1、摘 要I摘 要现代逆变电源向着高频率、低电压、大电流方向发展。电阻焊电源具有低电压、大电流的特点，目前逆变电阻焊电源的逆变频率主要在1K5KHZ之间，本课题研制的逆变点焊电源在90KVA的功率等级下将逆变频率提高到20KHZ，为逆变电源的发展提供了有益的借鉴。本课题重点是对一体式变压器的研制。参考平板变压器的结构，将变压器的结构扁平化。研制出来的变压器在20KHZ的逆变频率下，其铁芯高度为33mm，宽度为84mm，工作截面积为332mm 2，铁芯重量为1.2kg。同时设计与之配合的水冷散热系统，将扁平型的变压器铁芯和原端线圈紧紧夹在水冷散热器之间，次级采用间接水冷散热，同时散热器承担传输次级电
2、流的作用。这样设计提高了散热效果，与现有中频一体式变压器相比，简化了制作工艺。本课题还研制了逆变点焊电源的逆变器，采用UC3856作为核心控制芯片，以 300A的IGBT为开关管，整体电源工作稳定，能输出所需的大电流。基于以上的设计，本课题完成了一台逆变频率 20KHZ，工作电流 12KA，小体积的逆变点焊电源。结构紧凑合理，功能单元模块化，器件少，制作工艺简单，大大增加了其适用范围，为进一步商品化提供很好的参考。关键词 逆变点焊电源；一体式变压器；20KHZxxx 工业大学工学硕士学位论文IIAbstractIIIAbstractThe developing direction of the
3、 inverter power supply is high frequency, low voltage, large current. The inverter resistance welding has the characteristics of low voltage, large current, and now the inverter frequency of which is mainly in 1K-5KHZ. The paper developed the inverter frequency to 20KHZ at the 90KVA scale, which can
4、 give the commercialization of the inverter power supply certain experience.The emphasis of the paper is to develop a integrated transformer, whose structure is compressed referring to the structure of flat transformer. The transformer developed is working at the frequency of 20KHZ, with the iron co
5、re height of 33mm, width of 84mm, working sectional area of 332mm2, weight of 1.2kg. A compatible water-cooling system was also designed and tightly placed around the flat iron core and the primary coil. The secondary coils were fastened to an indirect water-cooling system which also conveying the s
6、econdary current. This kind of design increased the radiating effect, simplifid the fabrication process compared to the mid-frequency integrated transformer. The paper also contained the development of inverter of inverter spot welding power supply, with UC3856 as its central control chip, 300A IGBT
