一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法，包括单相交流输入电网、PFC电路、电流采样电路、数字控制电路、模拟控制电路、LLC谐振变换器及电弧负载；数字控制电路通过电阻调节电路与PFC电路交互，进而控制反馈电阻，LLC谐振变换器一直工作在最佳谐振点，获得高的工作效率。主要的控制策略是通过检测焊接电流，经过数字控制电路处理后，调节前级PFC电路的反馈电阻，从而调节前级PFC电路的输出电压，进而调节后级LLC谐振变换器的输出电压，以保证当电弧负载变化时，维持焊接电流恒定，从而提高MIG焊的焊接质量。从而提高MIG焊的焊接质量。从而提高MIG焊的焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体涉及一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法。

技术介绍

[0002]焊接技术是制造技术的重要组成部分，在铁道、航空航天、船舶、矿山机械和汽车工业等领域的制造过程中广泛应用。其中MIG焊是高效焊接技术之一。但是现有的MIG焊接电源中，应用最广泛的电源主电路拓扑是传统的硬开关或移相全桥。在传统的硬开关中，功率开关器件会处于被强制关断(电流非零)和强制开通(电压非零)状态，带来严重的开关损耗，且随着频率的增加损耗愈加严重，导致效率低下，而且每个功率器件都需要外接缓冲吸收电路，导致电路繁杂。移相全桥在开关管开通阶段使用移相控制，让电流滞后电压，可以实现功率开关管零电压开通，但存在轻载时滞后桥臂难以实现软开关；且副边整流二极管不能实现零电流关断，造成开关损耗，存在反向恢复问题并导致振铃电压尖峰难以处理，恶化整机可靠性，因此副边整流二极管需要外接缓冲吸收电路；当重载时，副边占空比丢失更加严重，使得电源能量没有得到充分的利用，并使得电压振铃进一步加剧。传统的硬开关和移相全桥MIG焊电源的另一个重要问题是含有大量的谐波分量、功率因数低、无功功率占比大和易污染电网。
[0003]LLC谐振变换器可以实现原边MOSFET功率开关管的零电压开通和副边整流二极管的零电流关断，可以有效的减少损耗。目前大规模采用LLC谐振变换器作为电源主电路拓扑结构，但是应用的场合中负载和输出都是基本恒定的。而MIG焊焊接过程中的电弧电压和焊接电流，即电弧的等效阻值，实际上存在着剧烈的变化。要实现焊接过程中恒流输出，电弧电压必须能够跟随阻值发生变化。但输出电压的变化会导致LLC谐振变换器偏离最佳谐振点，导致效率下降。因此LLC谐振变换器在焊接领域的应用受到限制。
[0004]单级LLC谐振变换器的输入端存在大量高次谐波，污染电网问题依然存在。针对这些不足，本申请提出一种基于PFC调压和LLC谐振的MIG焊电源系统及控制方法。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法，具体是基于PFC调压和LLC谐振的MIG焊电源系统，本专利技术在保证提高焊缝成形质量和熔滴过渡的前提下，有效提高了MIG焊电源的功率因数和效率。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统，包括依次连接的单相交流输入电网、PFC电路、LLC谐振变换器及电弧负载；
[0008]还包括：
[0009]电流采样电路：用于采集LLC谐振变换器的输出电流；
[0010]数字控制电路：根据电流采样电路的输出电流，得到两路PFM信号和一路I2C信号，
两路PFM信号用于控制LLC谐振变换器功率开关管的开通与关断，一路I2C信号输入电阻调节电路，用于PFC电路输出电压的调节，实现LLC谐振变换器输出电流的恒定；
[0011]模拟控制电路：用于控制PFC电路中功率开关管的开通与关断，实现对输入单相交流电的功率因数校正。
[0012]进一步，所述PFC电路包括PFC主电路、PFC前端保护电路及PFC驱动电路，所述PFC驱动电路接收模拟控制电路的输入信号，并输出至PFC主电路，所述PFC前端保护电路与PFC主电路连接。
[0013]进一步，所述LLC谐振变换器包括LLC谐振变换器驱动电路和LLC谐振变换器主电路，所述数字控制电路与LLC谐振变换器驱动电路连接。
[0014]进一步，所述电阻调节电路包括数字电位器及隔离模块，所述数字电位器与PFC主电路连接，所述隔离模块分别与数字电位器及数字控制电路连接。
[0015]进一步，所述LLC谐振变换器主电路包括桥式逆变电路，谐振电路，变压器及输出整流滤波电路。
[0016]进一步，所述PFC主电路包括整流桥、LC滤波电路、二极管D1、二极管D2、二极管D3、MOSFET功率开关管Q1及MOSFET功率开关管Q2，交流电流经过整流桥后，经过LC滤波电路，一路经过二极管D2给输出端母线电容预充电，另一路通过并联的二极管D1和二极管D3连接输出端，第三路输入并联的MOSFET功率开关管Q1及MOSFET功率开关管Q2。
