一種新型z源焊接電源系統的製作方法
2024-02-09 21:02:15
專利名稱：一種新型z源焊接電源系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及焊接電源技術領域，具體的說，涉及一種新型Z源焊接電源系統。
背景技術：
目前，在我國逆變焊接電源的主電路多採用簡單的全橋逆變的拓撲主電路結構， 它屬於電壓源逆變器，此逆變器是一種降壓式逆變器，輸入直流電壓輸出交流電壓，根據應 用場合的不同，輸出電壓的幅值或頻率可以恆定。逆變焊接電源中採用電壓源逆變器的應 用相當廣泛，但存在概念上和理論上的不足和局限性；其交流負載只能是電感性或必須串 聯電抗器，以保證電壓源逆變器能夠正常工作。此外，這種電壓型逆變器的每個橋臂的上、 下兩個功率開關器件不能直通短路。無論是因為系統本身的抗EMI噪聲差，還是人為有意 為之而導致上、下兩個功率開關器件直通時，都會損壞器件，引起系統的崩潰，因此系統本 身存在的這種局限性而影響了焊機的可靠性。
發明內容
本發明的目的是針對現有逆變焊機採用的電壓型逆變器存在的不足和局限性，提 供了一種新型Z源焊接電源系統。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的一種新型Z源焊接電源系統，包括依次相連的主電路、電源主控及人機接口板， 以及IGBT驅動電路，所述IGBT驅動電路分別與主電路和電源主控及接口電路板相連，所述 主電路包括Z源網絡。其中，所述電源主控及人機接口板對應上述Z源網絡設有Z源網絡電壓控制電路。其中，所述主電路由輸入整流模塊、輸入濾波模塊、直通阻斷模塊、所述Z源網絡、 IGBT逆變模塊、高頻變壓器、輸出整流模塊和輸出濾波模塊依次連接組成，所述輸入整流模 塊與三相交流電源連接，所述輸出濾波模塊接負載。其中，所述電源主控及接口電路板包括基本供電電路、阻斷控制電路、原邊電流 採樣電路、輸出電流/電壓採樣電路、信號調理電路、PWM輸出模塊、人機接口電路。其中，所述IGBT驅動電路包括4路隔離的+24V直流電源、4路由光耦組成的驅動 電路，所述IGBT驅動電路的一端與所述PWM輸出模塊相連，另一端與所述IGBT全橋逆變模 塊相連。與現有技術相比，本發明的有益效果是該焊接電源系統通過引入Z源網絡，將逆變器和直流電源耦合在一起，與傳統的 基於電壓源的逆變器不同，其逆變橋的工作狀態除了具有有效導通和零狀態外，還存在上、 下管直通狀態，消除死區效應對逆變器的影響，增強焊機的抗EMI噪聲的能力，保證焊機功 率開關器件不會因逆變橋臂的誤觸發而遭到損毀。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的新型Z源焊接電源系統方框圖；圖2是本發明的新型Z源焊接系統主電路的具體實施方式
結構示意圖；圖3是本發明系統逆變橋直通時，從直流側看進去的Z源等效電路；圖4是本發明新型Z源焊接系統閉環控制策略。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。如圖1所示，新型Z源焊接電源系統包括主電路、電源主控及接口電路板、IGBT驅 動板三部分組成。主電路由輸入整流模塊、輸入濾波模塊、ζ源網絡、IGBT逆變模塊、高頻變 壓器、輸出整流模塊和輸出濾波模塊依次連接組成，輸入整流模塊與三相交流電源連接，輸 出濾波模塊與負載連接；電源主控板主要電路板的基本供電電路、Z源網絡電壓控制電路、 原邊電流採樣電路、輸出電流/電壓採樣電路、信號調理電路、人機接口電路等；IGBT驅動 電路主要包括4路隔離的+24V直流電源、4路由光耦TLP250組成的驅動電路等。工作原理為保證該焊接電源系統穩定性，為焊接負載提供高質量的穩定的電能輸出，系統 採用電流內環和電壓外環相結合的雙閉環控制系統。原邊電流採樣電路通過互感器(或電 流霍爾傳感器)將高頻變壓器原邊電流檢測信號送到電源主控及人機接口板，輸出電流/ 電壓採樣電路通過電流/電壓霍爾傳感器採集焊機輸出電流/電壓信號送電源主控及人機 接口板，信號調理電路根據採集到的電流、電壓信號及焊機的設置，完成相應的閉環控制算 法，產生PWM波形，經IGBT驅動電路控制軟開關逆變主電路中的IGBT功率模塊的佔空比， 並最終實現所要求的電源外特性輸出。