7、 as its switch valves. The whole system had worked stable, and output large current in need.The paper gave out an inverter spot welding power supply which gained the frequency of 20KHZ, output current of 12KA, small volume, which also could be a sample of commercialization. KEYWORD inverter spot wel
8、ding power supply，integrated transformer ，20KHZxxx 工业大学工学硕士学位论文IV目 录V目 录摘 要 .IAbstract .III第 1 章 绪 论 .11.1 课题研究背景 .11.2 逆变电源的发展现状 11.2.1 国外逆变点焊电源的发展现状 .21.2.2 国内逆变点焊电源的发展现状 .31.3 本课题的研究内容 3第 2 章 点焊电源的硬件系统设计及工作原理 52.1 点焊电源主功率系统设计 .52.1.1 点焊电源主电路拓扑结构 .52.1.2 变压器的设计 .62.1.3 次级整流电路设计及工作原理 112.1.4 整流电路的连
9、接结构 .152.1.5 整流二极管的选择 .192.1.6 输入整流滤波电路的设计 202.2 电源控制系统硬件电路设计 212.2.1 电流模式控制的特点及芯片 UC3856 简介 .212.2.2 移相电路 232.2.3 驱动电路 242.2.3 保护电路 242.2.4 采样电路 252.2.5 斜坡补偿电路 272.3 单片机控制系统设计 .302.3.1 ADuC812 单片机简介 .302.3.2 ADuC812 单片机最小系统 .312.4 人机界面设计 .312.4.1 BC7281B 简介 .312.4.2 界面功能设计 322.4.3 人机界面电路设计 .342.5 本
10、章小结 35第 3 章 控制系统软件设计 .363.1 软件开发环境简介 .363.2 控制系统软件功能及结构设计 .36xxx 工业大学工学硕士学位论文VI3.3 控制系统主程序设计 .373.3 时序控制子程序设计 .383.4 本章小结 40第 4 章 电磁兼容的问题 .424.1 逆变点焊电源的主要干扰源 424.1.1 基本整流器的干扰 .424.1.2 变压器型功率转换电路的干扰 424.1.3 大电流传输线的干扰 .434.2 硬件抗干扰设计 .434.2.1 主电源与控制电源输入抗干扰设计 .434.2.2 接地 .434.2.3 PCB 板的抗干扰设计 .444.3 软件抗干
11、扰设计 .444.3.1 软件陷阱设计 454.3.2 “看门狗”技术 .454.4 本章小结 45第 5 章 系统的调试及实验结果 475.1 实验设备及方法 .475.2 控制系统脱机调试 .475.2.1 移相电路的输出 .475.2.2 PWM 脉宽信号的输出 .485.3 整机调试 495.3.1 变压器短路电流 .495.3.2 变压器输入、输出波形 .505.3.3 电源输出电流波形 .525.4 系统评价 53结论 55参考文献 .57攻读硕士学位期间取得的研究成果 61致谢 63第 1 章 绪 论-1-第 1 章 绪 论1.1 课题研究背景自 20 世纪 80 年代中期逆变点
