CN110605460A - 一种高频逆变焊机功率变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频逆变焊机功率变换电路，第一功率开关元器件一端连接交流电输入L，另一端连接第二功率开关元器件，第二功率开关元器件另一端连接交流电输入N；隔离驱动变压器的输出同相端连接第一功率开关元器件，隔离驱动变压器的输出反相端连接第二功率开关元器件；第一功率开关元器件和第二功率开关元器件的连接端连接变压器输入端，第一分压电容和第二分压电容的连接端连接电流互感器输入端，变压器输入端与电流互感器输入端连接；变压器输出端连接推挽整流电路，输出高频直流电到焊枪。本发明高频焊机功率变换电路减去了整流桥与大容量储能电解电容，降低了焊机的生产成本，且后级电路呈阻性负载，电压与电流同频不畸变失真，提高了电源效率，提高了功率因数。

Description

一种高频逆变焊机功率变换电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种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功率因数校正(PFC)电路以达到降低逆变焊机的元器件成本的目的，现有技术高频逆变焊机的主要功率变换电路结构如图1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逆变半桥电路工作。
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输出同相端打开第一开关管Q1，隔离驱动变压器T3输出反相端关断第二开关管Q2，电流由储能电解电容CD1的正极输出依次经过第一开关管Q1、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、第二分压电容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输出同相端关断第一开关管Q1，隔离驱动变压器T3输出反相端打开第二开关管Q2，电流由储能电解电容CD1的正极输出依次经过第一分压电容C1、电流互感器T2初级绕组、变压器T1、第二开关管Q2、储能电解电容CD1的负极形成PWM负极回路。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。
以50KHZ的高速频率交替向变压器T1输送能量，变压器T1次级绕组通过第一整流二极管D2、第二整流二极管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。
由于现有的高频逆变焊机省去了昂贵的PFC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。当交流电网电压高于储能电解电容CD1上的电压时，整流桥D1导通使交流电网电压波形失真，并使交流电网承担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进行充电波形如图2，可见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。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种高频逆变焊机功率变换电路，提高电路功率因数。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种高频逆变焊机功率变换电路，包括第一功率开关元器件、第二功率开关元器件、第一分压电容、第二分压电容、变压器、电流互感器、隔离驱动变压器、第一整流二极管、第二整流二极管；第一分压电容一端连接交流电输入L，另一端连接第二分压电容，第二分压电容另一端连接交流电输入N；第一功率开关元器件一端连接交流电输入L，另一端连接第二功率开关元器件，第二功率开关元器件另一端连接交流电输入N；隔离驱动变压器的输出同相端连接第一功率开关元器件，隔离驱动变压器的输出反相端连接第二功率开关元器件，隔离驱动变压器输入连接脉宽调制波；第一功率开关元器件和第二功率开关元器件的连接端连接变压器输入端，第一分压电容和第二分压电容的连接端连接电流互感器输入端，变压器输入端与电流互感器输入端连接；变压器输出端连接推挽整流电路，输出高频直流电到焊枪。
进一步地，推挽整流电路包括第一二极管和第二二极管，变压器输出端两端分别连接第一二极管和第二二极管的正极，第一二极管和第二二极管的负极相连作为焊枪正极，变压器输出端的中间作为焊枪负极，并做负极搭铁。
进一步地，第一功率开关元器件包括并联连接的第一开关管和第二整流桥，第二功率开关元器件包括并联连接的第二开关管和第三整流桥。第一开关管还包括并联的旁路二极管，第二开关管还包括并联的旁路二极管。
进一步地，交流电输入L经保险丝连接第一分压电容。
进一步地，电流互感器输出端连接第一整流桥，第一整流桥输出端并联电容，第一分压电阻和第二分压电阻串联后并联于电容两端，第一分压电阻和第二分压电阻的连接点为电流采样输出，反馈给前级控制信号以调制PWM占空比输出。
有益效果：本发明高频焊机功率变换电路减去了整流桥与大容量储能电解电容，降低了高频逆变焊机的生产成本，且后级电路呈阻性负载，电压与电流同频不畸变失真，提高了电源效率，提高了功率因数。
附图说明
图1是现有技术中高频逆变焊机功率变换电路结构示意图；
图2是现有技术中高频逆变焊机功率变换电路波形图；
图3是本发明高频逆变焊机功率变换电路结构示意图；
图4是本发明高频逆变焊机功率变换电路波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图3所示，本发明所述的高频逆变焊机功率变换电路，包括第一功率开关元器件、第二功率开关元器件、第一分压电容C1、第二分压电容C2、变压器T1、电流互感器T2、隔离驱动变压器T3、第一整流二极管D2、第二整流二极管D3。
第一功率开关元器件包括并联连接的第一开关管Q1和第二整流桥Q5，第二功率开关元器件包括并联连接的第二开关管Q2和第三整流桥Q6。第一开关管Q1还包括并联的旁路二极管，第二开关管Q2还包括并联的旁路二极管。
第一分压电容C1一端连接交流电输入L，另一端连接第二分压电容C2，第二分压电容C2另一端连接交流电输入N；第一功率开关元器件一端连接交流电输入L，另一端连接第二功率开关元器件，第二功率开关元器件另一端连接交流电输入N。交流电输入L经保险丝F1连接第一分压电容C1。
隔离驱动变压器T3的输出同相端连接第一功率开关元器件，隔离驱动变压器T3的输出反相端连接第二功率开关元器件，隔离驱动变压器T3输入连接脉宽调制波。
第一功率开关元器件和第二功率开关元器件的连接端连接变压器T1输入端，第一分压电容C1和第二分压电容C2的连接端连接电流互感器T2输入端，变压器T1输入端与电流互感器T2输入端连接。
变压器T1输出端连接推挽整流电路，输出高频直流电到焊枪。推挽整流电路包括第一二极管D2和第二二极管D3，变压器T1输出端两端分别连接第一二极管D2和第二二极管D3的正极，第一二极管D2和第二二极管D3的负极相连作为焊枪正极，变压器T1输出端的中间作为焊枪负极，并做负极搭铁。
电流互感器T2输出端连接第一整流桥D4，第一整流桥D4输出端并联电容C3，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联后并联于电容C3两端，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的连接点为电流采样输出，反馈给前级控制信号以调制PWM占空比输出。
本发明所述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进入第一分压电容C1、第二分压电容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输出同相端打开第一功率开关元器件，隔离驱动变压器T3输出反相端关断第二功率开关元器件，交流电源输入L电流依次经第一功率开关元器件、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、第二分压电容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输出同相端关断第一功率开关元器件，隔离驱动变压器T3输出反相端打开第二功率开关元器件，交流电源输入L电流依次经第一分压电容C1、电流互感器T2初级绕组、变压器T1、第二功率开关元器件回到交流电源输入N形成PWM负极回路。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。
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。
交流电源负半周期间，交流电源输入N正半周进入第二分压电容C2、第一分压电容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输出同相端打开第一功率开关元器件，隔离驱动变压器T3输出反相端关断第二功率开关元器件，交流电源输入N电流依次经第二分压电容C2、电流互感器T2初级绕组、变压器T1、第一功率开关元器件、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输出同相端关断第一功率开关元器件，隔离驱动变压器T3输出反相端打开第二功率开关元器件，交流电源输入N电流依次经第二功率开关元器件、变压器T1、电流互感器T2初级绕组、第一分压电容C1、保险丝F1回到交流电源输入L形成PWM负极回路。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。
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。
本发明去除了寿命短并且昂贵的大容量高压储能电解电容，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。本发明高频焊机功率变换电路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，并且经测试在同等输出功率下，电源效率从60％提高到了85％，功率因数也从PF值60提高到了PF值95以上，电流波形如图4所示。

