CN105024581B - Igbt全桥逆变电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT全桥逆变尖峰吸收电路，包括正极输入端和负极输入端，还包括开关模块，用于控制尖峰吸收电路的开断；采样比较模块，用于控制开关模块，采样比较模块的一端和开关模块的控制端连接，另一端连接正极输入端；以及尖峰吸收模块，尖峰吸收模块和开关模块串联后连接在正极输入端和负极输入端之间。还公开了一种包含上述尖峰吸收电路的IGBT全桥逆变电路。上述电路可靠稳定，效率高。

Description

IGBT全桥逆变电路

技术领域

本发明涉及逆变电源技术领域，特别涉及一种IGBT全桥逆变电路。

背景技术

氩弧焊由于在焊接有色金属及其合金、高温合金、钛及钛合金等材料上具有独特的优势，随着有色金属在当今工业的快速发展，铝镁及其合金、铜及其合金和钛及其合金等有色金属在工业生产中所占的比例越来越大，于是人们对氩弧焊电源尤其是交直流氩弧焊电源的需求也越来越高。

IGBT全桥逆变电路被广泛应用于交直流氩弧焊电源，该逆变回路在IGBT交替关断时会产生对焊机有危害的高压尖峰，如果处理不好将严重影响焊接电源的稳定性及电源的焊接性能。

对于高压尖峰的吸收，大部分电源采用的是使用大功率电阻及电容作为吸收元件，但是此种方案效率低、成本高、占用空间大。

发明内容

基于此，有必要针对上述高压尖峰的吸收问题，提供一种IGBT全桥逆变电路。

一种IGBT全桥逆变电路，包括第一至第四IGBT管，所述第一至第四IGBT管按逆时针方向以全桥方式连接，所述第一IGBT管和所述第四IGBT管的连接端为负极输入端，所述第二IGBT管和所述第三IGBT管的连接端为正极输入端，所述正极输入端和所述负极输入端输入一次逆变整流输出的直流电压，还包括IGBT全桥逆变尖峰吸收电路，所述IGBT全桥逆变尖峰吸收电路连接在所述正极输入端和所述负极输入端之间，所述IGBT全桥逆变尖峰吸收电路还包括：

开关模块，用于控制所述尖峰吸收电路的开断；

采样比较模块，用于控制所述开关模块，所述采样比较模块的一端和所述开关模块的控制端连接，另一端连接所述正极输入端；以及

尖峰吸收模块，所述尖峰吸收模块和所述开关模块串联后连接在所述正极输入端和所述负极输入端之间；其中所述尖峰吸收模块包括第一电阻，所述第一电阻的一端通过所述开关模块连接所述正极输入端，另一端连接所述负极输入端，所述第一电阻为功率电阻。

在其中一个实施例中，所述开关模块包括开关管，所述开关管的一端连接所述负极输入端，另一端连接所述尖峰吸收模块，所述开关管的控制端连接所述采样比较模块。

在其中一个实施例中，所述采样比较模块包括双向稳压管和第二电阻，所述双向稳压管的一端连接所述开关模块的控制端和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接负极输入端，所述双向稳压管的另一端连接所述正极输入端。

在其中一个实施例中，所述采样比较模块还包括稳压管和第一电容，所述稳压管及所述第一电容和所述第二电阻并联，所述稳压管的正极连接所述负极输入端，所述稳压管的负极连接所述开关模块的控制端。

在其中一个实施例中，还包括快恢复二极管，所述快恢复二极管的正极和所述正极输入端连接，所述快恢复二极管的负极和所述采样比较模块连接。

在其中一个实施例中，还包括第二电容和第三电阻，所述第二电容的一端和所述正极输入端连接，所述第二电容的另一端和所述负极输入端连接，所述第三电阻的一端和所述负极输入端连接，另一端连接所述尖峰吸收模块。

在其中一个实施例中，还包括维弧电路，所述维弧电路包括第五电阻和电解电容组，所述电解电容组的负极和所述负极输入端连接，所述电解电容的正极连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述正极输入端，所述电解电容组包括至少一个电解电容。

