CN201002164Y

CN201002164Y - 一种igbt逆变式直流脉冲氩弧焊电源

Info

Publication number: CN201002164Y
Application number: CNU2006201545270U
Authority: CN
Inventors: 黄石生; 王振民; 凌德怡; 陈毅丹
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2016-12-08

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，包括机箱和内置电路，内置电路包括主电路、电流反馈控制电路，主电路包括整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，电流反馈控制电路包括电流电压检测模块、脉冲参数给定模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块组成。本实用新型采用单片机进行检测反馈，并用来实现外围监控与人机对话，使电源的面板操作更方便，更人性化。本实用新型采用高频引弧模块控制引弧，实现非接触引弧。本实用新型电流频率大幅度提高，变压器体积、质量得到大幅度减小，控制也变得更加灵敏，动特性得到很大改善。

Description

一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源

技术领域

本实用新型涉及高频逆变技术领域，具体是指一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源。

背景技术

目前，在焊接电源领域，由于其工艺所需要的大电流、大功率，国内外传统的直流、脉冲氩弧焊电源主要以硅整流和晶闸管整流式为主，整流式电源工作相对可靠，技术上也比较成熟，但设备体积庞大、笨重、能耗高、效率低，且由于其结构原因，动静态特性方面也不够理想。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源。该电源结构简单，体积小，质量小，节能，具有良好的动特性。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：所述一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路、电流反馈控制电路，所述主电路包括整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，所述整流滤波模块外接三相交流输入电源，所述整流平滑模块外接负载；所述电流反馈控制电路(即外环均值电流闭环控制电路)包括电流电压检测模块、脉冲参数给定模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块组成，所述电流电压检测模块的一端与负载相连接，另一端与比较器的输入端相连接，所述脉冲参数给定模块与比较器的另一输入端相连接，所述比较器的输出端分别与单片机控制模块、脉宽调制模块相连接，所述单片机控制模块与脉宽调制模块相连接，所述脉宽调制模块与高频驱动模块相连接，所述高频驱动模块与高频逆变模块相连接；所述单片机控制模块分别连接有高频引弧模块和人机对话面板。

为了更好地实现本实用新型，所述主电路包括安全保护电路，所述安全保护电路包括网压检测模块、电压保护模块、温度检测模块、过热保护模块组成；所述网压检测模块一端与三相交流电源相连接，另一端与电压保护模块相连接，所述电压保护模块分别与脉宽调制模块、单片机控制模块相连接；所述温度检测模块一端与高频逆变模块相连接，另一端与过热保护模块相连接，过热保护模块与脉宽调制模块相连接；所述单片机控制模块主要由单片机PALCE22V10H、逻辑电路芯片ULN2003A及其外围电路组成；所述脉宽调制模块主要由误差放大电路、集成控制芯片SG3525及其外围电路组成。

本实用新型的设计原理如下：本实用新型采用逆变技术，大幅度的提高电源的频率，使得电源中的主变压器的体积、质量得到大幅度的减小，同时还由于电子功率器件工作于开关状态，变压器等可以采用铁损很小的磁芯材料，所于效率很高。主电路中由于存在电容，功率因数得到很大提高，节能效果明显。又由于工作频率很高，主电路中滤波电感值小，电磁惯性小，易于获得良好的动特性。此外，逆变切割电源由于采用逆变技术，从而使其反应灵敏，可控性好。本实用新型为逆变式直流、脉冲氩弧焊电源，主电路采用半桥式拓扑或全桥逆变式拓扑，视功率而定。而引弧采用高频引弧。脉宽调制是通过误差放大器放大，再与基准给定值进行比较，而产生两组相互推挽的驱动信号，来控制功率逆变开关管IGBT按照一定的时序导通与关闭，实现直流交流转变。电流反馈是在负载电流输出端用霍尔元件检测输出电流，得到采样信号，经过放大、比较，再输送到脉宽调制模块，来改变功率管的导通与截至时间，实现占空比的调节以及功率调节的目的，使输出能量稳定。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型采用单片机进行检测反馈，并用来实现外围监控与人机对话，使得电源的面板操作更方便，更人性化。

