CN210080924U - 用于快频脉冲tig焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，快频脉冲TIG焊接电源包括高频电流调制电路，高频电流调制电路包括串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201；其特征在于：包括并联在串联调制开关管Q101上的吸收模块一和并联在并联调制开关管Q201上的吸收模块二；所述吸收模块一和吸收模块二采用非对称拓扑结构。该非对称吸收电路既能有效吸收高频脉冲电流调制过程产生的尖脉冲过电压，又不会破坏快频脉冲电流基本波形，吸收效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及焊接设备技术领域，更具体地说，涉及一种用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路。
背景技术
近年来，快频脉冲TIG焊接技术成为国际上脉冲TIG焊接领域的研究重点。快频脉冲TIG焊加入了高频脉冲电流(20kHz及以上)的调制，快频电流产生的电磁场对电弧进行收缩，形成与等离子弧类似的收缩弧柱状电弧。因此快频脉冲TIG焊能够提高脉冲TIG焊的电弧收缩程度，改善电弧能量密度和提高电弧挺度，细化焊缝晶粒，提高焊缝力学性能。
快频脉冲TIG焊接技术的核心在于能够稳定输出20kHz及以上快频脉冲电流波形的快频脉冲TIG焊接电源。在快频脉冲TIG焊接电源中，高频电流调制电路是实现高频脉冲电流调制的关键。高频电流调制电路通过两个功率开关管交替开通关断，将直流电转换为高频脉冲电流。为了能够在焊接过程中稳定输出电流波形规整不失真的20kHz快频脉冲电流，快频脉冲TIG焊接电源的主电路需要采用电感量相对较大的滤波电感。因此，在两个功率开关管关断时，均产生很大的关断尖峰电压。关断尖峰电压通常导致能量损耗，开关管寿命缩短，甚至导致击穿损坏。该尖峰电压峰值随着输出电流的增大而增大，较高的关断尖峰电压限制了快频脉冲TIG焊接电源输出电流的提高，制约了快频脉冲TIG焊接技术的推广应用。
实用新型内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压、既能有效吸收高频脉冲电流调制过程产生的尖脉冲过电压、又不会破坏快频脉冲电流基本波形、吸收效果好的非对称吸收电路。
为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现：一种用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，快频脉冲TIG焊接电源包括高频电流调制电路，高频电流调制电路包括串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201；其特征在于：包括并联在串联调制开关管Q101上的吸收模块一和并联在并联调制开关管Q201上的吸收模块二；所述吸收模块一和吸收模块二采用非对称拓扑结构。
优选地，所述吸收模块一和吸收模块二采用非对称拓扑结构，是指：吸收模块一包括电阻R101、电容C101和二极管D102；电阻R101和电容C101并联后与二极管D102串联，之后并联到串联调制开关管Q101上；
吸收模块二包括电阻R201、电容C202和二极管D202；电阻R201和二极管D202并联后与电容C201串联，之后并联到调制开关管Q201上。
本实用新型非对称吸收电路的工作原理是：在快频脉冲TIG焊接电源中，高频电流调制电路内串联调制开关管Q101的吸收模块一和并联调制开关管Q201的吸收模块二，拓扑结构和吸收参数会影响到快频脉冲电流波形形状。因此，吸收模块一和吸收模块二必须在满足吸收尖峰电压的同时不会破坏快频脉冲电流的基本波形。本实用新型非对称吸收电路综合考虑到快频脉冲电流波形输出的规整，设计出非对称拓扑结构，与快频脉冲电流波形有较好的联动效果，满足吸收高频脉冲电流调制过程产生的尖脉冲过电压并稳定输出规整的快频脉冲电流波形；可通过调整高频调制电路的吸收电路的电阻电容参数实现快频脉冲电流波形的优化。
现有的吸收电路通常在两个调制开关管采用同样的吸收拓扑，而本实用新型非对称吸收电路的两个调制开关管吸收拓扑并不对称。在快频脉冲TIG焊接电源中，串联调制开关管的吸收电路一吸收效果好，与快频脉冲电流波形有较好的联动效果。然而并联调制开关管的吸收电路二不能采用串联调制开关管的吸收电路一方式，否则吸收电路二会在并联调制开关管关断时作为输出电流由正极流向负极的回路，破坏快频脉冲电流的基本波形。因此，吸收电路二的拓扑结构选择了一种吸收效果相对较好，与快频脉冲电流波形有较好联动效果的拓扑结构。
