CN110153535A - 一种新型的高频逆变焊机功率变换电路 - Google Patents

一种新型的高频逆变焊机功率变换电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，包括分压电容C1、分压电容C2、隔离驱动变压器T3、第一功率开关元器件、第二功率开关元器件、第三功率开关元器件、第四功率开关元器件、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、整流桥、整流二极管D2和整流二极管D3。本发明提供的新型高频焊机功率变换电路，由于去除了寿命短并且昂贵的大容量高压储能电解电容以及去除了发热量大的整流桥和预充电继电器等很大程度降低了高频逆变焊机的生产成本，并提高25％的电源效率，PFC(功率因数)也提高了35％。

Description

一种新型的高频逆变焊机功率变换电路
技术领域
本发明涉及焊机功率变换电路领域，具体涉及一种新型的高频逆变焊机功率变换电路。
背景技术
随着新型电力电子半导体的技术发展，逆变焊机的技术突飞猛进。但是由于逆变焊机内部使用的功率变换器件成本居高不下，生产厂家一般都会舍去PFC(功率因数校正)电路达到降低逆变焊机的元器件成本的目的，现有技术中高频逆变焊机的主要功率变换电路结构如附图3所示。
现有高频逆变焊机的功率变换电路中，交流电流输入L与交流电输入N经保险丝F1，整流桥D1整流成100HZ的脉动直流电向储能电解电容CD1充电、储能电解电容CD1上得到稳定的直流电源供给后级功率开关元器件电路工作。
先给隔离驱动变压器T3输入脉宽调制正半周波形，隔离驱动变压器T3输出同相端打开开关管Q1、隔离驱动变压器T3输出反相端关断开关管Q2，电流由CD1的正极输出依次经过开关管Q1、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、分压电容C2、储能电解电容CD1的负极形成PWM正极回路；再给隔离驱动变压器T3输入脉宽调制负半周波形，经过隔离驱动变压器T3输出同相端关断开关管Q1、隔离驱动变压器T3输出反相端打开开关管Q2，电流由CD1的正极输出依次经过依C1、电流互感器T2初级绕组、变压器T1、开关管Q2、储能电解电容CD1的负极形成PWM负极回路。
以50KHZ的高速频率交替向变压器T1输送能量，变压器T1次级绕组通过整流二极管D2、D3等推挽整流成100KHZ的高频直流电输出到焊枪正极夹电焊条焊接工件使用。电流采样用于前级控制信号的输入以调制PWM占空比的输出。
由于现有的高频逆变焊机省去了昂贵的PFC(功率因数校正)电路，电路功率因数只能达到60的PF值，整流桥没有连续导通。只有交流当电网电压高于储能电解电容CD1上的电压时才导通整流桥D1使交流电网电压波形失真并使交流电网承担着巨大的无功功率损失。交流电网通过整流桥D1对储能电解电容CD1进行充电波形如附图4所示。
如附图4所示，正弦波的交流电压和导通时间很短，畸变的电流波形伤害了公共的交流电网，使公共的交流电网电压波形失真干扰用电安全。
为了解决上述问题，亟需发明一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，以解决目前高频逆变焊机功率变换电路中正弦波的交流电压和导通时间很短而导致的畸变的电流波形伤害公共的交流电网，使公共的交流电网电压波形失真干扰用电安全的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，有效的解决了目前高频逆变焊机功率变换电路中正弦波的交流电压和导通时间很短的问题，防止了畸变的电流波形伤害公共交流电网的情况发生。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，包括分压电容C1、分压电容C2、隔离驱动变压器T3、第一功率开关元器件、第二功率开关元器件、第三功率开关元器件、第四功率开关元器件、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、整流桥、整流二极管D2和整流二极管D3；
所述分压电容C1一端连接交流电输入L，所述分压电容C1另一端连接分压电容C2，所述分压电容C2另一端连接交流电输入N，所述交流电输入L进入分压电容C1和分压电容C2回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给；
所述隔离驱动变压器T3输出同相端连接第一功率开关元器件和第二功率开关元器件，所述隔离驱动变压器T3输出反相端连接第三功率开关元器件和第四功率开关元器件；
所述第二功率开关元器件和第三功率开关元器件电性连接变压器T1输入端，所述分压电容C1和分压电容C2电性连接电流互感器T2初级绕组输入端，所述变压器T1输入端和电流互感器T2初级绕组输入端电性连接；
所述电流互感器T2初级绕组输出端电性连接整流桥，所述变压器T1输出端电性连接整流二极管D2和整流二极管D3。
进一步的，所述交流电输入L经保险丝F1进入分压电容C1和分压电容C2(2)回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给。
进一步的，所述第一功率开关元器件包括开关管Q1和旁二极管D1，所述第二功率开关元器件包括开关管Q’1和旁二极管D’1。
进一步的，所述第三功率开关元器件包括开关管Q2和旁二极管D、第四功率开关元器件包括开关管Q’2和旁二极管D’。
进一步的，所述变压器T1(8)输出端设置三个接线柱，其中两个接线柱分别电性连接整流二极管D2和整流二极管D3，另外一个接线柱电性连接焊机负极搭铁。
进一步的，所述整流二极管D2的阴极和整流二极管D3的阴极电性连接焊枪正极。
