新型零电压软开关弧焊逆变器仿真及实验研究

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1、新型零电压软开关弧焊逆变器仿真及实验研究

2、第1(1.FoShanUniversity;2.GuangzhouSouthChinaUniversityOfTechnology)Abstract:Anovelsoft-sulationandexperimentsresultsindicatedthatthenovelinverterisitingagicbiasofpoeffectively.Keyulation1前言弧焊逆变器由于具有体积小，重量轻，效率高等优点[1]，目前在工业生产中得到越来越广泛的应用，但是采用硬开关模式的弧焊逆变器还存在

3、许多问题，如开关应力大，EMI比较高等缺点，这些问题成为弧焊逆变器进一步发展的瓶颈，限制了弧焊逆变器的进一步的推广和应用。本文根据功率电子领域的最新进展，应用和发展了一种采用磁开关启用优化的激磁电感，同时配合漏感和分布电感，实现大功率软开关直流变换的新型全桥零电压软开关电路拓扑,将移相控制技术和电流峰值控制技术相结合，研制出全范围软开关的新型弧焊逆变器。1电流峰值移相控制软开关工作原理1.1新型零电压电路拓扑普通移相控制全桥零电压软开关变换电路存在滞后桥臂软开关范围较窄、占空比损失较大、整流二极管电压振荡、初级有环流损耗等方面的问题[2,3

4、]。其滞后桥臂换流时，功率变压器正处于无源状态，即续流状态，输出电感和激磁电感都不能参与滞后臂的谐振换流。激磁电感参与全桥变换器谐振换流的充要条件是器件换流期间变压器处于能量输出状态或纯电感状态[4]。因而，对这种软开关电路改进的基本原理是在滞后桥臂换流时使得变压器由续流状态转化为纯电感状态，从而启用激磁电感参与滞后桥臂的串联谐振。最简单的办法就是采用磁开关。所谓磁开关，就是指由伏秒数决定阻抗、在趋近零电流时饱和的非线性电感。图1给出了采用磁开关启用激磁电感实现软开关的主电路原理图。在该电路中，初级电路基本与普通全桥软开关电路相同，不同的是

5、在变压器的次级串接了两个饱和L1、L2。采用磁开关启用恰当设置的激磁电感，同时配合漏感实现软开关的新型电路，是一种简单、可靠、经济和实用的零电压软开关直流变换电路。只要合理设置激磁电流，即可保证移相全桥变换器中领先桥臂和滞后桥臂在任何负载下都达到零压软开关[4]。超前桥臂的开关管VT1、VT3在换流过程中其工作特征与普通全桥移相软开关超前臂开关管完全类似，此时磁开关处于低阻导通状态；滞后桥臂开关管换流时，原边电流降至激磁电流，整流二极管的导通电流为零，输出电流全部流经续流二极管VDouseg(this)">跟一个频率和幅值很小且恒定的锯齿波

6、信号500)this.style.ouseg(this)">叠加，然后再与参考电压信号500)this.style.ouseg(this)">进行比较，共同决定导通比d的大小。导通比d既与参考电压成正比，又与开关管瞬态电流到达峰值的时刻相关。从而保证开关管的瞬态电流峰值跟随参考电压而变化。这种控制方式具有内在的瞬时限流调整能力，可以实现对功率开关器件的动瞬时保护，还可以自动保持高频功率变压器动态磁平衡。更重要的是电流峰值控制方法可以同移相软开关技术有机结合，从而全面地改进逆变器的性能。500)this.style.ouseg(this)">

7、500)this.style.ouseg(this)">开关管瞬态电流采样采用霍尔电流传感器。它具有绝缘耐压高（2KV）、测量准确（1%以内）、动态性能好（电流跟踪速度高于50A/us）和可靠性高等优点。尤其是霍尔传感器可以直接检测有直流分量的高频交流信号，并且可以克服电流互感器的磁通复位[5]问题。所以特别适合用来获取峰值电流控制模式所需要的瞬态电流信息。移相控制芯片采用美国Unitrode公司最近推出的改进型移相软开关控制器UC3879。该芯片从总体结构上可划分为三个部分：（1）脉宽调制信号发生器；（2）移相驱动指令形成电路；（3）工作

8、电源及保护等辅助电路。具有众多优点，能够满足采用峰值电流控制的脉宽调制的需求。为了克服系统在导通比大于50%时的不稳定现象，需要进行斜率补偿。当斜率补偿电压信号的上升率大于或等于输出电感中电流对应检测信号的下降率的一半时，则可以保证在导通比从0~1的全部范围内，系统总是稳定的。同时，斜率补偿电路可以提高脉冲宽度调制的有效幅值与参考电压的最大值之比，从而改善系统的抗噪性能。补偿信号的上升率越大，则电流注入控制电路对噪声的敏感性越小，系统的抗噪性能越强。另一方面，如增大补偿信号的上升率，则电流控制的开环穿越频率会减小，影响系统的动态响应速度。综

9、合以上因素，将斜率补偿电压信号的上升率设计为输出电感电流检测信号下降折算值的70%~80%。2新型逆变器仿真研究采用交互式电路仿真软件ICAP/4（InteractiveCirc