[0017]进一步，还包括缓冲电路，所述缓冲电路包括串联连接的电阻R4和电容C2，所述缓冲电路与二极管D1并联。
[0018]进一步，所述数字电位器采用TPL0401B
‑
10，所述隔离模块采用光耦隔离芯片及电源隔离芯片。
[0019]进一步，所述数字控制电路包括主控芯片TMS320F280049C。
[0020]一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统的控制方法，包括，
[0021]设置LLC谐振变换器输出电流的参考值；
[0022]电流采样电路采样LLC谐振变换器的输出电流，数字控制电路将输出电流采样值与参考值进行比较，通过电阻调节电路控制PFC电路的输出电压；
[0023]数字控制电路控制LLC谐振变换器一直工作在最佳谐振点，则LLC谐振变换器的输出电压跟随PFC电路输出电压变化，实现输出电流的稳定。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025](1)本专利技术控制系统简单，LLC谐振变换器一直工作在最佳谐振点，不需要额外的PFM信号进行调节，减少了环流损失和反向恢复损失，能量转换效率高；
[0026](2)本专利技术PFC电路提高功率因数，减少了对电网的污染，增加功率利用率；
[0027](3)本专利技术通过电流采样电路采集LLC谐振变换器输出电流，输入数字控制电路，通过控制反馈电阻控制PFC电路的输出电压，进一步控制输出电流，实现了闭环控制，系统的动态性能优良，控制精度高和系统稳定，更好的实现恒流输出。
[0028](4)本专利技术焊接电流不受电弧负载影响，当电弧负载变化时，通过调节PFC电路的输出电压，进而调节LLC谐振变换器的输出电压，最终实现焊接电流的恒定。
[0029](5)本专利技术受单相交流输入电网波动的影响小，焊接电流稳定，焊接过程稳定，可以获得高质量的焊接效果。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的整体结构示意图；
[0031]图2是本专利技术的PFC主电路原理示意图；
[0032]图3是本专利技术LLC谐振变换器主电路原理示意图；
[0033]图4是本专利技术电阻调节电路的电路原理图；
[0034]图5是本专利技术电压环路中控制反馈电阻的原理图；
[0035]图6是本专利技术的控制方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0037]实施例
[0038]如图1所示，一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统，包括单相交流输入电网、PFC电路、LLC谐振变换器、数字控制电路、模拟控制电路、电流采样电路、电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统，其特征在于，包括依次连接的单相交流输入电网、PFC电路、LLC谐振变换器及电弧负载；还包括：电流采样电路：用于采集LLC谐振变换器的输出电流；数字控制电路：根据电流采样电路的输出电流，得到两路PFM信号和一路I2C信号，两路PFM信号用于控制LLC谐振变换器功率开关管的开通与关断，一路I2C信号输入电阻调节电路，用于PFC电路输出电压的调节，实现LLC谐振变换器输出电流的恒定；模拟控制电路：用于控制PFC电路中功率开关管的开通与关断，实现对输入单相交流电的功率因数校正。2.根据权利要求1所述的PFC调压的谐振MIG焊电源系统，其特征在于，所述PFC电路包括PFC主电路、PFC前端保护电路及PFC驱动电路，所述PFC驱动电路接收模拟控制电路的输入信号，并输出至PFC主电路，所述PFC前端保护电路与PFC主电路连接。3.根据权利要求1所述的PFC调压的谐振MIG焊电源系统，其特征在于，所述LLC谐振变换器包括LLC谐振变换器驱动电路和LLC谐振变换器主电路，所述数字控制电路与LLC谐振变换器驱动电路连接。4.根据权利要求2所述的PFC调压的谐振MIG焊电源系统，其特征在于，所述电阻调节电路包括数字电位器及隔离模块，所述数字电位器与PFC主电路连接，所述隔离模块分别与数字电位器及数字控制电路连接。5.根据权利要求3所述的PFC调压的谐振MIG焊电源系统，其特征在于，所述LLC谐振变换器主电路包括桥式逆变电路，谐振电路，变压器及输出整流滤波电路。6.根据权利要求2所述的PFC调...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开源，陈梓威，黄浩，曹宣伟，曾敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：