CN204794708U

CN204794708U - 一种单相cd式无源pfc逆变式焊割电源

Info

Publication number: CN204794708U
Application number: CN201520614200.6U
Authority: CN
Inventors: 吴月涛; 吴文
Original assignee: Shenzhen Huayilong Industrial Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Huayilong Industrial Development Co Ltd
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2025-08-17

Abstract

本实用新型涉及焊接/切割设备领域，特别涉及一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源。本实用新型的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源包括按顺序连接的EMC电路、桥式整流电路、CD式无源PFC电路和焊割电源模块。在本实用新型中，EMC电路滤除电磁干扰信号，桥式整流电路把输入的电网电压整流成直流电压，CD式无源PFC电路校正和改善输入逆变式焊割机电源的电流波形，并隔离和屏蔽了逆变式焊割机电源对电网的污染，并为逆变式焊割机电源部分提供高压直流电，焊割电源模块进行逆变、降压、整流、滤波并输出稳定的直流电压、直流电流；本实用新型控制简单、成本低廉、功率因素高，不会对电网造成污染。

Description

一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源

技术领域

本实用新型涉及焊接/切割设备领域，特别涉及一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源。

背景技术

目前，逆变式焊割机电源广泛使用于对各种有色金属及其合金的焊接和切割作业。

逆变式焊割机电源以其重量轻，体积小，生产时消耗铜、材钢材少、节能效果显著和焊接/切割工艺性能优秀，而深受使用者青睐。

但传统的逆变式焊割机电源逆变技术均采取：先将电网电压桥式整流、滤波成高压直流电，然后逆变成中频方波交流电、降压后再中频整流、滤波的通用技术。在电网电压整流、滤波环节，由于储能电容的存在，使得逆变式焊割机电源向电网吸取的电流是严重失谐的脉冲电流，造成逆变式焊割机电源功率因素低（小于0.65）谐波分量大大超标，对电网污染非常大的不良后果。

为了提高逆变式焊割机电源功率因素，降低逆变式焊割机电源的谐波分量，减少逆变式焊割机电源对电网的污染，目前有时应用的技术方法是采用有源的PFC方案，该方案通过检测输入电流电压来控制PWMBOOST升压电路，可使得输入电流波形非常接近正弦波，功率因素可达0.99，但是，这样的有源PFC方案需要用到电力功率器件，成本高，控制电路复杂，不适合于一般民用逆变式焊割机电源。

发明内容

为了克服上述所述的不足，本实用新型的目的是提供一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其可以校正和改善输入逆变式焊割机电源的电流波形，并隔离和屏蔽了逆变式焊割机电源对电网的污染，控制简单、成本低廉。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其中，包括按顺序连接的用于滤除电磁干扰信号的EMC电路、用于把输入电压整流成直流电压的桥式整流电路、用于校正功率因素并输出直流电压的CD式无源PFC电路和用于逆变、降压、整流、滤波并输出稳定的直流电压、直流电流的焊割电源模块。

作为本实用新型的一种改进，所述焊割电源模块包括逆变式焊割机电源电路单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述焊割电源模块还包括用于给所述逆变式焊割机电源电路单元进行供电的焊割电源电路辅助电源单元。

作为本实用新型的更进一步改进，所述逆变式焊割机电源电路单元包括控制芯片J2、PWM脉冲隔离放大电路、门极驱动电路、阻容缓尖峰电压冲吸收电路、桥式中频逆变和中频降压电路、中频全波整流电路、阻容吸收电路、固定假负载电阻R3、用于一次侧脉冲电流采样的互感器LP1、用于外接并监测逆变式焊割机电源初级IGBT管和次级快恢复整流二极管温度的温度继电器CON3、温度继电器CON4。

