软开关型弧焊逆变器相关介绍

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：晶体管类弧焊逆变器有硬开关式和软开关式之分。如上所述，移相全桥逆变主电路把PWM控制优点和软开关逆变器优点结合起来，在较大范围内实现了PWM控制，在开关瞬间实现功率开关管零电压开通。定义VT1、VT2为超前桥臂，领先于滞后桥臂VT3、VT4关断。

晶体管类弧焊逆变器有硬开关式和软开关式之分。上述为硬开关式，即功率开关管工作在被强迫关断（电流不为零）或强迫导通（电压不为零），甚至在较大值状态下，开关耗损稍大，且随频率增加而增加。而软开关型采用谐振变流技术，功率开关管在零电压或零电流条件下自然开通或关断，利于提高频率，从本质上克服硬开关式的缺点，是一种有较大发展前景的弧焊电源。

1.软开关逆变主电路原理和特点

软开关型弧焊逆变器以逆变主电路形式来划分有单端、半桥和全桥三种基本形式，其基本原理大同小异，现以软开关IGBT式全桥弧焊逆变器为典型作重点介绍。

如上所述，移相全桥逆变主电路把PWM控制优点和软开关逆变器优点结合起来，在较大范围内实现了PWM控制，在开关瞬间实现功率开关管零电压开通。

图1-2-39a所示为软开关全桥逆变式主电路，VT₁～VT₄为IGBT，VD₁～VD₄是相应VT₁～VT₄的反并联二极管，C₁～C₄是相应VT₁～VT₄的输出电容。定义VT₁、VT₂为超前桥臂，领先于滞后桥臂VT₃、VT₄关断。每只管导通180°，VT₁、VT₃管导通时刻不变，控制VT₄、VT₂导通时刻，使VT₄与VT₁同时刻相差0°～180°，当VT₁、VT₄移相0°时，输出最大。VT₁、VT₄移相180°时，无输出。VT₃与VT₂类似。从而为实现焊接参数调节和外特性曲线的形成提供了条件。其工作原理为：假定负载是电感性负载，根据控制策略，VT₁先导通，VT₄经一定移相角后导通，电流方向通过T₁向负载输出功率。VT₁关断后，电容C₃先放电使VT₃两端电压为零后，由VT₁换流到VT₃，此时处于环流阶段，开始方向为T₁→L_k→VT₄→VD₃→T₁；反向电流由L_k→T₁→VT₃→VD₄→L_k，滞后管VT₄在环流过程中电流保持一定的值，关断时，电流转移到另一个滞后IGBT的反向二极管，以实现滞后管的零电压开通。图1-2-39b为VT₁～VT₄的驱动波形和T₁一次u₁、i₁以及二次u₂的变化关系。

图1-2-39 软开关全桥逆变式主电路及其u₁、i₁、u₂的波形图

a）软开关全桥逆变式主电路图 b）u₁、i₁、u₂的波形图

为解决滞后桥臂软开关范围窄问题，一是在T₁二次线圈两端各串入一个饱和电感分别与VD₅、VD₆串接，拓宽滞后管的零电压开通范围；二是在T₁一次线圈一端串入隔直电容C，使环流是一个LC的振荡过程，流过滞后管（VT₄）电流很快过零并且反向而关断。

2.软开关逆变控制驱动原理和特点

控制电路原理与硬开关型大同小异，但控制信号可移相，下面以较多用的3875芯片为例作介绍。

这种专用移相继承控制芯片的内部电路如图1-2-40所示，有三角波发生器，误差放大器，基准电源，软起动电路，保护电路和四个驱动信号A、B、C、D，如图1-2-39b所示的驱动关系：A、B是超前桥臂上下管子驱动脉冲，相位反相，C、D是滞后桥臂驱动信号，相位反相。A、D有共同导通部分，B、C有共同导通部分。这个共同导通部分是向负载传送功率部分，通过改变（移动）控制信号的相位，调节共同导通部分即可获得不同外特性，调节负载功率参数。给定信号与负反馈信号经过比较，其误差信号经过调节输出到3875误差放大器，误差放大器输出端与三角波通过比较器比较，所得输出电压经过内部处理，即可生成4个驱动信号。

图1-2-40 移相控制芯片3875原理图

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