上述IGBT全桥逆变电路，由于没有尖峰时，尖峰吸收电路不参与工作，不会有损耗，从而效率较高。

附图说明

图1为一实施例的IGBT全桥逆变电路的结构示意图；

图2为一实施例的IGBT全桥逆变电路的电路示意图；

图3为又一实施例的IGBT全桥逆变电路的电路示意图；

图4为另一实施例的IGBT全桥逆变电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参见图1，为本发明一实施例的IGBT全桥逆变电路的结构示意图。如图所示，该IGBT全桥逆变电路，包括第一IGBT管Q₁、第二IGBT管Q₂、第三IGBT管Q₃和第四IGBT管Q₄，控制信号G₁～G₄分别控制这四个IGBT管的开通与关断。负极输入端IN₁和正极输入端IN₂输入一次逆变整流输出的直流电压，输入端OUT₁和输出端OUT₂输出该IGBT全桥逆变电路二次逆变后的交流电压。该IGBT全桥逆变电路还包括尖峰吸收电路100连接在负极输入端IN₁和正极输入端IN₂之间，用于吸收当Q₂、Q₃和Q₁、Q₄交替开通关断时产生的高压尖峰。

该尖峰吸收电路100包括开关模块110，用于控制尖峰吸收电路100的开断。采样比较模块120，用于控制开关模块110，该采样比较模块120的一端连接开关模块110的控制端，另一端连接正极输入端IN₂。尖峰吸收模块130，用于吸收高压尖峰，该尖峰吸收模块130的一端通过开关模块110和负极输入端IN₁连接，另一端连接正极输入端IN₂。

当逆变交直流弧焊机工作时，如果四个IGBT管没有处于开关状态，由于开关模块110是断开的，所以该尖峰吸收电路100上没有电流通过，并不参与工作，不会产生损耗。如果四个IGBT管处于交替开关状态，当有高压尖峰产生时，采样比较模块120控制开关模块110关闭，此时尖峰吸收电路100闭合，尖峰吸收模块130开始工作，吸收产生的高压尖峰。这种尖峰吸收电路100相比于传统的RCD吸收电路，当IGBT不工作时，不会有电流通过，因而不会产生损耗，能够有效降低整体电路的损耗，提高效率。这种IGBT全桥逆变电路，由于没有尖峰时，尖峰吸收电路不参与工作，不会有损耗，从而效率更高。

参见图2，为本发明一实施例的IGBT全桥逆变电路的电路示意图。如图所示，采样比较模块120包括双向稳压管TVS和第二电阻R₂，该双向稳压管TVS的一端连接开关模块的控制端和第二电阻R₂的一端，第二电阻R₂的另一端连接负极输入端IN₁，双向稳压管TVS的另一端连接正极输入端。

这样，当有尖峰电压产生时，高压尖峰会击穿双向稳压管TVS，在第二电阻R₂两端产生电压降，从而在开关模块110的控制端得到一个电压，开通开关模块110，从而尖峰吸收回路100导通，高压尖峰被尖峰吸收模块130吸收。

请参见图3，为本发明又一实施例的IGBT全桥逆变电路的电路示意图。如图所示，该IGBT全桥逆变电路还包括二极管D、第二电容C₂和第三电阻R₃。开关模块110包括开关管K，尖峰吸收模块130包括第一电阻R₁，采样比较模块120还包括稳压管Z、第一电容C₁和第四电阻R₄，该开关管K连接在第一电阻R₁和负极输入端IN₁之间，其控制端连接双向稳压管TVS，双向稳压管TVS的另一端通过第四电阻R₄连接二极管D的负极，二极管D的正极和正极输入端IN₂连接。稳压管Z、第一电容C₁和第二电阻R₂并联，稳压管Z的正极连接负极输入端IN₁，负极连接开关管K的控制端。其中第一电阻R₁可以为功率电阻，具有大功率低阻值的特性，二极管D为快恢复二极管。双向稳压管TVS的选择可以根据电路所设计的安全尖峰电压值而确定。

这样，当有尖峰电压产生时，高压尖峰会通过二极管D和第四电阻R₄击穿双向稳压管TVS，从而在开关管K的控制端得到一个电压，开通开关管K，从而尖峰吸收回路导通，高压尖峰被第一电阻R₁吸收。

稳压管Z和第一电容C₁组成的稳压模块，用以保证在开关管K的控制端能够得到一个稳定的电压，从而保证开关管K的稳定性和安全性，不会因为高压尖峰过高而击穿损坏开关管K。

第三电阻R₃和第二电容C₂能够在IGBT管关闭时，释放储存在该IGBT全桥逆变电路中的残留的电量。保证电路的安全性和可靠性。

这样的尖峰吸收电路，通过对开关管K的控制，能够实现在没有高压尖峰通过时不工作，只有在有高压尖峰时才会导通，第一电阻R₁吸收尖峰电压，使得使用大功率小阻值的电阻成为可能，从而提高尖峰吸收效率。并且由于当没有高压尖峰时，该第一电阻R₁不工作，从而可以降低吸收电路对在逆变电路中的损耗，提高IGBT全桥逆变电路的效率。

