CN210359727U - 一种用于提高逆变式弧焊电源igbt工作可靠性的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，涉及逆变式弧焊电源，解决了滞后臂不易实现零电流关断的问题。本实用新型包括PWM控制电路，PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路，超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路，滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1；电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V44并联，二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接，第一节点接入滞后臂PWM控制电路，二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接，第二节点接入超前臂PWM控制电路，电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。本实用新型能实现滞后臂延时关断等优点。

Description

一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路

技术领域

本实用新型涉及逆变式弧焊电源，具体涉及一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路。

背景技术

目前市场上出售的逆变式弧焊电源，多数为全桥IGBT逆变电源，IGBT工作方式分为硬开关和软开关两种。

硬开关工作状态，IGBT开关损耗大、发热量大。选用IGBT时，必须选择性能可靠、设计裕量要求大；必须使用足够大的散热器，材料成本高。

软开关工作状态，IGBT无开关损耗，对IGBT参数要求不高，裕量要求小，IGBT工作可靠性高。但是软开关电路的PWM控制电路更复杂，如图3所示，PWM控制电路包括超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路，PWM控制电路的输入端接收PI控制信号，两个输出端分别连接超前臂IGBT驱动控制电路及滞后臂IGBT驱动控制电路，超前臂IGBT驱动控制电路的输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2，滞后臂IGBT驱动控制电路连接滞后臂IGBT-3及滞前臂IGBT-4；超前臂为活动臂进行PWM调节，滞后臂为固定臂不进行PWM调节，超前臂与滞后臂各自互补导通，输出功率的调节是由调节超前臂的脉宽来进行。

在实际使用过程中的软开关工作状态如图1所示，包括超前臂G1、超前臂G2、滞后臂G3、滞后臂G4；超前臂和滞后臂导通时，电流依次流过电容C1、变压器TM1、电容C3、电感L1及滞后臂V4后从负极输出；如图2所示，当超前臂IGBT关断后，变压器漏抗形成的环流，电流从变压器TM1流出依次经过电容C3、电感L1、滞后臂V4、滞后臂V2流回变压器TM1。但是，逆变式弧焊电源的输出功率达到极限时，超前臂IGBT驱动脉宽将达到最大，与滞后臂脉宽相等。超前臂IGBT关断后初级回路没有足够的时间释放回路电感储存的能量，将导致滞后臂IGBT关闭时不是零电流关断，滞后臂IGBT发热增加从而增加IGBT损坏的可能。而弧焊电源的使用功率输出范围要求很宽，往往有超出额定功率使用的情况，甚至在特殊情况下可能出现短时间工作在功率输出极限，致使IGBT超前臂工作到最大脉宽状态，导致滞后臂IGBT不易实现零电流关断。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，解决软开关工作状态下，弧焊电源的使用功率输出范围要求很宽，往往有超出额定功率使用的情况，甚至在特殊情况下可能出现短时间工作在功率输出极限，致使IGBT超前臂工作到最大脉宽状态，导致滞后臂IGBT不易实现零电流关断的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

如图4、图5所示，一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，包括PWM控制电路，所述PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路，所述超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路，所述滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V44并联，所述二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接，所述第一节点接入滞后臂PWM控制电路，二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接，所述第二节点接入超前臂PWM控制电路，所述电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。优选电阻R1的值为5.6K，电阻R2的值为2K，电容C1的值为1nF，二极管的型号为IN4148。

目前市场上标准逆变式弧焊电源的大功率IGBT工作频率为20KHz或20KHz左右，可靠工作的死区时间≥3μs。本申请通过增加滞后臂延时电路使得滞后臂驱动死区时间在3μs-3.5μs，超前臂死区时间在4μs-8μs之间，超前臂死区时间最小值大于滞后臂驱动死区时间最大值。本电路是以超前臂死区时间作为基准，再通过设置滞后臂延时电路改变滞后臂驱动死区时间。当超前臂死区时间确定后，通过改变R1的阻值或C1的容值可实现对滞后臂死区时间的设置。

进一步的，所述超前臂PWM控制电路中，电流控制型芯片N1的型号为UC3846，电流控制型芯片N1的10号引脚同步端与所述第二节点连接，电源端13号引脚及15号引脚均接+15V电压，4号引脚接入斜坡补偿信号，3号引脚与8号引脚之间串联电容C2后接地，3号引脚与9号引脚之间串联电阻R3后接地，6号引脚与7号引脚连接，5号引脚输入PI控制信号，1号引脚与2号引脚之间串联电阻R9后输出+5V基准电压，1号引脚与12号引脚之间串联电阻R10后接地，11号引脚与12号引脚两个PWM脉冲输出端连接超前臂IGBT驱动控制电路，所述超前臂IGBT驱动控制电路的两个输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2。

