本實(shí)用新型涉及埋弧焊接電源技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種大功率SiC埋弧焊接電源。

背景技術(shù)：

目前，在埋弧焊領(lǐng)域，由于其工藝所需要的大電流、大功率，國內(nèi)外普遍采用硅整流和晶閘管整流式電源，可靠性較好，技術(shù)上也比較成熟，但設(shè)備體積龐大、笨重、能耗低、效率低，且由于結(jié)構(gòu)其原因，動(dòng)靜態(tài)特性方面也不夠理想。近年來，基于MOSFET或者IGBT的逆變焊接電源由于具有較高的逆變頻率，能效得到較大幅度的提高，體積更小巧，重量更輕，動(dòng)特性更好。但MOSFET的單管容量較小，通態(tài)損耗較高，器件耐壓不高，很少在大功率埋弧焊逆變電源中應(yīng)用；大功率埋弧焊逆變電源普遍采用IGBT功率管，但是開關(guān)頻率較低，還存在著一定的不足之處：

(1)逆變頻率較低；應(yīng)用于弧焊逆變領(lǐng)域時(shí)，大功率的IGBT功率管的開關(guān)頻率一般在20kHz左右，很少有能超過50kHz，使得電源的體積和重量難以進(jìn)一步降低，功率密度不高，同時(shí)電源的動(dòng)特性難以提高；

(2)效率不夠高；由于IGBT存在拖尾效應(yīng)，并且通態(tài)損耗也較高，IGBT逆變式埋弧焊接電源的能效一般在85％以下，很難超過90％；

(3)IGBT的熱耐受性能較弱；由于大功率埋弧焊接電源的應(yīng)用環(huán)境極其惡劣，有的焊縫長達(dá)40-50米，要求100％暫載率長時(shí)間大電流持續(xù)工作，功率開關(guān)器件的熱損較高，對(duì)散熱設(shè)計(jì)提出了很高的要求；

(4)限于IGBT器件的開關(guān)速度，逆變頻率難以提高，不易實(shí)現(xiàn)大功率埋弧焊接電源的小型化、輕量化和模塊化。

因此，亟待設(shè)計(jì)出一種新的埋弧焊接電源以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種大功率SiC埋弧焊接電源。該埋弧焊接電源可將SiC功率開關(guān)管應(yīng)用到埋弧焊接電源中，大幅提升逆變頻率，效率高，體積小，提升焊接質(zhì)量。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種大功率SiC埋弧焊接電源，其特征在于：包括至少一個(gè)主電路，以及數(shù)字控制電路；每個(gè)主電路包括依次連接的電磁噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊、SiC逆變換流模塊、高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊；其中，電磁噪聲抑制模塊與三相交流輸入電源連接；高頻快速整流平滑模塊與電弧負(fù)載連接；

所述數(shù)字控制電路包括DSC控制系統(tǒng)，以及分別與DSC控制系統(tǒng)連接的人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊；所述超高頻驅(qū)動(dòng)模塊還與SiC逆變換流模塊連接；安全保護(hù)模塊還與SiC逆變換流模塊連接；電信號(hào)檢測模塊還分別與高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊連接。

優(yōu)選地，所述主電路與數(shù)字控制電路的設(shè)置采用如下兩種方案之一：

一、主電路為一個(gè)；DSC控制系統(tǒng)、人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊分別為一個(gè)；人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊分別與DSC控制系統(tǒng)連接；超高頻驅(qū)動(dòng)模塊與SiC逆變換流模塊連接；安全保護(hù)模塊與SiC逆變換流模塊連接；電信號(hào)檢測模塊分別與高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊連接；

二、主電路為兩個(gè)以上；DSC控制系統(tǒng)、人機(jī)交互模塊和安全保護(hù)模塊分別為一個(gè)；超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊的數(shù)量分別與主電路的數(shù)量相同；人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊分別與DSC控制系統(tǒng)連接；所述安全保護(hù)模塊分別與各個(gè)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊連接；各個(gè)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊還分別與SiC逆變換流模塊一對(duì)一連接；同一主電路中，高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊分別與同一電信號(hào)檢測模塊連接。

優(yōu)選地，所述SiC逆變換流模塊包括SiC功率開關(guān)管G1、SiC功率開關(guān)管G2、SiC功率開關(guān)管G3、SiC功率開關(guān)管G4、電容C11、電容C12、電容C13、電容C14、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C27和電容C29；高頻功率變壓器包括變壓器T1；高頻快速整流平滑模塊包括電阻R1、電阻R2、電容C15、電容C16、SiC快速整流二極管D1、SiC快速整流二極管D2、SiC快速整流二極管D3、SiC快速整流二極管D4和電感L1；

SiC功率開關(guān)管G1和SiC功率開關(guān)管G2串聯(lián)，之后分別與SiC功率開關(guān)管G3和SiC功率開關(guān)管G4組成的串聯(lián)電路、電容C29以及工頻整流濾波模塊并聯(lián)；電容C11與電阻R5串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G1并聯(lián)；電容C12與電阻R6串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G2并聯(lián)；電容C13與電阻R7串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G3并聯(lián)；電容C14與電阻R8串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G4并聯(lián)；