请参见图4，另一实施例的IGBT全桥逆变电路的电路示意图。如图所示，该IGBT全桥逆变电路还包括维弧电路200，该维弧电路200包括第五电阻R₅和电解电容组210。电解电容组210的负极和负极输入端IN₁连接，正极连接第五电阻R₅的一端，第五电阻R₅的另一端连接正极输入端IN₂。快恢复二极管D的正极连接正极输入端IN₂，负极连接电解电容组的正极。

当逆变交直流弧焊机正常工作时，输入电压通过快恢复二极管D向电解电容组210充电，当交流输出过零点电位时，该电解电容组210上储存的能量通过第五电阻R₅为逆变交直流弧焊机提供稳定的电弧，从而实现维弧，提高焊接质量和连续工作的稳定性。

该电解电容组210包括至少一个电解电容，在其中一个实施例中，该电解电容组210包括四个电解电容E₁～E₄，该四个电解电容并联在一起组成。这样的电解电容组，储能效率高，维弧稳定。

该IGBT全桥逆变电路还可以包括第三电容C₃，该第三电容C₃和电解电容组并联。用于尖峰吸收。

该实施例的IGBT全桥逆变电路，不仅能够吸收尖峰，而且能够为逆变交直流弧焊机提供稳定的电弧，实现维弧，因此具有更好的稳定性和安全性。

本申请的IGBT全桥逆变电路所实现的尖峰吸收方法，包括步骤：由采样比较模块检测尖峰电压。如果检测到尖峰电压，则控制开关模块关闭，然后尖峰吸收模块开始工作。如果没有检测到尖峰电压，则控制开关模块打开，然后尖峰吸收模块不工作。这样，能够实现当没有尖峰电压的时候，尖峰吸收模块所在的电路就不导通，从而不会有电流通过，不会产生电路损耗。从而提高了IGBT全桥逆变电路的效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种IGBT全桥逆变电路，包括第一至第四IGBT管，所述第一至第四IGBT管按逆时针方向以全桥方式连接，所述第一IGBT管和所述第四IGBT管的连接端为负极输入端，所述第二IGBT管和所述第三IGBT管的连接端为正极输入端，所述正极输入端和所述负极输入端输入一次逆变整流输出的直流电压，其特征在于，还包括IGBT全桥逆变尖峰吸收电路，所述IGBT全桥逆变尖峰吸收电路连接在所述正极输入端和所述负极输入端之间，所述IGBT全桥逆变尖峰吸收电路还包括：

开关模块，用于控制所述IGBT全桥逆变尖峰吸收电路的开断；

采样比较模块，用于控制所述开关模块，所述采样比较模块的一端和所述开关模块的控制端连接，另一端连接所述正极输入端；以及

尖峰吸收模块，所述尖峰吸收模块和所述开关模块串联后连接在所述正极输入端和所述负极输入端之间；其中所述尖峰吸收模块包括第一电阻，所述第一电阻的一端通过所述开关模块连接所述正极输入端，另一端连接所述负极输入端，所述第一电阻为功率电阻。

2.根据权利要求1所述的IGBT全桥逆变电路，其特征在于，所述开关模块包括开关管，所述开关管的一端连接所述负极输入端，另一端连接所述尖峰吸收模块，所述开关管的控制端连接所述采样比较模块。

3.根据权利要求1所述的IGBT全桥逆变电路，其特征在于，所述采样比较模块包括双向稳压管和第二电阻，所述双向稳压管的一端连接所述开关模块的控制端和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接负极输入端，所述双向稳压管的另一端连接所述正极输入端。

4.根据权利要求3所述的IGBT全桥逆变电路，其特征在于，所述采样比较模块还包括稳压管和第一电容，所述稳压管及所述第一电容和所述第二电阻并联，所述稳压管的正极连接所述负极输入端，所述稳压管的负极连接所述开关模块的控制端。

5.根据权利要求1所述的IGBT全桥逆变电路，其特征在于，还包括快恢复二极管，所述快恢复二极管的正极和所述正极输入端连接，所述快恢复二极管的负极和所述采样比较模块连接。

6.根据权利要求5所述的IGBT全桥逆变电路，其特征在于，还包括第二电容和第三电阻，所述第二电容的一端和所述正极输入端连接，所述第二电容的另一端和所述负极输入端连接，所述第三电阻的一端和所述负极输入端连接，另一端连接所述尖峰吸收模块。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的IGBT全桥逆变电路，其特征在于，还包括维弧电路，所述维弧电路包括第五电阻和电解电容组，所述电解电容组的负极和所述负极输入端连接，所述电解电容组的正极连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述正极输入端，所述电解电容组包括至少一个电解电容。