收稿日期:2003211216作者简介:夏 田(1977-),男,河南科技大学硕士研究生。
文章编号:100923664(2004)0120007203变换与控制
峰值电流模式逆变焊机控制电路的设计
夏 田,朱锦洪
(河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003)
摘要:论述了峰值电流模式的原理及优缺点,并针对UC 3846设计了斜坡补偿电路及焊机保护电
路,给出了基于全桥主电路的峰值电流模式控制CO 2气体保护焊机的恒压输出波形。关键词:峰值电流模式;UC 3846;斜坡补偿中图分类号:TN 86TN 712 文献标识码:A
Design of the Welding Machine Inverter Circuit B ased on
the Peak Current Mode Control
XIA Tian ,ZHU Jing 2hong
(Faculty of Materials Science &Engineering ,Henan University
of Science and Technology ,Luoyang 471003,China )
Abstract :The article discussed the merit and defect of the peak current mode control ,the slope com 2pensation circuit and the protect circuit is designed for the welding machine.K ey w ords :peak current mode ;UC3846;slope compensation
逆变焊机的最主要组成部分是逆变弧焊电源,它的功能是把工频交流电整流,再通过功率晶体管的开关逆变成高频交流方波,然后通过变压器降压,整流二极管整流,通过焊枪和工件产生焊接电弧,包括恒压、恒流外特性。逆变弧焊电源一般采用脉宽调制(PWM )方式,通过调节直流电平来调节输出电压或电流。逆变电源PWM 控制方式有电压型和电流型两种。电压型是通过将输出电压反馈和给定电压反馈比较来控制PWM 脉冲变化,从而控制逆变开关和电源的输出。电流型PWM 控制是用一个电流传感器去检测变压器原边的电流,反馈到PWM 芯片,参与PWM 调节,形成电压电流双闭环控制系统。
1 电流型控制方式的优点
电流型控制方式的优点如下。
(1)逐个脉冲控制,动态响应快,调节性能好。因为检测的是原边电流,所以不会出现电压型控制
电路中由于滤波电感的存在而导致响应速度慢的问题。故电流型控制有输出精度高,稳定性好的优点。
(2)具有瞬态的保护能力,能迅速对电力电子器件进行保护。因为内环逐个脉冲控制,当变压器原边电流过流时,能迅速对电力电子器件进行保护。
(3)能防止高频变压器偏磁的发生。高频变压器发生偏磁时,励磁电流增加,容易烧毁变压器。电流型控制中采用检测原边电流的方法,能自动对称变压器的动态磁平衡。
(4)有利于并联均流。在多个电源模块并联时可提供自动均流功能。
2 控制电路的设计
2.1 UC3846电流控制芯片的工作原理
电流模式控制分为峰值电流模式控制和平均电
流模式控制。UC3846采用的是峰值电流模式控制法,即将实际的电感电流和电压外环设定的电流值分别接收到PWM 比较器的两端进行比较,如图1所示。 变压器一次侧电流采样信号被放大3倍后与电压误差放大信号比较,然后去控制脉宽调制信号的
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2004年2月25日第21卷 第1期
通讯电源技术
Telecom Power Technologies
Feb.25,2004
Vol.21 No.1
图1 峰值电流模式控制法
脉宽。电流内环和电压外环同时起作用调节PWM
脉宽,如果内环变压器一次侧出现过流,而外环电压信号由于存在输出电感响应速度比内环慢,这个电流信号被霍尔传感器检测到后,经过放大与外环电压误差放大信号比较,会迅速调节PWM 脉宽
。因此UC3846比电压型PWM 控制芯片响应速度更快,在变压器磁芯偏磁时,能同时调节变压器一次侧和二次侧的电流。但是,UC3846同时拥有电流内环和电压外环,因此从控制上来说更为复杂。在占空比大于50%时容易造成工作电流扰动,尖峰电流值和平均值误差大,并且在二分之一开关频率处容易发生次谐波振荡。为了提高电路的稳定性有必要进行斜坡补偿。2.2 斜坡补偿电路设计
UC3846自身提供了良好的斜率补偿实现平台,因为在定时电容C T 上恰好有一个正值的与振荡器同步、同频率的斜坡电压,只要将该电压信号分压之后与峰值电流信号进行叠加就可以实现补偿。从UC3846的脉宽调制原理来看斜坡补偿有两种实现办法:一种是将斜坡补偿信号加到电流检测信号中,另一种是将斜坡补偿信号从误差电压信号中减去。第一种办法在实现电流限制功能时易产生误差;第二种方法实现起来比较麻烦。因此采用改进后的第一种办法,如图2接入射极跟随器减小晶振端的输出阻抗。射极电阻取R 2的值1/10。为减少补偿电路对C T 上的斜坡电压线性度和稳定性的影响,R 2的阻值要足够大。
图2 改进后的斜坡补偿电路
下面计算R 2参数值。
输出电感电流斜坡下降斜率
S (L )=d i/d t =U sec /L sec (1)
式(1)中,U sec 为输出电压;L sec 为滤波电感。
把输出滤波电感电流下降斜率折算到变压器一次侧:
S (L )′=S (L )N
(2)式(2)中,N 为变压器一、二次侧的匝数之比。
计算折算到一次侧的电流检测信号电压值
U S (L )′=S (L )′R sense (3) 计算振荡锯齿波斜坡电压的斜率
U S (osc )=d (U osc )/T on (4)
运用叠加法可得
U ramp =
U S (L )′R 2R 1+R 2+
U S (osc )R 1
R 1+R 2
(5)式(5)中,U ramp 为叠加后的电压值。
U S comp
=U S (osc )R 1
R 1+R 2;U SCL P =
U S (L )′R 2R 1+R 2
(6)
式中,U S (comp )为振荡斜坡产生的电压;U S (L )′为电
流反馈在R sense 上产生的电压。
斜率补偿电压信号的上升率愈大,则峰值电流控制电路对噪声的敏感性愈小,系统的抗噪能力愈强。另一方面,如果增大斜率补偿电压信号的上升率,则电流注入控制系统的开环穿越频率会减小,系统的动态响应速度将降低。综合考虑上述因素,在控制工程实践中,斜率补偿电压的上升率一般设计为输出电感电流检测信号下降率折算值的75%。
U S (comp )=0.75U S (L )′,R 2=R 1
U S osc
U S (L )′×0.75
。
R 1和C 2组成滤波电路。这个滤波电路用于降低开
