[发明专利]全桥逆变与单端正激逆变切换式弧焊电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种逆变弧焊电源，尤其涉及全桥移相零电压开关(FB-ZVS-PWM)模式下弧焊电源的主电路以及其控制方法和控制电路，弧焊电源主电路成为一种变结构的主电路，属于电焊设备技术领域。

背景技术

目前，逆变弧焊电源多采用全桥移相零电压开关(FB-ZVS-PWM)模式，以实现超前臂、滞后臂的大功率开关晶体管的零电压开关，全桥移相零电压开关技术(FB-ZVS-PWM)兼有脉宽调制(PWM)控制和谐振开关优点，成为软开关逆变弧焊电源应用的热点。该控制方式是通过谐振电感的谐振，降低大功率开关晶体管开通时的电压。当负载越小，由于全桥移相电路内电容和电感的储能效应，大功率开关晶体管开通时的电压越高，大功率开关晶体管的开关损耗就越大，尤其是在轻载时，大功率开关晶体管的开关损耗更加明显。

由于逆变弧焊电源工况复杂，滞后臂的大功率开关晶体管的零电压开关条件是受负载和输入电压影响的，当弧焊电源主电路在较小焊接电流工作(轻载)时，高频变压器原边的电流很小，为维持恒流，输出电压将降低(即驱动脉冲的宽度变窄)，当驱动脉冲的宽度变得很窄时，容易产生丢波现象，且电流精度和稳定性较差；滞后臂大功率开关晶体管难以实现零电压开关，将产生以下几个后果：(1)由于大功率开关晶体管损耗的存在，需要增加散热器的体积；(2)大功率开关晶体管开通时存在很大的di/dt，将会造成较大的EMI；(3)出现环流能量大、占空比丢失和开关噪声加大等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有弧焊电源主电路在较小焊接电流工作(轻载)时存在的不足，提供了一种在重载和轻载条件下都能正常可靠工作的弧焊电源主电路，在一种控制方法和控制电路的作用下解决在较小焊接电流工作(轻载)时的大功率开关晶体管损耗过高、环流能量大、占空比丢失和开关噪声加大等问题，以及避免发生丢波现象，提高电路系统稳定性和电流精度，降低EMI。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明全桥逆变与单端正激逆变切换式弧焊电源，包括弧焊电源主电路，该弧焊电源主电路由大功率开关晶体管构成的超前臂、大功率开关晶体管构成的滞后臂、大功率开关晶体管的反向并联二极管、大功率开关晶体管的并联电容、谐振电感、漏感、高频变压器组成；超前臂的中点依次通过谐振电感和变压器漏感连接高频变压器的原边绕组后连接滞后臂的中点，高频变压器的副边绕组连接全桥整流电路后再连接输出滤波电感；

还包括电流传感器和控制电路，在所述谐振电感前端与超前臂之间串接电流传感器或则高频变压器副边绕组与漏感之间串接电流传感器，电流传感器的输出端接控制电路的输入端，控制电路的输出端接弧焊电源主电路的控制端。

全桥逆变与单端正激逆变切换式弧焊电源的控制方法的特征在于，包括以下步骤：

201、设置基准电压信号；

202、采用电流传感器进行电流采样，电流采样信号与基准电压信号通过采样比较单元进行比较；

203、当电流采样信号高于基准电压信号时，采用电子开关单元控制全桥移相电路的大功率开关晶体管正常导通，弧焊电源主电路工作于全桥移相谐振式工作模式；

204、当电流采样信号低于基准电压信号时，采用电子开关单元切断两路PWM控制信号，全桥移相电路的大功率开关晶体管只有两只正常导通，弧焊电源主电路的工作模式由全桥移相谐振式切换为双管单端正激工作模式。

所述电流传感器为霍尔传感器或者分流器。

所述控制电路由采样比较单元串接电子开关单元构成，采样比较单元接电流传感器的输出端，电子开关单元接大功率开关晶体管。

所述的采样比较单元由比较器U1A、电阻R1和R2、可调电阻VR1构成，其中比较器U1A的3脚串接电阻R1后接可调电阻VR1的中间抽头，比较器U1A的2脚串接电阻R2后接电流传感器的输出端，比较器U1A的4脚和可调电阻VR1一端接+15V直流电源，比较器U1A的连接-15V直流电源，可调电阻VR1的另一端接地，比较器U1A的1脚接电子开关单元的输入端。

所述的电子开关单元由电子开关U2A和U2B构成，电子开关U2A的11脚和U2B的10脚分别接采样比较单元的输出端，电子开关U2A的6脚、7脚和8脚与地相连；电子开关U2A的16脚与+15V相连；电子开关U2A的12脚与PWM控制信号A相连；电子开关U2A的14脚与大功率开关晶体管Q2相连；电子开关U2B的2脚与PWM控制信号B相连；电子开关U2B的15脚与大功率开关晶体管Q3相连。

所述比较器U1A型号为LM324。