【正文】 ，一般要求負(fù)載電流為10%額定電流時(shí)電感電流連續(xù)，輸出功率為，則輸入功率為。本設(shè)計(jì)則從能量角度估算電容值，即輸入濾波電容要能為后續(xù)電路提供所需的足夠的能量，以保證其按要求運(yùn)行。整流橋的耐壓整流二極管的峰值電壓為： V ()取50%的裕量得： V ()整流橋的額定電流因?yàn)殡娫吹妮斎牍β孰S效率變化，所以應(yīng)取電源效率最差時(shí)的值。(3) 阻止噪聲由輸出回路進(jìn)入負(fù)載，在主電路輸出回路中接入了旁路電容器。主電路中還考慮了其它一些保護(hù)和抗干擾電路設(shè)計(jì)：(1) 輸出整流二極管設(shè)置了阻容網(wǎng)絡(luò)，用以吸收二極管開(kāi)關(guān)工作以及變壓器接線電感所產(chǎn)生的浪涌，保護(hù)開(kāi)關(guān)元件。柵極驅(qū)動(dòng)amp。在大電感負(fù)載下，IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間不宜過(guò)短，以限制di/dt形成過(guò)大的尖峰電壓，防止IGBT因過(guò)電壓擊穿而損壞。根據(jù)IGBT的特性，它對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有以下特殊要求:(1) 柵極驅(qū)動(dòng)電壓的選擇要綜合考慮正偏壓降（+UGE）增大時(shí)，IGBT通態(tài)壓降和開(kāi)通損耗均下降?！GBT等效電路② 安全工作區(qū)IGBT開(kāi)通的正向偏置安全工作區(qū)是由電流、電壓、功耗三條邊界極限包圍而成。此外，在IGBT關(guān)斷過(guò)程中，由于重加dUCE/dt過(guò)大，在PN結(jié)J2引起的位移電流流過(guò)體區(qū)電阻，產(chǎn)生較大正偏置電壓，致使寄生晶體管導(dǎo)通，稱為動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)。在規(guī)定的集極電流范圍內(nèi)，這個(gè)正偏置電壓不大，NPN晶體管不起作用。而采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的目的就是改變其開(kāi)關(guān)曲線軌跡，使其達(dá)到曲線b所示軌跡，而不是曲線a。當(dāng)柵極電壓小于開(kāi)啟電壓UGE（th）時(shí)，IGBT處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)UGE＞UGE（th）且為一定值時(shí)，IGBT處于放大區(qū)。IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極電壓控制的。由圖可知，功率MOSFET的功耗最大，但隨著工作頻率的提高，其功耗增加幅度很小，這說(shuō)明功率MOSFET更適合于高頻場(chǎng)合；GTO和GTR在低頻時(shí)管壓小，因此功耗小，但隨著工作頻率的增大，開(kāi)關(guān)損耗急劇上升，這就限制了它們的工作頻率不能太高；從目前的應(yīng)用情況看，IGBT既可以在較高的頻率下工作，又不至于使功率損耗過(guò)高。由圖可知，GTO的電壓、電流耐量等級(jí)最高，屬于高壓大電流器件，依次是IGBT, GTR和功率MOSFET。因此選擇合適的電力電子開(kāi)關(guān)器件是電路元件選擇中十分重要的一環(huán)。但是與鐵氧體相比，其價(jià)格較高。② 磁芯材料飽和磁通密度要高，電阻率要大。根據(jù)上述要求，我們重點(diǎn)對(duì)磁芯材料選擇和變壓器初、次級(jí)變比計(jì)算進(jìn)行討論。③ 當(dāng)輸出功率最大時(shí)，變壓器穩(wěn)升在允許的范圍之內(nèi)。與傳統(tǒng)的弧焊變壓器相比，最后一項(xiàng)功能是軟開(kāi)關(guān)弧焊逆變器中高頻變壓器特有的功能。（由于此種原因?qū)е碌脑谪?fù)載為輕載或電路中電感量小時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通的情況可以通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)電路而得到解決。因?yàn)長(zhǎng)時(shí)，逆變器輸出為0?！?80176。相移PWM控制逆變電路實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，是依靠功率開(kāi)關(guān)管本身反并聯(lián)的二極管先導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通的。 全橋并聯(lián)諧振逆變電路 全橋串聯(lián)諧振逆變電路 (2) 相移控制的全橋逆變電路相移控制的全橋逆變電路綜合了PWM控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，其開(kāi)關(guān)工作頻率恒定，在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)PWM控制，在功率開(kāi)關(guān)器件通斷瞬間實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)換流，減少了開(kāi)關(guān)損耗，降低了du/dt和di/dt，減少了電磁干擾（EMI），提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。