SiC功率開關(guān)管G1和SiC功率開關(guān)管G2的連接點(diǎn)通過電容C27、變壓器T1初級(jí)與SiC功率開關(guān)管G3和SiC功率開關(guān)管G4的連接點(diǎn)連接；變壓器T1次級(jí)的第一輸出端通過SiC快速整流二極管D1和SiC快速整流二極管D3與變壓器T1次級(jí)的第三輸出端連接；電容C15和電阻R1串聯(lián)后分別與SiC快速整流二極管D1和SiC快速整流二極管D2并聯(lián)；電容C18和電阻R2串聯(lián)后分別與SiC快速整流二極管D3和SiC快速整流二極管D4并聯(lián)；SiC快速整流二極管D1和SiC快速整流二極管D3的連接點(diǎn)通過電感L1連接到電弧負(fù)載的正端；電弧負(fù)載的負(fù)端與變壓器T1次級(jí)的第二輸出端連接。

優(yōu)選地，所述工頻整流濾波模塊包括整流橋BR1、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電阻R3和電阻R4；

所述整流橋BR1的輸入端與電磁噪聲抑制模塊連接；電容C5、電容C7和電阻R3組成并聯(lián)電路，然后與電容C6、電容C8和電阻R4組成的并聯(lián)電路串聯(lián)，之后并聯(lián)到整流橋BR1的輸出端。

優(yōu)選地，所述超高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括供電電源電路、推挽輸出電路、磁隔離電路和信號(hào)整形電路。

優(yōu)選地，所述供電電源電路由型號(hào)為LM2596s的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器U105及其外圍電路組成。

優(yōu)選地，所述推挽輸出電路包括型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U101及其外圍電路，以及型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U102及其外圍電路；開關(guān)放大器U101和開關(guān)放大器U102的輸入端分別與SiC逆變換流模塊連接，輸出端分別與所述磁隔離電路連接。

優(yōu)選地，所述磁隔離電路由脈沖變壓器T101組成；所述信號(hào)整形電路包括兩組結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二；信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二以相反方向分別與脈沖變壓器T101次級(jí)的兩個(gè)線圈連接。

優(yōu)選地，所述電信號(hào)檢測模塊包括高頻功率變壓器原邊電流精密高速整流電路、電弧負(fù)載電流檢測電路和電弧負(fù)載電壓實(shí)時(shí)檢測電路。

優(yōu)選地，所述安全保護(hù)模塊包括輸入過壓/欠壓診斷電路和過熱診斷電路。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為：本實(shí)用新型采用了新一代SiC超高頻逆變換流新技術(shù)，SiC功率開關(guān)管不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，幾乎無反向恢復(fù)效應(yīng)，器件工作環(huán)境得到改善，開關(guān)速度達(dá)到微秒級(jí)，熱耐受性是IGBT的2倍以上，可縮小散熱結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)埋弧焊接電源小型化，耐壓可達(dá)1700V以上，單管的電流容量可達(dá)300A，特別適合大功率埋弧焊接應(yīng)用場合；根據(jù)具體輸出功率需求，本實(shí)用新型的主電路可以有一個(gè)或者多個(gè)。三相交流輸入電源首先經(jīng)過電磁噪聲抑制電路，然后經(jīng)過工頻整流濾波模塊進(jìn)行整流濾波，轉(zhuǎn)換為較平滑的高壓直流電，然后輸入SiC逆變換流模塊，通過SiC功率開關(guān)管的超高頻開通與關(guān)斷，轉(zhuǎn)變成高頻高壓交流方波脈沖，然后通過高頻功率變壓器進(jìn)行電氣隔離、變壓和功率傳遞，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪捍箅娏鞯慕涣鞣讲}沖，最后經(jīng)過基于SiC快速整流二極管的高頻快速整流平滑模塊轉(zhuǎn)換為低壓直流電，提供給電弧負(fù)載。安全保護(hù)模塊實(shí)時(shí)檢測三相交流輸入電源的電壓和SiC功率開關(guān)管的溫升，一旦出現(xiàn)過壓、欠壓、過熱等情況，安全保護(hù)模塊的輸出將觸發(fā)DSC控制系統(tǒng)的故障中斷端口，調(diào)用故障保護(hù)任務(wù)，關(guān)閉PWM輸出，確保主電路安全。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本實(shí)用新型首次在大功率埋弧焊接電源中采用了基于SiC功率器件的新一代超高頻逆變換流技術(shù)，逆變頻率比現(xiàn)有的IGBT埋弧焊接電源提高10倍以上，效率提高10％左右，體積更為小巧，重量更輕，節(jié)約大量的制造原材料，綜合制造成本更低；

2、本實(shí)用新型首次在大功率埋弧焊接電源中采用了基于高速高精度微處理器DSC的全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)合超高頻逆變換流技術(shù)，使得本實(shí)用新型具備了超高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，引弧成功率高，對(duì)焊接電弧的調(diào)控更為精確，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，焊接工藝質(zhì)量更易于得到保障，綜合性能提高4倍以上。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的主電路原理圖；

