大功率单相逆变焊机emc改善装置及其焊机和方法
【专利摘要】本发明提供的大功率单相逆变焊机及其EMC改善装置和方法，包括：EMI滤波整流电路、有源功率校正电路、分频电路、无源功率校正电路；EMI滤波整流电路用于滤除电网输入信号中的干扰信号；有源功率校正电路用于对逆变焊机输入电流进行有源功率校正，以获得稳定的直流逆变焊机输出电压；分频电路用于控制有源功率校正电路间歇性地进行有源功率校正；无源功率校正电路用于在逆变焊机空载的情况下，校正逆变焊机的正常空载电压的输出。本发明使电能的使用效率可达到90%以上，对电网的污染可达到国家电网的指标。由于采用有源功率校正和无源功率校正相结合的方式，可以有效地降低EMI滤波电路设计的难度，并能够减小其体积。
【专利说明】大功率单相逆变焊机EMC改善装置及其焊机和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及单相逆变焊机的EMC (Electro Magnetic Compatibility)解决方案，尤其是单相大功率逆变焊机，具体涉及大功率单相逆变焊机EMC改善装置及其焊机。
【背景技术】
[0002]目前，市场对家用逆变焊机的EMC要求越来越严格，从最早的传导、辐射，到目前谐波的要求。而现在逆变焊机存在的AC/DC变换器都是由桥式整流器与电容滤波器构成的。由于大量滤波电容器的存在，使得整流二极管的导通角变得很窄，仅在交流电压峰值附近才能导通，致使交流电流产生严重失真且发生相位漂移，变成了尖峰脉冲。这种电流波形中包含大量的谐波分量，增加有源功率校正装置可以解决谐波的问题，但是会对整机的传导、辐射带来影响。而无源功率校正装置不易做大功率使用，在逆变焊机上不太适用。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大功率单相逆变焊机EMC改善装置及其焊机和方法。本发明在传统的逆变焊机上同时增加有源功率校正电路和无源功率校正电路，使得逆变焊机的输入电压与电流相位同步、电流波形的畸变得到改善，同时还可以抑制谐波，减小峰值电流和有效电流，还可以提高焊机到电网的利用率。由于同时采用有源功率校正装置和无源功率校正装置，可以减小前级EMI (ElectromagneticInterference)滤波电路的体积。
[0004]根据本发明提供的大功率单相逆变焊机EMC改善装置，包括:EMI滤波整流电路、有源功率校正电路、分频电路、无源功率校正电路；
[0005]所述EMI滤波整流电路，用于滤除电网输入信号中的干扰信号，然后将电网输入信号整流为逆变焊机输入电流，并将逆变焊机输入电流传输给所述有源功率校正电路；
[0006]所述有源功率校正电路，用于对逆变焊机输入电流进行有源功率校正，减小因电流畸变带来的谐波，以获得稳定的直流逆变焊机输出电压，提高逆变焊机对电网电能的利用率；
[0007]所述分频电路，用于对所述有源功率校正电路进行工作频率的分频，控制所述有源功率校正电路间歇性地进行有源功率校正，从而在逆变焊机空载的情况下，使得所述有源功率校正电路暂停进行有源功率校正，以减少在空载的情况下所述有源功率校正电路对逆变焊机的传导、辐射的影响；
[0008]所述无源功率校正电路，用于在逆变焊机空载的情况下，校正逆变焊机的正常空载电压的输出。
[0009]优选地，所述EMI滤波整流电路，包括:型滤波电路、整流电路；
[0010]所述π型滤波电路用于滤除电网输入信号中的干扰信号，并将滤波后的电网输入信号传输给所述整流电路；
[0011]所述整流电路用于将电网输入信号整流为逆变焊机输入电流，并将逆变焊机输入电流传输给所述有源功率校正电路。
[0012]优选地，所述有源功率校正电路，包括:升压电路、电解电容电路、驱动光耦电路、功率校正控制电路；
[0013]所述功率校正控制电路，用于以直流逆变焊机输出电压作为反馈，向所述驱动光耦电路输出PWM信号；
[0014]所述驱动光耦电路，用于根据PWM信号进行功率放大，以驱动升压电路中的功率器件；
[0015]所述升压电路，用于将所述EMI滤波整流电路的整流输出提升为稳定的直流逆变焊机输出电压；
[0016]所述电解电容电路，用于储能和平滑输出电压的纹波，以向逆变焊机的逆变器提供稳定的直流电压。
[0017]优选地，所述分频电路，包括:方波发生器、光耦电路；
[0018]所述方波发生器，用于向光I禹电路输出方波；
[0019]所述光耦电路，用于在焊机空载时，控制所述功率校正控制电路暂停输出PWM信号，并在焊机带载工作时，控制所述功率校正控制电路输出PWM信号。
[0020]优选地，所述无源功率校正电路，用于在逆变焊机空载的情况下，使电解电容电路中电解电容上的电压上升到设定的电压值。
[0021]优选地，所述功率校正控制电路单独位于一块PCB板上，并通过排针作为输入输
出接口。
[0022]根据本发明提供的逆变焊机，包括上述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置。
[0023]根据本发明提供的大功率单相逆变焊机EMC改善方法，包括如下步骤:
[0024]在逆变焊接带载工作时，利用有源功率校正电路对逆变焊机输入电流进行有源功率校正，减小因电流畸变带来的谐波，以获得稳定的直流逆变焊机输出电压，提高逆变焊机对电网电能的利用率；
[0025]在逆变焊机空载的情况下，使有源功率校正电路暂停进行有源功率校正，以减少在空载的情况下所述有源功率校正电路对逆变焊机的传导、辐射的影响；并在逆变焊机空载的情况下，通过无源功率校正电路校正逆变焊机的正常空载电压的输出。
[0026]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0027]本发明使电能的使用效率可达到90%以上，对电网的污染可达到国家电网的指标。由于采用有源功率校正和无源功率校正相结合的方式，可以有效地降低EMI滤波电路设计的难度，并能够减小其体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0029]图1是本发明提供的EMI滤波整流电路；
[0030]图2、图3是本发明提供的有源功率校正电路；
[0031]图4本发明提供的分频电路；
[0032]图5本发明提供的无源功率校正电路。【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0034]具体地，本发明提供的大功率单相逆变焊机EMC改善装置包括:EMI滤波整流电路，有源功率校正电路、分频电路、无源功率校正电路。
[0035]所述的EMI滤波整流电路，主要滤除由电网进入逆变焊机的各种干扰信号，并防止逆变焊机内部电路产生的高频扰窜电网、 或对其他设备和应用环境造成干扰。
[0036]所述的有源功率校正电路，主要是对输入逆变焊机的电流进行校正，减小因电流畸变带来的谐波，同时提供焊机对电网电能的利用率。
[0037]所述的分频电路，主要作用是在空载的情况下，对有源功率校正电路进行工作频率的分频，减少在空载的情况下有源功率校正电路对逆变焊机的传导、辐射的影响。
[0038]所述的无源功率校正电路，主要用于焊机在空载情况下，有源功率校正电路不完全工作状态下，校正焊机的正常空载电压的输出，辅助有源功率校正。
[0039]更为具体地，以下结合图1~图4，具体说明本发明的较佳实施方式:
[0040]如图1所示，示出了 EMI滤波整流电路的结构示意图，EMI滤波整流电路主要包括:
[0041]主要由电阻1?1、1?2、1?3、1?4，乂2电容(:1、02，￥2电容03、04，共模电感1^1组成的Ji型滤波电路，η型滤波电路主要是用于抑制逆变焊机和电网之间的干扰信号。
[0042]主要由桥堆BRl和BR2，电容C5组成的整流电路，主要是把输入的交流电AC1、AC2整成直流信号+HT、GND，输向后面的有源功率校正电路。
[0043]如图2、图3所示,示出了有源功率校正电路,有源功率校正电路主要包括:
[0044]图2中示出的，主要由电感L2与快恢复二极管D6、D7、D8、D9及功率开关管Q1、Q2组成的升压电路，升压电路中，电感L2用于储能。大电解电容C7、C8、C9用于储能和平滑输出电压的纹波，向后级的焊机逆变器提供稳定的直流电压。U2为驱动光耦芯片，将排针CN2的7脚输出的PWM信号进行功率放大，用于驱动IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)。
[0045]图3示出的功率校正控制电路。该功率校正控制电路主要由功率校正芯片U3和外围电阻组成，在设计中，单独设计在一块小的PCB板上，然后通过排针焊接在主PCB板上，这样可以减少功率器件工作时对功率校正芯片的干扰，同时方便后期产品的升级，在该功率校正控制电路中，电阻R5、R6、R7、R8、R9主要用于监测输出电压Vout，用于电压环的反馈，C3、C4、R4为电压环的补偿网络。电流反馈信号通过电阻R3输入U3，实现对电流波形的校正。同时对功率器件Ql、Q2进行过流保护。电阻Rl、R2用于设定芯片U3的输出PWM信号频率，外部信号通过电阻RlO实现对输出PWM信号的分频。
[0046]图3示出的功率校正模块控制图2中示出的功率器件Ql、Q2实现有源功率校正，将前级整流输出+HT提升到一个稳定的直流电压Vout。
[0047]图4为分频电路，在该分频电路中运放U403B及外围电路组成一个方波发生器，方波发生器的7脚输出一个高电平+18V的方波，频率为10HZ，然后通过光耦U405输送到端点LF，端点LF通过排针输送到功率校正控制电路，如图3示出的U3，当端点LF为高电平的时候U3没有信号输出，图2中的功率器件Ql、Q2及储能电感L2不工作，不产生干扰信号，由于U3的间歇工作，可以减少有源功率校正电路对逆变焊机在空载输出情况下的干扰。在焊机需要带载工作的时候，端点CLEAR输出为低电平(空载时为+15V高电平)，稳压管D412不导通，光耦U405不工作，LF为低电平，此时分频电路对功率校正控制电路不产生影响，不影响逆变焊机的正常使用。
