[发明专利]单相全桥逆变拓扑偏磁分级处理电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏磁分级处理电路，尤其涉及单相全桥逆变拓扑偏磁分级处理电路及方法。

背景技术

单相全桥逆变电路，一般由四个功率开关器件和变压器构成。相比半桥电路结构，每个功率开关器件承受的电流减少一半，因此，全桥逆变电路是大功率能量变换设备的首选，例如输出电流在400A以上的逆变焊接电源基本采用此结构。但是，该电路不具备抑制变压器偏磁的能力，造成系统可靠性低。

当两个PWM半周期内施加在主变压器上的脉冲幅度或宽度不等时，变压器中将产生直流分量。励磁电流的急剧变化，使磁化曲线严重畸变，产生变压器偏磁现象，造成原边电流过流，使功率器件等的热损耗加大，引发其永久性破坏，危及系统安全。然而，此时在输出电流中一般不会产生明显的特征信号，且系统偏磁时，变压器原边电流陡升时间一般在几个微秒之内，因此偏磁信号检测和控制处理的时间越快越好。

目前主要采用增加隔直电容器、增大变压器磁路气隙、串联线性电感等方法来抑制偏磁，但是这些方法存在易增大变压器体积、无法完全消除偏磁、降低系统动态响应等诸多问题。申请号为201110352645.8的发明专利“逆变焊接电源智能偏磁检测与处理装置”，提出了一种新的偏磁实时检测电路，该方法能够及时检测出的偏磁时刻和强度，并由数字控制器采取相应地控制策略，但是当偏磁情况极为严重，几个微秒内将造成系统损坏，该方法将难以保证这种严重偏磁情况下系统的安全和可靠性。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了单相全桥逆变拓扑偏磁分级处理电路及方法，该方法通过区分偏磁严重程度，将其分为严重偏磁和一般偏磁两种级别，采取分级处理措施，在能够及时保证系统安全的同时，根据电路产生的偏磁时刻和强弱，在数字控制器中编程实现不同的控制策略，达到消除偏磁现场，提高系统可靠性的目的，可广泛应用于基于全桥逆变电路结构的系统中，具有重要的实际意义和应用价值。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

单相全桥逆变拓扑偏磁分级处理电路，包括用于采集原边电流并进行信号处理的第一传感器及信号调理模块，第一传感器及信号调理模块与比例调节器相连，经过比例调节器处理后的原边电流信号分两路，一路通过A通道与预置给定信号进入第一比较器，第一比较器与第一信号调理模块相连，第一信号调理模块与数字控制器相连；

另一路通过B通道与处理后的输出电流信号进入第二比较器，第二比较器与第二信号调理模块相连，第二信号调理模块与数字控制器相连。

所述处理后的输出电流信号为经过第二传感器及信号调理模块及加法器处理的信号。

所述加法器还与调节电压输入模块相连。

所述比例调节器为由电阻R7、R8和运算放大器U_{1_1B}组成，比例调节器用于调节原边电流信号的幅值。

所述预置给定信号为UP经电阻R11和R12分压及C2滤波后的信号。

所述调节电压输入模块由电阻R1和用于分压的电位器R2以及用于滤波电容C1组成。

所述加法器由电阻R3、R4、R5、R6和运算放大器U_{1_1A}组成。

所述第一信号调理模块为上拉电阻R10；所述第二信号调理模块为上拉电阻R9。

所述第一传感器及信号调理模块中的信号调理模块，由整流桥D1_1、R13、R12和运算放大器U_{1_1C}组成；所述第二传感器及信号调理模块中的信号调理模块，由R11和运算放大器U_{1_1D}组成。

单相全桥逆变拓扑偏磁分级处理方法，包括以下步骤：

由电流传感器获取变压器原边电流信号，并经信号调理电路转换成同相脉冲电流信号，经比例调节器，输出幅值可调的原边电流信号，与预置给定的信号比较；

同时，由电流传感器实时获取系统输出电流，并转换成电压信号，由调节电压输入模块及加法器处理后输出幅度可调的反馈信号；

当原边电流信号大于预置给定的信号时，为严重偏磁，原边电流信号将通过分支通路A，经比较器输出高电平的PWM封锁信号，再经过上拉电阻，保证此信号无误地送入数字控制器处理，数字控制器将此情况的优先级设置为最高，一旦接收到该信号，将立刻封锁驱动脉冲，保证系统安全；