通时的电流尖峰,该电流尖峰可能会导致电流检测电路错误工作。滤波电路的时间常数不能太小,太小滤波的效果不好,太大则导致电流检测电路响应速度变慢。一般滤波电路的时间常数应该要远小于振荡器的时钟周期T on ,一般取为1/50。C 2≤T on /(50R 1),R 1取1000Ω。由此完成斜坡补偿和滤波电路的计算。2.3 峰值电流限制电路设计
电流模式控制最有吸引力的地方就是它的电流限制能力,通过把误差电压放大器的输出限制在一个最大值的办法,简单地实现了限制峰值电流的目的。如图3,最大电流由R 1和R 2和R sense 决定。误差放大器的输出最大电压和V T 1联系紧密,V T 1用于嵌位误差放大器的最大输出电压。由于V T 1的基极电压和VD 1的前端电压基本相等,所以PWM 比较器的反向输入端电压被钳位在U pin1-0.5V 。
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通讯电源技术第21卷
图3 限制峰值电流电路
2.4
快速关断电路设计
UC3846的shutdown 主要用于快速关断保护功能,是对前面峰值电流限制等保护功能的一个补充,关断电路输入部分是一个比较器,如图4。如果比较器的同相输入端大于350mV ,比较器输出高电平,小晶闸管导通,软启动电容放电,使得pin1电位
下降。
图4 快速关断保护电路
本电源采用的是富士EXB841驱动电路。当驱
动电路检测到IG B T 过流时会产生一个过流信号,利用UC3846的shutdown 的快速关断功能,
过流信号会被送到shutdown 来实现IG B T 的快速过流关断保护。因为动作电压比较小,如果UC3846用于大功率焊机容易受到干扰,所以有必要设计一种可靠的辅助关断电路,保证关断电路不容易受到干扰,如图5所示。
图5 抗干扰的辅助关断电路
如果过流信号为低电平,模拟开关4066C 导通,
shutdown 和负电压接通,保证shutdown 不被干扰电压误导通;如果过流信号为高电平,shutdown 和正电压接通,模拟开关4066D 开通,shutdown 出现高电平,将UC3846可靠关断输出脉冲,保护开关管。2.5 实验结果
通过主电路和控制电路的设计制作,本文设计了基于全桥主电路的峰值电流模式控制CO 2气体保护焊机。焊机工作时,斜坡补偿信号和恒压输出波形如图6所示。
图6 焊机工作时斜坡补偿信号和恒压输出波形
斜坡补偿电路增加了电路的稳定性和抗干扰性能,弥补了峰值电流模式控制的不足,输出电压稳定。
3 结 论
峰值电流模式控制有很多优点,特别在用于全
桥式逆变焊机时,有利于防止主变压器的偏磁。但是峰值电流模式也有抗干扰性能不好,容易发生亚谐波振荡的缺点。通过控制电路的合理设计,尤其是斜坡补偿电路设计,充分利用UC3846的内部资源,可以克服这些不足。参考文献:
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焊电源中的应用[J ].焊接技术,1996(3):22224.
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第1期 ?变换与控制? 夏 田等: 峰值电流模式逆变焊机控制电路的设计
逆变电焊机的基本工作原理： 逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源， 又称弧焊逆变器， 是一种新型的焊接电源。 是将工频（50Hz）交流电， 先经整流器整流和滤波变成直流， 再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT），逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电， 同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压， 再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。 其变换顺序可简单地表示为： 工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。即为：AC→DC→AC→DC 因为逆变降压后的交流电， 由于其频率高， 则感抗大， 在焊接回路中有功功率就会大大降低。 所以需再次进行整流。 这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。 逆变电源的特点： 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高， 由此而带来很多优点。 因为变压器无论是原绕组还是副绕组， 其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：E=4.44fBSW 而绕组的端电压U近似地等于E，即： U≈E=4.44fBSW 当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少， 因此， 变压器的重量和体积就可以大大减小。 就能使整机的重量和体积显著减小。 还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点， 与传统弧焊电源比较， 其主要特点如下： 1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。 2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。 3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。 5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。
第一章主回路工作原理 一、什么叫主回路 主回路指焊机中提供功率电源的电路部分。 二、主回路原理图（以ARC160例） 三、组成器件说明 1、K——电源开关 用以接通（或切断）与市电（220V、50赫兹）的联系 2、RT——起动电阻 因焊机启动时要给后面的滤波电解电容充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。正常工作后，启动电阻被继电器短路。实际电路中，为避免因开机浪涌电流冲击造成启动电阻损坏，起动电阻采用了热敏电阻（PTC和NTC），它们具有良好的耐冲击性。 3、J1——继电器 开关接通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供24V电，使继电器吸合，将启动电阻短路。 4、DB——硅桥 此硅桥用于一次整流，将市电220V、50赫兹交流电整流后输出308V的直流电。 5、C1——电解滤波电容 整流后输出的308V的直流电为脉动直流，此电容起滤平作用 6、R——放电电阻 在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用此电阻将存电放掉。 7、C2——高频滤波电容 在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。 8、Q——开关管 开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥逆变器，在驱动信号作用下，将308V直流转 变成100Kz（10万赫兹）交流电的。 9、C3——隔直电容 为避免直流电流流过变压器肇成变压器饱而接入此电容。
