本實(shí)用新型涉及高頻弧焊逆變技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于DSC的全數(shù)字SiC逆變式多功能氬弧焊電源。

背景技術(shù)：

氬弧焊在不銹鋼、鈦合金、鋁鎂合金等材料的焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，氬弧焊電源普遍采用IGBT或者M(jìn)OSFET高頻逆變技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為成熟的技術(shù)手段，能滿足大部分金屬材料的焊接要求。但是隨著科技發(fā)展，在海洋工程、核電、航空航天、汽車、風(fēng)電、火電、船舶、軌道交通、石油化工等裝備制造業(yè)，其設(shè)備日趨大型化、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化以及材料趨于多元化，多種更高性能的不銹鋼、鋁等黑色、有色金屬及其合金不斷出現(xiàn)，迫切需要更高性能的多功能氬弧焊電源設(shè)備。然而，限于功率器件的開關(guān)速度和開關(guān)損耗，現(xiàn)有的氬弧焊電源的逆變頻率還不夠高，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度難以進(jìn)一步提高；同時(shí)，目前普遍采用模擬控制或者基于普通微處理器的簡(jiǎn)單數(shù)字控制，難以實(shí)現(xiàn)基于焊接電弧設(shè)計(jì)的氬弧焊接過程精細(xì)化控制，影響了焊接質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于DSC、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、響應(yīng)速度快、體積小巧、高效節(jié)能、具有優(yōu)異工藝適應(yīng)性、可提升焊接工藝質(zhì)量的全數(shù)字SiC逆變式多功能氬弧焊電源。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于DSC的全數(shù)字SiC逆變式多功能氬弧焊電源，其特征在于：包括主電路和DSC控制電路；

所述主電路包括依次連接的共模噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊、SiC逆變換流模塊、功率變壓器、SiC整流與平滑模塊和非接觸引弧模塊組成；其中，共模噪聲抑制模塊與外部交流輸入電源連接；SiC整流與平滑模塊和非接觸引弧模塊分別與外部電弧負(fù)載連接；

所述DSC控制電路包括DSC最小系統(tǒng)，以及分別與DSC最小系統(tǒng)連接的人機(jī)交互模塊、故障診斷保護(hù)模塊、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊和負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊；其中，故障診斷保護(hù)模塊還分別與交流輸入電源和SiC逆變換流模塊連接；SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊還與SiC逆變換流模塊連接；負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊還與電弧負(fù)載連接；非接觸引弧模塊與DSC最小系統(tǒng)連接。

本實(shí)用新型為逆變式直流、脈沖氬弧焊電源；交流輸入電源既可以是三相交流輸入電源，也可以為單相交流輸入電源，視實(shí)際輸出功率而定。由DSC最小系統(tǒng)直接產(chǎn)生所需的數(shù)字PWM信號(hào)，經(jīng)過SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊隔離、放大、整形之后直接驅(qū)動(dòng)SiC逆變換流模塊，使其SiC功率管按照預(yù)設(shè)的時(shí)序快速導(dǎo)通與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)高頻直流交流轉(zhuǎn)變；在氬弧焊電源輸出端檢測(cè)負(fù)載電流電壓，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后輸入到DSC最小系統(tǒng)，與人機(jī)交互模塊預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較之后，改變SiC功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)，獲得所需的波形輸出，完成閉環(huán)控制。

