详解半桥软开关逆变式焊机的电路原理

这是一种新型的半桥软开关逆变技术，可使逆变开关器件在软开通软关断的条件下工作，其开关电压应力和电流应力都大为减小，开关损耗也大为减小，器件发热大为减小，同时电磁干扰幅度也大为减小，由于采用半桥，器件成本也相应降低了。

为达到以上目的， “半桥软开关逆变式焊机”包括按设备的电功率流向而顺序连接的：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、半桥软开关逆变电路、隔离变压器和二次侧整流滤波电路以及主控制板电路，主控制板电路既和二次整流滤波电路联通又和半桥软开关逆变电路联通。

如图一所示： “半桥软开关逆变式焊机”包括按设备的电功率流向而顺序连接的：输入滤波电路1、一次侧整流滤波电路2、半桥软开关逆变电路3、隔离变压器4和二次侧整流滤波电路5以及主控制板电路6。主控制板电路6既和二次整流滤波电路5联通又和半桥软开关逆变电路3联通。

图一中各电路的构成和相互连接关系见图二。

如图二所示：

输入滤波电路1由电源开关S1，差模滤波电容C27和C28，共模滤波电容C29、C30、C31、C32以及共模滤波电感L1组成。电网干扰信号通过上述滤波器的滤除，使得本焊机免受外界电磁干扰，提高稳定性；同样，本焊机产生的干扰信号会也会被上述滤波器滤除，使得本焊接不会对外界产生电磁干扰，提高其他设备的稳定性。

一次侧整流滤波电路2由整流桥BR1和电容C34、C35组成。送入机内的交流电压、电流通过整流桥BR1整流成直流电压、电流，经过电容C34、C35滤波后送半桥软开关逆变电路3。

半桥软开关逆变电路3，由两组绝缘栅场效应电力开关器件Q1、Q2顺向串接组成，另两组绝缘栅场效应电力开关器件Q01和Q02反向串接组成辅助开关电路，R48、R49、R54、R55分别为四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极串接驱动电阻，R50和C38；R51和C39分别为半桥主逆变电路的两只绝缘栅场效应电力开关器件Q1和Q2两极(对于MOSFET器件为D和S极，对于IGBT器件为C和E极，对于MCT器件为A和K极)并联的阻容吸收电路。辅助开关电路的两组绝缘栅场效应电力开关器件Q01和Q02反向串接后一边接到两组绝缘栅场效应电力开关器件Q1、Q2串接组成的半桥桥臂的中点，另一边则接到直流母线串接谐振电容C36和C37的中点。绝缘栅场效应电力开关器件Q01、Q02和谐振电容C36、C37以及饱和电感L2组成软开关辅助谐振电路。以保证主开关Q1、Q2零电流导通，零电压关断。电容C40和电容C39是桥臂电容，其容量足够大，以至于主开关Q1和Q2的每次导通，C点的电位基本保持为直流母线电压的二分之一。电感L3为无功功率电感，其作用是在焊接电源空载时保证电路还能满足软开关条件。

从插座A1输出的相位相差180度的非调制(定宽)驱动脉冲信号送到两组绝缘栅场效应电力开关器件Q01和Q02上；从插座A2输出的相位相差180度的PWM(调宽)驱动脉冲信号送到两组绝缘栅场效应电力开关器件Q1和Q2上。

隔离变压电路4由具有一次侧绕组和二次侧绕组的中频变压器T5担当，中频变压器T5一次侧绕组的一头经过饱和电感L2接电容桥臂的中点C，另一头穿过一次侧电流互感器T4后接主逆变电路半桥桥臂中点B。二次侧接到二次侧整流滤波电路上。一次侧绕组和二次绕组是通过绝缘材料安全绝缘的。

二次侧整流滤波电路5由快恢复整流二极管D15、D16，滤波电感L4以及阻容吸收电阻R52、R53和阻容吸收C42、C43等组成。

主控制电路6，由内部的电流给定、电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路等构成。

半桥软开关逆变功能的实现

参见图二，绝缘栅场效应电力开关器件主开关Q1和Q2顺向串接成半桥结构，而绝缘栅场效应电力开关器件辅助开关Q01和Q02反向串接后一头接Q1和Q2串接的中点，另一头接到串联电容C36和C37的中点。辅助开关Q01和Q02由插座A1引入主控制板送来的相位相差1800 脉冲宽度非调制(固定脉宽)的驱动信号驱动，而主开关Q1和Q2则由插座A2引入主控制板送来的相位相差1800 脉冲宽度被调制的驱动信号(PWM信号)驱动。使得主开关Q1和辅助开关Q01同时被驱动开通，之后Q1受PWM控制关断，而Q01则固定脉宽滞后关断;然后主开关Q2和辅助开关Q02同时被驱动开通，之后Q2受PWM控制关断，而Q02则固定脉宽滞后关断。如此反复开通和关断，就形成了软开关需要的开关顺序逻辑条件。T5为隔离变压器 ，T4为一次侧电流互感器，L2为包和电感，L4为二次侧平波电感。

电路工作原理如下述：

上一个周期刚结束时，电容C36已放完电荷，端电压为零；电容C37已充满电荷，端电压为直流母线电压U。

本周期开始，首先，主开关Q1和辅助开关Q01导通时，电流会沿着“+” → “Q