专利名称：一种mos管和igbt管混合桥路逆变式焊割电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊割电源产品领域，具体涉及一种MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊 割电源。
背景技术：
焊割电源，是一种为焊接电弧或者切割电弧提供电压电流的电源装置。在各种焊 割电源中，具有节能、节材、高效、环保等优点的焊割电源只有逆变式焊割电源。目前的逆变 式焊割电源主要采用的是MOS管逆变电路和IGBT管逆变电路两种，根据两种不同电力开关 半导体器件的特点可知M0S管开关速度高，所以适合较高频的逆变电路(目前采用MOS管 的逆变电路的焊割电源逆变频率一般都在IlOKHz左右)但是，MOS管导通电阻大，通态损 耗大，使得焊割电源整机效率难以提高，发热严重，为其采取的散热设施变得复杂和昂贵； IGBT管由于是双极性的，所以导通时管压降很低，通态损耗很小，但是IGBT管的开关速度 较低，而且还有关断时电流的拖尾现象，其开和关都会产生很大的损耗，所以不能在较高频 率下使用(目前采用IGBT管的逆变电路的焊割电源逆变频率一般都在20KHz左右)，这就使 得采用IGBT管的逆变式焊割电源的变压器和电抗都不能进一步减小，在节材，节能方面不 能进一步提升。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种MOS管和IGBT管混合桥 路逆变式焊割电源。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
本发明一种MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，包括按电流流向而顺序连接 的输入EMC电路、一次侧整流滤波电路、混合器件逆变电路、隔离变压器、二次侧整流滤波 电路以及主控制板电路；所述电流在主控制板电路处进入混合器件逆变电路；所述混合器 件逆变电路由四只MOS管和四只IGBT管桥接而成，并将四只MOS管和四只IGBT管分别分 为两组MOS管和两组IGBT管；所述主控制板电路向所述混合器件逆变电路的MOS管和IGBT 管分别有序的输出四组八路PWM信号，让同一组的MOS管和/或IGBT管同时导通，而让另 一组的MOS管和/或IGBT管在与前一组MOS管和/或IGBT管之间的具有相位差时导通。本发明“一种MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源”采用MOS管和IGBT管组 成混合桥路。让两种电力开关器件按一定规律组合，并且按一定规律开通和关断。使得整 个逆变电路既能发挥MOS管开关速度的优势，又能发挥IGBT管低通态压降的优势。这使得 本发明具有逆变频率较高，而且电力开关器件发热较小，比MOS管逆变式焊割电源和IGBT 管逆变式焊割电源中任何一种焊割电源都更加节能、节材、高效等优点。
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
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图1是本发明的电路工作流程示意图； 图2是本发明的主回路电路原理图3是本发明的主控制板电气原理图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。请参阅图1，本发明一种MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，包括按电流 流向而顺序连接的输入EMC电路1、一次侧整流滤波电路2、混合器件逆变电路3、隔离变 压器4、二次侧整流滤波电路5以及主控制板电路6 ；所述电流在主控制板电路6处进入混 合器件逆变电路3 ；所述混合器件逆变电路3由四只MOS管和四只IGBT管桥接而成，并将 四只MOS管和四只IGBT管分别分为两组MOS管和两组IGBT管；所述主控制板电路6向所 述混合器件逆变电路3的MOS管和IGBT管分别有序的输出四组八路PWM信号，让同一组的 MOS管和/或IGBT管同时导通，而让另一组的MOS管和/或IGBT管在与前一组MOS管和/ 或IGBT管之间的具有相位差时导通。请参看图2，主回路电路结构原理具体为
