专利名称：一种新型z源焊接电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接电源技术领域，具体的说，涉及一种新型Z源焊接电源系统。
背景技术：
目前，在我国逆变焊接电源的主电路多采用简单的全桥逆变的拓扑主电路结构， 它属于电压源逆变器，此逆变器是一种降压式逆变器，输入直流电压输出交流电压，根据应 用场合的不同，输出电压的幅值或频率可以恒定。逆变焊接电源中采用电压源逆变器的应 用相当广泛，但存在概念上和理论上的不足和局限性；其交流负载只能是电感性或必须串 联电抗器，以保证电压源逆变器能够正常工作。此外，这种电压型逆变器的每个桥臂的上、 下两个功率开关器件不能直通短路。无论是因为系统本身的抗EMI噪声差，还是人为有意 为之而导致上、下两个功率开关器件直通时，都会损坏器件，引起系统的崩溃，因此系统本 身存在的这种局限性而影响了焊机的可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对现有逆变焊机采用的电压型逆变器存在的不足和局限性，提 供了一种新型Z源焊接电源系统。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种新型Z源焊接电源系统，包括依次相连的主电路、电源主控及人机接口板， 以及IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路分别与主电路和电源主控及接口电路板相连，所述 主电路包括Z源网络。其中，所述电源主控及人机接口板对应上述Z源网络设有Z源网络电压控制电路。其中，所述主电路由输入整流模块、输入滤波模块、直通阻断模块、所述Z源网络、 IGBT逆变模块、高频变压器、输出整流模块和输出滤波模块依次连接组成，所述输入整流模 块与三相交流电源连接，所述输出滤波模块接负载。其中，所述电源主控及接口电路板包括基本供电电路、阻断控制电路、原边电流 采样电路、输出电流/电压采样电路、信号调理电路、PWM输出模块、人机接口电路。其中，所述IGBT驱动电路包括4路隔离的+24V直流电源、4路由光耦组成的驱动 电路，所述IGBT驱动电路的一端与所述PWM输出模块相连，另一端与所述IGBT全桥逆变模 块相连。与现有技术相比，本发明的有益效果是该焊接电源系统通过引入Z源网络，将逆变器和直流电源耦合在一起，与传统的 基于电压源的逆变器不同，其逆变桥的工作状态除了具有有效导通和零状态外，还存在上、 下管直通状态，消除死区效应对逆变器的影响，增强焊机的抗EMI噪声的能力，保证焊机功 率开关器件不会因逆变桥臂的误触发而遭到损毁。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明的新型Z源焊接电源系统方框图；图2是本发明的新型Z源焊接系统主电路的具体实施方式
结构示意图；图3是本发明系统逆变桥直通时，从直流侧看进去的Z源等效电路；图4是本发明新型Z源焊接系统闭环控制策略。
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。如图1所示，新型Z源焊接电源系统包括主电路、电源主控及接口电路板、IGBT驱 动板三部分组成。主电路由输入整流模块、输入滤波模块、ζ源网络、IGBT逆变模块、高频变 压器、输出整流模块和输出滤波模块依次连接组成，输入整流模块与三相交流电源连接，输 出滤波模块与负载连接；电源主控板主要电路板的基本供电电路、Z源网络电压控制电路、 原边电流采样电路、输出电流/电压采样电路、信号调理电路、人机接口电路等；IGBT驱动 电路主要包括4路隔离的+24V直流电源、4路由光耦TLP250组成的驱动电路等。工作原理为保证该焊接电源系统稳定性，为焊接负载提供高质量的稳定的电能输出，系统 采用电流内环和电压外环相结合的双闭环控制系统。原边电流采样电路通过互感器(或电 流霍尔传感器)将高频变压器原边电流检测信号送到电源主控及人机接口板，输出电流/ 电压采样电路通过电流/电压霍尔传感器采集焊机输出电流/电压信号送电源主控及人机 接口板，信号调理电路根据采集到的电流、电压信号及焊机的设置，完成相应的闭环控制算 法，产生PWM波形，经IGBT驱动电路控制软开关逆变主电路中的IGBT功率模块的占空比， 并最终实现所要求的电源外特性输出。