逆变电焊机原理图的讲解

逆变电焊机原理图的讲解

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主电路电气原理图

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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。

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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

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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。 MOS 场效应管也

被称为MOS FET ， 既

Metal Oxide 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4

图5 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

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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

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