输入滤波电路1由电源开关Si，差模滤波电容C34和C38，共模滤波电容C33，C35，C36， C7以及共模滤波电感Ll组成。电网干扰信号通过上述滤波器的滤除，使得本焊割电源免受 外界电磁干扰，提高稳定性；同样，本焊割电源产生的电磁干扰信号会也会被上述滤波器滤 除，使得本焊割电源不会对外界产生电磁干扰，提高其他设备的稳定性。一次侧整流滤波电路2由整流桥BRl和电容C40，C41，C44和电阻R52组成。送入 焊割电源内的交流电压电流通过整流桥BRl整流成直流电压电流，经过电容C40，C41, C44 等滤波后送往混合器件逆变电路3。其中电阻R52是泄放电阻，在关机时泄放掉电容 C40, C41, C44里的电荷以保证安全。混合器件逆变电路3由四只MOS管M9、M10、M11、M12和四只IGBT管IG1、IG2、IG3、 IG4桥接而成。其中M9的D和S分别与IGl的C和E对应相连；MlO的D和S分别与IG2 的C禾Π E对应相连；Mll的D禾Π S分别与IG3的C禾Π E对应相连；Μ12的D禾Π S分别与IG4 的C和E对应相连。R54、R53、R63、R64分别为四只IGBT管的栅极串联驱动电阻；R55、R56、 R61、R62分别为四只MOS管的栅极串联驱动电阻，而R57和C42 ；R58和C43 ；R59和C45 ；R60 和C46分别为四组混合器件两极(M0SFET器件的D和S极；IGBT器件的C和E极)并联的 阻容吸收电路。隔离变压电路4由具有一次侧绕组和二次侧绕组的中频变压器T5担当，隔离变压 器T5 —次侧一头接逆变桥的桥臂中点，另一头穿过一次侧电流互感器T4后接逆变桥的桥 臂另一中点；其二次侧接到二次侧整流滤波电路5，二次侧整流滤波电路5为一具有中心抽 头的全波整流电路。一次侧绕组和二次绕组是通过绝缘材料安全绝缘的。二次侧整流滤波电路5由快恢复整流二极管D23，D24以及阻容吸收电阻R65，R66 和阻容吸收电容C47，C48等组成。主控制板电路6通过插座A2，A3，A4，A5输出的四组八路PWM信号分别有序的送到四只] 05管119、]\110、]\111、]\112和四只 IGBT 管 IGl、IG2、IG3、IG4 上，让其按 IGl 和 IG4 ； IG2和IG3分别同时导通，而让IGl和IG2 ；IG3和IG4相位相差180°导通。同样让M9和 M12 ；MlO和Mll分别同时导通，而让M9和MlO ；Mll和M12相位相差180°导通。这样的交 替导通，就会将直流电压电流逆变成中频交流方波电压电流。其中，所述主控制电路板6将会让IGBT管IGl比和它连接于同一桥臂上的MOS管 M9滞后一段时间tl开通和提前一段时间t2关断；让IGBT管IG2比和它连接于同一桥臂 上的MOS管MlO滞后一段时间tl开通和提前一段时间t2关断；让IGBT管IG3比和它连接 于同一桥臂上的MOS管Mll滞后一段时间tl开通和提前一段时间t2关断；让IGBT管IG4 比和它连接于同一桥臂上的MOS管M12滞后一段时间tl开通和提前一段时间t2关断。这 样的滞后开通IGBT管和提前关断IGBT管就使得整个逆变电路工作时，脉冲的开通和关断 由MOS管来担任，而脉冲的整个导通期间则主要由IGBT管担任，所以逆变电路的整个损耗 中开关损耗取决于MOS管，而通态损耗则取决于IGBT管。MOS管的低开关损耗和IGBT管 的低通态损耗巧妙地相结合，使得整个逆变电源的损耗变得很低，逆变效率很高，逆变器件 发热较少。进一步，所述主控制板电路6由PWM脉宽调制电路，脉冲延时关断电路，隔离驱动 电路，电流给定和电流反馈电路，过流保护电路，欠压保护电路，以及相应的辅助电路等构 成。其中，所述隔离驱动电路包括:M0S管隔离驱动电路和IGBT管隔离驱动电路。请参看图3，主控制板电路原理结构具体为
