一种软开关逆变弧焊电源的两级连续ＰＷＭ控制方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接电源控制技术领域中的软开关逆变弧焊电源的两级连续ＰＷＭ控制方法，软开关逆变主电路采用全桥逆变结构，固定臂的占空比保持不变，调节移动臂的占空比实现ＰＷＭ控制，当ＰＷＭ控制信号Ｕｃ＞０时，固定臂占空比最大保持不变，调节移动臂的占空比实现输出功率的调节；当ＰＷＭ控制信号Ｕｃ≤０时，移动臂的占空比为零保持不变，调节固定臂占空比实现输出功率的调节。本发明专利技术在现有的软开关逆变电源的ＰＷＭ控制基础上增添了一级对固定臂的ＰＷＭ控制，实现软开关逆变电源输出功率在零到额定功率的全范围的连续可调，无论主电路工作在全桥或半桥逆变的状态下，其ＰＷＭ载波体系始终一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种软开关逆变弧焊电源的PWM(脉冲宽度调制)控制方法，属于焊接 电源控制

技术介绍
软开关技术由于具有开关损耗低、电压和电流的应力小、电磁干扰低，可靠性好等 优点，广泛用于逆变弧焊电源中。图1(a)为一种常见软开关逆变电源的电路拓扑结构，图 中，UI为三相整流后的直流电源，电压为540V左右，固定臂由开关管VTl和VT2组成，通过 隔直电容Cb、变压器漏感Llk和饱和电感Lk实现零电流开关。移动臂由开关管VT3和VT4组 成，通过并联电容C3和C4实现零电压开关。目前，逆变弧焊电源都是采用PWM控制方式，通过调节占空比调节电源输出，采用 固定臂VT1、VT2的占空比保持不变，调节移动臂VT3、VT4的占空比来实现软开关PWM控制。 见图1(b)所示的开关管的驱动电压波形，VTU VT4同时导通，通过调节VT4的占空比来控 制正向电路的导通和截止，VT1保持最大占空比。VT2、VT3同时导通；通过调节VT3的占空 比来控制反向电路的导通和截止，VT2保持最大占空比。图2为采用图1所示的主电路和控制波形的电源外特性曲线图，其中曲线A为恒 流控制曲线；曲线B为理论上的700W恒功率曲线；曲线C为恒压控制曲线。在小功率范围 内外特性波形失控，恒流控制和恒压控制波形区域趋于一致，此时移动臂的占空比已经调 节为零，弧焊电源依然保持一定的功率(约为700W)输出，由此可见，逆变弧焊电源无法实 现在小功率范围内的有效调节。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提出了一种适合 于软开关逆变电源的两 级连续PWM控制方法，实现了逆变弧焊电源全功率输出范围的连续可调。本专利技术采用的技术方案是软开关逆变主电路采用全桥逆变结构，固定臂的占空 比保持不变，调节移动臂的占空比实现PWM控制，当PWM控制信号Uc > 0时，固定臂占空比 最大保持不变，调节移动臂的占空比实现输出功率的调节；当PWM控制信号Uc ^ 0时，移动 臂的占空比为零保持不变，调节固定臂占空比实现输出功率的调节。本专利技术的有益效果是1、本专利技术在现有的软开关逆变电源的PWM控制基础上，增添了一级对固定臂的 PWM控制，实现软开关逆变电源输出功率在零到额定功率的全范围的连续可调，没有不可控 范围的限制。2、无论主电路工作在全桥或半桥逆变的状态下，其PWM载波体系始终一致。 附图说明图1是
技术介绍
中软开关逆变弧焊电源主电路和控制波形。图2是采用图1所示的主电路和控制波形的电源外特性曲线图。图3是本专利技术两级连续PWM控制方法的原理说明图；图3(a)为两级连续PWM控制 方法的原理；图3(b)为以PI调节为例的系统控制原理图；图3中=Utl为PWM载波最大值； Uc为PWM的控制信号。图4是采用两级连续PWM控制方法之后的软开关逆变电源的恒流输出特性，图 4(a)为30A的恒流输出特性曲线图，图4(b)为20A的恒流输出特性曲线图。 具体实施例方式全桥零电压零电流逆变弧焊电源主电路和控制波形如图1所示。图1 (a)为软开关 逆变弧焊电源主电路的全桥逆变结构，UI为540V的三相全桥不可控整流电源，开关管VT1、 VT2组成固定臂，通过隔直电容(；、变压器漏感Llk和饱和电感Lk实现零电流开关。开关管 VT3、VT4组成移动臂，通过并联电容C3和C4实现零电压开关。开关管的驱动电压波形如 图1(b)所示，开关管VT1、VT4同时导通，开关管VT2、VT3同时导通；固定臂的占空比保持 不变，移动臂占空比可调。