[發(fā)明專利]單相全橋逆變拓撲偏磁分級處理電路及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410004776.0
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN103737155A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 段彬;張承慧;張光先;張少芳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K9/10
• 分類號: B23K9/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種偏磁分級處理電路，尤其涉及單相全橋逆變拓撲偏磁分級處理電路及方法。

背景技術

單相全橋逆變電路，一般由四個功率開關器件和變壓器構成。相比半橋電路結構，每個功率開關器件承受的電流減少一半，因此，全橋逆變電路是大功率能量變換設備的首選，例如輸出電流在400A以上的逆變焊接電源基本采用此結構。但是，該電路不具備抑制變壓器偏磁的能力，造成系統(tǒng)可靠性低。

當兩個PWM半周期內施加在主變壓器上的脈沖幅度或寬度不等時，變壓器中將產生直流分量。勵磁電流的急劇變化，使磁化曲線嚴重畸變，產生變壓器偏磁現(xiàn)象，造成原邊電流過流，使功率器件等的熱損耗加大，引發(fā)其永久性破壞，危及系統(tǒng)安全。然而，此時在輸出電流中一般不會產生明顯的特征信號，且系統(tǒng)偏磁時，變壓器原邊電流陡升時間一般在幾個微秒之內，因此偏磁信號檢測和控制處理的時間越快越好。

目前主要采用增加隔直電容器、增大變壓器磁路氣隙、串聯(lián)線性電感等方法來抑制偏磁，但是這些方法存在易增大變壓器體積、無法完全消除偏磁、降低系統(tǒng)動態(tài)響應等諸多問題。申請?zhí)枮?01110352645.8的發(fā)明專利“逆變焊接電源智能偏磁檢測與處理裝置”，提出了一種新的偏磁實時檢測電路，該方法能夠及時檢測出的偏磁時刻和強度，并由數(shù)字控制器采取相應地控制策略，但是當偏磁情況極為嚴重，幾個微秒內將造成系統(tǒng)損壞，該方法將難以保證這種嚴重偏磁情況下系統(tǒng)的安全和可靠性。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明公開了單相全橋逆變拓撲偏磁分級處理電路及方法，該方法通過區(qū)分偏磁嚴重程度，將其分為嚴重偏磁和一般偏磁兩種級別，采取分級處理措施，在能夠及時保證系統(tǒng)安全的同時，根據(jù)電路產生的偏磁時刻和強弱，在數(shù)字控制器中編程實現(xiàn)不同的控制策略，達到消除偏磁現(xiàn)場，提高系統(tǒng)可靠性的目的，可廣泛應用于基于全橋逆變電路結構的系統(tǒng)中，具有重要的實際意義和應用價值。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

單相全橋逆變拓撲偏磁分級處理電路，包括用于采集原邊電流并進行信號處理的第一傳感器及信號調理模塊，第一傳感器及信號調理模塊與比例調節(jié)器相連，經(jīng)過比例調節(jié)器處理后的原邊電流信號分兩路，一路通過A通道與預置給定信號進入第一比較器，第一比較器與第一信號調理模塊相連，第一信號調理模塊與數(shù)字控制器相連；

另一路通過B通道與處理后的輸出電流信號進入第二比較器，第二比較器與第二信號調理模塊相連，第二信號調理模塊與數(shù)字控制器相連。

所述處理后的輸出電流信號為經(jīng)過第二傳感器及信號調理模塊及加法器處理的信號。

所述加法器還與調節(jié)電壓輸入模塊相連。

所述比例調節(jié)器為由電阻R7、R8和運算放大器U_{1_1B}組成，比例調節(jié)器用于調節(jié)原邊電流信號的幅值。

所述預置給定信號為UP經(jīng)電阻R11和R12分壓及C2濾波后的信號。

所述調節(jié)電壓輸入模塊由電阻R1和用于分壓的電位器R2以及用于濾波電容C1組成。

所述加法器由電阻R3、R4、R5、R6和運算放大器U_{1_1A}組成。

所述第一信號調理模塊為上拉電阻R10；所述第二信號調理模塊為上拉電阻R9。

所述第一傳感器及信號調理模塊中的信號調理模塊，由整流橋D1_1、R13、R12和運算放大器U_{1_1C}組成；所述第二傳感器及信號調理模塊中的信號調理模塊，由R11和運算放大器U_{1_1D}組成。

單相全橋逆變拓撲偏磁分級處理方法，包括以下步驟：

由電流傳感器獲取變壓器原邊電流信號，并經(jīng)信號調理電路轉換成同相脈沖電流信號，經(jīng)比例調節(jié)器，輸出幅值可調的原邊電流信號，與預置給定的信號比較；

同時，由電流傳感器實時獲取系統(tǒng)輸出電流，并轉換成電壓信號，由調節(jié)電壓輸入模塊及加法器處理后輸出幅度可調的反饋信號；

當原邊電流信號大于預置給定的信號時，為嚴重偏磁，原邊電流信號將通過分支通路A，經(jīng)比較器輸出高電平的PWM封鎖信號，再經(jīng)過上拉電阻，保證此信號無誤地送入數(shù)字控制器處理，數(shù)字控制器將此情況的優(yōu)先級設置為最高，一旦接收到該信號，將立刻封鎖驅動脈沖，保證系統(tǒng)安全；