1，从变压器T3次级双17V绕组通过插座A8引进主控制板，通过整流二极管D18，D19， D20，D21整流后C27，C28滤波，再经过三端稳压集成电路U4 (LM7815)，U5 (LM7915)和 U6 (LM7805)稳压。分别输出+15V，-15V，+5V直流电压，这组电压为主控制板电流反馈和 PWM调制等电路以及数字电流表供电。2，电阻R49，R50和C32组成焊割电流显示电路。3，由集成电路U2D，电流调节电位器RT2，RT3，以及电位器RT1，电阻R46和电阻 R47组成电流给定电路，C21和R36组成电流反馈电路。集成电路U2C和电阻R35，R34稳压 二极管D16，电容C20等组成误差放大器，二极管D12和电阻R33，R32电容C18等组成误差 信号钳位、衰减和滤波电路。4，集成电路Ul，U2A和U2B组成了欠压保护和电流型PWM电路，其中，集成电路 U2A及其周围元件组成欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成斜波补偿电路，快恢 复二极管D2，D3，D7，D8和采样电阻R9以及高频滤波电容Cll等组成逆变电路一次侧中频 交流电流波形采样、整流、高频滤波电路。5，IGBT管隔离驱动电路包括IGBT管隔离电路和IGBT管驱动脉冲脉冲上升沿下 降沿整形处理电路。M0SFET管M1，M2，M3，M4和其对应的驱动电阻R13，R21，R14，R15，脉冲 变压器Tl组成IGBT管隔离电路，由快恢复二极管D4，D5，D6，Dll ；电容C4，C5，C13，C14 ； 电阻RIO, Rl 1，R17，R18，R19，R23，R24，R26等组成IGBT管驱动脉冲脉冲上升沿下降沿整 形处理电路。该四路脉冲没经过延时，隔离放大后驱动IGBT管。6，MOS管隔离驱动电路包括M0S管隔离电路和MOS管驱动脉冲脉冲上升沿下降 沿整形处理电路。MOSFET管M5，M6，M7，M8和其对应的驱动电阻R38，R39，R40, R41，脉冲变压器T2组成MOS管隔离电路，由快恢复二极管D10，D15，D17，D22 ；电容C15，C24，C25，C26 ； 电阻R22，R25，R42，R45，R43，R44，R48，R51等组成MOS管驱动脉冲脉冲上升沿下降沿整形 处理电路。该四路脉冲是经过延时处理过的，隔离放大后驱动MOS管。经过延时处理过的和没经过延时处理的脉冲分别驱动MOS管和IGBT管。使得MOS 管总是比相应的IGBT管提前开通，延时关断。其中提前开通tl是由MOS自身的开通速度 比IGBT管快的特性自动产生的，延时关断是由下面所述延时电路产生的。7，由集成电路 U3C，U3D，U3E，U3F ；电阻 R20，R37 ；电容 C12，C22 和二极管 D9，D14 组成脉冲延时关断电路。R37和R20等值；C22和C12等值。电容和电阻的乘积决定了脉冲 延时的时间t2，这个时间一般略大于IGBT管的下降时间和拖尾时间之和。本发明的工作流程具体包括
一，电流给定和反馈以及PWM调制和输出的流程
由RT2和RT3给出的焊割电流给定信号一路经过集成电路U2D反相放大后，变成负的 电流给定电压信号；另一路通过电阻R49，R50分压，电容C32滤波后送到数字显示表DGMl 上，作为焊割电流的显示。电流给定电压信号通过R46和RT1，电流反馈电压信号通过R36 在误差比较点B点进行比较，其结果通过集成电路U2C等组成的PI调节器处理后通过R34， R33送到Ul的5脚。由电流互感器T4采样的一次侧逆变电流信号经过快恢复二极管D2，D3，D7，D8整 流，经采样电阻R9以及高频滤波电容Cll后得到，反应一次测电流大小的直流脉冲电压信 号，此信号一路由R8送至Ul的16脚，构成过流保护电路。当一次侧逆变电流异常增大Ul 的16脚会得到一个较高电压，Ul内部立即封锁脉冲信号，使电源停止输出。另一路经过二 极管D13隔离，电容C21滤波后，经电阻R36送到误差比较点B点。还有一路经R30送到Ul 的4脚，同时U2B将Ul的8脚的锯齿波信号射随后通过R12，R27，C16，C17组成的阻容网 络后，也送到Ul的4脚，用来为一次测电流的直流脉冲电压信号作斜波补偿。两信号合成 后与Ul的5脚送来的误差信号在Ul内部进行比较，得到PWM信号，通过死区形成，分频锁 相后从Ul的14脚和11脚输出相位相差180°，且具有一定死区时间的PWM信号。二，IGBT管相对MOS管的延时开通和提前关断的流程
