采用IGBT逆变焊接电源模块的设计

发布时间：2017-11-02 12:05

  本文关键词：采用IGBT逆变焊接电源模块的设计

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【摘要】：随着功率半导体技术的发展,功率器件的应用愈来愈广泛,特别是对逆变技术的研究。焊接电源是近年来电力电子技术发展的一个领域,作为焊机的核心组成部分,以IGBT为开关器件的逆变电路是其主要的研究对象。采用IGBT作开关器件的逆变焊接电源与传统的工频焊接电源相比,具有诸多优点,不仅整机重量轻、体积小,在采用IGBT实现功率转换时,还能改善用电质量以及提高用电效率。经过功率器件几代的过渡发展,目前,IGBT逆变电源已逐步成为焊接工程应用的主流发展方向。本文设计了一种采用IGBT的逆变焊接电源模块。工作的内容主要包括:1、详细地论述了逆变焊接电源的工作原理与系统结构,解释了它在焊接工程应用中的固有优势。同时,对于逆变焊接电源的几种主电路作了详尽的讨论与分析,包括其拓扑结构、工作原理以及应用场合等。还对功率开关器件的控制原理进行了细致的说明,针对主要的控制方式,比较了它们的优缺点。因此,可对后文电源参数的详细设计提供一定的理论依据。2、设计了主电路与辅助电源电路,其中主电路由主回路电路以及相应的控制电路组成。一方面,对相关控制芯片及元器件进行了选型,特别是主回路电路的开关器件,采用实验室自主研发的IGBT。另一方面,对电路进行了详尽的硬件设计与参数计算,以确保主电路可以将能量安全可靠地从输入端传递到输出端。设计辅助电源的目的在于给后级电路供电,是整个系统的基础电路。3、搭建实际的电路平台,调试验证其功能。凭借实验室提供的软硬件环境,对实际电路的各个模块,包括主回路电路、控制电路以及辅助电源电路进行了单独调试与整体调试,并在调试过程中,对电路的部分理论参数进行了修正。测试结果表明,所设计的焊接电源,空载电压约为70V,可保证引弧顺利,短路电流接近200A,基本满足设计要求。此外,对于实际电路调试时出现的主要失效问题,进行了分析与讨论,并给出相应的解决方案。
【关键词】：IGBT应用 逆变电源 全桥结构
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG434.1;TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 选题依据与研究意义10-11
• 1.2 国内外研究状况和发展态势11-13
• 1.3 本文的主要工作13-14
• 第二章 逆变焊接电源原理与结构14-29
• 2.1 基本原理与整体组成14
• 2.2 逆变电路主要结构14-22
• 2.2.1 半桥逆变电路15-16
• 2.2.2 全桥逆变电路16-18
• 2.2.3 单端正激开关电路18-19
• 2.2.4 推挽正激开关电路19-22
• 2.3 开关器件控制原理22-28
• 2.3.1 PWM控制原理22-27
• 2.3.1.1 电压模式22-24
• 2.3.1.2 电流模式24-27
• 2.3.2 PFM控制原理27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 硬件设计与参数计算29-60
• 3.1 辅助电源电路设计29-48
• 3.1.1 输入整流器选型29-30
• 3.1.2 输入滤波电容计算30-31
• 3.1.3 辅助电源开关管选型31-32
• 3.1.4 高频变压器设计32-38
• 3.1.5 输出整流管选型38-39
• 3.1.6 输出电容计算39-40
• 3.1.7 控制芯片选型40-42
• 3.1.7.1 启动电阻与电容的计算41
• 3.1.7.2 电流取样电阻的计算41-42
• 3.1.8 缓冲网络设计42-44
• 3.1.9 反馈补偿器设计44-48
• 3.2 主电路参数计算48-59
• 3.2.1 主回路电路48-54
• 3.2.1.1 逆变开关IGBT选型48-49
• 3.2.1.2 主变压器设计49-51
• 3.2.1.3 输出滤波电感计算51-53
• 3.2.1.4 输出整流二极管选取53-54
• 3.2.2 控制电路54-59
• 3.2.2.1 控制芯片的选型54-55
• 3.2.2.2 工作频率和死区时间的设定55-56
• 3.2.2.3 欠压保护设计56-57
• 3.2.2.4 过流保护设计57-58
• 3.2.2.5 过热保护设计58-59
• 3.3 本章小结59-60
• 第四章 实验与分析60-69
• 4.1 实验电路60-62
• 4.1.1 PCB版图60-61
• 4.1.2 线路连接61-62
• 4.2 模块调试62-67
• 4.2.1 辅助电源电路62-63
• 4.2.2 控制电路63-65
• 4.2.3 总体调试65-67
• 4.3 失效分析67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 结论69-70
• 5.1 论文工作总结69
• 5.2 工作改进方向69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-73
• 攻硕期间取得的研究成果73-74

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本文编号：1131459