中频变压器磁饱和波形控制装置的制作方法

本实用新型涉及逆变焊机电源技术领域，特别是涉及一种中频变压器磁饱和波形控制装置。

背景技术：

现有逆变焊机或逆变产品，由于其体积小、重量轻、效率高、节能省电、功能强大等优势，越来越广泛使用。随之而来，客户对它们的要求性能和质量也越来越高了，使用的环境也比较恶劣，逆变产品在市场上的竞争越来越激烈。如：民用电220V供电，要求对电源波动为±20％，而对逆变焊机或逆变产品考验为+20％电源波动。

为了防止中频变压器磁饱和问题，传统的方法是提高逆变频率，由于逆变焊机或逆变产品的频率普遍在40～100KHz之间，若再提高逆变频率，会导致逆变器件发热量加大和成本大幅度增加，影响产品的质量可靠性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可确保产品质量可靠性的中频变压器磁饱和波形控制装置。

一种中频变压器磁饱和波形控制装置，包括整流滤波电路、变频器、电流采集装置、中频变压器、输出整流器和时序控制器，所述整流滤波电路连接所述变频器，所述变频器通过所述电流采集装置连接所述中频变压器，所述中频变压器连接所述输出整流器，所述时序控制器连接所述变频器、所述电流采集装置和所述输出整流器。

上述中频变压器磁饱和波形控制装置，时序控制器输出脉宽调制信号至变频器，电流采集装置对中频变压器进行原边电流采样，得到采样电流并输送至时序控制器。时序控制器根据采样电流判断中频变压器是否为空载状态，时序控制器在中频变压器为负载状态时，根据采样电流调节脉宽调制信号的占空比，时序控制器在中频变压器为空载状态时，对输出整流器输出的直流电进行电压采样得到采样电压，根据采样电压和中频变压器的匝比计算得到中频变压器的输入电压，并根据输入电压调节脉宽调制信号的占空比。在中频变压器为空载状态时，根据中频变压器空载时的输入电压对脉宽调制信号的占空比进行调节，确保中频变压器在空载时不会磁饱和，实现中频变压器的磁饱和波形控制，无需提高逆变频率，确保产品质量可靠性。

附图说明

图1为一实施例中中频变压器磁饱和波形控制装置的结构图；

图2为一实施例中中频变压器磁饱和波形控制装置的原理图；

图3为一实施例中中频变压器磁饱和没有波形控制原边电流和输出次级波形示意图；

图4为一实施例中中频变压器磁饱和有波形控制原边电流和输出次级波形示意图；

图5为一实施例中中频变压器磁饱和有波形控制带满载的原边电流和输出次级波形示意图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种中频变压器磁饱和波形控制装置，适用于逆变焊机等逆变产品。如图1所示，该装置包括整流滤波电路110、变频器120、中频变压器TR1、电流采集装置TR2、输出整流器130和时序控制器140，整流滤波电路110连接变频器120，变频器120通过电流采集装置TR2连接中频变压器TR1，中频变压器TR1连接输出整流器130，时序控制器140连接变频器120、电流采集装置TR2和输出整流器130。

整流滤波电路110接入交流电进行整流得到直流电并输送至变频器120，时序控制器140输出脉宽调制信号至变频器120，控制变频器120输出交流电至中频变压器TR1，中频变压器TR1对接收的交流电进行降压处理后输出至输出整流器130，输出整流器130对降压后的交流电进行整流输出直流电，具体可通过输出正极和输出负极输出直流电。

电流采集装置TR2对中频变压器TR1进行原边电流采样，得到采样电流并输送至时序控制器140。时序控制器140根据采样电流判断中频变压器TR1是否为空载状态，具体可判断采样电流是否大于预设的空载电流阈值，若是，则中频变压器TR1为负载状态，若否，则中频变压器TR1为空载状态。时序控制器140在中频变压器TR1为负载状态时，根据采样电流调节脉宽调制信号的占空比。具体地，可对原边的采样电流与设定电流值进行比较，设定电流值大于空载电流阈值。当采样电流超过设定电流值后，时序控制器140减小脉宽调制信号的脉宽，从而限制输出电流。

时序控制器140具体可连接输出整流器130的输出正极和输出负极。时序控制器140在中频变压器TR1为空载状态时，对输出整流器130输出的直流电进行电压采样得到采样电压，根据采样电压和中频变压器TR1的匝比计算得到中频变压器TR1的输入电压，并根据输入电压调节脉宽调制信号的占空比。具体地，可对输入电压与设定电压值进行比较，当输入电压超过设定电压值后，时序控制器140减小脉宽调制信号的脉宽，进行波形控制。

