第二焊接电路包括带中心抽头的高频隔离变压器T2、输出全波整流二极管Dh3和Dh4、输出滤波电感Lh2，所述第二焊接电路还包括由二极管Ds2、电容Cs2和电阻Rs2组成的输出整流二极管缓冲电路；第三焊接电路包括带中心抽头的高频隔离变压器T3、输出全波整流二极管Dh5和Dh6、输出滤波电感Lh3，所述第三焊接电路还包括由二极管Ds3、电容Cs3和电阻Rs3组成的输出整流二极管缓冲电路；第四焊接电路包括带中心抽头的高频隔离变压器T4、输出全波整流二极管Dh7和Dh8、输出滤波电感Lh4，所述第四焊接电路还包括由二极管Ds4、电容Cs4和电阻Rs4组成的输出整流二极管缓冲电路。焊接电路工作频率高达百kHz，采用标准模块化串并组合的方式，提高了变压器的有效匝比，减小了变压器漏感，提高了变压器的效率；所述连接方式还减小了焊接电路单元的电流应力，提高了系统的整流效率；此外，所述连接方式将器件发热分散，降低了散热的要求，电路布局可以更加紧凑，有利于提高设备的高功率密度。
在本发明实施例中，切割电路包括两个输入串联输出并联的切割电路单元和公共的切割输出电滤波容Co2，第一切割电路包括原边串联副边串联的高频隔离变压器T1和T2、输出全桥整流二极管Dg1、Dg2、Dg3和Dg4、输出滤波电感Lg1、输出滤波电容Co2，第一切割电路还包括由二极管Ds5、电容Cs5和电阻Rs5组成的输出整流二极管缓冲电路；第二切割电路包括原边串联副边串联的高频隔离变压器T3和T4、输出全桥整流二极管Dg5、Dg6、Dg7和Dg8、输出滤波电感Lg2，所述第二切割电路还包括由二极管Ds6、电容Cs6和电阻Rs6组成的输出整流二极管缓冲电路。切割电路工作频率、变压器效率和整流效率高，单个元件承受的电压、电流应力小，发热分散降低了散热要求，易于实现紧凑布局，有利于提高设备的高功率密度。
本发明的一种焊割一体电源，其中包括顺序连接的整流电路、逆变电路、焊割切换电路及与焊割切换电路相连的焊接电路和切割电路，焊割一体电源还包括与上述电路相连的控制电路。在本发明中，采用一种由全控型SiC MOSFET组成的整流电路1和逆变电路2级联拓扑，隔离和屏蔽了逆变式焊割电源对电网谐波污染，同时SiC MOSFET的使用大大提高了开关频率，减小了无源元件的体积和重量，提高了系统变换效率；通过焊割切换电路3选择将焊接电路4或是切割电路5连接至逆变电路2的输出，实现适合焊接/切割的直流电压输出，焊接/切割电路分别由四/二个相同的模块组合而成，因此，本发明具有输入特性好、功率密度高、系统变换效率高和易于模块化集成等优点。
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，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本发明的一种焊割一体电源，其中，包括顺序连接的整流电路1、逆变电路2、焊割切换电路3及与焊割切换电路3相连的焊接电路4和切割电路5，焊割一体电源还包括与上述电路相连的控制电路6。其中，整流电路1将三相输入电压转换为高压直流，并实现单位功率因数输入，逆变电路2将高压直流逆变为脉宽可调的高频正负方波，焊割切换电路3在焊接与切割模式时分别将逆变电路2输出连接至对应焊接与切割电路，通过焊接电路4和切割电路5实现降压、隔离和整流滤波，最终输出稳定直流电流，控制电路6负责系统所有电气量的采集与控制量的输出，实现焊割一体电源的稳定可靠运行。
在本发明实施例中，整流电路1包括：A相输入滤波电感L1、B相输入滤波电感L2、C相输入滤波电感L3、由金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的用于实现斩波控制的三相全控桥和输出滤波电容Cbus；逆变电路2包括由MOSEFET S1与S2组成的超前桥臂、S3与S4组成的滞后桥臂、用于辅助实现零电压开关的谐振电感Lr、用于防止变压器偏磁饱和的隔直电容Cr及箝位二极管D1和D2；焊割切换电路3包括双刀双掷继电器KA1和KA2，KA1与KA2可动簧片均与逆变电路两个输出端口相连，KA1输出常开触点分别与焊接电路原边绕组相连，输出常闭触点悬空不接；KA2输出常开触点分别与切割变压器组原边绕组相连，输出常闭触点悬空不接。
