專利名稱：一種新型z源焊接電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接電源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種新型Z源焊接電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在我國逆變焊接電源的主電路多采用簡單的全橋逆變的拓?fù)渲麟娐方Y(jié)構(gòu)， 它屬于電壓源逆變器，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(jù)應(yīng) 用場合的不同，輸出電壓的幅值或頻率可以恒定。逆變焊接電源中采用電壓源逆變器的應(yīng) 用相當(dāng)廣泛，但存在概念上和理論上的不足和局限性；其交流負(fù)載只能是電感性或必須串 聯(lián)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(gè)橋臂的上、 下兩個(gè)功率開關(guān)器件不能直通短路。無論是因?yàn)橄到y(tǒng)本身的抗EMI噪聲差，還是人為有意 為之而導(dǎo)致上、下兩個(gè)功率開關(guān)器件直通時(shí)，都會損壞器件，引起系統(tǒng)的崩潰，因此系統(tǒng)本 身存在的這種局限性而影響了焊機(jī)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有逆變焊機(jī)采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(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種新型Z源焊接電源系統(tǒng)，包括依次相連的主電路、電源主控及人機(jī)接口板， 以及IGBT驅(qū)動(dòng)電路，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(wǎng)絡(luò)。其中，所述電源主控及人機(jī)接口板對應(yīng)上述Z源網(wǎng)絡(luò)設(shè)有Z源網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)、 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(fù)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 采樣電路、輸出電流/電壓采樣電路、信號調(diào)理電路、PWM輸出模塊、人機(jī)接口電路。其中，所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括4路隔離的+24V直流電源、4路由光耦組成的驅(qū)動(dòng) 電路，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該焊接電源系統(tǒng)通過引入Z源網(wǎng)絡(luò)，將逆變器和直流電源耦合在一起，與傳統(tǒng)的 基于電壓源的逆變器不同，其逆變橋的工作狀態(tài)除了具有有效導(dǎo)通和零狀態(tài)外，還存在上、 下管直通狀態(tài)，消除死區(qū)效應(yīng)對逆變器的影響，增強(qiáng)焊機(jī)的抗EMI噪聲的能力，保證焊機(jī)功 率開關(guān)器件不會因逆變橋臂的誤觸發(fā)而遭到損毀。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明的新型Z源焊接電源系統(tǒng)方框圖；圖2是本發(fā)明的新型Z源焊接系統(tǒng)主電路的具體實(shí)施方式
結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)逆變橋直通時(shí)，從直流側(cè)看進(jìn)去的Z源等效電路；圖4是本發(fā)明新型Z源焊接系統(tǒng)閉環(huán)控制策略。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，新型Z源焊接電源系統(tǒng)包括主電路、電源主控及接口電路板、IGBT驅(qū) 動(dòng)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(wǎng)絡(luò)、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(fù)載連接；電源主控板主要電路板的基本供電電路、Z源網(wǎng)絡(luò)電壓控制電路、 原邊電流采樣電路、輸出電流/電壓采樣電路、信號調(diào)理電路、人機(jī)接口電路等；IGBT驅(qū)動(dòng) 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(qū)動(dòng)電路等。工作原理為保證該焊接電源系統(tǒng)穩(wěn)定性，為焊接負(fù)載提供高質(zhì)量的穩(wěn)定的電能輸出，系統(tǒng) 采用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。原邊電流采樣電路通過互感器(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(jī)接口板，輸出電流/ 電壓采樣電路通過電流/電壓霍爾傳感器采集焊機(jī)輸出電流/電壓信號送電源主控及人機(jī) 接口板，信號調(diào)理電路根據(jù)采集到的電流、電壓信號及焊機(jī)的設(shè)置，完成相應(yīng)的閉環(huán)控制算 法，產(chǎn)生PWM波形，經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制軟開關(guān)逆變主電路中的IGBT功率模塊的占空比， 并最終實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。開關(guān)管VS5的開關(guān)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(nèi)不出現(xiàn)跌落，并使Upn在該焊接系統(tǒng)空載或輕載時(shí)不出現(xiàn)電壓的不斷攀升。如圖3所示， 當(dāng)逆變橋處于直通時(shí)，從直流側(cè)看進(jìn)去的Z源等效電路，即開關(guān)管VS5處于阻斷狀態(tài)。此時(shí) 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?qū)⒛孀儤虮壑泄β势骷碾娏魃仙刂圃谄淇梢猿惺艿姆秶畠?nèi)，從而不至于損壞逆 變開關(guān)管。如圖4所示，新型Z源焊接電源系統(tǒng)閉環(huán)控制框圖，在非直通狀態(tài)工作時(shí)，焊接 電源系統(tǒng)通過采用電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制。原邊電流反饋信號if與電流給 定信號進(jìn)行比較后的值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)K2 (S)調(diào)節(jié)輸出的信號K2 (If-Iref)； 輸出電壓信號Uf與電壓給定信號進(jìn)行比較后的值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器的Kl (s)調(diào)節(jié)輸出的 信號Kl(Uf-Uref)；兩個(gè)調(diào)節(jié)信號分別經(jīng)K3 (s)、K4 (s)傳遞函數(shù)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(shù)及其參 數(shù)，便可得到穩(wěn)定性、跟隨性良好的PWM信號從而保證該焊接電源系統(tǒng)逆變橋在非直通狀態(tài)下正常工作。本發(fā)明的首次提出了把Z源網(wǎng)絡(luò)引入逆變焊機(jī)當(dāng)中，使得逆變焊機(jī)的功率開關(guān)管 可以工作在上、下管直通的狀態(tài)下，消除了常規(guī)逆變焊機(jī)的死區(qū)效應(yīng)，大大提高逆變焊機(jī)中 功率開關(guān)管工作的安全性以及焊機(jī)整機(jī)的可靠性。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對本發(fā)明的各種改動(dòng)或變形不脫離本發(fā)明 的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā) 明也意圖包含這些改動(dòng)和變形。
權(quán)利要求
1.一種新型Z源焊接電源系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相連的主電路、電源主控及人 機(jī)接口板，以及IGBT驅(qū)動(dòng)電路，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(wǎng)絡(luò)。
2.如權(quán)利要求1所述的新型Z源焊接電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電源主控及人機(jī)接口 板對應(yīng)上述Z源網(wǎng)絡(luò)設(shè)有Z源網(wǎng)絡(luò)電壓控制電路。
3.如權(quán)利要求1所述的新型Z源焊接電源系統(tǒng)，其特征在于，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(wǎng)絡(luò)、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(fù)載。
4.如權(quán)利要求1所述的新型Z源焊接電源系統(tǒng)，其特征在于，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、原邊電流采樣電路、輸出電流/電壓采樣電路、信號 調(diào)理電路、PWM輸出模塊、人機(jī)接口電路。
5.如權(quán)利要求1所述的新型Z源焊接電源系統(tǒng)，其特征在于，所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括 4路隔離的+24V直流電源、4路由光耦組成的驅(qū)動(dòng)電路，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(fā)明涉及焊接電源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種新型Z源焊接電源系統(tǒng)，其包括依次相連的主電路、電源主控及人機(jī)接口板，以及IGBT驅(qū)動(dòng)電路，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明的有益效果可以消除死區(qū)效應(yīng)對逆變器的影響，增強(qiáng)焊機(jī)的抗EMI噪聲的能力，保證焊機(jī)不會因逆變橋臂的誤觸發(fā)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(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者周俊伍 申請人:佛山金皇宇機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司