12、焊机问世以来，开关频率 1-2kHz 的中频逆变点焊机在国外得到了广泛应用，其中汽车制造业方面所占比例较大，节能效果显著。由于我国目前是机械加工大国，但面临能源、资源短缺，所以我国在机械加工业特别是汽车制造业推广、使用逆变点焊电源显得尤为重要。但由于这种逆变点焊电源制作工艺复杂，用料苛刻，所以售价较高，一台进口的适合汽车制造厂使用的移动式逆变点焊机售价约 25 万元，一般汽车制造厂难以接受，所以目前国内仍以使用工频交流点焊机为主 1，2 。现在国内焊机市场上并未出现高频逆变点焊机的成熟化产品，主要汽车制造厂大多依靠进口逆变点焊机进行生产。国内的研究结构对高频逆变点焊机的研究也处于实验室样机阶段
13、，如能使逆变点焊机产品化，可以填补国内逆变点焊机的空白，对于节能和安全生产起到重要作用。本课题重点是对一体式变压器的研发。研制出来的逆变点焊电源在 90KVA的功率等级下将逆变频率提高到 20KHZ，为逆变点焊电源的进一步商品化提供了有益的借鉴。1.2 逆变电源的发展现状点焊具有较高的生产效率，焊接质量易于控制，易实现生产机械化和自动化，在大规模的自动生产线中得到了极其广泛的应用。在电阻焊设备中，点焊机的应用范围最广，以电阻点焊为例，其发展经历了工频交流、直流脉冲、三相低频、二次整流以及电容储能点焊机的过程。现代逆变技术具有诸多优越性：它能明显减小用电设备的体积和重量，节省材料；高效节能，减小
14、功率损失，并具有较大的功率因素；动态响应快，控制性能和电气性能好等优点。将逆变技术应用于焊接电源，为焊接设备的发展带来了革命性的变化。焊接逆变电源与工频焊接电源相比节能 20%30%，效率可达 80%90%，体积小，重量轻，整机重量和材料消耗大幅度减小 3。另外，其良好的响应和控制性能为焊接过程控制提供了良好的基础。因而其具有巨大的发展空间和市场潜力。目前在各发达工业国家，逆变焊机已相当普遍，手工电弧焊、TIG 焊、MIG/MAG 焊已广泛采用逆变电源。据有关资料统计报道，美国整流焊机的 16%、日本气保焊机的 41%和整流焊机的 32%均已采用逆变式焊机 4。xxx 工业大学工学硕士学位论文
15、-2-目前，美国的米勒、日本的松下、富士、芬兰的肯比等焊接设备公司均能生产成熟的可供商业出售的 IGBT 焊机产品。逆变焊机在国内的研究开发起步于 20 世纪 70 年代末期。1982 年，成都电焊机研究所开始研制晶闸管逆变式弧焊整流器，并于次年研制出我国第一台商业化的 ZX7-250 逆变式弧焊电源，当年通过该项目的部级鉴定。80 年代末期，各大高等院校、科研单位、生产厂家先后投入生产了各种容量的晶体管逆变焊机、场效应管逆变焊机、IGBT 逆变焊机等一系列产品。其中，不少乡镇企业和个体企业也通过技术转让等方式参与其中。从 1994 年起，全国范围内掀起了新一轮的逆变焊机热潮，并取得了可喜的成
16、果。经过几十年的技术发展，我国逆变焊接电源的可靠性已经有了相当的保障，产品的性能也在不断的提高，市场份额逐年增加。而我国的逆变焊机产品主要集中在弧焊领域，产品种类大多局限于手工焊机与 TIG 焊机，焊机结构也相对简单，焊机潜力也不能得到充分发挥，高端市场仍被国外产品所占领。逆变技术在弧焊设备中的应用，为电阻焊逆变电源提供技术参考，发展逆变式点焊机的条件已日臻成熟。近年来，国外汽车工业越来越多地应用高强度钢板，随着新型高强度钢板的母材拉伸强度不断增加，给母材焊接带来了越来越大的难度，如果单纯使用交流焊接则无法保证其焊接质量，目前重要的方法就是使用焊接来保证焊接质量，这给逆变点焊电源的发展带来更大
17、的空间。1.2.1 国外逆变点焊电源的发展现状目前，国外逆变电阻焊接的研究比较成熟.商品化过程发展较快。自20世纪80年代中期逆变点焊机问世以来，日本、美国等发达国家先后推出了逆变式电阻焊机产品，用于汽车、家电、电子行业。其中以点焊机器人为主的汽车生产线的建立，标志着国外逆变式焊机已经进入规模化应用阶段。近几十年来，以IGBT和电力MOSFET为代表的全控型器件的发展，给逆变技术及其应用带来了革命性的变化。在国外，逆变式电阻焊机的研究虽然晚于逆变弧焊，但其发展迅速。日、美等国均己形成自己的系列产品，特别是日本最为突出。自1984年由日本东亚精机(TOASEIKI)研究的第一台逆变式点焊机以来，
