WBG逆變式SMAW電源研究.pdf

1、我國(guó)對(duì)逆變式焊機(jī)的研究工作起步于80年代初，形成了3代產(chǎn)品，第1代是以晶閘管為開(kāi)關(guān)器件的弧焊逆變器，焊接時(shí)噪聲大；第2代是以GTR或MOSFET為開(kāi)關(guān)器件的弧焊逆變器，GTR熱穩(wěn)定性較差，MOSFET電流容量小；第3代為以IGBT為開(kāi)關(guān)器件的中大功率弧焊逆變器，逆變頻率低于GTR和MOSFET。隨著Si半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件性能趨近于其理論極限，逆變焊接電源的進(jìn)一步發(fā)展受到限制，因此需要尋找一種新型的頻率更高容量更大的開(kāi)關(guān)器件來(lái)代替逆變焊接

2、電源中傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。本文研究了一種基于WBG（Wide Band Gap）半導(dǎo)體功率器件的焊條電弧焊（Shielded Metal Arc Welding）逆變電源，其開(kāi)關(guān)頻率為50kHz，額定焊接電流160A，相比于傳統(tǒng)的SMAW逆變電源，其具有體積更小，質(zhì)量更輕，節(jié)能省材等優(yōu)點(diǎn)，而且控制性能優(yōu)越，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更加迅速，利于實(shí)時(shí)控制焊接過(guò)程。
　　本文對(duì)SiC MOSFET與Si IGBT的導(dǎo)通特性、關(guān)斷特性和熱學(xué)特性進(jìn)

3、行了研究，當(dāng)器件兩端電壓較小時(shí)SiC MOSFET導(dǎo)通電阻更小，并且相同規(guī)格下SiC MOSFET比Si IGBT關(guān)斷速度更快，耐熱性更好。根據(jù)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)和方案設(shè)計(jì)了全橋式逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)功率變換電路中的主變壓器、輸入整流濾波電路、輸出整流電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，選擇ROHM公司的SCH2080KE型SiC MOSFET作為逆變開(kāi)關(guān)管，設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體功率器件的保護(hù)電路，對(duì)所設(shè)計(jì)的功率變換電路逆變過(guò)程進(jìn)行了分析，證明所設(shè)計(jì)的功率變換電路的合

4、理性。設(shè)計(jì)了基于UC3846的恒流帶外拖的外特性控制電路，主要包括電流給定電路、電流采樣電路、推力電流電路、比例積分電路和過(guò)流過(guò)熱保護(hù)電路。分析 SCH2080KE的元器件資料，計(jì)算驅(qū)動(dòng)電壓及電流，選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源芯片和驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)了基于IR2110的驅(qū)動(dòng)電路。
　　裝配調(diào)試所設(shè)計(jì)的逆變電源，測(cè)試了UC3846輸出的PWM波形、IR2110輸出的驅(qū)動(dòng)波形，并采集了所設(shè)計(jì)的逆變電源的外特性。試驗(yàn)證明驅(qū)動(dòng)波形滿足設(shè)計(jì)要求，功率開(kāi)關(guān)