在本发明实施例中，焊接电路4包括四个完全相同的输入串联输出并联的焊接电路单元和公共的焊接输出滤波电容Co1。第一焊接电路41包括带中心抽头的高频隔离变压器T1、输出全波整流二极管Dh1和Dh2、输出滤波电感Lh1。第一焊接电路41还包括由二极管Ds1、电容Cs1和电阻Rs1组成的输出整流二极管缓冲电路；第二焊接电路42包括带中心抽头的高频隔离变压器T2、输出全波整流二极管Dh3和Dh4、输出滤波电感Lh2，第二焊接电路42还包括由二极管Ds2、电容Cs2和电阻Rs2组成的输出整流二极管缓冲电路；第三焊接电路43包括带中心抽头的高频隔离变压器T3、输出全波整流二极管Dh5和Dh6、输出滤波电感Lh3，第三焊接电路43还包括由二极管Ds3、电容Cs3和电阻Rs3组成的输出整流二极管缓冲电路；第四焊接电路44包括带中心抽头的高频隔离变压器T4、输出全波整流二极管Dh7和Dh8、输出滤波电感Lh4，所述第四焊接电路还包括由二极管Ds4、电容Cs4和电阻Rs4组成的输出整流二极管缓冲电路。
在本发明实施例中，切割电路5包括两个输入串联输出并联的切割电路单元和公共的切割输出电滤波容Co2，第一切割电路51包括原边串联副边串联的高频隔离变压器T1和T2、输出全桥整流二极管Dg1、Dg2、Dg3和Dg4、输出滤波电感Lg1、输出滤波电容Co2，所述第一切割电路还包括由二极管Ds5、电容Cs5和电阻Rs5组成的输出整流二极管缓冲电路；第二切割电路52包括原边串联副边串联的高频隔离变压器T3和T4、输出全桥整流二极管Dg5、Dg6、Dg7和Dg8、输出滤波电感Lg2，所述第二切割电路还包括由二极管Ds6、电容Cs6和电阻Rs6组成的输出整流二极管缓冲电路。
在本发明实施例中，焊割一体电源还包括与上述电路连接的控制电路6；控制电路6包括交流采样电路61、A2D驱动电路62、D2D驱动电路63、直流采样电路64、继电器驱动电路65、DSP控制电路66、人机交互电路67和辅助电路68。交流采样电路用于检测三相输入交流电压、电流，并将其转换为一定幅值的电压信号送至所述DSP控制电路ADC模块；A2D驱动电路和D2D驱动电路将DSP控制电路ePWM模块输出低电压驱动信号放大至MOSFET所需电压等级；直流采样电路用于检测整流电路直流母线电压和焊接、切割输出电流，并将其转换为一定幅值的电压信号送至DSP控制电路ADC模块；继电器驱动电路将DSP控制电路GPIO模块输出的电平信号放大，用于驱动继电器原边线圈；人机交互电路用于将工作模式旋钮和输出电流旋钮信号处理形成特定的电压信号送至DSP控制电路GPIO模块；辅助电路将三相输入电压转换为控制用电，为所述控制电路提供电能。
在本发明实施例中，交流采样调理电路61包括五路相同且独立的采样调理电路单元，直流采样调理电路64包括三路相同且独立的采样调理电路单元，以一个电路单元为例，该独立采样调理电路单元包括：由电阻CR1、CR2，电容CC1组成的输入RC滤波电路；由运算放大器1的第一单元CU1A构成的跟随器；由输入电阻CR3、CR6与跨接电阻CR4、跨接滤波电容CC2与运算放大器1的第二单元CU1B组成的反向比例放大电路；由电阻CR5，电容CC3组成的输出RC滤波电路。
在本发明实施例中，A2D驱动电路62包括六路相同且独立的驱动电路单元，所述D2D驱动电路63包括四路相同且独立的驱动电路单元，该独立驱动电路单元包括驱动隔离电源电路和驱动信号隔离放大电路。以一个电路单元为例，所述驱动隔离电源电路包括：输入滤波电容DC5、DC6，电源模块DU2、DU3，输出二极管DD2、DD3和输出滤波电容DC9、DC10和DC11；所述驱动信号隔离放大电路包括：由电阻DR4、电容DC3组成的输入RC滤波电路；输入滤波电容DC1、DC3和DC4；输入上拉电阻DR1、DR2和DR3；用于实现驱动信号隔离和功率放大的驱动芯片DU1；输出电源滤波电容DC7、DC8，限流电阻DR5、DR6和用于加快开关管关断的加速二极管DD1。
