用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路技术方案

本发明专利技术公开了一种用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路，包括直流输入单元、双单管正激双系统逆变电路单元、直流输出单元、PWM电路和隔离推动电路，所述双单管正激双系统逆变电路单元包括第一双单管正激逆变电路单元和第二双单管正激逆变电路单元。本发明专利技术实现了功率开关管同步导通与关断，与单管工作效率保持一致；第一双单管正激逆变电路单元和第二双单管正激逆变电路单元组成的双系统的驱动波形强制错位，达到的效果是两个系统交替工作于激励状态，两个系统交替工作的实质是第一高频变压器和第二高频变压器交替输入和输出交流电压，次级电压相序错开，达到了电压叠加而增大频率和增大功率的效果，然后通过整流滤波获得直流电压输出。

【技术实现步骤摘要】
用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路
本专利技术涉及一种高频电路，尤其涉及一种用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路。
技术介绍
现有功率器件品种较多，但适用于大功率高电压和高频率应用的功率器件均受到不同的材料、制造成本和技术的限制。现有适用于高频逆变功率器件主要有VMOS、IGBT和碳化硅技术(碳化硅是在硅半导体基础上更新发展出来的更先进的新型半导体。其特点是由其构成的功率器件在大电流，耐高压和响应速度上均超过硅半导体材料。)产生的新器件。VMOS是最利于适用于高频功率变换的，其频率高、导通损耗低，但其耐压等级限制在一个等级范围内，相对于380V的三相供电电压等级应用是不适用的。虽有电气技术可以实现高压大功率成熟应用，但作为本报告限于民用、工业用大规模化产品其成本构成是不适用的。VMOS的电气构造原理限制了其耐压等级。IGBT是在结合晶体管与MOS管二者优势派生的一种十分适用于超大功率逆变应用的一种器件，推动了逆变功率产品的飞跃进步。现有成熟应用产品分单管封装和模块两大类。其中单管封装IGBT高频性能型英飞凌产第三代高速系列单管封装IGBT可达到70KHz开关频率而保有额定电气参数；普及化规模化生产应用晶圆也至少达到40KHz开关频率而保有额定电气参数。模块封装IGBT一般300A以下是半桥封装形式。在超音频(20KHz)范畴应用十分稳定可靠，各项损耗总值相对偏低。但超过这个频率范畴损耗明显增大，即不再适用。模块封装IGBT的电气构成原理限制了其开关频率等级。单管激励的开关电源电路，其特点是电路简单，电压工作范围宽。其缺点是对一次线圈励磁电流予以推动的功率开关管电压等级高，电路转换效率偏低，仅适用于较小功率，开关电源大量采用。半桥逆变技术中，两组具有一定死区时间的驱动波形分别作用于两只IGBT管，呈交替驱动导通形式。连接逆变隔离变压器一次线包下端的是两只电容，其电压为电源直流电压的1/2。第一个开关管开通时，第二个开关管是关闭的，将电源直流电压正加载到变压器一次线包的下端。这样形成逆变隔离变压器一次线包上下端的电压差，形成励磁电流。待第一个开关管关闭后，再经过死区时间延迟，第二个开关管开通，将电源直流电压负加载到变压器一次线包的下端。形成逆变隔离变压器一次线包上下端的电压负差，形成与第一个开关管开通时极性相反的励磁电流。如此循环，在逆变隔离变压器一次线包上形成交替的反极性励磁电流，二次感应电动势也形成交变形式，逆变形成。该技术相对于单管激励模式是利用了逆变隔离变压器双极性励磁，电磁转换效率高。但是半桥逆变的缺点是其相对于全桥模式一半桥臂用电容予以实现，其电压变化范围减半相对同等输出额定功率条件一次电流需要大一倍。也正是电容成为了承担桥臂的电气功能，半桥电路固有的缺陷体现在输出电气参数调节的响应速度上有明显的不足。半桥桥式逆变电路一般应用于焊接类产品时局限于手弧焊类降特性电源，不能胜任动特性高的电源。推挽型逆变式相对于半桥电路十分接近，首先其驱动信号一致，两功率管交替导通。还没有半桥逆变中电容带来的动特性弊端。但其性能的优劣主要受逆变隔离变压器的工艺限制，也不适合较大功率模式。H桥逆变电路是去电容作为桥臂的双半桥结构，完全克服了半桥逆变中电容带来的动特性弊端。相对于半桥结构新增的弊端是基于变压器一次与二次线包构成时工艺误差会在逆变过程中形成直流偏磁分量，一般需要增设一次隔直电容和四个开关管，四只开关管还需要一个时间段保护全部关闭，即是死区时间。H桥逆变电路成为了焊接类电源的最主要选用模式，主要就是体现在其匹配现有成熟构成的IGBT半桥封装模块已在超音频(20KHz)范畴应用十分稳定可靠。单只模块半桥封装结构已达到300A/1700V。采用两只150A/1200V模块匹配ONL1308060型超微晶铁芯构成的H桥逆变电路可达到27KVA连续输出效能。H桥逆变电路的缺陷：一方面是更大电流的模块封装IGBT不能够实现超音频范畴逆变开关，损耗超过封装热规范值；二是现有IGBT单管封装使得单只晶圆工艺处理技术能够实现损耗足够降低而形成适应较高频率的的响应速度。