专利名称：一种有限双极性控制模式下的逆变焊接电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于电焊机的逆变焊接电源，尤其涉及在有限双极性控制模式下 全桥零电压、零电流开关脉宽调制(FB-ZVZCS-PWM)逆变焊接电源主电路。
背景技术：
目前，软开关逆变器多采用全桥移相式零电压软开关脉宽调制(FB-ZVS-P簡)模式， 以实现超前臂、滞后臂的大功率开关管的零电压开关，在轻载和空载时，FB-ZVS-P籠模 式难以实现滞后臂大功率开关管的零电压开关。由于逆变焊接电源工况复杂，负载可能在 短路-重载-轻载-空载状态下频繁变换，当负载在空载或轻载时，滞后臂大功率开关管将 失去零电压开关的条件。为了使滞后臂大功率开关管在所有负载条件下实现零电压开关， 目前采用的方案如图l所示，在主变压器原边或副边增加一只辅助电感，致使变压器原边 电流增加，从而拓展实现零电压开关的负载范围。上述方案存在的缺陷是(1)由于主电 路中增加了一只辅助电感，便增加了逆变焊接电源的制造成本；(2)辅助电感时常因过载 而烧坏；(3)辅助电感增加了逆变焊接电源的功耗。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的移相控制模式下的全桥零电压开关脉宽调制逆变 焊接电源由于主电路中增加辅助电感的不足，提出了一种采用有限双极性控制模式下的全 桥零电压、零电流开关脉宽调制逆变焊接电源。
本发明采用的技术方案是其主电路中Q1和Q3为超前臂的大功率开关管，Q2和Q4 为滞后臂的大功率开关管，二极管Dl至D4分别为对应大功率开关管的内部反向并联二极 管，电容Cl和C2分别为超前臂大功率开关管的并联电容，将超前臂的中点依次通过串 联的隔直电容、饱和电感和变压器等效漏感连接中频变压器的原边后连接滞后臂的中点， 中频变压器的副边并联全波整流二极管后再连接输出滤波电感。
本发明的优点是
(1) 本发明使逆变焯接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感和滞后臂 大功率开关管并联的电容，降低了逆变焊接电源的制造成本。
(2) 本发明使逆变焊接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感，不存在 辅助电感烧毁的情况，提高了焊机工作的可靠性和稳定性。
(3) 本发明使逆变焊接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感，不存在辅助电感的发热或温升，降低了逆变焊接电源的功耗。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是背景技术中在移相控制模式下fb-zvs-pmi逆变焊接电源主电路图。
图2是本发明主电路图。
具体实施例方式
如图2所示，主电路中的Q1、 Q2 、 Q3、 Q4为大功率开关管IGBT，其中超前臂大 功率开关管Q1、 Q3采用零电压开关(ZVS)，滞后臂大功率开关管Q2、 Q4采用零电流 开关(ZCS)。 二极管D1 D4分别为大功率开关管Q1 Q4对应的内部反向二极管，电 容C1、 C2分别是Q1、 Q3并联的电容。本发明相对于移相控制模式下fb-zvs-pwm逆变 悍接电源，其最明显的特征是逆变焊接电源主电路中缺省了主变压器原边或副边的辅助电 感和滞后臂大功率开关管并联的电容。
将超前臂的中点依次通过串联的隔直电容Cb、饱和电感Lr和变压器等效漏感Lk连 接中频变压器T1的原边后连接滞后臂的中点，中频变压器T1的副边并联全波整流二极管 D5、 D6后再连接输出滤波电感L。
在有限双极性控制模式下的FB-ZVZCS-PWM逆变主电路中，超前臂大功率开关管零 电压开关的条件为
(Z)r)/2 + ,<772 (1)
滞后臂大功率开关管零电流开关(ZCS)的条件为
(Z)r)/2 + q+f2 <772 (2)
