詳解半橋軟開關(guān)逆變式焊機(jī)的電路原理

這是一種新型的半橋軟開關(guān)逆變技術(shù)，可使逆變開關(guān)器件在軟開通軟關(guān)斷的條件下工作，其開關(guān)電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力都大為減小，開關(guān)損耗也大為減小，器件發(fā)熱大為減小，同時電磁干擾幅度也大為減小，由于采用半橋，器件成本也相應(yīng)降低了。

為達(dá)到以上目的， “半橋軟開關(guān)逆變式焊機(jī)”包括按設(shè)備的電功率流向而順序連接的：輸入濾波電路、一次側(cè)整流濾波電路、半橋軟開關(guān)逆變電路、隔離變壓器和二次側(cè)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(lián)通又和半橋軟開關(guān)逆變電路聯(lián)通。

如圖一所示： “半橋軟開關(guān)逆變式焊機(jī)”包括按設(shè)備的電功率流向而順序連接的：輸入濾波電路1、一次側(cè)整流濾波電路2、半橋軟開關(guān)逆變電路3、隔離變壓器4和二次側(cè)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(lián)通又和半橋軟開關(guān)逆變電路3聯(lián)通。

圖一中各電路的構(gòu)成和相互連接關(guān)系見圖二。

如圖二所示：

輸入濾波電路1由電源開關(guān)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(wǎng)干擾信號通過上述濾波器的濾除，使得本焊機(jī)免受外界電磁干擾，提高穩(wěn)定性；同樣，本焊機(jī)產(chǎn)生的干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(chǎn)生電磁干擾，提高其他設(shè)備的穩(wěn)定性。

一次側(cè)整流濾波電路2由整流橋BR1和電容C34、C35組成。送入機(jī)內(nèi)的交流電壓、電流通過整流橋BR1整流成直流電壓、電流，經(jīng)過電容C34、C35濾波后送半橋軟開關(guān)逆變電路3。

半橋軟開關(guān)逆變電路3，由兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q1、Q2順向串接組成，另兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q01和Q02反向串接組成輔助開關(guān)電路，R48、R49、R54、R55分別為四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極串接驅(qū)動電阻，R50和C38；R51和C39分別為半橋主逆變電路的兩只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q1和Q2兩極(對于MOSFET器件為D和S極，對于IGBT器件為C和E極，對于MCT器件為A和K極)并聯(lián)的阻容吸收電路。輔助開關(guān)電路的兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q01和Q02反向串接后一邊接到兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q1、Q2串接組成的半橋橋臂的中點(diǎn)，另一邊則接到直流母線串接諧振電容C36和C37的中點(diǎn)。絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q01、Q02和諧振電容C36、C37以及飽和電感L2組成軟開關(guān)輔助諧振電路。以保證主開關(guān)Q1、Q2零電流導(dǎo)通，零電壓關(guān)斷。電容C40和電容C39是橋臂電容，其容量足夠大，以至于主開關(guān)Q1和Q2的每次導(dǎo)通，C點(diǎn)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(guān)條件。

從插座A1輸出的相位相差180度的非調(diào)制(定寬)驅(qū)動脈沖信號送到兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q01和Q02上；從插座A2輸出的相位相差180度的PWM(調(diào)寬)驅(qū)動脈沖信號送到兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q1和Q2上。

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

二次側(cè)整流濾波電路5由快恢復(fù)整流二極管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(nèi)部的電流給定、電流反饋、PWM脈寬調(diào)制電路、定寬互補(bǔ)脈沖信號電路和隔離驅(qū)動電路等構(gòu)成。

半橋軟開關(guān)逆變功能的實現(xiàn)

參見圖二，絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件主開關(guān)Q1和Q2順向串接成半橋結(jié)構(gòu)，而絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件輔助開關(guān)Q01和Q02反向串接后一頭接Q1和Q2串接的中點(diǎn)，另一頭接到串聯(lián)電容C36和C37的中點(diǎn)。輔助開關(guān)Q01和Q02由插座A1引入主控制板送來的相位相差1800 脈沖寬度非調(diào)制(固定脈寬)的驅(qū)動信號驅(qū)動，而主開關(guān)Q1和Q2則由插座A2引入主控制板送來的相位相差1800 脈沖寬度被調(diào)制的驅(qū)動信號(PWM信號)驅(qū)動。使得主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q01同時被驅(qū)動開通，之后Q1受PWM控制關(guān)斷，而Q01則固定脈寬滯后關(guān)斷;然后主開關(guān)Q2和輔助開關(guān)Q02同時被驅(qū)動開通，之后Q2受PWM控制關(guān)斷，而Q02則固定脈寬滯后關(guān)斷。如此反復(fù)開通和關(guān)斷，就形成了軟開關(guān)需要的開關(guān)順序邏輯條件。T5為隔離變壓器