專利名稱：一種無電抗器無分流器電流型pwm逆變式焊割電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是逆變電焊機領域，尤其是一種具有無電抗器無分流器電路結構的 電流型PWM逆變式焊割電源。
背景技術：
焊割電源，是一種為焊接電弧或者切割電弧提供電壓電流的電源裝置。目前的逆變式焊割電源可分為電壓型PWM逆變電源和電流型PWM逆變電源兩種， 不管是電壓型PWM逆變電源和電流型PWM逆變電源，其電流反饋均采用電源二次直流側的 直流電流作為焊接電流反饋信號，電流反饋型號的采樣通常是使用分流器或使用霍爾電流 傳感器，而使用分流器采樣的電路，還需要專門的毫伏信號放大電路對采集的電流信號先 進行放大。這樣，分流器和放大器組成的采樣反饋電路，霍爾電流傳感器采樣反饋電路都不 可避免增加了焊割電源的原材料或元器件成本。而且，目前的電壓型PWM逆變電源和電流型PWM逆變電源其輸出端都安裝有電抗 器，因為焊割電源屬于低電壓大電流輸出設備，所以其電抗器均有較大體積和較重的質量， 非常不利于焊割電源的小型化和低成本化。
發明內容
針對以上問題，本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供 一種結構簡單體積小、實施成本較低的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，
為達到以上目的本發明的技術方案
一種無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，包括按照電流流向方向而順序連 接的輸入濾波電路、一次側整流濾波電路、逆變電路、隔離變壓電路和二次側整流濾波電 路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和逆變電路連接；
其中，所述逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應電力開關器件橋接組 成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應電力開關器件的柵極分別單 獨串接的第一、第二、第三、第四驅動電阻，連接在第一絕緣柵場效應電力開關器件兩極之 間的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第二阻容吸收 電路，連接在第三絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第三阻容吸收電路，連接在第四 絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第四阻容吸收電路。采用該種結構實現了無電抗器無分流器電路結構的電流型PWM逆變式焊割電源， 使得該種結構的焊割電源結構簡單體積小、實施成本較低。進一步的，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收 電容，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容，第三阻 容吸收電路包括串接的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，所述第四阻容吸收電路包 括串接的第四阻容吸收電阻和第四阻容吸收電容。進一步的，所述輸入濾波電路包括電源開關，與該電源開關連接的共模濾波電感，分別連接在該共模濾波電感兩端的第一、第二差模濾波電容，分別連接在第一差模濾波 電容兩端的第一、第二共模濾波電容和分別連接在第二差模濾波電容兩端的第三、第四共 模濾波電容。進一步的，所述的一次側整流濾波電路包括與所述共模濾波第一電感連接的整 流橋，和與該整流橋并聯的第一、第二、第三濾波電容，以及與該整流橋并聯的泄放電阻。進一步的，所述的隔離變壓電路包括具有一次側繞組和二次側繞組的第一中頻 變壓器，一次側電流互感器，
所述中頻變壓器一次側繞組的一端連接逆變橋的中點，另一端穿過一次側電流互感器 后連接逆變橋的另一個中點；
所述中頻變壓器二次側繞組與所述二次側整流濾波電路連接，所述一次側繞組和二次 繞組間絕緣。進一步的，所述的二次側整流濾波電路包括與所述中頻變壓器二次側繞組連接 的第一、第二快恢復整流二極管，串接在第一快恢復整流二極管兩端的第三阻容吸收電阻 和第三阻容吸收電容，以及串接在第二恢復整流二極管兩端的第四阻容吸收電阻和第四阻 容吸收電容。進一步的，所述主控制電路包括按照電流流向方向而順序連接的電流反饋、PWM 脈寬調制電路、定寬互補脈沖信號電路和隔離驅動電路。本發明通過采用以下結構的逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效 應電力開關器件橋接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應電力 開關器件的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅動電阻，連接在第一絕緣柵場效 應電力開關器件兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應電力開關器件兩 極之間的第二阻容吸收電路，連接在第三絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第三阻容 吸收電路，連接在第四絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第四阻容吸收電路，使得該 種結構的焊割電源結構簡單體積小、實施成本較低。