Claims (6)

1.一种高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于，包括第一功率开关元器件、第二功率开关元器件、第一分压电容(C1)、第二分压电容(C2)、变压器(T1)、电流互感器(T2)、隔离驱动变压器(T3)、第一整流二极管(D2)、第二整流二极管(D3)；
第一分压电容(C1)一端连接交流电输入L，另一端连接第二分压电容(C2)，第二分压电容(C2)另一端连接交流电输入N；
第一功率开关元器件一端连接交流电输入L，另一端连接第二功率开关元器件，第二功率开关元器件另一端连接交流电输入N；
隔离驱动变压器(T3)的输出同相端连接第一功率开关元器件，隔离驱动变压器(T3)的输出反相端连接第二功率开关元器件，隔离驱动变压器(T3)输入连接脉宽调制波；
第一功率开关元器件和第二功率开关元器件的连接端连接变压器(T1)输入端，第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)的连接端连接电流互感器(T2)输入端，变压器(T1)输入端与电流互感器(T2)输入端连接；
变压器(T1)输出端连接推挽整流电路，输出高频直流电到焊枪。
2.根据权利要求1所述的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于，推挽整流电路包括第一二极管(D2)和第二二极管(D3)，变压器(T1)输出端两端分别连接第一二极管(D2)和第二二极管(D3)的正极，第一二极管(D2)和第二二极管(D3)的负极相连作为焊枪正极，变压器(T1)输出端的中间作为焊枪负极，并做负极搭铁。
3.根据权利要求1所述的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于，第一功率开关元器件包括并联连接的第一开关管(Q1)和第二整流桥(Q5)，第二功率开关元器件包括并联连接的第二开关管(Q2)和第三整流桥(Q6)。
4.根据权利要求3所述的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于，第一开关管(Q1)还包括并联的旁路二极管，第二开关管(Q2)还包括并联的旁路二极管。
5.根据权利要求1所述的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于，交流电输入L经保险丝(F1)连接第一分压电容(C1)。
6.根据权利要求1所述的高频逆变焊机功率变换电路，其特征在于，电流互感器(T2)输出端连接第一整流桥(D4)，第一整流桥(D4)输出端并联电容(C3)，第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)串联后并联于电容(C3)两端，第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的连接点为电流采样输出，反馈给前级控制信号以调制PWM占空比输出。
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