【正文】 ，一般要求負載電流為10%額定電流時電感電流連續(xù)，輸出功率為，則輸入功率為。本設計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為電源的輸入功率隨效率變化，所以應取電源效率最差時的值。(3) 阻止噪聲由輸出回路進入負載，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和抗干擾電路設計：(1) 輸出整流二極管設置了阻容網絡，用以吸收二極管開關工作以及變壓器接線電感所產生的浪涌，保護開關元件。柵極驅動amp。在大電感負載下，IGBT的開關時間不宜過短，以限制di/dt形成過大的尖峰電壓，防止IGBT因過電壓擊穿而損壞。根據IGBT的特性，它對驅動電路有以下特殊要求:(1) 柵極驅動電壓的選擇要綜合考慮正偏壓降（+UGE）增大時，IGBT通態(tài)壓降和開通損耗均下降?！GBT等效電路② 安全工作區(qū)IGBT開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關斷過程中，由于重加dUCE/dt過大，在PN結J2引起的位移電流流過體區(qū)電阻，產生較大正偏置電壓，致使寄生晶體管導通，稱為動態(tài)擎住效應。在規(guī)定的集極電流范圍內，這個正偏置電壓不大，NPN晶體管不起作用。而采用軟開關技術的目的就是改變其開關曲線軌跡，使其達到曲線b所示軌跡，而不是曲線a。當柵極電壓小于開啟電壓UGE（th）時，IGBT處于阻斷狀態(tài)。當UGE＞UGE（th）且為一定值時，IGBT處于放大區(qū)。IGBT的開通和關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，這說明功率MOSFET更適合于高頻場合；GTO和GTR在低頻時管壓小，因此功耗小，但隨著工作頻率的增大，開關損耗急劇上升，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高。由圖可知，GTO的電壓、電流耐量等級最高，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關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，其價格較高。② 磁芯材料飽和磁通密度要高，電阻率要大。根據上述要求，我們重點對磁芯材料選擇和變壓器初、次級變比計算進行討論。③ 當輸出功率最大時，變壓器穩(wěn)升在允許的范圍之內。與傳統(tǒng)的弧焊變壓器相比，最后一項功能是軟開關弧焊逆變器中高頻變壓器特有的功能。（由于此種原因導致的在負載為輕載或電路中電感量小時，難以實現零電壓開通的情況可以通過進一步改進電路而得到解決。因為L時，逆變器輸出為0?！?80176。相移PWM控制逆變電路實現零電壓開關，是依靠功率開關管本身反并聯的二極管先導通，實現零電壓開通的。 全橋并聯諧振逆變電路 全橋串聯諧振逆變電路 (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控制技術的優(yōu)點和軟開關技術的優(yōu)點，其開關工作頻率恒定，在大范圍內實現PWM控制，在功率開關器件通斷瞬間實現軟開關換流，減少了開關損耗，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、功率器件和負載串聯（并聯）在一起形成一個欠阻尼電路，由于電路是欠阻尼的，引起振蕩，導致流過功率開關的電流出現自然過零的現象。在軟開關型全橋逆變主電路中，有根據負載方式實現零電壓或零電流開關的，也有根據控制方式實現功率器件的軟開關技術的。為了解決硬性開關PWM逆變電路存在的上述問題，國內外學者專家提出了改變器件開關軌跡的思想，研究和開發(fā)了多種軟開關型弧焊逆變電源，使軟開關型逆變電源成為一種有較大發(fā)展和應用前景的弧焊電源。隨著工作頻率的提高，這種損耗將成比例增加。由于本設計中涉及到逆變器的軟性開關實現問題，因此我們首先從軟開關技術在弧焊逆變電源中的應用入手，對逆變器主電路進行必要的分析和研究。 主電路拓撲結構選擇弧焊逆變器主電路拓撲結構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，通過整流濾波后轉換為540V直流電，然后通過全控功率器件IGBT的導通和關斷轉變?yōu)轭l率很高（設計中為20KHz）的方波交流電，之后通過高頻變壓器降壓、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計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，它的作用是對逆變主電路進行控制，實現電源外特性輸出控制、焊接工藝參數調節(jié)及其它功能，如保護功能、參數預置與顯示功能等。(5) 能夠獲得需要的輸出電壓、電流及調節(jié)范圍。對稱的脈沖列。 本課題研究對象及設計方案與設計目標根據當前弧焊逆變器的研究現狀及發(fā)展趨勢，我們確定了這一研究課題：針對逆變器主電路中，大功率開關元件采用隔離柵雙極性晶體管（IGBT）的逆變焊機的微機控制系統(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、弧焊整流器等焊接電源相比，具有如下顯著的優(yōu)點:(4) 高效節(jié)能。 