詳解半橋軟開(kāi)關(guān)逆變式焊機的電路原理

電路工作原理如下述：

上一個(gè)周期剛結束時(shí)，電容C36已放完電荷，端電壓為零；電容C37已充滿(mǎn)電荷，端電壓為直流母線(xiàn)電壓U。

本周期開(kāi)始，首先，主開(kāi)關(guān)Q1和輔助開(kāi)關(guān)Q01導通時(shí)，電流會(huì )沿著(zhù)“+” → “Q1” → “B” →“T4一次側” → “T5一次側” → “L2” → “C”。變壓器T5將電能傳送到二次側，二次側整流二極管D16導通，電感L4儲能。 主開(kāi)關(guān)Q1開(kāi)通時(shí)，由于飽和電感L2的作用，流過(guò)飽和電感L2和主開(kāi)關(guān)Q1的電流會(huì )從零開(kāi)始線(xiàn)性上升，故主開(kāi)關(guān)Q1屬于零電流開(kāi)通。主開(kāi)關(guān)Q1開(kāi)通后，B點(diǎn)電壓等同于直流母線(xiàn)“+”的電壓U(略去主開(kāi)關(guān)Q1導通壓降)，因此輔助開(kāi)關(guān)Q01兩端沒(méi)有電壓，同樣也沒(méi)有電流流過(guò)，故輔助開(kāi)關(guān)Q01屬于零電壓、零電流開(kāi)通。過(guò)后，主開(kāi)關(guān)Q1會(huì )PWM關(guān)斷，由于二次側電感L4電流不能突變，使得二次側整流二極管D16電流逐步分流到整流二極管D15上，最終，兩組整流二極管同時(shí)導通，中頻變壓器T5一次側和二次側均被短路。

主開(kāi)關(guān)Q1關(guān)斷后，飽和電感L2和中頻變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感中電流不能突變，繼續沿著(zhù)“A” →“Q01” →“Q02體內二極管” →“B” →“T4一次側” → “T5一次側” → “L2” →“C”的路徑流動(dòng)，電容C36被線(xiàn)性充電，電容C37被線(xiàn)性放電，A點(diǎn)和B點(diǎn)電壓緩慢下降。主開(kāi)關(guān)Q1兩端電壓由零開(kāi)始線(xiàn)性上升，所以主開(kāi)關(guān)Q1屬于零電壓關(guān)斷，隨著(zhù)時(shí)間的推移，電容C36被充上電壓值為U的母線(xiàn)電壓，電容C37放電到電壓值為零，此時(shí)飽和電感L2和變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感的電流轉變路徑，沿著(zhù)“-” →“Q2體內二極管” → “B” → “T4一次側” → “T5一次側” → “L2” → “C”繼續流動(dòng)，此時(shí)使輔助開(kāi)關(guān)Q01關(guān)斷，可見(jiàn)Q01屬于零電壓、零電流關(guān)斷。

這個(gè)周期結束后，電容C37已放完電荷，端電壓為零；電容C36已充滿(mǎn)電荷，端電壓為直流母線(xiàn)電壓U。

接著(zhù)下一個(gè)周期開(kāi)始，主開(kāi)關(guān)Q2和輔助開(kāi)關(guān)Q02同時(shí)道通，電流會(huì )沿著(zhù)“C” → “L2” → “T5一次側” → “T4一次側” → “B” →“Q2” →“-”。變壓器T5將電能傳送到二次側，二次側整流二極管D15導通，電感L4儲能。 主開(kāi)關(guān)Q2開(kāi)通時(shí)，由于飽和電感L2的作用，流過(guò)飽和電感L2和主開(kāi)關(guān)Q2的電流會(huì )從零開(kāi)始線(xiàn)性上升，故主開(kāi)關(guān)Q2屬于零電流開(kāi)通。主開(kāi)關(guān)Q2開(kāi)通后，B點(diǎn)電壓等同于直流母線(xiàn)“-”的電壓(略去主開(kāi)關(guān)Q2導通壓降)，因此輔助開(kāi)關(guān)Q02兩端沒(méi)有電壓，同樣也沒(méi)有電流流過(guò)，故輔助開(kāi)關(guān)Q02屬于零電壓、零電流開(kāi)通。過(guò)后，主開(kāi)關(guān)Q2會(huì )PWM關(guān)斷，由于二次側電感L4電流不能突變，使得二次側整流二極管D15電流逐步分流到整流二極管D16上，最終，兩組整流二極管同時(shí)導通，中頻變壓器T5一次側和二次側均被短路。