本實(shí)用新型氬弧焊電源采用基于SiC的新一代電力電子功率器件，大幅度地提高逆變頻率，使得功率變壓器的體積和質(zhì)量得到大幅減??；同時(shí)，由于SiC功率器件開關(guān)時(shí)間短，開關(guān)損耗極低，實(shí)現(xiàn)超高頻開關(guān)狀態(tài)工作，采用鐵損極小的磁芯材料即可，可進(jìn)一步縮小功率變壓器等磁性器件的體積和重量，電能轉(zhuǎn)換效率高。由于工作頻率提升，使得主電路中的濾波電感值可以很小，從而氬弧焊電源的時(shí)間常數(shù)也大幅度降低，更易于獲得優(yōu)異的動(dòng)特性；此外，高頻快速整流電路也采用了SiC快速功率二極管，基本不存在反向恢復(fù)效應(yīng)，使得氬弧焊電源產(chǎn)生的尖峰電壓大幅度降低，提高了安全性；SiC功率器件的熱耐受性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的MOSFET功率器件和IGBT功率器件，使得氬弧焊電源的可靠性進(jìn)一步提高。另一方面，由于逆變頻率提高，回路時(shí)間變小，采用高速精密的DSC最小系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出電流電壓的數(shù)字化、高速化、精密化調(diào)控，輸出特性可以任意調(diào)節(jié)和切換，易于實(shí)現(xiàn)基于焊接電弧設(shè)計(jì)的焊接工藝優(yōu)化。

優(yōu)選地，所述SiC逆變換流模塊包括電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、SiC功率開關(guān)管Q1、SiC功率開關(guān)管Q2、電容R6、電容R7、二極管D4和二極管D5；

電容C4和電容C5串聯(lián)后，與SiC功率開關(guān)管Q1和SiC功率開關(guān)管Q2串聯(lián)形成的電路一起并聯(lián)到工頻整流濾波模塊上；電容C6和電阻R6串聯(lián)后并聯(lián)到SiC功率開關(guān)管Q1上，SiC功率開關(guān)管Q1還與二極管D4并聯(lián)；電容C7和電阻R7串聯(lián)后并聯(lián)到SiC功率開關(guān)管Q2上，SiC功率開關(guān)管Q2還與二極管D5并聯(lián)；所述電容C4與電容C5的連接處與功率變壓器的初級(jí)第一輸入端連接；SiC功率開關(guān)管Q1與SiC功率開關(guān)管Q2的連接處與功率變壓器的初級(jí)第二輸入端連接；SiC功率開關(guān)管Q1和SiC功率開關(guān)管Q2分別與SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊連接。

優(yōu)選地，所述SiC整流與平滑模塊包括二極管D6A、二極管D6B、電阻R5、電阻R9、電阻R11、電容C9、電容C10、電容C11、電容C12、電容C17、壓敏電阻YM1、壓敏電阻YM2和電感L2；

所述功率變壓器的次級(jí)第一輸出端依次通過二極管D6A、電阻R9、電感L2與功率變壓器的次級(jí)第二輸出端連接；電阻R5和電容C9串聯(lián)后并聯(lián)在二極管D6A上，二極管D6A還與壓敏電阻YM1并聯(lián)；電容C11與電容C12串聯(lián)后并聯(lián)在電阻R9上，電阻R9還與電容C10并聯(lián)；電容C11與電容C12的連接處接地；

二極管D6A與電阻R9的連接處通過二極管D6B與功率變壓器的次級(jí)第三輸出端連接；電容C17與電阻R11串聯(lián)后與二極管D6B并聯(lián)，二極管D6B還與壓敏電阻YM2并聯(lián)；電阻R9的兩端分別與電弧負(fù)載連接。

在主電路中，交流輸入電源首先接入共模噪聲抑制模塊，然后接入工頻整流濾波模塊轉(zhuǎn)換成平滑的直流電后輸入到半橋式SiC逆變換流模塊，通過SiC功率開關(guān)管Q1和SiC功率開關(guān)管Q2的交替導(dǎo)通與關(guān)斷，轉(zhuǎn)換成高壓方波脈沖；之后經(jīng)過功率變壓器進(jìn)行電氣隔離、變壓和功率傳遞；經(jīng)過SiC整流與平滑模塊轉(zhuǎn)變成低壓平滑的直流電輸出。其中，二極管D6A和二極管D6B均為SiC快速/超快速整流功率二極管；電容C10、電容C11、電容C12和電阻R9不僅起到死負(fù)載的作用，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)非接觸高頻引弧信號(hào)的旁路作用，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括供電電源電路、推挽輸出電路、磁隔離電路和信號(hào)整形電路。