英飞凌产第三代高速系列单管封装IGBT可达到70KHz开关频率而保有额定电气参数；普及化规模化生产应用晶圆也至少达到40KHz开关频率而保有额定电气参数。大功率和超大功率逆变系统的构成其产品的可靠性、成本价格比值等确定了是否适合民用工业产品。IGBT单管要构成超大功率逆变系统其工艺复杂程度上升就超过几个级数，而且还具有不可绝对控制的隐患存在；即使通过充分的设计构成保障和先进的装备工艺保障能够最大化克服隐患，但产品的成本上升率、维护便利性等因素还会成为产品的新增次生隐患，进而不能被规模化产品所采用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路，采用双系统的驱动波形为双单管电压嵌位二极管逆变电路的驱动波形的两倍，尤其第一双单管正激逆变电路单元和第二双单管正激逆变电路单元组成的双系统的驱动波形强制错位，达到的效果是两个系统交替工作于激励状态，两个系统交替工作的实质是第一高频变压器和第二高频变压器交替输入和输出交流电压，次级电压相序错开，而且采用并联整流模式，频率叠加，达到了电压叠加而增大频率和增大功率的效果，然后通过整流滤波获得直流电压输出。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路，其特点在于，所述用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路包括直流输入单元、双单管正激双系统逆变电路单元、直流输出单元、PWM电路和隔离推动电路，所述双单管正激双系统逆变电路单元包括第一双单管正激逆变电路单元和第二双单管正激逆变电路单元，所述第一双单管正激逆变电路单元包括第一电压嵌位二极管、第二电压嵌位二极管、第一反并联二极管、第二反并联二极管、第一功率开关管、第二功率开关管和第一高频变压器，所述第二双单管正激逆变电路单元包括第三电压嵌位二极管、第四电压嵌位二极管、第三反并联二极管、第四反并联二极管、第三功率开关管、第四功率开关管和第二高频变压器，所述第一高频变压器的次级线圈的同名端和异名端分别连接所述直流输出单元的正极和负极，所述第二高频变压器的次级线圈的同名端和异名端分别连接所述直流输出单元的正极和负极，所述隔离推动电路与所述PWM电路连接，其中：所述第一功率开关管的集电极并联地连接所述直流输入单元的正极、所述第一电压嵌位二极管的阴极和第一反并联二极管的阴极，所述第一功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第一端，所述第一功率开关管的发射极并联地连接所述第二电压嵌位二极管的阴极、所述第一反并联二极管的阳极、所述高频变压器的初级线圈的同名端和所述隔离推动电路的第二端，所述第二功率开关管的集电极并联地连接所述第一电压嵌位二极管的阳极、所述第二反并联二极管的阴极和所述第一高频变压器的初级线圈的异名端，所述第二功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第三端，所述第二功率开关管的发射极并联地连接所述第二电压嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路，其特征在于，所述用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路包括直流输入单元、双单管正激双系统逆变电路单元、直流输出单元、PWM电路和隔离推动电路，所述双单管正激双系统逆变电路单元包括第一双单管正激逆变电路单元和第二双单管正激逆变电路单元，所述第一双单管正激逆变电路单元包括第一电压嵌位二极管、第二电压嵌位二极管、第一反并联二极管、第二反并联二极管、第一功率开关管、第二功率开关管和第一高频变压器，所述第二双单管正激逆变电路单元包括第三电压嵌位二极管、第四电压嵌位二极管、第三反并联二极管、第四反并联二极管、第三功率开关管、第四功率开关管和第二高频变压器，所述第一高频变压器的次级线圈的同名端和异名端分别连接所述直流输出单元的正极和负极，所述第二高频变压器的次级线圈的同名端和异名端分别连接所述直流输出单元的正极和负极，所述隔离推动电路与所述PWM电路连接，其中：/n所述第一功率开关管的集电极并联地连接所述直流输入单元的正极、所述第一电压嵌位二极管的阴极和第一反并联二极管的阴极，所述第一功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第一端，所述第一功率开关管的发射极并联地连接所述第二电压嵌位二极管的阴极、所述第一反并联二极管的阳极、所述高频变压器的初级线圈的同名端和所述隔离推动电路的第二端，所述第二功率开关管的集电极并联地连接所述第一电压嵌位二极管的阳极、所述第二反并联二极管的阴极和所述第一高频变压器的初级线圈的异名端，所述第二功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第三端，所述第二功率开关管的发射极并联地连