10、T1——主变压器 变压器的作用是将308V的高压变换成适合电弧焊接所需要的几十伏的低压。 11、D——快速恢复二极管 D5、D6的作用是二次整流，即将100KHz的高频交流电流再次转变成直流电流。 12、L1——电抗器 电抗器具有平波续流作用，可使输出电流变得连续稳定，保证焊接质量。 13、RF——分流器 分流器是用锰铜制成的大功率小阻值的电阻，用于检测输出电流的大小，提供反馈信号。 四、全桥逆变器工作原理 1、全桥逆变器的电路图 2、全桥逆变器工作原理 全桥逆变器每个工作周期分四个时段，分别为t1、t2、t3、t4，其工作原理如下： t1时段K1、K4导通，K2、K3关断 电流方向：正极K1 C1 T K4 地 t2时段K1、K4、K2、K3关断 无电流 t3时段K1、K4关断，K2、K3导通 电流方向：正极K2 C1 T K3 地 t4时段K1、K4、K2、K3关断 无电流 从上述分析看，在t1与t3时段里，流过变压器T的电流方向正好相反，也就是将直流电变成了交流电。 五、主回路中点波形图
ZX7逆变焊机工作原理 核心提示: 主电路主要由输入整流器、逆变电路和输出整流器所组成，现以逆变电路为半桥式串联逆变电路为例，如图1 所示。 图1(1) ZX 7 系列逆变直流弧焊机主电路电气原理图(1)
图1(2)ZX 7 系列晶闸管逆变直流弧焊机主电路电气原理图(2) (一) 输入整流器 输入整流电路由三相整流桥堆VC1、限流R2和滤波C1~C4所组成。此外，还有自动空气开关QF1、电阻R1。QF1内有热脱扣和电磁脱扣装置，当发生过载、短路等故障时，能自动切断电源以保护焊机。本开关只作保护用。启动焊机和停止焊接时，应由用户配电板的空气开关控制。R1为压敏电阻，作过电压保护。三相380V的电压经三相桥式整流后以及由于滤波电容的作用，电压高达600V，带电检查焊机的
故障时，应特别注意人身安全，做好防护工作。 (二) 逆变电路 这是主电路的核心部分，它由换向电容C5~C8、开关元件——晶闸管VT7和VT8、主T1、限制冲击电流的L1等组成。现通过其电路简图来说明逆变的原理和过程。 图2 逆变电路简图 参看图2，当VT7被触发导通而VT8为关断时，C5、C6经VT7、器T1的一次绕组N1放电，电流为I1’，电压U5-6逐渐下降至零，于是C5、C6中电场的能量转变成变压器的磁场能量。接着，磁场释放能量而向C5、C6反向充电；与此同时，输入整流器经VT7、N1给电容C7、C8充电，充电电流为I1”。I1’和I1”构成了变压器T1一次侧绕组N1中的正半波电流I1，即I1=I1’+I1”。当C5、C6被反向充电，U5-6为负值时促使VT7关断。 VT7关断后，VT8被触发导通，逆变工作过程与上述相似，即C7、C8经T1的N1、VT8放电，电流为I’2。放电至零时，接着变压器磁场能量向C7、C8反向充电，UC7-8为负值；与此同时，输入整流器向C5、C6充电，电流为I2”。显然，与电流I1方向相反，因而构成了N1中的负半波电流。在UC7-8为负值时，促使VT8关断。 这样，每当VT7和VT8交替导通、关断一次，就在主变压器T1绕组中产生一个周波的电流。晶闸管每秒钟通、断的次数就决定了逆变器的工作频率。 由上述逆变过程可以看出：一个晶闸管关断后，另一个晶闸管才能导通。否则，将造成短路，烧坏晶闸管，并使逆变过程失败。为使逆变器能正常工作，在任意工作范围内，必须使流经晶闸管的瞬时电流过零的时刻（即换向电容放电，电压降到零后又出现负值）至其关断的这段时间间隔tx（称晶闸管的休止时间）均应大于晶闸管的关断时间tq，即 tx>tq 而且，还应该对晶闸管的最高工作频率加以限制，即要求： fm≤1/2tx
对一个简单的峰值电流限制进行改进方法 故障保护是所有电源控制器都有的一个重要功能。几乎所有应用都要求使用过载保护。对于峰值电流模式控制器而言，可以通过限制最大峰值电流来轻松实现这个功能。在非连续反向结构中，为峰值电流设置限制可最终限制电源从输入源获得的功率。但是，限制输入功率不会限制电源的输出电流。如果出现过载故障时输入功率保持不变，则随着输出电压下降，输出电流增加（P=V*I）。发生短路故障时，这会让输出整流器或者系统配电出现难以接受的高损耗。本文利用一些小小的创新和数个额外组件，为您介绍如何对一个简单的峰值电流限制进行改进，将电源变为一个恒定电流源，而非一个恒定功率源。 图1对比了理想输出电压与恒定功率和恒定电流限制的电流。这两种情况下，过载故障保护都在120%最大额定负载时起作用。在一个使用功率限制的系统中，输出电流随负载增加电压反向而增加。在现实系统中，有功率限制的反向控制器会在某个点关闭，原因是控制器的偏压损耗。相比之下，一旦超出过载阈值，有电流限制的系统便会立刻关闭。可以通过直接检测隔离边界二次侧的负载电流，实现电流限制。但是，这样做需要使用更多的电路，效率降低，而且成本一般会高得离谱。 图2 显示了移动设备充电器所使用的一个5V/5W 非连续反向电源的原理图。在范例中，我们使用了UCC28C44 控制器，它是大多数经济型峰值电流模式控制器的代表，拥有功率限制功能。在非连续反向结构中，如果忽略效率影响，可使用方程式1 计算负载功率（P）的大小。 由于变压器电感（L）和开关频率（f）均固定不变，因此可以通过控制峰值一次电流（IPK）对输出电压（VOUT）进行调节。随着输出电流（IOUT）增加，电压开始下降，但是反馈环路要求更高的峰值电流来维持电压调节。 在反向转换器内部，引脚1（COMP）的反馈电压与峰值电流比较。通过R15 检测该峰值
开关电源峰值电流模式控制PWM的优缺点 近年来电流模式控制面临着改善性能后的电压模式控制的挑战，因为这种改善性能的电压模式控制加有输入电压前馈功能，并有完善的多重电流保护等功能，在控制功能上已具备大部分电流模式控制的优点，而在实现上难度不大，技术较为成熟。 由输出电压VOUT 与基准信号VREF的差值经过运放（E/A）放大得到的误差电压信号 VE 送至PWM比较器后，并不是象电压模式那样与振荡电路产生的固定三角波状电压斜波比较，而是与一个变化的其峰值代表输出电感电流峰值的三角状波形或梯形尖角状合成波形信号 VΣ比较，然后得到PWM脉冲关断时刻。因此（峰值）电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。 电流模式控制是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。因为峰值电感电流容易传感，而且在逻辑上与平均电感电流大小变化相一致。但是，峰值电感电流的大小不能与平均电感电流大小一一对应，因为在占空比不同的情况下，相同的峰值电感电流的大小可以对应不同的平均电感电流大小。