CN200945541Y - 全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器 - Google Patents

全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器 Download PDF

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温永平
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Abstract

本实用新型公开了一种全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器，在弧焊逆变器的电路上加了一个辅助网络，所述辅助网络包括辅助变压器和两个二极管。辅助网络使环流电流迅速衰减到零，原边电流衰减到零所需时间不受占空比的影响，而与原边峰值电流成正比，并使原边电流保持为零，克服了低输出电压时滞后臂难以实现零电流关断的缺点，可实现全负荷范围内的超前臂零电压开关和滞后臂零电流开关，因而更适合大功率软开关逆变器。

Description

全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器
技术领域
本实用新型涉及一种软开关弧焊逆变器，尤其是一种采用原边辅助变压器的软开关弧焊逆变器。属于电焊设备技术领域。
背景技术
传统的硬开关逆变器比较突出的问题是可靠性较差，采用软开关技术可以克服硬开关方式下开关损耗和开关应力大的缺点，从而提高了可靠性。但目前大功率弧焊逆变器的主电路功率器件多数采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，存在较大的拖尾电流，使其工作在全桥零电压软开关脉宽调制(FB-ZVS-PWM)方式下存在较大的关断损耗和应力，此外，FB-ZVS-PWM变换器还存在原边环流电流问题：如采用饱和电感的全桥零电压零电流软开关脉宽调制(FB-ZVZCS-PWM)弧焊逆变器和采用阻断二极管的FB-ZVZCS-PWM弧焊逆变器，这两种弧焊逆变器的原边环流电流衰减是依靠电容实现的。当负载电压很低时，如短路状态，逆变器输出电压很低，因而占空比D的值很小，电流衰减时间ΔT就很大，原边电流很难衰减到零。输出电压越低，原边环流电流就衰减得越小，而焊条电弧焊、CO2焊等，负载经常处于短路状态，所以这两种电路不能使弧焊逆变器在整个负载范围内都能实现软开开关。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺点，提供一种在全负荷范围内实现全桥零电压零电流的软开关弧焊逆变器，从而有效地解决上述问题。
本实用新型包括：由两个开关功率器件串联组成的超前臂与另两个功率开关器件串联构成的滞后臂并联，每个功率开关器件均有二极管与其反向并联，还并联一个电容。在全桥零电压零电流电路拓扑的基础上，增加一个由两个二极管和辅助变压器构成的辅助网络，即在恒流源输入端反向串联接入两个二极管，在所述两个二极管的中点和超前臂的两个功率开关器件的中点接入辅助变压器的副边，在超前臂的中点和中频变压器原边之间接入辅助变压器的原边，代替传统的阻断电容。
辅助变压器的变比(na1/na2)n＝1∶3～1∶10；其中较佳的辅助变压器变比为(na1/na2)n＝1∶7。
采用本技术方案后，与原来采用电容衰减原边环流电流的方法相比：环流电流迅速衰减到零，原边电流衰减到零所需时间不受占空比的影响，而与原边峰值电流成正比，并使原边电流保持为零，克服了低输出电压时滞后臂难以实现零电流关断的缺点，可实现全负荷范围内的超前臂零电压开关和滞后臂零电流开关，因而更适合大功率软开关逆变器。
附图说明
图1是本实用新型的带有辅助变压器的FB-ZVZCS-PWM弧焊逆变器的主电路图。
图2是本实用新型弧焊逆变器主电路0＜t＜t0期间的工作过程示意图。
图3是本实用新型弧焊逆变器主电路t0＜t＜t1期间的工作过程示意图。
图4是本实用新型弧焊逆变器主电路t1＜t＜t2期间的工作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
图1中，在恒流源输入端反向串联接入二极管D4、D6，在所述的两个二极管的中点和超前臂2的中点接入辅助变压器1的副边，在超前臂2的中点和中频变压器4原边之间接入辅助变压器1的原边。1为辅助变压器，na1为辅助变压器的原边，na2为辅助变压器的副边，Lk为主变压器的漏感。
由于两半个工作周期的ZVZCS实现工作过程相同，图2、图3和图4表示图1前半个工作周期的ZVZCS的工作过程，即实现工作过程的工作状态1(0＜t＜t0)；工作状态2(t0＜t＜t1)；工作状态3(t1＜t＜t2)。
参见图2，工作状态1(0＜t＜t1)：Q1和Q4共同导通，原边向副边传递能量，则流过Q1的能量为：iQ1＝(1+1/n)ip，其中ip为变压器原边电流，n为变压器变比。
参见图3，工作状态2(t0＜t＜t1)：在t0时刻关断Q1，原边电流从Q1转移到C1和C2支路中，给C1充电，同时C2被放电。由于有C1和C2，Q1是零电压关断的。在这段时间里，谐振电感Ls是串联的，而且Lf很大，因此可以认为原边电流近似不变，类似于一个恒流源，到t1时刻，C2电压下降到零，Q2的反并二极管D2自然导通。
参见图4，工作状态3(t1＜t＜t2)：t1时刻D2自然导通，Ta的副边被D2和D1直接接在Vin两端，即Ta的副边有反向电压Vin，该电压由Ta反射到主变压器的原边，直接加在主变压器的漏感上，使主变压器原边电流很快衰减到零，原边电流ip减小到零时该状态结束，则该状态持续的时间ΔT为：
ΔT = Ip ( t 1 ) L k n Vin
其中Ip(t1)为原边最大峰值电流，可见原边电流衰减到零所需时间不受占空比的影响，而与原边峰值电流成正比。根据最大峰值电流值设计适当的辅助变压器变比，可以实现所有负载范围的软开关。
在本状态结束时，原边电流为零，为滞后臂3零电流开关创造了条件。
本实用新型所公开的带原边辅助变压器的FB-ZVZCS-PWM拓扑可广泛用于各类弧焊逆变器中，可以实现包括轻载范围在内的全负载范围的软开关。

Claims (3)

1.一种全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器，包括由两个开关功率器件串联组成的超前臂与另两个功率开关器件串联构成的滞后臂并联，每个功率开关器件均有二极管与其反向并联，还并联一个电容，其特征是，在现有的全桥零电压零电流电路拓扑的基础上，增加一个由两个二极管和辅助变压器(1)构成的辅助网络，即在恒流源输入端反向串联接入两个二极管，在所述两个二极管的中点和超前臂的两个功率开关器件的中点接入辅助变压器(1)的副边，在超前臂的中点和中频变压器原边之间接入辅助变压器(1)的原边，代替传统的阻断电容。
2.根据权利要求1所述的全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器，其特征是：所述的辅助变压器(1)的变比为(na1/na2)n＝1∶3～1∶10。
3.根据权利要求2所述的全桥零电压零电流软开关弧焊逆变器，其特征是：所述的辅助变压器(1)的变比为(na1/na2)n＝1∶7。
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