作为本实用新型的更进一步改进，所述焊割电源电路辅助电源单元包括用于输入电压的输入芯片J1和用于给所述控制芯片J2提供稳定直流电压的辅助电源芯片J3。

作为本实用新型的更进一步改进，所述PWM脉冲隔离放大电路包括电阻R32、电阻R22、电阻R23、电阻R26、电阻R44、电阻R45、电阻R51、电容C24、电容C25、电容C28、电容C30、电容C33、电容C35、电容C36、快恢复二极管D14、快恢复二极管D18、稳压二极管D16、稳压二极管D22、集成电路芯片U3、集成电路芯片U4、三极管Q7、三极管Q10、三极管Q13、三极管Q17、脉冲变压器T2；所述门极驱动电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R4、电阻R5、电阻R11、电阻R12、电容C22、电容C23、快恢复二极管D9、快恢复二极管D10；所述阻容缓尖峰电压冲吸收电路包括电阻R2、电阻R9、电容C3、电容C11；所述桥式中频逆变和中频降压电路包括电容C4、电容C5、电容C9、电容C10、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、中频变压器TMAIN1；所述中频全波整流电路包括快恢复二极管D1、快恢复二极管D2、快恢复二极管D5、快恢复二极管D8；所述阻容吸收电路包括电阻R1、电阻R14、电容C1、电容C16。

本实用新型的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源包括按顺序连接的用于滤除电磁干扰信号的EMC电路、用于把输入电压整流成直流电压的桥式整流电路、用于校正功率因素并输出直流电压的CD式无源PFC电路和用于逆变、降压、整流、滤波并输出稳定的直流电压、直流电流的焊割电源模块。在本实用新型中，EMC电路滤除电磁干扰信号，桥式整流电路把输入的电网电压整流成直流电压，CD式无源PFC电路校正和改善输入逆变式焊割机电源的电流波形，并隔离和屏蔽了逆变式焊割机电源对电网的污染，并为逆变式焊割机电源部分提供高压直流电，焊割电源模块进行逆变、降压、整流、滤波并输出稳定的直流电压、直流电流；本实用新型控制简单、成本低廉、功率因素高，不会对电网造成污染。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的电路示意图；

附图标记：1-EMC电路，2-桥式整流电路，3-CD式无源PFC电路，4-逆变式焊割机电源电路单元，5-焊割电源电路辅助电源单元。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示，本实用新型的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，包括按顺序连接的用于滤除电磁干扰信号的EMC电路1、用于把输入电压整流成直流电压的桥式整流电路2、用于校正功率因素并输出直流电压的CD式无源PFC电路3和用于逆变、降压、整流、滤波并输出稳定的直流电压、直流电流的焊割电源模块。

进一步，焊割电源模块包括逆变式焊割机电源电路单元4。

更进一步，焊割电源模块还包括用于给逆变式焊割机电源电路单元4进行供电的焊割电源电路辅助电源单元5。

更进一步，逆变式焊割机电源电路单元4包括控制芯片J2、PWM脉冲隔离放大电路、门极驱动电路、阻容缓尖峰电压冲吸收电路、桥式中频逆变和中频降压电路、中频全波整流电路、阻容吸收电路、固定假负载电阻R3、用于一次侧脉冲电流采样的互感器LP1、用于外接并监测逆变式焊割机电源初级IGBT管和次级快恢复整流二极管温度的温度继电器CON3、温度继电器CON4。

更进一步，焊割电源电路辅助电源单元5包括用于输入电压的输入芯片J1和用于给所述控制芯片J2提供稳定直流电压的辅助电源芯片J3。

再进一步，PWM脉冲隔离放大电路包括电阻R32、电阻R22、电阻R23、电阻R26、电阻R44、电阻R45、电阻R51、电容C24、电容C25、电容C28、电容C30、电容C33、电容C35、电容C36、快恢复二极管D14、快恢复二极管D18、稳压二极管D16、稳压二极管D22、集成电路芯片U3、集成电路芯片U4、三极管Q7、三极管Q10、三极管Q13、三极管Q17、脉冲变压器T2；所述门极驱动电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R4、电阻R5、电阻R11、电阻R12、电容C22、电容C23、快恢复二极管D9、快恢复二极管D10；所述阻容缓尖峰电压冲吸收电路包括电阻R2、电阻R9、电容C3、电容C11；所述桥式中频逆变和中频降压电路包括电容C4、电容C5、电容C9、电容C10、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、中频变压器TMAIN1；所述中频全波整流电路包括快恢复二极管D1、快恢复二极管D2、快恢复二极管D5、快恢复二极管D8；所述阻容吸收电路包括电阻R1、电阻R14、电容C1、电容C16。