而平均电感电流大小才是唯一决定输出电压大小的因素。电感电流下斜波斜率的至少一半以上斜率加在实际检测电流的上斜波上，可以去除不同占空比对平均电感电流大小的扰动作用，使得所控制的峰值电感电流最后收敛于平均电感电流。因而合成波形信号VΣ要有斜坡补偿信号与实际电感电流信号两部分合成构成。当外加补偿斜坡信号的斜率增加到一定程度，峰值电流模式控制就会转化为电压模式控制。因为若将斜坡补偿信号完全用振荡电路的三角波代替，就成为电压模式控制，只不过此时的电流信号可以认为是一种电流前馈信号。当输出电流减小，峰值电流模式控制就从原理上趋向于变为电压模式控制。 当处于空载状态，输出电流为零并且斜坡补偿信号幅值比较大的话，峰值电流模式控制就实际上变为电压模式控制了。峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统，电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时快速的，是按照逐个脉冲工作的。 功率级是由电流内环控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必控制LC 储能电路。峰值电流模式控制PWM具有比起电压模式控制大得多的带宽。以下是开关电源峰值电流模式控制PWM的优缺点： 峰值电流模式控制PWM的优点是： ①暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快； ②控制环易于设计； ③输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美； ④简单自动的磁通平衡功能； ⑤瞬时峰值电流限流功能，内在固有的逐个脉冲限流功能； ⑥自动均流并联功能。 峰值电流模式控制PWM的缺点是： ①占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差。 ②闭环响应不如平均电流模式控制理想。 ③容易发生次谐波振荡，即使占空比小于50%，也有发生高频次谐波振荡的可能性。因而需要斜坡补偿。 ④对噪声敏感，抗噪声性差。因为电感处于连续储能电流状态，与控制电压编程决定的电流电平相比较，开关器件的电流信号的上斜波通常较小，电流信号上的较小的噪声就很容易使得开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡。 ⑤电路拓扑受限制。
逆变焊机的简单维修 The latest revision on November 22, 2020
逆变焊机的简单维修[转]-资料-中国焊接资源网 所总结的一些基本问题与大家工分享！共免！l常见故障及修理方法 2故障现象：亮电压异常指示灯 引起原因：由于开机动作过慢，开关接触不同步引起。 解决方法：可关机后重新再开。 引起原因：供电电压缺相或输入电压过高或过低（大于440V，或低于320V），超出焊机正常工作范围。 解决方法：用万用表测量输入电压，交流三相380V是否正常。 2故障现象：风扇不转，同时亮电压异常指示灯 引起原因：供电电源缺相 解决方法：用万用表测量输入电压，交流三相380V是否正常。 2故障现象：风扇不转，同时亮温度异常指示灯 引起原因：风扇损坏，引起IGBT模块发热。 解决方法：打开机箱，掉换风扇。 2故障现象：温度异常指示灯亮 引起原因：超过额定负载率使用，IGBT温度超出正常使用范围，自动报警。 解决方法：可空载开机，让风机自动散热，IGBT降温后即可恢复正常工作。 为避免IGBT升温过高，请按说明书标注的额定负载率使用。 2故障现象：电流异常指示灯亮 引起原因：如果是空载出现此现象，或焊接电流并不大却常常出现此现象。说明过流报警环节太灵敏。 解决方法：换电路板。 引起原因：如果长时间工作于大电流状态，引起电流异常指示灯亮。请立即关机待机内温度下降后再开机，如重新开机后仍不能恢复正常，说明电焊机内IGBT或主变压器已经损坏。 2故障现象：开机后电压表上空载电压指示值偏低（小于65V） 引起原因：显示电压表指针有偏差。 解决方法：用万用表直流电压档测量（+），（—）两快速接头端之间电压值，在65V-75V之间。说明本机空载输出正常。换显示电压表头。 引起原因：交流接触器不吸合。 解决方法：查出原因，代换相应元器件。 引起原因：某一只IGBT开路。 解决方法：用万用表下流电压档测量（+），（—）两快速接头端之间电压值，在30V-45V。说明全桥方式的逆变电路中有一只IGBT管已经开路，查出损坏的模块，换新的模块。 2故障现象：空载时显示电压值为0 引起原因：电压表引线已断或显示表已坏。 解决方法：用万用表下流电压档测量（+），（—）两快速接头端之间电压值，在65V-75V之间。说明本机空载输出正常。关机后用万用表电阻档测量电压表两根引线分别到（+），（—）两快速接头端是接通的，说明引线未断，则可能是电压表已坏，换表。 引起原因：电路和板上元件损坏。 解决方法：查出损坏的电路板，换电路板。 引起原因：IGBT已损坏。 解决方法：关机拆下IGBT管，判别IGBT管是否已经损坏。并换之。 2故障现象；电流不稳或焊接效果不好 引起原因：焊机内某些零部件接触不良。（例：IGBT引线端松动。电解电容两端平衡电阻脱落等。）
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性 本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。 ZX7—200/315/400 电原理图 NBC系列CO2气体保护焊机NBC?630 逆变式NBC系列C0：气体保护焊机分为普通型和数字化两种类型，包括250A、350A、500A、630A几种,用于焊接低碳钢、合金钢等。 主要特点 采用波形控制技术，改善成形，降低飞溅； 电流电压连续可调，调节范围宽； 负载持续率高，可长时间连续焊接； 焊接变形小，焊缝成形好；慢送丝引弧，引弧容易，成功率高；
收弧时具有消球功能; 焊接熔敷率髙； 软开关变换，整机效率高； 无源功率因数校正技术，功率因数高； 高频逆变，体积小，重量轻； 数显表头，焊接参数可精确预置； 适用实芯/药芯焊丝； 提供常规电流值、电压值匹配方案，方便操作人员调节； X型机具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧气刨功能； z型机具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧气刨功能，且电弧稳定性强, 特别适用于全位置自动焊接（此焊机需另配全自动焊送丝、行走控制系统）。 慢送丝引弧，引弧容易，成功率高； 收弧时具有消球功能； 焊接熔敷率髙； 软开关变换，整机效率高； 无源功率因数校正技术，
