新型焊机电源的设计与实现

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目前,弧焊式逆变器已广泛应用于各个领域,大多数的弧焊电源设计都采用的是IGBT功率器件,工作的开关频率通常在20KHz,频率的大小直接影响着变压器的大小,也决定了整个焊机的大小;而且,现在大多焊机的开关方式采用的都是硬开关方式,硬开关方式有许多缺点,例如开关损耗大,工作效率低,输出不稳定等等。在一些特殊场合使用时,我们需要焊机体积小巧,效率高效,输出电流稳定。为此,本设计研究并设计了一种采用MOSFET功率器件的高频软开关的弧焊电源。本论文所设计的高频软开关弧焊电源主要由移相全桥拓扑主回路、控制电路、驱动放大电路、辅助电源电路外加各种保护电路构成。主回路应用移相全桥零电压脉宽调制电路拓扑结构,增加了软开关电路设计作为该变换器的主电路,实现对输出电流的调节,解决了传统弧焊电源开关损耗大、对电网造成污染较大等缺点。本设计的控制部分选用UC3846模拟电源芯片,在开关电源移相全桥拓扑主回路的基础上,基于UC3846产生PWM的电流控制模式,改善了整体电路的线性电压调节率和负载响应的缺点,简化了控制电路,使整体电路更适合低功耗、高功率、高可靠性的要求。驱动部分基于IR2110驱动芯片的自带自举电路工作模式,采用2片IR2110芯片组成了一个栅极驱动器,来驱动全桥拓扑的高一侧和低一侧的四个大功率MOSFET管,它的驱动信号延时能达到纳秒级,方便电路软开关更好的应用,开关频率能达到数百千赫兹。辅助电源电路部分选用以TI公司设计的UC3842电源模拟芯片,设计了一个单端反激式拓扑的开关稳压电源:220VAC输入,24VDC输出。UC3842的开关电源控制电路是一个应用成熟单端反激式拓扑的开关稳压电源具有良好的频率响应特性,实现了AC-DC的高效率转换,该电路还具有短路、过流、过压保护等功能。论文首先简单介绍了开关电源和弧焊电源发展历程和研究现状以后,接着分析了开关电源移相全桥拓扑结构的基本原理,最后结合控制电路、驱动放大电路、辅助电源电路外加各种保护电路,通过PSPICE、Saber软件进行电路建模、仿真,设计了输出为160A的150KHz高频软开关的弧焊电源。基于实际电路的调测试验结果证实了新型焊机电源的设计达到预期要求,并为高效低功耗焊机电源的设计提供参考。
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