具体地，中频变压器TR1指频率为40～100KHz的变压器。电流采集装置TR2的具体类型并不唯一，本实施例中，如图2所示，电流采集装置TR2为电流互感器。电流互感器的初级线圈一端连接中频变压器TR1，另一端连接变频器120，电流互感器的次级线圈两端均连接时序控制器140。

在一个实施例中，继续参照图2，整流滤波电路110包括整流器和滤波电容组件，整流器的第一输入端和第二输入端用于接入交流电，整流器的输出正极和输出负极连接变频器120，滤波电容组件一端连接整流器的输出正极，另一端连接整流器的输出负极。

整流器的具体类型和结构并不唯一，本实施例中，整流器为全桥整流器，电源利用率高、对于滤波电容组件要求容量小，提高了能源利用率。具体地，全桥整流器包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阳极，作为整流器的第一输入端；第三二极管D3的阴极连接第四二极管D4的阳极，作为整流器的第二输入端；第二二极管D2的阴极连接第四二极管D4的阴极，作为整流器的输出正极；第一二极管D1的阳极连接第三二极管D3的阳极，作为整流器的输出负极。

滤波电容组件的具体结构也并不唯一，本实施例中，滤波电容组件包括并联的第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2均一端连接整流器的输出正极，另一端连接整流器的输出负极。

在一个实施例中，中频变压器TR1包括初级线圈和次级线圈，初级线圈一端连接变频器120，另一端通过电流采集装置TR2连接变频器120，次级线圈连接输出整流器130。电流采集装置TR2对流经初级线圈的原边电流进行采样得到采样电流输送至时序控制器140。中频变压器TR1降压后的交流电经次级线圈输出至输出整流器130。

输出整流器130的具体类型并不唯一，在一个实施例中，输出整流器130为全波整流器，同样可提高能源利用率。具体地，全波整流器包括第五二极管、第六二极管、负载电阻和电感，第五二极管的阳极连接次级线圈的一端，第六二极管的阳极连接次级线圈的另一端，第五二极管的阴极连接第六二极管的阴极。负载电阻一端连接第五二极管和第六二极管的公共端以及电感的一端，电感的另一端作为输出整流器130的输出正极，负载电阻另一端连接次级线圈的中心抽头，并作为输出整流器130的输出负极。电感的具体类型并不唯一，本实施例中，电感为磁芯电感。

中频变压器磁饱和问题与磁芯的规格大小、逆变频率、输入电压、驱动脉宽大小、初级的匝数息息相关，中频变压器TR1的成本与磁芯的规格大小、初次级的线规、长度相关。逆变焊机和逆变产品共同的特性为，若选用磁芯规格较小或中频变压器TR1的匝数较少时，在输入电压较高时，轻载、满载、最大负载中频变压器TR1都不会磁饱和，但空载会饱和。原因在于：轻载工作时，驱动脉宽窄，使中频变压器TR1工作电流上升时间短，达不到中频变压器TR1磁饱和的条件,满载、最大负载工作时，会随负载加大，使直流母线电压会下降，也达不到中频变压器TR1磁饱和的条件，而空载时，直流母线电压不会下降，且驱动脉宽是最大的，这样就容易导致中频变压器TR1磁饱和。如图3所示为一实施例中中频变压器磁饱和没有波形控制原边电流和输出次级波形示意图，其中210为原边电流波形，220为输出次级波形。

通过时序控制器140根据原边电流采样和输出电压采样进行时序计算，再控制输出至变频器120的驱动波形，利用中频变压器TR1本身的磁场回路特性，实现所需要的工作波形。在中频变压器TR1为空载状态时，根据中频变压器TR1空载时的输入电压对脉宽调制信号的占空比进行调节，确保中频变压器TR1在空载时都不会磁饱和，从而解决了输入电压过高时中频变压器TR1的磁饱和问题。如图4所示为一实施例中中频变压器磁饱和有波形控制原边电流和输出次级波形示意图，其中310为原边电流波形，320为输出次级波形。如图5所示为一实施例中中频变压器磁饱和有波形控制带满载的原边电流和输出次级波形示意图，其中410为原边电流波形，420为输出次级波形。

此外，还可通过改变中频变压器TR1的磁芯规格，或改变初次级的匝比(线规及长度可减少)，实现大幅度降低成本，再通过中频变压器磁饱和波形控制装置来确保中频变压器TR1工作时又不磁饱和。可以选择更小一号的变压器磁芯规格，产品可以做的更小；或减少变压器的初次级匝比，降低变压器的工作损耗，提高工作效率，降低了成本，提高产品质量，增加市场的竞争力。

上述中频变压器磁饱和波形控制装置，在中频变压器TR1为空载状态时，根据中频变压器TR1空载时的输入电压对脉宽调制信号的占空比进行调节，确保中频变压器TR1在空载时不会磁饱和，实现中频变压器TR1的磁饱和波形控制，无需提高逆变频率，确保产品质量可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。