本实用新型提供一种实施例，如图1所示：本实用新型的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源由EMC电路1、桥式整流电路2、CD式无源PFC电路3、逆变式焊割机电源电路单元4以及焊割电源电路辅助电源单元5构成。

电网电压从交流输入端ACINPUT1和ACIPUT2输入，经EMC电路1滤除电磁骚扰信号后送入桥式整流电路2整流成直流电压，然后再送入单相CD式无源PFC电路3，经过单相CD式无源PFC电路3作功率因素校正（PFC）后输出电压HHV+和HHV-，其功率部分送到逆变式焊割机电源电路单元4，经过电路内部中频逆变、中频降压、中频整流及滤波后输出稳定的直流焊割电压电流：OUT+和OUT-；另一路送到焊割电源电路辅助电源单元5处理成低压直流稳定电源组，该电源组为逆变式焊割机电源电路单元5供电。

如图2所示：电容C8、C12、C13、C14和共模电感L1组成输入级EMC电路；单相整流桥QL1组成桥式整流电路；热敏电阻RT1和继电器K1组成软启动电路；电阻R6、R8电容器组C6、C15和整流二极管D3、D4、D6、D7等组成无源CD式PFC电路；J3是辅助电源芯片，它通过输入芯片J1输入直流高压HHV+和HHV-，然后隔离输出15V、SGND、24V和+15V、GND等两组相互隔离的稳定直流电压提供给控制芯片J2，控制芯片J2负责焊接电流、电压采样反馈、误差放大、PWM产生和输出、过热过流保护等工作。

由电阻R32、R22、R23、R26、R44、R45、R51，电容C24、C25、C28、C30、C33、C35、C36，快恢复二极管D14、D18，稳压二极管D16、D22，集成电路U3、U4，三极管Q7、Q10、Q13、Q17，脉冲变压器T2等组成本级PWM脉冲隔离放大电路；由电阻R16、R17、R4、R5、R11、R12，电容C22、C23，快恢复二极管D9、D10等组成本级逆变电路IGBT的门极驱动电路；由电阻R2、R9，电容C3、C11等组成本级逆变电路IGBT管阻容缓尖峰电压冲吸收电路；由电容C4、C5、C9、C10，IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4，中频变压器TMAIN1等组成本级桥式中频逆变和中频降压电路。

由快恢复二极管D1、D2、D5、D8及周围器件组成本级焊接回路中频全波整流电路，电阻R1、R14，电容C1、C16为其整流管阻容吸收电路，电阻R3为固定假负载，电容C2、C7为输出级EMC电容，分流器FLQ1为焊接电流负反馈采样电阻,互感器LP1为本级一次侧脉冲电流采样互感器，CON3、CON4分别外接监测逆变式焊割机电源初级IGBT管和次级快恢复整流二极管温度的温度继电器。

一、单相CD式无源PFC的实现：参见图2所示：

电网电压由ACINPUT1和ACINPUT2输入，经过共模电感L3为主的EMC电路滤除电磁骚扰信号后经软启动继电器K1流入单相整流桥QL1，经单相整流桥QL1整流后进入CD式无源PFC电路。

式无源PFC电路中：电容器组C6和C15通过整流二极管D3、D6和D4、D7的连接，形成了以串联方式充电，以并联方式放电的电路拓扑结构。这样的电路拓扑结构可大幅度增加整流管的导通角，在正半周时的导通角扩展到30°~150°；负半周时的导通角扩展为210°~330°；使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.8以上，可显著提高了功率因素，降低谐波失真；通过该电路的PFC处理后直流高压HHV+和HHV-将供给逆变式焊割机电源电路单元4和焊割电源电路辅助电源电路单元5。