優(yōu)選地，所述供電電源電路由型號(hào)為L(zhǎng)M2596s的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器及其外圍電路組成。

優(yōu)選地，所述推挽輸出電路包括型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U1及其外圍電路，以及型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U2及其外圍電路；開關(guān)放大器U1和開關(guān)放大器U2的輸入端分別與SiC逆變換流模塊連接，輸出端分別與所述磁隔離電路連接。

優(yōu)選地，所述磁隔離電路由脈沖變壓器T101組成；所述信號(hào)整形電路包括兩組結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二；信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二以相反方向分別與脈沖變壓器T101次級(jí)的兩個(gè)線圈連接。

優(yōu)選地，所述信號(hào)整形單元一包括二極管D113、二極管D117、穩(wěn)壓二極管D122、穩(wěn)壓二極管D125、穩(wěn)壓二極管D126、雙二極管組DQ101、電阻R105、電阻R109、電阻R117、電阻R121和開關(guān)管Q101；

所述脈沖變壓器T101的次級(jí)第一線圈一端依次通過二極管D117、穩(wěn)壓二極管D122、穩(wěn)壓二極管D126、穩(wěn)壓二極管D125與二極管D113連接；二極管D113與磁隔離電路的次級(jí)第一線圈另一端連接；磁隔離電路的次級(jí)第一線圈一端還通過電阻109與二極管D113連接；穩(wěn)壓二極管D122通過電阻R113和雙二極管組DQ101與二極管D113連接；穩(wěn)壓二極管D122還通過電阻R121和電阻R117與二極管D113連接；二極管D117與穩(wěn)壓二極管D122的連接處通過開關(guān)管Q101與二極管D113連接，電阻R109與二極管D117連接處與開關(guān)管Q101連接；電阻105并聯(lián)在二極管D113兩端；電容C115并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管D122兩端。

優(yōu)選地，所述負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊包括霍爾電流電壓傳感器、由型號(hào)為AD629的精密差動(dòng)放大器及其外圍電路構(gòu)成的集成差動(dòng)放大電路、由型號(hào)為OP177的芯片及其外圍電路構(gòu)成的二階有源低通濾波電路和由型號(hào)為L(zhǎng)F353的芯片及其外圍電路構(gòu)成的絕對(duì)值電路；所述霍爾電流電壓傳感器、集成差動(dòng)放大電路、二階有源低通濾波電路和絕對(duì)值電路依次連接。

優(yōu)選地，所述非接觸引弧模塊包括升壓變壓器T1、放電器FD、高壓充電電容C、輸出耦合變壓器T2、SiC功率開關(guān)管Q10和開關(guān)K；升壓變壓器T1的初級(jí)、SiC功率開關(guān)管Q10和開關(guān)K串聯(lián)后與非接觸引弧模塊的供電模塊連接；升壓變壓器T1的次級(jí)通過放電器FD與輸出耦合變壓器T2的初級(jí)連接；輸出耦合變壓器T2的次級(jí)與電弧負(fù)載連接；電容C并聯(lián)在升壓變壓器T1的次級(jí)上；DSC最小系統(tǒng)分別與SiC功率開關(guān)管Q10和開關(guān)K連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、與傳統(tǒng)氬弧焊電源相比，本實(shí)用新型氬弧焊電源的功率開關(guān)器件全部采用新一代電力電子器件SiC功率管，開關(guān)頻率更高，體積減小1/3以上，綜合制造成本低25％以上，節(jié)能10％左右，綜合性能大幅度提高；

2、本實(shí)用新型氬弧焊電源采用了基于DSC的高速高精度全數(shù)字化控制技術(shù)，控制精度更高，響應(yīng)速度更快，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，更易于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電弧的精細(xì)化設(shè)計(jì)與控制，提高焊接工藝質(zhì)量；

3、本實(shí)用新型氬弧焊電源采用的SiC功率器件具有更好的熱耐受性，并且?guī)缀鯖]有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，幾乎不存在反向恢復(fù)時(shí)間，使得器件開關(guān)應(yīng)力得到極大改善，進(jìn)一步提高了整機(jī)的可靠性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型氬弧焊電源的系統(tǒng)框圖；

