【正文】 VIN 設(shè)有欠壓鎖定輸出功能（ UnderVoltage LockOut。 圖 UC3875 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 工作電源 UC3875 的工作電源分為兩個： VIN(pin 11)和 VC(pin 10),其中 VIN是供給內(nèi)部邏輯電路用，它對應(yīng)于信號地 GND(pin 20)； VC供給輸出級用，它對應(yīng)于電源地 PWR GND(pin 12)。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 61。這里我們選用比較常用的控制芯片UC3875。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 28 第 6 章 軟開關(guān)的控制電路 在這一章主要討論軟開關(guān) 逆變整流器 的控制，控制主要有三部分：驅(qū)動及個各指示、控制芯片、各種反饋及調(diào)節(jié)。具體的控制電路在第五章。這時既半個周期工作情況，另半個周期工作情 況與此類似。 第五階段：滯后管 VT 2 關(guān)斷后，經(jīng)過一定的延遲時間， VT4 管導(dǎo)通，在 VT4管導(dǎo)通瞬間， Ls2不飽和，滯后管 VT4上處于近似零電流開通狀態(tài)，且 VT 4導(dǎo)通后，電源電壓加在飽和電抗器 Ls2兩端，并有足夠時間既較大的伏秒積促使其飽和，然后電流流經(jīng) VT 4→B→A→VT 3。 Ip（ t） =nI2Ucbp/Lr （ 5— 2） 如果隔直電容可以看作恒壓源，則可以認為一次側(cè)電流線性下降，上式可改寫為： I(t)=nI2costU/Lsint （ 5— 3） 第四階段： Lr 當(dāng)電流下降到零后，滯后管 VT2 處于零電流自然關(guān)斷。 軟開關(guān)逆變整流器 25 V T 4V T 2LrV D 4V D 2V D 1V D 3V T 1V T 3T1C1C3CA BV T 1 V T 3 V T 1V T 2 V T 4 V T 2L s2L s1 圖 54 零電壓零電流開關(guān) PWM 逆變主電路圖之一 第二階段：關(guān)斷 VT VT1 并聯(lián)電容 C1 充電， VT3 的 C3 放電，此時電容 C電壓為左正右負，飽和電抗器 Ls1 流過電流，處于飽和狀態(tài)，阻抗為零，此時 C1的兩端電壓為 Uc1(t)=nI2t/C1+C3 如果 C1 足夠大， VT 1 的關(guān)斷損耗會很小， C3 放完電后， 電流由 A→B→VT 2→VD 3→A ，超前管 VT3可實現(xiàn)零電壓開通（因為 VD3已開通）。其等效電路如圖 56 所示。 ② 在未飽和時，飽和電抗器的值是有限的，飽和后其值是零。滯后管 VT VT 4關(guān)斷是利用電容 C在換流期間，加快換流衰減到零，滯后管開通時，飽 和電抗器處于不飽和狀態(tài)，電抗值很大，又使得開通近似為零電流開通。 可以采用兩個方法來克服在續(xù)流階段引起的 LC 振蕩： ① 接入兩個二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦詠碜柚狗聪螂娏鳎?