进一步的，所述滞后臂PWM控制电路中，比较器N2A的3号引脚正相输入端与所述第一节点连接，4号引脚反相输入端接电阻R4与电阻R5的共有端，电阻R5与4号引脚接地，8号引脚与1号引脚输出端之间串联电阻R6；比较器N2A通过或门电路N4与滞后臂IGBT驱动控制电路连接，滞后臂IGBT驱动控制电路的两个输出端分别连接滞后臂IGBT-3及滞后臂IGBT-4。超前臂死区时间通过设置电容C2的容值大小来改变。电流控制型芯片N1的10号引脚为超前臂死区时间同步输出脚，超前臂死区时间为波形1，当超前臂死区时间开始时即矩形波上升沿，滞后臂死区开始时间是通过电阻R1对电容C1充电形成缓升电压，滞后臂死区开始时间为波形2，再通过电阻R2送至比较器N2的3号引脚，经比较器N2再次转换为矩形波，作为滞后臂死区开始时间，滞后臂死区时间为波形3。当超前臂死区时间结束时即矩形波下降沿，滞后臂死区结束时间是通过二极管V1快速将电压拉低实现与超前臂死区结束时间同步。

优选的，所述滞后臂延时电路中，电阻R1的值为5.6K，电阻R2的值为2K，电容C1的值为1nF，二极管的型号为IN4148。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

设置超前臂驱动脉冲宽度在最大脉宽时小于滞后臂，当弧焊电源超载使用时，超前臂关闭后初级回路有足够的时间释放回路电感储存的能量，当回路电流降为零时再关闭滞后臂IGBT，保证滞后臂IGBT处于零电流零电压关闭。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术的超前臂与滞后臂导通时电流方向示意图。

图2为现有技术的超前臂IGBT关断后变压器漏抗形成的环流电流方向示意图。

图3为现有技术的弧焊电源电路结构框图。

图4为本实用新型的弧焊电源电路结构框图。

图5为本实用新型中滞后臂延时电路结构示意图。

图6为本实用新型的电路结构示意图。

图7为本实用新型的脉宽示意图。

图8为本实用新型在示波器中的脉宽示意图。

图9为本实用新型超前臂和滞后臂死区时间波形示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

如图4、图5所示，一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，包括PWM控制电路，所述PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路，所述超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路，所述滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V44并联，所述二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接，所述第一节点接入滞后臂PWM控制电路，二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接，所述第二节点接入超前臂PWM控制电路，所述电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。优选电阻R1的值为5.6K，电阻R2的值为2K，电容C1的值为1nF，二极管的型号为IN4148。

目前市场上标准逆变式弧焊电源的大功率IGBT工作频率为20KHz或20KHz左右，可靠工作的死区时间≥3μs。本申请通过增加滞后臂延时电路使得滞后臂驱动死区时间在3μs-3.5μs，超前臂死区时间在4μs-8μs之间，超前臂死区时间最小值大于滞后臂驱动死区时间最大值。本电路是以超前臂死区时间作为基准，再通过设置滞后臂延时电路改变滞后臂驱动死区时间。当超前臂死区时间确定后，通过改变R1的阻值或C1的容值可实现对滞后臂死区时间的设置。

如图7所示，S1为超前臂正常工作的脉宽，S2为超前臂在功率输出极限下的最大脉宽，S3为现有技术滞后臂的脉宽，S4为本申请滞后臂的脉宽。逆变式弧焊电源正常输出功率时，超前臂的驱动脉宽小于滞后臂的驱动脉宽，超前臂关闭后会有足够的时间释放环流电流，滞后臂关断时初级已无电流。当输出功率达到极限时，超前臂IGBT驱动脉宽将达到最大，与滞后臂脉宽相等，超前臂IGBT关断后初级回路没有足够的时间释放回路电感储存的能量，将导致滞后臂IGBT关闭时不是零电流关断，滞后臂IGBT发热增加从而增加IGBT损坏的可能。而本申请在在超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间增加滞后臂延时电路即增加了滞后臂脉宽，使得超前臂驱动脉宽在最大脉宽时小于滞后臂驱动脉宽，当逆变式弧焊电源超载使用时，超前臂关闭后初级回路有足够的时间释放回路电感储存的能量，当回路电流降为零时再关闭滞后臂IGBT，保证滞后臂IGBT处于零电流零电压关闭。如图8所示，本申请在示波器中，超前臂驱动脉宽在最大脉宽时小于滞后臂驱动脉宽。

