一種高性能高頻逆變tig焊的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，包括焊機(jī)和焊機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：焊機(jī)控制系統(tǒng)包括主電路和與其相連的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路與移相控制模塊相連，移相控制模塊與保護(hù)電路、外特性控制電路相連，移相控制模塊與顯示電路相連；主電路由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，全橋逆變模塊的電流反饋輸出端還與外特性控制電路的斜坡補(bǔ)償輸出端信號(hào)疊加并反饋輸入到外特性控制電路，整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端與外特性控制電路連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，體積較小，電路開(kāi)關(guān)損耗小，電磁干擾低，性能優(yōu)異，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
【專利說(shuō)明】一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及焊機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]弧焊逆變電源自上世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展完善，已成為焊接電源的主流產(chǎn)品?；『改孀冸娫吹哪孀冾l率一般在20?100kHz，由于目前的逆變電源多采用模擬電路控制，限制了逆變電源性能的提高。焊機(jī)的數(shù)字化是當(dāng)今焊接裝備發(fā)展的潮流，它使得數(shù)字控制應(yīng)用于弧焊逆變電源成為可能。在國(guó)內(nèi)，數(shù)字化焊機(jī)的研宄尚處于起步階段，較之世界先進(jìn)水平仍有很大的差距，這使我們研宄弧焊逆變電源有了很大的必要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，應(yīng)用全橋變換器作為逆變焊機(jī)的主電路，以移相PWM控制方式控制MOSFET管組成的全橋變換器，并采用恒流軟開(kāi)關(guān)模式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，體積較小，電路開(kāi)關(guān)損耗小，電磁干擾低，性能優(yōu)異，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，包括焊機(jī)和焊機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述焊機(jī)控制系統(tǒng)包括主電路和與主電路輸入端相連的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與移相控制模塊相連，所述移相控制模塊的輸入端與保護(hù)電路、外特性控制電路相連，所述移相控制模塊的輸出端與顯示電路相連；所述主電路由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，所述全橋逆變模塊的電流反饋輸出端信號(hào)還與外特性控制電路的斜坡補(bǔ)償輸出端信號(hào)疊加并反饋輸入到外特性控制電路，所述整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端信號(hào)也反饋輸入到外特性控制電路。
[0005]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述輸入EMI模塊輸入端接220V電網(wǎng)。
[0006]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述輸入整流濾波模塊由整流橋和濾波電容組成。
[0007]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述整流橋采用SEMIKR0N公司的型號(hào)為SKDl 15/12的整流橋。
[0008]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述全橋逆變模塊由MOSFET功放管組成，所述功放管選用IXYS公司的LXFN80N50Q2型號(hào)的功放管。
[0009]上述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述輸出整流濾波模塊由整流二極管、與負(fù)載串聯(lián)的濾波電感和與負(fù)載并聯(lián)的濾波電容組成，且所述電感前端并聯(lián)續(xù)流二極管。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本實(shí)用新型的焊機(jī)逆變電源采用MOSFET作為主功率開(kāi)關(guān)器件，采用全橋移相PWM對(duì)其控制，使得開(kāi)關(guān)頻率恒定，利于變壓器和輸出濾波電抗的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)，減小了開(kāi)關(guān)損耗，有利于提尚開(kāi)關(guān)頻率；
[0012]2、本實(shí)用新型的焊機(jī)逆變電源采用軟開(kāi)關(guān)的工作方式，使得功率開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗變小，也避免了電磁干擾；
[0013]3、本實(shí)用新型的焊機(jī)逆變電源末端的濾波電路加上了續(xù)流二極管，大大減小了移相切換行為發(fā)生后輸出濾波電感電流反射到高頻變壓器原邊的情況，降低了鉗位環(huán)流期間原邊電流的短路效應(yīng)，相應(yīng)減少了功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通損耗。
