一种单开关节能逆变焊机及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单开关节能逆变焊机及控制方法。所述焊机包括主电路和控制电路，主电路包括输入整流滤波电路、高频逆变电路、主变压器和半波整流电路；控制电路包括PFM控制电路，电流给定电路、电流反馈电路、隔离驱动电路、PI运算电路。所述方法外部输入经过整流滤波后进行高频逆变，高频逆变后经过主变压器变压最后经过半波整流后作为输出；输出端电流反馈电路采得的焊接电流反馈值与焊接电流给定值进行PI运算，得到的误差值作为PFM控制电路的输入信号，PFM控制电路输出信号经驱动隔离电路实现对单开关节能逆变焊机输出功率和输出特性控制。本发明专利技术结构简单、体积小、开关损耗小、电能变换效率高、工作可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小功率逆变焊机及控制方法，尤其涉及其主电路拓扑和控制方式，属于焊接设备

技术介绍
目前小功率逆变焊机主电路大多采用全桥电路拓扑结构，功率开关器件较多，驱动电路比较复杂，存在着上下桥臂可能会发生“直通”，主变压器可能出现单向偏磁等问题； 采用普通MOSFET为功率开关器件，导通损耗较大，电能变换效率较低；采用硬开关工作模式，开关损耗较大；采用PWM控制方式，开关频率较低且实现软开关困难。采用双管单端正激电路拓扑结构，磁芯利用率较低；电路结构较复杂等问题。申请号为200910126057. 5、名称为“便携式IGBT逆变电弧焊机”的专利申请公开了一种便携式逆变电弧焊机。该焊机主要由主电路和控制电路组成，主电路为全桥硬开关结构，包括输入整流滤波电路、逆变电路、主变压器、二次输出整流电路；控制方式采用PWM 控制方式，控制电路包括PWM调节电路、驱动电路、电流反馈电路、电流给定电路。该焊机的缺点是采用的全桥电路结构复杂；开关管工作状态为硬开关模式，开关损耗较大；上下桥臂可能会发生“直通”现象，主变压器可能出现单向偏磁，可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有小功率逆变焊机的不足，提出一种新型的电路结构简单、开关损耗小、可靠性高的单开关节能逆变焊机。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种单开关节能逆变焊机，包括单开关节能逆变焊机的主电路和控制电路，主电路包括输入整流滤波电路、高频逆变电路、主变压器和半波整流电路；控制电路包括PFM控制电路，电流给定电路、电流反馈电路、隔离驱动电路、PI运算电路；外部输入经过输入整流滤波电路后接高频逆变电路的输入端，高频逆变电路的输出串接主变压器后接半波整流电路的输入端，半波整流后作为输出；电流反馈电路的输入端接半波整流电路的输出端，电流反馈电路和电流给定电路的输出端分别接PI运算电路的输入端，PI运算电路的输入端， PI运算电路的输出端依次PFM控制电路、隔离驱动电路后接高频逆变电路的输入端。主电路具体连接结构是交流220V经过空气开关S连接到高频电容C1、压敏电阻 R1，再输入到输入整流滤波电路的整流模块BR，整流模块BR输出的直流电310V正极连至主变压器原边上端，整流模块BR输出正端接滤波电容C2的一端、C3的正端和死负载电阻&的一端，整流模块BR输出负端接滤波电容C2的另一端、C3的负端和死负载电阻&的另一端， 主变压器原边下端连至A集电极，Q1发射极连至直流电310V负极；主变压器原边下端连至 Qc发射极，Qc的集电极连至箝位电容C。的下端；箝位电容C。的上端接到主变压器的上端， 谐振电容(；的一端连接到A的集电极，谐振电容(；的另一端连接到A的发射极；主变压器副边上端连至整流二极管D1阳极，二极管D1阴极连至续流二极管A的阴极和输出滤波电感的左端，主变压器副边下端连至续流二极管A的阳极和分流器的负端，分流器的正端接输出负端，输出滤波电感左端接整流二极管D1的阴极和续流二极管A的阴极，输出滤波电感的右端接到输出正端。单开关节能逆变焊机的控制方法外部输入经过整流滤波后进行高频逆变，高频逆变后经过主变压器变压最后经过半波整流后作为输出；输出端电流反馈电路采得的焊接电流反馈值与焊接电流给定值进行PI运算，得到的误差值作为PFM控制电路的输入信号， PFM控制电路输出信号经驱动隔离电路实现对单开关节能逆变焊机输出功率和输出特性控制。