CN204171514U - 一种高性能高频逆变tig焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能高频逆变TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于：焊机控制系统包括主电路和与其相连的驱动电路，驱动电路与移相控制模块相连，移相控制模块与保护电路、外特性控制电路相连，移相控制模块与显示电路相连；主电路由依次相连的输入EMI模块、输入整流滤波模块、全桥逆变模块、高频变压器和输出整流滤波模块组成，全桥逆变模块的电流反馈输出端还与外特性控制电路的斜坡补偿输出端信号叠加并反馈输入到外特性控制电路，整流滤波模块的电流反馈、电压反馈输出端与外特性控制电路连接。本实用新型结构简单，设计合理，体积较小，电路开关损耗小，电磁干扰低，性能优异，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种高性能高频逆变TIG焊机

技术领域

本实用新型涉及焊机技术领域，尤其是涉及一种高性能高频逆变TIG焊机。

背景技术

弧焊逆变电源自上世纪80年代问世以来，经过不断的发展完善，已成为焊接电源的主流产品。弧焊逆变电源的逆变频率一般在20～100kHz，由于目前的逆变电源多采用模拟电路控制，限制了逆变电源性能的提高。焊机的数字化是当今焊接装备发展的潮流，它使得数字控制应用于弧焊逆变电源成为可能。在国内，数字化焊机的研究尚处于起步阶段，较之世界先进水平仍有很大的差距，这使我们研究弧焊逆变电源有了很大的必要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高性能高频逆变TIG焊机，应用全桥变换器作为逆变焊机的主电路，以移相PWM控制方式控制MOSFET管组成的全桥变换器，并采用恒流软开关模式，其结构简单，设计合理，体积较小，电路开关损耗小，电磁干扰低，性能优异，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种高性能高频逆变TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于：所述焊机控制系统包括主电路和与主电路输入端相连的驱动电路，所述驱动电路的输入端与移相控制模块相连，所述移相控制模块的输入端与保护电路、外特性控制电路相连，所述移相控制模块的输出端与显示电路相连；所述主电路由依次相连的输入EMI模块、输入整流滤波模块、全桥逆变模块、高频变压器和输出整流滤波模块组成，所述全桥逆变模块的电流反馈输出端信号还与外特性控制电路的斜坡补偿输出端信号叠加并反馈输入到外特性控制电路，所述整流滤波模块的电流反馈、电压反馈输出端信号也反馈输入到外特性控制电路。

上述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述输入EMI模块输入端接220V电网。

上述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述输入整流滤波模块由整流桥和滤波电容组成。

上述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述整流桥采用SEMIKRON公司的型号为SKD115/12的整流桥。

上述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述全桥逆变模块由MOSFET功放管组成，所述功放管选用IXYS公司的LXFN80N50Q2型号的功放管。

上述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述输出整流滤波模块由整流二极管、与负载串联的滤波电感和与负载并联的滤波电容组成，且所述电感前端并联续流二极管。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的焊机逆变电源采用MOSFET作为主功率开关器件，采用全桥移相PWM对其控制，使得开关频率恒定，利于变压器和输出滤波电抗的优化设计，实现了开关管的零电压开关，减小了开关损耗，有利于提高开关频率；

2、本实用新型的焊机逆变电源采用软开关的工作方式，使得功率开关器件在开通与关断时的开关损耗变小，也避免了电磁干扰；

3、本实用新型的焊机逆变电源末端的滤波电路加上了续流二极管，大大减小了移相切换行为发生后输出滤波电感电流反射到高频变压器原边的情况，降低了钳位环流期间原边电流的短路效应，相应减少了功率开关器件的导通损耗。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，体积较小，电路开关损耗小，电磁干扰低，性能优异，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的高频逆变TIG焊机系统总体结构框图；

图2为本实用新型的焊机系统主电路全桥逆变模块、高频变压器和输出整流滤波模块原理图；

图3为本实用新型焊机系统主电路输入EMI模块原理图；

图4为本实用新型焊机系统主电路输入整流滤波模块原理图；

图5为传统焊机系统主电路硬开关时的电压和电流波形；

图6为传统焊机系统主电路零电压软开关示意图；

图7为传统焊机系统主电路与本实用新型的焊机系统主电路开关过程电流/电压轨迹对比图。

附图标记说明:

1、主电路；2、驱动电路；3、移相控制模块；4、保护电路；

5、显示电路；6、外特性控制电路。

具体实施方式

如图1所示，一种高性能高频逆变TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于：所述焊机控制系统包括主电路1和与主电路1输入端相连的驱动电路2，所述驱动电路2的输入端与移相控制模块3相连，所述移相控制模块3的输入端与保护电路4、外特性控制电路6相连，所述移相控制模块3的输出端与显示电路5相连；所述主电路1由依次相连的输入EMI模块、输入整流滤波模块、全桥逆变模块、高频变压器和输出整流滤波模块组成，所述全桥逆变模块的电流反馈输出端信号还与外特性控制电路6的斜坡补偿输出端信号叠加并反馈输入到外特性控制电路6，所述整流滤波模块的电流反馈、电压反馈输出端信号也反馈输入到外特性控制电路6。

