基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源制造技术

本发明专利技术提供了一种基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源，其特征在于：包括主电路和数字控制电路；主电路包括依次连接的工频整流滤波模块、SiC高频逆变模块一、高频变压器一以及SiC快速全波整流滤波模块一；其中工频整流滤波模块与三相交流电源连接，SiC快速全波整流滤波模块一与负载连接；数字控制电路包括数字化人机交互模块、核心控制模块、SiC高频驱动模块、负载电压电流检测反馈模块和送丝控制模块。该电源可兼顾大功率与高逆变频率，有利于实现能量控制精细化，达到低能耗、高效率、高能量密度的效果，可以充分发挥双脉冲焊接工艺潜力。

Dual Pulse MIG Welding Power Supply Based on SiC Power Device

【技术实现步骤摘要】
基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源
本专利技术涉及焊接设备
，更具体地说，涉及一种基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源。
技术介绍
双脉冲MIG焊接技术通过脉冲电流来控制熔滴过渡以获得理想的熔滴过渡形式，其不仅具有宽电流调节范围、易于实现全位置焊接、可有效控制热输入、易于实现自动化等特点，而且其平均电流的变化产生的电弧力对熔池具有搅拌作用，从而能降低气孔发生率，细化晶粒，在高效自动化焊接工业场合中应用十分广泛。双脉冲MIG焊接电源是脉冲MIG焊接系统的核心设备，其综合性能直接影响实际焊接工艺效果、焊接系统装备集成、生产能耗及成本等方方面面。现阶段，双脉冲MIG焊接电源普遍采用Si基功率器件，由于Si基功率器件固有的局限性，基于Si功率器件的双脉冲MIG焊接电源尚有许多不足之处。具体来说，目前的双脉冲MIG焊接电源主要还存在以下几个问题：(1)大功率与高逆变频率难以兼顾；(2)能量控制精度不够精细；(3)能量密度有待进一步提高。例如，中国专利技术专利《具有平滑过渡双脉冲参数的铝合金数字化焊机》(公开号：102091850B)采用了SiIGBT作为开关器件，由于SiIGBT开关速度相对较慢，关断过程存在拖尾电流，若直接大幅提高逆变频率将造成开关损耗变得难以接受，故其逆变频率一般为20kHz。逆变式焊接电源通过高频调节功率器件的通断来实现能量输出控制，由于基于SiIGBT的双脉冲MIG焊接电源受限于开关损耗，逆变频率难以提升，主回路的时间常数较大，能量控制周期长，相对而言较为粗放。例如，中国技术专利《MOSFET逆变式氩弧焊机》(公开号：201201107Y)采用SiMOSFET作为开关器件，可将逆变频率提升至IGBT式焊机的数倍，由于SiMOSFET耐压低、电流容量小，该焊机最大输出电流仅为160A，额定功率为3.2kW，无法满足大功率焊接场合的需要。再如北京时代生产的熔化极气体保护焊机NB-400采用SiIGBT作为开关器件，额定电流400A，电源效率为85％，电源重量41kg，能耗相对高，对散热条件要求严格，而采用大体积的散热器件使得散热规模的设计复杂化，不利于焊机小型化、轻量化，故存在能量密度方面的不足。
技术实现思路
为克服现有技术中的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种基于宽禁带功率器件SiC功率器件、可兼顾大功率与高逆变频率、有利于实现能量控制精细化、低能耗、高效率、高能量密度的双脉冲MIG焊接电源。为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源，其特征在于：包括主电路和数字控制电路；所述主电路包括依次连接的工频整流滤波模块、SiC高频逆变模块一、高频变压器一以及SiC快速全波整流滤波模块一；其中工频整流滤波模块与三相交流电源连接，SiC快速全波整流滤波模块一与负载连接；所述数字控制电路包括数字化人机交互模块、核心控制模块、SiC高频驱动模块、负载电压电流检测反馈模块和送丝控制模块；所述数字化人机交互模块与核心控制模块连接；SiC高频驱动模块的一端与核心控制模块的PWM输出端连接，另一端与所述SiC高频逆变模块一连接；负载电压电流检测反馈模块的一端与负载连接，另一端与核心控制模块的A/D转换端连接；所述送丝控制模块的一端与核心控制模块相连，另一端与送丝机直流电机相连。优选地，所述SiC高频逆变模块一包括SiC功率开关管Q1、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q3和SiC功率开关管Q4；SiC功率开关管Q1、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q3和SiC功率开关管Q4分别并联有RC吸收电路一；SiC功率开关管Q1、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q3和SiC功率开关管Q4组成全桥逆变电路，之后通过隔直电容Cb与高频变压器一的初级连接；所述SiC快速全波整流滤波模块一包括SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2；高频变压器一的次级输出端一通过依次连接的SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2与高频变压器一的次级输出端三连接；SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2的连接处与负载的一端连接，高频变压器一的次级输出端二通过输出滤波电抗Lr与负载的另一端连接。优选地，所述SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2均是由三个SiC肖特基二极管及RC吸收电路二并联组成。