一种软开关ＩＧＢＴ双逆变式方波交直流钨极氩弧焊电源制造技术

本实用新型专利技术公开一种软开关ＩＧＢＴ双逆变式方波交直流钨极氩弧焊电源，包括机箱和内置电路，内置电路包括双逆变主电路单元、电流比较驱动电路单元和参数调节单元；双逆变主电路单元包括依次连接的整流滤波模块、一次高频逆变模块、功率变压模块、高频整流缓冲吸收模块和二次逆变模块，整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次逆变模块的输出端外接电弧负载。本实用新型专利技术抗电磁干扰性能强、逆变频率、效率、可靠性更高、节电更好，而且输出的方波交流波形理想、过零点快、电弧稳定性更好，清除难熔金属氧化物能力强，无磁偏吹，可控电电参数多且灵活。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及氩弧焊电源
，特别涉及一种软开关IGBT双逆变式方波 交直流钨极氩弧焊电源。
技术介绍
在氩弧焊电源领域，国内外传统的交、直流氩弧焊电源主要有两种(1)由弧焊变 压器和硅整流器组成，并通过变换输出正弦交流或直流电供TIG氩弧焊使用；( 以硅整 流器和晶间管整流器输出直流，并在直流输出端再加整流桥，通过整流桥串有电抗器的对 角线输出近似的方波交流。一般来说，整流式电源工作相对可靠，技术上也比较成熟，但目 前整流式电源存在设备体积庞大、笨重、能耗高、效率低等缺点，而且由于其结构和控制方 式的原因，容易造成动静态特性方面不够理想，只能获得近似的方波交流，存在过零点不够 快、电弧稳定性欠佳、可控参数少、不灵活等缺点，不能很好的满足TIG氩弧焊(钨极氩弧 焊)的工艺要求。目前，较为先进的高频IGBT逆变式方波交流与直流钨极(TIG)氩弧焊电源技术， 可以克服上述存在的部分缺点，但由于其采用硬开关逆变技术，因此需要在较高压和较大 电流情况下进行硬(强逼)开关，这就容易引起开关应力大的问题，同时也存在着易产生高 压高频震荡的情况，不仅会对电网和其它电子设备产生电磁干扰、损害功率IGBT管组，也 会造成开关损耗大和难以进一步提高频率和效率的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构较为简单、电磁 兼容性较好的软开关IGBT双逆变式方波交直流钨极氩弧焊电源。本技术的技术方案为一种软开关IGBT双逆变式方波交直流钨极氩弧焊电 源，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括双逆变主电路单元、电流比较驱动电路单元和 参数调节单元；(1)双逆变主电路单元包括依次连接的以下各模块整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为平滑的直流电；一次高频逆变模块，通过控制其内部IGBT的开关周期，将整流滤波模块输出的直 流电转换，提供25 30KHz的高频交流高压电；功率变压模块，用于将一次高频逆变模块提供的高频交流高压电转换成符合焊接 工艺要求的大电流低电压高频交流电；高频整流缓冲吸收模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电；二次逆变模块，通过控制其内部IGBT的开关周期，将高频整流缓冲吸收模块输出 的直流电转换，输出方波交流电；整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次逆变模块的输出端外接电 弧负载；(2)电流比较驱动电路单元包括以下模块负载电流检测模块，用于检测双逆变主电路单元向电弧负载输出电流的各项参 数，得到各项参数检测值；脉冲参数给定模块，用于设定输出电流的各项参数，得到各项参数设定值；比较器，用于比较输出电流各项参数的检测值和设定值，并将比较结果分别送至 单片机通讯协同控制模块和一次高频逆变移相脉宽调制模块；单片机通讯协同控制模块，用于计算来自比较器的比较结果，产生两路PWM信号， 并分别将这两路信号输送给一次高频逆变移相脉宽调制模块和二次逆变脉宽调制模块；一次高频逆变移相脉宽调制模块，结合来自单片机通讯协同控制模块的PWM信号 和来自比较器的比较结果，控制和调制一次高频逆变驱动模块的导通与关闭时间及其工作 规律；一次高频逆变驱动模块，用于把一次高频逆变移相脉宽调制模块的脉冲信号进行 功率放大、隔离，并驱动一次高频逆变模块中IGBT的导通与关闭及其工作规律；二次逆变脉宽调制模块，根据来自单片机通讯协同控制模块的PWM信号，控制和 调制二次逆变驱动模块的导通与关闭及其工作规律；二次逆变驱动模块，用于把二次逆变脉宽调制模块脉冲信号进行功率放大、隔离， 并驱动二次逆变模块中IGBT的导通与关闭及其工作规律；高频引弧模块，用于向电弧负载输出高频信号，在高压高频下实现非接触引弧；其中，负载电流检测模块的输入端与电弧负载连接，负载电流检测模块的输出端 与比较器的输入端连接；脉冲参数给定模块与比较器的另一输入端连接，比较器的输出端 分别与单片机通讯协同控制模块、一次高频逆变移相脉宽调制模块连接；单片机通讯协同 控制模块的输出端分别与一次高频逆变移相脉宽调制模块、二次逆变脉宽调制模块、高频 引弧模块连接；一次高频逆变移相脉宽调制模块的输出端与一次高频逆变驱动模块连接， 一次高频逆变驱动模块的输出端与一次高频逆变模块连接；二次逆变脉宽调制模块的输出 端与二次逆变驱动模块连接，二次逆变脉宽调制模块的输出端与二次逆变模块连接；(3)参数调节单元与电流比较驱动电路单元中的单片机通讯协同控制模块输入端 连接，参数调节单元向单片机通讯协同控制模块提供控制各模块运行的数字信号。