電路中電感L、電容C、功率器件和負(fù)載串聯(lián)（并聯(lián)）在一起形成一個(gè)欠阻尼電路，由于電路是欠阻尼的，引起振蕩，導(dǎo)致流過(guò)功率開(kāi)關(guān)的電流出現(xiàn)自然過(guò)零的現(xiàn)象。在軟開(kāi)關(guān)型全橋逆變主電路中，有根據(jù)負(fù)載方式實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流開(kāi)關(guān)的，也有根據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)功率器件的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的。為了解決硬性開(kāi)關(guān)PWM逆變電路存在的上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家提出了改變器件開(kāi)關(guān)軌跡的思想，研究和開(kāi)發(fā)了多種軟開(kāi)關(guān)型弧焊逆變電源，使軟開(kāi)關(guān)型逆變電源成為一種有較大發(fā)展和應(yīng)用前景的弧焊電源。隨著工作頻率的提高，這種損耗將成比例增加。由于本設(shè)計(jì)中涉及到逆變器的軟性開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，因此我們首先從軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在弧焊逆變電源中的應(yīng)用入手，對(duì)逆變器主電路進(jìn)行必要的分析和研究。 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇弧焊逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有以下幾種形式：推挽式、半橋式、全橋式以及單端正激、單端反激式等。其中輸入為三相380V工頻交流電，通過(guò)整流濾波后轉(zhuǎn)換為540V直流電，然后通過(guò)全控功率器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率很高（設(shè)計(jì)中為20KHz）的方波交流電，之后通過(guò)高頻變壓器降壓、整流橋整流、電抗器濾波得到焊接所需的低壓直流電。2 弧焊逆變電源主電路選擇與設(shè)計(jì)逆變式弧焊電源通常由兩部分組成：一是主電路部分，它完成電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，是逆變電源的主要部分；二是控制電路部分，它的作用是對(duì)逆變主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電源外特性輸出控制、焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)及其它功能，如保護(hù)功能、參數(shù)預(yù)置與顯示功能等。(5) 能夠獲得需要的輸出電壓、電流及調(diào)節(jié)范圍。對(duì)稱的脈沖列。 本課題研究對(duì)象及設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)目標(biāo)根據(jù)當(dāng)前弧焊逆變器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，我們確定了這一研究課題：針對(duì)逆變器主電路中，大功率開(kāi)關(guān)元件采用隔離柵雙極性晶體管（IGBT）的逆變焊機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng)研究。由于上述種種原因，弧焊逆變器與傳統(tǒng)的弧焊變壓器、直流弧焊發(fā)電機(jī)、弧焊整流器等焊接電源相比，具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn):(4) 高效節(jié)能。 弧焊逆變電源的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)弧焊逆變器對(duì)焊接工藝性能的改善很大，傳統(tǒng)的弧焊電源均采用工頻來(lái)傳遞電功率和變換電參數(shù)，而弧焊逆變電源則把工頻電提高到幾千至幾十萬(wàn)赫茲進(jìn)行電能傳輸和變換，因此，弧焊電源的結(jié)構(gòu)和性能有了很大變化，形成了弧焊逆變器高效、輕巧、性能優(yōu)良的特點(diǎn)。因此，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在弧焊逆變器中的應(yīng)用是弧焊逆變器未來(lái)發(fā)展方向之一，新型的軟開(kāi)關(guān)型弧焊逆變器可以進(jìn)一步把逆變頻率提高到50KHz以上，并能可靠工作。因而，廣泛應(yīng)用微機(jī)技術(shù)的高效節(jié)能焊機(jī)和專用成套焊接設(shè)備的前景會(huì)越來(lái)越好。采用微機(jī)控制的逆變弧焊電源則可消除傳統(tǒng)電子電路的不足，硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)靈活，隨著單片機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)在線編程與升級(jí)己經(jīng)成為可能，這樣就可以方便地對(duì)原有程序加以修改和更新，以適應(yīng)不同焊接工藝的要求，增加了焊接的柔性與適應(yīng)性。 (2) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字化逆變焊接電源成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了各個(gè)學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步，大規(guī)模集成電路（LSI）與超大規(guī)模集成電路（VLSI）制造技術(shù)水平不斷得到提高，微機(jī)的應(yīng)用已普及到每個(gè)角落。逆變電源運(yùn)用先進(jìn)的功率電子器件和高頻逆變技術(shù)，比傳統(tǒng)的工頻整流電源材料減少80%～90%，節(jié)能20%～30%，動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。在我國(guó)，弧焊逆變器方面的研究工作開(kāi)展較早，發(fā)展十分迅速。1982年瑞典的ESAM公司率先推出了晶閘管弧焊逆變器產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:高頻電源；逆變電源；UC3875；移相控制AbstractThe paper firstly introduces the history, development, actuality about the arc welding inverter and forecasts the foreground and trend of it. That is to develop the inverter power source controled by microputer which adopts softswitches. This researching task is put forward on the base of discussing the characteristics and virtues of the arc welding inverter.The paper chooses the main circuit of a inverter power source. That is a fullbridge configuration which cooperate with high frequency transformer and mutator. The design about high frequency transformer is given. The characteristics and virtues of IGBT are also studied. The amplified circuit and the muted circuit are designed. The paper mostly researches and designs the softswitch control system. The microprocessor 80C196KC is the control kernel. The phaseshift chip UC3875 is adopted to produce four phaseshift pulse width modulate. Based on needs of cot welding, the control system samples the welding voltage by Hall element Voltage Sensors. The 80C196KC calculates dates and the chip MAX530 converts them into analogy signal, which is then modulated by UC3875 into four phaseshift pulses. At last the pulses are used to spring IGBT after they are magnified. The function of peripheral circuits and the function of all parts of system are given in the paper. These circuits include the microprocessor circuit,the circuit used to give parameters and to show them, the PWM circuit, the circuit used to magnify. In addition, the safeguard circuit that mainly consists of overcurrent 。論文中對(duì)控制系統(tǒng)組成單元電路一一作了詳細(xì)的說(shuō)明，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、參數(shù)預(yù)置與顯示電路、移相PWM產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路等，另外，對(duì)控制系統(tǒng)中涉及到的過(guò)流保護(hù)、過(guò)/欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)電路也作了必要的說(shuō)明。