2、本实用新型采用高频引弧模块控制引弧，实现非接触引弧。

3、本实用新型采用高功率开关管与脉宽调制芯片来实现直流与交流的转变，使得电流频率大幅度提高，变压器体积、质量得到大幅度减小，控制也变得更加灵敏，动特性得到很大改善。总之，使焊接电源的整体性能发生了质的飞跃。

附图说明

图1是本实用新型的内置电路方框图；

图2是本实用新型的主电路原理图；

图3是本实用新型的脉宽调制模块和高频驱动模块的电路原理图；

图4是本实用新型的单片机控制模块的电路原理图；

图5是本实用新型的高频引弧模块的电路原理图；

图6是本实用新型的高频逆变模块的电路原理图；

图7是本实用新型的整流滤波模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细说明，但本实用新型的实现方式并不限于此。

本实用新型所述一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，包括机箱和内置电路，如图1所示，所述内置电路包括主电路、电流反馈控制电路。主电路由依次连接的整流滤波模块101、高频逆变模块102、功率变压模块103和整流平滑模块104组成，整流滤波模块101与三相交流输入电源相连接，整流平滑模块104与负载相连接。电流反馈控制电路包括电流电压检测模块112、脉冲参数给定模块117、比较器、单片机控制模块107、脉宽调制模块108和高频驱动模块109组成，电流电压检测模块112的一端与负载相连接，另一端与比较器的输入端相连接，脉冲参数给定模块与比较器的另一输入端相连接，比较器的输出端分别与单片机控制模块107、脉宽调制模块108相连接，单片机控制模块107与脉宽调制模块108相连接，脉宽调制模块108与高频驱动模块109相连接，高频驱动模块109与高频逆变模块102相连接。单片机控制模块分别连接有高频引弧模块113和人机对话面板114。安全保护电路包括网压检测模块105、电压保护模块106组成；网压检测模块105一端与接入的三相交流电源连接，另一端与电压保护模块106相连接，电压保护模块106分别与脉宽调制模块108、单片机控制模块107相连接。网压检测模块105检测三相交流输入电压，为常用的电压检测装置。电压保护模块106为一常用的比较器，实现欠压与过压保护。比较器采用常用的TL084比较器，对反馈电流信号与给定电流参数进行比较。电流电压检测模块112为电流电压传感器，与负载连接。温度检测模块110一端与高频逆变模块102中的检测温度的散热片相连接，另一端与过热保护模块111相连接，过热保护模块111与脉宽调制模块108相连接，起到过热保护作用。

如图2所示，在主电路中，三相交流输入电源接整流滤波模块101，然后连接滤波环节L1、C2、C2-A、C2-B、C3、C3-A、C3-B、C4、C5，再连接高频逆变模块102，输出接功率变压模块103的高频功率变压器T1初级，变压器次级经过高频全波整流电路D6A～D6B、滤波环节L2、C10、C11、C12、R9后输出直流电，以上环节构成功率主电路，高频逆变模块102包括两个两单元的IGBT VT₁～VT₂。同时，电流电压检测模块112为传感器，与输出负载端相连接。

如图3所示，脉宽调制模块108和高频驱动模块109主要由脉宽调制模块108的误差放大电路、集成控制芯片SG3525及其外围电路，以及高频驱动模块109的驱动模块及辅助电路相互连接组成。过流保护的电流反馈经过比较放大与集成控制芯片SG3525的引脚2相连，作为集成控制芯片SG2534的输入信号。在集成控制芯片SG3525内部与误差信号比较，使集成控制芯片SG3525输出相应的两路PWM信号。该两路互补的PWM信号分别作为逆变桥开关管VT₁～VT₂的驱动信号。同时，电流电压检测模块112同基准电流、电压信号比较后，与脉宽调制模块108的集成控制芯片SG3525相连。