为了更好地保证本技术的安全工作，所述内置电路中还设有安全电路单元， 安全电路单元包括网压检测模块、电压保护模块、温度检测模块和过热保护模块，网压检测 模块的输入端与三相工频交流电源连接，网压检测模块的输出端与电压保护模块连接，电 压保护模块的输出端分别与一次高频逆变移相脉宽调制模块、单片机通讯协同控制模块连 接，温度检测模块的输入端与一次高频逆变模块连接，温度检测模块的输出端与过热保护 模块连接，过热保护模块的输出端分别与一次高频逆变移相脉宽调制模块、单片机通讯协 同控制模块连接；其中，网压检测模块用于检测三相交流电源的电压值；电压保护模块用于判断所 检测到的电压值是否出现过压或欠压的情况，并产生相应的控制信号；温度检测模块用于 检测一次高频逆变模块内散热片的温度值；过热保护模块用于判断所检测到的温度值是否 出现过热的情况，并产生相应的控制信号。为了方便对本技术的控制，所述单片机通讯协同控制模块还外接有人机对话面板。所述一次高频逆变模块采用软开关逆变式移相全桥拓扑结构，包括LC谐振电路 和两个并联设置的IGBT管组，各IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与LC 谐振电路连接，LC谐振电路的输出端与功率变压模块连接。所述二次逆变模块采用逆变式硬开关半桥拓扑结构，包括滤波环节和两个并联设 置的IGBT管组，各IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与滤波环节连接，滤 波环节的输出端与电弧负载连接。所述一次高频逆变移相脉宽调制模块包括依次连接的一次电流比较子模块、一次 差值放大子模块和移相芯片UC3879，一次电流比较子模块的输入端分别与比较器、单片机 通讯协同控制模块连接，移相芯片UC3879的输出端与一次高频逆变驱动模块连接。所述二次逆变脉宽调制模块包括依次连接的二次电流比较子模块、二次差值放大 子模块、脉宽调制芯片SG3525和脉宽调制反相芯片⑶4049，二次电流比较子模块的输入端 与单片机通讯协同控制模块连接，脉宽调制反相芯片CD4049的输出端与二次逆变驱动模 块连接。所述单片机通讯协同控制模块包括相连接的单片机PALCE22V10H和逻辑电路芯 片ULN2004A，单片机PALCE22V10H与人机对话面板相连接，单片机PALCE22V10H的输入端分 别与参数调节单元、调节器连接，单片机PALCE22V10H的输出端分别与一次高频逆变移相 脉宽调制模块、二次逆变脉宽调制模块连接，逻辑电路芯片ULN2004A的输入端与安全电路 单元连接，逻辑电路芯片ULN2004A的输出端与单片机PALCE22V10H连接。所述高频引弧模块包括相连接的芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软开关ＩＧＢＴ双逆变式方波交直流钨极氩弧焊电源，其特征在于，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括双逆变主电路单元、电流比较驱动电路单元和参数调节单元；　　（１）双逆变主电路单元包括依次连接的以下各模块：　　整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为平滑的直流电；　　一次高频逆变模块，通过控制其内部ＩＧＢＴ的导通与关闭及其工作规律，将整流滤波模块输出的直流电进行转换，提供２５～３０ＫＨｚ的高频交流高压电；　　功率变压模块，用于将一次高频逆变模块提供的高频交流高压电转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压高频交流电；　　高频整流缓冲吸收模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电；　　二次逆变模块，通过控制其内部ＩＧＢＴ的导通与关闭及其工作规律，将高频整流缓冲吸收模块输出的直流电进行转换，输出方波交流电；　　整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次逆变模块的输出端外接电弧负载；　　（２）电流比较驱动电路单元包括以下模块：　　负载电流检测模块，用于检测双逆变主电路单元向电弧负载输出电流的各项参数，得到各项参数检测值；　　脉冲参数给定模块，用于设定输出电流的各项参数，得到各项参数设定值；　　比较器，用于比较输出电流各项参数的检测值和设定值，并将比较结果分别送至单片机通讯协同控制模块和一次高频逆变移相脉宽调制模块；　　单片机通讯协同控制模块，用于计算来自比较器的比较结果，产生两路ＰＷＭ信号，并分别将这两路信号输送给一次高频逆变移相脉宽调制模块和二次逆变脉宽调制模块；　　一次高频逆变移相脉宽调制模块，结合来自单片机通讯协同控制模块的ＰＷＭ信号和来自比较器的比较结果，控制和调制一次高频逆变驱动模块的导通与关闭及其工作规律；　　一次高频逆变驱动模块，用于把一次高频逆变移相脉宽调制模块输出脉冲的功率放大、隔离，并驱动一次高频逆变模块中ＩＧＢＴ的导通与关闭及其工作规律；　　二次逆变脉宽调制模块，根据来自单片机通讯协同控制模块的ＰＷＭ信号，控制和调制二次逆变驱动模块导通与关闭及其工作规律；　　二次逆变驱动模块，用于把二次逆变脉宽调制模块输出脉冲进行功率放大、隔离，并驱动二次高频逆变模块中ＩＧＢＴ的导通与关闭及其工作规律；　　高频引弧模块，用于向电弧负载输出高频信号，在高压高频下实现非接触引弧；　　其中，负载电流检测模块的输入端与电弧负载连接，负载电流检测模块的输出端与比较器的输入端连接；脉冲参数给定模块与比较...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪寒，廖红武，祝国胜，黄石生，杨锦辉，
申请(专利权)人：广东火电工程总公司，华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]