變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，包括第一支路以及功率開關(guān)器件，所述第一支路包括穩(wěn)壓二極管以及快恢復(fù)二極管，所述穩(wěn)壓二極管具有一陰極和陽極，所述快恢復(fù)二極管具有一陰極和陽極，所述功率開關(guān)器件具有一門極，集電極以及發(fā)射極，所述穩(wěn)壓二極管的陰極和所述快恢復(fù)二極管的陰極連接，所述穩(wěn)壓二極管的陽極與所述功率開關(guān)器件的門極連接，所述快恢復(fù)二極管的陽極與所述功率開關(guān)器件的集電極連接。本發(fā)明進(jìn)一步將該再燃弧電壓產(chǎn)生電路應(yīng)用于二次逆變電路以及變極性焊接電源中。
【專利說明】變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路、包含該二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路的二次逆變電路以及變極性焊接電源。
【背景技術(shù)】
[0002]變極性電弧焊接是一種重要的焊接工藝，具有電弧穩(wěn)定、抗磁偏吹、可調(diào)參數(shù)多、工藝適應(yīng)性強等優(yōu)點，在埋弧焊、TIG、MIG、MAG等焊接中均有應(yīng)用。
[0003]變極性焊接電源的功率變換電路一般采用兩級逆變電路結(jié)構(gòu)，三相電網(wǎng)電壓(380V/50HZ)經(jīng)整流濾波、一次逆變以及變壓器降壓之后，輸出低壓方波交流，再經(jīng)過次級整流、濾波以及二次逆變，輸出變極性交流電流。
[0004]變極性電弧焊接的關(guān)鍵技術(shù)之一是保證輸出變極性交流電流過零時刻的電弧穩(wěn)定性。當(dāng)電流過零時，電弧瞬間熄滅，需要重新燃弧，而重新引燃電弧的難易與再燃弧瞬間電流的變化速度和再燃弧電壓有極大關(guān)系。
[0005]合理的二次逆變電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)和控制方法可以使輸出電流的變極性過程穩(wěn)定、快速進(jìn)行。為了實現(xiàn)輸出變極性，現(xiàn)有逆變式變極性焊接電源功率變換電路的二次逆變電路一般采用全橋式電路或者帶有耦合電感的半橋式電路。無論是這兩種電路的哪一種，在進(jìn)行輸出電流極性切換時，均是在所用功率開關(guān)器件關(guān)斷時，利用開關(guān)兩端產(chǎn)生的再燃弧高壓迫使輸出電流快速切換方向。為了使得關(guān)斷時功率開關(guān)器件兩端產(chǎn)生的電壓穩(wěn)定可靠，一般會在功率開關(guān)器件的發(fā)射極與集電極之間并聯(lián)無源緩沖網(wǎng)絡(luò)，比如由電阻和電容組成的RC緩沖網(wǎng)絡(luò)或者僅單純并聯(lián)電容。這些無源緩沖網(wǎng)絡(luò)不僅有諸如對初始緩沖電流和電路寄生參數(shù)敏感等不足，而且參數(shù)設(shè)計過程復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，提供一種可以在變極性焊接電源二次逆變電流極性切換的過程中產(chǎn)生穩(wěn)定可靠再燃弧電壓并且設(shè)計簡單的再燃弧電壓產(chǎn)生電路以及使用該再燃弧電壓產(chǎn)生電路的二次逆變電路、變極性焊接電源實為必要。
[0007]—種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，包括第一支路以及功率開關(guān)器件，所述第一支路包括穩(wěn)壓二極管以及快恢復(fù)二極管，所述穩(wěn)壓二極管具有一陰極和陽極，所述快恢復(fù)二極管具有一陰極和陽極，所述功率開關(guān)器件具有一門極，集電極以及發(fā)射極，所述穩(wěn)壓二極管的陰極和所述快恢復(fù)二極管的陰極連接，所述穩(wěn)壓二極管的陽極與所述功率開關(guān)器件的門極連接，所述快恢復(fù)二極管的陽極與所述功率開關(guān)器件的集電極連接。
[0008]一種變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，包括四個功率開關(guān)電路El、E2、E3以及E4組成的逆變?nèi)珮颍渲?，所述功率開關(guān)電路El與E4同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，所述功率開關(guān)電路E2與E3同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，所述功率開關(guān)電路El和E4中的至少一個電路為所述的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，且所述功率開關(guān)電路E2和E3中的至少一個電路為所述的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
[0009]一種變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路，包括功率開關(guān)電路Hl以及功率開關(guān)電路H2組成的逆變半橋，該功率開關(guān)電路Hl和功率開關(guān)電路H2均為所述再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