圖2是本實(shí)用新型氬弧焊電源中主電路的電路圖；

圖3(A)～圖3(C)是本氬弧焊焊接電源中SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖；

圖4是本實(shí)用新型氬弧焊電源中非接觸引弧模塊的電路圖；

圖5是本實(shí)用新型氬弧焊電源中負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊的電路圖；

圖6是本實(shí)用新型氬弧焊電源中DCS最小系統(tǒng)的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例

本實(shí)施例基于DSC的全數(shù)字SiC逆變式多功能氬弧焊電源，其結(jié)構(gòu)如圖1～圖6所示；包括主電路和DSC控制電路。

主電路包括依次連接的共模噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊、SiC逆變換流模塊、功率變壓器、SiC整流與平滑模塊和非接觸引弧模塊組成；其中，共模噪聲抑制模塊與外部交流輸入電源連接；SiC整流與平滑模塊和非接觸引弧模塊分別與外部電弧負(fù)載連接。

DSC控制電路包括DSC最小系統(tǒng)，以及分別與DSC最小系統(tǒng)連接的人機(jī)交互模塊、故障診斷保護(hù)模塊、SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊和負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊；其中，故障診斷保護(hù)模塊還分別與交流輸入電源和SiC逆變換流模塊連接；SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊還與SiC逆變換流模塊連接；負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊還與電弧負(fù)載連接；非接觸引弧模塊與DSC最小系統(tǒng)連接。

SiC逆變換流模塊包括電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、SiC功率開關(guān)管Q1、SiC功率開關(guān)管Q2、電容R6、電容R7、二極管D4和二極管D5。

電容C4和電容C5串聯(lián)后，與SiC功率開關(guān)管Q1和SiC功率開關(guān)管Q2串聯(lián)形成的電路一起并聯(lián)到工頻整流濾波模塊上；電容C6和電阻R6串聯(lián)后并聯(lián)到SiC功率開關(guān)管Q1上，SiC功率開關(guān)管Q1還與二極管D4并聯(lián)；電容C7和電阻R7串聯(lián)后并聯(lián)到SiC功率開關(guān)管Q2上，SiC功率開關(guān)管Q2還與二極管D5并聯(lián)；電容C4與電容C5的連接處與功率變壓器的初級(jí)第一輸入端連接；SiC功率開關(guān)管Q1與SiC功率開關(guān)管Q2的連接處與功率變壓器的初級(jí)第二輸入端連接；SiC功率開關(guān)管Q1和SiC功率開關(guān)管Q2分別與SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊連接。

SiC整流與平滑模塊包括二極管D6A、二極管D6B、電阻R5、電阻R9、電阻R11、電容C9、電容C10、電容C11、電容C12、電容C17、壓敏電阻YM1、壓敏電阻YM2和電感L2。

功率變壓器的次級(jí)第一輸出端依次通過二極管D6A、電阻R9、電感L2與功率變壓器的次級(jí)第二輸出端連接；電阻R5和電容C9串聯(lián)后并聯(lián)在二極管D6A上，二極管D6A還與壓敏電阻YM1并聯(lián)；電容C11與電容C12串聯(lián)后并聯(lián)在電阻R9上，電阻R9還與電容C10并聯(lián)；電容C11與電容C12的連接處接地。

二極管D6A與電阻R9的連接處通過二極管D6B與功率變壓器的次級(jí)第三輸出端連接；電容C17與電阻R11串聯(lián)后與二極管D6B并聯(lián)，二極管D6B還與壓敏電阻YM2并聯(lián)；電阻R9的兩端分別與電弧負(fù)載連接。

