CN110394527B - 一种用于提高逆变式弧焊电源igbt工作可靠性的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,涉及逆变式弧焊电源,解决了滞后臂不易实现零电流关断的问题。本发明包括PWM控制电路,PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路,超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路,滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1;电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V44并联,二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接,第一节点接入滞后臂PWM控制电路,二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接,第二节点接入超前臂PWM控制电路,电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地。本发明能实现滞后臂延时关断等优点。
Description
技术领域
本发明涉及逆变式弧焊电源,具体涉及一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路。
背景技术
目前市场上出售的逆变式弧焊电源,多数为全桥IGBT逆变电源,IGBT工作方式分为硬开关和软开关两种。
硬开关工作状态,IGBT开关损耗大、发热量大。选用IGBT时,必须选择性能可靠、设计裕量要求大;必须使用足够大的散热器,材料成本高。
软开关工作状态,IGBT无开关损耗,对IGBT参数要求不高,裕量要求小,IGBT工作可靠性高。但是软开关电路的PWM控制电路更复杂,如图3所示,PWM控制电路包括超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路,PWM控制电路的输入端接收PI控制信号,两个输出端分别连接超前臂IGBT驱动控制电路及滞后臂IGBT驱动控制电路,超前臂IGBT驱动控制电路的输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2,滞后臂IGBT驱动控制电路连接滞后臂IGBT-3及滞前臂IGBT-4;超前臂为活动臂进行PWM调节,滞后臂为固定臂不进行PWM调节,超前臂与滞后臂各自互补导通,输出功率的调节是由调节超前臂的脉宽来进行。
在实际使用过程中的软开关工作状态如图1所示,包括超前臂G1、超前臂G2、滞后臂G3、滞后臂G4;超前臂和滞后臂导通时,电流依次流过电容C1、变压器TM1、电容C3、电感L1及滞后臂V4后从负极输出;如图2所示,当超前臂IGBT关断后,变压器漏抗形成的环流,电流从变压器TM1流出依次经过电容C3、电感L1、滞后臂V4、滞后臂V2流回变压器TM1。但是,逆变式弧焊电源的输出功率达到极限时,超前臂IGBT驱动脉宽将达到最大,与滞后臂脉宽相等。超前臂IGBT关断后初级回路没有足够的时间释放回路电感储存的能量,将导致滞后臂IGBT关闭时不是零电流关断,滞后臂IGBT发热增加从而增加IGBT损坏的可能。而弧焊电源的使用功率输出范围要求很宽,往往有超出额定功率使用的情况,甚至在特殊情况下可能出现短时间工作在功率输出极限,致使IGBT超前臂工作到最大脉宽状态,导致滞后臂IGBT不易实现零电流关断。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,解决软开关工作状态下,弧焊电源的使用功率输出范围要求很宽,往往有超出额定功率使用的情况,甚至在特殊情况下可能出现短时间工作在功率输出极限,致使IGBT超前臂工作到最大脉宽状态,导致滞后臂IGBT不易实现零电流关断的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
如图4、图5所示,一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,包括PWM控制电路,所述PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路,所述超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路,所述滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1;所述电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V1并联,所述二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接,所述第一节点接入滞后臂PWM控制电路,二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接,所述第二节点接入超前臂PWM控制电路,所述电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地。优选电阻R1的值为5.6K,电阻R2的值为2K,电容C1的值为1nF,二极管的型号为IN4148