刀架转盘回转角度- ±90° 刀杆截面尺寸（四方刀架刀杆 截面） mm 25X25 主轴中心线至刀具支承面距离mm 26 床尾主轴直径（尾座套筒直 径） mm 75 床尾主轴孔锥度（尾座套筒锥 孔锥度） - 莫氏圆锥5号床尾主轴最大行程mm 150 机床丝杠螺距mm 12 加】丄公制螺纹范碉及种数mm 44 种:1-192 加山英制螺纹范碉及种数牙/寸 (tpi) 21 种:2-24 加工模数螺纹范碉及种数mm 39种: 加丄径节螺纹范困及种数DP 37^： 1-96 床身导轨宽度（导轨跨度）mm 400 床身导轨硕度RC RC52 主电机功率kW 机床净重kg 2570 机床毛重kg 3410 机床轮廉尺寸（长X宽X高）mm 3668X1000X1267 机床包装尺寸（长X宽X商）mm 3850X1520X2010 加工精度- IT7 表面光洁度u m 产 品 名 称 普通午床
主电路电气原理图
主控制板电器原理图：
逆变触发电路图：
脉冲及时序板原理图： 本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。
IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性 这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。--拓普电子 1.电路图 2.工作原理 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 方波信号发生器（见图3）这里采用六反相器CD4069 构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善 图3
由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC 。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz 。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。 场效应管驱动电路。 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大 振幅为0~5V ，为充分驱动电源开关电路，这里用 TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V 。如图4 所示。 MOS 场效应管电源开关 电路。 这是该装置的核心，在 介绍该部分工作原理之 前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS 场效应管也 被称为MOS FET ， 既 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS 场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN 型PNP 型。NPN 型通常称为N 沟道型，PNP 型也叫P 沟道型。由图可看出，对于N 沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上，同样对于P 沟道的场效应管 其源极和漏极则接在P 型半导体上。 我们知道一般三极管是由输入的电流 控制输出的电流。但对于场效应管， 其输出电流是由输入的电压（或称电 场）控制，可以认为输入电流极小或 没有输入电流，这使得该器件有很高 的输入阻抗，同时这也是我们称之为 场效应管的原因。 图4 图5 图6
峰值电流模式控制总结 PWM (Peak Current-mode Control PWM) 峰值电流模式控制简称电流模式控制。它的概念在60年代后期来源于具有原边电流保护功能的单端自激式反激开关电源。在70年代后期才从学术上作深入地建模研究。直至80年代初期，第一批电流模式控制PWM集成电路（UC3842、UC3846）的出现使得电流模式控制迅速推广应用，主要用于单端及推挽电路。近年来，由于大占空比时所必需的同步不失真斜坡补偿技术实现上的难度及抗噪声性能差，电流模式控制面临着改善性能后的电压模式控制的挑战。如图1所示，误差电压信号 Ue 送至PWM比较器后，并不是象电压模式那样与振荡电路产生的固定三角波状电压斜坡比较，而是与一个变化的其 比较，然后得到峰值代表输出电感电流峰值的三角状波形或梯形尖角状合成波形信号U Σ PWM脉冲关断时刻。因此(峰值)电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。 图1采用斜坡补偿的BUCK电流型控制 1. 峰值电流模式控制PWM的优点: ①暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快；峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统，电压外环控制电流环。电流环是瞬时快速按照逐个脉冲工作的。功率级是由电流环控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中，电流环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必控制LC储能电路。由于这些，峰值电流模式控制PWM具有比起电压模式控制大得多的带宽。 ②虽然电源的L－C滤波电路为二阶电路，但增加了电流环控制后，只有当误差电压发生变化时，才会导致电感电流发生变化。即误差电压决定电感电流上升的程度，进而决定功率开关的占空比。因此，可看作是一个电流源，电感电流与负载电流之间有了一定的约束关系，使电感电流不再是独立变量，整个反馈电路变成了一阶电路，由于反馈信号电路与电压型相比，减少了一阶，因此误差放大器的控制环补偿网络得以简化，稳定度
4逆变焊机主电路的设计 4.1逆变焊机的工作原理与特点 逆变焊机原理框图如图4.1所示。该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压，19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。内环为电流反馈闭环控制，反馈信号由电流霍尔传感器得到。外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。具体控制过程后做分析. 逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后，变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出。借助于控制电路及反馈回路，以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。 交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。我们知道，按照正弦波分析时变压器输出有如下公式[60]:
式中， 变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz，则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到 2/3，因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低，焊接质量也有进一步改善。 由于上述原因，逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比，具有众多优点: l)高效节能。逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低，其效率可达80%到95%，功率因数可提高到0.9以上，空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵。 2)体积小，重量轻。这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一。 3)动态响应时间短，控制速度提高。该特征是逆变焊机最重要的特点。普通晶闸管焊机的控制周期为3.3ms，而逆变焊机的动态响应时间达到百微妙级，和电弧焊接诸物理过程的时间常数相当，故能更精确地控制电弧焊中各种物理现象，焊接的动态控制成为可能。 4)控制能力增强，显著提高工艺性能。控制能力是与控制速度、控制手段密切相关的。它直接反映了焊机适应焊接条件和焊接要求的能力。另一方面，焊机控制能力的增强主要依靠于器件速度的提高、微机的应用及现代化控制力等方法的应用。
华 伟 1965年生,1990 年获北京工业大学功率半 导体器件专业工学硕士学位,副教授,从事新型电力电子器件应用及开关功率变换器的教学和科研工作。 设计与研究 30k W 电流模式PWM 控制的 DC DC 功率变换器 北方交通大学(北京100044) 华 伟 摘 要:新型30k W 电流模式P WM 控制的功率变换器采用N PT -IGBT 器件,无需串联隔直防偏磁电容,使用有源斜坡补偿技术,效率达到90%,具有极好的动态响应、过流保护及模块均流并联性能,是一种具有极大功率扩容(可达到100k W )潜力并易于工程化实现的IGBT 功率变换器。 关键词:电流模式 IGBT 全桥拓扑 开关模式整流器 变换器 收修改稿日期:1999203215 30k W curren t m ode P WM con trolled DC DC power converter N o rthern J iao tong U n iversity (B eijing 100044) Hua W e i Abstract :P resen ted in the paper is a novel 30k W cu rren t mode P WM con tro lled pow er converter .T he converter ,of w h ich the efficiency reaches 90%,app lies N PT -IGBT device and an active slope compen sati on techno logy w ith no need to series connect a DC b lock ing and b ias 2p roof capacito r .It featu res excellen t dynam ic respon se ,over 2cu rren t p ro tecti on ,parallel modu le cu rren t equalizati on ,very h igh pow er expan si on po ten tial (as h igh as 100k W )as w ell as easy engineering realizati on . Key words :cu rren t mode ,IGBT ,fu ll 2b ridge topo logy ,S M R ,converter . 近年来,随着新型电力电子器件的飞速发展, 10k W 以上的直流功率变换器已从SCR 的低频相控整流器方式发展为IGB T 的高频DC DC 开关功率变换器方式。国外的DW A 、GEC -AL STON 、AD tranz 、ABB [1] 等公司也于近年研制出各自的IGB T DC DC 充电机,主要用于高速电气化列车及地铁列车。IGB T DC DC 充电机的重量、 体积大幅度减小,性能明显改善,但要实现15k W ～200k W 的DC DC 高频开关功率变换,存在许多技术问题需要解决。下面根据30k W IGB T DC DC 充电机的研制情况,对有关技术问题进行分析研究。 1 主电路及控制方案 (1)主电路原理图 不同的DC DC 功率变换器拓扑及PWM 控制方法可以构成许多不同的主电路及控制方案[2]。根据技 术的成熟程度、工程化实现难度、装置的性能要求、系列化功率扩容考虑、长期可靠性要求等,在设计30k W IGB T DC DC 充电机时,选择了电流模式PWM 控制 的全桥拓扑(无隔直电容)功率变换器方案。功率变换器的工作频率约为20kH z 。主电路原理如图1所示。 其中C 2为母线单电容型snubber 电路,CT 为检测一次侧电流用的电流互感器。此一次侧电流信号用作电流模式PWM 反馈控制 。 图1 IGBT DC DC 充电机用功率变换器主电路原理图 (2)控制系统原理方框图 控制系统原理如图2所示。这是一个由110V 输出电压控制的电压外环及电流互感器CT 所检测的一次侧电流内环构成的双闭环反馈系统。斜坡补偿电路是电流模式PWM 控制的大占空比双端开关电源电路是为防止次谐波振荡所必需的。反馈补偿网络用以控制电压反馈闭环的稳定性。A 、B 两路驱动信号分别提供给图1中的两路对角线IGB T V 1、V 3和V 2、V 4。 1999年第5期机 车 电 传 动№5,1999 1999年9月10日EL ECTR I C DR I V E FOR LOCOM O T I V E Sep .10,1999
