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毕业设计(论文)开题报告 题 目： 软开关弧焊逆变电源的设计 系： 电气与信息工程系 专 业： 自动化 学生姓名： 潘士超 学 号： 23 指导教师： 赵葵银 年月日 现代焊接电源设备发展与电力电子技术进步密切相关。进入80年代，以功率MOSFET、GIR、 绝缘门双极晶体管IGBT为代表的自关断功率开关器件发展迅猛，其开关性能不断完善，容量 得到大幅度的提高。基于这些高频功率开关器件的弧焊逆变器已成为弧焊电器设备的更新换 代产品，目前弧焊逆变器的研究正向深层次进展，出现了以下的趋势：(1)大功率和轻量化 ，大功率有赖于开关管容量的增大，轻量化则需要开关频率提高。(2)软开关相移PWM控制技 术，它在全桥PWM变换电路的基础上，综合软开关和PWM控制的优势，在开关管大的工作范围 内进行恒频PWM控制，在开关过程瞬间，实现零电压、零电流开关。从而降低了开关损耗和 电磁干扰，有利于提高工作频率、效率和可靠性。 　　在功率开关器件中，MOSFET工作频率高，但目前容量还不高，它是开发轻型便携式弧焊逆变 器的首选器件。IGBT具有控制性能好，容量大的综合优势，特别适合用于开发中大功率的弧焊逆变器，IGBT性能的改进主要体现在集射极间饱和电压Uce和开关时间的不断下降，产品 的耐压、电流容量不断提高。德国Semikron公司针对IGBT的结构缺陷加以改进，推出单硅型 IGBT。它在结构上的低电感设计和软特性快速可控向寿命二极管结合，大大减少了关断时的 电压尖峰，不需RCD吸收电路；没有IGBT中的N+扩散层，拖尾电流低，无擎住效应；开 通和关断时，电流和电压的交叉点低，且交叠的区域窄，开关损耗很小。日本Toshiba公司 等已开发出大容量的IGBT智能型功率模块IPM。　　在弧焊逆变器的开关器件控制中，主要有如下方式可供选择：(1)PWM硬开关型。在这种工作方式下，开关器件在开通和关断期间，其电压和电流都不为零，存在开通和关断损耗，即硬开关工作状态。(2)谐振软开关型。目前，谐振电路的拓朴结构有上百种，总起来说，可分为零电流和零电压两种方式。由于在电源开通和关断期间，开关管上的电流或电压为零，其损耗亦为零，即软开关工作状态。(3)软开关相移PWM控制技术，充分利用PWM和谐振软开关二者的优势，这一技术将会成为弧焊逆变器的重要控制方式。　　 PWM控制芯片由模拟和数字电路组成。通过模拟电路的反馈决定被调制脉冲的宽度，根据模 拟电路反馈方式不同可分为电压型和电流型。数字电路用来实现解码和脉冲分配等逻辑功能，依据数字电路脉冲分配方式不同可分为同步式和移相式。具体分类见图1所示。 图1　PWM控制技术分类 　　电压模式PWM控制，它只采样输出电压，作为反馈信号。变换器是一单闭环二阶控制 系统。线电压和负载的任何变化，必须由输出电压和参考电压差值决定的误差信号进行反馈 调节。由于电源输出滤波电容上的电压信号相对于电流产生90°的延迟，因此，电压型控制 的响应速度慢，在全桥电路中易产生偏磁和电流尖峰。　　电流型PWM控制，它针对电压型的缺陷，增加了一个电流反馈环节，它既有形成误差信号的外环，又有开关管瞬态电流内环。开关管电流不是独立的变量，变换器成为无条件的一阶稳定系统。由于开关管电流上升斜率决定于Vin和Vout的差值，可以立即响应线电压的变化，能做到逐脉冲限流。输出滤波器对于反馈环节只有单个极点，与电压型相比，只需要简单的补偿，且有更高的增益带宽［2］。　　目前，为了降低开关应力，提高输出功率度和功率因数等，已提出了多种新型的主电路拓朴结构［3］，而这些电路拓扑经改进后是可以移植到弧焊逆变器中来的。 　　主开关器件采用75A/1200V的二单元 IGBT模块，其中IGBT模块1包含VT1、VD1和VT3、VD3，构成超前桥臂，在超前桥臂的每只开 关管集电极与发射极之间分别并联5nF的高频电容C1和C3；IGBT模块2包含VT4、VD4和VT2、V D2，构成滞后桥臂。主变压器变比为22：3，可以表示为理想变压器T1及其漏抗LK。隔直电 容C的电容值为1.2μF。Ls1和Ls2为饱和电感。输出整流快速二级管模块为200A/400V的MURP 20040CT。该电源的控制电路采用UC3875，工作在电压模式下。它输出四个驱动信号OUTA、O UTB、OU