目前市场上标准逆变式弧焊电源的大功率IGBT工作频率为20KHz或20KHz左右,可靠工作的死区时间≥3μs。本申请通过增加滞后臂延时电路使得滞后臂驱动死区时间在3μs-3.5μs,超前臂死区时间在4μs-8μs之间,超前臂死区时间最小值大于滞后臂驱动死区时间最大值。本电路是以超前臂死区时间作为基准,再通过设置滞后臂延时电路改变滞后臂驱动死区时间。当超前臂死区时间确定后,通过改变R1的阻值或C1的容值可实现对滞后臂死区时间的设置。
进一步的,所述超前臂PWM控制电路中,电流控制型芯片N1的型号为UC3846,电流控制型芯片N1的10号引脚同步端与所述第二节点连接,电源端13号引脚及15号引脚均接+15V电压,4号引脚接入斜坡补偿信号,3号引脚与8号引脚之间串联电容C2后接地,3号引脚与9号引脚之间串联电阻R3后接地,6号引脚与7号引脚连接,5号引脚输入PI控制信号,1号引脚与2号引脚之间串联电阻R9后输出+5V基准电压,1号引脚与12号引脚之间串联电阻R10后接地,11号引脚与14号引脚两个PWM脉冲输出端连接超前臂IGBT驱动控制电路,所述超前臂IGBT驱动控制电路的两个输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2。
进一步的,所述滞后臂PWM控制电路中,比较器N2A的3号引脚正相输入端与所述第一节点连接,2号引脚反相输入端接电阻R4与电阻R5的共有端,电阻R5与4号引脚接地,8号引脚与1号引脚输出端之间串联电阻R6;比较器N2A通过或门电路N4与滞后臂IGBT驱动控制电路连接,滞后臂IGBT驱动控制电路的两个输出端分别连接滞后臂IGBT-3及滞后臂IGBT-4。超前臂死区时间通过设置电容C2的容值大小来改变。电流控制型芯片N1的10号引脚为超前臂死区时间同步输出脚,超前臂死区时间为波形1,当超前臂死区时间开始时即矩形波上升沿,滞后臂死区开始时间是通过电阻R1对电容C1充电形成缓升电压,滞后臂死区开始时间为波形2,再通过电阻R2送至比较器N2的3号引脚,经比较器N2再次转换为矩形波,作为滞后臂死区开始时间,滞后臂死区时间为波形3。当超前臂死区时间结束时即矩形波下降沿,滞后臂死区结束时间是通过二极管V1快速将电压拉低实现与超前臂死区结束时间同步。
优选的,所述滞后臂延时电路中,电阻R1的值为5.6K,电阻R2的值为2K,电容C1的值为1nF,二极管的型号为IN4148。
本发明具有如下的优点和有益效果:
设置超前臂驱动脉冲宽度在最大脉宽时小于滞后臂,当弧焊电源超载使用时,超前臂关闭后初级回路有足够的时间释放回路电感储存的能量,当回路电流降为零时再关闭滞后臂IGBT,保证滞后臂IGBT处于零电流零电压关闭。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为现有技术的超前臂与滞后臂导通时电流方向示意图。
图2为现有技术的超前臂IGBT关断后变压器漏抗形成的环流电流方向示意图。
图3为现有技术的弧焊电源电路结构框图。
图4为本发明的弧焊电源电路结构框图。
图5为本发明中滞后臂延时电路结构示意图。
图6为本发明的电路结构示意图。
图7为本发明的脉宽示意图。
图8为本发明在示波器中的脉宽示意图。
图9为本发明超前臂和滞后臂死区时间波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中,对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的示图都是为了说明的目的,并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图4、图5所示,一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,包括PWM控制电路,所述PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路,所述超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路,所述滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1;所述电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V1并联,所述二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接,所述第一节点接入滞后臂PWM控制电路,二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接,所述第二节点接入超前臂PWM控制电路,所述电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地。优选电阻R1的值为5.6K,电阻R2的值为2K,电容C1的值为1nF,二极管的型号为IN4148。
目前市场上标准逆变式弧焊电源的大功率IGBT工作频率为20KHz或20KHz左右,可靠工作的死区时间≥3μs。本申请通过增加滞后臂延时电路使得滞后臂驱动死区时间在3μs-3.5μs,超前臂死区时间在4μs-8μs之间,超前臂死区时间最小值大于滞后臂驱动死区时间最大值。本电路是以超前臂死区时间作为基准,再通过设置滞后臂延时电路改变滞后臂驱动死区时间。当超前臂死区时间确定后,通过改变R1的阻值或C1的容值可实现对滞后臂死区时间的设置。
