CN2540063Y

CN2540063Y - 一种新型集成化小功率逆变焊接电源

Info

Publication number: CN2540063Y
Application number: CN 02216781
Authority: CN
Inventors: 何建萍; 焦馥杰; 黄晨
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2012-04-15

Abstract

一种新型集成化小功率逆变焊接电源，包括整流滤波输入电路、整流滤波输出电路、中频变压器及反馈电路，其特点主要是采用了Topswitch集成器件，集高压、功率、控制、驱动、保护、抗干扰为一体，焊接电源的噪声，电磁干扰等大大降低，提高了电源的性能和工作可靠性，缩小了电源的体积。

Description

一种新型集成化小功率逆变焊接电源

技术领域：

本实用新型涉及一种小功率的焊接电源，尤其是指焊接设备中集成化小功率逆变焊接电源。

背景技术：

纵观焊接电源的发展历史，从弧焊发电机、弧焊变压器、弧焊整流器，到晶体管电源、逆变电源，一般采用传统的模拟式结构，且多用分立元件，集成度低，印刷电路板结构不紧凑，电磁干扰严重，需加入较多的分立元件进行抗干扰，电路复杂。逆变电源是当今焊接电源的主要研究方向，由于其较高的逆变频率，使电源的体积和重量有较大幅度的减小，并且也较大程度地改善了电源的动态特性。逆变电源的功率元件工作在脉冲状态，电源的输出大小由功率元件的脉冲占空比的大小来控制，多采用脉宽调制来完成。因此控制电路的主要电路是一个PWM脉宽调制电路。一般的脉宽调制电路由脉宽调制芯片和外加阻容元件组成，是模拟电路，并且所产生的脉冲信号不能直接用于控制功率元件，必须加入驱动电路来产生驱动功率元件的驱动信号，如“高可靠的全桥式逆变焊接电源”(专利申请号：94241615)。

图1为现有的单端反激式逆变电源。图中，ZL、C1构成输入整流滤波电路，将输入的工频220V交流信号变为直接信号；T1为功率开关元件，其开关动作控制由PWM控制电路3(如由SG3525、TL494等脉宽调制器组成的PWM脉宽调制电路)输出脉冲控制信号，并由驱动电路2放大得到；D3为输出的半波整流，经由C4、L4、C5组成的输出滤波器滤波，得到直流输出1；过压欠压检测9和过流检测8则对开关元件T1工作的电压和电流进行检测，并经过保护电路4对T1进行过流、过压及欠压保护。由于功率开关元件T1工作在高压、大频和大电流的环境，并且与中频变压器B的原边串联在一起，受到很高的反电动势作用，因此，驱动电路2、PWM控制电路3、保护电路4比较复杂，其PCB印刷电路板的设计制作需充分考虑电磁兼容问题，可靠性要求非常严格。因此，这种结构的单端反激式逆变电源的逆变频率最高只能在几十KHz。

现有的逆变电源的保护系统多采用分立元件，电路相当复杂。因此，一般的小功率焊接逆变电源和控制逆变电源的核心部分如控制、驱动、保护等部分，多采用分立的各部分电路组成，电路复杂，PCB印刷电路板结构不紧凑，电磁干扰严重，抗干扰措施复杂，一方面造成电源量重体大，另一方面也在一定程度上影响了电源的性能和运行的可靠性。

发明内容：

本实用新型要解决的技术问题是要克服上述现有模拟式分立元件小功率焊接电源的缺陷，提供一种集成化小功率逆变焊接电源，一方面提高小功率焊接电源的集成度，使焊接设备更趋于小型化；另一方面减少印刷电路板的电磁干扰，简化抗干扰措施，使设备的运行更可靠。

本实用新型的技术解决方案的核心是采用了集成的TOP-Switch芯片，集高压、功率、控制、驱动、保护、抗干扰为一体，使开关的逆变电源的集成度达到了最佳的情况。

其具体技术方案如下：

一种新型集成化小功率逆变焊接电源，包括桥式整流器ZL和电容C₁并联的整流滤波输入电路，其输出两端a、b之间还并联有过压、欠压检测电路，中频变压器B，该中频变压器B的副边L₂设有由二极管D₃、电容C₄、电感L₄和电容C₅组成的整流滤波输出电路，其特征在于：

①该中频变压器B的原边L₁一端接a，另一端e从Topswitch-Gx集成器件的D端进入由S端输出并通过过流检测电路接b端；

②自该中频变压器B的原边L₁的端点e接二极管D₁正极，经由D₁的负极、电阻R₁和电容C₂的并联电路接a点；

③该中频变压器B的另一副边L₃设有由二极管D₂和电容C₃组成的基准整流单元，其中线圈L₃和电容C₃的节点连接b点，而二极管D₂和电容C₃的节点接光电隔离合成电路；

