[發明專利]用于焊機的雙單管電壓嵌位二極管逆變雙系統高頻電路

在審

• 申請號: 202010946328.8
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN111992857A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 胡寶良
• 申請（專利權）人: 胡寶良
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K9/16;B23K9/133;B23K9/32
• 代理公司: 上海申浩律師事務所 31280
• 代理人: 陶國南

本發明公開了一種用于焊機的雙單管電壓嵌位二極管逆變雙系統高頻電路，包括直流輸入單元、雙單管正激雙系統逆變電路單元、直流輸出單元、PWM電路和隔離推動電路，所述雙單管正激雙系統逆變電路單元包括第一雙單管正激逆變電路單元和第二雙單管正激逆變電路單元。本發明實現了功率開關管同步導通與關斷，與單管工作效率保持一致；第一雙單管正激逆變電路單元和第二雙單管正激逆變電路單元組成的雙系統的驅動波形強制錯位，達到的效果是兩個系統交替工作于激勵狀態，兩個系統交替工作的實質是第一高頻變壓器和第二高頻變壓器交替輸入和輸出交流電壓，次級電壓相序錯開，達到了電壓疊加而增大頻率和增大功率的效果，然后通過整流濾波獲得直流電壓輸出。

技術領域

本發明涉及一種高頻電路，尤其涉及一種用于焊機的雙單管電壓嵌位二極管逆變雙系統高頻電路。

背景技術

現有功率器件品種較多，但適用于大功率高電壓和高頻率應用的功率器件均受到不同的材料、制造成本和技術的限制。現有適用于高頻逆變功率器件主要有VMOS、IGBT和碳化硅技術(碳化硅是在硅半導體基礎上更新發展出來的更先進的新型半導體。其特點是由其構成的功率器件在大電流，耐高壓和響應速度上均超過硅半導體材料。)產生的新器件。

VMOS是最利于適用于高頻功率變換的，其頻率高、導通損耗低，但其耐壓等級限制在一個等級范圍內，相對于380V的三相供電電壓等級應用是不適用的。雖有電氣技術可以實現高壓大功率成熟應用，但作為本報告限于民用、工業用大規模化產品其成本構成是不適用的。VMOS的電氣構造原理限制了其耐壓等級。

IGBT是在結合晶體管與MOS管二者優勢派生的一種十分適用于超大功率逆變應用的一種器件，推動了逆變功率產品的飛躍進步。現有成熟應用產品分單管封裝和模塊兩大類。其中單管封裝IGBT高頻性能型英飛凌產第三代高速系列單管封裝IGBT可達到70KHz開關頻率而保有額定電氣參數；普及化規模化生產應用晶圓也至少達到40KHz開關頻率而保有額定電氣參數。模塊封裝IGBT一般300A以下是半橋封裝形式。在超音頻(20KHz) 范疇應用十分穩定可靠，各項損耗總值相對偏低。但超過這個頻率范疇損耗明顯增大，即不再適用。模塊封裝IGBT的電氣構成原理限制了其開關頻率等級。

單管激勵的開關電源電路，其特點是電路簡單，電壓工作范圍寬。其缺點是對一次線圈勵磁電流予以推動的功率開關管電壓等級高，電路轉換效率偏低，僅適用于較小功率，開關電源大量采用。

半橋逆變技術中，兩組具有一定死區時間的驅動波形分別作用于兩只 IGBT管，呈交替驅動導通形式。連接逆變隔離變壓器一次線包下端的是兩只電容，其電壓為電源直流電壓的1/2。第一個開關管開通時，第二個開關管是關閉的，將電源直流電壓正加載到變壓器一次線包的下端。這樣形成逆變隔離變壓器一次線包上下端的電壓差，形成勵磁電流。待第一個開關管關閉后，再經過死區時間延遲，第二個開關管開通，將電源直流電壓負加載到變壓器一次線包的下端。形成逆變隔離變壓器一次線包上下端的電壓負差，形成與第一個開關管開通時極性相反的勵磁電流。如此循環，在逆變隔離變壓器一次線包上形成交替的反極性勵磁電流，二次感應電動勢也形成交變形式，逆變形成。該技術相對于單管激勵模式是利用了逆變隔離變壓器雙極性勵磁，電磁轉換效率高。但是半橋逆變的缺點是其相對于全橋模式一半橋臂用電容予以實現，其電壓變化范圍減半相對同等輸出額定功率條件一次電流需要大一倍。也正是電容成為了承擔橋臂的電氣功能，半橋電路固有的缺陷體現在輸出電氣參數調節的響應速度上有明顯的不足。半橋橋式逆變電路一般應用于焊接類產品時局限于手弧焊類降特性電源，不能勝任動特性高的電源。

推挽型逆變式相對于半橋電路十分接近，首先其驅動信號一致，兩功率管交替導通。還沒有半橋逆變中電容帶來的動特性弊端。但其性能的優劣主要受逆變隔離變壓器的工藝限制，也不適合較大功率模式。