如图7所示,S1为超前臂正常工作的脉宽,S2为超前臂在功率输出极限下的最大脉宽,S3为现有技术滞后臂的脉宽,S4为本申请滞后臂的脉宽。逆变式弧焊电源正常输出功率时,超前臂的驱动脉宽小于滞后臂的驱动脉宽,超前臂关闭后会有足够的时间释放环流电流,滞后臂关断时初级已无电流。当输出功率达到极限时,超前臂IGBT驱动脉宽将达到最大,与滞后臂脉宽相等,超前臂IGBT关断后初级回路没有足够的时间释放回路电感储存的能量,将导致滞后臂IGBT关闭时不是零电流关断,滞后臂IGBT发热增加从而增加IGBT损坏的可能。而本申请在在超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间增加滞后臂延时电路即增加了滞后臂脉宽,使得超前臂驱动脉宽在最大脉宽时小于滞后臂驱动脉宽,当逆变式弧焊电源超载使用时,超前臂关闭后初级回路有足够的时间释放回路电感储存的能量,当回路电流降为零时再关闭滞后臂IGBT,保证滞后臂IGBT处于零电流零电压关闭。如图8所示,本申请在示波器中,超前臂驱动脉宽在最大脉宽时小于滞后臂驱动脉宽。
实施例2
如图6所示,本实施例与实施例1的区别在于,所述超前臂PWM控制电路中,电流控制型芯片N1的型号为UC3846,电流控制型芯片N1的10号引脚同步端与所述第二节点连接,电源端13号引脚及15号引脚均接+15V电压,4号引脚接入斜坡补偿信号,3号引脚与8号引脚之间串联电容C2后接地,3号引脚与9号引脚之间串联电阻R3后接地,6号引脚与7号引脚连接,5号引脚输入PI控制信号,1号引脚与2号引脚之间串联电阻R9后输出+5V基准电压,1号引脚与12号引脚之间串联电阻R10后接地,11号引脚与14号引脚两个PWM脉冲输出端连接超前臂IGBT驱动控制电路,所述超前臂IGBT驱动控制电路的两个输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2。值得注意的是超前臂死区时间通过设置C2容值大小来改变。
所述滞后臂PWM控制电路中,比较器N2A的3号引脚正相输入端与所述第一节点连接,2号引脚反相输入端接电阻R4与电阻R5的共有端,电阻R5与4号引脚接地,8号引脚与1号引脚输出端之间串联电阻R6;比较器N2A通过或门电路N4与滞后臂IGBT驱动控制电路连接,滞后臂IGBT驱动控制电路的两个输出端分别连接滞后臂IGBT-3及滞后臂IGBT-4。
如图9所示,电流控制型芯片N1的10号引脚为超前臂死区时间同步输出脚,超前臂死区时间为波形1,当超前臂死区时间开始时即矩形波上升沿,滞后臂死区开始时间是通过电阻R1对电容C1充电形成缓升电压,滞后臂死区开始时间为波形2,再通过电阻R2送至比较器N2的3号引脚,经比较器N2再次转换为矩形波,作为滞后臂死区开始时间,滞后臂死区时间为波形3。当超前臂死区时间结束时即矩形波下降沿,滞后臂死区结束时间是通过二极管V1快速将电压拉低实现与超前臂死区结束时间同步。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,包括PWM控制电路,所述PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路,其特征在于,所述超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路,所述滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1;所述电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V1并联,所述二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接,所述第一节点接入滞后臂PWM控制电路,二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接,所述第二节点接入超前臂PWM控制电路,所述电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,其特征在于,所述超前臂PWM控制电路中,电流控制型芯片N1的型号为UC3846,电流控制型芯片N1的10号引脚同步端与所述第二节点连接,电源端13号引脚及15号引脚均接+15V电压,4号引脚接入斜坡补偿信号,3号引脚与8号引脚之间串联电容C2后接地,3号引脚与9号引脚之间串联电阻R3后接地,6号引脚与7号引脚连接,5号引脚输入PI控制信号,1号引脚与2号引脚之间串联电阻R9后输出+5V基准电压,1号引脚与12号引脚之间串联电阻R10后接地,11号引脚与14号引脚两个PWM脉冲输出端连接超前臂IGBT驱动控制电路,所述超前臂IGBT驱动控制电路的两个输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,其特征在于,所述滞后臂PWM控制电路中,比较器N2A的3号引脚正相输入端与所述第一节点连接,2号引脚反相输入端接电阻R4与电阻R5的共有端,电阻R5与4号引脚接地,8号引脚与1号引脚输出端之间串联电阻R6;比较器N2A通过或门电路N4与滞后臂IGBT驱动控制电路连接,滞后臂IGBT驱动控制电路的两个输出端分别连接滞后臂IGBT-3及滞后臂IGBT-4。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路,其特征在于,所述滞后臂延时电路中,电阻R1的值为5.6K,电阻R2的值为2K,电容C1的值为1nF,二极管的型号为IN4148。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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