波控逆变colt2gt焊接电源驱动及保护系统设计研究

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1、摘要为研制可靠性高、性能优越的波控逆变c02焊接电源，本文对逆变电源的驱动电路、保护电路及以电弧为负载的逆变C02焊接电源主电路仿真进行了研究。在驱动电路设计中，首先对IGBT的工作原理、栅极驱动特性进行详细分析，在此基础上探讨了IGBT开关特性参数在栅极驱动中的影响，最后根据栅极驱动电路的设计原则，针对全桥硬开关逆变主电路，设计出IGBT模块驱动电路的拓扑结构，通过Matlab仿真验证了所设计的驱动电路拓扑结构的合理性，最后利用分立元件建立了全桥逆变电路的驱动电路，该电路满足IGBT开关特性驱动要求，为进一步提高驱动电路的性能打下基础。．基于软降栅压及软关

2、断过流保护原理设计了IGBT过流保护电路，该电路在出现过流时，立即缓降栅压，利用IGBT承受短路电流时间延长这个阶段，判别真假故障电流，决定是否进行信号封锁。根据IGBT模块具体参数，计算选择保护时序；在保护过程中，电路具有封闭保持功能，能执行一个完整的降栅压和软关断保护过程；分析了栅．射极电阻在过流保护中的影响，该电路既满足了过流保护的时间要求，又保证了正常情况下IGBT栅极抗干扰能力。针对硬开关全桥逆变主电路工作方式和参数研制了IGBT过压保护电路。首先分析了全桥逆变主电路的工作过程，阐明了RC缓冲电路对IGBT关断轨迹的影响。其次建立了全桥逆变主电路I

3、GBT关断期间数学模型，为RC计算提供了重要数学依据；再根据电路的限制条件及具体主电路参数，求得合理开关轨迹下RC缓冲电路参数，最后构建了IGBT过压保护电路，该电路能够在IGBT的关断期间将浪涌电压限制在电源电压以下。针对基于IGBT的全桥硬开关波控逆变C02焊机系统，建立了C02焊机仿真模型，为分析经历短路、燃弧交替工作过程中的IGBT工作情况提供了研究平台。首先采用最小二乘法拟合了型号为SKM200GBl23D的IGBT输出特性，建立了该IGBT的输出模型，仿真结果表明该系统可以针对IGBT不同的栅极一发射极电压输出对应的集电极一发射极电压和集电极电流

4、的输出特性曲线。建立了C02焊电弧非线性负载模型和硬开关逆变电源主电路的仿真模型，采用时代公司ZP7-500逆变C02焊机的主电路参数设置了仿真模型中的元件参数，仿真和试验验证了所建模型的正确性。关键词：C02气体保护焊IGBT驱动过流保护缓冲电路Matlab仿真AbstractThedriveandprotectioncircuitsofinverterweldingpowersourceweredesignedandthemaincircuitofinverterC02weldingpowerbasedonarcloadwassimulatedinthi

5、spaper,itispreparefordevelopingwaveformcontrollinginverterC02arcweldingwithhighreliabilityandsuperiorityperformance．Ingatedrivecircuit，switch-characteristicswerediscussedbasedonworkingprincipleanddrivecharacteristicsofIGBT．ThetopologicalstructuresofdrivecircuitofIGBTweredesignedbas

6、edontheprincipleoffull-bridgeinvertercircuit．ThentheMatlabsimulationprovedtherationalityofthedesign．Thedrivecircuitwasbuiltwithdiscretecomponentsandsatisfiedthedrivingrequirementofswitchingcharacteristic，tolayfoundationforimprovingtheperformanceofthedrivecircuit．Over-currentprotect

7、ioncircuitofIGBTwasdesignedbasedontheprinciplesofslowdecreaseofthegatevoltageandsoftswitchingover-currentprotection，Whenovercurrentoccurs，thegatevoltageisdecreasedslowlyimmediately．Thetimeofsupportingtheshortcirctlitcurrentisprolonged．Atthisstage，trueandfalseover-currentcouldbedist

8、inguished．Andwhetherprotec