[发明专利]一种软开关焊接逆变电源、移相控制方法和软开关方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种软开关焊接逆变电源、移相控制方法和软开关 方法。

背景技术

普通双极性控制全桥功率变换器，无论变压器次级采用全波整流、桥式整流，还是倍流 整流，如图1所示，它采用传统的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制技术 实现电源的输出特性控制，变压器初级的开关器件工作在硬开关状态，开关器件承受很大的 电压电流应力、存在较大的开关损耗，不仅降低了电源的效率，而且产生较大的EMI (ElectroMagnetic Interference，电磁干扰)，影响电源工作的可靠性。将软开关技术与逆变技 术相结合是焊接电源的重要发展方向之一。

实现开关器件的软开关，可以减小开关损耗，提高电路效率，有利于提高工作频率，进 而提高功率密度，同时降低开关器件承受的电压电流应力和EMI，提高电源工作的可靠性。 然而，由于焊接电源负载工作范围宽、存在空载和短路、以及电源负载的动态急剧变化等情 况，将软开关技术应用于焊接逆变电源时，必须解决如下关键问题：实现全负载范围的开关 器件软开关；保证空载和短路两种极限工作状态下的开关器件软开关；在电源负载的动态变 化过程中保持开关器件的软开关。全桥功率变换电路的移相控制是一种实现开关器件零压软 开关的有效方法，它在保留了传统PWM恒频控制优势的基础上，利用器件的寄生参数实现 了开关器件的零压软开关，在中大功率DC/DC(Direct Current，直流电)变换中得到了广泛 的应用。但基本的移相控制全桥零压软开关变换器存在开关器件的软开关负载范围有限，特 别是滞后臂，在轻载时存在无法实现开关器件的零压软开关的问题。为了拓宽移相控制全桥 功率变换电路的零压软开关负载范围，在基本的移相控制全桥逆变电路基础上出现了许多改 进型电路拓扑。

实现滞后臂宽负载范围零压开关的关键是能量，根据能量来源的不同，电路拓扑可分为 两类：一类是通过减缓能量流失、利用电路原有能量实现滞后臂的零压开通，如变压器初级 或次级串入饱和电感、变压器初级和滞后臂之间接入LCD辅助谐振网络等；另一类是通过附 加额外能量实现滞后臂的零压开通，如变压器次级并联电感、滞后臂并联LC或LCD辅助谐 振网络等。所谓滞后臂的零流关断，就是在移相控制全桥电路的环流过程中，采取有效措施 将变压器初级电流衰减到零并保持，直至开关器件关断。电路拓扑也可分为两类，一类是在 环流过程中变压器初级电流衰减到零后，电流有反向趋势，如在变压器初级串联隔直电容， 需要采取辅助措施阻断电流反向，如串联饱和电感或二极管等；另一类是在变压器初级电流 衰减到零后，电流自动保持为零，如变压器次级无源箝位、有源箝位、变压器初级增加辅助 变压器网络等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的许多改进型的全桥软开关电路拓扑拓宽了两臂的零压软开关负载范围或滞后臂采 用零流软开关，但很少能实现包括空载和短路状态在内的全负载范围两臂开关器件的零压开 通和零压关断的同时兼顾，以及滞后臂开关器件零压和零流相结合的关断。

发明内容

为了实现包括空载和短路两种极限工作状态在内的全负载范围的变换器所有开关器件的 零压开通和零压关断的同时兼顾，以及滞后臂开关器件零压和零流相结合的关断，并在电源 负载的动态变化过程中保持软开关，本发明提供了一种软开关焊接逆变电源、移相控制方法 和软开关方法。所述技术方案如下：

一种软开关焊接逆变电源，包括：同时兼顾所有开关器件的零压开通和零压关断的全桥 变换器和频率固定、死区时间自适应调节的移相PWM控制模块；

所述同时兼顾所有开关器件的零压开通和零压关断的全桥变换器包括：

第一吸收电容和第三吸收电容，所述第一吸收电容并联于所述全桥变换器的超前臂的第 一开关器件上，所述第三吸收电容并联于所述全桥变换器的超前臂的第三开关器件上，所述 第一吸收电容和所述第三吸收电容，用于共同实现所述第一开关器件和所述第三开关器件的 全负载范围的零压关断；

超前臂辅助谐振网络，并联于所述全桥变换器的超前臂，用于实现所述第一开关器件和 所述第三开关器件的全负载范围的零压开通；