[0010]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路通過在功率開關(guān)器件的門極與集電極之間跨接串聯(lián)的快恢復(fù)二極管和穩(wěn)壓二極管，從而在變極性焊接時，由于穩(wěn)壓二極管在電流極性變換的過程中產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓可以迫使焊接電流快速過零換向，從而可以獲得穩(wěn)定的再燃弧電壓，以維持電弧的穩(wěn)定燃燒，該二次逆變電路再燃弧電壓產(chǎn)生電路應(yīng)用于變極性焊接電源時無需復(fù)雜的控制，并可以克服現(xiàn)有再燃弧二次逆變電路中并聯(lián)無源緩沖網(wǎng)絡(luò)對初始電流、電路寄生參數(shù)敏感的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明第一實施例提供的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路的電路圖。
[0012]圖2為本發(fā)明第一實施例提供的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路的工作過程原理圖。
[0013]圖3為本發(fā)明第二實施例提供的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路的電路圖。
[0014]圖4為本發(fā)明第三實施例提供的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路的電路圖。
[0015]圖5為本發(fā)明第四實施例提供的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路的電路圖。
[0016]圖6為圖5的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路電流極性變換過程對應(yīng)電流、電壓的波形隨時間變化圖。
[0017]圖7為圖5的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路電流極性變換過程原理示意圖。
[0018]圖8為本發(fā)明第五實施例提供的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路的電路圖。
[0019]圖9為本發(fā)明第六實施例提供的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路的電路圖。
[0020]圖10為本發(fā)明第七實施例提供的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路的電路圖。
[0021]圖11為本發(fā)明第八實施例提供的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路的電路圖。
[0022]圖12為本發(fā)明第九實施例提供的變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路的電路圖。
[0023]圖13為圖12的變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路電流極性變換過程中電流、電壓的波形隨時間變化圖。
[0024]圖14為圖12的變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路極性變換過程的原理示意圖。
[0025]圖15為本發(fā)明第十實施例提供的變極性焊接電源的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0026]主要元件符號說明
【權(quán)利要求】
1.一種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，包括: 一功率開關(guān)器件，所述功率開關(guān)器件具有一門極、集電極以及發(fā)射極；以及 一第一支路，所述第一支路包括穩(wěn)壓二極管以及快恢復(fù)二極管，所述穩(wěn)壓二極管具有一陰極和陽極，所述快恢復(fù)二極管具有一陰極和陽極，所述穩(wěn)壓二極管的陰極和所述快恢復(fù)二極管的陰極連接，所述穩(wěn)壓二極管的陽極與所述功率開關(guān)器件的門極連接，所述快恢復(fù)二極管的陽極與所述功率開關(guān)器件的集電極連接。
2.如權(quán)利要求1所述的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，進(jìn)一步包括一 RC緩沖網(wǎng)絡(luò)，所述RC緩沖網(wǎng)絡(luò)包括緩沖電阻以及與該緩沖電阻串聯(lián)的緩沖電容，該RC緩沖網(wǎng)絡(luò)跨接于所述功率開關(guān)器件的門極與集電極之間，或者，該RC緩沖網(wǎng)絡(luò)跨接于所述功率開關(guān)器件的集電極與發(fā)射極之間。
3.如權(quán)利要求1至2中任一項所述的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，所述功率開關(guān)器件為IGBT開關(guān)管。
4.一種變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，包括四個功率開關(guān)電路El、E2、E3以及E4組成的逆變?nèi)珮颍渲?，所述功率開關(guān)電路El與E4同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，所述功率開關(guān)電路E2與E3同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，其特征在于，所述功率開關(guān)電路El和E4中的至少一個電路為權(quán)利要求1至2中任意一項所述的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路，且所述功率開關(guān)電路E2和E3中的至少一個電路為權(quán)利要求1至2中任意一項所述的二次逆變再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