优选地，所述主电路还包括依次连接的SiC高频逆变模块二、高频变压器二以及SiC快速全波整流滤波模块二；其中，SiC高频逆变模块二与工频整流滤波模块连接，SiC快速全波整流滤波模块二与负载连接；SiC高频驱动模块的另一端还与SiC高频逆变模块二连接；SiC高频逆变模块二的拓扑结构与SiC高频逆变模块一相同；高频变压器二的拓扑结构与高频变压器一相同；SiC快速全波整流滤波模块二的拓扑结构与SiC快速全波整流滤波模块二相同。优选地，所述送丝控制模块包括：送丝控制芯片、CAN通信电路、H桥驱动电路和直流电机电压反馈电路；所述送丝控制芯片通过CAN通信电路与核心控制模块信号连接，以实现送丝控制芯片与核心控制模块通信；所述送丝控制芯片通过H桥驱动电路与送丝机直流电机连接，以驱动送丝机直流电机工作；所述直流电机电压反馈电路用于实时检测送丝机直流电机电压；直流电机电压反馈电路与送丝控制芯片连接，以实现送丝机直流电机闭环控制。相较于常规的多功能焊接电源，本专利技术围绕双脉冲焊接优化设计了送丝控制系统，如中国专利技术专利《基于DSC的全数字SiC逆变式多功能氩弧焊电源》(公开号：106392262B)，虽然应用了SiC功率器件研制焊接电源，但是未针对双脉冲MIG焊接进行送丝机控制的优化开发；本专利技术采用了H桥驱动方式，实现送丝机的无级调速，实现正转、反转、脉动等多种工作方式；充分利用CAN通信电路进行送丝与焊接电源的协同控制，可通过“单脉冲+脉动送丝”或“低频调制+等速送丝”实现双脉冲MIG焊接。优选地，所述H桥驱动电路包括开关管Qf1、开关管Qf2、开关管Qf3、开关管Qf4、刹车电阻BRK1和继电器JD1；所述开关管Qf1、开关管Qf2、开关管Qf3和开关管Qf4构成H桥拓扑；H桥拓扑的输出端与送丝机直流电机连接；刹车电阻BRK1和继电器JD1串联后，并联在H桥拓扑的输出端。优选地，所述核心控制模块是指高速DSC核心控制模块。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与有益效果：1、大功率与高逆变频率兼顾：本专利技术将具备耐压高、损耗低、开关速度快等优点的SiC功率器件应用于双脉冲MIG焊接电源功率变换主电路，可稳定实现400A级别200kHz超高频逆变，逆变频率提升至现有SiIGBT焊接电源的5倍以上，电源额定输出功率远高于现有SiMOSFET焊接电源，可满足大功率焊接场合的应用需要；2、双脉冲MIG焊接能量控制精细化：本专利技术的双脉冲MIG焊接电源逆变频率可高达200kHz，拓宽了输出脉冲频率范围，具备更强的电弧能量调节能力，可实现对输出电流的精细控制，更好地配合变速脉动送丝或实现低频调制，更有利于发挥双脉冲焊接工艺潜力；此外，通过调整SiC高频驱动模块的输出信号，也可以实现恒流、恒压、单脉冲气体保护焊接等工艺；3、低能耗，高效率，高能量密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源，其特征在于：包括主电路和数字控制电路；所述主电路包括依次连接的工频整流滤波模块、SiC高频逆变模块一、高频变压器一以及SiC快速全波整流滤波模块一；其中工频整流滤波模块与三相交流电源连接，SiC快速全波整流滤波模块一与负载连接；所述数字控制电路包括数字化人机交互模块、核心控制模块、SiC高频驱动模块、负载电压电流检测反馈模块和送丝控制模块；所述数字化人机交互模块与核心控制模块连接；SiC高频驱动模块的一端与核心控制模块的PWM输出端连接，另一端与所述SiC高频逆变模块一连接；负载电压电流检测反馈模块的一端与负载连接，另一端与核心控制模块的A/D转换端连接；所述送丝控制模块的一端与核心控制模块相连，另一端与送丝机直流电机相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源，其特征在于：包括主电路和数字控制电路；所述主电路包括依次连接的工频整流滤波模块、SiC高频逆变模块一、高频变压器一以及SiC快速全波整流滤波模块一；其中工频整流滤波模块与三相交流电源连接，SiC快速全波整流滤波模块一与负载连接；所述数字控制电路包括数字化人机交互模块、核心控制模块、SiC高频驱动模块、负载电压电流检测反馈模块和送丝控制模块；所述数字化人机交互模块与核心控制模块连接；SiC高频驱动模块的一端与核心控制模块的PWM输出端连接，另一端与所述SiC高频逆变模块一连接；负载电压电流检测反馈模块的一端与负载连接，另一端与核心控制模块的A/D转换端连接；所述送丝控制模块的一端与核心控制模块相连，另一端与送丝机直流电机相连。2.根据权利要求1所述的基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源，其特征在于：所述SiC高频逆变模块一包括SiC功率开关管Q1、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q3和SiC功率开关管Q4；SiC功率开关管Q1、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q3和SiC功率开关管Q4分别并联有RC吸收电路一；SiC功率开关管Q1、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q3和SiC功率开关管Q4组成全桥逆变电路，之后通过隔直电容Cb与高频变压器一的初级连接；所述SiC快速全波整流滤波模块一包括SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2；高频变压器一的次级输出端一通过依次连接的SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2与高频变压器一的次级输出端三连接；SiC肖特基二极管组DR1和SiC肖特基二极管组DR2的连接处与负载的一端连接，高频变压器一的次级输出端二通过输出滤波电抗Lr与负载的另一端连接。3.根据权利要求2所述的基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，钟启明，谢芳祥，范文艳，罗卓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44