[0014]綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，體積較小，電路開(kāi)關(guān)損耗小，電磁干擾低，性能優(yōu)異，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0015]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的高頻逆變TIG焊機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型的焊機(jī)系統(tǒng)主電路全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊原理圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型焊機(jī)系統(tǒng)主電路輸入EMI模塊原理圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型焊機(jī)系統(tǒng)主電路輸入整流濾波模塊原理圖；
[0020]圖5為傳統(tǒng)焊機(jī)系統(tǒng)主電路硬開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓和電流波形；
[0021]圖6為傳統(tǒng)焊機(jī)系統(tǒng)主電路零電壓軟開(kāi)關(guān)示意圖；
[0022]圖7為傳統(tǒng)焊機(jī)系統(tǒng)主電路與本實(shí)用新型的焊機(jī)系統(tǒng)主電路開(kāi)關(guān)過(guò)程電流/電壓軌跡對(duì)比圖。
[0023]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0024]1、主電路；2、驅(qū)動(dòng)電路；3、移相控制模塊；4、保護(hù)電路；
[0025]5、顯示電路；6、外特性控制電路。

【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，包括焊機(jī)和焊機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述焊機(jī)控制系統(tǒng)包括主電路I和與主電路I輸入端相連的驅(qū)動(dòng)電路2，所述驅(qū)動(dòng)電路2的輸入端與移相控制模塊3相連，所述移相控制模塊3的輸入端與保護(hù)電路4、外特性控制電路6相連，所述移相控制模塊3的輸出端與顯示電路5相連；所述主電路I由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，所述全橋逆變模塊的電流反饋輸出端信號(hào)還與外特性控制電路6的斜坡補(bǔ)償輸出端信號(hào)疊加并反饋輸入到外特性控制電路6，所述整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端信號(hào)也反饋輸入到外特性控制電路6。
[0027]本實(shí)施例中，所述輸入EMI模塊輸入端接220V電網(wǎng)。
[0028]本實(shí)施例中，所述輸入整流濾波模塊由整流橋和濾波電容組成。
[0029]本實(shí)施例中，所述整流橋采用SEMIKRON公司的型號(hào)為SKDl 15/12的整流橋。
[0030]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述全橋逆變模塊由MOSFET功放管組成，所述功放管選用IXYS公司的LXFN80N50Q2型號(hào)的功放管。
[0031]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述輸出整流濾波模塊由整流二極管、與負(fù)載串聯(lián)的濾波電感和與負(fù)載并聯(lián)的濾波電容組成，且所述電感前端并聯(lián)續(xù)流二極管。
[0032]本實(shí)用新型的工作原理是:220V電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波后變?yōu)槠交闹绷麟妷海唤?jīng)由逆變器變換為脈寬可調(diào)的高頻交流電壓方波；再通過(guò)高頻變壓器隔離降壓；最后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波電路后得到滿足焊接要求的直流電源。
[0033]如圖3所示，輸入EMI電路的作用是抑制干擾噪聲。一方面能防止電網(wǎng)上的噪聲傳入弧焊逆變電源系統(tǒng)，影響弧焊逆變電源的正常工作；另一方面也能阻止逆變焊機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的高頻干擾信號(hào)進(jìn)入電網(wǎng)，影響其他設(shè)備的正常工作。其主要由共模電感、電容和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)組成。
[0034]如圖4所示，220V電網(wǎng)電壓經(jīng)輸入EMI電路后進(jìn)入輸入整流濾波電路。輸入整流濾波部分采用不控的二極管橋式整流，其作用就是把輸入的工頻交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^平直的直流電壓，為后面的逆變部分提供輸入。
[0035]逆變部分采用單相逆變橋。其作用是把整流濾波后的直流電壓逆變?yōu)楦哳l交流方波，即把能量轉(zhuǎn)換為變壓器能夠傳遞的形式。
[0036]高頻變壓器工作在高頻(200kHz)和大功率場(chǎng)合，既充當(dāng)能量傳輸?shù)妮d體，又起到隔離和變壓的作用。
[0037]輸出整流濾波部分采用的是全波整流結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)適用于低壓、大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，而焊機(jī)電源正符合這一特點(diǎn)。因?yàn)檎麟娐返膿p耗等于流過(guò)整流管的電流乘以整流管的正向壓降，采用全波整流時(shí)，在變壓器副邊與負(fù)載所形成的回路中只串聯(lián)了一個(gè)二極管，而橋式整流電路則串聯(lián)了兩個(gè)二極管，因此在輸出電流相同的情況下，采用全波整流電路時(shí)的整流損耗是采用橋式整流電路時(shí)的1/2，輸出濾波電路采用最常見(jiàn)的Lc濾波方式。經(jīng)過(guò)以上幾個(gè)部分，就能把取自電網(wǎng)的220V交流電壓變換為焊機(jī)工作時(shí)所需要的低壓大電流直流電源，輸入和輸出之間通過(guò)高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離和變壓。