本实施例中，所述输入EMI模块输入端接220V电网。

本实施例中，所述输入整流滤波模块由整流桥和滤波电容组成。

本实施例中，所述整流桥采用SEMIKRON公司的型号为SKD115/12的整流桥。

如图2所示，本实施例中，所述全桥逆变模块由MOSFET功放管组成，所述功放管选用IXYS公司的LXFN80N50Q2型号的功放管。

如图2所示，本实施例中，所述输出整流滤波模块由整流二极管、与负载串联的滤波电感和与负载并联的滤波电容组成，且所述电感前端并联续流二极管。

本实用新型的工作原理是：220V电网电压经整流滤波后变为平滑的直流电压；经由逆变器变换为脉宽可调的高频交流电压方波；再通过高频变压器隔离降压；最后经过输出整流滤波电路后得到满足焊接要求的直流电源。

如图3所示，输入EMI电路的作用是抑制干扰噪声。一方面能防止电网上的噪声传入弧焊逆变电源系统，影响弧焊逆变电源的正常工作；另一方面也能阻止逆变焊机工作时产生的高频干扰信号进入电网，影响其他设备的正常工作。其主要由共模电感、电容和压敏电阻网络组成。

如图4所示，220V电网电压经输入EMI电路后进入输入整流滤波电路。输入整流滤波部分采用不控的二极管桥式整流，其作用就是把输入的工频交流电压转变为比较平直的直流电压，为后面的逆变部分提供输入。

逆变部分采用单相逆变桥。其作用是把整流滤波后的直流电压逆变为高频交流方波，即把能量转换为变压器能够传递的形式。

高频变压器工作在高频(200kHz)和大功率场合,既充当能量传输的载体，又起到隔离和变压的作用。

输出整流滤波部分采用的是全波整流结构，这种结构适用于低压、大电流的应用场合，而焊机电源正符合这一特点。因为整流电路的损耗等于流过整流管的电流乘以整流管的正向压降，采用全波整流时，在变压器副边与负载所形成的回路中只串联了一个二极管，而桥式整流电路则串联了两个二极管，因此在输出电流相同的情况下，采用全波整流电路时的整流损耗是采用桥式整流电路时的l/2,输出滤波电路采用最常见的Lc滤波方式。经过以上几个部分，就能把取自电网的220V交流电压变换为焊机工作时所需要的低压大电流直流电源，输入和输出之间通过高频变压器实现隔离和变压。

在常规的恒频PWM控制方式下，功率器件通常工作在硬开关状态，即开关器件将在一倍或两倍于输入电压的截止电压条件下开通，或在全负载电流条件下关断。在开关动作过程中，将承受很大的di/dt、dv/dt，存在较高的开关损耗。功率或输入电压愈高，di/dt、dv/dt也越大；逆变频率越高，开关损耗也随之线性增加。这种被称为硬开关PwM的控制方式显然不适合于高频、高压、大功率的弧焊逆变电源。为了能够减小开关损耗、提高整机效率，同时又能提高开关频率、减小体积重量，本实施例采用软开关技术。

图5所示为硬开关时的电压和电流波形。由于开关管并非理想器件，当开通时电压不是立即下降到零，同时电流也不是立即上升到负载电流，电流和电压有一个交叠区，将产生损耗。同理，关断时电流和电压也有一个交叠区，也要产生损耗。这两个损耗统称为开关损耗。图7(a)为硬开关条件下的开关轨迹，图中虚线为开关管的安全工作区(safbt),可见硬开关的开关轨迹接近或局部已超出安全工作区，容易导致开关管损坏。稳态下，开关损耗与开关频率成正比，限制了变换器频率的提高和小型化、轻量化。

与硬开关相比，软开关的电流、电压波形和开关轨迹则要理想得多。图6所示为零电压软开关示意图。在开关管开通前，使其电压下降到零，这就是所谓的零电压开通，开通损耗基本减小到零：在开关管关断时，使其电压保持在零，或者限制电压的上升率，从而减小电流与电压的交叠区，这就是所谓的零电压关断，关断损耗大大减小。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高性能高频逆变TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于：所述焊机控制系统包括主电路(1)和与主电路(1)输入端相连的驱动电路(2)，所述驱动电路(2)的输入端与移相控制模块(3)相连，所述移相控制模块(3)的输入端与保护电路(4)、外特性控制电路(6)相连，所述移相控制模块(3)的输出端与显示电路(5)相连；所述主电路(1)由依次相连的输入EMI模块、输入整流滤波模块、全桥逆变模块、高频变压器和输出整流滤波模块组成，所述全桥逆变模块的电流反馈输出端信号还与外特性控制电路(6)的斜坡补偿输出端信号叠加并反馈输入到外特性控制电路(6)，所述整流滤波模块的电流反馈、电压反馈输出端信号也反馈输入到外特性控制电路(6)。

2.按照权利要求1所述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述输入EMI模块输入端接220V电网。

3.按照权利要求1所述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述输入整流滤波模块由整流桥和滤波电容组成。

4.按照权利要求3所述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述整流桥采用SEMIKRON公司的型号为SKD115/12的整流桥。

5.按照权利要求1所述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述全桥逆变模块由MOSFET功放管组成，所述功放管选用IXYS公司的LXFN80N50Q2型号的功放管。

6.按照权利要求1所述的一种高性能高频逆变TIG焊机，其特征在于：所述输出整流滤波模块由整流二极管、与负载串联的滤波电感和与负载并联的滤波电容组成，且所述电感前端并联续流二极管。