本實(shí)用新型為逆變式直流、脈沖氬弧焊電源；交流輸入電源既可以是三相交流輸入電源，也可以為單相交流輸入電源，視實(shí)際輸出功率而定。主電路可以采用半橋式拓?fù)浠蛉珮蚰孀兪酵負(fù)?；人機(jī)交互模塊具備UART或者CAN或者ETHERNET等通訊接口，既可以是數(shù)碼按鍵模式的數(shù)字面板，也可以是工業(yè)觸摸屏交互界面。由DSC最小系統(tǒng)直接產(chǎn)生所需的數(shù)字PWM信號(hào)，經(jīng)過SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊隔離、放大、整形之后直接驅(qū)動(dòng)SiC逆變換流模塊，使其SiC功率管按照預(yù)設(shè)的時(shí)序快速導(dǎo)通與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)高頻直流交流轉(zhuǎn)變；在氬弧焊電源輸出端檢測(cè)負(fù)載電流電壓，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后輸入到DSC最小系統(tǒng)，與人機(jī)交互模塊預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較之后，改變SiC功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)，獲得所需的波形輸出，完成閉環(huán)控制。

本實(shí)用新型氬弧焊電源采用基于SiC的新一代電力電子功率器件，大幅度地提高逆變頻率，使得功率變壓器的體積和質(zhì)量得到大幅減??；同時(shí)，由于SiC功率器件開關(guān)時(shí)間短，開關(guān)損耗極低，實(shí)現(xiàn)超高頻開關(guān)狀態(tài)工作，采用鐵損極小的磁芯材料即可，可進(jìn)一步縮小功率變壓器等磁性器件的體積和重量，電能轉(zhuǎn)換效率高。由于工作頻率提升，使得主電路中的濾波電感值可以很小，從而氬弧焊電源的時(shí)間常數(shù)也大幅度降低，更易于獲得優(yōu)異的動(dòng)特性；此外，高頻快速整流電路也采用了SiC快速功率二極管，基本不存在反向恢復(fù)效應(yīng)，使得氬弧焊電源產(chǎn)生的尖峰電壓大幅度降低，提高了安全性；SiC功率器件的熱耐受性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的MOSFET功率器件和IGBT功率器件，使得氬弧焊電源的可靠性進(jìn)一步提高。另一方面，由于逆變頻率提高，回路時(shí)間變小，采用高速精密的DSC最小系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出電流電壓的數(shù)字化、高速化、精密化調(diào)控，輸出特性可以任意調(diào)節(jié)和切換，易于實(shí)現(xiàn)基于焊接電弧設(shè)計(jì)的焊接工藝優(yōu)化。

在主電路中，交流輸入電源首先接入共模噪聲抑制模塊，然后接入工頻整流濾波模塊轉(zhuǎn)換成平滑的直流電后輸入到半橋式SiC逆變換流模塊，通過SiC功率開關(guān)管Q1和SiC功率開關(guān)管Q2的交替導(dǎo)通與關(guān)斷，轉(zhuǎn)換成高壓方波脈沖；之后經(jīng)過功率變壓器進(jìn)行電氣隔離、變壓和功率傳遞；經(jīng)過SiC整流與平滑模塊轉(zhuǎn)變成低壓平滑的直流電輸出。其中，二極管D6A和二極管D6B均為SiC快速/超快速整流功率二極管；電容C10、電容C11、電容C12和電阻R9不僅起到死負(fù)載的作用，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)非接觸高頻引弧信號(hào)的旁路作用，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

DSC最小系統(tǒng)包括DSC微處理器、精密3.3V電源模塊、外部時(shí)鐘振蕩模塊、復(fù)位模塊、JTAG調(diào)試接口以及其他輔助外圍電路。DSC微處理器內(nèi)嵌了FREERTOS系統(tǒng)，能夠完成氬弧焊電源內(nèi)多控制任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度；負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊的輸入連接到DSC微處理器的ADC端口；故障診斷模塊的輸出連接DSC微處理器的中斷端口。

SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括供電電源電路、推挽輸出電路、磁隔離電路和信號(hào)整形電路。供電電源電路由型號(hào)為L(zhǎng)M2596s的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器及其外圍電路組成。供電電源電路的輸入電壓可高達(dá)40V，輸出1.2V～37V的可調(diào)電壓，輸出電流可達(dá)到3A，具有過熱保護(hù)和限流保護(hù)功能，本實(shí)施例中，設(shè)定的輸出電壓為直流24V。