这种单开关节能逆变焊机的特征在于单开关单端正激式主电路拓扑结构，只用一个功率开关管和一组驱动脉冲，主电路结构，功率开关管数量少，无“直通”现象，开关损耗小，驱动电路简单，可提高焊机可靠性；采用有源箝位磁复位技术可实现单管单端正激式逆变电路的主变压器磁芯复位，使变压器磁芯双向对称磁化而提高磁芯利用率；可使功率开关管实现软开关，减小开关损耗，提高功率变换效率；采用Cool MOS管作为功率开关器件，与普通MOS管相比导通损耗小，可提高逆变焊机的功率变换效率和可靠性；采用PFM控制方式，与PWM调制技术相比工作频率更高，且容易实现软开关。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1本专利技术的逆变焊机原理框图。图2为图1的主电路连接图。图3为电流给定电路。图4为电流反馈电路。图5为推力电流给定电路。图6为PFM控制电路。具体实施例方式如图1所示，本专利技术具有独特的主电路拓扑结构，单开关节能逆变焊机的原理框图包括主电路和控制电路，其中虚框中为控制电路部分。交流电网电压经滤波后，输出到整流桥，经整流桥整流后输出直流电，整流桥输出的直流电经高频逆变后，再经过变压器降压，经过输出快恢复二极管整流后得到脉动的直流电，经输出电感滤波后给电弧负载供电。 控制电路由PFM控制芯片UC3864为核心构成，主要有电流给定电路、电流反馈电路、推力电路组成，实现对单开关节能逆变焊机输出功率和输出特性控制。如图2所示，电网电压交流220V经空气开关S接入逆变焊机主电路，电容C1是高频滤波电容，R1是压敏电阻，用于防止电压尖峰，交流电经桥式整流桥BR整流后输出脉动的直流电，由C2、C3、R2组成整流输出滤波电路，经滤波后得到平滑的直流电送到逆变电路。 逆变电路由主变压器T1、功率开关管％、箝位开关管Q。、箝位电容C。组成，Dql和D,。分别为功率开关管A和箝位开关管A的体二极管，谐振电容C；为功率开关管A和箝位开关管A 输出等效电容。逆变电路的工作原理为功率开关管A开通时，主变压器T1向负载提供能量，当功率开关管A关断后，首先由负载电流向谐振电容C；充电，当谐振电容C；电压达到输入电压时，主变压器T1原边电压过零，励磁电感与谐振电容C；谐振，当谐振电容C；电压达到输入电压与箝位电容电压之和时，箝位开关管A的反并二极管Dtl。导通，箝位电容电压作为负电压加在主变压器T1原边，主变压器T1励磁电感电流线性下降，主变压器T1磁芯复位，在反并二极管D,。导通的时候，零电压开通箝位开关管I，主变压器T1可以在箝位电容作用下反向励磁。箝位开关管A的反并二极管D,。导通时，箝位电容C。处于充电状态；箝位开关管A导通后，箝位电容C。处于放电状态。因此可利用箝位电容C。电压具有的浮动性实现双向对称磁化。整流桥BR输出直流电经逆变电路逆变后得到高频方波交流电，经主变压器T1降压，由副边半波整流电路整流，半波整流电路由整流二极管D1和续流二极管D2 组成。脉动直流电经输出滤波电感L滤波后，得到平滑的直流电送给电弧负载。 如图3至6所示，控制电路包括PFM控制电路，电流给定电路、电流反馈电路，推力电路、PI运算电路。具体连接结构是电流给定信号加在电阻Rl的左端，电阻Rl的右端接稳压管ZDl的阴极、电阻R2的一端、电容Cl的一端和运算放大器UlA的3脚，ZDl的阳极、 R2的另一端和Cl的另一端接电源地端，运算放大器型号为LM324，运算放大器UlA的2脚接到1脚，构成跟随器，运算放大器UlA的1脚输出Ig作为电流给定信号。UlA的11脚接电源地，4脚接电源+15V和去耦电容C2的一端，去耦电容的另一端接地。电流反馈信号取自输出端分流器两端，分流器的正端接电容C3的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端，分流器的负端、电容C3本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种单开关节能逆变焊机，包括单开关节能逆变焊机的主电路和控制电路，其特征是：主电路包括输入整流滤波电路、高频逆变电路、主变压器和半波整流电路；控制电路包括ＰＦＭ控制电路，电流给定电路、电流反馈电路、隔离驱动电路、ＰＩ运算电路；外部输入经过输入整流滤波电路后接高频逆变电路的输入端，高频逆变电路的输出串接主变压器后接半波整流电路的输入端，半波整流后作为输出；电流反馈电路的输入端接半波整流电路的输出端，电流反馈电路和电流给定电路的输出端分别接ＰＩ运算电路的输入端，ＰＩ运算电路的输入端，ＰＩ运算电路的输出端依次接ＰＦＭ控制电路、隔离驱动电路后接高频逆变电路的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方臣富，罗云萌，吴铭方，任以明，李峰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：32