逆變電焊機(jī)原理圖的講解[共12頁(yè)]

1、主電路電氣原理圖1主控制板電器原理圖：2逆變觸發(fā)電路圖：3脈沖及時(shí)序板原理圖：本機(jī)采用三相交流 380V 電壓經(jīng)三相橋式整流、濾波后給予以新型 IGBT 為功率開(kāi)關(guān)器件的逆變器進(jìn)行變頻（ 20KC）處理后,由中頻變壓器降壓,再經(jīng)整流輸出可供焊接所需的電源,通過(guò)集成電路組成的邏輯控制電路對(duì)電壓、電流信號(hào)的反饋進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)整機(jī)閉環(huán)控制,采用脈寬調(diào)制 PWM為核心的控制技術(shù),從而獲得快速脈寬調(diào)制的恒流特性和優(yōu)異的焊接工藝效果。4IGBT 逆變電焊機(jī)工作原理及輸出特性這里介紹的逆變器（見(jiàn)圖）主要由 MOS場(chǎng)效應(yīng)管,普通電源變壓器組成。其輸出功率取決于 MOS場(chǎng)效應(yīng)管和電源變壓器的功率, 免除了煩瑣的

2、變壓器繞制, 適合電子愛(ài)好者業(yè)余制作中采用。下面介紹該逆變器的工作原理及制作過(guò)程。 - 拓普電子1. 電路圖2. 工作原理這里我們將詳細(xì)介紹這個(gè)逆變器的工作原理。方波信號(hào)發(fā)生器（見(jiàn)圖 3） 這里采用六反相器 CD4069組成方波信號(hào)發(fā)生器。電路中 R1是補(bǔ)償電阻,用于改善圖 35由于電源電壓的變化而引起的振蕩頻率不穩(wěn)。電路的振蕩是通過(guò)電容 C1 充放電完成的。其振蕩頻率為 f=1/2.2RC 。圖示電路的最大頻率為： fmax=1/2.2 × 3.3 × 103× 2.2 × 10 -6=62.6Hz; 最小頻率 fmin=1/2.2 × 4.

3、3 × 103× 2.2 × 10 -6=48.0Hz 。由于元件的誤差, 實(shí)際值會(huì)略有差異。 其它多余的反相器,輸入端接地避免影響其它電路。場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路。由于方波信號(hào)發(fā)生器輸出的振蕩信號(hào)電壓最大振幅為 05V,為充分驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)電路,這里用TR1、TR2將振蕩信號(hào)電壓放大至 012V。如圖 4 圖 4所示。MOS場(chǎng)效應(yīng)管電源開(kāi)關(guān)電路。這是該裝置的核心,在介紹該部分工作原理之前,先簡(jiǎn)單解釋一下 MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。MOS場(chǎng)效應(yīng)管也被稱為 MOS FET, 既Metal Oxide圖 5 Semiconductor FieldEffect Transist

4、or （金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）的縮寫。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種。本文使用的為增強(qiáng)型 MOS場(chǎng)效應(yīng)管,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 5。它可分為 NPN型 PNP型。NPN型通常稱為N溝道型, PNP型也叫 P溝道型。由圖可看出,對(duì)于 N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在 N型半導(dǎo)體上,同樣對(duì)于 P 溝道的場(chǎng)效應(yīng)管 其源極和漏極則接在 P 型半導(dǎo)體上。 我們知道一般三極管是由輸入的電流 控制輸出的電流。但對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管,其輸出電流是由輸入的電壓（或稱電場(chǎng)）控制,可以認(rèn)為輸入電流極小或圖 6沒(méi)有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。6為解釋 MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理,我們先

5、了解一下僅含有一個(gè) PN結(jié)的二極管的工作過(guò)程。如圖 6 所示,我們知道在二極管加上正向電壓（ P 端接正極, N端接負(fù)極）時(shí),二極管導(dǎo)通,其 PN結(jié)有電流通過(guò)。 這是因?yàn)樵?P 型半導(dǎo)體端為正電壓時(shí), N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的 P型半導(dǎo)體端, 而 P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝 N型半導(dǎo)體端運(yùn)動(dòng),從而形成導(dǎo)通電流。同理, 當(dāng)二極管加上反向電壓（P端接負(fù)極, N端接正極）時(shí),這時(shí)在 P 型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓, 正電子被聚集在 P型半導(dǎo)體端, 負(fù)電子則聚集在 N型半導(dǎo)體端, 電子不移動(dòng),其 PN結(jié)沒(méi)有電流通過(guò),二極管截止。 圖 7a 圖 7b對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管（見(jiàn)圖 7）,在柵極沒(méi)有電壓時(shí)