18、迄今为止，其数量己与次级整流相当。宫地(MIYACHI)IP型、IS型两大系列，特别是Is型控制技术显示出更高水平，IS-471C型设定焊接电流值范围400080000A。木村(KIMUBA)生产了较大容量的与TDI-1200T型控制器配套的逆变式悬挂点焊钳。这些产品的逆变频率大多在6001200Hz之间，功率器件以GTR和IGBT为主。控制器为微机控制，具有焊点质量监控、故障自诊断功能、可存储15套以上的不同焊接规范。另外，美国Pro spot International Inc公司第 1 章 绪 论-3-生产的PR-2000和I4型逆变电阻焊机己广泛用于BMW，NISSAN，TOYOTA等
19、汽车公司，澳大利亚Amada Oceania Pty Ltd公司生产的ID40ST型逆变电阻焊机采用软件进行编程，并可记录16种焊接程序，进而对焊接周波数、焊接时间、焊接电流进行调节。美国WTC焊接技术公司生产Medweld4000s型逆变点焊控制器可设定31套焊接程序，具有电网电压自动补偿，恒电流触发模式以及连网等功能。可设定预热电流、焊接电流和焊后热处理电流，并可设置额定电网电压以达到最佳电网电压补偿效果等 5，6 。1.2.2 国内逆变点焊电源的发展现状国内虽在逆变弧焊领域比较成功，但在逆变点焊领域，该项技术的优点还未得到发挥，仍有待于进一步的研究与开发。目前，国内市场上也有一些逆变产品
20、问世，如镇江清华焊接设备有限公司生产的 TQ-10 系列逆变电阻焊机均采用恒流控制，预存控制规范最多的达 16 种，输出电流 300020000A，逆变频率 14KHz。广州易飞科技有限公司生产的DBZ 系列逆变交流点焊机逆变频率 14KHz，电流输出 500A-10KA，采用微机控制，具备优良的人机交换界面，预存 20 组焊接规范可方便调节。广州韦伯特电子科技有限公司也有电阻点焊机面市，其产品焊接压力精密可调，既降低了焊接飞溅，又保证了焊点压力的一致，且不受焊头驱动方式的影响 7，8 。1.3 本课题的研究内容针对逆变焊机向高频率、低电压、大电流的发展方向，本课题主要研制一体式变压器，逆变器
21、，实现在 90KVA 的功率等级下将逆变频率提高到 20KHZ；进一步完善人机界面，单片机系统来提高系统的稳定性。因此本课题的主要任务分为以下几个部分：（1）一体式变压器的设计以非金态合金为材料的变压器铁芯，将其扁平化，合理设计原次级绕组，减少变压器漏感；设计水冷散热器，电源整体结构，使变压器，散热器，整理二极管连接成结构紧凑，制作工艺简单的一体式变压器。（2）控制系统硬件的总体设计方案重新设计控制电路，以电流型芯片 UC2856 完成 PWM 输出，以 CD4013 与CD4538 完成移相功能，自行设计驱动电路，摈除传统的 EXB841 驱动芯片，进一步驱动板所占空间；通过插针连接控制板和
22、驱动板，提高抗干扰能力，也能减少控制系统整体体积。（3）人机界面的设计xxx 工业大学工学硕士学位论文-4-为了进一步增强抗干扰能力，提高人机界面的操作性。采用专门键盘显示芯片 BC7281B 来设计界面。（4）试验及调试在所设计的整体结构与控制系统的基础上调试逆变点焊电源，测试电源稳定性，响应性能与输出功率，看能否满足设计要求。并与原有样机比较，验证其优点。第 2 章 点焊电源的硬件系统设计及工作原理-5-第 2 章 点焊电源的硬件系统设计及工作原理点焊电源的系统框图如图 2-1 所示，主要由以下几部分组成：整流滤波电路，主功率电路，基于 ADUC812 芯片为核心的人机界面，以 UC385