优选地，所述串联调制开关管Q101并联有寄生二极管D101；所述并联调制开关管Q201并联有寄生二极管D201。
优选地，所述二极管D102是指超快恢复二极管D102；二极管D202是指超快恢复二极管D202。
优选地，所述串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201均采用Si基功率开关管或SiC功率开关管或GaN型功率开关管或IGBT功率开关管。
优选地，所述串联调制开关管Q101是指连接在高频电流调制电路的输入正极和输出正极之间的串联调制开关管Q101；所述并联调制开关管Q201是指连接在高频电流调制电路的输入正极和输入负极之间的并联调制开关管Q201。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点与有益效果：
1、本实用新型针对快频脉冲TIG焊接电源的高频电流调制电路中串联调制开关管和并联调制开关管的不同功能，设计了一种非对称吸收电路，满足快频脉冲TIG焊接电源的要求；
2、本实用新型既能够有效地吸收快频脉冲TIG焊接电源中高频脉冲电流调制过程产生的尖脉冲过电压，又不会破坏快频脉冲电流基本波形，结构简单，成本低，可靠性高。
附图说明
图1是快频脉冲TIG焊接电源的拓扑电路示意图；
图2是快频脉冲TIG焊接电源中现有高频电流调制电路示意图；
图3是本实用新型非对称吸收电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例
本实施例一种用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，其应用对象快频脉冲TIG焊接电源拓扑电路如图1所示。该快频脉冲TIG焊接电源拓扑电路为现有电路结构。其原理是：脉冲电流主电路将380V输入交流电转变为低压平滑的直流电，然后输出到高频电流调制电路中。高频电流调制电路内的串联调制开关管和并联调制开关管以20kHz频率交替开关，将直流电转换为高频脉冲电流。高频脉冲电流与基值电流主电路输出的基值直流电流叠加，输出快频脉冲电流至外部电弧负载。
在快频脉冲TIG焊接电源中脉冲电流主电路和基值电流主电路的输出电压电流采样反馈独立控制；通过霍尔传感器在脉冲电流主电路和基值电流主电路的输出端分别采集输出电流电压，经信号调理后输入到ARM最小控制系统，由ARM最小控制系统比较输出值和预设值，改变PWM控制电路1和PWM控制电路2的输出的PWM占空比，完成闭环控制。
现有高频电流调制电路如图2所示。高频电流调制电路主要包括串联调制开关管Q101、并联调制开关管Q201和防反灌二极管VD101。本实施例以串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201均采用IGBT功率开关管为例进行说明，实际应用中，串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201还可采用Si基功率开关管或SiC功率开关管或GaN型功率开关管。
串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201以20kHz频率交替开关，由于IGBT功率开关管本身具有一定的集-射极电阻，而防反灌二极管VD101是为了防止基值电流主电路的电流通过集-射极内阻反灌回脉冲电流主电路，影响电源的精确输出控制。当并联调制开关管Q201开通、串联调制开关管Q101关断时，脉冲电流主电路的输出电流io1从正极经过电感Lo1和并联调制开关管Q201流回负极，电弧上只得到基值电流主电路io2的输出电流；当并联调制开关管Q201关断，串联调制开关管Q101开通时，脉冲电流主电路的输出电流io1经过串联调制开关管Q101和防反灌二极管VD101，与基值电流主电路的输出电流io2叠加，电弧上得到输出的电流之和io1+io2。串联调制开关管Q101与并联调制开关管Q201关断时由于会产生电压振荡尖峰，会对串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201本身以及电弧产生影响，所以需要在串联调制开关管Q101与并联调制开关管Q201上分别加入了电压尖峰吸收电路。
非对称吸收电路图如图3所示。非对称吸收电路包括并联在串联调制开关管Q101上的吸收模块一和并联在并联调制开关管Q201上的吸收模块二；所述吸收模块一和吸收模块二采用非对称拓扑结构。
