毕业设计(论文)开题报告题 目： 软开关弧焊逆变电源的设计 系： 电气与信息工程系 专 业： 自动化 学生姓名： 潘士超 学 号： 23 指导教师： 赵葵银 年 月 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。引言单片机控制技术易于实现控制的实时性、智能性和精细化的特点来完善传统焊机，使其具有性价比高而又能满足国内大多数用户的需要，是焊接领域特别具有挖掘潜力的方向。现代焊接电源设备发展与电力电子技术进步密切相关。进入80年代，以功率MOSFET、GIR、 绝缘门双极晶体管IGBT为代表的自关断功率开关器件发展迅猛，其开关性能不断完善，容量 得到大幅度的提高。基于这些高频功率开关器件的弧焊逆变器已成为弧焊电器设备的更新换 代产品，目前弧焊逆变器的研究正向深层次进展，出现了以下的趋势： (1)大功率和轻量化 ，大功率有赖于开关管容量的增大，轻量化则需要开关频率提高。(2)软开关相移PWM控制技 术，它在全桥PWM变换电路的基础上，综合软开关和PWM控制的优势，在开关管大的工作范围 内进行恒频PWM控制，在开关过程瞬间，实现零电压、零电流开关。从而降低了开关损耗和 电磁干扰，有利于提高工作频率、效率和可靠性。1软开关弧焊逆变电源的控制技术在功率开关器件中，MOSFET工作频率高，但目前容量还不高，它是开发轻型便携式弧焊逆变 器的首选器件。IGBT具有控制性能好，容量大的综合优势，特别适合用于开发中大功率的弧焊逆变器，IGBT性能的改进主要体现在集射极间饱和电压Uce和开关时间的不断下降，产品 的耐压、电流容量不断提高。德国Semikron公司针对IGBT的结构缺陷加以改进，推出单硅型 IGBT。它在结构上的低电感设计和软特性快速可控向寿命二极管结合，大大减少了关断时的 电压尖峰，不需RCD吸收电路；没有IGBT中的N+扩散层，拖尾电流低，无擎住效应；开 通和关断时，电流和电压的交叉点低，且交叠的区域窄，开关损耗很小。日本Toshiba公司 等已开发出大容量的IGBT智能型功率模块IPM。在弧焊逆变器的开关器件控制中，主要有如下方式可供选择：(1)PWM硬开关型。在这种工作方式下，开关器件在开通和关断期间，其电压和电流都不为零，存在开通和关断损耗，即硬开关工作状态。(2)谐振软开关型。目前，谐振电路的拓朴结构有上百种，总起来说，可分为零电流和零电压两种方式。由于在电源开通和关断期间，开关管上的电流或电压为零，其损耗亦为零，即软开关工作状态。(3)软开关相移PWM控制技术，充分利用PWM和谐振软开关二者的优势，这一技术将会成为弧焊逆变器的重要控制方式。 PWM控制芯片由模拟和数字电路组成。通过模拟电路的反馈决定被调制脉冲的宽度，根据模 拟电路反馈方式不同可分为电压型和电流型。数字电路用来实现解码和脉冲分配等逻辑功能，依据数字电路脉冲分配方式不同可分为同步式和移相式。具体分类见图1所示。 图1PWM控制技术分类电压模式PWM控制，它只采样输出电压，作为反馈信号。变换器是一单闭环二阶控制 系统。线电压和负载的任何变化，必须由输出电压和参考电压差值决定的误差信号进行反馈 调节。由于电源输出滤波电容上的电压信号相对于电流产生90的延迟，因此，电压型控制 的响应速度慢，在全桥电路中易产生偏磁和电流尖峰。电流型PWM控制，它针对电压型的缺陷，增加了一个电流反馈环节，它既有形成误差信号的外环，又有开关管瞬态电流内环。开关管电流不是独立的变量，变换器成为无条件的一阶稳定系统。由于开关管电流上升斜率决定于Vin和Vout的差值，可以立即响应线电压的变化，能做到逐脉冲限流。输出滤波器对于反馈环节只有单个极点，与电压型相比，只需要简单的补偿，且有更高的增益带宽2。目前，为了降低开关应力，提高输出功率度和功率因数等，已提出了多种新型的主电路拓朴结构3，而这些电路拓扑经改进后是可以移植到弧焊逆变器中来的。2软开关弧焊逆变电源试验结果及分析主开关器件采用75A/1200V的二单元 IGBT模块，其中IGBT模块1包含VT1、VD1和VT3、VD3，构成超前桥臂，在超前桥臂的每只开 关管集电极与发射极之间分别并联5nF的高频电容C1和C3；IGBT模块2包含VT4、VD4和VT2、V D2，构成滞后桥臂。主变压器变比为22：3，可以表示为理想变压器T1及其漏抗LK。隔直电 容C的电容值为1.2F。Ls1和Ls2为饱和电感。输出整流快速二级管模块为200A/400V的MURP 20040CT。该电源的控制电路采用UC3875，工作在电压模式下。它输出四个驱动信号OUTA、O UTB、OUTC、OUTD，其中OUTA、OUTB是超前桥臂上下管子的驱动脉冲，脉宽恒定，相隔1.5 s的死区，相位相反；OUTC、OUTD是滞后桥臂的驱动脉冲。当OUTA和OUTD、OUTB和OUTC分 析共同导通时，电源向负载传送功率。