峰值电流型控制Buck 等效功率级的小信号传递函数 普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士 Buck 变换器在峰值电流型控制下的等效功率级小信号传递函数（CCM ）： ) 1)(1()1()(220n n p p zc vc vc s Q s s s G s G ωωωω++++′≈′ )1)(1()1()(220 n n p p zc vg vg s Q s s s G s G ωωωω++++′≈′ ) 1()1()(0p zc out s s R s Z ωω++′≈′ 其中：101F R R G i vc = ′，120F F L RT G s vg =′，10F R R =′ 11F RC p =ω，)5.0(1?′=D m Q c p π，C R c zc 1=ω，s n T πω= )5.0(11?′+ =D m L RT F c s ，)]21([2D D m D F c ??′=，n e c S S m +=1 i o g n R L V V S ×?= 从求得的峰值电流控制Buck 等效功率级的三个CCM 小信号传递函数，我们可以来分析这种控制的特点。其峰值电流控制等效功率级的控制电压到输出电压小信号传递函数)(s G vc ′，和输入电压到输出电压小信号传递函数)(s G vg ′，形式完全相同，所不同的只是零频分量。它由一个左半平面单极点，一个1/2开关频率处的双极点和一个因输出滤波电容ESR 引起的左半平面单零点组成。双极点的频率在1/2开关频率，比起开关电源的带宽要高得多，故一般情况下可将其忽略。在R.Ridely 引入采样函数之前的分析文章中，所得到的结果都是用一阶小信号传递函数近似，所以就不能解释在实验中出现的子谐波振荡现象。所谓的子谐波振荡是峰值电流型控制的等效功率级，在工作占空比大于0.5时和无外部补偿斜波时，会在输出产生一种1/2开关频率的有规则的振荡，可在MOSFET 的ds V 波形上反映出来，它在时钟的相邻开关周期内，具有不同的导通时间和截止时间，一长一短，其波形示意图如图1所示。虽然这种振荡波形，人耳一般听不到，但它会影响开关电源长期工作的可靠性，所以必须避免。
逆变电焊机案例的维修方法 逆变电焊机案例的维修方法一、机型：瑞凌ws200a氩弧手工两用机 故障现象：手工焊正常，氩弧焊不起弧。 检查维修：手工焊正常说明主控电路、逆变电路、2次整流电路、主电源供给电路正常。故障点就在，功能转换电路，氩弧焊控制电路和高频产生电路。 通电开机把功能转换开关打到氩弧焊点焊枪开关电磁阀动作正常，测量dc输出59v正常，说明功能转换和氩弧焊控制电路正常，故障在高频产生电路，这个型号的机子高频产生电路、氩弧焊控制电路主电源供给电路在一块pcb板上(俗称下板)。 打开机壳，点焊炬开关用手感觉高频控制继电器有动作，说明继电器驱动管和供电正常，测量输出限流电阻(1k6w)正常说明倍压整流电路的高压二极管没有击穿，引弧线圈连接正常，剩下就是高频输出耦合电容(10k102两个并联)和高频信号输入的问题了。一般输出耦合电容两个同时损坏的几率很小，根据经验判断为高频信号输入异常造成没有高频电压输出。这种mos管的小机器的高频输入是从逆变板的主变压器输入端并联引出310v的高频电压通过一个隔直流电容(630v104)和一个电阻(3w100k)并联后通过继电器与高频变压器初级并联，拆下隔直流电容测量容量很低，更换隔直流电容后试机高频打火即正常，焊接10分钟一切正
常交付用户使用。 二、机型：瑞凌zx7-400(mos)手工焊机 故障现象：电流打不可调焊条接触工件起弧后即保护。 检查维修：这种故障是应为反馈不正常造成的，这款机子是通过输出端接分流器(400a75mv)产生电压降给主板提供反馈电压。 开机检查发现分流器下端的一个线已经脱落，把这个根线焊好试焊正常，同时发现分流器已经经过高温变色，输出插座的胶木变形，询问用户得知他采用的快速擦头为中式50平方插头，而机子上用的是欧式插座，因接触不紧大电流焊接时发热严重使反馈线与端子之间的焊锡融化造成脱落。 更换输出插座重新焊接反馈线(把线剥长点拧几圈在用焊锡焊接就算高温也不会掉)。用4个焊条3根试焊一切正常交付用户使用。 三、机型：锐龙zx7-400(mos管)手工焊机 故障现象：开机保护灯即亮 检查维修：在地板我说明了氩弧焊机亮保护灯的4种情况，由于手工焊机开机逆变器即开始工作所以逆变版和2次整流板故障都会造成开机即亮保护灯。本机使用双逆变器并联输出，开壳检查逆变版没有炸机的痕迹，测量驱动输出端压降正常(0.7v左右)测量8组mos管的d g级压降正常说明逆变正常，故障在2次整流电路，然后测量焊机输出端压降为0(正常时0.25v左右)说明整流二极管有击穿。 由于本机为上逆变器并联必须分开测量，松开逆变器输出端螺丝把链接两个逆变器的铜排分开然后分别测量两个逆变器的输
一、电流型控制原理及特点 原理： 电流型脉宽调制(PWM)控制器是在普通电压反馈PWM 控制环内部增加了电流反馈的控制环节,因而除了包含电压型PWM 控制器的功能外,还能检测开关电流或电感电流,实现电压电流的双环控制。控制原理框图如下图（图1）所示。 图 1 双环电流型控制器原理图 从图 1 可以看出,电流型控制器有两个控制闭合环路:一个是输出电压反馈误差放大器Ａ,用于与基准电压比较后产生误差电压;另一个是变压器初级(电感)中电流在Rs 上产生的电压与误差电压进行比较,产生调制脉冲的脉宽,使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。系统工作过程如下:假定输入电压下降,整流后的直流电压下降,经电感延迟使输出电压下降,经误差放大器延迟Vca 上升,占空比变化,从而维持输出电压不变,在电流环中电感的峰值电流也随输入电压下降,电感电流的斜率di/dt 下降,导致斜坡电压推迟到达Vca,使PWM 占空比加大,起到调整输出电压的作用。由于既对电压又对电流起控制作用,所以控制效果较好在实际中得到广泛应用。 特点： a)由于输入电压Vi 的变化立即反映为电感电流的变化,不经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度(电流控制环),因而使得系统的电压调整率非常好,可达到0.01%V, 能够与线性移压器相比。 b)由于双环控制系统内在的快速响应和高稳定性,反馈回路的增益较高,不会造成稳定性与增益的矛盾,使输出电压有很高的精度。 ｃ)由于Rs 上感应出峰值电感电流,只要Rs 上电平达到1V,PWM 控制器就立即关闭,形成逐个脉冲限流电路,使得在任何输入电压和负载瞬态变化时,功率开关管的峰值电流被控制在一定范围内,在过载和短路时对主开关管起到有效保护。 d)误差放大器用于控制,由于负载变化造成的输出电压变化,使得当负载减小时电压升高的幅度大大减小,明显改善了负载调整率。 e)由于系统的内环是一个良好的受控电流放大器,所以把电流取样信号转变成的电压信号和一个公共电压误差放大器的输出信号相比较,就可以实现并联均流,因而系统并联较易实现。 二、峰值电流控制与平均电流控制的比较 峰值电流模式控制和平均电流模式控制相比主要具有以下缺点: (1)对噪声敏感，峰值电流模式控制是将电感电流的上升沿(即开关电流)同设定的电流值相比较,当瞬态电流达到设定值,ＰＷＭ比较器输出翻转将功率开关管关断。电感电流上升到设定值的坡度即(Vin-Vout)/L 很小,特别是Vin 小时坡度更小,所以这种控制方法易受噪声干扰。每次开关管通断时都会产生噪声尖峰,并且耦合到控制电路的一个小电压就能使开关管迅速关断,使电路处于次谐波运作模式产生很大的纹波,所以
Boost 变换器基本电路形式如图1所示 图1 Boost 变换器基本电路 在boost 电路中, g V 是输入电压，L 是滤波电感,1、2为开关器件，C 是滤波电容,R L 为负载电阻，)(t i L 是流过电感的电流，)(t i C 是流过电容的电流，V 是输出电压。该电路有两种工作状态； 一种为开关接到1的工作状态，如图2所示 图2 Boost 电路开关1状态 分析可知 ; (1) 另一种开关接到2的工作状态,如图3所示