23、6 芯片为核心的 PWM 控制电路，驱动电路，保护电路和采样电路。图 2-1 点焊电源的系统框图Fig.2-1 System schematic diagram of spot welding power supply2.1 点焊电源主功率系统设计2.1.1 点焊电源主电路拓扑结构xxx 工业大学工学硕士学位论文-6-图 2-2 逆变点焊电源主电路拓扑结构Fig.2-2 Topology of the spot welding inverter power主电路拓扑结构如图 2-2 所示。交流电以三相四线制接入，中线接地。断路器 Q1 是主电路的控制开关，在焊接电源出现过流故障时，断路器跳闸，
24、保证出现故障的焊接电源与电网机械的断开。电容 C5C7 吸收电网的高压尖峰保证整流模块 BR1 的安全性。三相 380V 交流经过 BR1 整流，电容 C1C4 滤波，获得约 540V 直流。其中 C1、 C2 起到低频滤波的作用；C3、C4 起到滤波的作用；电阻 R1，R2 是电容 C1 C4 的均压电阻，同时起到泄放电阻的作用 9，10 。功率开关管为 IGBT，通过 V1、V4 和 V2、V3 的轮流导通将 540V 直流逆变成 20KHZ 的交流方波。C5、C6 为 IGBT 保护电容。2.1.2 变压器的设计变压器又称功率降压变压器，其主要作用是变换电压(降压)、功率传递和实现输入输
25、出间隔离。由于它与功率开关管直接相连，且施加较高电压，因此变压器自身性能的好坏与整个逆变电源的技术性能有着密切的关系。点焊变压器无论从结构、工作原理或设计方法看，都不同于弧焊变压器，其特点主要有：（1）二次电压低，电流大。 （2）负载持续率低，工作不连续。（3）传输功率较大，工作频率较弧焊电源为低，一般二次侧有中心抽头。为了适应节约材料及节能的需要，点焊变压器向高频率、低电压方向发展。但当频率提高时，变压器的输出电感限制了输出电流。输出电压越低，输出电流越大，这个问题就越突出。另外，在大功率输出条件下，为提高使用效率，需要考虑变压器散热问题。目前大功率变压器可以采用水冷却或是油冷却。现有的水冷
26、却技术是把变压器线圈做成中空的，内部通循环冷却水。为保证变压器匝间绝缘，在制作过程中需要浇注环氧树脂。水冷变压器不仅制作工艺复杂，由于环氧树脂造成的介质损耗，也限制了变压器的使用频率。油冷却变压器是将变压器铁心浸泡在油中。这种变压器需要有很好的密封，制作成本也很高，在率条件下，绝缘油的介质损耗同样限制了变压器的使用频率 13。我们设计的点焊电源工作频率是 20KHZ，负载电压 10V 以下，负载电流12000A，整流电路为倍流整流，变压器二次侧没有中心抽头。因此，我们自行设计一种变压器来满足上述要求，主导思想是通过改变变第 2 章 点焊电源的硬件系统设计及工作原理-7-压器形状及冷却方式达到目
27、的。具体如下：在铁心工作截面确定的前提下，我们将铁芯做成扁平形状，其截面的宽度与高度之比不小于 5 比 1，不大于 50 比 1，以使暴露在磁路外的导线减少，有利于降低漏磁通。为降低导线引起的分布电感，我们在铁心上只缠绕一层初级线圈，这样设计的结果使变压器铁芯长度增加，高度降低。我们在次级只绕一匝线圈，其包围初级线圈缠绕，目的是降低变压器漏感。在这种绕线方式的限定下，除由于铁心长度增加，这匝次级线圈的宽度亦随铁心长度增加而变宽。这样设计可以降低线圈导线造成的分布电感，其原理与偏平传输线类似 13。图 2-3 为点焊变压器设计实例，变压器包裹 1.5 毫米厚绝缘板，以下数据包含绝缘板厚度。其中
28、W=84，铁芯宽度；h=7，铁芯工作截面高度；Hw=8，铁芯窗口高度；L=181，铁芯长度；Lw=173，铁芯窗口长度；H=33，铁芯高度。 图 2图 2-3 变压器铁芯三视图Fig.2-3 Three-view drawing of high-frequency transformer iron core为了提高冷却效率和变压器工作频率，采用水冷散热器冷却变压器，降低由变压器损耗造成的温升。水冷散热器通过与变压器紧密接触达到冷却的目的，与现有油浸变压器或水冷变压器相比，由于在变压器和散热器之间存在热阻，从理论上讲这种水冷散热器的散热效率不如前两种。但由于我们的变压器形状的特点是铁心上下表面积
