专利名称：绝缘栅极双极晶体管斩波器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源领域，尤其与等离子切割机和／或电焊机用电源的斩波器有关。
斩波器是连接在恒定直流电源与负载电路之间用以改变加到负载电路上的直流电压平均值和直流电流平均值的一种装置，最早使用的这类装置有硅整流器，可控硅整流器，由于这类整流器具有其工作频率仅限于50Hz、电抗器尺寸大、响应速度低等不足之处，又发展了普通晶体管斩波器及埸效应管斩波器，这类斩波器具有工作频率范围宽(10～25KHz)，电抗器尺寸小，响应速率高的优点，但还分别具有下述缺点，普通晶体管斩波器由电流驱动，所以驱动功率大；而埸效应管斩波器虽然由电压驱动可使驱动功率显著降低，但埸效应管导通损耗大，在高耐压下控制电流的能力较低，即单只功率较小，所以大功率输出的开关器中需要多只管子并联使用，这会因并联引起的动态均流、管组体积较大等问题而给斩波器结构、电路的设计和维修增加困难，也会影响斩波器的工作可靠性。
本实用新型的目的是要设计一种兼具上述几类斩波器的优点，能克服其不足之处的斩波器，即具有驱动功率小、导通损耗小、结构和维修简单的斩波器。
本实用新型设计的斩波器由三相变压器、整流器、开关管、控制电路组成，本实用新型斩波器中的开关管采用绝缘栅极双极晶体管(IGBT)，控制电路由绝缘栅极双极晶体管电压驱动电路、脉宽调制器、给定电路、反馈电路组成，目前，在斩波器中常用的各种带电压驱动电路的脉宽调制控制电路都可以用于本设计的斩波器，如埸效应管斩波器中的控制电路，绝缘栅极双极晶体管由绝缘栅极晶体管驱动电路驱动，驱动电路的输入由脉宽调制器供给，反馈电路提供反馈电流信号，它可以是分流器，也可以是电流传感器，在反馈电路中带有电抗器和续流管，则可使电流平滑电弧不致熄灭。
使用时，接通50Hz的三相交流电源，经整流滤波后得到恒定不变的直流电压，同时，从控制电路中的脉宽调制器内发出10－25KHz的方波讯号经驱动电路之后驱动绝缘栅极晶体管，使其不断导通和关断，从而使电源能输出与控制电路讯号相同、频率相同的矩形波。
本实用新型设计的斩波器由于采用由电压驱动的绝缘栅极双极晶体管作为开关管，从而使新设计的斩波器综合了已有斩波器的优点1.与可控硅相比，具有驱动功率小、工作频率范围宽、电抗器尺寸小和响应速率高的优点，2.与普通晶体管斩波器相比，具有驱动功率小、抗二次击穿性能好的优点。
3.与埸效应管斩波器相比，不仅导通损耗小，而且由于开关管控制电流能力强，单只管的功率大，在高电压输入、大功率输出的斩波器中只需用一只管子，而不象埸效应斩波器要用多只管并联，因此，就可以避免因并联引起的动态均流，管组体积大等问题而给斩波器结构、电路的设计和维修增加困难。
图1是本实用新型设计的绝缘栅极双极晶体管斩波器的主电路框图。
图2为具体线路图，其中21、22接至负载，23为保护输入，24为控制输入，25为给定。
图3是脉宽调制器的外部电路接线图，其中，31为频率电路32为给定调节，33为给定电路，34接反馈电路，35接保护电路，36软起动，37到驱动电路。
下面将结合附图对本实用新型设计的绝缘栅极双极晶体管斩波器的实施方式及其优点作进一步描述。
图1和图2是本设计绝缘栅极双极晶体管斩波器的结构图，它由三相变压器B、整流器ZL、开关管IGBT和控制电路组成。
50Hz的三相交流电源与三相变压器相连接，切焊负载与电抗器DK连接，控制电路由驱动电路、脉宽调制器F、电流传感器JC、给定电位Ug及过流过压保护线路组成，控制电路中的驱动电路与绝缘栅极双极晶体管连接；电流传感器JC设置在负载之前的线路上，并与给定的电位Ug一起并联在脉宽调制器F上；脉宽调制器的输出端与驱动电路连接，电源回路中有电抗器DK和续流器D可使电流平滑电弧不致熄灭，电路中的电容C1用于防止斩波时的高频对整流电路的影响，电容C2用于防止引弧装置对斩波器中IGBT的影响。
根据切焊机的设计要求，可以选择不同型号的开关管，及与之相适应的驱动电路和脉宽调制器，例如可选用IMBI400－060开关管，EXB841驱动电路和TL494脉宽调制器、KT200A电流传感器，脉宽调制器内的振荡器频率为20KHZ，由给定电压Ug和电流反馈电压Uf产生调制的脉冲信号送至驱动电路的输入端，经隔离放大整形产生驱动IGBT的脉冲信号，脉宽调制器TL494的外部电路接线图见图3。
使用负载切焊机接通后，不论是空气等离子切割还是氩弧焊都需要陡降的恒流特性，工作时，当电网电压波动或负载电流增大时，流过电流传感器JC的电流增大，其输出的负反馈电压Uf增大，而给定电压Ug是不变的，所以Uk＝Ug－Uf的值减小，随之脉宽调制器输出的脉冲变窄，使斩波器输出的平均电流减小；反之，当电网电压波动或负载电流减小时，负反馈电压Uf减小，UK增大，随之脉宽调制器输出的脉冲变宽，使斩波器输出的平均电流增大，从而使切割和焊接时能维持恒定的电流，改变给定电压Ug，就可调节所需的负载电流，由于选用由电压驱动的绝缘栅极双极晶体管IGBT作为开关管，因此本设计的斩波器具有下述优点1.驱动功率小。
采用电流驱动的一般大功率晶体管作为开关管的斩波器，其驱动功率约为7瓦，而本设计的驱动功率仅约为0.1瓦。
2.结构简单。
本设计只需使用单只开关管就可实现大功率输出，不需要数只开关管并联使用，因此结构简单、控制电路更加简化，这无疑会增加载波器的工作可靠性用及方便于维修。
3.动态反应快，工作稳定。
本设计的反应时间小于1微秒，采样输出电压高于4伏。
权利要求1.一种绝缘栅极双极晶体管斩波器，它包括三相变压器、整流器、开关管和控制电路，所说的控制电路包括驱动电路、脉宽调制器、给定电路和反馈电路，其特征是所说的开关管是绝缘栅极双极晶体管，它与驱动电路连接，所说的驱动电路为电压驱动电路，所说的驱动电路的输入由脉宽调制器供给。
2.根据权利要求1所说的绝缘栅极双极晶体管斩波器，其特征是所说的反馈电路中采用电流传感器，还带有电抗器和续流管。
专利摘要本实用新型属于等离子切割机、电焊机用电源的斩波器，它包括三相变压器、整流器、开关管、控制电路，其中开关管是绝缘栅极双极晶体管，采用电压驱动电路驱动，绝缘栅极双极晶体管与驱动电路连接，驱动电路的输入由脉宽调制器供给，本设计的斩波器具有驱动功率小、结构简单、易于控制、反应速度快、工作可靠等优点。
文档编号H02M3/04GK2159630SQ93212390
公开日1994年3月23日 申请日期1993年5月14日 优先权日1993年5月14日
发明者冯沛, 潘天明 申请人:北京有色金属研究总院