[实用新型]低损耗开通、无损耗关断IGBT逆变弧焊机

说明书

本实用新型属于现代电力电子技术高频逆变焊机领域，主要用于钢结构的手弧焊接。

目前，IGBT逆变弧焊机的主功率器件IGBT（绝缘栅晶体管）均工作在硬开关状态，开关损耗大，因而IGBT的工作频率不能进一步提高，主变压器的体积也就不能进一步减小，机器的效率也不能进一步提高，尤其是机器的可靠性差。

本实用新型的目的是使机器的主功率器件IGBT实现零电流关断，即关断损耗为零。IGBT的开通损耗也被减小，从而提高IGBT逆变弧焊机的长期可靠性。

本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型由桥式逆变器主电路、高频整流滤波电路等组成，其特征在于桥式逆变器主电路和高频整流滤波电路。在桥式逆变器主电路中有一与主变压器T1串联的电感L1，此电感也可用主变压器的漏感代替；在高频整流滤波电路中有一无极性电容C6，其一端与高频整流二极管的阴级电连接，另一端与主变压器T1的副边绕组的中心抽头电连接，C6应用频率大于等于20KHz，单位电容通过的电流大于5A／μF，耐压大于100V的无极性电容。由于电感L1和主变压器T1对通过它们的电流变化的抑制作用，当对角IGBT开通时，使得IGBT漏极电流的上升比漏源电压的下降慢，因此减小了IGBT的开通损耗，其开通损耗小于5W。当桥式逆变器主电路中对角主功率器件IGBT开通后，电感L1和无极性电容C6开始谐振，当电流谐振到零后，IGBT关断，即实现了零电流关断，其损耗为零。

以上IGBT的低损耗开通、无损耗关断的效果在400A及以下电流量级的IGBT逆变弧焊机中均可实现，因而这一系列IGBT逆变弧焊机的可靠性大大提高。

下面将结合附图进一步说明本实用新型的原理和实施方式，但不应理解为对本实用新型范围的限制。

附图1：IGBT逆变弧焊机整机框图，附图2：左边是桥式逆变器主电路，右边是高频整流滤波电路，附图3：IGBT的栅源电压、漏源电压及漏极电流波形。

IGBT逆变弧焊机，由六部分组成（附图1），即工频整流滤波电路，桥式逆变器主电路，高频整流滤波电路，电流取样电路，反馈控制电源电路和反馈控制电路。本实用新型的特征在于桥式逆变器主电路和高频整流滤波电路两部分。

整机工作原理：三相电压或单相电压输入经工频整流滤波变成直流加到桥式逆变器主电路上，主功率器件Q1～Q4在控制电路的作用下，将直流逆变为高频电流，经主变压器T1的副边输出送到高频整流滤波电路（由D5，D6，L2，C9，C6构成），焊机在焊接状态，输出要维持恒流，为此从电流取样电路（附图2中分流器F）取出电流信号经负反馈放大后送至控制电路，控制电路根据反馈信号的大小控制逆变器主电路中的IGBT Q1、Q4、Q2、Q3的导通时间，从而输出可获得恒定电流。

附图2是具有所述特征部分的电路原理图。电感L1与主变压器T1串联，L1也可用主变压器T1的漏感取代。滤波电路中的电容C6一端与高频整流二极管的阴级电连接，另一端与主变压器副边绕组的中心抽头电连接。

附图2中电感L1和电容C6的谐振工作过程可以用附图3的开关波形来说明。

附图3（a）和（c）的方波分别表示对角IGBT Q1、Q4和Q2、Q3的基极控制信号，T是两个控制信号的死区时间，以防同一桥臂上、下管共同导通。附图3（a），当Q1、Q4的基极控制信号Vge开通时，由于C1、C4要释放前一次关断时所吸收的能量，因此有一较大的尖峰电流（闯流），但由于电感L1和变压器T1的作用，漏极电流I_D的上升较漏源电压Vce的上升慢，因此开通损耗小。Q1、Q4开通后，电感L1和电容C6发生谐振，当电流谐振到零时，控制信号Vge关断，同时Q1、Q4管子两端的电压V_DS上升，此时I_D与V_DS在零点以上无交叉（见附图3（b）），所以关断功耗为零。在死区时间T内，同一桥臂的上、下管（如Q1、Q3）处于截止状态。随后是Q2、Q3导通，它们的低损耗开通、无损耗关断的机理与Q1、Q4完全一样，波形见附图3（c）和（d）所示。

电感L1取8μH，电容C6取20μF时，可实现最大焊接电流范围为63A－400A的“低损耗开通、无损耗关断的IGBT逆变弧焊机”。电感L1取10μH，电容C6取14μF时，可实现最大焊接电流范围为63A-300A的“低损耗开通、无损耗关断的IGBT逆变弧焊机”。电感L1取15μH，电容C6取8μH时，可实现最大焊接电流范围为45A－250A的“低损耗开通、无损耗关断的IGBT逆变弧焊机”。电感L1取15μH，电容C6取6μF时，可实现最大焊接电流范围为30A－160A的“低损耗开通、无损耗关断的IGBT逆变弧焊机”。