开关电源论文--开关电源在igbt逆变焊机中的应用

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1、本科毕业设计（论文）说明书开关电源在IGBT逆变焊机中的应用学院机械与汽车工程学院专业机械与电子工程学生姓名黄世宝学号201230040082指导教师王振民提交日期2015年6月15日摘要随着现代电力电子技术的不断发展,功率元件从电子管、可控硅、MOSFET到IGBT等得到了广泛应用;再加上成熟的自动化控制技术,变频领域取得了日新月异的变化。作为变频领域一支异军,高频焊机感应电源也取得了长足发展,感应设备的功率和频率都在逐步提高[1,2]。本文阐述的高频感应电源基于IGBT功率元件,用于直缝焊管工艺,其大功率和高频率值证明其在感应电源领域达到了较高的技

2、术水平。另外,该电源系统参数优化空间大,工艺适应性强,可用于较宽直径范围焊管的焊接。介绍了用于中口径直缝焊管线焊接的高频大功率焊接电源,其采用基于IGBT功率元件的串联谐振式感应电源技术。从电源系统电路结构、启动方法、IGBT驱动、相位锁定和功率调节方式及其控制策略等方面进行了剖析;同时结合设备系统在启动和运行中的波形进行了分析,并对用于负载阻抗匹配的高频变压器进行了阐述。另外,为了方便设备维护,系统采用了自动检测与诊断技术。综合设备现场运行实践,该电源系统可以满足工艺上对功率和频率的要求。关键词：IGBT，高频焊机感应源，参数优化，直缝焊管线焊接目录

3、第一章高频开关电源行业41.1国内外研究及应用现状41.2存在的主要问题与发展趋势51.3应用前景6第二章ZX7系列IGBT逆变焊机72.1开关电源的基本组成72.2ZX7系列IGBT逆变焊机工作原理82.3主要性能指标92.4特色与创新10第三章结束语11参考文献12第一章高频开关电源行业1.1国内外研究及应用现状自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化

4、和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、SiliconGeneral公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(PowerIntegrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSw

5、itch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的

6、大部分以及中小功率模块电源一半的市场。但是，随着国内技术的进步和生产规模的扩大，进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替。目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。开关电源被誉为高效能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成

7、为稳压电源的主流产品。采用了高频变压器和控制集成电路的开关电源更具有效率高、输出稳定、可靠性高等特性，是今后电源的发展趋势。1.2存在的主要问题与发展趋势1.存在的主要问题对开关电源来说，开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。开关电路是开关电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。它产生的dv/dt是具有较大辐度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。这种脉冲骚扰产生的主要原因是1）开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使

8、一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形