詳解半橋軟開關逆變式焊機的電路原理

2020-11-23 電子產品世界

這是一種新型的半橋軟開關逆變技術，可使逆變開關器件在軟開通軟關斷的條件下工作，其開關電壓應力和電流應力都大為減小，開關損耗也大為減小，器件發熱大為減小，同時電磁幹擾幅度也大為減小，由於採用半橋，器件成本也相應降低了。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/227711.htm

為達到以上目的， 「半橋軟開關逆變式焊機」包括按設備的電功率流向而順序連接的：輸入濾波電路、一次側整流濾波電路、半橋軟開關逆變電路、隔離變壓器和二次側整流濾波電路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路聯通又和半橋軟開關逆變電路聯通。

如圖一所示： 「半橋軟開關逆變式焊機」包括按設備的電功率流向而順序連接的：輸入濾波電路1、一次側整流濾波電路2、半橋軟開關逆變電路3、隔離變壓器4和二次側整流濾波電路5以及主控制板電路6。主控制板電路6既和二次整流濾波電路5聯通又和半橋軟開關逆變電路3聯通。

圖一中各電路的構成和相互連接關係見圖二。

如圖二所示：

輸入濾波電路1由電源開關S1，差模濾波電容C27和C28，共模濾波電容C29、C30、C31、C32以及共模濾波電感L1組成。電網幹擾信號通過上述濾波器的濾除，使得本焊機免受外界電磁幹擾，提高穩定性；同樣，本焊機產生的幹擾信號會也會被上述濾波器濾除，使得本焊接不會對外界產生電磁幹擾，提高其他設備的穩定性。

一次側整流濾波電路2由整流橋BR1和電容C34、C35組成。送入機內的交流電壓、電流通過整流橋BR1整流成直流電壓、電流，經過電容C34、C35濾波後送半橋軟開關逆變電路3。

半橋軟開關逆變電路3，由兩組絕緣柵場效應電力開關器件Q1、Q2順向串接組成，另兩組絕緣柵場效應電力開關器件Q01和Q02反向串接組成輔助開關電路，R48、R49、R54、R55分別為四隻絕緣柵場效應電力開關器件的柵極串接驅動電阻，R50和C38；R51和C39分別為半橋主逆變電路的兩隻絕緣柵場效應電力開關器件Q1和Q2兩極(對於MOSFET器件為D和S極，對於IGBT器件為C和E極，對於MCT器件為A和K極)並聯的阻容吸收電路。輔助開關電路的兩組絕緣柵場效應電力開關器件Q01和Q02反向串接後一邊接到兩組絕緣柵場效應電力開關器件Q1、Q2串接組成的半橋橋臂的中點，另一邊則接到直流母線串接諧振電容C36和C37的中點。絕緣柵場效應電力開關器件Q01、Q02和諧振電容C36、C37以及飽和電感L2組成軟開關輔助諧振電路。以保證主開關Q1、Q2零電流導通，零電壓關斷。電容C40和電容C39是橋臂電容，其容量足夠大，以至於主開關Q1和Q2的每次導通，C點的電位基本保持為直流母線電壓的二分之一。電感L3為無功功率電感，其作用是在焊接電源空載時保證電路還能滿足軟開關條件。

從插座A1輸出的相位相差180度的非調製(定寬)驅動脈衝信號送到兩組絕緣柵場效應電力開關器件Q01和Q02上；從插座A2輸出的相位相差180度的PWM(調寬)驅動脈衝信號送到兩組絕緣柵場效應電力開關器件Q1和Q2上。

隔離變壓電路4由具有一次側繞組和二次側繞組的中頻變壓器T5擔當，中頻變壓器T5一次側繞組的一頭經過飽和電感L2接電容橋臂的中點C，另一頭穿過一次側電流互感器T4後接主逆變電路半橋橋臂中點B。二次側接到二次側整流濾波電路上。一次側繞組和二次繞組是通過絕緣材料安全絕緣的。

二次側整流濾波電路5由快恢復整流二極體D15、D16，濾波電感L4以及阻容吸收電阻R52、R53和阻容吸收C42、C43等組成。

主控制電路6，由內部的電流給定、電流反饋、PWM脈寬調製電路、定寬互補脈衝信號電路和隔離驅動電路等構成。

半橋軟開關逆變功能的實現

參見圖二，絕緣柵場效應電力開關器件主開關Q1和Q2順向串接成半橋結構，而絕緣柵場效應電力開關器件輔助開關Q01和Q02反向串接後一頭接Q1和Q2串接的中點，另一頭接到串聯電容C36和C37的中點。輔助開關Q01和Q02由插座A1引入主控制板送來的相位相差1800 脈衝寬度非調製(固定脈寬)的驅動信號驅動，而主開關Q1和Q2則由插座A2引入主控制板送來的相位相差1800 脈衝寬度被調製的驅動信號(PWM信號)驅動。使得主開關Q1和輔助開關Q01同時被驅動開通，之後Q1受PWM控制關斷，而Q01則固定脈寬滯後關斷;然後主開關Q2和輔助開關Q02同時被驅動開通，之後Q2受PWM控制關斷，而Q02則固定脈寬滯後關斷。如此反覆開通和關斷，就形成了軟開關需要的開關順序邏輯條件。T5為隔離變壓器

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