当移动臂的占空比调节为零时，电源的输出功率并不为零。这是因为此时电路已 经进入了半桥工作状态。原先用于实现移动臂零电压开关的并联电容C3、C4在一个工作周 期内实现充放电，限制了功率的下降。此时电源的输出功率为P = /C1U21 + /C2Uf ( 1)本专利技术取PWM工作频率f = 20KHz，超前臂并联电容(^ = C2 = 0. OBuFjUi = 540V, 可计算出P = 700W,即图2中的曲线B为“700W恒功率曲线”。由于PWM变换电路中存在损 耗，所以负载上获得的功率低于700W，并且随着负载电阻的减小，损耗所占比例不断增加， 负载功率也在不断减小。本专利技术在现有的软开关逆变电源的PWM控制基础上，增添了一级对固定臂的PWM 控制，使逆变弧焊电源输出在全功率范围都可实现有效调节。图3为两级连续PWM控制方 法的原理及流程。根据调节目标的需要，分别对移动臂和固定臂的占空比进行调节。当PWM 控制信号Uc > 0时，电路工作在全桥工作方式，固定臂占空比最大保持不变，调节移动臂的 占空比实现输出功率的调节，当PWM控制信号Uc < 0时，电路工作在半桥工作方式，此时移 动臂的占空比为零保持不变，调节固定臂占空比，实现输出功率的调节，具体步骤如下1)对电压或电流信号的采样值和给定值的差值进行PI计算得到PWM控制信号 Uc Uc = Kpe+Ki Σ e (2)式中Kp为比例系数成为积分系数；e为信号给定值和反馈值的差；Σ e为偏差 的累积。2)当Uc > 0时，为全桥工作方式，此时固定臂的占空比为最大值保持不变，由Uc 控制一级PWM获得的脉冲信号提供给移动臂，将Uc的值作为移动臂的占空比，调节电源输出ο3)当Uc < 0时，为半桥工作方式，在软开关弧焊电源PWM —级控制方法的基础上 又加入了一级PWM控制，作为第二级PWM控制，获得的脉冲信号控制固定臂，即移动臂的占 空比为零保持不变，将PWM控制信号Uc与固定臂占空比的最大值U0相加，即将Uc+UO的值作为固定臂占空比，通过对固定臂占空比的调节，进一步拓宽软开关弧焊电源输出功率的 调节范围。当PWM控制信号Uc小于零时，Uc无法与载波比较，本专利技术在原来的PWM控制信号 Uc的基础上加上载波的最大值U。，将Uc+UQ作为控制信号，如图3(a)所示。这种处理方式 使PWM2和PWMl的载波一致并有效保持了两级控制的连续性，而且在Uc为零的临界状态， PWM控制信号处理后为载波最大值Utl，随着原PWM控制信号Uc的进一步减小，其与载波比 较后的驱动信号占空比同步减小，使得PWM控制信号Uc的控制范围最大化。所以在第二级 PWM控制调节中，其固定臂的驱动脉冲与第一级PWM控制中的移动臂的驱动脉冲连续且效 果保持一致，实现了电源输出全功率范围可调。通过全桥、半桥两种工作方式的切换，很容易实现全功率范围内的输出调节。图4 所示为采用半桥处理后的恒流4A和20A的电源外特性曲线，在低功率段，出现明显的恒流 特性，由此可知，本专利技术能实现零功率的输出。权利要求一种软开关逆变弧焊电源的两级连续PWM控制方法，软开关逆变主电路采用全桥逆变结构，固定臂的占空比保持不变，调节移动臂的占空比实现PWM控制，其特征是当PWM控制信号Uc＞0时，固定臂占空比最大保持不变，调节移动臂的占空比实现输出功率的调节；当PWM控制信号Uc≤0时，移动臂的占空比为零保持不变，调节固定臂占空比实现输出功率的调节。2.根据权利要求1所述的一种软开关逆变弧焊电源的两级连续PWM控制方法，其特征 是当PWM控制信号Uc ^ O时，移动臂的占空比为零保持不变，PWM控制信号Uc与固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软开关逆变弧焊电源的两级连续ＰＷＭ控制方法，软开关逆变主电路采用全桥逆变结构，固定臂的占空比保持不变，调节移动臂的占空比实现ＰＷＭ控制，其特征是：当ＰＷＭ控制信号Ｕｃ＞０时，固定臂占空比最大保持不变，调节移动臂的占空比实现输出功率的调节；当ＰＷＭ控制信号Ｕｃ≤０时，移动臂的占空比为零保持不变，调节固定臂占空比实现输出功率的调节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚河清，傅强，张俊涛，徐勇，张振淑，姚瑶，王欣仁，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]