逆变电焊机原理图的讲解

更新时间：2023-07-23 13:00:02 阅读量：实用文档文档下载

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主电路电气原理图

主控制板电器原理图：

逆变触发电路图：

脉冲及时序板原理图：

本机采用三相交流380V电压经三相桥式整流、滤波后供给以新型IGBT为功率开关器件的逆变器进行变频（20KC）处理后，由中频变压器降压，再经整流输出可供焊接所需的电源，通过集成电路构成的逻辑控制电路对电压、电流信号的反馈进行处理，实现整机闭环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的恒流特性和优异的焊接工艺效果。

IGBT逆变电焊机工作原理及输出特性

这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。--拓普电子

1.电路图

2.工作原理

这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。

方波信号发生器（见图3）这里采用六反相器CD4069

构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善

图3

由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。

场效应管驱动电路。

由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大

振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用

TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V。如图4

所示。

MOS场效应管电源开关

电路。

这是该装置的核心，在

介绍该部分工作原理之

前，先简单解释一下MOS

场效应管的工作原理。图4

MOS 场效应管也

被称为MOS FET，既

Metal Oxide 图5

Semiconductor Field

Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS 场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管

其源极和漏极则接在P型半导体上。

我们知道一般三极管是由输入的电流

控制输出的电流。但对于场效应管，

其输出电流是由输入的电压（或称电

场）控制，可以认为输入电流极小或

没有输入电流，这使得该器件有很高

的输入阻抗，同时这也是我们称之为

场效应管的原因。图6

为解释MOS 场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P

型半导体端内的正电子则朝N型

半导体端运动，从而形成导通电

流。同理，当二极管加上反向电压

（P端接负极，N端接正极）时，

这时在P型半导体端为负电压，正

电子被聚集在P型半导体端，负电

子则聚集在N型半导体端，电子不

移动，其PN结没有电流通过，二

极管截止。图7a 图7b 对于场效应管（见图7），在

栅极没有电压时，由前面分析可知，

在源极与漏极之间不会有电流流

过，此时场效应管处与截止状态（图

7a）。当有一个正电压加在N沟道

的MOS 场效应管栅极上时，由于电

场的作用，此时N型半导体的源极图8 和漏极的负电子被吸引出来而涌向

栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。图8给出了P沟道的MOS 场效应管的工作过程，其工作原理类似这里不再重复。

下面简述一下用C-MOS场效应管（增强型MOS 场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图

9）。电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和

一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使

用。当输入端为低电平时，P沟道MOS场效应管

导通，输出端与电源正极接通。当输入端为高电

平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源

地接通。在该电路中，P沟道MOS场效应管和N

沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作，其

相位输入端和输出端相反。通过这种工作方式我

们可以获得较大的电流输出。

同时由于漏电流的

影响，使得栅压在还没有到0V，通常在栅极电压小于1到2V时，MOS场效应管既被关断。不同场效应管其关

断电压略有不

同。也正因为

如此，使得该

电路不会因为

两管同时导通

而造成电源短

路。

由以上

分析我们可以

画出原理图中图

10 MOS场效应管

电路部分的工作过程（见图10）。工作原理同前所述。这种低电压、大电流、频率为50Hz的交变信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高压侧感应出高压交流电压，完成直流到交流的转换。这里需要注意的是，在某些情况下，如振荡部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或短接。

3.制作要点

电路板见图11。所用元器件可参考图12。逆变器用的变压器采用次级为12V、电流为10A、初级电压为220V的成品电源变压器。P沟道MOS场效应管（2SJ471）最大漏极电流为30A，在场效应管导通时，漏-源极间电阻为25毫欧。此时如果通过10A电流时会有2.5W的功率消耗。N沟道MOS场效应管（2SK2956）最大漏极电流为50A，场效应管导通时，漏-源极间电阻为7毫欧，此时如果通过10A电流时消耗的功率为0.7W。由此我们也可知在同样的工作电流情况下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所以在考虑散热器时应注意这点。图13展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器

（100mm×100mm×1

7mm）上的位置分布

和接法。尽管场效应

管工作于开关状态

时发热量不会很大，

出于安全考虑这里

选用的散热器稍偏

大。

图11

图12

4.逆变器的性能测试

图13