WBG逆變式SMAW電源研究.pdf

1、我國對逆變式焊機的研究工作起步于80年代初，形成了3代產(chǎn)品，第1代是以晶閘管為開關(guān)器件的弧焊逆變器，焊接時噪聲大；第2代是以GTR或MOSFET為開關(guān)器件的弧焊逆變器，GTR熱穩(wěn)定性較差，MOSFET電流容量??；第3代為以IGBT為開關(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半導體功率開關(guān)器件性能趨近于其理論極限，逆變焊接電源的進一步發(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關(guān)器件來代替逆變焊接

2、電源中傳統(tǒng)的Si半導體開關(guān)器件。本文研究了一種基于WBG（Wide Band Gap）半導體功率器件的焊條電弧焊（Shielded Metal Arc Welding）逆變電源，其開關(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，而且控制性能優(yōu)越，動態(tài)響應更加迅速，利于實時控制焊接過程。
　　本文對SiC MOSFET與Si IGBT的導通特性、關(guān)斷特性和熱學特性進

3、行了研究，當器件兩端電壓較小時SiC MOSFET導通電阻更小，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)計目標和方案設(shè)計了全橋式逆變拓撲結(jié)構(gòu)，對功率變換電路中的主變壓器、輸入整流濾波電路、輸出整流電路進行了設(shè)計和計算，選擇ROHM公司的SCH2080KE型SiC MOSFET作為逆變開關(guān)管，設(shè)計了半導體功率器件的保護電路，對所設(shè)計的功率變換電路逆變過程進行了分析，證明所設(shè)計的功率變換電路的合

4、理性。設(shè)計了基于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、比例積分電路和過流過熱保護電路。分析 SCH2080KE的元器件資料，計算驅(qū)動電壓及電流，選擇合適的驅(qū)動電源芯片和驅(qū)動芯片，設(shè)計了基于IR2110的驅(qū)動電路。
　　裝配調(diào)試所設(shè)計的逆變電源，測試了UC3846輸出的PWM波形、IR2110輸出的驅(qū)動波形，并采集了所設(shè)計的逆變電源的外特性。試驗證明驅(qū)動波形滿足設(shè)計要求，功率開關(guān)