专利名称：一种lgk式逆变等离子切割电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高频逆变技术领域，具体是指一种LGK式逆变等离子切 割电源。
背景技术：
目前，在切割电源领域，由于其工艺所需要的电压大、大功率，国内外 传统的切割电源主要以硅整流和晶闸管整流式为主，整流式电源工作相对可 靠，技术上也比较成熟，但设备体积庞大、笨重、能耗低、效率低，且由于 -其结构原因，动静态特性方面也不够理想。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供 一种LGK式逆变等离子切割电源。该电源设备体积、质量小，效率高，节能 效果明显，并具有良好的动特性。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现所述一种LGK式逆变等离子 切割电源，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路、外环均值电流 闭环控制电路组成，所述主电路包括整流滤波模块、高频逆变模块、功率变 压模块和整流平滑模块依次连接组成，所述整流滤波模块外接二相交流输入 电源，所述整流平滑模块外接负载；所述外环均值电流闭环控制龟路包括电 流电压检测模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块 依次连接组成，所述电流电压检测模块还与负载相连接，所述高频驱动模块 还与高频逆变模块相连接，所述比较器的输入端还连接有脉冲参数给定模块， 所述比较器的输出端还与脉宽调制模块相连接。
为了更好地实现本实用新型，所述主电路包括安全保护电路，所述安全 保护电路包括网压检测模块、电压保护模块、温度检测模块、过热保护模块 构成，所述网压检测模块外接三相交流电源，所述电压保护模块分别与脉宽 调制模块、单片机控制模块相连接；所述温度检测模块分别与高频逆变模块、 过热保护模块相连接，所述过热保护模块与脉宽调制模块相连接；所述单片
机控制模块分别连接有外围参数输入显示模块、高频引弧模块，所述高频引 弧模块与负载相连接。
本实用新型的设计原理为首先，逆变技术大幅度的提高电源的频率使 得电源中的主变压器的体积，质量的到大幅度的减小，同时还由于电子功率 器件工作于开关状态，变压器等可以采用铁损很小的磁芯材料，所于效率很 高。主电路中由于存在电容，功率因数得到很大提高，节能效果明显。又由 于工作频率很高，主电路中滤波电感值小，电磁惯性小，易于获得良好的动
特性。此外，逆变切割电源由于采用逆变技术，从而使其反应灵敏，口了控性 好。本实用新型运用IGBT大功率转换器，三相380V交流电经全桥整流滤波 形成直流电，通过IGBT逆变部件转换成20KHz以上的高频交流脉冲，经高 频降压后由快速整流管、电抗器整流为切割用的直流电源。系统中，专用控 制器用于基于电压/电流反馈的IGBT逆变预测控制，以确保系统口J靠工作； 单片机用于外围监控和人机对话处理。
本实用新型为LGK式逆变等离子切割电源，主电路采用半桥式或全桥逆 变拓扑，视功率而定。引弧都采用高频引弧。脉宽调制是通过误差放人器放 大，在与基准给定值进行比较，而产生两组相互推挽的驱动信号，来控制功 率逆变开关管按照一定的时序导通与关闭，实现直流交流转变。电流反馈是 在负载电流输出端用霍尔元件检测输出电流，得到采样信号，经过放大、比 较，再输送到脉宽调制模块，来改变功率管的导通与截至时间，起到/对占 空比的调节，实现功率调整的目的，使输出能量稳定。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果
1、 本实用新型采用单片机进行检测反馈控制，并用来实现外围监控与人 机对话，使得电源的面板操作更方便简洁，更人性化。
2、 本实用新型采用卨频引弧模块控制引弧，实现非接触引弧，避免/电 极的污染，延长使用寿命。
3、 本实用新型采用高功率开关管与脉宽调制芯片实现直流与交流的转 变，使得电流频率大幅度提高，变压器体积、质量得到大幅度减小，控制也 变得更加灵敏，动特性得到很大改善。总之，使得切割电源的整体性发生了 质的飞跃。