② 引入兩個飽和電抗器來阻止其反向電流，飽和電抗器和二極管都起了開關(guān)的作用，其中飽和電抗器接近理想，在有電 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 24 V T 4V T 2LrV D 4V D 2V D 1V D 3V T 1V T 3T1C1C3CA BV T 1 V T 3 V T 1V T 2 V T 4 V T 2C4C2 圖 53 相移控制串聯(lián)諧振逆變主電路及波形圖 流或者其兩端的伏秒足夠大時，飽和電抗器飽和，其電感值為 零；在飽和的電抗器沒有電流是實，其值接近無窮大，其兩者的主電路分別如圖 54 和 55 所示，其工作原理如下：經(jīng)過改進的零電壓零電流相移 PWM 逆變電路如圖 55 所示，由于加了兩個飽和電感 Ls Ls2，飽和電感相當(dāng)于 一個磁開關(guān)，有電流時或其兩端伏秒積足夠大時，電感飽和，相當(dāng)于短路；無電流時，脫離飽和，感抗很大，相當(dāng)于開路。同樣，軟開關(guān)型弧焊逆變器的調(diào)節(jié)性能也比較容易實現(xiàn)，根據(jù)不同弧焊工藝、工件材料、尺寸等的要求，通過調(diào)節(jié)給定與反饋環(huán)節(jié)電路的給定位或反饋位就可以實現(xiàn)對焊接電流或電壓的無級調(diào)節(jié)。軟開關(guān)型弧焊逆變器外特性曲線的獲得原理與硬開關(guān)型弧焊逆變器或其他電子控制型弧 焊電源類似，借助與不同的電壓反饋、電流反饋或電壓、電流反饋不同比例的組合，從而得到各種各樣的外特性曲線 以滿足弧焊工藝的要求。此時的換流與常規(guī)的相移電路不同，由于有了隔直電容其換流過程是一個 LC 振蕩過程，流過 VT 2的電流很快的過零并且反向，反向電流由 B→A→VT 3→VD 2→B, 滯后管 VT2 可實現(xiàn)零電流關(guān)斷。其超前管實現(xiàn)零電壓工作情況，與常規(guī)的相移 PWM 電路實現(xiàn)零電壓開關(guān)一樣，其工作原理如下：假定負載是電感性負載，根據(jù)控制策略， VT1先導(dǎo)通， VT 2經(jīng)一定移相角導(dǎo)通，電流方向通過電源經(jīng) A、 B 流向負電源，電源向負載輸出功率。 VT 3與 VT4類似。其工作原理如下：其控制原理與常規(guī)相移 PWM 控制原理一樣，是典型的相移控制，在大范圍內(nèi)也是 PWM 控制，主電路、控制時序如圖53 所示，其中， VT VT 3是超前橋臂， VT VT 4是滯后橋臂，每只開關(guān)管導(dǎo)通1800， VT VT3管導(dǎo)通時刻不變，控制 VT VT4導(dǎo)通時刻，使 VT2管與 VT1導(dǎo)同時刻相差 00~1800，當(dāng) VT VT2 移相為 00 時，輸出最大。這里把串聯(lián)諧振電路和相移 PWM 電路結(jié)合在一起，把滯后橋臂改善為單向開關(guān)，既是滯后橋臂零電流關(guān)斷后，通過采用二極管的方法，或者采用飽和電抗器的方法，防止 L、 C 振蕩的反向電流，減少環(huán)流損耗。選擇漏感過大或附加電感，雖然可以增大滯后管的零電壓開通范圍，但又影響輸出功率，并使得占空比丟失現(xiàn)象更為嚴重。 軟開關(guān)逆變電路 主電路 移相全橋逆變主電路，把 PWM 控制優(yōu)點和軟開關(guān)逆變器優(yōu)點結(jié)合起來，在大范圍內(nèi)實現(xiàn)了 PWM 控制，而在開關(guān)瞬間實現(xiàn)功率器件零電壓開通，是近年軟開關(guān)逆變電路研究的一個熱點。如果直接把電容串并聯(lián)則勢必分壓不均等問題。軟啟動電阻在電路上的時間 t 不應(yīng)太大，大了增加功率損耗，小了起不到軟啟動的效果， t 選在 3 到 5 個積分時間。等積分時間過后再用晶閘管短路電阻，不上電路在軟啟動電阻上產(chǎn)生壓降。這里采河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 22 用在開機瞬間在電路中串入電阻，和濾波電容組成 RC 電路。功率小可以不考慮但軟開關(guān)一般用在功率比較大的地方，所以這個問題必須解決。 在開機瞬間如果把電壓都加到 IGBT 上，對所有元件的沖擊比較大，尤其是IGBT。