其中，、=2&[/, /^为Q、 C2的充放电时间；^=4^(^/2^为一次侧环流衰减
到零的时间；ip为原边电流；D为占空比；T为开关周期；Lk为主变压器等效漏感；Cb为 隔直电容。
由式(1)、 (2)可知，若能实现滞后臂大功率开关管零电流开关，超前臂大功率开关 管零电压开关也就一定能实现，所以FB-ZVZCS-PWM逆变主电路主要是实现滞后臂大功 率开关管的零电流开关。式(2)中，占空比D、开关周期T、 一次侧环流衰减时间t2与 原边电流的大小无关；h不大，完全可以通过对占空比D、 一次侧环流衰减时间t2的控制 留出足够的裕量给tn从而可以在任意负载和输入电压变化范围内实现滞后臂的零电流开 关。在fb-zvs-PTO1模式下逆变焊接电源主电路拓扑中，增加辅助电感是为了在轻载或空载时提高变压器原边电流值，这样使滞后臂实现零电压开关。在FB-ZVZCS-PWM模式下 逆变焊接电源主电路拓扑中，可以通过对占空比D、 一次侧环流衰减时间t2的控制来实现 滞后臂零电流开关的条件，不需要辅助电感提供的环流能量。
在超前臂的一只大功率开关管IGBT关断后，主电路进入自然换流过程，原边电流Ip 在隔直电容Cb的作用下逐渐减小，当Ip减小为零时，由于饱和电抗器的作用，阻止了由V。bp 引起的电流反向流动，从而使滞后臂的关断在零电流状态下完成。随后的滞后臂上另一只
IGBT的开通，主要由于饱和电抗器的作用，即当V,n与Vebp之和加在饱和电抗器上，饱和
电抗器退出饱和要经历一个短暂的过程，电流不能立刻上升，这样滞后臂的开通是在零电 流下完成的。
谐振元件隔直电容Cb、饱和电感Lr参数取值的原则是，既要满足滞后臂软开关的两条 关键因素，又要取得最高效率。饱和电抗器的散热和损耗是此类电路最大的问题之一，在 实际计算中应最先确定饱和电抗器，如用矩形比较好的钴基材料并将饱和电感Lr伏秒积控 制在40 120nVS左右，在此例电路中饱和电感伏秒积取值为80nVS。通过合理设计，饱和 电感Lr的损耗并不大。当饱和电感Lr的取值初步选定后，就根据常规公式可以求出隔直电 容Cb的最大容量为7.7pF。
权利要求
1、一种有限双极性控制模式下的逆变焊接电源，其主电路中大功率开关管(Q1、Q3)为超前臂，大功率开关管(Q2、Q4)为滞后臂，二极管(D1～D4)分别为大功率开关管(Q1～Q4)对应的内部反向并联二极管，电容(C1、C2)分别是大功率开关管(Q1、Q3)的并联电容，其特征是将超前臂的中点依次通过串联的隔直电容(Cb)、饱和电感(Lr)和变压器漏感(Lk)连接中频变压器(T1)的原边后连接滞后臂的中点，中频变压器(T1)的副边并联全波整流二极管(D5、D6)后再连接输出滤波电感(L)。
2、 根据权利要求1所述的一种有限双极性控制模式下的逆变焊接电源，其特征是 所述饱和电感(Lr)的伏秒积为40 12(HtVS，隔直电容(Cb)的最大容量为7.7pF。
全文摘要
本发明公开了一种有限双极性控制模式下的逆变焊接电源，其主电路中Q1和Q3为超前臂的大功率开关管，Q2和Q4为滞后臂的大功率开关管，二极管D1至D4分别为对应大功率开关管的内部反向并联二极管，电容C1和C2分别为超前臂大功率开关管的并联电容，将超前臂的中点依次通过串联的隔直电容、饱和电感和变压器等效漏感连接中频变压器的原边后连接滞后臂的中点，中频变压器的副边并联全波整流二极管后再连接输出滤波电感。本发明使逆变焊接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感和滞后臂大功率开关管并联的电容，降低了逆变焊接电源的制造成本，提高了逆变焊接电源工作的可靠性和稳定性且降低其功耗。
文档编号B23K9/10GK101412139SQ200810236148
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者任以明, 方臣富, 宁 朱 申请人:江苏科技大学