全桥逆变电路在焊接电源中的应用现状1.doc

. 全桥逆变电路在焊接电源中的应用现状一、应用背景 在工业生产中，逆变电源被称为“明天的电源”，其在焊接设备中的应用为焊接设备的发展带来了革命性的变化。首先，逆变式焊接电源与工频焊接电源比节能20%30%，效率可达80%90%；其次，逆变式焊接电源体积小、重量轻，整机重量仅为传统工频整流焊接电源的1/51/10，减少材料消耗80%90%。特别是逆变式焊接电源有着动态反应速度快的优势，其动态反应速度比传统工频整流焊接电源提高了23个数量级，有利于实现焊接过程的自动化和智能控制。这些都预示着逆变焊接电源有着广泛的应用前景和市场潜力。目前，日本松下公司、大阪变压器公司的电弧焊机中，逆变焊机都超过了50%。美国的主要焊机生产厂家生产的逆变焊机已经超过了30%。其它工业发达国家逆变焊接电源的发展速度也是很快的。但目前市场上大部分逆变焊机产品工作在硬开关状态，开关损耗严重，开关频率限制在几KHz到几十KHz内，不能充分发挥逆变焊机小型化和便携式的优点。另外，焊机类产品耗电量大，是十大高能耗产品之一。所以，将软开关技术引入焊接领域非常必要，这对提高开关频率、减小开关损耗、减小产品体积重量以及节能有至关重要的意义。 逆变焊接电源中的逆变器电路有四种基本拓扑结构：推挽式、全桥式、半桥式、单端式。本文重点讨论全桥式逆变电路在焊接电源中的应用。精品. 全桥变换器在克服上述问题中有很明显的功效。由于其自身结构特点（全桥式电路开关管稳态时其上最高施加电压即为输入电压，暂态过程中的尖峰电压亦被箝位于E，比推挽式逆变电路要低一半多），在选择功率开关器件耐压要求可以稍低，为晶体管的选择带来了方便，而且，箝位二极管将漏感储能归还输入电源，也有益于提高效率。并且全桥变换器可以很方便的工作于多种软开关模式下，加之变压器利用率高、滤波电感小，可工作在电压、电流两种模式下，其中电流模式特别适合应用在高频逆变焊机的控制上。全桥式多用于大功率逆变焊接电源。 全桥逆变电源集大多优点于一身，使得它在焊接领域的实际应用更加突出，也更加普遍，逐步替代原来使用的可控硅电源，改变焊机原本效率低、能耗高、体积大、重量重的现状而转向节能、高效的逆变电源。但是全桥式使用了4个高压开关管，需要4组彼此绝缘的基极驱动电路，因而电路复杂，元器件多，驱动功率成倍增加，提高了设备成本。不过，随着今后大功率开关器件的不断出现，不断普及，全桥式逆变电源势必会在更多领域中得以应用。二、结构组成和工作原理 逆变焊接电源结构如下：精品. 逆变器：由电力电子器件和中频变压器组成的逆变功率转换电路，是逆变焊接电源的核心部件。它有推挽式、全桥、半桥、单端反激、单端正激等五种逆变电路型式。 全桥式逆变电路图如下： 功率开关管VT1，VT2和VT3，VT4组成桥的四臂，中频变压器T连接在它们中间，相对桥臂上的一对晶体管VT1，VT4和VT2，VT3有驱动电路以脉冲方式激励而交替通断，将直流输入电压变换成中频方波交流电压。 当VT1，VT4导通时，中频变压器的一次绕组上的电压波形和电流波形如下（理想）： 精品.电路中电流流向如下： 当VT2和VT3导通时，中频变压器一次绕组上的电压波形和电流波形如下（理想）：电流流向如下： 精品. 由于中频变压器的漏感影响，晶体管射集电压会产生尖峰，晶体管中的载流子具有存储效应，即便在关断时，流经该晶体管的电流并不会马上消失，因而会产生电流尖峰，全桥式逆变电路晶体管两端电压电流波形如下： 显而易见，当一组功率开关管（例如VT1，VT4）导通时，截至晶体管（VT2，VT4）上施加的电压即为输入电压E，当所有晶体管均截止时，一组两个高压开关管将共同承受输入电压，即E/2.由中频变压器漏感引起的电压尖峰，当其超过输入电压时，反向并接在高压开关管集射之间的高速箝位二极管便会导通，集电极电压被箝位在输入电压上。集电极电流同样出现尖峰。从上面的波形图及其分析，更加说明了全桥式电路的如下特点： （1）功率开关管耐压低，为晶体管的选择带来了方便（2）箝位二极管将漏感储能归还给输入电源，效率提高（3）输入电压直接加在变压器上，中频变压器利用充分，容易获得大功率输出。精品.但是，正如在应用背景中提到的那样，全桥式逆变电路也有一些不足，需要改进：需要4组相互绝缘的驱动电路，电路复杂，元器件增多，并且驱动功率也成倍增加，给驱动脉冲变压器的设计带来难度。综合上述全桥逆变的特点，所以在大功率逆变焊接电源中一般采用这种电路。3、 应用实例弧焊机、电阻焊机、激光焊机、等离子焊机、CO2逆变焊机中的主电路主要采用了全桥逆变式，只是采用的晶体管类型不一样，但本质是相同的。下面是CO2逆变焊机的主电路，它就是采用了IGBT全桥逆变器。 TGBT全桥逆变回路电气原理图 下图是基于峰值电流控制模式的全桥多相谐振逆变弧焊电源中的主电路：精品. 基于峰值电流控制模式的全桥移相谐振变换器 文献资料 1、逆变电源控制技术基础 2、弧焊电源及数字化控制华南理工大学 黄石生 著 3、PPt逆变电源 冯曰海老师 4、百度“焊接技术网”如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！精品