进一步的，所述整流桥的两个自由接线端分别电性连接电阻R1和电阻R2，所述电阻R1(和电阻R2的自由端均电性连接电流采样。
进一步的，所述电阻R1和电阻R2之间设置电容C3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的新型高频焊机功率变换电路，由于减去了整流桥与大容量储能电解电容后后级电路呈阻性负载，电压与电流同频不畸变失真，并且经测试再同等输出功率下，电源效率从60％提高到了85％，PFC(功率因数)也从PF值60提高到了PF值95以上。
2、本发明提供的新型高频焊机功率变换电路，由于去除了寿命短并且昂贵的大容量高压储能电解电容以及去除了发热量大的整流桥和预充电继电器等很大程度降低了高频逆变焊机的生产成本，并提高25％的电源效率，PFC(功率因数)也提高了35％。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明；但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例；凡基于本发明的构思所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明一种新型的高频逆变焊机功率变换电路原理示意图；
图2为本发明一种新型的高频逆变焊机功率变换电路电流波形图；
图3为本发明现有技术中高频逆变焊机的主要功率变换电路原理示意图；
图4为本发明现有技术中高频逆变焊机的主要功率变换电路充电波形示意图；
图中：
1-分压电容C1；2-分压电容C2；3-隔离驱动变压器T3；4-第一功率开关元器件；5-第二功率开关元器件；6-第三功率开关元器件；7-第四功率开关元器件；8-变压器T1；9-电流互感器T2初级绕组；10-整流桥；11-整流二极管D2；12-整流二极管D3；13-保险丝F1；14-焊机负极搭铁；15-焊枪正极；16-电阻R1；17-电阻R2；18-电容C3；41-开关管Q1；42-旁二极管；51-开关管Q’1；52-旁二极管D’1；61-开关管Q2；62-旁二极管D；71-开关管Q’2；72-旁二极管D’。
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，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，包括分压电容C1(1)、分压电容C2(2)、隔离驱动变压器T3(3)、第一功率开关元器件(4)、第二功率开关元器件(5)、第三功率开关元器件(6)、第四功率开关元器件(7)、变压器T1(8)、电流互感器T2初级绕组(9)、整流桥(10)、整流二极管D2(11)和整流二极管D3(12)；
所述分压电容C1(1)一端连接交流电输入L，所述分压电容C1(1)另一端连接分压电容C2(2)，所述分压电容C2(2)另一端连接交流电输入N，所述交流电输入L进入分压电容C1(1)和分压电容C2(2)回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给；
所述隔离驱动变压器T3(3)输出同相端连接第一功率开关元器件(4)和第二功率开关元器件(5)，所述隔离驱动变压器T3(3)输出反相端连接第三功率开关元器件(6)和第四功率开关元器件(7)；
所述第二功率开关元器件(5)和第三功率开关元器件(6)电性连接变压器T1(8)输入端，所述分压电容C1(1)和分压电容C2(2)电性连接电流互感器T2初级绕组(9)输入端，所述变压器T1(8)输入端和电流互感器T2初级绕组(9)输入端电性连接；
所述电流互感器T2初级绕组(9)输出端电性连接整流桥(10)，所述变压器T1(8)输出端电性连接整流二极管D2(11)和整流二极管D3(12)。
进一步的，所述交流电输入L经保险丝F1(13)进入分压电容C1(1)和分压电容C2(2)回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给。
进一步的，所述第一功率开关元器件(4)包括开关管Q1(41)和旁二极管D1(42)，所述第二功率开关元器件(5)包括开关管Q’1(51)和旁二极管D’1(52)。
进一步的，所述第三功率开关元器件(6)包括开关管Q2(61)和旁二极管D(62)、第四功率开关元器件(7)包括开关管Q’2(71)和旁二极管D’(72)。
进一步的，所述变压器T1(8)输出端设置三个接线柱，其中两个接线柱分别电性连接整流二极管D2(11)和整流二极管D3(12)，另外一个接线柱电性连接焊机负极搭铁(14)。
进一步的，所述整流二极管D2(11)的阴极和整流二极管D3(12)的阴极电性连接焊枪正极(15)。
进一步的，所述整流桥(10)的两个自由接线端分别电性连接电阻R1(16)和电阻R2(17)，所述电阻R1(16)和电阻R2(17)的自由端均电性连接电流采样(18)。
进一步的，所述电阻R1和电阻R2(17)之间设置电容C3(18)。
本发明提供的高频逆变焊机功率变换电路其工作原理为：
交流电源正半周期间，交流电输入L经保险丝F1进入分压电容C1、分压电容C2、回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给。先给隔离驱动变压器T3输入脉宽调制正半周波形，经过隔离驱动变压器T3输出同相端打开开关管Q1、Q’1，隔离驱动变压器T3输出反相端关断开关管Q2、Q’2，交流电源输入L电流依次经开关管Q1、Q’1的旁二极管、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、分压电容C2、回到交流电源输入N形成PWM正极回路；再给隔离驱动变压器T3输入脉宽调制负半周波形，隔离驱动变压器T3输出同相端关断开关管Q1、Q’1，隔离驱动变压器T3输出绕组反相端打开开关管Q2、Q'2，交流电源输入L电流依次经分压电容C1、电流互感器T2初级绕组、变压器T1、开关管Q2，Q'2的旁二极管、回到交流电源输入N形成PWM负极回路；
