[发明专利]零电压软开关弧焊逆变器拓扑主电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于焊接金属的焊接设备，尤其是一种电弧焊机的拓扑主电路。

背景技术

目前在弧焊逆变器中通常采用全桥式零电压软开关(FB-ZVS)拓扑主电路和脉宽调制模式(PWM)实现大功率开关管的零电压开关。如图1所示，Q1和Q2分别超前Q3和Q4一个相位，称Q1和Q2组成的桥臂为超前臂，Q3和Q4组成的桥臂为滞后臂。每个桥臂的两个功率器件成180°互补导通，它们之间有一个死区时间，即两管都不导通的时间，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角来实现脉宽调制，从而达到调节输出电压或电流的目的。然而滞后桥臂的大功率开关管的零电压开关条件是受负载和输入电压影响的，当焊机空载和焊机轻载(输出功率)时，中频变压器原边的电流很小，移相臂难以实现零电压开关，会出现环流能量大、占空比丢失等问题，使得开关损耗和开关噪声加大等问题。

如图2所示，专利号为200410036435，名称为“逆变焊机用实现焊机空载、轻载时软开关装置”的专利公开了在变压器副边增加一个辅助电感La，工作时在La产生电流，该电流使变压器原边电流增加，从而拓展了实现零电压开关的负载范围，实现零电压开关。但该专利的缺陷是：

1、在大电流时，会增加电路环流，从而增大变换器的导通损耗。

2、纯电感虽然不消耗能量，但是会增大无功功率，减低功率因数。

3、实际的电感由于都存在线电阻，因而也会消耗有功功率。

4、在电路工作过程中，电感磁芯损耗很大，发热严重，经常损坏。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种在空载、轻载和重载条件下都能使大功率开关管实现软开关的弧焊逆变器拓扑主电路，可以解决辅助电感在大电流时增加电路环流、减低功率因数且经常损坏的问题。

本发明采用技术方案是：包括由大功率绝缘栅双极型晶体管Q1～Q2为功率开关器件构成的超前臂、大功率绝缘栅双极型晶体管Q3～Q4为功率开关器件构成的滞后臂、晶体管Q1～Q4分别反向并联的二极管D1～D4、晶体管Q1～Q4分别并联的电容C1～C4组成的全桥移相谐振式电路，该全桥移相谐振式电路通过谐振电感和漏感接入高频变压器的原边线圈，高频变压器的副边线圈输出逆变电源，在所述谐振电感前端串联电流采样线圈，辅助电感串联一个电子开关后连接高频变压器的辅助线圈或副边线圈；该辅助线圈并联在高频变压器的原边或副边，该电子开关连接控制电路且通过电流采样线圈采样高频变压器的原边电流。

本发明由控制电路实现电子开关的开关。在空载、轻载的状态下，开通电子开关，可以提高变压器原边电流值，这样使移相臂实现零电压开关，实现包括空载在内的所有负载范围的主功率器件零电压开关；而当重载时，就关断电子开关，减小电路环流，增大功率因数，防止磁芯发热严重导致元器件损坏。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明背景技术电路连接示意图；

图2是本发明背景技术电路连接示意图；

图3是本发明实施例1的电路连接示意图；

图4是本发明实施例2的电路连接示意图；

图5是本发明实施例3的电路连接示意图。

具体实施方式

如图3～5所示，本发明提供的同时满足重载与空载、轻载的零电压软开关弧焊逆变器的拓扑主电路，主要包括大功率绝缘栅双极型晶体管Q1～Q4为功率开关器件，Q1和Q2分别在Q3和Q3之前关断，即Q1和Q2为固定超前臂，Q3和Q4为移相滞后臂；二极管D1～D4分别为晶体管Q1～Q4的反向并联的二极管，电容C1～C4分别是晶体管Q1～Q4的寄生电容和对应的外接谐振电容之和。上述器件构成本发明的全桥移相谐振式电路，该全桥移相谐振式电路依次通过串联的高频变压器T原边电流采样线圈SE、谐振电感Lr和高频变压器T的漏感L1k接入高频变压器T的原边线圈N1，高频变压器T的副边线圈N2输出逆变电源。二极管D5和D6是接入副边线圈N2的输出整流二极管，Lf为输出滤波电感。

将一个辅助电感La串联一个电子开关S1后连接高频变压器T的线圈；具体实施时该高频变压器T的线圈可以是原边也可以是副边增加的一个并联的辅助线圈，或者不增加辅助线圈直接连接已有的副边线圈N2。电子开关S1连接控制电路且通过电流采样线圈SE采样高频变压器T的原边电流。

以下通过三个实施例说明本发明的辅助电感La与电子开关S1连接高频变压器T的线圈的三种不同电路连接方式。

实施例1