实施例2

如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述超前臂PWM控制电路中，电流控制型芯片N1的型号为UC3846，电流控制型芯片N1的10号引脚同步端与所述第二节点连接，电源端13号引脚及15号引脚均接+15V电压，4号引脚接入斜坡补偿信号，3号引脚与8号引脚之间串联电容C2后接地，3号引脚与9号引脚之间串联电阻R3后接地，6号引脚与7号引脚连接，5号引脚输入PI控制信号，1号引脚与2号引脚之间串联电阻R9后输出+5V基准电压，1号引脚与12号引脚之间串联电阻R10后接地，11号引脚与12号引脚两个PWM脉冲输出端连接超前臂IGBT驱动控制电路，所述超前臂IGBT驱动控制电路的两个输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2。值得注意的是超前臂死区时间通过设置C2容值大小来改变。

所述滞后臂PWM控制电路中，比较器N2A的3号引脚正相输入端与所述第一节点连接，4号引脚反相输入端接电阻R4与电阻R5的共有端，电阻R5与4号引脚接地，8号引脚与1号引脚输出端之间串联电阻R6；比较器N2A通过或门电路N4与滞后臂IGBT驱动控制电路连接，滞后臂IGBT驱动控制电路的两个输出端分别连接滞后臂IGBT-3及滞后臂IGBT-4。

如图9所示，电流控制型芯片N1的10号引脚为超前臂死区时间同步输出脚，超前臂死区时间为波形1，当超前臂死区时间开始时即矩形波上升沿，滞后臂死区开始时间是通过电阻R1对电容C1充电形成缓升电压，滞后臂死区开始时间为波形2，再通过电阻R2送至比较器N2的3号引脚，经比较器N2再次转换为矩形波，作为滞后臂死区开始时间，滞后臂死区时间为波形3。当超前臂死区时间结束时即矩形波下降沿，滞后臂死区结束时间是通过二极管V1快速将电压拉低实现与超前臂死区结束时间同步。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，包括PWM控制电路，所述PWM控制电路包括相互连接的超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路，其特征在于，所述超前臂PWM控制电路和滞后臂PWM控制电路之间连接有滞后臂延时电路，所述滞后臂延时电路包括二极管V1、电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电阻R1、电阻R2相互串联后与二极管V44并联，所述二极管V1的正极、电阻R2均与第一节点连接，所述第一节点接入滞后臂PWM控制电路，二极管V1的负极、电阻R1均与第二节点连接，所述第二节点接入超前臂PWM控制电路，所述电阻R1与电阻R2的共有端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，其特征在于，所述超前臂PWM控制电路中，电流控制型芯片N1的型号为UC3846，电流控制型芯片N1的10号引脚同步端与所述第二节点连接，电源端13号引脚及15号引脚均接+15V电压，4号引脚接入斜坡补偿信号，3号引脚与8号引脚之间串联电容C2后接地，3号引脚与9号引脚之间串联电阻R3后接地，6号引脚与7号引脚连接，5号引脚输入PI控制信号，1号引脚与2号引脚之间串联电阻R9后输出+5V基准电压，1号引脚与12号引脚之间串联电阻R10后接地，11号引脚与12号引脚两个PWM脉冲输出端连接超前臂IGBT驱动控制电路，所述超前臂IGBT驱动控制电路的两个输出端连接超前臂IGBT-1及超前臂IGBT-2。

3.根据权利要求1所述的一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，其特征在于，所述滞后臂PWM控制电路中，比较器N2A的3号引脚正相输入端与所述第一节点连接，4号引脚反相输入端接电阻R4与电阻R5的共有端，电阻R5与4号引脚接地，8号引脚与1号引脚输出端之间串联电阻R6；比较器N2A通过或门电路N4与滞后臂IGBT驱动控制电路连接，滞后臂IGBT驱动控制电路的两个输出端分别连接滞后臂IGBT-3及滞后臂IGBT-4。

4.根据权利要求1所述的一种用于提高逆变式弧焊电源IGBT工作可靠性的电路，其特征在于，所述滞后臂延时电路中，电阻R1的值为5.6K，电阻R2的值为2K，电容C1的值为1nF，二极管的型号为IN4148。

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