摘 要根據(jù)目前高頻開(kāi)關(guān)電源的研究現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)比適合作軟開(kāi)關(guān)型逆變器的不同主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最終選取IGBT為逆變功率器件，采用能夠輸出較大功率的全橋式結(jié)構(gòu)，配以高頻變壓器和高頻整流電路構(gòu)成本課題的主電路系統(tǒng)，并對(duì)高頻大功率開(kāi)關(guān)電源的主電路和控制電路進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)和參數(shù)估算。針對(duì)CO2氣體保護(hù)焊需要，系統(tǒng)通過(guò)霍爾電壓傳感器采樣焊接電壓，并將焊接電壓反饋輸入到單片機(jī)中與預(yù)置電壓進(jìn)行比較，再將誤差經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算，獲得相應(yīng)的控制量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，輸入到UC3875，最后通過(guò)UC3875的移相調(diào)節(jié)輸出有一定相序的脈沖，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大，最后觸發(fā)IGBT通斷，系統(tǒng)通過(guò)采用電壓反饋實(shí)現(xiàn)電源恒壓外特性控制。論文針對(duì)本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的后續(xù)研究工作提出了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)及完善的建議，為研究大功率高頻電源奠定了一定的基礎(chǔ)。到了80年代，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以功率MOSFET、絕緣柵雙極性晶體管IGBT為代表的自關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)器件取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。容量在130A～630A之間，逆變頻率為2～20KHz。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)弧焊逆變器的發(fā)展迅速，前景十分樂(lè)觀，國(guó)內(nèi)己出現(xiàn)了時(shí)代新技術(shù)公司，上海威特力焊接設(shè)備公司等一些上規(guī)模上檔次的弧焊逆變器生產(chǎn)企業(yè)。電力電子器件制造水平的提高必將促使弧焊逆變器向著高頻率、大容量、小型化的方向發(fā)展。微機(jī)控制的焊接電源有很多優(yōu)點(diǎn)，一般的逆變弧焊電源控制電路都是以集成電路為主的模擬控制技術(shù)，存在硬件電路復(fù)雜，安裝維修困難，功能開(kāi)發(fā)受到限制等問(wèn)題。以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化焊接電源即將成為弧焊逆變電源未來(lái)重點(diǎn)研究和發(fā)展的對(duì)象，建立性能優(yōu)化和智能控制的弧焊電源專家系統(tǒng)將大大提高弧焊逆變器的各種性能。由于采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以進(jìn)一步提高逆變焊機(jī)工作頻率，大大降低開(kāi)關(guān)器件功耗，因此采用此種方式的弧焊逆變器具有比硬開(kāi)關(guān)型弧焊逆變器更小體積、更高效率、更小噪聲、更低成本的優(yōu)點(diǎn)，而作為實(shí)現(xiàn)這種軟開(kāi)關(guān)方式的手段，有諧振型開(kāi)關(guān)電源技術(shù)和部分諧振型開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，而后者很可能會(huì)成為今后弧焊逆變電源采用的主要技術(shù)。因此我們有必要在這方面做一些有益的探討，為我國(guó)民族工業(yè)的發(fā)展盡微薄之力。(3) 焊接回路濾波電抗器的電感量因頻率的提高而大大減小，故減小了時(shí)間常數(shù)。(6) 具有良好的動(dòng)特性和弧焊工藝性能，可以設(shè)計(jì)出最合適的外特性曲線形狀，并根據(jù)焊接工藝要求對(duì)外特性和動(dòng)特性進(jìn)行任意控制，以適用于各種不同的焊接方法，做各種位置的焊接，獲得優(yōu)良的焊接工藝性能和焊接結(jié)果。通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的分析和設(shè)計(jì)，本控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能:(1) 向逆變焊機(jī)主電路開(kāi)關(guān)管IGBT提供所需的前后沿陡峭、相位差180176。(4) 具備參數(shù)預(yù)置、顯示和實(shí)時(shí)檢測(cè)功能。該設(shè)計(jì)任務(wù)完成以后，就可以搭建一套逆變電源控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為今后研究數(shù)字化軟開(kāi)關(guān)型弧焊逆變電源奠定基礎(chǔ)，也為后續(xù)焊機(jī)試驗(yàn)工作創(chuàng)造一定的條件。常用的弧焊電源主電路實(shí)質(zhì)上是由三個(gè)轉(zhuǎn)換器組成，即：交流→直流整流器；直流→交流逆變器；交流→直流整流器，這三個(gè)轉(zhuǎn)換器加上必要的吸收保護(hù)電路環(huán)節(jié)即構(gòu)成了逆變弧焊電源主電路。 弧焊逆變器