詳解半橋軟開關(guān)逆變式焊機(jī)的電路原理

電路工作原理如下述：

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

本周期開始，首先，主開關(guān)Q1和輔助開關(guān)Q01導(dǎo)通時(shí)，電流會(huì)沿著“+” → “Q1” → “B” →“T4一次側(cè)” → “T5一次側(cè)” → “L2” → “C”。變壓器T5將電能傳送到二次側(cè)，二次側(cè)整流二極管D16導(dǎo)通，電感L4儲(chǔ)能。 主開關(guān)Q1開通時(shí)，由于飽和電感L2的作用，流過飽和電感L2和主開關(guān)Q1的電流會(huì)從零開始線性上升，故主開關(guān)Q1屬于零電流開通。主開關(guān)Q1開通后，B點(diǎn)電壓等同于直流母線“+”的電壓U(略去主開關(guān)Q1導(dǎo)通壓降)，因此輔助開關(guān)Q01兩端沒有電壓，同樣也沒有電流流過，故輔助開關(guān)Q01屬于零電壓、零電流開通。過后，主開關(guān)Q1會(huì)PWM關(guān)斷，由于二次側(cè)電感L4電流不能突變，使得二次側(cè)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(dǎo)通，中頻變壓器T5一次側(cè)和二次側(cè)均被短路。

主開關(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(xù)沿著“A” →“Q01” →“Q02體內(nèi)二極管” →“B” →“T4一次側(cè)” → “T5一次側(cè)” → “L2” →“C”的路徑流動(dòng)，電容C36被線性充電，電容C37被線性放電，A點(diǎn)和B點(diǎn)電壓緩慢下降。主開關(guān)Q1兩端電壓由零開始線性上升，所以主開關(guān)Q1屬于零電壓關(guān)斷，隨著時(shí)間的推移，電容C36被充上電壓值為U的母線電壓，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(zhuǎn)變路徑，沿著“-” →“Q2體內(nèi)二極管” → “B” → “T4一次側(cè)” → “T5一次側(cè)” → “L2” → “C”繼續(xù)流動(dòng)，此時(shí)使輔助開關(guān)Q01關(guān)斷，可見Q01屬于零電壓、零電流關(guān)斷。

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

接著下一個(gè)周期開始，主開關(guān)Q2和輔助開關(guān)Q02同時(shí)道通，電流會(huì)沿著“C” → “L2” → “T5一次側(cè)” → “T4一次側(cè)” → “B” →“Q2” →“-”。變壓器T5將電能傳送到二次側(cè)，二次側(cè)整流二極管D15導(dǎo)通，電感L4儲(chǔ)能。 主開關(guān)Q2開通時(shí)，由于飽和電感L2的作用，流過飽和電感L2和主開關(guān)Q2的電流會(huì)從零開始線性上升，故主開關(guān)Q2屬于零電流開通。主開關(guān)Q2開通后，B點(diǎn)電壓等同于直流母線“-”的電壓(略去主開關(guān)Q2導(dǎo)通壓降)，因此輔助開關(guān)Q02兩端沒有電壓，同樣也沒有電流流過，故輔助開關(guān)Q02屬于零電壓、零電流開通。過后，主開關(guān)Q2會(huì)PWM關(guān)斷，由于二次側(cè)電感L4電流不能突變，使得二次側(cè)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(dǎo)通，中頻變壓器T5一次側(cè)和二次側(cè)均被短路。

主開關(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(xù)沿著“C” →“L2” →“T5一次側(cè)” → “T4一次側(cè)” → “B” →“Q02” → “Q01體內(nèi)二極管” →“A”的路徑流動(dòng)，電容C37被線性充電，電容C36被線性放電，A點(diǎn)和B點(diǎn)電壓緩慢上升。主開關(guān)兩兩端電壓由零開始線性上升，所以主開關(guān)Q2屬于零電壓關(guān)斷，隨著時(shí)間的推移，電容C37被充上電壓值為U的母線電壓，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(zhuǎn)變路徑，沿著“C” →“L2” →“T5一次側(cè)” → “T4一次側(cè)” → “B” →“Q1體內(nèi)二極管” →“+”繼續(xù)流動(dòng)，此時(shí)使輔助開關(guān)關(guān)斷，可見Q02屬于零電壓零電流關(guān)斷。

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

參見圖三

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(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源；3腳和12腳接電源地；4腳為一次側(cè)脈沖電流信號(hào)輸入端；5腳為誤差信號(hào)電壓輸入端，5腳6腳和7腳內(nèi)部為一運(yùn)放電路，5腳為該運(yùn)放輸入同相端，6腳為該運(yùn)放電路反相端，7腳為該運(yùn)放輸出端，6腳7腳相連，內(nèi)部運(yùn)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(hào)輸出端；11腳和14腳為PWM脈沖信號(hào)的兩個(gè)互補(bǔ)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(bǔ)的PWM脈沖信號(hào)送到由MOSFET管M5、M6、M7、M8組成的功率放大驅(qū)動(dòng)電路后由隔離驅(qū)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整形后通過插座A2送至主開關(guān)Q1和Q2柵極。

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

從PWM集成電路U1的8腳取出，通過集成電路U2B射極跟隨放大后的鋸齒波信號(hào);從PWM集成電路U1的10腳取出的脈沖同步信號(hào);11腳和14腳取出的PWM脈沖信號(hào)以及從PI調(diào)節(jié)器送來的放大調(diào)節(jié)后的誤差信號(hào)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，其輸出通過由MOSFET管M1、M2、M3、M4組成的功率放大驅(qū)動(dòng)電路后由隔離驅(qū)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整形后通過插座A1送至輔助開關(guān)Q01和Q02柵極。這組相位相差1800驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