圖1.本發明所述無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源的實施例中的電 路原理方框圖2.本發明所述無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源的實施例中的主回路 的電路原理圖。圖3.本發明所述無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源的實施例中的主 控板的電路原理圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行本實施例中詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發 明，并不用于限定本發明。請參閱圖1至圖2，本發明無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，包括 輸入濾波電路1、一次側整流濾波電路2、逆變電路3、隔離變壓電路4和二次側整流濾波電
4路5以及主控制板電路6，主控制板電路6既和二次整流濾波電路5連通又和半橋軟開關逆 變電路3連接；
其中，所述逆變電路3包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應電力開關器件Q1、 Q2、Q3、Q4橋接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應電力開關 器件Q1、Q2、Q3、Q4的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅動電阻R43、R44、R50、 R49，連接在第一絕緣柵場效應電力開關器件Ql兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第 二絕緣柵場效應電力開關器件Q2兩極之間的第二阻容吸收電路，連接在第三絕緣柵場效 應電力開關器件Q3兩極之間的第三阻容吸收電路，連接在第四絕緣柵場效應電力開關器 件Q4兩極之間的第四阻容吸收電路。進一步的，(對于MOSFET器件為D和S極，對于IGBT器件為C和E極，對于MCT器 件為A和K極)所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻R46和第一阻容吸收 電容C37，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻R45和第二阻容吸收電容 C38，第三阻容吸收電路包括串接的第三阻容吸收電阻R47和第三阻容吸收電容C40，所述 第四阻容吸收電路包括串接的第四阻容吸收電阻R48和第四阻容吸收電容C41。主控制板電路插座Al和A2輸出的四路PWM信號分別有序的送到四組絕緣柵場效 應電力開關器件Ql, Q2，Q3，Q4上，讓其按Ql和Q4 ；Q2和Q3分別同時導通，而Ql和Q2 ；Q3 和Q4相位相差180ο導通。這樣的交替導通，就會將直流電壓電流逆變成中頻交流方波電 壓電流，該中頻交流方波電壓電流送至隔離變壓器Τ5的一次側。進一步的，所述輸入濾波電路1包括電源開關Si，與該電源開關Sl連接的共模 濾波電感Li，分別連接在該共模濾波電感Ll兩端的第一、第二差模濾波電容C28和C33，分 別連接在第一差模濾波電容C28兩端的第一、第二共模濾波電容C29、C30和分別連接在第 二差模濾波電容C33兩端的第三、第四共模濾波電容C31、C32。電網干擾信號通過上述濾波器的濾除，使得本焊割機免受外界電磁干擾，提高穩 定性；同樣，本焊割機產生的干擾信號會也會被上述濾波器濾除，使得本焊割不會對外界產 生電磁干擾，提高其他設備的穩定性。本具體實施方式
中，所述的一次側整流濾波電路2包括與所述共模濾波第一電 感Ll連接的整流橋BRl，和與該整流橋BRl并聯的第一、第二、第三濾波電容C34、C35、C39， 以及與該整流橋并聯的泄放電阻R42。送入機內的交流電壓、電流通過整流橋BRl整流成直流電壓、電流，經過電容C34、 C35、C39濾波后送半橋軟開關逆變電路3，電阻R42是泄放電阻，在關機時泄放掉電容 C35, C36, C39里的電荷以保證安全。本具體實施方式
中，所述的隔離變壓電路4包括具有一次側繞組和二次側繞組 的第一中頻變壓器T5，一次側電流互感器T4，
所述中頻變壓器T5—次側繞組的一端連接逆變橋的中點，另一端穿過一次側電流互 感器T4后連接逆變橋的另一個中點；
所述中頻變壓器T5 二次側繞組與所述二次側整流濾波電路連接，所述一次側繞組和 二次繞組間絕緣。本具體實施方式