二、逆变焊割机电源的实现：参见图2所示：

前级输出稳定的高压直流电压HHV+和HHV-，经过IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4为主组成的桥式中频逆变电路逆变成中频交流电，经过中频变压器TMAIN1降压后由快恢复二极管D1、D2、D5、D8为主组成的全波整流电路整流成低压直流电，通过快速插座OUT+和OUT-输出提供给焊接切割作业用。

分流器FLQ1将焊接回路的电流信号电压采集起来送入焊接控制模块J2的4脚和1、2、3、5、12、13连接在一起的地，此信号作为控制焊割电流的负反馈信号将由控制芯片J2在内部进行与给定比较和误差放大等处理。

互感器LP1将采集中频逆变电路一次侧的电流脉冲信号，送入控制芯片J2的16、17脚作为控制芯片J2内部逻辑电路判断是否过流的依据。

插座CON3和CON4外接温度继电器，分别监测初级IGBT管和次级快恢复整流二极管的温度，其开关信号量送入控制芯片J2的14脚作为控制芯片J2内部逻辑电路判断是否过热的依据。

焊割电源输出电压VOUT送入控制芯片J2的18脚作为焊接电压反馈信号。

控制芯片J2收集到以上四个信号电压后，经过内部的给定反馈比较、误差生成、误差放大和PWM产生、过流、过热故障的处理后将PWM信号分两路分别从控制芯片J2的8脚和9脚送出，经过门极隔离驱动电路去驱动四组IGBT管从而达到控制焊割电流电压的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其特征在于，包括按顺序连接的用于滤除电磁干扰信号的EMC电路、用于把输入电压整流成直流电压的桥式整流电路、用于校正功率因素并输出直流电压的CD式无源PFC电路和用于逆变、降压、整流、滤波并输出稳定的直流电压、直流电流的焊割电源模块。

2.根据权利要求1所述的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其特征在于，所述焊割电源模块包括逆变式焊割机电源电路单元。

3.根据权利要求2所述的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其特征在于，所述焊割电源模块还包括用于给所述逆变式焊割机电源电路单元进行供电的焊割电源电路辅助电源单元。

4.根据权利要求3所述的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其特征在于，所述逆变式焊割机电源电路单元包括控制芯片J2、PWM脉冲隔离放大电路、门极驱动电路、阻容缓尖峰电压冲吸收电路、桥式中频逆变和中频降压电路、中频全波整流电路、阻容吸收电路、固定假负载电阻R3、用于一次侧脉冲电流采样的互感器LP1、用于外接并监测逆变式焊割机电源初级IGBT管和次级快恢复整流二极管温度的温度继电器CON3、温度继电器CON4。

5.根据权利要求4所述的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其特征在于，所述焊割电源电路辅助电源单元包括用于输入电压的输入芯片J1和用于给所述控制芯片J2提供稳定直流电压的辅助电源芯片J3。

6.根据权利要求5所述的一种单相CD式无源PFC逆变式焊割电源，其特征在于，所述PWM脉冲隔离放大电路包括电阻R32、电阻R22、电阻R23、电阻R26、电阻R44、电阻R45、电阻R51、电容C24、电容C25、电容C28、电容C30、电容C33、电容C35、电容C36、快恢复二极管D14、快恢复二极管D18、稳压二极管D16、稳压二极管D22、集成电路芯片U3、集成电路芯片U4、三极管Q7、三极管Q10、三极管Q13、三极管Q17、脉冲变压器T2；所述门极驱动电路包括电阻R16、电阻R17、电阻R4、电阻R5、电阻R11、电阻R12、电容C22、电容C23、快恢复二极管D9、快恢复二极管D10；所述阻容缓尖峰电压冲吸收电路包括电阻R2、电阻R9、电容C3、电容C11；所述桥式中频逆变和中频降压电路包括电容C4、电容C5、电容C9、电容C10、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、中频变压器TMAIN1；所述中频全波整流电路包括快恢复二极管D1、快恢复二极管D2、快恢复二极管D5、快恢复二极管D8；所述阻容吸收电路包括电阻R1、电阻R14、电容C1、电容C16。