④从整流滤波输出电路通过反馈电路获得反馈信息并和从基准整流单元来的给定信号，在光电隔离合成电路中合成后输至Topswitch-Gx集成器件的控制端C；

⑤所说过压、欠压检测电路和过流检测电路的信号分别输入Topswitch-Gx集成器件的L端和X端。

所说的反馈电路为电压负反馈电路。

所说电压负反馈电路为一跨接在整流滤波输出电路两输出线的电阻R₇和齐纳二极管WD₁构成。

所说的反馈电路为电流负反馈电路。

所说电流负反馈电路是串联在整流滤波输出电路中电阻R₈，并通过由电阻R₉、R₁₀、R₁₁、电容C₆、运算放大器IC₁组成有源滤波放大电路滤波放大。

所说的光电隔离合成电路由光电隔离管GD₁构成。

所说过压、欠压检测电路为跨接在整流滤波输入电路的串联电阻R₂和R₃构成，从R₃的滑动电阻臂获得信号输入Topswitch-Gx的L极。

所说过流检测电路为一电阻R₄构成，获得的信号输入Topswitch-Gx的X端。

附图说明：

图1是现有单端反激式逆变焊接电源方框图。

图2是本实用新型集成化小功率逆变焊接电源(恒压式电源)原理图。

图3是本实用新型集成化小功率逆变焊接电源(恒流式电源)原理图。

图4是本实用新型集成化小功率逆变焊接电源实施例1，恒压式电源电路图。

图5是本实用新型集成化小功率逆变焊接电源实施例2，恒流式电源电路图。

具体实施方式：

请参阅图2至图5。图2是本实用新型集成化小功率逆变焊接恒压式电源原理图。图4是恒压式电源实施例1的电路图。图3是本实用新型集成化小功率逆变焊接恒流式电源原理图，而图5是恒流式电源实施例2的电路图。

图中，单相整流滤波单元ZL、C1将电网220V交流电压转变为幅值大于300V的直流电，集成TOPSwitch-GX器件，集功率开关元件、驱动电路、保护电路、控制电路为一体，其输出频率为130KHz的脉冲信号，提供给中频变压器B，二极管D₁对感性的中频变压器B进行反向电流续流，R₁、C₂对变压器B的反电动势进行电压缓冲嵌位；中频变压器B将提供给它的高压中频信号降压变为所需幅值的中频低压信号，并由D₃、C₄、L₄、C₅构成的输出整流滤波电路将该高频信号变为所需幅值的直流信号，并由基准电路整流单元D2、C3产生一个的基准信号，由R₅调节电压给定量(图4)或电流给定量(图5)，并与经光电隔离器隔离过的电压(图4)或电流(图5)反馈信号进行合成，作为TOPSwitch-GX的工作信号；TOPSwitch-GX功率环节的工作的电流信号由R4进行检测，工作的电压信号由R₂、R3分压进行检测，并分别进入TOPSwitch-GX的X端和L端进行过流、过压、欠压等保护。图4由电阻R7和齐纳二极管WD1进行输出电压反馈检测，得到恒压输出的电源外特性；图5由R8进行输出电流反馈检测，并通过由电阻R₉、R₁₀、R₁₁、电容C₆、运算放大器IC₁组成的有源滤波放大电路进行滤波放大，得到恒流输出的电源外特性。反馈信号与由R₅调节的给定信号通过GD₁的光电隔离合成，其合成信号作为TOPSwitch-GX的工作信号。由于给定信号由R₅随意可调，故可随意调节恒压电源外特性(图4)和恒流电源外特性(图5)。

本实用新型最突出的优点在于采用高集成技术，而且是将强电和弱电集成在一起，控制和控制对象集成在一起，并将逆变电源中复杂的保护技术也集成融合在一起，使由分立元件、高频、PCB印刷电路板的布线结构的不紧凑等因素造成的噪声、电磁干扰等大大降低了。这在很大程度上提高了小功率逆变焊接电源及焊接设备中控制电源的性能和工作的可靠性，并在一定程度上降低了电源的体积。

Claims

1、一种新型集成化小功率逆变焊接电源，包括桥式整流器ZL和电容C₁并联的整流滤波输入电路，其输出两端a、b之间还并联有过压、欠压检测电路(9)，中频变压器B，该中频变压器B的副边L₂设有由二极管D₃、电容C₄、电感L₄和电容C₅组成的整流滤波输出电路，其特征在于：

①该中频变压器B的原边L₁一端接a，另一端e从Topswitch-Gx集成器件的D端进入由S端输出并通过过流检测电路(8)接b端；

②自该中频变压器B原边L₁的端点e接二极管D₁正极，经由D₁的负极、电阻R₁和电容C₂的并联电路接a点；

③该中频变压器B的另一副边L₃设有由二极管D₂和电容C₃组成的基准整流单元，其中线圈L₃和电容C₃的节点连接b点，而二极管D₂和电容C₃的节点接光电隔离合成电路(7)；

④从整流滤波输出电路通过反馈电路(11、12)获得反馈信息并和从基准整流单元来的给定信号，在光电隔离合成电路(7)中合成后输至Topswitch-Gx集成器件的控制端C；

⑤所说过压、欠压检测电路(9)和过流检测电路(8)的信号分别输入Topswitch-Gx集成器件的L和X端。

2、根据权利要求1所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说的反馈电路(11)为电压负反馈电路。

3、根据权利要求2所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说电压负反馈电路为一跨接在整流滤波输出电路两输出线的电阻R₇和齐纳二极管WD₁构成。

4、根据权利要求1所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说的反馈电路(12)为电流负反馈电路。

5、根据权利要求4所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说电流负反馈电路是串联在整流滤波输出电路中电阻R₈和由电阻R₉、R₁₀、R₁₁、电容C₆、运算放大器IC₁组成的有源滤波放大电路。

6、根据权利要求1所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说的光电隔离合成电路(7)由光电隔离管GD₁构成。

7、根据权利要求1所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说过压、欠压检测电路(9)为跨接在整流滤波输入电路的串联电阻R₂和R₃构成，从R₃的滑动电阻臂获得信号输入Topswitch-Gx的L端。

8、根据权利要求1所述的新型集成化小功率逆变焊接电源，其特征在于所说过流检测电路(8)为一电阻R₄构成，获得的信号输入Topswitch-Gx的X端。