中，所述的二次側整流濾波電路5包括與所述中頻變壓器T5 二 次側繞組連接的第一、第二快恢復整流二極管D30、D32，串接在第一快恢復整流二極管D30兩端的第三阻容吸收電阻R51和第三阻容吸收電容C42，以及串接在第二恢復整流二極管 D30兩端的第四阻容吸收電阻R52和第四阻容吸收電容C43。本具體實施方式
中，所述主控制電路6包括按照電流流向方向而順序連接的電 流反饋、PWM脈寬調制電路、定寬互補脈沖信號電路和隔離驅動電路。參見圖3，主控制板電路電源系統
1，從變壓器T3 (圖2所示)次級雙19V繞組通過插座A3引進主控制板，通過整流二極 管D12，D13整流后C21濾波，再經過三端穩壓集成電路U3(LM7815)，U4(LM7805)穩壓。分 別輸出+15V，+5V直流電壓，這兩組電壓分別為主控制板電流給定/反饋，PWM調制等電路 以及數字電流表供電。2，電阻R37，R38和C19組成焊割電流顯示電路。3，由電流調節電位器RT2、RT3和R33、RT1，組成電流給定電路；快恢復二極管D3， D4，D9，DlO和采樣電阻R35以及濾波電容C20組成一次側電流采樣濾波電路，R36組成一 次側電流反饋電路。集成電路U2C和電阻R32，R34穩壓二極管ZDl，電容C18等組成誤差 放大器，電阻R29，R31電容C17等組成誤差信號分壓和濾波電路。4，集成電路U1，U2A和U2B組成了欠壓保護和電流型P麗電路，其中，集成電路U2A 及其周圍元件組成欠壓保護電路，集成電路U2B及其周圍電路組成斜波補償電路，快恢復 二極管D3，D4，D9，DlO和采樣電阻R22以及高頻濾波電容C14等組成逆變電路一次側電流 脈沖采樣、整流、高頻濾波電路。5，MOSFET管Ml，M2，M3，M4和其對應的驅動電阻R8, R9, R23, R21，脈沖變壓器Tl, T2組成脈沖放大和隔離電路，由快恢復二極管D2，D5，D6，D7 ；電容C5，C6，C15，C16 ；電阻 RIO, Rll, R12，R24，R25，R26，R27，R28等組成驅動脈沖脈沖上升沿下降沿整形處理電路。焊割電源采用的絕緣柵型電力開關半導體工作時都會產生熱損耗，會使半導體自 身和其散熱器的溫度升高，而半導體的工作溫度有一定范圍，超出范圍會損壞半導體器件。 插座A6外連接一只常開溫度繼電器TSl。當溫度正常時，溫度繼電器TSl是斷開的B點電 位不受影響，可正常焊割；當溫度超高時，溫度繼電器TSl閉合，B點被接地使給定電位變為 零，焊割電源因為電流給定為零而停止輸出，從而起到過熱保護的效果。溫度繼電器TSl安 放在絕緣柵場效應電力開關器件Ql，Q2，Q3，Q4所在的散熱器最熱處的表面上。由RT2和RT3給出的焊割電流給定信號電壓一路通過電阻R37，R38分壓，電容C19 濾波后送到數字顯示表DGMl上，作為焊割電流的顯示。插座A6外連接的電流互感器T4為一中心抽頭的中頻脈沖變壓器，T4取到的一次 側中頻電流脈沖信號，通過快恢復二極管D3，D4，D9，DlO整流，R35比例采樣，C20平滑濾波 后得到一個負數值的電壓信號，這個信號的值和焊割電源輸出電流的值是成正比的。將這 個電壓信號作為電流反饋信號，通過電阻R36送到誤差比較點A點。電流給定電壓信號通 過R33和RTl，也送到誤差比較點A點，電流反饋信號和電流給定信號兩信號在比較點A點 進行比較，其結果通過集成電路U2C等組成的PI調節器放大處理后通過R31和R29分壓， C17高頻濾波后送到集成電路Ul的5腳。這樣，就能在不使用分流器和其信號放大器或不 使用霍爾電流傳感器的情況下，實現了電流給定和電流負反饋的功能。同樣，由插座A6外連接的電流互感器T4取到的一次側電流脈沖信號經過快恢復 二極管D3，D4，D9，DlO整流，經采樣電阻R22以及高頻濾波電容C14后得到的反應一次側電流大小的直流脈沖電壓信號，此信號一路由R7送至集成電路Ul的16腳，構成過流保護 電路。當一次側逆變電流異常增大集成電路Ul的16腳會得到一個較高電壓，集成電路Ul 內部立即封鎖脈沖信號，使電源停止輸出。另一路經R18送到集成電路Ul的4腳，同時U2B 將集成電路Ul的8腳的鋸齒波信號射隨后通過R13，R14，C7，C9組成的阻容網絡后，也送到 集成電路Ul的4腳，用來為一次測電流的直流脈沖電壓信號作斜波補償。兩信號合成后與 集成電路Ul的5腳送來的誤差信號在集成電路Ul內部進行比較，得到PWM信號，通過死區 形成，分頻鎖相后從集成電路Ul的14腳和11腳輸出相位相差1800，且具有一定死區時間 的PWM信號。上述PWM調制和輸出功能電路中，電流誤差信號和一次側脈沖電流信號在集 成電路Ul內部進行比較，然后輸出PWM脈沖，這樣就實現了 PWM脈沖的逐個脈沖限流控制， 不會出現一次側電流過流現象；還由于逆變頻率一般都選在IOKHz以上的中頻頻段，則二 次整流后的脈沖電流的脈沖頻率就在20KHz以上，所以由焊割機二次整流后的內部導線， 以及焊割用外接導線的分布電感都足以起到輸出電流平波/濾波的作用，這就為去掉笨重 的輸出電抗器創造了充分的條件。 