[实用新型]绝缘栅型双极性晶体管弧焊逆变器

说明书

本实用新型属于焊接设备。

弧焊逆变器是八十年代新兴的弧焊电源，以其效率高、节能、容易实现自动控制而得到迅速发展。而它的发展的主要特征是开关元件的更新。最初的逆变器以大功率可控硅作为开关元件，但因受可控硅元件开关速度的限制，工作频率低（2000～3000赫），且存在噪声。在此之后发展的逆变器以大功率晶体管作为开关，使工作频率提高到20千赫，效率提高，体积重量进一步减少，并且消除了噪声。但晶体管式弧焊逆变器存在所需驱动功率较大和二次击穿的问题。1982年我国学者首先研制成功场效应管弧焊逆变器，并于1986年6月4日获得国家专利（专利号：CN85201941U）。场效应管所需驱动功率极小，工作频率高（达50千赫），且无二次击穿问题，使弧焊逆变器在提高效率和节能方面取得重大进展。但这种逆变器的缺点是场效应管的控制电流的能力较小，单只场效应管在1000V耐压下只能控制2——4A电流。所以在高电压输入，大功率输出的弧焊逆变器中，往往要求多只场效应管的并联。尽管场效应管比晶体管有较易并联的优点，但由于均流、输入电容随并联管数增加等问题，给逆变器的结构和驱动电路的设计增加了困难，同时也影响了设备的可靠性。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术存在的不足之处，而提供一种电路和结构进一步简化，同时工作可靠性大大提高的新型弧焊逆变器。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：采用所需触发功率与场效应管一样小，但控制电流能力却是场效应管的5～10倍的绝缘栅型双极性晶体管（Insulated Gated Bipolar Transistor，简称IGBT管）作为开关元件，接成桥式的、高频率（25KH_Z）、大功率（负载电流120A）的快速开关电路，避免了多只开关管并联造成的困难和不利。本实用新型同时使用由小脉冲变压器直接耦合且传递交变控制信号的触发电路。经小脉冲变压器耦合，开关管所需的触发信号直接取自脉宽调制式集成电路SG3526的互补输出端，从而为桥式开关管提供了相互隔离，且具有反向偏压的触发信号。小脉冲变压器直接耦合的交变控制信号触发绝缘栅型双极性晶体管，缩短了开关管的存储时间和减少了功率损耗，达到了降低开关管的温升，提高电路可靠性的目的。

附图的图面说明如下：图1是绝缘栅型双极性晶体管弧焊逆变器工作电路图，电路输入三相380V；图2是绝缘栅型双极性晶体管弧焊逆变器基本原理方块图；图3是该逆变器桥式逆变开关电路及其触发电路图。其相互连接关系为：T₁和T₄的集电极相连后接到滤波电容C₅的正端，T₂和T₃的发射极相连后接到C₅的负端；T₁的发射极与T₂的集电极相连后接到脉冲功率变压器P₁初级的一端，T₄的发射极与T₃的集电极相连后接到P₁初级的另一端；T₁、T₃以及T₂、T₄的栅极控制信号由控制器SG3526提供，SG3526输出的交流脉冲信号，经小脉冲变压器P₃、P₄耦合，正向控制信号经电阻R₁₇、R₁₉触发T₁和T₃，负向控制信号经电阻R₁₈、R₂₀触发T₂和T₄。由于桥式开关每臂只需使用一支开关管，不仅减少了并联的麻烦，也使开关管的触发电路大大减化。本实用新型的触发信号是从脉宽调制集成电路SG3526直接耦合，不需要任何形式的驱动电路。这样给出的触发信号是交变的，它提供给IGBT管关断时刻的反向偏压，减少了开关管的开关损耗。

本实用新型的发明人曾根据本说明书及附图，和有关元件安装了一台下降特性绝缘栅型双极性晶体管弧焊逆变器，并进行了钨极氩弧焊和手工电弧焊的试验，效果良好。该逆变器主开关电路每臂使用一只IGBT管（IXGH20N80A），最大的开关控制电路20A，功率变压器次级输出最大焊接电流120A。

本实用新型与现有技术中最先进的场效应管弧焊逆变器相比，具有如下优点：