接所述第二电压嵌位二极管的阳极、所述第二反并联二极管的阳极、所述隔离推动电路的第四端和所述直流输入单元的负极；/n所述第三功率开关管的集电极并联地连接所述直流输入单元的正极、所述第三电压嵌位二极管的阴极和第三反并联二极管的阴极，所述第三功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第五端，所述第三功率开关管的发射极并联地连接所述第四电压嵌位二极管的阴极、所述第三反并联二极管的阳极、所述第二高频变压器的初级线圈的同名端和所述隔离推动电路的第六端，所述第四功率开关管的集电极并联地连接所述第三电压嵌位二极管的阳极、所述第四反并联二极管的阴极和所述第二高频变压器的初级线圈的异名端，所述第四功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第七端，所述第四功率开关管的发射极并联地连接所述第四电压嵌位二极管的正极、所述第四反并联二极管的阳极、所述隔离推动电路的第八端和所述直流输入单元的负极。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路，其特征在于，所述用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路包括直流输入单元、双单管正激双系统逆变电路单元、直流输出单元、PWM电路和隔离推动电路，所述双单管正激双系统逆变电路单元包括第一双单管正激逆变电路单元和第二双单管正激逆变电路单元，所述第一双单管正激逆变电路单元包括第一电压嵌位二极管、第二电压嵌位二极管、第一反并联二极管、第二反并联二极管、第一功率开关管、第二功率开关管和第一高频变压器，所述第二双单管正激逆变电路单元包括第三电压嵌位二极管、第四电压嵌位二极管、第三反并联二极管、第四反并联二极管、第三功率开关管、第四功率开关管和第二高频变压器，所述第一高频变压器的次级线圈的同名端和异名端分别连接所述直流输出单元的正极和负极，所述第二高频变压器的次级线圈的同名端和异名端分别连接所述直流输出单元的正极和负极，所述隔离推动电路与所述PWM电路连接，其中：
所述第一功率开关管的集电极并联地连接所述直流输入单元的正极、所述第一电压嵌位二极管的阴极和第一反并联二极管的阴极，所述第一功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第一端，所述第一功率开关管的发射极并联地连接所述第二电压嵌位二极管的阴极、所述第一反并联二极管的阳极、所述高频变压器的初级线圈的同名端和所述隔离推动电路的第二端，所述第二功率开关管的集电极并联地连接所述第一电压嵌位二极管的阳极、所述第二反并联二极管的阴极和所述第一高频变压器的初级线圈的异名端，所述第二功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第三端，所述第二功率开关管的发射极并联地连接所述第二电压嵌位二极管的阳极、所述第二反并联二极管的阳极、所述隔离推动电路的第四端和所述直流输入单元的负极；
所述第三功率开关管的集电极并联地连接所述直流输入单元的正极、所述第三电压嵌位二极管的阴极和第三反并联二极管的阴极，所述第三功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第五端，所述第三功率开关管的发射极并联地连接所述第四电压嵌位二极管的阴极、所述第三反并联二极管的阳极、所述第二高频变压器的初级线圈的同名端和所述隔离推动电路的第六端，所述第四功率开关管的集电极并联地连接所述第三电压嵌位二极管的阳极、所述第四反并联二极管的阴极和所述第二高频变压器的初级线圈的异名端，所述第四功率开关管的基极连接所述隔离推动电路的第七端，所述第四功率开关管的发射极并联地连接所述第四电压嵌位二极管的正极、所述第四反并联二极管的阳极、所述隔离推动电路的第八端和所述直流输入单元的负极。


2.根据权利要求1所述的用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高频电路，其特征在于，所述第一双单管正激逆变电路单元还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻设置连接于所述第一功率开关管的所述基极和所述隔离推动电路的所述第一端之间，所述第二限流电阻设置连接于所述第二功率开关管的所述基极和所述隔离推动电路的所述第三端之间；所述第二双单管正激逆变电路单元还包括第三限流电阻和第四限流电阻，所述第三限流电阻设置连接于所述第三功率开关管的所述基极和所述隔离推动电路的所述第五端之间，所述第四限流电阻设置连接于所述第四功率开关管的所述基极和所述隔离推动电路的所述第七端之间。


3.根据权利要求1所述的用于焊机的双单管电压嵌位二极管逆变双系统高...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宝良，
申请(专利权)人：胡宝良，
类型：发明
国别省市：四川;51