[发明专利]一种有限双极性控制模式下的逆变焊接电源

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于电焊机的逆变焊接电源，尤其涉及在有限双极性控制模式下全桥零电压、零电流开关脉宽调制(FB-ZVZCS-PWM)逆变焊接电源主电路。

背景技术

目前，软开关逆变器多采用全桥移相式零电压软开关脉宽调制(FB-ZVS-PWM)模式，以实现超前臂、滞后臂的大功率开关管的零电压开关，在轻载和空载时，FB-ZVS-PWM模式难以实现滞后臂大功率开关管的零电压开关。由于逆变焊接电源工况复杂，负载可能在短路-重载-轻载-空载状态下频繁变换，当负载在空载或轻载时，滞后臂大功率开关管将失去零电压开关的条件。为了使滞后臂大功率开关管在所有负载条件下实现零电压开关，目前采用的方案如图1所示，在主变压器原边或副边增加一只辅助电感，致使变压器原边电流增加，从而拓展实现零电压开关的负载范围。上述方案存在的缺陷是：(1)由于主电路中增加了一只辅助电感，便增加了逆变焊接电源的制造成本；(2)辅助电感时常因过载而烧坏；(3)辅助电感增加了逆变焊接电源的功耗。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的移相控制模式下的全桥零电压开关脉宽调制逆变焊接电源由于主电路中增加辅助电感的不足，提出了一种采用有限双极性控制模式下的全桥零电压、零电流开关脉宽调制逆变焊接电源。

本发明采用的技术方案是：其主电路中Q1和Q3为超前臂的大功率开关管，Q2和Q4为滞后臂的大功率开关管，二极管D1至D4分别为对应大功率开关管的内部反向并联二极管，电容C1和C2分别为超前臂大功率开关管的并联电容，将超前臂的中点依次通过串联的隔直电容、饱和电感和变压器等效漏感连接中频变压器的原边后连接滞后臂的中点，中频变压器的副边并联全波整流二极管后再连接输出滤波电感。

本发明的优点是：

(1)本发明使逆变焊接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感和滞后臂大功率开关管并联的电容，降低了逆变焊接电源的制造成本。

(2)本发明使逆变焊接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感，不存在辅助电感烧毁的情况，提高了焊机工作的可靠性和稳定性。

(3)本发明使逆变焊接电源主电路缺省了主变压器原边或副边的辅助电感，不存在辅助电感的发热或温升，降低了逆变焊接电源的功耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是背景技术中在移相控制模式下FB-ZVS-PWM逆变焊接电源主电路图。

图2是本发明主电路图。

具体实施方式

如图2所示，主电路中的Q1、Q2、Q3、Q4为大功率开关管IGBT，其中超前臂大功率开关管Q1、Q3采用零电压开关(ZVS)，滞后臂大功率开关管Q2、Q4采用零电流开关(ZCS)。二极管D1～D4分别为大功率开关管Q1～Q4对应的内部反向二极管，电容C1、C2分别是Q1、Q3并联的电容。本发明相对于移相控制模式下FB-ZVS-PWM逆变焊接电源，其最明显的特征是逆变焊接电源主电路中缺省了主变压器原边或副边的辅助电感和滞后臂大功率开关管并联的电容。

将超前臂的中点依次通过串联的隔直电容Cb、饱和电感Lr和变压器等效漏感Lk连接中频变压器T1的原边后连接滞后臂的中点，中频变压器T1的副边并联全波整流二极管D5、D6后再连接输出滤波电感L。

在有限双极性控制模式下的FB-ZVZCS-PWM逆变主电路中，超前臂大功率开关管零电压开关的条件为：

(DT)/2+t₁<T/2              (1)

滞后臂大功率开关管零电流开关(ZCS)的条件为：

(DT)/2+t₁+t₂<T/2       (2)

其中，t₁＝2C₁U_m/i_p为C₁、C₂的充放电时间；t₂＝4L_kC_b/DT为一次侧环流衰减到零的时间；i_p为原边电流；D为占空比；T为开关周期；L_k为主变压器等效漏感；C_b为隔直电容。