推挽輸出電路包括型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U1及其外圍電路，以及型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U2及其外圍電路；開關(guān)放大器U1和開關(guān)放大器U2的輸入端分別與SiC逆變換流模塊連接，輸出端分別與磁隔離電路連接。由DSC控制器產(chǎn)生的數(shù)字PWM信號(hào)A/B經(jīng)過前隔離處理，之后直接驅(qū)動(dòng)由IXDN609PI組成的推挽輸出電路，得到兩路推挽輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)OUT-A1和OUT-B1。

磁隔離電路由脈沖變壓器T101組成；信號(hào)整形電路包括兩組結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二；信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二以相反方向分別與脈沖變壓器T101次級(jí)的兩個(gè)線圈連接。

信號(hào)整形單元一包括二極管D113、二極管D117、穩(wěn)壓二極管D122、穩(wěn)壓二極管D125、穩(wěn)壓二極管D126、雙二極管組DQ101、電阻R105、電阻R109、電阻R117、電阻R121和開關(guān)管Q101；

脈沖變壓器T101的次級(jí)第一線圈一端依次通過二極管D117、穩(wěn)壓二極管D122、穩(wěn)壓二極管D126、穩(wěn)壓二極管D125與二極管D113連接；二極管D113與磁隔離電路的次級(jí)第一線圈另一端連接；磁隔離電路的次級(jí)第一線圈一端還通過電阻109與二極管D113連接；穩(wěn)壓二極管D122通過電阻R113和雙二極管組DQ101與二極管D113連接；穩(wěn)壓二極管D122還通過電阻R121和電阻R117與二極管D113連接；二極管D117與穩(wěn)壓二極管D122的連接處通過開關(guān)管Q101與二極管D113連接，電阻R109與二極管D117連接處與開關(guān)管Q101連接；電阻105并聯(lián)在二極管D113兩端；電容C115并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管D122兩端。信號(hào)整形電路產(chǎn)生正20V、負(fù)5.1V的SiC功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，提升功率開關(guān)的開通和關(guān)斷速度。

非接觸引弧模塊包括升壓變壓器T1、放電器FD、高壓充電電容C、輸出耦合變壓器T2、SiC功率開關(guān)管Q10和開關(guān)K；升壓變壓器T1的初級(jí)、SiC功率開關(guān)管Q10和開關(guān)K串聯(lián)后與非接觸引弧模塊的供電模塊連接；升壓變壓器T1的次級(jí)通過放電器FD與輸出耦合變壓器T2的初級(jí)連接；輸出耦合變壓器T2的次級(jí)與電弧負(fù)載連接；電容C并聯(lián)在升壓變壓器T1的次級(jí)上；DSC最小系統(tǒng)分別與SiC功率開關(guān)管Q10和開關(guān)K連接。

其中，DSC微處理器的GPIO口輸出高低電平分別控制SiC功率開關(guān)管Q10與開關(guān)K的開通與關(guān)斷。當(dāng)焊槍開關(guān)閉合，DSC微處理器的其中一個(gè)GPIO口輸出高電平，首先使開關(guān)K閉合，然后DSC微處理器的另一個(gè)GPIO口輸出SiC功率開關(guān)管Q10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得SiC功率開關(guān)管Q10快速開關(guān)，輸入端直流電壓U0經(jīng)升壓變壓器T1升壓之后對(duì)電容C充電，當(dāng)電容C電壓達(dá)到放電器FD的擊穿電壓，放電器FD的空氣間隙被擊穿而放電；放電器FD的等效電阻R、電容C、耦合變壓器T2的初級(jí)電感L形成RLC振蕩，產(chǎn)生高頻高壓信號(hào)，該信號(hào)通過耦合變壓器T2的次級(jí)側(cè)加載到鎢極與工件之間，擊穿間隙，引燃電弧。DSC微處理器根據(jù)檢測(cè)到的輸出電流和電壓值判斷引弧是否成功，如引弧成功，則DSC微處理器會(huì)關(guān)閉GPIO的輸出，使開關(guān)K打開，非接觸引弧模塊停止工作。該非接觸引弧模塊的結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，引弧能力強(qiáng)，電磁干擾小，引弧成功率高。