[0038]在常規(guī)的恒頻PWM控制方式下，功率器件通常工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)器件將在一倍或兩倍于輸入電壓的截止電壓條件下開(kāi)通，或在全負(fù)載電流條件下關(guān)斷。在開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程中，將承受很大的di/dt、dv/dt，存在較高的開(kāi)關(guān)損耗。功率或輸入電壓愈高，di/dt、dv/dt也越大；逆變頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗也隨之線性增加。這種被稱為硬開(kāi)關(guān)PwM的控制方式顯然不適合于高頻、高壓、大功率的弧焊逆變電源。為了能夠減小開(kāi)關(guān)損耗、提高整機(jī)效率，同時(shí)又能提高開(kāi)關(guān)頻率、減小體積重量，本實(shí)施例采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。
[0039]圖5所示為硬開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓和電流波形。由于開(kāi)關(guān)管并非理想器件，當(dāng)開(kāi)通時(shí)電壓不是立即下降到零，同時(shí)電流也不是立即上升到負(fù)載電流，電流和電壓有一個(gè)交疊區(qū)，將產(chǎn)生損耗。同理，關(guān)斷時(shí)電流和電壓也有一個(gè)交疊區(qū)，也要產(chǎn)生損耗。這兩個(gè)損耗統(tǒng)稱為開(kāi)關(guān)損耗。圖7(a)為硬開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)軌跡，圖中虛線為開(kāi)關(guān)管的安全工作區(qū)(safbt)，可見(jiàn)硬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)軌跡接近或局部已超出安全工作區(qū)，容易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管損壞。穩(wěn)態(tài)下，開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)頻率成正比，限制了變換器頻率的提高和小型化、輕量化。
[0040]與硬開(kāi)關(guān)相比，軟開(kāi)關(guān)的電流、電壓波形和開(kāi)關(guān)軌跡則要理想得多。圖6所示為零電壓軟開(kāi)關(guān)示意圖。在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前，使其電壓下降到零，這就是所謂的零電壓開(kāi)通，開(kāi)通損耗基本減小到零:在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，使其電壓保持在零，或者限制電壓的上升率，從而減小電流與電壓的交疊區(qū)，這就是所謂的零電壓關(guān)斷，關(guān)斷損耗大大減小。
[0041]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，包括焊機(jī)和焊機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述焊機(jī)控制系統(tǒng)包括主電路(1)和與主電路(1)輸入端相連的驅(qū)動(dòng)電路(2)，所述驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸入端與移相控制模塊(3)相連，所述移相控制模塊(3)的輸入端與保護(hù)電路(4)、外特性控制電路(6)相連，所述移相控制模塊(3)的輸出端與顯示電路(5)相連；所述主電路(1)由依次相連的輸入EMI模塊、輸入整流濾波模塊、全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊組成，所述全橋逆變模塊的電流反饋輸出端信號(hào)還與外特性控制電路￠)的斜坡補(bǔ)償輸出端信號(hào)疊加并反饋輸入到外特性控制電路(6)，所述整流濾波模塊的電流反饋、電壓反饋輸出端信號(hào)也反饋輸入到外特性控制電路(6)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述輸入EMI模塊輸入端接220V電網(wǎng)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述輸入整流濾波模塊由整流橋和濾波電容組成。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述整流橋采用SEMIKRON公司的型號(hào)為SKD115/12的整流橋。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述全橋逆變模塊由MOSFET功放管組成，所述功放管選用IXYS公司的LXFN80N50Q2型號(hào)的功放管。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種高性能高頻逆變TIG焊機(jī)，其特征在于:所述輸出整流濾波模塊由整流二極管、與負(fù)載串聯(lián)的濾波電感和與負(fù)載并聯(lián)的濾波電容組成，且所述電感前端并聯(lián)續(xù)流二極管。
【文檔編號(hào)】B23K9/167GK204171514SQ201420497911
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】吳友能, 陽(yáng)宜均, 李霄 申請(qǐng)人:成都三方電氣有限公司