弧焊逆變電源的特點和優(yōu)點弧焊逆變器對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傳遞電功率和變換電參數，而弧焊逆變電源則把工頻電提高到幾千至幾十萬赫茲進行電能傳輸和變換，因此，弧焊電源的結構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。因此，軟開關技術在弧焊逆變器中的應用是弧焊逆變器未來發(fā)展方向之一，新型的軟開關型弧焊逆變器可以進一步把逆變頻率提高到50KHz以上，并能可靠工作。因而，廣泛應用微機技術的高效節(jié)能焊機和專用成套焊接設備的前景會越來越好。采用微機控制的逆變弧焊電源則可消除傳統(tǒng)電子電路的不足，硬件電路設計簡單，軟件設計靈活，隨著單片機及其相關技術的發(fā)展，在單片機上實現在線編程與升級己經成為可能，這樣就可以方便地對原有程序加以修改和更新，以適應不同焊接工藝的要求，增加了焊接的柔性與適應性。 (2) 計算機技術的發(fā)展使數字化逆變焊接電源成為未來發(fā)展趨勢計算機技術及通信技術的發(fā)展促進了各個學科的發(fā)展和進步，大規(guī)模集成電路（LSI）與超大規(guī)模集成電路（VLSI）制造技術水平不斷得到提高，微機的應用已普及到每個角落。逆變電源運用先進的功率電子器件和高頻逆變技術，比傳統(tǒng)的工頻整流電源材料減少80%～90%，節(jié)能20%～30%，動態(tài)反應速度提高2～3個數量級。在我國，弧焊逆變器方面的研究工作開展較早，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品。關鍵詞: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 。論文中對控制系統(tǒng)組成單元電路一一作了詳細的說明，包括單片機最小系統(tǒng)、參數預置與顯示電路、移相PWM產生電路、驅動電路等，另外，對控制系統(tǒng)中涉及到的過流保護、過/欠壓保護、過熱保護電路也作了必要的說明。摘 要根據目前高頻開關電源的研究現狀，通過對比適合作軟開關型逆變器的不同主電路拓撲結構，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構，配以高頻變壓器和高頻整流電路構成本課題的主電路系統(tǒng)，并對高頻大功率開關電源的主電路和控制電路進行了理論設計和參數估算。針對CO2氣體保護焊需要，系統(tǒng)通過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中與預置電壓進行比較，再將誤差經過PI運算，獲得相應的控制量，經過D/A轉換，輸入到UC3875，最后通過UC3875的移相調節(jié)輸出有一定相序的脈沖，經過驅動電路放大，最后觸發(fā)IGBT通斷，系統(tǒng)通過采用電壓反饋實現電源恒壓外特性控制。論文針對本次設計的控制系統(tǒng)的后續(xù)研究工作提出了進一步實驗及完善的建議，為研究大功率高頻電源奠定了一定的基礎。到了80年代，隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，以功率MOSFET、絕緣柵雙極性晶體管IGBT為代表的自關斷功率開關器件取得了長足的進步。容量在130A～630A之間，逆變頻率為2～20KHz。近幾年來，國內弧焊逆變器的發(fā)展迅速，前景十分樂觀，國內己出現了時代新技術公司，上海威特力焊接設備公司等一些上規(guī)模上檔次的弧焊逆變器生產企業(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。微機控制的焊接電源有很多優(yōu)點，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，存在硬件電路復雜，安裝維修困難，功能開發(fā)受到限制等問題。以微機技術為基礎的數字化焊接電源即將成為弧焊逆變電源未來重點研究和發(fā)展的對象，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。由于采用軟開關技術可以進一步提高逆變焊機工作頻率，大大降低開關器件功耗，因此采用此種方式的弧焊逆變器具有比硬開關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，而作為實現這種軟開關方式的手段，有諧振型開關電源技術和部分諧振型開關電源技術，而后者很可能會成為今后弧焊逆變電源采用的主要技術。因此我們有必要在這方面做一些有益的探討，為我國民族工業(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，故減小了時間常數。(6) 具有良好的動特性和弧焊工藝性能，可以設計出最合適的外特性曲線形狀，并根據焊接工藝要求對外特性和動特性進行任意控制，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果。通過對研究對象的分析和設計，本控制系統(tǒng)應具有以下基本功能:(1) 向逆變焊機主電路開關管IGBT提供所需的前后沿陡峭、相位差180176。(4) 具備參數預置、顯示和實時檢測功能。該設計任務完成以后，就可以搭建一套逆變電源控制系統(tǒng)實驗平臺，為今后研究數字化軟開關型弧焊逆變電源奠定基礎，也為后續(xù)焊機試驗工作創(chuàng)造一定的條件。常用的弧焊電源主電路實質上是由三個轉換器組成，即：交流→直流整流器；直流→交流逆變器；交流→直流整流器，這三個轉換器加上必要的吸收保護電路環(huán)節(jié)即構成了逆變弧焊電源主電路。 弧焊逆變器