負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊包括霍爾電流電壓傳感器、由型號(hào)為AD629的精密差動(dòng)放大器及其外圍電路構(gòu)成的集成差動(dòng)放大電路、由型號(hào)為OP177的芯片及其外圍電路構(gòu)成的二階有源低通濾波電路和由型號(hào)為L(zhǎng)F353的芯片及其外圍電路構(gòu)成的絕對(duì)值電路；霍爾電流電壓傳感器、集成差動(dòng)放大電路、二階有源低通濾波電路和絕對(duì)值電路依次連接。

采樣負(fù)載電流時(shí)，霍爾電流電壓傳感器采用型號(hào)為HAS600-S的傳感器；采樣負(fù)載電壓時(shí)，霍爾電流電壓傳感器采用型號(hào)為L(zhǎng)V25-P的傳感器。由霍爾電流電壓傳感器采樣并經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的電流電壓信號(hào)經(jīng)集成差動(dòng)放大電路進(jìn)行共模抑制，再通過二階有源低通濾波電路進(jìn)行濾波，再經(jīng)過絕對(duì)值電路對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行整定，最后輸入到DSC微處理器的ADC模塊，轉(zhuǎn)換成DSC微處理器所能識(shí)別處理的數(shù)字信號(hào)。為防止輸入到DSC微處理器的電壓過大或者輸入負(fù)壓，在輸入管腳之前增加了二極管D250和二極管D251進(jìn)行鉗位，使輸入的反饋信號(hào)保持在0～3.3V之間，保護(hù)DSC微處理器的芯片管腳。

本實(shí)施例氬弧焊電源，交流輸入電源經(jīng)過共模噪聲抑制模塊后進(jìn)入工頻整流濾波模塊使工頻交流電轉(zhuǎn)換成平滑直流電；然后進(jìn)入SiC逆變換流模塊，DSC最小系統(tǒng)將從人機(jī)交互模塊發(fā)送的預(yù)設(shè)值與負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊輸入的實(shí)際電流電壓值進(jìn)行比較，并按照內(nèi)嵌的算法運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字PWM信號(hào)；經(jīng)過SiC高頻驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行隔離、放大和整形之后，驅(qū)動(dòng)SiC逆變換流模塊的SiC功率開關(guān)管，使之按照預(yù)設(shè)的占空比和頻率高速開關(guān)，從而可得到高達(dá)400kHz的高頻高壓交流方波脈沖；然后經(jīng)過功率變壓器轉(zhuǎn)換成低壓高頻方波脈沖，再經(jīng)過SiC整流與平滑模塊轉(zhuǎn)變成氬弧焊接所需的直流電，從而完成完整的閉環(huán)控制過程。

DSC微處理器可根據(jù)焊槍開合狀態(tài)來確定是否以及何時(shí)使能非接觸引弧模塊；故障診斷保護(hù)模塊檢測(cè)交流輸入電源的實(shí)時(shí)電壓和功率器件散熱器的溫度，以確定是否存在過壓、欠壓或者過熱等情況，一旦出現(xiàn)過壓/欠壓/過熱/過流等情況，則故障診斷保護(hù)模塊的輸出會(huì)觸發(fā)DSC微處理器的中斷，調(diào)用故障保護(hù)任務(wù)；DSC微處理器對(duì)負(fù)載電信號(hào)檢測(cè)模塊檢測(cè)的平均電流值與預(yù)設(shè)的電流值進(jìn)行比較，判斷是否過流，一旦發(fā)生過流現(xiàn)象，也會(huì)立即調(diào)用故障保護(hù)任務(wù)，封鎖數(shù)字PWM的輸出，關(guān)閉SiC功率開關(guān)管，確保主電路的安全。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。