變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產生電路及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產生電路，包括第一支路以及功率開關器件，所述第一支路包括穩壓二極管以及快恢復二極管，所述穩壓二極管具有一陰極和陽極，所述快恢復二極管具有一陰極和陽極，所述功率開關器件具有一門極，集電極以及發射極，所述穩壓二極管的陰極和所述快恢復二極管的陰極連接，所述穩壓二極管的陽極與所述功率開關器件的門極連接，所述快恢復二極管的陽極與所述功率開關器件的集電極連接。本發明進一步將該再燃弧電壓產生電路應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生電路及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產生電路、包含該二次逆變再燃弧電壓產生電路的二次逆變電路以及變極性焊接電源。
【背景技術】
[0002]變極性電弧焊接是一種重要的焊接工藝，具有電弧穩定、抗磁偏吹、可調參數多、工藝適應性強等優點，在埋弧焊、TIG、MIG、MAG等焊接中均有應用。
[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構，三相電網電壓(380V/50HZ)經整流濾波、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鍵技術之一是保證輸出變極性交流電流過零時刻的電弧穩定性。當電流過零時，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系。
[0005]合理的二次逆變電路結構、參數和控制方法可以使輸出電流的變極性過程穩定、快速進行。為了實現輸出變極性，現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，在進行輸出電流極性切換時，均是在所用功率開關器件關斷時，利用開關兩端產生的再燃弧高壓迫使輸出電流快速切換方向。為了使得關斷時功率開關器件兩端產生的電壓穩定可靠，一般會在功率開關器件的發射極與集電極之間并聯無源緩沖網絡，比如由電阻和電容組成的RC緩沖網絡或者僅單純并聯電容。這些無源緩沖網絡不僅有諸如對初始緩沖電流和電路寄生參數敏感等不足，而且參數設計過程復雜。
【發明內容】
[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生穩定可靠再燃弧電壓并且設計簡單的再燃弧電壓產生電路以及使用該再燃弧電壓產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生電路，包括第一支路以及功率開關器件，所述第一支路包括穩壓二極管以及快恢復二極管，所述穩壓二極管具有一陰極和陽極，所述快恢復二極管具有一陰極和陽極，所述功率開關器件具有一門極，集電極以及發射極，所述穩壓二極管的陰極和所述快恢復二極管的陰極連接，所述穩壓二極管的陽極與所述功率開關器件的門極連接，所述快恢復二極管的陽極與所述功率開關器件的集電極連接。
[0008]一種變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，包括四個功率開關電路El、E2、E3以及E4組成的逆變全橋，其中，所述功率開關電路El與E4同時導通、同時關斷，所述功率開關電路E2與E3同時導通、同時關斷，所述功率開關電路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生電路，且所述功率開關電路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，包括功率開關電路Hl以及功率開關電路H2組成的逆變半橋，該功率開關電路Hl和功率開關電路H2均為所述再燃弧電壓產生電路。
[0010]相對于現有技術，本發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生電路通過在功率開關器件的門極與集電極之間跨接串聯的快恢復二極管和穩壓二極管，從而在變極性焊接時，由于穩壓二極管在電流極性變換的過程中產生的穩定電壓可以迫使焊接電流快速過零換向，從而可以獲得穩定的再燃弧電壓，以維持電弧的穩定燃燒，該二次逆變電路再燃弧電壓產生電路應用于變極性焊接電源時無需復雜的控制，并可以克服現有再燃弧二次逆變電路中并聯無源緩沖網絡對初始電流、電路寄生參數敏感的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發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生電路的電路圖。
[0012]圖2為本發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生電路的工作過程原理圖。
[0013]圖3為本發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生電路的電路圖。
[0014]圖4為本發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生電路的電路圖。
[0015]圖5為本發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為本發明第十實施例提供的變極性焊接電源的電路結構框圖。