6、,由前面分析可知,在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過(guò),此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài) （圖7a）。當(dāng)有一個(gè)正電壓加在 N 溝道的 MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極上時(shí),由于電場(chǎng)的作用,此時(shí) N 型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來(lái)而涌向圖 8柵極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個(gè) N溝道之間的 P型半導(dǎo)體中（見(jiàn)圖 7b）,從而形成電流,使源極和漏極之間導(dǎo)通。我們也可以想像為兩個(gè) N型半導(dǎo)體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁, 該橋的大小由柵壓的大小決定。 圖 8 給出了 P 溝道的 MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作過(guò)程,其工作原理類似這里不再重復(fù)。下面簡(jiǎn)述一下用 C-MOS場(chǎng)效應(yīng)管 （增強(qiáng)型 MOS

7、場(chǎng)效應(yīng)管） 組成的應(yīng)用電路的工作過(guò)程 （見(jiàn)圖9）。電路將一個(gè)增強(qiáng)型 P 溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型 N 溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時(shí), P 溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通, 輸出端與電源正極接通。 當(dāng)輸入端為高電平時(shí), N溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源地接通。在該電路中, P 溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管和 N溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)下工作, 其相位輸入端和輸出端相反。 通過(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。 同時(shí)由于漏電流的7影響,使得柵壓在還沒(méi)有到 0V,通常在柵極電壓小于 1 到 2V 時(shí), MOS場(chǎng)效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不

8、同。也正因?yàn)槿绱?使得該電路不會(huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路。由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場(chǎng)效應(yīng)管圖 10電路部分的工作過(guò)程（見(jiàn)圖 10）。工作原理同前所述。這種低電壓、大電流、頻率為 50Hz 的交變信號(hào)通過(guò)變壓器的低壓繞組時(shí),會(huì)在變壓器的高壓側(cè)感應(yīng)出高壓交流電壓,完成直流到交流的轉(zhuǎn)換。這里需要注意的是,在某些情況下,如振蕩部分停止工作時(shí),變壓器的低壓側(cè)有時(shí)會(huì)有很大的電流通過(guò),所以該電路的保險(xiǎn)絲不能省略或短接。3. 制作要點(diǎn)電路板見(jiàn)圖 11。所用元器件可參考圖 12。逆變器用的變壓器采用次級(jí)為 12V、電流為 10A、初級(jí)電壓為 220V 的成品電源變壓器。 P 溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)

9、管（ 2SJ471）最大漏極電流為 30A,在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí),漏 - 源極間電阻為 25 毫歐。此時(shí)如果通過(guò) 10A電流時(shí)會(huì)有 2.5W 的功率消耗。 N溝道 MOS場(chǎng)效應(yīng)管（ 2SK2956）最大漏極電流為 50A,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí),漏 - 源極間電阻為 7 毫歐,此時(shí)如果通過(guò) 10A電流時(shí)消耗的功率為 0.7W。由此我們也可知在同樣的工作電流情況下, 2SJ471的發(fā)熱量約為 2SK2956的 4 倍。所以在考慮散熱器時(shí)應(yīng)注意這點(diǎn)。圖 13 展示本文介紹的逆變器場(chǎng)效應(yīng)管在散熱器（100mm× 100mm× 17mm）上的位置分布和接法。盡管場(chǎng)效應(yīng)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)發(fā)熱量不

10、會(huì)很大,出于安全考慮這里選用的散熱器稍偏大。圖 118圖 12圖 134. 逆變器的性能測(cè)試9測(cè)試電路見(jiàn)圖 14。這里測(cè)試用的輸入電源采用內(nèi)阻低、 放電電流大（一般大于 100A）的 12V汽車電瓶, 可為電路提圖 14供充足的輸入功率。測(cè)試用負(fù)載為普通的電燈泡。測(cè)試的方法是通過(guò)改變負(fù)載大小,并測(cè)量此時(shí)的輸入電流、電壓以及輸出電壓。其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)電壓、電流曲線關(guān)系圖（圖15a）?？梢钥闯?輸出電壓隨負(fù)荷的增大而下降,燈泡的消耗功率隨電壓變化而改圖 15a 圖 15b 變。我們也可以通過(guò)計(jì)算找出輸出電壓和功率的關(guān)系。但實(shí)際上由于電燈泡的電阻會(huì)隨受加在兩端電壓變化而改變,并且輸出電壓、電流也不是正弦波,所以這種的計(jì)算只能看作是估算。以負(fù)載為60W的電燈泡為例：假設(shè)燈泡的電阻不隨電壓變化而改變。因?yàn)?R燈=V2/W=2102/60=735,所以在電壓為 208V時(shí),W=V2/R=2