基于双管正激的高频弧焊电源功率平台设计

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焊接过程的精密控制对焊接电源的动态响应性能的要求促使高频化成为国际焊接电源必然的发展方向之一。目前国内大功率的焊接逆变电源拓扑主要采用的是全桥结构,受安全要求的制约,一般开关管工作频率在20-30KHZ左右,很难向更高频率提升。   双管正激拓扑由于其不存在桥臂直通现象,在高频下工作可靠性高,但是因为其工作占空比不能大于0.5,限制了其功率等级的提升。   交错并联双管正激变换器继承了双管正激变换器的优点,其两个并联单元互补工作,使变换器等效占空比增大了一倍,既拓宽了功率等级,又分担了整个变换器功率损耗。与全桥拓扑相比,两者所用开关器件数目基本相同,但是其可靠性更高,开关工作频率高,更适合于动态性能要求高的大功率输出焊接应用场合。   本设计对两种并联组合式双管正激变换器进行了理论分析,详细比较了它们的优缺点,选取了本设计的最佳工作方案。针对高频工作下开关损耗大、开关管发热严重的问题,设计了一款LCD无损缓冲电路,详细分析了其缓冲原理,并给出了其具体参数设计。在控制电路上,设计了抑制网压扰动的单周期闭环控制系统。   本设计搭建了带有LCD缓冲电路、开关管工作频率为100KHZ的高频双管正激焊接电源平台,样机的实验结果验证了理论分析的正确性,目前单路双管正激变换器的最大输出电流为240A。采用单周期控制抑制网压扰动效果较好;所设计LCD缓冲与传统使用的RCD缓冲电路相比,不仅能降低开关损耗,而且自身损耗小,使电路的整体效率得到提高,为后续高频大功率并联拓扑的设计奠定基础。
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