图l是本实用新型内置电路方框图； 图2是本实用新型的主电路原理图3是本实用新型的脉宽调制模块和高频驱动模块的电路原理图； 图4是本实用新型的单片机控制模块的电路原理图； 图5是本实用新型的高频引弧模块的电路原理图； 图6是本实用新型的高频逆变模块的电路原理图； 图7是本实用新型的整流滤波模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细说明，但本实用 新型的实现方式并不限于此。
本实用新型所述一种LGK式逆变等离子切割电源包括机箱和内置电路， 如图1所示，所述内置电路包括主电路、外环均值电流闭环控制电路组成。主 电路由依次连接的整流滤波模块101、高频逆变模块102、功率变压模块103 和整流平滑模块104组成，整流滤波模块101与三相交流输入电源相连接，整 流平滑模块104与负载相连接。外环均值电流闭环控制电路包括电流电压检测 模块112、比较器、单片机控制模块107、脉宽调制模块108和高频驱动模块109， 电流电压检测模块112为电流传感器，其一端与负载相连接，另一端与比较器
输入端相连接，比较器的另一输入端还连接有参数给定模块in，比较器的输
出端分别与脉宽调制模块108、单片机控制模块107相连接，脉宽调制模块108 与高频驱动模块109相连接，高频驱动模块108与高频逆变模块102相连接。比 较器采用常用的TL084比较器，对外环检测信号与给定参数进行比较，是对 实际切割电流与给定电流比较放大，把比较结果送给脉宽调制模块108，实现 电流的稳定。主电路中的安全保护电路包括网压检测模块105、电压保护模块 106、温度检测模块IIO、过热保护模块lll构成，网压检测模块105外接三相 交流电源，电压保护模块106分别与脉宽调制模块108、单片机控制模块107 相连接；网压检测模块105检测三相交流输入电压，为常用的电压检测装置。 电压保护模块106为一常用的比较器，实现欠压或者过压保护。温度检测模块 110分别与高频逆变模块102、过热保护模块lll相连接，过热保护模块lll与 脉宽调制模块108相连接。单片机控制模块107还分别连接有外围参数输入显 示模块114、高频引弧模块113，高频引弧模块113与负载相连接。
如图2所示，本实用新型的主电路中，三相交流输入电源接整流滤波模块
101的整流块BR1，然后连接滤波环节L1、 C5、 C6、 C7、 C8、 R3、 R4，再连 接高频逆变模块102的逆变桥VT, VT4及其吸收保护电路，输出接功率变压 模块103的高频功率变压器T1初级，变压器次级通过高频全波整流电路D1 D4、滤波环节L2、 C9、 CIO、 C17、 C21、 R9、 R12后输出直流电，以上环节 构成功率主电路，高频逆变模块102包括两个两单元的IGBTVT, VT4 (如图 6所示，为其中一桥臂)。此外，电流电压检测模块112为传感器HALL1，连 接在输出负载端。电压检测是通过对输出电压分压直接测取的。
如图3所示，脉宽调制模块108和高频驱动模块109主要由脉宽调制模块 108的集成控制芯片SG3525以及高频驱动模块109的两组驱动电路及辅助电 路相互连接组成。过流保护和电流反馈经过比较放大与集成控制芯片SG3525 的引脚2相连接，作为集成芯片SG3525的输入信号。在集成控制芯片SG3525 内部与误差信号比较，使集成控制芯片SG3525输出相应的四路PWM信号。 该四路两两互补的PWM信号经过驱动模块转换成模拟信号，在外部电源的作 用下产生四组两两相同的推挽式脉冲驱动信号，分别作为逆变桥开关管 VT, VT4的驱动信号。同时，电流电压检测模块112同基准电流、电压信号 通过比较器比较后，与脉宽调制模块108的集成控制芯片SG3525相连接。
如图4所示，单片机控制模块107主要由单片机AT89C2051、变压器耦合 以及外围辅助电路相互连接组成。单片机AT89C2051系统作为外部监控与人 机对话的主要途径。外部监控信号如电源指示、故障指示、气压指示、检气 等分别于单片机AT89C2051的P1.2、 Pl.l、 Pl.O、 P1.5引脚连接，々X压丌关、 焊枪开关、风扇开关、电压显示开关以及高频引弧开关等都是通过单片机 AT89C2051来控制的。利用单片机控制模块107控制外部监控与人机对话使得
切割机的控制参数多，控制方便，使得切割机的使用更简易，易于推广。