以50KHZ的高速频率交替向变压器T1输送能量，变压器次级绕组通过整流二极管D2、D3等推挽整流成100KHZ的高频直流电输出到焊枪正极夹电焊条焊接工件使用。电流采样用于前级控制信号的输入以调制PWM占空比的输出。
交流电源负半周期间，交流电源输入N正半周进入分压电容C2、分压电容C1、经保险丝F1回到交流电输入L形成回路，组成下正上负的电源供给。先给隔离驱动变压器T3输入脉宽调制正半周波形，经过隔离驱动变压器T3输出同相端打开开关管Q1、Q’1，隔离驱动变压器T3输出反相端关断开关管Q2、Q’2，交流电源输入N电流依次经分压电容C2、电流互感器T2初级绕组、变压器T1、开关管Q’1、Q1的旁二极管、保险丝F1、回到交流电源输入L形成PWM正极回路；再给隔离驱动变压器T3输入脉宽调制负半周波形，隔离驱动变压器T3输出同相端关断开关管Q1、Q’1，隔离驱动变压器T3输出绕组反相端打开开关管Q2、Q'2，交流电源输入N电流依次经开关管Q’2，Q2的旁二极管、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、分压电容C1、保险丝F1、回到交流电源输入L形成PWM负极回路。
以50KHZ的高速频率交替向变压器T1输送能量，变压器次级绕组通过整流二极管D2、D3等推挽整流成100KHZ的高频直流电输出到焊枪正极夹电焊条焊接工件使用。电流采样用于前级控制信号的输入以调制PWM占空比的输出。
本发明提供的高频焊机功率变换电路由于减去了整流桥与大容量储能电解电容后，后级电路呈阻性负载，电压与电流同频不畸变失真，并且经测试再同等输出功率下，电源效率从60％提高到了85％，PFC(功率因数)也从PF值60提高到了PF值95以上，电流波形如图2所示。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：包括分压电容C1(1)、分压电容C2(2)、隔离驱动变压器T3(3)、第一功率开关元器件(4)、第二功率开关元器件(5)、第三功率开关元器件(6)、第四功率开关元器件(7)、变压器T1(8)、电流互感器T2初级绕组(9)、整流桥(10)、整流二极管D2(11)和整流二极管D3(12)；
所述分压电容C1(1)一端连接交流电输入L，所述分压电容C1(1)另一端连接分压电容C2(2)，所述分压电容C2(2)另一端连接交流电输入N，所述交流电输入L进入分压电容C1(1)和分压电容C2(2)回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给；
所述隔离驱动变压器T3(3)输出同相端连接第一功率开关元器件(4)和第二功率开关元器件(5)，所述隔离驱动变压器T3(3)输出反相端连接第三功率开关元器件(6)和第四功率开关元器件(7)；
所述第二功率开关元器件(5)和第三功率开关元器件(6)电性连接变压器T1(8)输入端，所述分压电容C1(1)和分压电容C2(2)电性连接电流互感器T2初级绕组(9)输入端，所述变压器T1(8)输入端和电流互感器T2初级绕组(9)输入端电性连接；
所述电流互感器T2初级绕组(9)输出端电性连接整流桥(10)，所述变压器T1(8)输出端电性连接整流二极管D2(11)和整流二极管D3(12)。
2.根据权利要求1所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述交流电输入L经保险丝F1(13)进入分压电容C1(1)和分压电容C2(2)回到交流电输入N形成回路，组成上正下负的电源供给。
3.根据权利要求2所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述第一功率开关元器件(4)包括开关管Q1(41)和旁二极管D1(42)，所述第二功率开关元器件(5)包括开关管Q’1(51)和旁二极管D’1(52)。
4.根据权利要求2所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述第三功率开关元器件(6)包括开关管Q2(61)和旁二极管D(62)、第四功率开关元器件(7)包括开关管Q’2(71)和旁二极管D’(72)。
5.根据权利要求2所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述变压器T1(8)输出端设置三个接线柱，其中两个接线柱分别电性连接整流二极管D2(11)和整流二极管D3(12)，另外一个接线柱电性连接焊机负极搭铁(14)。
6.根据权利要求2所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述整流二极管D2(11)的阴极和整流二极管D3(12)的阴极电性连接焊枪正极(15)。
7.根据权利要求2所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述整流桥(10)的两个自由接线端分别电性连接电阻R1(16)和电阻R2(17)，所述电阻R1(16)和电阻R2(17)的自由端均电性连接电流采样(18)。
8.根据权利要求7所述的一种新型的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于：所述电阻R1和电阻R2(17)之间设置电容C3(18)。
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