一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，包括输入电路，输入电路连接一次整流电路，一次整流电路连接高频滤波电路，高频滤波电路连接IGBT模块一，IGBT模块一连接IGBT模块二，IGBT模块二连接高频变压器，高频变压器分别连接IGBT模块三和IGBT模块四，IGBT模块三和IGBT模块四连接输出电路，IGBT模块一和IGBT模块二还连接前级PWM电路，IGBT模块三和IGBT模块四还连接后级PWM电路。本方案将一次与二次的全控制方式逆变电路，主结构逆变焊机电路采用了包含整体电气构成、先进工艺采用的主隔离变压器、采用模块化绝缘散热底板的多只高频IGBT晶圆并联封装产品，将现有20KHz逆变频率提升到80KHz甚至100KHz，使得焊接效果和焊接质量明显提升，完全能够匹配自动化智能化焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路
本技术涉及一种逆变焊机电路，尤其涉及一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路。
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和碳化硅技术产生的新器件。1、现有功率管构造及技术应用限制1.1，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。1.2、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。1.3、焊接用逆变电源在构成与批量化产品上已经得到成熟应用。但就焊接电源的更进一步发展和应用，如如何让焊接对人工技术要求的降低、如何让焊接更容易达到高效与高质量，这在根本上需要大大的提升逆变转换频率。只要逆变频率得到提高到某一个点，焊接中自适应电气能力相对提升一个级数，同时，精密精准焊接也会提升到控制完全有效体现到焊缝成形上。人工施焊只要简单操控也能实现高质量的半自动焊接(CO2焊接)，匹配机器人自动焊接的高速焊和微小电流精密焊接时，均可以基于这个适应性和控制精度有效性而充分发挥机器人系统或一些焊接专机机构的特征。2、现有实际应用电路形式2.1、单管激励逆变技术电路图1所示即为一款单管激励形式规范的开关电源电路。其特点是电路简单，电压工作范围宽。相对缺点是：对一次线圈励磁电流予以推动的功率开关管(Q1)电压等级高，相比于后面三款电路其转换效率偏低，仅适用于较小功率，开关电源大量采用。2.2、半桥逆变技术电路图2所示为半桥逆变示意图，两组具有一定死区时间的驱动波形分别作用于两只IGBT管(Q1/Q2)，呈交替导通形式。连接逆变隔离变压器一次线包下端的是两只电容(C2/C3)，其电压为电源直流电压的1/2。Q1开通时，Q2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Q1关闭后，再经过死区时间延迟，Q2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Q1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。半桥逆变的优点相对于第一种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。相对的逆变隔离变压器利用率高。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。2.3、推挽型逆变技术电路参看图3，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。2.4、H桥逆变技术电路参看图4，H桥逆变电路是去电容做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(Cq)。其中Q2和Q3开通是同步的，同时Q1和Q4是同步关闭的；四只功率开关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：正如前面所述，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
本技术所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路。为了解决上述问题本技术的技术方案是这样的：一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，包括输入电路，输入电路连接一次整流电路，一次整流电路连接高频滤波电路，高频滤波电路连接IGBT模块一，IGBT模块一连接IGBT模块二，IGBT模块二连接高频变压器，高频变压器分别连接IGBT模块三和IGBT模块四，IGBT模块三和IGBT模块四连接输出电路，IGBT模块一和IGBT模块二还连接前级PWM电路，IGBT模块三和IGBT模块四还连接后级PWM电路。IGBT模块一为一半桥封装模块，其第1号脚外部连接由L1/C1组成的直流供电正极端、内部连接Q1号IGBT的集电极(C)与第一反并联二极管(D1)的阴极，其第2号脚外部连接由L1/C1组成的直流供电负极端、内部连接Q2号IGBT的发射极(E)与第二反并联二极管(D2)的阳极，其第3号脚外部连接驱动隔离直流电容Cq一端、Cq的另一端连接高频变压器T1的一次线包的同名端，内部连接Q1号IGBT的发射极(E)及第一反并联二极管(D1)的阳极以及Q2号IGBT的集电极(C)及第二反并联二极管(D2)的阴极。IGBT模块二也为一半桥封装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，其特征是，包括输入电路，输入电路连接一次整流电路，一次整流电路连接高频滤波电路，高频滤波电路连接IGBT模块一，IGBT模块一连接IGBT模块二，IGBT模块二连接高频变压器，高频变压器分别连接IGBT模块三和IGBT模块四，IGBT模块三和IGBT模块四连接输出电路，IGBT模块一和IGBT模块二还连接前级PWM电路，IGBT模块三和IGBT模块四还连接后级PWM电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，其特征是，包括输入电路，输入电路连接一次整流电路，一次整流电路连接高频滤波电路，高频滤波电路连接IGBT模块一，IGBT模块一连接IGBT模块二，IGBT模块二连接高频变压器，高频变压器分别连接IGBT模块三和IGBT模块四，IGBT模块三和IGBT模块四连接输出电路，IGBT模块一和IGBT模块二还连接前级PWM电路，IGBT模块三和IGBT模块四还连接后级PWM电路。


2.根据权利要求1所述的一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，其特征是，IGBT模块一为一半桥封装模块，其第1号脚外部连接由L1/C1组成的直流供电正极端、内部连接Q1号IGBT的集电极(C)与第一反并联二极管(D1)的阴极，其第2号脚外部连接由L1/C1组成的直流供电负极端、内部连接Q2号IGBT的发射极(E)与第二反并联二极管(D2)的阳极，其第3号脚外部连接驱动隔离直流电容Cq一端、Cq的另一端连接高频变压器T1的一次线包的同名端，内部连接Q1号IGBT的发射极(E)及第一反并联二极管(D1)的阳极以及Q2号IGBT的集电极(C)及反第二并联二极管(D2)的阴极。


3.根据权利要求1所述的一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，其特征是，IGBT模块二也为一半桥封装模块，其第1号脚外部连接由L1/C1组成的直流供电正极端、内部连接Q3号IGBT的集电极(C)与第三反并联二极管(D3)的阴极，其第2号脚外部连接由L1/C1组成的直流供电负极端、内部连接Q4号IGBT的发射极(E)与第四反并联二极管(D4)的阳极，其第3号脚外部连接高频变压器T1的一次线包的异名端、内部连接Q3号IGBT的发射极(E)及第三反并联二极管(D3)的阳极以及Q4号IGBT的集电极(C)及第四反并联二极管(D4)的阴极。


4.根据权利要求2或3所述的一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，其特征是，IGBT模块一第2号脚通过隔离直流电容Cq连接高频变压器T1的一次线包的同名端，IGBT模块二第2号脚连接高频变压器T1的一次线包的异名端，形成全桥桥式连接形式。


5.根据权利要求1所述的一种前后级双重控制的高性能逆变焊机电路，其特征是，IGBT模块三的第2号脚外部连...

【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：新型
国别省市：四川;51