全橋逆變電路在焊接電源中的應(yīng)用

(2)原邊串入無(wú)極性隔直電容C5。全橋變換器工作時(shí)變壓器雙向激磁，存在固有的偏磁問(wèn)題。造成的原因是正負(fù)脈沖不對(duì)稱，變壓器電壓存在直流分量，使偏磁迅速積累至磁芯飽和，導(dǎo)致電流無(wú)限制上升，逆變失敗。加入一個(gè)無(wú)極性隔直電容，可有效防止直流偏磁。另外本系統(tǒng)采用峰值電流控制，逐個(gè)限制每個(gè)電流脈沖的峰值，迫使正負(fù)脈沖波形對(duì)稱。兩者配合使用可從根本上解決偏磁問(wèn)題。

(3)在輸出整流部分引入一個(gè)反并聯(lián)的續(xù)流二級(jí)管D7。在環(huán)流階段，由濾波電感Lf提供的負(fù)載電流大部分可以通過(guò)D7構(gòu)成回路進(jìn)行續(xù)流，可以有效減小由變壓器副邊反射到原邊的續(xù)流電流，從而減小占空比損失和環(huán)流階段的導(dǎo)通損耗。

(4)加入吸收電路。由于輸出整流二級(jí)管反向恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)較高的電壓過(guò)沖和高頻震蕩，容易損壞二級(jí)管并發(fā)熱嚴(yán)重。加入由Rs和Cs構(gòu)成的吸收電路后，可明顯改善整流電壓波形。另外如有需要，主開(kāi)關(guān)器件兩端也可并聯(lián)RCD網(wǎng)絡(luò)。

3 控制電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)前述逆變焊機(jī)恒流帶外拖的特性曲線，本方案選用UNTRODE公司的專用集成移相芯片UC3879，并配合外圍電路，通過(guò)多環(huán)分段控制方法來(lái)完成控制要求。

UC3879是一種能進(jìn)行相位調(diào)制的PWM專用集成芯片。可獨(dú)立調(diào)節(jié)兩對(duì)互補(bǔ)輸出脈沖的死區(qū)時(shí)間，為兩橋臂不同的諧振過(guò)程創(chuàng)造條件。其相位調(diào)制原理為：給定指令信號(hào)由芯片腳3(EA)端輸入，經(jīng)內(nèi)部誤差放大器后輸出誤差信號(hào)Ve，與由芯片腳19(RAMP)端輸入的鋸齒波進(jìn)行比較，輸出脈寬可調(diào)的PWM波形，去改變兩橋臂的相位關(guān)系。

在本方案所采用的峰值電流控制模式下，腳19(RAMP)端的鋸齒波信號(hào)是從變壓器原邊的電流信號(hào)經(jīng)采樣整流得到的。但由于實(shí)際上原邊電流信號(hào)波形上升斜率較緩，與給定比較時(shí)，容易因?yàn)楦蓴_或毛刺抖動(dòng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先將原邊電流的采樣整流值與芯片定時(shí)電容CT上的鋸齒波相疊加，經(jīng)過(guò)斜坡補(bǔ)償后，再送入腳19(RAMP)端進(jìn)行比較控制。峰值電流控制過(guò)程如圖4所示。

外特性分段控制方法及芯片外圍邏輯電路接法如圖5所示。圖5(a)中，變壓器原邊電流通過(guò)一個(gè)自制的1：100電流互感器采樣并整流后得到is，經(jīng)過(guò)采樣電阻得到合適的電壓信號(hào)并與定時(shí)電容CT上的鋸齒波相疊加，輸入到腳19(RAMP)端。腳4(CS)端用作過(guò)流保護(hù)，當(dāng)此腳電壓高于2．5V時(shí)將封鎖輸出脈沖。A點(diǎn)接由圖5(b)產(chǎn)生的指定信號(hào)。圖5(b)即為焊機(jī)的外特性實(shí)現(xiàn)電路．包括以下三個(gè)部分。

(1)恒流特性實(shí)現(xiàn) 理論上原邊電流峰值與副邊輸出焊接電流大小是能夠相互反映的，因此，只需給定變壓器原邊脈沖電流的峰值，讓原邊脈沖電流與給定峰值的交點(diǎn)來(lái)決定移相角的大小，就能實(shí)現(xiàn)恒流控制。圖5(b)中Iref即為電流峰值給定值。

(2)外拖特性實(shí)現(xiàn) 正常工作時(shí)，輸出電壓反饋值Vfb大于外拖給定值Vz，比較器U3的輸出為零，對(duì)加法器U4沒(méi)有影響，焊接電流由恒流給定值Iref決定；當(dāng)焊槍與工件粘連短路時(shí)，Vfb小于VZ，比較器U3的輸出為高，相當(dāng)于給增大了Iref，UC3879內(nèi)部誤差放大器的輸出Ve也增大，焊接電流則隨之增大，從而實(shí)現(xiàn)外拖。

(3)空載電壓限制 如果僅儀對(duì)電流進(jìn)行負(fù)反饋控制，那么空載時(shí)UC3879將始終以最大脈寬輸出，造成不必要的浪費(fèi)且安全性降低。單獨(dú)設(shè)計(jì)一路由比較器U1構(gòu)成的電壓調(diào)節(jié)器，對(duì)焊機(jī)的空載電壓進(jìn)行負(fù)反饋控制，當(dāng)Vfb大于空載電壓給定值Vk時(shí)，U1輸出一個(gè)較高電平封鎖C點(diǎn)輸出，并使UC3879輸出脈沖移相角為180°，即有效脈寬為0°，使輸出電壓減小。這樣，UC3879輸出控制信號(hào)的移相角在0°和180°之間交替變化，不僅獲得恒定的空載電壓，而且減小了空載損耗。

4 驅(qū)動(dòng)隔離設(shè)計(jì)

本方案設(shè)計(jì)頻率為100kHz，主開(kāi)關(guān)管處于高頻動(dòng)作狀態(tài)，要求盡可能縮短M0SFET柵源電壓的上升時(shí)間和下降時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗。因此驅(qū)動(dòng)電路要有較大的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路到主電路的引線要盡量短，減小柵極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗。本方案所采用的高頻驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。

其中IN接自來(lái)于UC3879的輸出脈沖信號(hào)，CND1接控制電路地信號(hào)，GND2接被驅(qū)動(dòng)MOS-FET的源極。6N137是一個(gè)高速光耦，傳輸延遲時(shí)間僅有40 ns。從控制電路來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后送至驅(qū)動(dòng)電路，使得控制電路和驅(qū)動(dòng)電路有較好的電氣隔離，消除對(duì)控制電路的十?dāng)_。MAX4426是一個(gè)專門用于M0SFET的高頻驅(qū)動(dòng)芯片，其內(nèi)部有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，可以很容易地并聯(lián)以提供較大的輸出功率。典型上升、下降時(shí)間僅為20ns，延遲時(shí)間小大于40ns，可工作于1MHz，提供1．5A的峰值輸出電流。

5 實(shí)驗(yàn)波形

為了驗(yàn)證實(shí)際效果，試制了一臺(tái)逆變弧焊電源樣機(jī)。設(shè)計(jì)容量為6kW；開(kāi)關(guān)頻率100kHz；輸入220V交流電網(wǎng)電壓，輸入濾波電容采用4個(gè)470μF／450V的