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制發明，凡在本發明的精神 和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波電路、一次側整流濾波電路、逆變電路、隔離變壓電路和二次側整流濾波電路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和逆變電路連接；其中，所述逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應電力開關器件橋接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應電力開關器件的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅動電阻，連接在第一絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第二阻容吸收電路，連接在第三絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第三阻容吸收電路，連接在第四絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第四阻容吸收電路。
2.根據權利要求1所述的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，其特征在 于，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，所述第二 阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容，第三阻容吸收電路包括 串接的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，所述第四阻容吸收電路包括串接的第四阻 容吸收電阻和第四阻容吸收電容。
3.根據權利要求2所述的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，其特征在 于，所述輸入濾波電路包括電源開關，與該電源開關連接的共模濾波電感，分別連接在該 共模濾波電感兩端的第一、第二差模濾波電容，分別連接在第一差模濾波電容兩端的第一、 第二共模濾波電容和分別連接在第二差模濾波電容兩端的第三、第四共模濾波電容。
4.根據權利要求3所述的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，其特征在 于，所述的一次側整流濾波電路包括與所述共模濾波第一電感連接的整流橋，和與該整流 橋并聯的第一、第二、第三濾波電容，以及與該整流橋并聯的泄放電阻。
5.如權利要求4所述的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，其特征在于， 所述的隔離變壓電路包括具有一次側繞組和二次側繞組的第一中頻變壓器，一次側電流 互感器，所述中頻變壓器一次側繞組的一端連接逆變橋的中點，另一端穿過一次側電流互感器 后連接逆變橋的另一個中點；所述中頻變壓器二次側繞組與所述二次側整流濾波電路連接，所述一次側繞組和二次 繞組間絕緣。
6.如權利要求5所述的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，其特征在于， 所述的二次側整流濾波電路包括與所述中頻變壓器二次側繞組連接的第一、第二快恢復 整流二極管，串接在第一快恢復整流二極管兩端的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電 容，以及串接在第二恢復整流二極管兩端的第四阻容吸收電阻和第四阻容吸收電容。
7.如權利要求6所述的無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源，其特征在于， 所述主控制電路包括按照電流流向方向而順序連接的電流反饋、PWM脈寬調制電路、定寬 互補脈沖信號電路和隔離驅動電路。
全文摘要
本發明一種無電抗器無分流器電流型PWM逆變式焊割電源包括輸入濾波電路、一次側整流濾波電路、逆變電路、隔離變壓電路和二次側整流濾波電路以及主控制板電路，逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應電力開關器件橋接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應電力開關器件的柵極分別單獨串接的第一、第二、第三、第四驅動電阻，分別連接在第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應電力開關器件兩極之間的第一、第二、第三、第四、第五阻容吸收電路，該種結構的焊割電源結構簡單體積小、實施成本較低。
文檔編號B23K9/10GK101966618SQ20101054136
公開日2011年2月9日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月12日
發明者吳月濤, 楊振文 申請人:深圳市華意隆實業發展有限公司