因為三相橋式電路與三相半波電路相比，在輸出電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大正反向電壓可比三相半波線路中的降低一半。變壓器的設(shè)計是根據(jù)功率來得出磁通 、主次級電壓等參數(shù)，選擇合適的導(dǎo)磁材料 、 線徑 、 工藝等，從而設(shè)計出變壓器。因此變壓器繞組中沒有直流磁通勢，每相繞組正負半周都有電流流過，提高了變壓器繞組的利用率。三相橋式整流電路是從三相半波電路發(fā)展而來的。變壓器負責(zé)把三相380 伏的共頻交流電降低。圖 51 就是這部分的電路。逆變是其中的核心和重點，軟開關(guān)和硬開關(guān)的區(qū)別就在逆變。 軟開關(guān)逆變整流器 21 第 5 章 軟開關(guān)逆變器在焊機中的應(yīng)用 軟開關(guān)逆變器的主電路 軟開關(guān)逆變器的 主電路分為三個部分。 V T 4V T 2LV D 4V D 2C2RV D 1V D 3V T 1V T 3C1C3C4L2C5D 1 1D 1 3D 1 2D 1 4V T 4V T 3VD2V T 3VD3V T 2UABi A BV T 1V T 2uit 圖 46 相移控制的串聯(lián)諧振的零電壓零電流開關(guān)全橋逆變主電路及波形圖 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 20 本章小結(jié) 本章介紹了零電壓零電流的 軟開關(guān)的基礎(chǔ) 知識，同時也著重介紹了相移控制電路的原理特點及其新發(fā)展，此外還對軟開關(guān)逆變的技術(shù)特點進行分析和討論。在超前管 關(guān)斷后的一次側(cè)電流續(xù)流（ freewheel）階段，其雖然也在環(huán)流，但有電容 C 的作用，環(huán)流衰減很快，并且反向，為滯后管的零電流關(guān)斷提供了條件，其波形入土 46 所示，這個電路的缺點是在電流的自由階段是 LC 振蕩，電路有無謂的環(huán)流損耗，若電容不恰當(dāng)，則 LC的振蕩電流過大。首先， VT VT2 共同導(dǎo)通，然后 VT1 關(guān)斷，電容 C1 充電，電容放完電后，電路形成 L、 C 欠阻尼振蕩， VD3 導(dǎo)通， VT3 可在零電壓下開通，由于電路處于振蕩階段， VT2 電流自動過零導(dǎo)致滯后管可以實現(xiàn)零電流關(guān)斷。其缺點在于： ① IGBT 長期處于擊穿狀態(tài)，容易損壞；② 漏感儲能全部在 IGBT 內(nèi)部白白耗損。采用的控制方式也基本上是相移控制方式，驅(qū)動信號如圖所示，開始時， VT VT2共同導(dǎo)通，當(dāng) VT2關(guān)斷后，電容 C2 充電，電容 C1 充電，電感 L L2 的值很小，不影響零電壓開關(guān)情況，漏感的儲能使得電容 C2 電壓為 30V左右， VT4 工作像一個穩(wěn)壓管，直到一次側(cè)的漏感完全耗散， 并且電流降為零，這樣 VT1 可以實現(xiàn)零電流關(guān)斷，而 VT4 兩端具有反向電壓， VT4可以零電壓開通。 相移控制的零電壓、零電流開關(guān)電路 在相移 PWM 全橋逆變電路的基礎(chǔ)上，采取措施在滯后管實現(xiàn)零電流關(guān)斷，其主電路如圖 45 所示。 由于主電路中無須采用另外的電抗器實現(xiàn)零電壓開通，其占空比 損失與硬開河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 18 關(guān)全橋逆變電路一樣，也是基本沒有損失，環(huán)流損失也很小，如果忽略變壓器本身的漏感，直流傳輸比也完全與負載無關(guān)，其缺點是需要兩個輔助開關(guān)外加一個電感來拓寬滯后橋臂的零電壓范圍，增加電路的復(fù)雜性，并且輔助開關(guān)是硬開關(guān)。 