專利名稱：絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于焊接設(shè)備。
弧焊逆變器是八十年代新興的弧焊電源，以其效率高、節(jié)能、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制而得到迅速發(fā)展。而它的發(fā)展的主要特征是開關(guān)元件的更新。最初的逆變器以大功率可控硅作為開關(guān)元件，但因受可控硅元件開關(guān)速度的限制，工作頻率低(2000～3000赫)，且存在噪聲。在此之后發(fā)展的逆變器以大功率晶體管作為開關(guān)，使工作頻率提高到20千赫，效率提高，體積重量進(jìn)一步減少，并且消除了噪聲。但晶體管式弧焊逆變器存在所需驅(qū)動(dòng)功率較大和二次擊穿的問題。1982年我國學(xué)者首先研制成功場效應(yīng)管弧焊逆變器，并于1986年6月4日獲得國家專利(專利號(hào)CN85201941U)。場效應(yīng)管所需驅(qū)動(dòng)功率極小，工作頻率高(達(dá)50千赫)，且無二次擊穿問題，使弧焊逆變器在提高效率和節(jié)能方面取得重大進(jìn)展。但這種逆變器的缺點(diǎn)是場效應(yīng)管的控制電流的能力較小，單只場效應(yīng)管在1000V耐壓下只能控制2——4A電流。所以在高電壓輸入，大功率輸出的弧焊逆變器中，往往要求多只場效應(yīng)管的并聯(lián)。盡管場效應(yīng)管比晶體管有較易并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，但由于均流、輸入電容隨并聯(lián)管數(shù)增加等問題，給逆變器的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)增加了困難，同時(shí)也影響了設(shè)備的可靠性。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，而提供一種電路和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，同時(shí)工作可靠性大大提高的新型弧焊逆變器。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到采用所需觸發(fā)功率與場效應(yīng)管一樣小，但控制電流能力卻是場效應(yīng)管的5～10倍的絕緣柵型雙極性晶體管(Insulated Gated Bipolar Transistor，簡稱IGBT管)作為開關(guān)元件，接成橋式的、高頻率(25KHZ)、大功率(負(fù)載電流120A)的快速開關(guān)電路，避免了多只開關(guān)管并聯(lián)造成的困難和不利。本實(shí)用新型同時(shí)使用由小脈沖變壓器直接耦合且傳遞交變控制信號(hào)的觸發(fā)電路。經(jīng)小脈沖變壓器耦合，開關(guān)管所需的觸發(fā)信號(hào)直接取自脈寬調(diào)制式集成電路SG3526的互補(bǔ)輸出端，從而為橋式開關(guān)管提供了相互隔離，且具有反向偏壓的觸發(fā)信號(hào)。小脈沖變壓器直接耦合的交變控制信號(hào)觸發(fā)絕緣柵型雙極性晶體管，縮短了開關(guān)管的存儲(chǔ)時(shí)間和減少了功率損耗，達(dá)到了降低開關(guān)管的溫升，提高電路可靠性的目的。
附圖的圖面說明如下


圖1是絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器工作電路圖，電路輸入三相380V；圖2是絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器基本原理方塊圖；圖3是該逆變器橋式逆變開關(guān)電路及其觸發(fā)電路圖。其相互連接關(guān)系為T1和T4的集電極相連后接到濾波電容C5的正端，T2和T3的發(fā)射極相連后接到C5的負(fù)端；T1的發(fā)射極與T2的集電極相連后接到脈沖功率變壓器P1初級(jí)的一端，T4的發(fā)射極與T3的集電極相連后接到P1初級(jí)的另一端；T1、T3以及T2、T4的柵極控制信號(hào)由控制器SG3526提供，SG3526輸出的交流脈沖信號(hào)，經(jīng)小脈沖變壓器P3、P4耦合，正向控制信號(hào)經(jīng)電阻R17、R19觸發(fā)T1和T3，負(fù)向控制信號(hào)經(jīng)電阻R18、R20觸發(fā)T2和T4。由于橋式開關(guān)每臂只需使用一支開關(guān)管，不僅減少了并聯(lián)的麻煩，也使開關(guān)管的觸發(fā)電路大大減化。本實(shí)用新型的觸發(fā)信號(hào)是從脈寬調(diào)制集成電路SG3526直接耦合，不需要任何形式的驅(qū)動(dòng)電路。這樣給出的觸發(fā)信號(hào)是交變的，它提供給IGBT管關(guān)斷時(shí)刻的反向偏壓，減少了開關(guān)管的開關(guān)損耗。