具体地说，吸收模块一包括电阻R101、电容C101和二极管D102；电阻R101和电容C101并联后与二极管D102串联，之后并联到串联调制开关管Q101上。吸收模块二包括电阻R201、电容C202和二极管D202；电阻R201和二极管D202并联后与电容C201串联，之后并联到调制开关管Q201上。
串联调制开关管Q101并联有寄生二极管D101；并联调制开关管Q201并联有寄生二极管D201。二极管D102是指超快恢复二极管D102；二极管D202是指超快恢复二极管D202。
本实用新型非对称吸收电路的工作原理是：在快频脉冲TIG焊接电源中，高频电流调制电路内串联调制开关管Q101的吸收模块一和并联调制开关管Q201的吸收模块二，拓扑结构和吸收参数会影响到快频脉冲电流波形形状。因此，吸收模块一和吸收模块二必须在满足吸收尖峰电压的同时不会破坏快频脉冲电流的基本波形。本实用新型非对称吸收电路综合考虑到快频脉冲电流波形输出的规整，设计出非对称拓扑结构，与快频脉冲电流波形有较好的联动效果，满足吸收高频脉冲电流调制过程产生的尖脉冲过电压并稳定输出规整的快频脉冲电流波形；可通过调整高频调制电路的吸收电路的电阻电容参数实现快频脉冲电流波形的优化。
现有的吸收电路通常在两个调制开关管采用同样的吸收拓扑，而本实用新型非对称吸收电路的两个调制开关管吸收拓扑并不对称。在快频脉冲TIG焊接电源中，串联调制开关管的吸收电路一吸收效果好，与快频脉冲电流波形有较好的联动效果。然而并联调制开关管的吸收电路二不能采用串联调制开关管的吸收电路一方式，否则吸收电路二会在并联调制开关管关断时作为输出电流由正极流向负极的回路，破坏快频脉冲电流的基本波形。因此，吸收电路二的拓扑结构选择了一种吸收效果相对较好，与快频脉冲电流波形有较好联动效果的拓扑结构。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，快频脉冲TIG焊接电源包括高频电流调制电路，高频电流调制电路包括串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201；其特征在于：包括并联在串联调制开关管Q101上的吸收模块一和并联在并联调制开关管Q201上的吸收模块二；所述吸收模块一和吸收模块二采用非对称拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，其特征在于：所述吸收模块一和吸收模块二采用非对称拓扑结构，是指：吸收模块一包括电阻R101、电容C101和二极管D102；电阻R101和电容C101并联后与二极管D102串联，之后并联到串联调制开关管Q101上；
吸收模块二包括电阻R201、电容C202和二极管D202；电阻R201和二极管D202并联后与电容C201串联，之后并联到调制开关管Q201上。
3.根据权利要求2所述的用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，其特征在于：所述串联调制开关管Q101并联有寄生二极管D101；所述并联调制开关管Q201并联有寄生二极管D201。
4.根据权利要求2所述的用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，其特征在于：所述二极管D102是指超快恢复二极管D102；二极管D202是指超快恢复二极管D202。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，其特征在于：所述串联调制开关管Q101和并联调制开关管Q201均采用Si基功率开关管或SiC功率开关管或GaN型功率开关管或IGBT功率开关管。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于快频脉冲TIG焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路，其特征在于：所述串联调制开关管Q101是指连接在高频电流调制电路的输入正极和输出正极之间的串联调制开关管Q101；所述并联调制开关管Q201是指连接在高频电流调制电路的输入正极和输入负极之间的并联调制开关管Q201。
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| CN110102858A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-08-09 | 华南理工大学 | 用于快频脉冲tig焊接电源尖峰电压的非对称吸收电路 |
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