[0026]主要元件符號說明
【權利要求】
1.一種變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產生電路，其特征在于，包括: 一功率開關器件，所述功率開關器件具有一門極、集電極以及發射極；以及 一第一支路，所述第一支路包括穩壓二極管以及快恢復二極管，所述穩壓二極管具有一陰極和陽極，所述快恢復二極管具有一陰極和陽極，所述穩壓二極管的陰極和所述快恢復二極管的陰極連接，所述穩壓二極管的陽極與所述功率開關器件的門極連接，所述快恢復二極管的陽極與所述功率開關器件的集電極連接。
2.如權利要求1所述的變極性焊接電源的二次逆變再燃弧電壓產生電路，其特征在于，進一步包括一 RC緩沖網絡，所述RC緩沖網絡包括緩沖電阻以及與該緩沖電阻串聯的緩沖電容，該RC緩沖網絡跨接于所述功率開關器件的門極與集電極之間，或者，該RC緩沖網絡跨接于所述功率開關器件的集電極與發射極之間。
3.如權利要求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生電路，其特征在于，所述功率開關器件為IGBT開關管。
4.一種變極性焊接電源的全橋式二次逆變電路，包括四個功率開關電路El、E2、E3以及E4組成的逆變全橋，其中，所述功率開關電路El與E4同時導通、同時關斷，所述功率開關電路E2與E3同時導通、同時關斷，其特征在于，所述功率開關電路El和E4中的至少一個電路為權利要求1至2中任意一項所述的二次逆變再燃弧電壓產生電路，且所述功率開關電路E2和E3中的至少一個電路為權利要求1至2中任意一項所述的二次逆變再燃弧電壓產生電路。
5.如權利要求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，所述所述功率開關電路El包括功率開關器件Ql,所述功率開關電路E2包括功率開關器件Q2，所述功率開關電路 E3包括功率開關器件Q3，所述功率開關電路E4包括功率開關器件Q4，所述功率開關器件Ql的發射極與功率開關器件Q3的集電極連接并做為第一輸出端，所述功率開關器件Q2的發射極與功率開關器件Q4的集電極連接并作為第二輸出端，所述功率開關器件Ql的集電極與功率開關器件Q2的集電極連接并做為第一輸入端，所述功率開關器件Q3的發射極與功率開關器件Q4的發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，所述功率開關電路E3和功率開關電路E4為所述再燃弧電壓產生電路。
7.如權利要求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，所述功率開關電路El和功率開關電路E2為所述再燃弧電壓產生電路。
8.如權利要求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，所述功率開關電路El和功率開關電路E3為所述再燃弧電壓產生電路。
9.如權利要求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，所述功率開關電路E2和功率開關電路E4為所述再燃弧電壓產生電路。
10.如權利要求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，所述功率開關電路E1、E2、E3以及E4均為所述再燃弧電壓產生電路。
11.一種變極性焊接電源的半橋式二次逆變電路，包括功率開關電路Hl以及功率開關電路H2組成的逆變半橋，其特征在于，該功率開關電路Hl和功率開關電路H2均為所述權利要求I至2中任一項所述的再燃弧電壓產生電路。
12.如權利要求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，所述功率開關電路Hl包括功率開關器件Q1’，所述功率開關電路H2包括功率開關器件Q2’，所述功率開關器件Q1’的集電極作為該半橋式二次逆變電路的第一輸入端，所述功率開關器件Q1’的發射級與所述功率開關器件Q2’的集電極連接并作為第一輸出端作用于電弧，所述功率開關器件Q2’的發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極性輸出端連接。
13.如權利要求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一步包括第一續流電感LI以及第二續流電感L2，該第一續流電感LI和第二續流電感L2構成耦合電感，第一續流電感LI的I端和第二續流電感L2的I端構成同名端，第一續流電感LI的2端和第二續流電感L2的2端構成同名端，第一續流電感LI的I端連接到所述次級整流電路的正極性輸出端，第一續流電感LI的2端與所述功率開關器件Q1’的集電極連接，所述第二續流電感L2的2端連接到所述次級整流電路的負極性輸出端，所述第二續流電感L2的I端連接到所述功率開關器件Q2’的發射極。
14.一種變極性焊接電源，包括:電網電壓整流濾波電路、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利要求1至2中任意一項所述的再燃弧電壓產生電路。
15.如權利要求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 優先權日:2014年2月21日
【發明者】朱志明, 楊中宇, 夏鑄亮 申請人:清華大學