29、大，次级线圈宽度大，使得变压器与水冷散热器接触面积大，有利于降低热阻，提高散热效率。使用水冷散热器的优点是变压器仍然是干式变压器，没有现有的水冷变压器及油浸变压器的介质损耗，有利于提率。图 2-4 为点焊变压器组装示意图。其中：1.1、变压器铁芯，1.2、变压器xxx 工业大学工学硕士学位论文-8-的次级线圈；1.3、变压器初级线圈；1.4、次级线圈的输出母线板 2、冷却变压器的水冷散热器。图 2-4 变压器组装示意图Fig.2-4 Assembling sketch of high-frequency transformer2.1.2.1 变压器磁芯材料的选择由于点焊主变压器的工作频率较高(
30、20KHz)，因此磁芯性能要求为饱和磁通密度 要大，磁导率 要高，高的居里温度和热稳定性，低的损耗，对比当前Bs普遍使用的磁心材料，选择“性价比”较高的非晶态合金材料 11。表 2-1 为非晶态合金材料基本特性参数。表 2-1 非晶态合金的物理性能 12Table2-1 Physic performances of non-crystal alloy饱和磁通密度（T）Bs1.351.56 导磁率 8000居里点 （）c450 铁损 低适用频率（KHZ） 20 温度影响 中非晶态合金材料是近 20 年来发展起来的新材料，具有易磁化、磁感应强度高、电阻率大、温度系数小、矫顽力小、对涡流阻力大、能耗
31、低的优点。20KHz时铁心损耗仅为铁氧体铁心的一半,饱和磁通密度在 100时为 1.35T，比铁氧体高 3 倍，因此很适合逆变电源变压器的使用。2.1.2.2 工作截面积的确定变压器的工作截面积按下式计算 14，15 。（2-1）4110fKSBNU第 2 章 点焊电源的硬件系统设计及工作原理-9-其中： -变压器原边电压，V；1U-波形系数，方波为 4；K-磁芯工作截面积，cm 2；S-初级绕组的匝数；1N-逆变工作频率，HZ；f-工作磁感应强度，TB对于非晶态合金材料，考虑到工作的恶劣环境，工作磁感应强度我们取=0.8T。因此工作截面积：( ) （2-2）48.2102348.0514 f
32、KBNUS 2cm考虑非晶材料的制作工艺，实际的工作截面积需要取大，一般选取系数1.25，因此设计的工作截面积最少需要 2.481.25=3.1cm2。2.1.2.3 匝数的确定变压器原边电压是电网输入电压经滤波后的电压,按电网峰值电压计算得到:= =1.414380=540（V） （2-3）1UI2i其中： -变压器输入电压幅值,V1-整流后的电压,VI-电网电压有效值,ViU副边电压 ，考虑到大功率点焊电源空载电压向低电压方向发展，结合自2身的设计,设定变压比 N 为：N = / =540/16 = 34 （2-4）12U其中：N-变压器变压比, U 1 与 U2 分别为变压器原边与副边电
33、压。点焊机的逆变频率 f=20KHz,周期 T=50s,单相电路两个桥臂轮流导通且考虑防止直通加入的死区时间 ,要求一个桥臂一周期内导通时间 50%时，控制环变得不稳定，抗干扰性能差；控制信号来自输出电流，功率级电路的谐振会给控制环带来噪声；控制环控制电流，使负载调整率变差，在多路输出时，需要耦合电感实现交互调节。本系统采用电流峰值作为电流内环，输出电流均值与参考电流经误差放大器放大后，得到一个误差电流信号，再与峰值电流进行比较来控制 PWM 输出。同时设计一个斜坡补偿电路来改善电流模式控制的性能。2.2.1.2 UC3856 简介UC3856 由美国 Unitrode 公司制造，它是一种电流
