[发明专利]一种高频逆变弧焊电源主功率系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高频逆变弧焊电源主功率系统，属于焊接设备及自动化领域。

背景技术

目前，国内大部分的弧焊逆变电源采用全桥式IGBT逆变结构，其结构如图1所示，开关管IGBTQ₁、Q₄和Q₂、Q₃轮换导通，传统的全桥拓扑结构中，每个IGBT承受的电压为540V，所以开关管IGBT一般选用1200V的模块(模块体积较大)，IGBT承受的电压越高，则开通、关断时刻造成的损耗越高，因此在普通全桥弧焊电源中IGBT的频率被制约在20KHz左右，如果继续提高频率，会造成IGBT发热严重，从而造成严重后果。因此，研制大功率、小体积、高性能的逆变弧焊电源仍是人们不断努力和追求的目标。

三电平变换器在电力电子直流变换器中的应用越来越广泛，已成为解决小体积和大功率变换器的一个重要方法。三电平直流变换器的首要目的是为了降低开关管的电压应力，同时减小输出滤波电感，电容的值，从而减小变换器的体积，提高逆变电源的工作频率，随着软开关技术的飞速发展，结合软开关技术的三电平变换器已成为研究的热点问题。

发明内容

本发明目的在于克服了现有的弧焊逆变电源的上述缺陷，提供了一种三电平数字逆变弧焊电源。该电源的主功率系统采用飞跨型三电平拓扑结构级联全桥拓扑结构。此拓扑结构上开关管IGBT上的压降为传统的全桥拓扑结构上开关管IGBT上的压降的一半，大大降低了开关损耗，同时可以选取耐压值更低的IGBT，为进一步提高弧焊电源的工作频率，从而为提高输出精度和降低成本打下基础。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。包括有八个开关管IGBT，八个开关管IGBT分别具有栅极、发射集和集电极。其中：整流之后的540V电压的正端接第一开关管IGBT Q₁的集电极，负端接第四开关管IGBT Q₄的发射极；第一电阻R₁和第二电阻R₂串联接在整流后的540V直流电之间；第一电容C₁和第二电容C₂串联接在整流后的540V直流电之间；第一电阻R₁和第二电阻R₂的串联点与第一电容C₁和第二电容C₂的串联点相连，并且与第二开关管IGBT Q₂的发射极相连；第一开关管IGBT Q₁的发射极与第二开关管IGBTQ₂的集电极、第五开关管IGBT Q₅的集电极和第七开关管IGBT Q₇的集电极相连；第二开关管IGBT Q₂的发射极与第三开关管IGBT Q₃的集电极相连；第三开关管IGBT Q₃的发射极与第四开关管IGBT Q₄的集电极、第六开关管IGBT Q₆的发射极、第八开关管IGBT Q₈的发射极相连；第五开关管IGBT Q₅的发射极与第六开关管IGBT Q₆的集电极相连，第七开关管IGBT Q₇的发射极与第八开关管IGBT Q₈的集电极相连；第三电容C₃连接在第二开关管IGBT Q₂的集电极和第三开关管IGBT Q₃的发射极之间；每个开关管IGBT都并联有一个二极管，二极管的阳极与开关管IGBT的发射极相连，二极管阴极与开关管IGBT的集电极相连；八个开关管IGBT上的栅极、发射极分别接到IGBT驱动电路上；驱动变压器L初级线圈的两端分别接第五开关管IGBT Q₅的发射极和第七开关管IGBT Q₇的发射极。

本发明的工作原理及过程：

1)Q₁、Q₃和Q₂、Q₄轮流同时导通，并且保证在最大脉宽内导通(死区时间为2μs)，这样就不需要对开关管Q₁-Q₄进行脉宽调治。