在本发明实施例中，辅助电路包括：由二极管AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6组成的三相不控整流桥；将所述整流桥得到的直流电压转换为+24V直流电压的隔离变换模块AM1；将+24V直流电压转换为+12V直流电压的隔离变换模块AM2；将+24V直流电压转换为+5V直流电压的隔离变换模块AM3；将+24V直流电压转换为±15V直流电压的隔离变换模块AM4。
在本发明实施例中，焊割一体电源为交流三相380V±20％输入，额定输出功率13kW(最大输出功率15kW)。所述整流电路和逆变电路主开关器件选用CCS050M12CM2，所述整流电路输入电感选取美磁77617磁芯绕制，开关频率50kHz，所述逆变电路变压器选用PC47材质PQ50磁芯绕制，开关频率100kHz。系统在额定负载时功率因数为0.9988，输入电流TDH小于2％，额定运行时效率高达93％，整机功率密度不小于4W/in3。
如图2所示，辅助电路68从三相输入电压取电，由隔离变换模块AM1将不控整流得到的直流电压转换为+24V电源，再分别由隔离电源模块AM2、AM3和AM4将隔离电源模块AM1输出直流电压转换为+12V、+5V和±15V电源，为控制电路提供所需电源。
整流电路1三相输入线电压、A、B相输入电流及输出母线电压经传感器采样后分别送至交流采样电路61和直流采样电路64，经过输入滤波、跟随、比例运算和输出滤波后送至DSP控制电路66ADC模块，DSP控制电路66通过对三相输入电压的检测获取电网电压的相位信息，再根据母线电压和输入电流偏差计算出整流电路1开关管的开通时刻和持续时间，并通过DSP控制电路66的ePWM模块产生相应驱动信号，该驱动信号经A2D驱动电路62隔离、放大后分别送至开关管Q1～Q6，使其按照一定的逻辑开通、关断控制输入电流按正弦规律变化，同时保持输出直流电压的稳定。
待整流电路1稳定运行后，通过人机交互电路67切换按键产生变化的电平信号，DSP控制电路66接收到该电平信号后判断为焊接或切割工作模式，通过DSP控制电路66发出继电器驱动信号，经继电器驱动电路66放大后直接作用于继电器KA1或KA2，使其常开触点闭合，将逆变电路输出连接至对应焊接电路4或切割电路5。此时焊接或切割输出电流经传感器采样后送至采样调理模块64，经过输入滤波、跟随、比例运算和输出滤波后送至所述DSP控制电路66ADC模块，DSP控制电路根据焊接或切割输出电流与所述人机交互67设定的给定电流偏差计算得到所述逆变电路超前桥臂和滞后桥臂各开关管的开通时刻和持续时间，并通DSP控制电路的ePWM模块产生相应驱动信号，该驱动信号经D2D驱动电路63隔离、放大后分别送至所述开关管S1～S4，使其按照一定的逻辑开通、关断控制焊接或切割输出电流保持在给定电流附近。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种焊割一体电源，其特征在于，包括：整流电路(1)、逆变电路(2)、焊割切换电路(3)、焊接电路(4)、切割电路(5)和控制电路(6)；
所述整流电路(1)、所述逆变电路(2)和所述焊割切换电路(3)依次连接，所述焊接电路(4)的输入端连接至所述焊割切换电路(3)的第一输出端，所述切割电路(5)的输入端连接至所述焊割切换电路(3)的第二输出端，所述控制电路(6)的第一输入端连接至所述焊接电路(4)的输出端，所述控制电路(6)的第二输入端连接至所述切割电路(5)的输出端；所述控制电路(6)的第一输出端连接至所述逆变电路(2)的控制端，所述控制电路(6)的第二输出端连接至所述焊割切换电路(3)的控制端，所述控制电路(6)的输入输出控制端连接至所述整流电路(1)的输入输出控制端；