IGBT管相对MOS管的延时开通和提前关断逻辑的实现，是保证本逆变焊割电源的逆 变电路能在脉冲开通和关断时刻的开关器件由MOS管担当，而脉冲导通期间的开关器件由 IGBT管担当的充分和必要条件。由集成电路Ul的14脚和11脚输出的PWM脉冲分别在E点和F点分成两路，一路 直接由MOS管Ml，M2，M3，M4脉冲变压器Tl以及其他元件放大、隔离、整形后分别送去驱动 四只IGBT管，而另一路则分别经过由二极管D9，电阻R20，电容C12，集成电路U3D，U3E和 经过由二极管D14，电阻R37，电容C22，集成电路U3F，U3C延时处理后由MOS管M5，M6，M7， M8脉冲变压器T2以及其他元件放大、隔离、整形后分别送去驱动四只MOS管。 三，焊割电源超温保护电路的流程
插座Al外连接一只常开温度继电器TS1。当温度正常时，温度继电器TSl是断开的A 点电位不受影响，可正常焊割；当温度超高时，温度继电器TSl闭合，A点被接地，电位变为 零焊割电源停止输出，从而起到过热保护的效果。温度继电器TSl安放MOS管和IGBT管所 在的散热器最热处的表面上。
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以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，其特征在于，包括按电流流向而顺序连接的输入EMC电路、一次侧整流滤波电路、混合器件逆变电路、隔离变压器、二次侧整流滤波电路以及主控制板电路；所述电流在主控制板电路处进入混合器件逆变电路；所述混合器件逆变电路由四只MOS管和四只IGBT管桥接而成，并将四只MOS管和四只IGBT管分别分为两组MOS管和两组IGBT管；所述主控制板电路向所述混合器件逆变电路的MOS管和IGBT管分别有序的输出四组八路PWM信号，让同一组的MOS管和/或IGBT管同时导通，而让另一组的MOS管和/或IGBT管在与前一组MOS管和/或IGBT管之间的具有相位差时导通。
2.根据权利要求1所述的MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，其特征在于，所 述主控制板电路由PWM脉宽调制电路，脉冲延时关断电路，隔离驱动电路，电流给定和电流 反馈电路，过流保护电路，欠压保护电路，以及辅助电路构成。
3.根据权利要求2所述的MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，其特征在于，所 述隔离驱动电路包括M0S管隔离驱动电路和IGBT管隔离驱动电路。
4.根据权利要求3所述的MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，其特征在于，所 述MOS管隔离驱动电路包括M0S管隔离电路和MOS管驱动脉冲脉冲上升沿下降沿整形处 理电路。
5.根据权利要求3所述的MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，其特征在于，所 述IGBT管隔离驱动电路包括IGBT管隔离电路和IGBT管驱动脉冲脉冲上升沿下降沿整形 处理电路。
6.根据权利要求4或5所述的MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源，其特征在 于，所述相位差为180°。全文摘要
本发明涉及焊割电源产品领域，具体涉及一种MOS管和IGBT管混合桥路逆变式焊割电源。本发明主要包括按电流流向而顺序连接的输入EMC电路、一次侧整流滤波电路、混合器件逆变电路、隔离变压器、二次侧整流滤波电路以及主控制板电路；所述电流在主控制板电路处进入混合器件逆变电路；所述混合器件逆变电路由四只MOS管和四只IGBT管桥接而成。由于本发明采用MOS管和IGBT管组成混合桥路。让两种电力开关器件按一定规律组合，并且按一定规律开通和关断。使得本发明具有逆变频率较高，而且电力开关器件发热较小，比传统的焊割电源都更加节能、节材、高效。
文档编号H02H5/04GK101924472SQ20101028907
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者吴月涛, 杨振文 申请人:深圳市华意隆实业发展有限公司