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半橋逆變電路的工原理及常見錯(cuò)誤

發(fā)布時(shí)間:2019-07-26 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】半橋逆變電路是電子鎮(zhèn)流器和電子節(jié)能燈中最常用也是最基本的電路,正確地理解它的工作原理,將有助于我們合理地選擇元器件如磁環(huán)變壓器、扼流電感、啟動(dòng)電容等元件的參數(shù),正確地安排三極管的驅(qū)動(dòng)電路,以降低它的功耗與熱量,提高整燈的可靠性。
 
半橋逆變電路是電子鎮(zhèn)流器和電子節(jié)能燈中最常用也是最基本的電路,正確地理解它的工作原理,將有助于我們合理地選擇元器件如磁環(huán)變壓器、扼流電感、啟動(dòng)電容等元件的參數(shù),正確地安排三極管的驅(qū)動(dòng)電路,以降低它的功耗與熱量,提高整燈的可靠性。遺憾地是過去受觀測(cè)儀器(如示波器)和測(cè)試手段的局限,我們無(wú)法觀測(cè)到電路中關(guān)鍵點(diǎn)如三極管各個(gè)電極電流的正確波形(如文獻(xiàn)4的電流iB、ic的起始波形就是錯(cuò)誤的),因而無(wú)法作出符合實(shí)際情況的定量分析和判斷,以至形成一些錯(cuò)誤的概念。最近看到深愛公司葉文浩先生發(fā)表在中國(guó)照明電器(刊載于04年11、12期)的文章,受到不少啟發(fā),到歐普照明公司后,利用比較先進(jìn)的示波器TDS5000,對(duì)電路關(guān)鍵點(diǎn)的電流和電壓波形,進(jìn)行了仔細(xì)的測(cè)試,感到認(rèn)識(shí)上有所提高,澄清了過去不少胡塗概念,特撰寫本文,拋磚引玉,與葉先生商榷,并就教于國(guó)內(nèi)方家。
 
半橋逆變電路的工原理,盡管這個(gè)電路是眾所周知的,但人們對(duì)它的理解卻并不十分正確,存在一些錯(cuò)誤觀念。
 
半橋逆變電路工作原理如圖1
 
半橋逆變電路的工原理及常見錯(cuò)誤
 
工作原理:
①tl時(shí)間:開關(guān)K1導(dǎo)通,K2截止,電流方向如圖中①,電源給主變T供電,并給電容C2充電。
②t2時(shí)間:開關(guān)K1、K2都截止,負(fù)截?zé)o電流通過(死區(qū))。
③t3時(shí)間:開關(guān)K1截止,K2導(dǎo)通,電容C2向負(fù)載放電。
④t4時(shí)間:開關(guān)K1、K2均截止,又形成死區(qū)。如此反復(fù)在負(fù)載上就得到了如圖2的電流,實(shí)現(xiàn)了逆變的目的。
 
IGBT焊機(jī)的工作原理
①電源供給:
和場(chǎng)效應(yīng)管作逆變開關(guān)的焊機(jī)一樣,焊機(jī)電源由市電供給,經(jīng)整流、濾波后供給逆變器。
 
②逆變:
由于IGBT的工作電流大,可采用半橋逆變的形式,以IGBT作為開關(guān),其開通與關(guān)閉由驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。
 
③驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生:
驅(qū)動(dòng)信號(hào)仍然采用處理脈寬調(diào)制器輸出信號(hào)的形式。使得兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位錯(cuò)開(有死區(qū)),以防止兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通而產(chǎn)生過大電流損壞開關(guān)管。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的中點(diǎn)同樣下沉一定幅度,以防干擾使開關(guān)管誤導(dǎo)通。
 
④保護(hù)電路:
IGBT焊機(jī)也設(shè)置了過流、過壓、過熱保護(hù)等,有些機(jī)型也有截流,以保證焊機(jī)及人身安全,其工作原理與場(chǎng)效應(yīng)管焊機(jī)相似。
 
逆變與整流是兩個(gè)相反的概念,整流是把交流電變換為直流電的過程,而逆變則使把直流電改變?yōu)榻涣麟姷倪^程,采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為逆變焊機(jī)。逆變過程需要大功率電子開關(guān)器件,采用絕緣柵雙極晶體管IGBT作為開關(guān)器件的逆變焊機(jī)成為IGBT逆變焊機(jī)。
 
逆變焊機(jī)的工作過程如下:將三相或單相工頻交流電整流,經(jīng)濾波后得到一個(gè)較平滑的直流電,由IGBT組成的逆變電路將該直流電變?yōu)閹资甂HZ的交流電,經(jīng)主變壓器降壓后,再經(jīng)整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流。
 
逆變電焊機(jī)優(yōu)點(diǎn):由于逆變工作頻率很高,所以主變壓器的鐵心截面積和線圈匝數(shù)大大減少,因此,逆變焊機(jī)可以在很大程度上節(jié)省金屬材料,減少外形尺寸及重量,大大減少電能損耗,更重要的是,逆變焊機(jī)能夠在微妙級(jí)的時(shí)間內(nèi)對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)整,所以就能實(shí)現(xiàn)焊接過程所要求的理想控制過程,獲得滿意的焊接效果。
 
半橋逆變電路的工作原理
1、半橋逆變電路的等效電路:
 
半橋逆變電路的工原理及常見錯(cuò)誤
 
2、半橋逆變電路的工作原理:上圖中,A、B分別為兩個(gè)半橋中點(diǎn),uAB是它們之間的電壓,R是等效電阻,L為扼流電感,LC構(gòu)成串聯(lián)諧振電路,將uAB的方波輸入轉(zhuǎn)變?yōu)镃兩端的近似正弦波,完成了逆變過程。
 
3、典型電子日光燈電路中的應(yīng)用:
 
半橋逆變電路的工原理及常見錯(cuò)誤
 
圖中L2、C6、RLA,就是半橋逆變電路,燈管等效電阻是由燈管電壓和燈管電流決定。
 
左側(cè)電路將直流電轉(zhuǎn)換成方波(為了順利起振和持續(xù)振蕩,電路比較復(fù)雜),由高頻變壓器提供半橋中點(diǎn),由C7、C8組成無(wú)源半橋中點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了由直流到交流的逆變。
 
 
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