如圖2所示，新型Z源焊接電源系統的主電路拓撲結構。開關管VS5的開關信號 由逆變橋的直通信號取反而得。VS5和C3的作用是使逆變橋的輸入電壓Upn在非直通之間 內不出現跌落，並使Upn在該焊接系統空載或輕載時不出現電壓的不斷攀升。如圖3所示， 當逆變橋處於直通時，從直流側看進去的Z源等效電路，即開關管VS5處於阻斷狀態。此時 有八=Vc, Vd = VC+VL = 2VC > Vo, Vi = 0 ；電容器放電釋放能量，而電感由電容充電儲能； 能夠將逆變橋臂中功率器件的電流上升控制在其可以承受的範圍之內，從而不至於損壞逆 變開關管。如圖4所示，新型Z源焊接電源系統閉環控制框圖，在非直通狀態工作時，焊接 電源系統通過採用電流內環、電壓外環的雙閉環控制。原邊電流反饋信號if與電流給 定信號進行比較後的值，經PI調節器的傳遞函數K2 (S)調節輸出的信號K2 (If-Iref)； 輸出電壓信號Uf與電壓給定信號進行比較後的值，經PI調節器的Kl (s)調節輸出的 信號Kl(Uf-Uref)；兩個調節信號分別經K3 (s)、K4 (s)傳遞函數的輸出得到的信號 K4K3[K2 (If-Iref)+Kl (Uf-Uref)]作為PWM的控制信號，通過整定合適的傳遞函數及其參 數，便可得到穩定性、跟隨性良好的PWM信號從而保證該焊接電源系統逆變橋在非直通狀態下正常工作。本發明的首次提出了把Z源網絡引入逆變焊機當中，使得逆變焊機的功率開關管 可以工作在上、下管直通的狀態下，消除了常規逆變焊機的死區效應，大大提高逆變焊機中 功率開關管工作的安全性以及焊機整機的可靠性。本發明並不局限於上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變形不脫離本發明 的精神和範圍，倘若這些改動和變形屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發 明也意圖包含這些改動和變形。
權利要求
1.一種新型Z源焊接電源系統，其特徵在於，包括依次相連的主電路、電源主控及人 機接口板，以及IGBT驅動電路，所述IGBT驅動電路分別與主電路和電源主控及接口電路板 相連，所述主電路包括Z源網絡。
2.如權利要求1所述的新型Z源焊接電源系統，其特徵在於，所述電源主控及人機接口 板對應上述Z源網絡設有Z源網絡電壓控制電路。
3.如權利要求1所述的新型Z源焊接電源系統，其特徵在於，所述主電路由輸入整流模 塊、輸入濾波模塊、直通阻斷模塊、所述Z源網絡、IGBT逆變模塊、高頻變壓器、輸出整流模 塊和輸出濾波模塊依次連接組成，所述輸入整流模塊與三相交流電源連接，所述輸出濾波 模塊接負載。
4.如權利要求1所述的新型Z源焊接電源系統，其特徵在於，所述電源主控及接口電路 板包括基本供電電路、阻斷控制電路、原邊電流採樣電路、輸出電流/電壓採樣電路、信號 調理電路、PWM輸出模塊、人機接口電路。
5.如權利要求1所述的新型Z源焊接電源系統，其特徵在於，所述IGBT驅動電路包括 4路隔離的+24V直流電源、4路由光耦組成的驅動電路，所述IGBT驅動電路的一端與所述 PWM輸出模塊相連，另一端與所述IGBT全橋逆變模塊相連。
全文摘要
本發明涉及焊接電源技術領域，具體的說，涉及一種新型Z源焊接電源系統，其包括依次相連的主電路、電源主控及人機接口板，以及IGBT驅動電路，所述IGBT驅動電路分別與主電路和電源主控及接口電路板相連，所述主電路包括Z源網絡，本發明的有益效果可以消除死區效應對逆變器的影響，增強焊機的抗EMI噪聲的能力，保證焊機不會因逆變橋臂的誤觸發而遭到損毀。
文檔編號H02M5/458GK102136804SQ20111010333
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者周俊伍 申請人:佛山金皇宇機械實業有限公司