图3 Boost 电路开关2状态 其中 (2) 根据电压定理作)(t V L 与时间的函数关系，如图4所示 图4 电感电压与时间的函数关系 S g S g S L T D V V DT V T 0 dt t V ')()(-+?=? 即 )()(''S S S g T VD T D DT V 0-++?= 可得 D 11D 1 V V D M g -===')( （3） 根据电流定理作)(t i C 与时间的函数关系，如图6所示
图6 电容电流与时间的函数关系 S L S S C T D R V i DT R V dt T 0t i ')()()(-+?-=? 即 L S S S i T D T D DT R V 0?++?-='')()( 可得； R D 1Vg i 2L )(-= （4） 通过对理想Boost 变换器在一个开关周期内两个工作阶段的分析，得到电感电压的分段函数： ()()?? ????+=??ττττd V d V T 1V S T D L D 0L S L （5） 用平均变量代替瞬时变量,化简得 ()()V V D 1DV V g g L --+= （6） 又因为 ()()dt t di L d V T 1 V L T 0L L S ==?ττ （7） 将上式带入（5）得电感电压平均值的表达式 ()()V D 1V dt t di L g L --= （8） 同理可得电容电流平均值的分段表达式 ()()()R V t i D 1dt t dv C L --= （9） 为了将上式非线性问题线性化，找到变换器的静态工作点，对上面式子分离扰动，表示为直流分量和小信号分量之和，直流分量描述变换器的稳态解，交流小信号分量描述变换器在静态工作点处的动态性能。 )()(_____t v V t v g g g ∧ += )()(____t i I t i ∧ += )()(____t v V t v ∧ +=
4.1逆变焊机的工作原理与特点 逆变焊机原理框图如图4.1所示。该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压，19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。内环为电流反馈闭环控制，反馈信号由电流霍尔传感器得到。外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。具体控制过程后做分析. 逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后，变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出。借助于控制电路及反馈回路，以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。 交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。我们知道，按照正弦波分析时变压器输出有如下公式[60]: 式中，
变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz，则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到 2/3，因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低，焊接质量也有进一步改善。 由于上述原因，逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比，具有众多优点: l)高效节能。逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低，其效率可达80%到95%，功率因数可提高到0.9以上，空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵。 2)体积小，重量轻。这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一。 3)动态响应时间短，控制速度提高。该特征是逆变焊机最重要的特点。普通晶闸管焊机的控制周期为3.3ms，而逆变焊机的动态响应时间达到百微妙级，和电弧焊接诸物理过程的时间常数相当，故能更精确地控制电弧焊中各种物理现象，焊接的动态控制成为可能。 4)控制能力增强，显著提高工艺性能。控制能力是与控制速度、控制手段密切相关的。它直接反映了焊机适应焊接条件和焊接要求的能力。另一方面，焊机控制能力的增强主要依靠于器件速度的提高、微机的应用及现代化控制力等方法的应用。
电流模式降压控制器的精确控制环路 标签: 控制器电流2012-09-16 14:56 峰值电流控制模式通常是电源设计人员的首选方案，因为其控制-输出传输函数具有一阶频率响应特性。基于一阶模型的控制回路设计的相位裕量接近90°。然而，实际应用中发现所能获得的相位裕量远远小于90°，具体取决于单位增益频率的选择、占空比和所采用的斜率补偿，这是由于控制回路电流比较器的采样效应引起的。本文描述了MAX1954A电流模式控制器的控制回路设计，设计时考虑了采样效应的影响，准确预测了相位裕量。这里使用的分析方法并不针对MAX1954A，能够适用于目前市场上的大多数电流模式降压IC。 一阶模型 降压型DC-DC转换器的典型电流模式控制环路如图1所示。采用固定频率时钟(CLK)导通高边MOSFET。PWM比较器反相输入端由电感电流产生的电压大于控制电压vc时，Q1关闭。通过vc设置峰值电感电流，以保持输出电压vo的稳定。这样，输出电感表现为一个电流源，从而得到一阶控制-输出传输函数。斜坡补偿电压vs 加到PWM比较器的第二反相输入端，在占空比高于0.5时可防止工作周期内的谐波不稳定性，提高噪声抑制。电流控制模式的相关波形如图2所示。 图1. 峰值电流控制模式电路原理图
图2. 电流控制模式波形图 控制-输出传输函数通常用于设计峰值电流模式控制器，如下式所示： 由上式可以估算输出电容Co和负载电阻Ro产生的极点ωp。由该式还可估算出输出电容及其等效串联电阻(ESR) Rc产生的零点ωz。由以上模型得出的增益和相位与实际应用获得的值不同，这是由于PWM比较器的“采样和保持”效应，每周期仅对电流波形采样一次的结果。查阅参考文献[1]可知：必须对以上公式中的简单峰值电流控制模型加以改进，使其在1/2开关频率处具有双极点，以体现采样效应。 估算相位裕量 下文描述了MAX1954A电流模式控制器的环路设计，考虑高频效应并精确估算了相位裕量。利用 MAX1954A*估板电路原理图实现该设计，参考了MAX1954A*估板数据资料和MAX1954A数据资料。 以下公式给出了精确的控制-输出传输函数：