[发明专利]一种基于LLC的双丝脉冲MIG焊电源系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于LLC的双丝脉冲MIG焊电源系统及控制方法，所述系统包括三相交流输入电网、主机电源模块、从机电源模块、人机界面模块和电弧负载；所述电弧负载包括主机电弧负载和从机电弧负载；所述主机电源模块与三相交流输入电网和主机电弧负载连接；所述从机电源模块均与三相交流输入电网和从机电弧负载连接；所述人机界面模块与主机电源模块和从机电源模块连接，所述主机电源模块和从机电源模块结构相同，均由N个子系统并联组成。所述控制方法包括同步相位、交替相位和独立相位的双丝脉冲相位控制。该系统结合了双丝脉冲MIG焊熔敷效率高以及LLC谐振变换器电能转换效率高的优点，可以实现三种相位脉冲波形输出任意切换。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及双丝脉冲高效焊接技术领域，具体涉及一种基于LLC的双丝脉冲MIG焊电源系统及控制方法。

背景技术

自改革开放以来，我国工业进入快速发展时期，在汽车、铁路、造船及石油化工业，焊接技术起到了不可替代的作用。传统单丝焊接技术效率低、能源损耗严重，焊缝容易出现咬边和驼峰等焊接缺陷。为了顺应时代发展，一种效率更高、焊接质量更好的焊接技术应运而生。双丝脉冲MIG焊是高效化焊接工艺创新方式之一，是在单丝焊的基础上发展而来，由两套单丝焊系统组成，主从电弧在同一个熔池上燃烧，与单丝脉冲MIG焊相比，不仅提高了总的热输入和焊接速度，还能改变焊接的热分布及提高焊件的焊接质量，从而实现高效化和高质量焊接。目前，双丝脉冲MIG焊接技术广泛应用在各种生产场合，为我国的工业发展贡献着巨大力量。

现有的双丝脉冲MIG焊虽然能提高焊接效率，但采用传统的硬开关或者移相全桥软开关控制技术，电能转换效率低，能源损耗严重，其存在如下问题：

1、硬开关电路功率器件开通和关断的过程中电压和电流会有一部分重叠在一起，造成开关损耗，导致效率低，带来电磁污染，因此每个功率器件都需要外接缓冲吸收电路，导致电路繁杂。

2、移相全桥软开关电路在开关管开通阶段使用移相控制，让电流滞后电压，可以实现功率开关管零电压开通，但存在轻载时滞后桥臂难以实现软开关；且副边整流二极管不能实现零电流关断，造成开关损耗，存在反向恢复问题并导致振铃电压尖峰难以处理，恶化整机可靠性，因此副边整流二极管需要外接缓冲吸收电路；当重载时，副边占空比丢失更加严重，使得电源能量没有得到充分的利用，并使得电压振铃进一步加剧。

LLC谐振变换器具有原边MOSFET功率开关管零电压开通，同时能实现副边整流二极管的零电流关断和低耐压要求，副边整流二极管零电流关断克服反向恢复损耗，产生的电磁干扰小，容易解决传导和辐射问题，而且其掉电维持时间特性比较好，损耗低，转换效率更高。

当LLC谐振变换器工作频率范围在f_m<f_s≤f_r时，不仅可以实现原边MOSFET功率开关管的零电压开通，而且可以实现副边整流二极管的零电流关断，原边和副边功率器件开关损耗明显降低，电能转换效率提高，电磁干扰也较小，因此，保证工作频率在f_m<f_s≤f_r这一范围内，就能充分实现功率器件的软开关，从而达到节能的效果。

LLC谐振变换器采用的功率开关管为MOSFET场效应管，因受到半导体功率器件容量的限制和高频变压器磁性材料的制约，单个子系统的输出电流较小，不足以满足高效化焊接要求的大电流，需要通过若干个子系统并联实现大电流输出，每个子系统均分所需输出的大电流。如果让并联的每个子系统都工作于f_m<f_s≤f_r这一频率范围内，每个子系统满载输出，将能充分发挥LLC谐振变换器的高效率和小电磁干扰的优势。

为了进一步提高焊接熔敷率，改善焊接质量，提高电能转换效率，践行绿色环保的理念，一种基于LLC的双丝脉冲MIG焊电源系统是一种行之有效的方法，该系统结合了双丝脉冲MIG焊熔敷效率高以及LLC谐振变换器电能转换效率高的优点，有效提高焊接熔敷率，改善焊接质量，节约能源。