软开关型逆变弧焊电源研究现状

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第161期)机械工程与自动化No．42010年8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMAT10NAug．文章编号：1672—6413(2010)04—0204—03软开关型逆变弧焊电源研究现状张振松，吴志生，潘洪雷，郭建业。(1．太原科技大学材料学院，山西太原030024；2．太原星云焊接设备有限公司，山西太原030024)摘要：回顾了软开关技术的由来和发展阶段，介绍了实现逆变器软开关的基本电路，包括谐振DC环节方式电路、谐振极方式电路、负载谐振方式电路、辅助谐振

2、缓冲电路、主辅开关电路、载波控制逆变电路等，列出了它们的基本电路拓扑图，同时进行了简单的分析。最后，对逆变电源软开关的发展方向提出了看法。关键词：弧焊逆变电源；软开关；拓扑结构中图分类号：TG434．1文献标识码：A0引言2软开关技术的发展历程弧焊逆变电源使用硬开关，存在较大的开关损耗，自上世纪7O年代以来，软开关技术先后经历了串联开关效率低，易产生电磁干扰。解决上述问题的有效或并联谐振技术(20世纪7O年代)、准谐振或多谐振技办法是采用软开关(SS)。该技术可以减小甚至完全消术(20世纪8O年代中期)、ZCS—PWM或ZVS

3、—PWM除开关损耗，使开关频率增大，减小电磁干扰。软开技术(20世纪8O年代末期)、移相全桥ZVS—PWM技关技术的实质是增加电感电容c等构成谐振电术(20世纪8O年代末期)、ZCT—PWM或zVT—路，当变换器主开关换流时，电感电容产生谐振，使PWM技术(20世纪9O年代初期)、全桥移相ZVzCS—主开关上的电压电流变零，从而为主开关提供零电压／PWM技术(20世纪9O年代中期)等发展阶段[2]。零电流(zVS／ZCS)的软开关条件。目前，软开关技术的进展主要在小功率开关电源1软开关技术的由来领域，对于中大功率电源，特别是焊

4、接电源，由于工开关器件工作频率越高，其尺寸越小，传统PWM作环境恶劣，器件容量及可靠性等方面的原因，软开变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开关工作关技术应用还比较少。但从长远观点来看，软开关技的诸多缺陷阻碍了开关器件工作频率的提高：①开通术应用到逆变焊接电源中是焊接电源的发展方向。目和关断损耗大；②电路中存在感性元件，当开关器件前已研制出产品，如双IGBT管正激零电压转换一脉关断时，感应出很高的尖峰电压，易造成击穿电压；③宽调制(ZVT—PWM)软开关焊接电源，输出20kW，开关器件在很高的电压下开通时，存储在开关器件结5

5、00A，开关频率40kHz，效率92％。该电源冲击电流电容中的能量将全部耗散在该器件内，引起过热损坏；小，动态特性好，负载不影响软开关特性。当开关管④二极管由导通变为截止时，存在着反向恢复期，此电流过零时，使开关管关断；开关管电压过零时，使时，二极管仍处于导通状态，若立即开通与其串联的开关管导通。从而使开关管关断和导通时损耗为零，实开关器件，容易产生很大的冲击电流。改进上述不足现了开关电源高频化的设计，提高了电源效率。这种的有效办法，就是发展软开关技术。理想的软开通过开关方式为电源小型化、高效率创造了条件]。程为：电压先下降到

6、零后，电流再缓慢上升到通态值，3弧焊逆变电源软开关基本拓扑此时开通损耗近似为零。另外，因器件开通前电压已自从上世纪80年代末美国威斯康星大学的下降到零，器件结电容上的电压亦为零。由此可见，软Divan博士提出谐振直流环节逆变器后，软开关在逆开关技术较好地解决了硬开关的开关损耗、容性开通、变电源中得到了长足的发展，之后，出现了各种软开感性关断、二极管反向恢复问题口]。关逆变器拓扑结构_4]。*太原市科技明星专项基金资助(09121013)收稿日期：2009—12-10；修回El期：2010—02—25作者简介：张振松(1983一

7、)，男，河南周口人，在读硕士研究生，研究方向：软开关型逆变弧焊电源。学兔兔www.xuetutu.com2010年第4期张振松，等：软开关型逆变弧焊电源研究现状·205·根据谐振电路和辅助电路在逆变器主电路上的不LC谐振电路。在逆变器开关模式切换之前启动该谐同位置，可将逆变电源的软开关电路分为谐振DC环振电路，当谐振过程使DC母线电压和电流为零时才节方式、谐振极方式、负载谐振方式等。开始软开关切换，辅助器件的动作也是以软开关进行3．1谐振DC环节方式的，谐振动作仅在逆变器开关模式要切换时发生。该图1为串联谐振DC环节逆变器，它

8、在逆变器DC方法的优点是谐振电路的开关器件和无源器件数目母线上设置LC并联谐振或串联谐振电路，利用谐振使少、结构简单；缺点是根据逆变器开关模式的不同负DC母线上产生零电压或零电流，在此期间逆变器的开载电流和电压波动大。关器件进行切换，实现零电压或零电流动作。该拓扑是ACRII