主開(kāi)關(guān)Q2關(guān)斷后，飽和電感L2和中頻變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感中電流不能突變，繼續沿著(zhù)“C” →“L2” →“T5一次側” → “T4一次側” → “B” →“Q02” → “Q01體內二極管” →“A”的路徑流動(dòng)，電容C37被線(xiàn)性充電，電容C36被線(xiàn)性放電，A點(diǎn)和B點(diǎn)電壓緩慢上升。主開(kāi)關(guān)兩兩端電壓由零開(kāi)始線(xiàn)性上升，所以主開(kāi)關(guān)Q2屬于零電壓關(guān)斷，隨著(zhù)時(shí)間的推移，電容C37被充上電壓值為U的母線(xiàn)電壓，電容C36放電到電壓值為零，此時(shí)飽和電感L2和變壓器T5的漏感以及逆變電路分布電感的電流轉變路徑，沿著(zhù)“C” →“L2” →“T5一次側” → “T4一次側” → “B” →“Q1體內二極管” →“+”繼續流動(dòng)，此時(shí)使輔助開(kāi)關(guān)關(guān)斷，可見(jiàn)Q02屬于零電壓零電流關(guān)斷。

如此周而復始，就實(shí)現了半橋軟開(kāi)關(guān)逆變功能?？梢钥闯?，兩組主開(kāi)關(guān)工作于零電流開(kāi)通、零電壓關(guān)斷的狀態(tài)，實(shí)現了主開(kāi)關(guān)的軟開(kāi)關(guān)功能，達到了減小主開(kāi)關(guān)電壓電流應力，減小了引起電磁干擾的開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓電流變化率，減小了主開(kāi)關(guān)器件因開(kāi)關(guān)損耗帶來(lái)的發(fā)熱熱量。同時(shí)，用于協(xié)同創(chuàng )造軟開(kāi)關(guān)條件的輔助開(kāi)關(guān)更是工作在零電壓、零電流開(kāi)通和零電壓、零電流關(guān)斷狀態(tài)。因此，兩組輔助開(kāi)關(guān)只承受很小的開(kāi)關(guān)電壓、電流應力，引起電磁干擾和因開(kāi)關(guān)損耗帶來(lái)的發(fā)熱熱量都很小。滿(mǎn)足半橋軟開(kāi)關(guān)逆變功能的驅動(dòng)脈沖電路實(shí)現

參見(jiàn)圖三

U1為一電流型PWM集成電路，其1腳為軟啟動(dòng)端，外接分壓電阻R13、R26和電容C14組成軟啟動(dòng)定時(shí)電路；2腳為5.1V內部基準穩壓電源；3腳和12腳接電源地；4腳為一次側脈沖電流信號輸入端；5腳為誤差信號電壓輸入端，5腳6腳和7腳內部為一運放電路，5腳為該運放輸入同相端，6腳為該運放電路反相端，7腳為該運放輸出端，6腳7腳相連，內部運放接成了以5腳為輸入端的射極跟隨器；8腳外接電容C17為PWM定頻電容；9腳外接電阻R31為PWM定頻電阻；10腳為同步信號輸出端；11腳和14腳為PWM脈沖信號的兩個(gè)互補輸出端；13腳和15腳為電源供電端；16腳為脈沖關(guān)斷端。從11腳和14腳輸出的相位相差1800 的互補的PWM脈沖信號送到由MOSFET管M5、M6、M7、M8組成的功率放大驅動(dòng)電路后由隔離驅動(dòng)變壓器T2隔離，分成兩組由二極管D5、D13電阻R22、R41、R42、R43電容C22、C23整形后通過(guò)插座A2送至主開(kāi)關(guān)Q1和Q2柵極。

這組PWM信號的脈沖寬度是變化的，其脈沖寬度是根據焊接電流給定與實(shí)際焊接輸出電流的誤差而不停調整變化的。

從PWM集成電路U1的8腳取出，通過(guò)集成電路U2B射極跟隨放大后的鋸齒波信號;從PWM集成電路U1的10腳取出的脈沖同步信號;11腳和14腳取出的PWM脈沖信號以及從PI調節器送來(lái)的放大調節后的誤差信號一起送到由集成電路U3A、U3B、U4A、U4B、U5A、U5B、U6和U7以及電阻R1、R2、R3、R4、R11、R12、R16電容C1等組成的脈沖鎖相，分頻電路，其輸出通過(guò)由MOSFET管M1、M2、M3、M4組成的功率放大驅動(dòng)電路后由隔離驅動(dòng)變壓器T1隔離，分成兩組由二極管D1、D6電阻R9、R10、R21、R23電容C2、C3整形后通過(guò)插座A1送至輔助開(kāi)關(guān)Q01和Q02柵極。這組相位相差1800驅動(dòng)信號的脈沖