[发明专利]调幅式串联谐振逆变弧焊电源

说明书

本发明属交流功率输入转变为直流功率输出，直流功率输入转变为交流功率输出类。

自从逆变式弧焊电源问世以来，使焊接电源的面貌发生了很大的变化。国内外焊机制造业、高等学府及科研机构对逆变技术在焊接领域里的应用、发展以及对各种新的技术方案的研究和探索倾注了极高的热情，因而使逆变焊机的发展异常迅速。

逆变弧焊电源就本质而言属于开关电源的范畴，所不同的是功率大，工作条件恶劣，经常处于空载——短路——负载状态下运行。开关电源就其工作原理是基于半导体开关管进行接通或断开，所以在理论上有最低损耗点。

但是，由功率开关管构成的逆变器目前一般均采用脉宽调制(PWM)工作方式。例如在文件CN2139492Y(1993年8月4日)《一种弧焊逆变电源的外特性控制电路》中，就是采用PWM(脉宽调制)电路来控制功率开关管，这种逆变弧焊电源有很好的恒流带外拖特性，电弧推力大，容易起弧，弹性好，但这种PWM(脉宽调制)的工作方式属于硬开关电路工作方式，这种方式的特点是功率开关管每次在高压下开通，在大电流下关断，因而产生较大的开关损耗，而这种损耗与逆变器的工作频率成正比，频率越高，开关损耗越大，管子温升也越高，人们为了限制发热，一般都把其工作频率设计在25KHZ以下，无法再进一步提高开关频率。同时变压器的漏感和电路寄生电感和寄生电容在高频时会产生严重的电压尖峰和浪涌电流，为了限制它，又必须引入吸收电路而消耗能量，降低效率。

为了解决上述问题，进一步提高逆变器的工作频率，从而减小逆变器的体积和重量。人们研究了零电流和零电压软开关技术，多达几十种，甚至百余种。所谓软开关技术，就是使功率开关管在开关过程中，创造零电流或零电压开关条件，从而大大降低功率开关管所承受的开关压力和损耗。谐振技术可以实现零电流或零电压软开关条件，特别是串联谐振逆变器因其具有恒流源特性而适合焊接要求。但国内目前还没有软开关类型的逆变焊机产品问世，国外有，如美国的米勒公司生产的XMT300CC手弧焊、氩弧焊两用直流弧焊电源就是采用串联谐振逆变器电路构成的弧焊机，该机的最高工作频率可达50KHZ，是目前一般进口焊机工作频率的两倍以上。但串联谐振逆变器输出电流(电压)大小的调节，必须依靠调节逆变器的工作频率才能实现，而调节逆变器的工作频率又会在技术上带来一系列难以解决的问题，这可从串联谐振电路理论中得到答案，串联回路中的电流I为 I = U R 2 + ( ωL - 1 / ωc ) 2 - - - ( 1 ) ]]>式中，I——串联谐振回路中的电流；

  U——加在串联谐振回路中两端的电压；

  R——串联谐振回路中的总电阻，含谐振电感电阻，变压器一次绕组电阻，以及二次绕组电阻及负载电阻归算至一次侧电阻之和；

  L——谐振电感，含变压器绕组漏感及线路寄生电感之和；

  C——谐振电容，含变压器绕组分布电容等；

  ω——角速度，等于2πf(f为谐振频率)。

我们知道，对于一台已经设计好的串联谐振逆变弧焊电源来讲，R值就确定，则当逆变器的工作频率偏离谐振频率时，(ωL-1/ωc)已不等于零，且偏离值越大，(ωL-1/ωc)值也越大，则回路中的电流I也就越小，反之则I就越大，这就是所谓调频调功或调频调压的原理。