所述整流电路(1)将三相输入电压转换为高压直流，并实现单位功率因数输入，所述逆变电路(2)将高压直流逆变为脉宽可调的高频方波，所述焊割切换电路(3)在焊接与切割模式时分别将所述逆变电路(2)输出连接至对应的所述焊接电路(4)或所述切割电路(5)，通过所述焊接电路(4)和所述切割电路(5)实现降压、隔离和整流滤波功能，最终输出稳定直流电流，所述控制电路(6)负责系统所有电气量的采集与控制量的输出，实现焊割一体电源的稳定可靠运行。
2.如权利要求1所述的焊割一体电源，其特征在于，所述整流电路(1)包括：第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、三相全控桥和滤波电容Cbus；
所述三相全控桥包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6；所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2串联连接，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4串联连接，所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6串联连接，所述第一晶体管Q1的非串联连接端、所述第三晶体管Q3的非串联连接端和所述第五晶体管Q5的非串联连接端均连接至所述滤波电容Cbus的一端，所述第二晶体管Q2的非串联连接端、所述第四晶体管Q4的非串联连接端和所述第六晶体管Q6的非串联连接端均连接至所述滤波电容Cbus的另一端；
所述第一电感L1的一端作为A相输入端，所述第一电感L1的另一端连接至所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的串联连接端；
所述第二电感L2的一端作为A相输入端，所述第二电感L2的另一端连接至所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的串联连接端；
所述第三电感L3的一端作为A相输入端，所述第三电感L3的另一端连接至所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6的串联连接端。
3.如权利要求1或2所述的焊割一体电源，其特征在于，所述逆变电路(2)包括：超前桥臂、滞后桥臂、谐振电感Lr、隔直电容Cr、第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2；
所述超前桥臂包括：串联连接的第一MOS管S1和第二MOS管S2；
所述滞后桥臂包括：串联连接的第三MOS管S3和第四MOS管S4；
所述第一MOS管S1的非串联连接端和所述第三MOS管S3的非串联连接端均连接至所述第一箝位二极管D1的阴极，所述第二MOS管S2的非串联连接端和所述第四MOS管S4的非串联连接端均连接至第二箝位二极管D2的阳极，所述第一箝位二极管D1的阳极连接至所述第二箝位二极管D2的阴极；
所述谐振电感Lr的一端连接至所述第三MOS管S3和第四MOS管S4的串联连接端，所述谐振电感Lr的另一端连接至所述第一箝位二极管D1的阳极；
所述隔直电容Cr的一端连接至所述第一MOS管S1和所述第二MOS管S2的串联连接端，所述隔直电容Cr的另一端作为所述逆变电路(2)的输出端。
4.如权利要求1所述的焊割一体电源，其特征在于，所述焊割切换电路(3)包括：第一双刀双掷继电器KA1和第二双刀双掷继电器KA2；
所述第一双刀双掷继电器KA1与所述第二双刀双掷继电器KA2可动簧片均与逆变电路两个输出端口相连，控制端口分别连接至所述控制电路(6)；所述第一双刀双掷继电器KA1的输出常开触点分别与焊接电路原边绕组相连，所述第一双刀双掷继电器KA1的输出常闭触点悬空不接；所述第二双刀双掷继电器KA2的输出常开触点分别与切割变压器组原边绕组相连，所述第二双刀双掷继电器KA2的输出常闭触点悬空不接。