本實(shí)用新型的發(fā)明人曾根據(jù)本說明書及附圖，和有關(guān)元件安裝了一臺(tái)下降特性絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，并進(jìn)行了鎢極氬弧焊和手工電弧焊的試驗(yàn)，效果良好。該逆變器主開關(guān)電路每臂使用一只IGBT管(IXGH20N80A)，最大的開關(guān)控制電路20A，功率變壓器次級(jí)輸出最大焊接電流120A。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)中最先進(jìn)的場效應(yīng)管弧焊逆變器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)逆變器電路結(jié)構(gòu)簡化。在同樣的輸出功率下，由于采用控制電流能力很強(qiáng)的IGBT管，逆變開關(guān)所需開關(guān)管數(shù)量大大減少，使逆變器的電路、結(jié)構(gòu)布置明顯簡化，避免了開關(guān)管并聯(lián)造成的困難和不利，使逆變器的工作可靠性提高，縮小了逆變器的體積，減少了重量。
(2)控制功率更小。要得到120A的輸出電流，絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器每個(gè)開關(guān)臂只需一支開關(guān)管，而場效應(yīng)管弧焊逆變器一般需4～5支管子的并聯(lián)，也就是說，絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器只要提供觸發(fā)一只場效應(yīng)管所需的控制功率就行，比場效應(yīng)管弧焊逆變器所需控制功率縮小了幾倍，這一特征對(duì)于實(shí)現(xiàn)弧焊電源的微機(jī)控制非常有利。
權(quán)利要求1.一種由橋式開關(guān)、脈沖功率變壓器，輸入、輸出整流器和控制電路組成的絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，其特征是具有采用絕緣柵型雙極性晶體管作為逆變器的開關(guān)元件。
2.按照權(quán)利要求1所述的絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，其特征在于逆變器開關(guān)是由4個(gè)耐高壓(800V)，大電流(20～40A)的IXGH20N80A絕緣柵型雙極性晶體管接成橋式構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為T1和T4的集電極相連后接到濾波電容C5的正端，T2和T3的發(fā)射極相連后接到C5的負(fù)端；T1的發(fā)射極與T2的集電極相連后接到脈沖功率變壓器P1初級(jí)的一端，T4的發(fā)射極與T3的集電極相連后接到P1初級(jí)的另一端；T1、T3以及T2、T4的柵極控制信號(hào)由控制器SG3526提供，SG3526輸出的交流脈沖信號(hào)，經(jīng)小脈沖變壓器P3、P4耦合，正向控制信號(hào)經(jīng)電阻R17、R19觸發(fā)T1和T3，負(fù)向控制信號(hào)經(jīng)電阻R18、R20觸發(fā)T2和T4。
專利摘要本實(shí)用新型——絕緣柵型雙極性晶體管弧焊逆變器，屬于焊接設(shè)備。其應(yīng)用大功率絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT管)作為開關(guān)元件。IGBT管兼有場效應(yīng)管的控制功率小和晶體管的控制電流能力大的雙重優(yōu)點(diǎn)，使弧焊逆變器的結(jié)構(gòu)和工作電路簡化，可靠性增加，且縮小了逆變器的體積。該逆變器的控制功率比現(xiàn)有的其它類型的逆變器控制功率都小，有利于實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制。該逆變器可用于手工電弧焊，鎢極氬弧焊，等離子弧焊等多種焊接方法。
文檔編號(hào)B23K9/10GK2083977SQ9022154
公開日1991年9月4日 申請(qǐng)日期1990年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月26日
發(fā)明者王志強(qiáng), 黃石生, 伍月華 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)