[发明专利]一种软开关逆变弧焊电源的两级连续PWM控制方法

说明书

技术领域

本发明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 源控制技术领域。

背景技术

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VT1和VT2组成， 通过隔直电容C_b、变压器漏感L_1k和饱和电感L_R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，VT1、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。

发明内容

本发明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。

本发明采用的技术方案是：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。

本发明的有益效果是：

1、本发明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是背景技术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是本发明两级连续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：U₀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C_b、变压器漏感L_1k和饱和电感L_R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：