通过反馈调节共同导通脉宽的大小，可以控制输出电 流或电压，从而实现逆变器的调节特性、输出静特性和动特性。软焊逆变器的主流技术。3结论(1)由于采用软开关技术，使得开关频率可以进一步提高，系统动态响应加快。降低开关动态损耗，减省di/dt和du/dt所引起的电磁干扰，提高了弧焊逆变电源的工作可靠性。(2)由于开关管频率恒定，使得与频率相关的电容、电感、变压器等的设计容易得到优化。 相对传统变频谐振软开关的逆变电源，开关管所承受的电流和电压应力减少。(3)为了满足现代制造技术对焊接焊接质量日益提高的需要，开关过程的试验结果见图4。软开关实现过程如下：在超前管驱动信号的前沿，开关管的集射极间电压Uce为零，电流流过与其反并联的二极管，超前管实现零电压开通；超前管的关断靠并联在管子集射极间的吸收电容近似实现零电压关断。滞后管的开通时，饱和电抗器处于不饱和状态，电抗值很大，滞后管处于零电流开通；滞后管的关断，利用隔直电容C加快环流衰减到零，使滞后管处于零电流开通状态。实际焊接试验表明：开关管的安全性和可靠性明显提高。可以相信，全桥软开关相移PWM控制电路将会成为发展大功率弧弧焊逆变器必将成为焊接电源设备的主流产品，而相移PWM软开关技术将成为进一步提高弧焊逆变器整体性能的有效途径.为新型弧焊逆变器的控制提供了性能更加优越的硬件平台。参考文献1 余文松. 新型大功率软开关弧焊逆变器的研究. 博士学位论文.广州:华南理工大学, 2000 2 殷树言. 熔化极气体保护焊发展中的问题及对策.电焊机J，19973 戴均陶. 药芯焊丝的发展及其制造技术.电焊机J，19994 易志华. 国外电焊机发展概况.电焊机J，19965 楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2003.2.6 周航慈,周立功,朱旻,饶运涛. PHILIPS 51LPC系列单片机原理及应用设计M.北京: 北京邮电大学出版社, 2002.37 陈明 IGBT双管模块驱动保护电路的研制与应用. 华北电力大学硕士学位论文 20058 王兆安, 黄俊. 电力电子技术第4版 北京:机械工业出版社, 2004年7月第4版9 刘文涛. 单片机语言C51典型应用设计. 人民邮电出版社, 2005-1010 陈明荧. 8051单片机课程设计实训教材. 清华大学出版社, 2004-311 GuiChaoHua,Frd C.Lee.An Overview of Soft-Switching Techniques for PWM Converters.Proceeding of IPEMC94,Beijing,199412 王迎旭. 单片机原理与应用. 机械工业出版社, 2004-713 张国军、王学礼，现代电力电子及电源技术的发展，中国自动化网，200414 李爱文、张承慧，现代逆变技术及其应用，科学出版社，200015 周航慈，单片机应用程序设计技术，北京航空航天大学，199216 李爱文编. 现代通信基础开关电源的原理和设计M.北京:科学出版社，2001,5 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施一、课题的目的与意义随着微电子技术、计算机技术、自动控制理论和电力电子技术的发展,弧焊电源电路结构不断吸收相关学科的先进成果。从早期机械控制型,发展为电磁控制型,到今天发展为电子控制型。逆变弧焊器是当前发展的主流之一。从1972年美国首先研制出300晶闸管弧焊逆变器以来,关断大功率器件不断涌现。弧焊逆变器经历了晶闸管晶体管场效应管等4个阶段。虽然弧焊逆变器性能好、轻巧、节能、省材,但目前在我国的应用覆盖面还不很大。要进一步扩大它的应用范围,首要的问题是提高可靠性,其次是抑制谐波干扰。提高可靠性的途径有2条:(1)加强质量管理;(2)改进结构设计。目前逆变主电路结构多采用硬开关控制方式,功率开关器件在开关瞬间承受大的电流应力开关损耗占总损耗的60%70%,甚至更大。为了功率开关管的安全运行,不得不附加多种保护电路。而且电路的寄生电感和功率器件的寄生电容在高频时产生严重的电压尖峰和浪涌电流,一般需加缓冲电路,这样不仅使电路复杂,降低整机的可靠性,同时将功率开关管上的开关损耗转移到缓冲电路,而缓冲电路也消耗能量,频率越高损耗越大,降低了整机的效率。由于硬开关逆变器有上述缺点,近年来人们围绕减少开关损耗、消除功率器件开关应力和电路寄生参数的影响,研制高效率高频变换器,进行了不懈的努力,软开关变流技术就是为此目的而产生的。该技术是利用谐振原理,使功率器件两端的电压或流过的电流呈区间性正弦变化,而且电压、电流波形错开,以实现功率器件接近零损耗。同时谐振参数中吸收了高频变压器的漏抗、电路中寄生电感和功率器件的寄生电容,可以消除高频产生的电压尖峰和浪涌电流,极大地降低器件的开关应力,从而可大大地提高逆变焊接电源的可靠性。二、课题发展现状和前景展望现代焊接设备的发展与电力电子技术和