变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路，包括第一支路以及功率开关器件，所述第一支路包括稳压二极管以及快恢复二极管，所述稳压二极管具有一阴极和阳极，所述快恢复二极管具有一阴极和阳极，所述功率开关器件具有一门极，集电极以及发射极，所述稳压二极管的阴极和所述快恢复二极管的阴极连接，所述稳压二极管的阳极与所述功率开关器件的门极连接，所述快恢复二极管的阳极与所述功率开关器件的集电极连接。本发明进一步将该再燃弧电压产生电路应用于二次逆变电路以及变极性焊接电源中。
【专利说明】变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路、包含该二次逆变再燃弧电压产生电路的二次逆变电路以及变极性焊接电源。
【背景技术】
[0002]变极性电弧焊接是一种重要的焊接工艺，具有电弧稳定、抗磁偏吹、可调参数多、工艺适应性强等优点，在埋弧焊、TIG、MIG、MAG等焊接中均有应用。
[0003]变极性焊接电源的功率变换电路一般采用两级逆变电路结构，三相电网电压(380V/50HZ)经整流滤波、一次逆变以及变压器降压之后，输出低压方波交流，再经过次级整流、滤波以及二次逆变，输出变极性交流电流。
[0004]变极性电弧焊接的关键技术之一是保证输出变极性交流电流过零时刻的电弧稳定性。当电流过零时，电弧瞬间熄灭，需要重新燃弧，而重新引燃电弧的难易与再燃弧瞬间电流的变化速度和再燃弧电压有极大关系。
[0005]合理的二次逆变电路结构、参数和控制方法可以使输出电流的变极性过程稳定、快速进行。为了实现输出变极性，现有逆变式变极性焊接电源功率变换电路的二次逆变电路一般采用全桥式电路或者带有耦合电感的半桥式电路。无论是这两种电路的哪一种，在进行输出电流极性切换时，均是在所用功率开关器件关断时，利用开关两端产生的再燃弧高压迫使输出电流快速切换方向。为了使得关断时功率开关器件两端产生的电压稳定可靠，一般会在功率开关器件的发射极与集电极之间并联无源缓冲网络，比如由电阻和电容组成的RC缓冲网络或者仅单纯并联电容。这些无源缓冲网络不仅有诸如对初始缓冲电流和电路寄生参数敏感等不足，而且参数设计过程复杂。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，提供一种可以在变极性焊接电源二次逆变电流极性切换的过程中产生稳定可靠再燃弧电压并且设计简单的再燃弧电压产生电路以及使用该再燃弧电压产生电路的二次逆变电路、变极性焊接电源实为必要。
[0007]—种变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路，包括第一支路以及功率开关器件，所述第一支路包括稳压二极管以及快恢复二极管，所述稳压二极管具有一阴极和阳极，所述快恢复二极管具有一阴极和阳极，所述功率开关器件具有一门极，集电极以及发射极，所述稳压二极管的阴极和所述快恢复二极管的阴极连接，所述稳压二极管的阳极与所述功率开关器件的门极连接，所述快恢复二极管的阳极与所述功率开关器件的集电极连接。
[0008]一种变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，包括四个功率开关电路El、E2、E3以及E4组成的逆变全桥，其中，所述功率开关电路El与E4同时导通、同时关断，所述功率开关电路E2与E3同时导通、同时关断，所述功率开关电路El和E4中的至少一个电路为所述的二次逆变再燃弧电压产生电路，且所述功率开关电路E2和E3中的至少一个电路为所述的二次逆变再燃弧电压产生电路。
[0009]一种变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路，包括功率开关电路Hl以及功率开关电路H2组成的逆变半桥，该功率开关电路Hl和功率开关电路H2均为所述再燃弧电压产生电路。
[0010]相对于现有技术，本发明实施例提供的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路通过在功率开关器件的门极与集电极之间跨接串联的快恢复二极管和稳压二极管，从而在变极性焊接时，由于稳压二极管在电流极性变换的过程中产生的稳定电压可以迫使焊接电流快速过零换向，从而可以获得稳定的再燃弧电压，以维持电弧的稳定燃烧，该二次逆变电路再燃弧电压产生电路应用于变极性焊接电源时无需复杂的控制，并可以克服现有再燃弧二次逆变电路中并联无源缓冲网络对初始电流、电路寄生参数敏感的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明第一实施例提供的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路的电路图。
[0012]图2为本发明第一实施例提供的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路的工作过程原理图。
[0013]图3为本发明第二实施例提供的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路的电路图。
[0014]图4为本发明第三实施例提供的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路的电路图。
[0015]图5为本发明第四实施例提供的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路的电路图。
[0016]图6为图5的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路电流极性变换过程对应电流、电压的波形随时间变化图。
[0017]图7为图5的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路电流极性变换过程原理示意图。
[0018]图8为本发明第五实施例提供的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路的电路图。
[0019]图9为本发明第六实施例提供的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路的电路图。
[0020]图10为本发明第七实施例提供的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路的电路图。
[0021]图11为本发明第八实施例提供的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路的电路图。