如图2所示，新型Z源焊接电源系统的主电路拓扑结构。开关管VS5的开关信号 由逆变桥的直通信号取反而得。VS5和C3的作用是使逆变桥的输入电压Upn在非直通之间 内不出现跌落，并使Upn在该焊接系统空载或轻载时不出现电压的不断攀升。如图3所示， 当逆变桥处于直通时，从直流侧看进去的Z源等效电路，即开关管VS5处于阻断状态。此时 有八=Vc, Vd = VC+VL = 2VC > Vo, Vi = 0 ；电容器放电释放能量，而电感由电容充电储能； 能够将逆变桥臂中功率器件的电流上升控制在其可以承受的范围之内，从而不至于损坏逆 变开关管。如图4所示，新型Z源焊接电源系统闭环控制框图，在非直通状态工作时，焊接 电源系统通过采用电流内环、电压外环的双闭环控制。原边电流反馈信号if与电流给 定信号进行比较后的值，经PI调节器的传递函数K2 (S)调节输出的信号K2 (If-Iref)； 输出电压信号Uf与电压给定信号进行比较后的值，经PI调节器的Kl (s)调节输出的 信号Kl(Uf-Uref)；两个调节信号分别经K3 (s)、K4 (s)传递函数的输出得到的信号 K4K3[K2 (If-Iref)+Kl (Uf-Uref)]作为PWM的控制信号，通过整定合适的传递函数及其参 数，便可得到稳定性、跟随性良好的PWM信号从而保证该焊接电源系统逆变桥在非直通状态下正常工作。本发明的首次提出了把Z源网络引入逆变焊机当中，使得逆变焊机的功率开关管 可以工作在上、下管直通的状态下，消除了常规逆变焊机的死区效应，大大提高逆变焊机中 功率开关管工作的安全性以及焊机整机的可靠性。本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明 的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发 明也意图包含这些改动和变形。
权利要求
1.一种新型Z源焊接电源系统，其特征在于，包括依次相连的主电路、电源主控及人 机接口板，以及IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路分别与主电路和电源主控及接口电路板 相连，所述主电路包括Z源网络。
2.如权利要求1所述的新型Z源焊接电源系统，其特征在于，所述电源主控及人机接口 板对应上述Z源网络设有Z源网络电压控制电路。
3.如权利要求1所述的新型Z源焊接电源系统，其特征在于，所述主电路由输入整流模 块、输入滤波模块、直通阻断模块、所述Z源网络、IGBT逆变模块、高频变压器、输出整流模 块和输出滤波模块依次连接组成，所述输入整流模块与三相交流电源连接，所述输出滤波 模块接负载。
4.如权利要求1所述的新型Z源焊接电源系统，其特征在于，所述电源主控及接口电路 板包括基本供电电路、阻断控制电路、原边电流采样电路、输出电流/电压采样电路、信号 调理电路、PWM输出模块、人机接口电路。
5.如权利要求1所述的新型Z源焊接电源系统，其特征在于，所述IGBT驱动电路包括 4路隔离的+24V直流电源、4路由光耦组成的驱动电路，所述IGBT驱动电路的一端与所述 PWM输出模块相连，另一端与所述IGBT全桥逆变模块相连。
全文摘要
本发明涉及焊接电源技术领域，具体的说，涉及一种新型Z源焊接电源系统，其包括依次相连的主电路、电源主控及人机接口板，以及IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路分别与主电路和电源主控及接口电路板相连，所述主电路包括Z源网络，本发明的有益效果可以消除死区效应对逆变器的影响，增强焊机的抗EMI噪声的能力，保证焊机不会因逆变桥臂的误触发而遭到损毁。
文档编号H02M5/458GK102136804SQ20111010333
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者周俊伍 申请人:佛山金皇宇机械实业有限公司