5.如权利要求1所述的焊割一体电源，其特征在于，所述焊接电路(4)包括：第一焊接电路、第二焊接电路、第三焊接电路、第四焊接电路和焊接滤波电容Co1；
所述第一焊接电路、所述第二焊接电路、所述第三焊接电路和所述第四焊接电路的输入端串联且输出端并联，
所述第一焊接电路、所述第二焊接电路、所述第三焊接电路和所述第四焊接电路的结构相同，均包括：带中心抽头的高频隔离变压器、第一整流二极管Dh1、第二整流二极管Dh2、输出滤波电感Lh1和输出整流二极管缓冲电路；所述输出整流二极管缓冲电路包括：二极管Ds1、电容Cs1和电阻Rs1；所述高频隔离变压器的副边绕组的一端连接至第一整流二极管Dh1的阳极，副边绕组的另一端连接至第二整流二极管Dh2的阳极，第一整流二极管Dh1的阴极与第二整流二极管Dh2的阴极均连接至输出滤波电感Lh1的一端，输出滤波电感Lh1的另一端与焊接滤波电容Co1的一端连接并作为所述焊接电路(4)的输出端正极；二极管Ds1的阳极连接至第一整流二极管Dh1的阴极，二极管Ds1的阴极通过电容Cs1连接至所述第一焊接电路的中心抽头，电阻Rs1的一端连接至二极管Ds1的阴极，电阻Rs1的另一端连接至输出滤波电感Lh1的另一端；
所述第一焊接电路的中心抽头作为所述焊接电路(4)的输出端负极，所述第二焊接电路的中心抽头、所述第三焊接电路的中心抽头和所述第四焊接电路的中心抽头均连接至焊接滤波电容Co1的另一端。
6.如权利要求1所述的焊割一体电源，其特征在于，所述切割电路(5)包括：第一切割电路、第二切割电路和切割输出滤波电容Co2，
所述第一切割电路和第二切割电路的输入端串联且输出端并联；
所述第一切割电路和所述第二切割电路的结构相同，均包括：高频隔离变压器组、整流电路、输出二极管缓冲电路和输出滤波电感Lg1；所述高频隔离变压器组包括：第一高频隔离变压器T5和第二高频隔离变压器T6；所述整流电路包括：第一整流二极管Dg1、第二整流二极管Dg2、第三整流二极管Dg3和第四整流二极管Dg4；所述输出二极管缓冲电路包括：二极管Ds5、电容Cs5和电阻Rs5；
所述第一高频隔离变压器T5的原边绕组的一端连接至第二高频隔离变压器T6原边绕组的一端，所述第一高频隔离变压器T5的副边绕组的一端连接至第二高频隔离变压器T6副边绕组的一端，高频隔离变压器T5副边绕组的另一端连接至第一整流二极管Dg1的阳极，高频隔离变压器T6副边绕组的另一端连接至第三整流二极管Dg3的阳极；第一整流二极管Dg1的阴极和第三整流二极管Dg3的阴极均连至输出滤波电感Lg1的一端，输出滤波电感Lg1的另一端与切割输出滤波电容Co2的一端连接，并作为切割电路(5)的输出端正极；二极管Ds5的阳极连接至第一整流二极管Dg1的阴极，二极管Ds5的阴极通过电容Cs5连接至第二整流二极管Dg2、第四整流二极管Dg4的阳极和切割输出滤波电容Co2的另一端，并作为切割电路(5)的输出端负极；第二整流二极管Dg2的阴极连接至第一整流二极管Dg1的阳极，第四整流二极管Dg4的阴极连接至第三整流二极管Dg3的阳极；电阻Rs5的一端连接至二极管Ds5的阴极，电阻Rs5的另一端连接至输出滤波电感Lg1的另一端。
7.如权利要求1所述的焊割一体电源，其特征在于，所述控制电路(6)包括：交流采样电路(61)、A2D驱动电路(62)、D2D驱动电路(63)、直流采样电路(64)、继电器驱动电路(65)、DSP控制电路(66)、人机交互电路(67)和辅助电路(68)；
所述DSP控制电路(66)的第一输入端口连接至交流采样电路(61)，第二输入端口连接至直流采样电路(64)，第三输入端口连接至辅助电路(68)；所述DSP控制电路(66)的第一输出端口连接至A2D驱动电路(62)，第二输出端口连接至D2D驱动电路(63)，第三输出端口连接至继电器驱动电路(65)；所述DSP控制电路第一输入输出端口连接至人机交互电路(67)。
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