[0048]图5为无源功率校正电路，该无源功率校正电路主要用于将图2中的VC通过DOl整流，C03滤波，然后通过D02、L3、D03输送到大电解电容Vout，由于有源功率校正电路在逆变焊机处于空载的时候处于间歇工作状态，大电解电容上的电压不能升到设定的电压值，并且电压的纹波比较大。逆变焊机的输出空载处于波动状态，影响逆变焊机的正常工作，采用无源功率校正电路对有源功率校正电路进行适当的补偿，能够保证在空载的情况下焊机的空载正常输出。由于在空载时，功率校正控制电路处于间歇工作状态，这时产生的高频干扰比较小。能够保证逆变焊机在空载时满足EMC限值的要求，而焊机EMC标准(IEC60974-102007)上焊机在空载情况下的限值低于加载时的限值。满足空载时的EMC限值对逆变焊机而言比较困难。满足加载时的限值依靠前面的EMI滤波电路来实现。
[0049]这样，让逆变焊机在空载和加载时，内部的有源功率校正电路处于不同的工作，满足逆变焊机的EMC要求，并且不需要体积过大的EMI滤波电路，减小机器的体积和重量。
[0050]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种大功率单相逆变焊机EMC改善装置，其特征在于，包括:EMI滤波整流电路、有源功率校正电路、分频电路、无源功率校正电路； 所述EMI滤波整流电路，用于滤除电网输入信号中的干扰信号，然后将电网输入信号整流为逆变焊机输入电流，并将逆变焊机输入电流传输给所述有源功率校正电路； 所述有源功率校正电路，用于对逆变焊机输入电流进行有源功率校正，减小因电流畸变带来的谐波，以获得稳定的直流逆变焊机输出电压，提高逆变焊机对电网电能的利用率； 所述分频电路，用于对所述有源功率校正电路进行工作频率的分频，控制所述有源功率校正电路间歇性地进行有源功率校正，从而在逆变焊机空载的情况下，使得所述有源功率校正电路暂停进行有源功率校正，以减少在空载的情况下所述有源功率校正电路对逆变焊机的传导、辐射的影响； 所述无源功率校正电路，用于在逆变焊机空载的情况下，校正逆变焊机的正常空载电压的输出。
2.根据权利要求1所述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置，其特征在于，所述EMI滤波整流电路，包括型滤波电路、整流电路； 所述η型滤波电路用于滤除电网输入信号中的干扰信号，并将滤波后的电网输入信号传输给所述整流电路； 所述整流电路用于将电网输入信号整流为逆变焊机输入电流，并将逆变焊机输入电流传输给所述有源功率校正电路。
3.根据权利要求1所述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置，其特征在于，所述有源功率校正电路，包括:升压电路、电解电容电路、驱动光耦电路、功率校正控制电路； 所述功率校正控制电路，用于以直流逆变焊机输出电压作为反馈，向所述驱动光耦电路输出PWM信号； 所述驱动光耦电路，用于根据PWM信号进行功率放大，以驱动升压电路中的功率器件； 所述升压电路，用于将所述EMI滤波整流电路的整流输出提升为稳定的直流逆变焊机输出电压； 所述电解电容电路，用于储能和平滑输出电压的纹波，以向逆变焊机的逆变器提供稳定的直流电压。
4.根据权利要求3所述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置，其特征在于，所述分频电路，包括:方波发生器、光耦电路； 所述方波发生器，用于向光1禹电路输出方波； 所述光耦电路，用于在焊机空载时，控制所述功率校正控制电路暂停输出PWM信号，并在焊机带载工作时，控制所述功率校正控制电路输出PWM信号。
5.根据权利要求3所述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置，其特征在于，所述无源功率校正电路，用于在逆变焊机空载的情况下，使电解电容电路中电解电容上的电压上升到设定的电压值。
6.根据权利要求3所述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置，其特征在于，所述功率校正控制电路单独位于一块PCB板上，并通过排针作为输入输出接口。
7.一种逆变焊机，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的大功率单相逆变焊机EMC改善装置。
8.一种大功率单相逆变焊机EMC改善方法，其特征在于，包括如下步骤: 在逆变焊接带载工作时，利用有源功率校正电路对逆变焊机输入电流进行有源功率校正，减小因电流畸变带来的谐波，以获得稳定的直流逆变焊机输出电压，提高逆变焊机对电网电能的利用率； 在逆变焊机空载的情况下，使有源功率校正电路暂停进行有源功率校正，以减少在空载的情况下所述有源功率校正电路对逆变焊机的传导、辐射的影响；并在逆变焊机空载的情况下，通过无源功率校正电路校正逆变焊机的正常空载电压的输出。
【文档编号】H02M1/12GK103746549SQ201310719270
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】刘纪周, 王敏, 李述辉, 徐德进, 胡成绰 申请人:上海广为焊接设备有限公司