当新型零电压软开关弧焊逆变器仿真及实验研究

新型零电压软开关弧焊逆变器仿真及实验研究

杜贵平1、2 黄石生2 王振民2 (1. 佛山科学技术学院 528000； 2. 华南理工大学 510641） Study on a Novel Zero-Voltage Soft-Switching Arc Welding Inverter Du Guiping1、2 Huang Shisheng2 Wang Zhenmin2 (Shan University; angzhou South China University Of Technology) Ab客户服务stract: A novel soft-switching topology is presented and the phase-shifted soft-switching technology and peak current injection technology are applied in the research of soft-switching arc welding inverter. The simulation and experiments resul而且大家各自为政ts indicated that the novel inverter is with full range soft-switching and is capable of auto-correction and current limiting which solves the magnetic bias of power transform effectively. Key words: arc welding inverter, soft-switching, peak current-injection phase-shifted control, computer simulation

1 前 言 弧焊逆变器由于具有体积小，重量轻，效率高等优点[1]，目前在工业生产中得到越来越广泛的应用，但是采用硬开关模式的弧焊逆变器还存在许多问题，如开关应力大，EMI比较高等缺点，这些问题成为弧焊逆变器进一步发展的瓶颈，限制了弧焊逆变器的进一步的推广和应用。本文根据功率电子领域的最新进展，应用和发展了一种采用磁开关启用优化的激磁电感，同时配合漏感和分布电感，实现大功率软开关直流变换的新型全桥零电压软开关电路拓扑,将移相控制技术和电流峰值控制技术相结合，研制出全范围软开关的新型弧焊逆变器。1 电流峰值移相控制软开关工作原理 1.1 新型零电压电路拓扑 普通移相控制全桥零电压软开关变换电路存在滞后桥臂软开关范围较窄、占空比损失较大、整流二极管电压振荡、初级有环流损耗等方面的问题[2,3]。其滞后桥臂换流时，功率变压器正处于无源状态，即续流状态，输出电感和激磁电感都不能参与滞后臂的谐振换流。激磁电感参与全桥变换器谐振换流的充要条件是器件换流期间变压器处于能量输出状态或纯电感状态[4]。因而，对这种软开关电路改进的基本原理是在滞后桥臂换流时使得变压器由续流状态转化为纯电感状态，从而启用激磁电感参与滞后桥臂的串联谐振。最简单的办法就是采用磁开关。所谓磁开关，就是指由伏该系列实验机主要用于各种钢绞线秒数决定阻抗、在趋近零电流时饱和的非线性电感。图1给出了采用磁开关启用激磁电感实现软开关的主电路原理图。 在该电路中，初级电路基本与普通全桥软开关电路相同，不同的是在变压器的次级串接了两个饱和L1、L2。采用磁开关启用恰当设置的激磁电感，同时配合漏感实现软开关的新型电路，是一种简单、可靠、经济和实用的零电压软开关直流变换电路。只要合理设置激磁电流，即可保证移相全桥变换器中领先桥臂和滞后桥臂在任何负载下都达到零压软开关[4]。超前桥臂的开关管VT1、VT3在换流过程中其工作特征与普通全桥移相软开关超前臂开关管完全类似，此时磁开关处于低阻导通状态；滞后桥臂开关管换流时，原边电流降至激磁电流，整流二极管的导通电流为零，输出电流全部流经续流二极管VDw，磁开关L1、L2都处于阻断状态，此时激磁电感被启用，它与漏感串联。由于等效串联谐振电感很大，可以认为原边电流近似保持不变，该电流继续给滞后开关管的并联电容C2、C4充、放电。因此可见，由于磁开关的作用，大大拓宽了滞后桥臂的软开关范围，明显改善了变换器的性能。1.2 峰值电流模式移相控制技术的实现 弧焊逆变器不同于传统电源，其功率开关器件导通电流等内部变量的瞬态值具有相对独立性。只有直接控制电流瞬态峰值，才能有效的快速保护石墨烯的轻、薄、透及导电性能好功率开关器件，同时克服全桥式弧焊逆变器的偏磁问题，提高其动态反应速度和可靠性。因此，本电源采用峰值电流控制模式。它是将代表了开关管瞬态电流信息的动态信 跟一个频率和幅值很小且恒定的锯齿波信号 叠加，然后再与参考电压信号 进行比较，共同决定导通比d 的大小。导通比d既与参考电压成正比，又与开关管瞬态电流到达峰值的时刻相关。从而保证开关管的瞬态电流峰