用 輔助電路拓寬軟開關(guān)范圍的移相控制逆變主電路 J． G． Cho 等采用輔助電路拓寬軟開關(guān)范圍的相移控制逆變電路，為了解決滯后橋臂的零電壓范圍窄的問題，在滯后橋臂增加輔助電路來拓寬滯后管的零電壓開通范圍，其主電路如圖 44 所示， V T 4V T 2LV D 4V D 2C2V D 1V D 3V T 1V T 3C1C3C4 V F 1V F 2V D 8V D 7Lr 圖 44 用輔助開關(guān)的相移控制零電壓開關(guān)逆變電路圖 其工作方式如下：首先 VT VT 2導(dǎo)通， VT1關(guān)斷后，電容 C1充電，電容 C3放電， VT 3可以零電壓開通，對超前橋臂來說，零電壓開通與常規(guī)的相移控制電路一樣；在 VT 2關(guān)斷時，電容 C2充電，電容 C4放電，如果變壓器的漏感儲存的能量不夠，在 C4 放完電后， VD4 不能導(dǎo)通 ，則滯后管 VT4 不能導(dǎo)通，則滯后管 VT4不能涼電壓開通，目的為了輔助滯后管實現(xiàn)零電壓開通，在 VT2 關(guān)斷前，開通輔助開關(guān)，則輔助電感 LR 儲能線性增加，當(dāng)輔助電感儲能增加到一定值后， VT2與 VT1 同時關(guān)斷，輔助電感的儲能和變壓器漏感的儲能一起使得電容 C2 充電，電容 C4 放電，輔助電感的電流通路是輔助開關(guān) VF2 的反并聯(lián)二極管。但是，在采用飽和電抗器后，滯后管零電壓開通窄的問題依然沒有得到解決。 用飽和電抗器減少其占空比丟失的移相控制電路 增加飽和電抗器的方法可以用來減少其占空比丟失，這個飽和電感設(shè)計成具有飽和區(qū)和線性區(qū)兩個部分，臨界點電流為 Ic,當(dāng)電流沒有超前臨界點電流時，飽和電抗器處于線性區(qū)，其儲存的能量與電流的平方成正比，當(dāng)電流超前過臨界點電流后，儲存的能量不變，其主電路參照圖 43，但在這里應(yīng)該該用電抗器 Lg 來代替漏感 Lr。但是，相移PWM 控制全橋逆變電路仍然有缺點，這是它本身的控制技術(shù)引起的，其超前臂橋是利用變壓器的漏感和輸出電抗器的儲能，實現(xiàn)零電壓開通，所以超前管的零電壓開通范圍很大，但滯后管的零電壓開通范圍，往往通過增加依次側(cè)的電感，使得脈沖占空比丟失現(xiàn) 象比較嚴重，并且電感的增大導(dǎo)致逆變器的直流傳輸比與負載有關(guān)，環(huán)流導(dǎo)通損耗更大，開關(guān)器件承受的應(yīng)力也較對應(yīng)的 PWM 逆變換流電路更大，并且電感的增大可能導(dǎo)致分布電容和電感產(chǎn)生不必要的震蕩，增加開關(guān)噪音。選擇漏感過大，或者附加電感，又影響輸出功率使得占空 比丟失現(xiàn)象更為嚴重。 圖 42 中， Uab 是一次 A、 B 的側(cè)電壓， US 是二次側(cè)電壓， I1 是一次策開始向二次側(cè)傳送功率的電流值， Ip 是時一次側(cè)電流的最大值（超前管關(guān)斷時的值），I2 是半周期滯后管關(guān)斷時的值，如果二次側(cè)電感足夠大， 輸出可視為恒流，則 II Ip 可認為相等。 相移 PWM 電路實現(xiàn)零電壓開關(guān)，是依靠功率器件本身反并聯(lián)的二極管先導(dǎo)通，實現(xiàn)零電壓開通的，工作原理如下：假定負載是電感性負載，實現(xiàn)零電壓開軟開關(guān)逆變整流器 15 通的，工作原理如下：假定負載是電感性負載，根據(jù)控制策略， VT1 先導(dǎo)通， VT2經(jīng)一定移相角后導(dǎo)通，電流方向由正極