如图5所示，本实用新型的高频引弧是通过芯片IC1555触发器控制高频开 关场效应管快速打开与关闭，实现T1的原边得到高频信号的产生。通过与负 载电路耦合的变压器，使输出端得到高频信号。在高压、高频下使得非接触 引弧得以实现。
如图6所示，在高频逆变模块中，为防止IGBT开通和关断时瞬间的电流、 电压冲击造成IGBT的损坏，在IGBT的C和E极之间并联RC吸收保护电路。
如图7所示，在整流滤波模块中，D1 D4为快速二极管组用于输出整流， Rl、 C15和R2、 C16分别组成上下两组对称的二极管的RC吸收回路。
应用本实用新型的逆变等离亍切割电源时，三相工频交流电经过整流滤 波模块101后成为平滑直流电后进入高频逆变模块102，单片机控制模块107 根据电流电压检测模块112检测到负载的电流与设定值进行比较，经过单片机 控制模块107的控制算法运算，发给脉宽调制模块108—个信号，脉宽调制模 块108根据单片机控制模块107设定的算法产生四路PWM信号，这四路PWM 信号通过高频驱动模块109放大去控制高频逆变模块102的开关管的开通和关 断，从而得到20KHz高频高压电，高频高压电再经过功率变压模块103转换成 符合切割工艺要求的参数，再经过整流平滑模块104得到更加平滑的脉冲电 流，也就是外环均值闭环控制过程。网压检测模块105检测三相工频电压，把 检测到的电压信号送给电压保护模块106，如出现过压、欠压的现象，电压保 护模块106将送给脉宽调制模块108—个信号，产生低电平通过高频驱动模块 109关断高频逆变模块102的开关管，保护主电路安全工作。
如上所述，即可较好地实现本实用新型。
权利要求1、一种LGK式逆变等离子切割电源，包括机箱和内置电路，其特征是，所述内置电路包括主电路、外环均值电流闭环控制电路组成，所述主电路包括整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，所述整流滤波模块外接三相交流输入电源，所述整流平滑模块外接负载；所述外环均值电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块依次连接组成，所述电流电压检测模块还与负载相连接，所述高频驱动模块还与高频逆变模块相连接，所述比较器的输入端还连接有脉冲参数给定模块，所述比较器的输出端还与脉宽调制模块相连接。
2、 根据权利要求1所述的一种LGK式逆变等离子切割电源，其特征是， 所述主电路包括安全保护电路，所述安全保护电路包括网压检测模块、电压 保护模块、温度检测模块、过热保护模块构成，所述网压检测模块外接三相 交流电源，所述电压保护模块分别与脉宽调制模块、单片机控制模块相连接； 所述温度检测模块分别与高频逆变模块、过热保护模块相连接，所述过热保' 护模块与脉宽调制模块相连接。
3、 根据权利要求1所述的一种LGK式逆变等离子切割电源，其特征是， 所述单片机控制模块分别连接有外围参数输入显示模块、高频引弧模块，所 述高频引弧模块与负载相连接。
4、 根据权利要求1或2所述的一种LGK式逆变等离子切割电源，其特 征是，所述单片机控制模块主要由单片机AT89C2051、变压器耦合以及外围 辅助电路相互连接组成。
5、 根据权利要求1所述的一种LGK式逆变等离子切割电源，其特征是， 所述脉宽调制模块主要由集成控制芯片SG3525以及外围电路连接组成。
专利摘要本实用新型公开了一种LGK式逆变等离子切割电源，包括机箱和内置电路，内置电路包括主电路、外环均值电流闭环控制电路、内环峰值电流闭环控制电路组成，主电路包括整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，外环均值电流闭环控制电路包括电流电压检测模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块依次连接组成。本实用新型首次在逆变等离子切割电源中引入外环电流闭环控制电路和内环峰值电流闭环控制电路，提高了逆变等离子切割电源的动静态特性以及抗干扰能力。
文档编号H02M7/537GK201002169SQ20062015452
公开日2008年1月9日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者凌德怡, 王振民, 陈毅丹, 黄石生 申请人:华南理工大学