34、双端输出 PWM 控制器，即将直接采样到的输出电感电流送入 PWM 比较器的输出端与误差放大器输出信号进行比较，以此控制输出脉冲占空比 D，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化。采用这种控制方式可以改善整个点焊电源的电压效率和负载效应，改善系统瞬态响应特性 20。UC3856 具有以下特点：（1） 自动反馈补偿。（2） 抑制尖峰电流能力强，并可编程实现每个脉冲电流限制。（3） 基准电压源。%（4） 欠压锁定。（5） 电流限制：电流限制可由外部电路设定管脚 1 的电平来实现，它将影响误差放大器的输出大小。（6） 外部关闭：关闭信号 16 经与 350mV 电压给定信号滞后比较后送入锁存器，锁存器
35、由锯齿波作为复位信号。（7） 200mA 双推挽输出。（8） 双重脉冲抑制。第 2 章 点焊电源的硬件系统设计及工作原理-23-（9） 软启动2.2.2 移相电路全桥逆变器采取移相控制方式，逆变器结构图见图 2-2。这种控制方式是V1 和 V3 轮流导通，各导通近 180电脚；V2 和 V4 也是这样，但 V1 和 V4 不是同时导通。V4 先导通，V1 后导通，两者导通相差 电脚，如图 2-17 所示（未显示死区） 。其中 V2 和 V4 分别先于 V1 和 V3 导通。称 V2 和 V4 组成的桥臂为超前桥臂，V1 和 V3 组成的桥臂为滞后桥臂。V4 先于 V1 开通，则 V4 的开通为
36、零电压开通； V2 先于 V3 开通，则 V2 的开通为零电流开通。ABV111V311V411V211V14211V23图 2-17 移相控制方式Fig.2-17 Phase-shifted controlUC3856 只能输出两路 PWM，如图 2-17 中 A、B 所示。这两路 PWM 通过移相电路获得 A、B、C、D 四路 PWM 输出，经过驱动电路驱动大功率开关管。UC3856 两路 PWM 输出 Aout 与 Bout，Aout 加载在芯片 CD4013 的 S 端，Bout 加载在 CD4013 的 R 端。则 与 的输出为 A、B 路 PWM，其波形为图 2-17Qxxx 工业
37、大学工学硕士学位论文-24-中 V1、V3 所示。其余两路 PWM 输出通过芯片 CD4538 产生。CD4538 为精密双通道单稳态触发器，A 通道接收上升沿触发信号，B 通道接收下降沿触发信号。此移相电路选取 B 通道接收输入信号，Aout 输入信号的下降沿作为触发信号，A 通道接地，通过调节电阻 R 和电容 C 就可以在输出端和 得到需要的波形，即 C、D 路 PWM，如图 2-17 中 V2、V4 所示。将这四路QPWM 输入到驱动电路中，最后得到驱动全桥的四路驱动信号。2.2.3 驱动电路这次研制的逆变点焊电源体积小，器件集中，预留给控制电路和驱动电路的空间小，为了节约空间和成本，用
38、分立元件自行搭建驱动电路。我们采用脉冲变压器来驱动 IGBT。移相电路的 A、B 路输出经过放大驱动一个变压器，C、D 路输出也是用样的情况。在脉冲变压器的次级通过一个延时电路做出全桥逆变所需要的死区时间，防止桥臂直通。这样设计下来，与传统的由驱动芯片 EXB841 系列所搭建的驱动电路相比，整个驱动电路占据的空间较小，而且更有利于组合控制板。我们设计的控制板能够通过插针与驱动电路板紧密结合，进一步减少整个硬件电路所占的空间。2.2.3 保护电路UC3856 本身具有欠压锁定功能，保护电路主要针对过流和过热。通过闭环霍尔电流传感器从变压器原端采样获得采样电流，峰值电流与给定值比较输出过流信号。在 IGBT 附近的散热片上安装温度开关，以其开关变化作为过热信号。过流信号与过热信号输入保护电路，保护电路随后输出关闭信号与 A、B、C、D四路 PWM 信号相与，从而关断 4 路驱动，关断开关管。图 2-20 为保护电路原理图。图中 U2A 为芯片 CD4013，U1 为芯片 CD4081。过流信号与过热信号接在CD4013 的 R 端，触发后在 端输出关断信号进入 CD4081，与 4 路 PWM 相与后关Q断驱动信号。图 2-20 只给出了关断 A 路 PWM 信号的原理图，其余 3 路情况相同。