如图4所示，单片机控制模块107主要由单片机PALCE22V10H、逻辑电路芯片ULN2003A以及辅助电路相互连接组成。单片机PALCE22V10H系统主要实现外部监控与人机对话的功能。外部监控信号如电源指示、故障指示、气压指示、检气等都是通过单片机PALCE22V10H来控制的，焊接模式的选择、脉冲焊接时的脉冲频率、下降时间、焊接电流、高频引弧、数字电流表等的控制也都是通过单片机控制模块107来完成的。利用单片机控制模块107控制外部监控与人机对话，使得本焊接电源的多参数控制，控制方便，使得本焊接电源的使用更简易，易于推广。ULN2003A接各种保护电路，如欠压保护、过压保护、过热保护，然后与单片机PALCE22V10H或脉宽调制模块108相连接。

如图5所示，在高频引弧模块中，通过芯片IC1555触发器控制高频开关场效应管快速打开与关闭，实现T1的原边产生高频脉冲信号，通过与负载电路耦合的变压器，使输出端得到高频信号。在高压、高频下使得非接触引弧得以实现。

如图6所示，在高频逆变模块中，为防止IGBT开通和关断时瞬间的电流、电压冲击造成IGBT的损坏，在IGBT的C和E极之间并联RC吸收保护电路。

如图7所示，在整流滤波模块中，D1～D2为快速二极管组用于输出整流，R5、C9和R11、C17分别组成上下两组对称的二极管的RC吸收回路。

应用本实用新型时，三相工频交流电经过整流滤波模块101后成为平滑直流电后进入高频逆变模块102，单片机控制模块107根据电流电压检测模块112检测到负载的电流与设定值进行比较，经过单片机控制模块107的控制算法运算，发给脉宽调制模块108一个输入信号，脉宽调制模块108根据单片机控制模块107设定的算法产生两路PWM信号，这两路PWM信号通过高频驱动模块109放大去控制高频逆变模块102的开关管的开通和关断，从而得到20KHz高频高压电，高频高压电再经过功率变压模块103转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压的脉冲电流，再经过整流平滑模块104得到更加平滑的直流电，也就是外环均值闭环控制过程。温度检测模块110检测散热片温度，送给脉宽调制模块108从而控制高频逆变模块102，形成过热保护控制控制，以保证电源的安全工作；网压检测模块105检测三相工频电压，把检测到的电压信号送给电压保护模块106，如出现过压、欠压的现象，电压保护模块106将送给脉宽调制模块108一个控制信号，产生低电平通过高频驱动模块109关断高频逆变模块102的开关管，保护主电路安全工作。

如上所述，即可较好地实现本实用新型。

Claims

1、一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，包括机箱和内置电路，其特征是，所述内置电路包括主电路、电流反馈控制电路，所述主电路包括整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和整流平滑模块依次连接组成，所述整流滤波模块外接三相交流输入电源，所述整流平滑模块外接负载；所述电流反馈控制电路包括电流电压检测模块、脉冲参数给定模块、比较器、单片机控制模块、脉宽调制模块和高频驱动模块组成，所述电流电压检测模块的一端与负载相连接，另一端与比较器的输入端相连接，所述脉冲参数给定模块与比较器的另一输入端相连接，所述比较器的输出端分别与单片机控制模块、脉宽调制模块相连接，所述单片机控制模块与脉宽调制模块相连接，所述脉宽调制模块与高频驱动模块相连接，所述高频驱动模块与高频逆变模块相连接；所述单片机控制模块分别连接有高频引弧模块和人机对话面板。

2、根据权利要求1所述的一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，其特征是，所述主电路包括安全保护电路，所述安全保护电路包括网压检测模块、电压保护模块、温度检测模块、过热保护模块组成；所述网压检测模块一端与三相交流电源相连接，另一端与电压保护模块相连接，所述电压保护模块分别与脉宽调制模块、单片机控制模块相连接；所述温度检测模块一端与高频逆变模块相连接，另一端与过热保护模块相连接，过热保护模块与脉宽调制模块相连接。

3、根据权利要求1所述的一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，其特征是，所述单片机控制模块主要由单片机PALCE22V10H、逻辑电路芯片ULN2003A及其外围电路组成。

4、根据权利要求1所述的一种IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊电源，其特征是，所述脉宽调制模块主要由误差放大电路、集成控制芯片SG3525及其外围电路组成。