[發明專利]一種軟開關逆變弧焊電源的兩級連續PWM控制方法

無效

• 申請號: 201010132769.0
• 申請日: 2010-03-24
• 公開（公告）號: CN101804496A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 姚河清;傅強;張俊濤;徐勇;張振淑;姚瑤;王欣仁
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B23K9/10
• 分類號: B23K9/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種軟開關逆變弧焊電源的PWM(脈沖寬度調制)控制方法，屬于焊接電 源控制技術領域。

背景技術

軟開關技術由于具有開關損耗低、電壓和電流的應力小、電磁干擾低，可靠性好等優 點，廣泛用于逆變弧焊電源中。圖1(a)為一種常見軟開關逆變電源的電路拓撲結構，圖 中，UI為三相整流后的直流電源，電壓為540V左右，固定臂由開關管VT1和VT2組成， 通過隔直電容C_b、變壓器漏感L_1k和飽和電感L_R實現零電流開關。移動臂由開關管VT3和 VT4組成，通過并聯電容C3和C4實現零電壓開關。

目前，逆變弧焊電源都是采用PWM控制方式，通過調節占空比調節電源輸出，采用固定 臂VT1、VT2的占空比保持不變，調節移動臂VT3、VT4的占空比來實現軟開關PWM控制。 見圖1(b)所示的開關管的驅動電壓波形，VT1、VT4同時導通，通過調節VT₄的占空比來 控制正向電路的導通和截止，VT₁保持最大占空比。VT2、VT3同時導通；通過調節VT₃的占 空比來控制反向電路的導通和截止，VT₂保持最大占空比。

圖2為采用圖1所示的主電路和控制波形的電源外特性曲線圖，其中曲線A為恒流控 制曲線；曲線B為理論上的700W恒功率曲線；曲線C為恒壓控制曲線。在小功率范圍內 外特性波形失控，恒流控制和恒壓控制波形區域趨于一致，此時移動臂的占空比已經調節 為零，弧焊電源依然保持一定的功率(約為700W)輸出，由此可見，逆變弧焊電源無法實現 在小功率范圍內的有效調節。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，提出了一種適合于軟開關逆變電源的兩級連 續PWM控制方法，實現了逆變弧焊電源全功率輸出范圍的連續可調。

本發明采用的技術方案是：軟開關逆變主電路采用全橋逆變結構，固定臂的占空比保 持不變，調節移動臂的占空比實現PWM控制，當PWM控制信號Uc＞0時，固定臂占空比最大 保持不變，調節移動臂的占空比實現輸出功率的調節；當PWM控制信號Uc≤0時，移動臂的 占空比為零保持不變，調節固定臂占空比實現輸出功率的調節。

本發明的有益效果是：

1、本發明在現有的軟開關逆變電源的PWM控制基礎上，增添了一級對固定臂的PWM控 制，實現軟開關逆變電源輸出功率在零到額定功率的全范圍的連續可調，沒有不可控范圍的 限制。

2、無論主電路工作在全橋或半橋逆變的狀態下，其PWM載波體系始終一致。

附圖說明

圖1是背景技術中軟開關逆變弧焊電源主電路和控制波形。

圖2是采用圖1所示的主電路和控制波形的電源外特性曲線圖。

圖3是本發明兩級連續PWM控制方法的原理說明圖；圖3(a)為兩級連續PWM控制方 法的原理；圖3(b)為以PI調節為例的系統控制原理圖；圖3中：U₀為PWM載波最大值； Uc為PWM的控制信號。

圖4是采用兩級連續PWM控制方法之后的軟開關逆變電源的恒流輸出特性，圖4(a) 為30A的恒流輸出特性曲線圖，圖4(b)為20A的恒流輸出特性曲線圖。

具體實施方式

全橋零電壓零電流逆變弧焊電源主電路和控制波形如圖1所示。圖1(a)為軟開關逆 變弧焊電源主電路的全橋逆變結構，UI為540V的三相全橋不可控整流電源，開關管VT1、 VT2組成固定臂，通過隔直電容C_b、變壓器漏感L_1k和飽和電感L_R實現零電流開關。開關管 VT3、VT4組成移動臂，通過并聯電容C3和C4實現零電壓開關。開關管的驅動電壓波形如 圖1(b)所示，開關管VT1、VT4同時導通，開關管VT2、VT3同時導通；固定臂的占空比 保持不變，移動臂占空比可調。

當移動臂的占空比調節為零時，電源的輸出功率并不為零。這是因為此時電路已經進 入了半橋工作狀態。原先用于實現移動臂零電壓開關的并聯電容C3、C4在一個工作周期內 實現充放電，限制了功率的下降。此時電源的輸出功率為：