5.如權(quán)利要求4所述的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，其特征在于，所述所述功率開關(guān)電路El包括功率開關(guān)器件Ql,所述功率開關(guān)電路E2包括功率開關(guān)器件Q2，所述功率開關(guān)電路 E3包括功率開關(guān)器件Q3，所述功率開關(guān)電路E4包括功率開關(guān)器件Q4，所述功率開關(guān)器件Ql的發(fā)射極與功率開關(guān)器件Q3的集電極連接并做為第一輸出端，所述功率開關(guān)器件Q2的發(fā)射極與功率開關(guān)器件Q4的集電極連接并作為第二輸出端，所述功率開關(guān)器件Ql的集電極與功率開關(guān)器件Q2的集電極連接并做為第一輸入端，所述功率開關(guān)器件Q3的發(fā)射極與功率開關(guān)器件Q4的發(fā)射極連接并作為第二輸入端，所述第一輸入端與第二輸入端與前端的次級整流濾波電路連接，所述第一輸出端與第二輸出端作用于電弧。
6.如權(quán)利要求4所述的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，其特征在于，所述功率開關(guān)電路E3和功率開關(guān)電路E4為所述再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
7.如權(quán)利要求4所述的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，其特征在于，所述功率開關(guān)電路El和功率開關(guān)電路E2為所述再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
8.如權(quán)利要求4所述的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，其特征在于，所述功率開關(guān)電路El和功率開關(guān)電路E3為所述再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
9.如權(quán)利要求4所述的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，其特征在于，所述功率開關(guān)電路E2和功率開關(guān)電路E4為所述再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
10.如權(quán)利要求4所述的變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，其特征在于，所述功率開關(guān)電路E1、E2、E3以及E4均為所述再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
11.一種變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路，包括功率開關(guān)電路Hl以及功率開關(guān)電路H2組成的逆變半橋，其特征在于，該功率開關(guān)電路Hl和功率開關(guān)電路H2均為所述權(quán)利要求I至2中任一項所述的再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
12.如權(quán)利要求11所述的變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路，其特征在于，所述功率開關(guān)電路Hl包括功率開關(guān)器件Q1’，所述功率開關(guān)電路H2包括功率開關(guān)器件Q2’，所述功率開關(guān)器件Q1’的集電極作為該半橋式二次逆變電路的第一輸入端，所述功率開關(guān)器件Q1’的發(fā)射級與所述功率開關(guān)器件Q2’的集電極連接并作為第一輸出端作用于電弧，所述功率開關(guān)器件Q2’的發(fā)射極作為該半橋式二次逆變電路的第二輸入端，該半橋式二次逆變電路的第一輸入端與前端的次級整流電路的正極性輸出端連接，該半橋式二次逆變電路的第二輸入端與前端的次級整流電路的負(fù)極性輸出端連接。
13.如權(quán)利要求12所述的變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路，其特征在于，該半橋式二次逆變電路進(jìn)一步包括第一續(xù)流電感LI以及第二續(xù)流電感L2，該第一續(xù)流電感LI和第二續(xù)流電感L2構(gòu)成耦合電感，第一續(xù)流電感LI的I端和第二續(xù)流電感L2的I端構(gòu)成同名端，第一續(xù)流電感LI的2端和第二續(xù)流電感L2的2端構(gòu)成同名端，第一續(xù)流電感LI的I端連接到所述次級整流電路的正極性輸出端，第一續(xù)流電感LI的2端與所述功率開關(guān)器件Q1’的集電極連接，所述第二續(xù)流電感L2的2端連接到所述次級整流電路的負(fù)極性輸出端，所述第二續(xù)流電感L2的I端連接到所述功率開關(guān)器件Q2’的發(fā)射極。
14.一種變極性焊接電源，包括:電網(wǎng)電壓整流濾波電路、一次逆變電路、降壓電路、次級整流濾波電路以及二次逆變電路，其特征在于，所述二次逆變電路包括如權(quán)利要求1至2中任意一項所述的再燃弧電壓產(chǎn)生電路。
15.如權(quán)利要求14所述的變極性焊接電源，其特征在于，所述二次逆變電路為全橋式二次逆變電路或半橋式二次逆變電路。`
【文檔編號】H02M7/5387GK103856092SQ201410058872
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】朱志明, 楊中宇, 夏鑄亮 申請人:清華大學(xué)