[发明专利]一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法，包括单相交流输入电网、PFC电路、电流采样电路、数字控制电路、模拟控制电路、LLC谐振变换器及电弧负载；数字控制电路通过电阻调节电路与PFC电路交互，进而控制反馈电阻，LLC谐振变换器一直工作在最佳谐振点，获得高的工作效率。主要的控制策略是通过检测焊接电流，经过数字控制电路处理后，调节前级PFC电路的反馈电阻，从而调节前级PFC电路的输出电压，进而调节后级LLC谐振变换器的输出电压，以保证当电弧负载变化时，维持焊接电流恒定，从而提高MIG焊的焊接质量。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法。

背景技术

焊接技术是制造技术的重要组成部分，在铁道、航空航天、船舶、矿山机械和汽车工业等领域的制造过程中广泛应用。其中MIG焊是高效焊接技术之一。但是现有的MIG焊接电源中，应用最广泛的电源主电路拓扑是传统的硬开关或移相全桥。在传统的硬开关中，功率开关器件会处于被强制关断(电流非零)和强制开通(电压非零)状态，带来严重的开关损耗，且随着频率的增加损耗愈加严重，导致效率低下，而且每个功率器件都需要外接缓冲吸收电路，导致电路繁杂。移相全桥在开关管开通阶段使用移相控制，让电流滞后电压，可以实现功率开关管零电压开通，但存在轻载时滞后桥臂难以实现软开关；且副边整流二极管不能实现零电流关断，造成开关损耗，存在反向恢复问题并导致振铃电压尖峰难以处理，恶化整机可靠性，因此副边整流二极管需要外接缓冲吸收电路；当重载时，副边占空比丢失更加严重，使得电源能量没有得到充分的利用，并使得电压振铃进一步加剧。传统的硬开关和移相全桥MIG焊电源的另一个重要问题是含有大量的谐波分量、功率因数低、无功功率占比大和易污染电网。

LLC谐振变换器可以实现原边MOSFET功率开关管的零电压开通和副边整流二极管的零电流关断，可以有效的减少损耗。目前大规模采用LLC谐振变换器作为电源主电路拓扑结构，但是应用的场合中负载和输出都是基本恒定的。而MIG焊焊接过程中的电弧电压和焊接电流，即电弧的等效阻值，实际上存在着剧烈的变化。要实现焊接过程中恒流输出，电弧电压必须能够跟随阻值发生变化。但输出电压的变化会导致LLC谐振变换器偏离最佳谐振点，导致效率下降。因此LLC谐振变换器在焊接领域的应用受到限制。

单级LLC谐振变换器的输入端存在大量高次谐波，污染电网问题依然存在。针对这些不足，本申请提出一种基于PFC调压和LLC谐振的MIG焊电源系统及控制方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统及控制方法，具体是基于PFC调压和LLC谐振的MIG焊电源系统，本发明在保证提高焊缝成形质量和熔滴过渡的前提下，有效提高了MIG焊电源的功率因数和效率。

本发明采用如下技术方案：

一种PFC调压的谐振MIG焊电源系统，包括依次连接的单相交流输入电网、PFC电路、LLC谐振变换器及电弧负载；

还包括：

电流采样电路：用于采集LLC谐振变换器的输出电流；

数字控制电路：根据电流采样电路的输出电流，得到两路PFM信号和一路I²C信号，两路PFM信号用于控制LLC谐振变换器功率开关管的开通与关断，一路I²C信号输入电阻调节电路，用于PFC电路输出电压的调节，实现LLC谐振变换器输出电流的恒定；

模拟控制电路：用于控制PFC电路中功率开关管的开通与关断，实现对输入单相交流电的功率因数校正。

进一步，所述PFC电路包括PFC主电路、PFC前端保护电路及PFC驱动电路，所述PFC驱动电路接收模拟控制电路的输入信号，并输出至PFC主电路，所述PFC前端保护电路与PFC主电路连接。