[发明专利]一种基于SiC模块的快频变极性TIG焊接电源及系统

说明书

本发明提供了一种基于SiC模块的快频变极性TIG焊接电源及系统；其中焊接电源包括双路并联功率主电路、控制电路和人机交互系统；双路并联功率主电路包括三相整流滤波电路、快频脉冲电流主电路和变极性电流主电路；快频脉冲电流主电路和变极性电流主电路均包括依次连接的初级逆变电路、高频变压器和超快恢复整流平滑电路；快频脉冲电流主电路还包括依次连接在超快恢复整流平滑电路之后的滤波电感和高频切换电路；变极性电流主电路还包括依次连接在超快恢复整流平滑电路之后的耦合电感和次级逆变换流电路。该焊接电源可缩小体积，动态响应速度快，开关损耗低，能效高，输出波形稳定不失真，可提高焊接质量。

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，更具体地说，涉及一种基于SiC模块的快频变极性TIG焊接电源及系统。

背景技术

变极性焊接电源在镁、铝合金焊接工艺中扮演了重要角色。由于镁合金、铝合金等合金热导率高、热膨胀系数大且表层易发生氧化形成氧化膜，采用DCEN(直流正接)或DCEP(直流反接)的直流钨极惰性气体保护焊(Tungsten Inert Gas，TIG)容易产生晶粒粗大、夹渣、钨极烧损、热裂纹等缺陷。变极性钨极惰性气体保护焊(Variable Polarity TIG,VPTIG)工艺具有阴极清理的作用，可将金属表层的氧化膜破碎并进行清理。目前，市面上的VPTIG焊接电源尚存在控制精度低、响应速度慢、输出电流波形不规整、热输入量过大、变极性过零点速率慢、易断弧等问题，例如，中国发明专利《焊接电源及交直流氩弧焊机》(公开号：CN105817740A)和《短路型交流焊接控制电路及焊接电源》(公开号：CN111001901A)仍然在逆变主电路采用Si基IGBT模块作为开关功率管，其逆变频率通常不能超过20kHz，因此其响应速度和控制精度也难以得到比较大的改善。

另一方面，由于Si基功率器件的各项性能参数已接近由其材料特性和制造工艺决定的理论极限，依靠Si基功率器件来提升焊接电源的综合性能也非常困难。Si IGBT具有拖尾效应并拖尾关断时间长，会存在开关损耗大的问题，很难进一步提升焊接电源的换流效率和换流速度。Si MOSFET虽然在关断延迟时间和关断损耗上稍有改善，但其耐压和通流能力普遍较低，不适用于大功率应用场合。SiC功率模块作为宽禁带半导体器件，相比同功率等级的Si MOSFET和Si IGBT，其导通电阻更低、开关延迟时间与开关时间更短、开关损耗更低，更适用于高频大功率逆变场景。因此，利用SiC功率模块更容易提高焊接电源系统的开关频率、换流效率及控制精度，推动焊接电源系统向高频化、高效化、精密化发展。现阶段需要设计出一种基于SiC功率模块的快频变极性TIG焊接电源。

发明内容

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于SiC模块的快频变极性TIG焊接电源及系统；该焊接电源可缩小体积，动态响应速度快，开关损耗低，能效高，输出波形稳定不失真，可提高焊接质量。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于SiC模块的快频变极性TIG焊接电源，其特征在于：包括双路并联功率主电路、控制电路和人机交互系统；

所述双路并联功率主电路包括三相整流滤波电路、快频脉冲电流主电路和变极性电流主电路；所述快频脉冲电流主电路和变极性电流主电路均包括依次连接的初级逆变电路、高频变压器和超快恢复整流平滑电路；快频脉冲电流主电路还包括依次连接在超快恢复整流平滑电路之后的滤波电感和高频切换电路；变极性电流主电路还包括依次连接在超快恢复整流平滑电路之后的耦合电感和次级逆变换流电路；其中，快频脉冲电流主电路和变极性电流主电路的初级逆变电路分别与三相整流滤波电路；快频脉冲电流主电路的高频切换电路和变极性电流主电路的次级逆变换流电路分别与焊接负载连接；

快频脉冲电流主电路的初级逆变电路和高频切换电路，以及变极性电流主电路的初级逆变电路和次级逆变换流电路分别与全数字控制电路连接；全数字控制电路还与人机交互系统连接。