[0022]图12为本发明第九实施例提供的变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路的电路图。
[0023]图13为图12的变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路电流极性变换过程中电流、电压的波形随时间变化图。
[0024]图14为图12的变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路极性变换过程的原理示意图。
[0025]图15为本发明第十实施例提供的变极性焊接电源的电路结构框图。
[0026]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路，其特征在于，包括: 一功率开关器件，所述功率开关器件具有一门极、集电极以及发射极；以及 一第一支路，所述第一支路包括稳压二极管以及快恢复二极管，所述稳压二极管具有一阴极和阳极，所述快恢复二极管具有一阴极和阳极，所述稳压二极管的阴极和所述快恢复二极管的阴极连接，所述稳压二极管的阳极与所述功率开关器件的门极连接，所述快恢复二极管的阳极与所述功率开关器件的集电极连接。
2.如权利要求1所述的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路，其特征在于，进一步包括一 RC缓冲网络，所述RC缓冲网络包括缓冲电阻以及与该缓冲电阻串联的缓冲电容，该RC缓冲网络跨接于所述功率开关器件的门极与集电极之间，或者，该RC缓冲网络跨接于所述功率开关器件的集电极与发射极之间。
3.如权利要求1至2中任一项所述的变极性焊接电源的二次逆变再燃弧电压产生电路，其特征在于，所述功率开关器件为IGBT开关管。
4.一种变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，包括四个功率开关电路El、E2、E3以及E4组成的逆变全桥，其中，所述功率开关电路El与E4同时导通、同时关断，所述功率开关电路E2与E3同时导通、同时关断，其特征在于，所述功率开关电路El和E4中的至少一个电路为权利要求1至2中任意一项所述的二次逆变再燃弧电压产生电路，且所述功率开关电路E2和E3中的至少一个电路为权利要求1至2中任意一项所述的二次逆变再燃弧电压产生电路。
5.如权利要求4所述的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，其特征在于，所述所述功率开关电路El包括功率开关器件Ql,所述功率开关电路E2包括功率开关器件Q2，所述功率开关电路 E3包括功率开关器件Q3，所述功率开关电路E4包括功率开关器件Q4，所述功率开关器件Ql的发射极与功率开关器件Q3的集电极连接并做为第一输出端，所述功率开关器件Q2的发射极与功率开关器件Q4的集电极连接并作为第二输出端，所述功率开关器件Ql的集电极与功率开关器件Q2的集电极连接并做为第一输入端，所述功率开关器件Q3的发射极与功率开关器件Q4的发射极连接并作为第二输入端，所述第一输入端与第二输入端与前端的次级整流滤波电路连接，所述第一输出端与第二输出端作用于电弧。
6.如权利要求4所述的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，其特征在于，所述功率开关电路E3和功率开关电路E4为所述再燃弧电压产生电路。
7.如权利要求4所述的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，其特征在于，所述功率开关电路El和功率开关电路E2为所述再燃弧电压产生电路。
8.如权利要求4所述的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，其特征在于，所述功率开关电路El和功率开关电路E3为所述再燃弧电压产生电路。
9.如权利要求4所述的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，其特征在于，所述功率开关电路E2和功率开关电路E4为所述再燃弧电压产生电路。
10.如权利要求4所述的变极性焊接电源的全桥式二次逆变电路，其特征在于，所述功率开关电路E1、E2、E3以及E4均为所述再燃弧电压产生电路。
11.一种变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路，包括功率开关电路Hl以及功率开关电路H2组成的逆变半桥，其特征在于，该功率开关电路Hl和功率开关电路H2均为所述权利要求I至2中任一项所述的再燃弧电压产生电路。
12.如权利要求11所述的变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路，其特征在于，所述功率开关电路Hl包括功率开关器件Q1’，所述功率开关电路H2包括功率开关器件Q2’，所述功率开关器件Q1’的集电极作为该半桥式二次逆变电路的第一输入端，所述功率开关器件Q1’的发射级与所述功率开关器件Q2’的集电极连接并作为第一输出端作用于电弧，所述功率开关器件Q2’的发射极作为该半桥式二次逆变电路的第二输入端，该半桥式二次逆变电路的第一输入端与前端的次级整流电路的正极性输出端连接，该半桥式二次逆变电路的第二输入端与前端的次级整流电路的负极性输出端连接。
13.如权利要求12所述的变极性焊接电源的半桥式二次逆变电路，其特征在于，该半桥式二次逆变电路进一步包括第一续流电感LI以及第二续流电感L2，该第一续流电感LI和第二续流电感L2构成耦合电感，第一续流电感LI的I端和第二续流电感L2的I端构成同名端，第一续流电感LI的2端和第二续流电感L2的2端构成同名端，第一续流电感LI的I端连接到所述次级整流电路的正极性输出端，第一续流电感LI的2端与所述功率开关器件Q1’的集电极连接，所述第二续流电感L2的2端连接到所述次级整流电路的负极性输出端，所述第二续流电感L2的I端连接到所述功率开关器件Q2’的发射极。
14.一种变极性焊接电源，包括:电网电压整流滤波电路、一次逆变电路、降压电路、次级整流滤波电路以及二次逆变电路，其特征在于，所述二次逆变电路包括如权利要求1至2中任意一项所述的再燃弧电压产生电路。
15.如权利要求14所述的变极性焊接电源，其特征在于，所述二次逆变电路为全桥式二次逆变电路或半桥式二次逆变电路。`
【文档编号】H02M7/5387GK103856092SQ201410058872
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】朱志明, 杨中宇, 夏铸亮 申请人:清华大学