圖3(a)～圖3(c)是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的超高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖；

圖4是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的數(shù)字控制電路的功能原理圖；

圖5是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的電信號(hào)檢測模塊的電路原理圖；

圖6是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的安全保護(hù)模塊的電路原理圖；

圖7是本實(shí)用新型埋弧焊接電源的人機(jī)交互模塊的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例一

如圖1～圖7所示，本實(shí)施例大功率SiC埋弧焊接電源，包括兩個(gè)主電路，以及數(shù)字控制電路；每個(gè)主電路包括依次連接的電磁噪聲抑制模塊、工頻整流濾波模塊、SiC逆變換流模塊、高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊；其中，電磁噪聲抑制模塊與三相交流輸入電源連接；高頻快速整流平滑模塊與電弧負(fù)載連接。

數(shù)字控制電路包括DSC控制系統(tǒng)，以及分別與DSC控制系統(tǒng)連接的人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊。DSC控制系統(tǒng)、人機(jī)交互模塊和安全保護(hù)模塊分別為一個(gè)；超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊的數(shù)量分別為兩個(gè)；安全保護(hù)模塊分別與各個(gè)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊連接；各個(gè)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊還分別與SiC逆變換流模塊一對(duì)一連接；同一主電路中，高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊分別與同一電信號(hào)檢測模塊連接。

主電路中，工頻整流濾波模塊包括整流橋BR1、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電阻R3和電阻R4。整流橋BR1的輸入端與電磁噪聲抑制模塊連接；電容C5、電容C7和電阻R3組成并聯(lián)電路，然后與電容C6、電容C8和電阻R4組成的并聯(lián)電路串聯(lián)，之后并聯(lián)到整流橋BR1的輸出端。

SiC逆變換流模塊包括SiC功率開關(guān)管G1、SiC功率開關(guān)管G2、SiC功率開關(guān)管G3、SiC功率開關(guān)管G4、電容C11、電容C12、電容C13、電容C14、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C27和電容C29；高頻功率變壓器包括變壓器T1；高頻快速整流平滑模塊包括電阻R1、電阻R2、電容C15、電容C16、SiC快速整流二極管D1、SiC快速整流二極管D2、SiC快速整流二極管D3、SiC快速整流二極管D4和電感L1。

SiC功率開關(guān)管G1和SiC功率開關(guān)管G2串聯(lián)，之后分別與SiC功率開關(guān)管G3和SiC功率開關(guān)管G4組成的串聯(lián)電路、電容C29以及工頻整流濾波模塊并聯(lián)；電容C11與電阻R5串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G1并聯(lián)；電容C12與電阻R6串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G2并聯(lián)；電容C13與電阻R7串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G3并聯(lián)；電容C14與電阻R8串聯(lián)后與SiC功率開關(guān)管G4并聯(lián)。

SiC功率開關(guān)管G1和SiC功率開關(guān)管G2的連接點(diǎn)通過電容C27、變壓器T1初級(jí)與SiC功率開關(guān)管G3和SiC功率開關(guān)管G4的連接點(diǎn)連接；變壓器T1次級(jí)的第一輸出端通過SiC快速整流二極管D1和SiC快速整流二極管D3與變壓器T1次級(jí)的第三輸出端連接；電容C15和電阻R1串聯(lián)后分別與SiC快速整流二極管D1和SiC快速整流二極管D2并聯(lián)；電容C18和電阻R2串聯(lián)后分別與SiC快速整流二極管D3和SiC快速整流二極管D4并聯(lián)；SiC快速整流二極管D1和SiC快速整流二極管D3的連接點(diǎn)通過電感L1連接到電弧負(fù)載的正端；電弧負(fù)載的負(fù)端與變壓器T1次級(jí)的第二輸出端連接。

其中，電容C29為直流母線突波吸收電容；電容C27為隔直電容；電阻R5-R8為功率電阻，可根據(jù)SiC功率開關(guān)管G1-G4的不同換流模式設(shè)計(jì)為不同的阻值，也可為零電阻；當(dāng)電阻R5-R8為零電阻時(shí)，電容C11-C14為SiC功率開關(guān)管G1-G4外并聯(lián)電容與內(nèi)部寄生電容的等效電容值；SiC逆變換流模塊也可以采用半橋逆變結(jié)構(gòu)，此時(shí)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊只需要提供半橋驅(qū)動(dòng)即可。

超高頻驅(qū)動(dòng)模塊可以為半橋驅(qū)動(dòng)工作模式，也可以由兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)構(gòu)成全橋驅(qū)動(dòng)工作模式。圖3(a)～圖3(c)示出半橋驅(qū)動(dòng)工作模式的電路原理圖。超高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括供電電源電路、推挽輸出電路、磁隔離電路和信號(hào)整形電路。

其中，供電電源電路由型號(hào)為LM2596s的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器U105及其外圍電路組成。供電電源電路的輸入電壓可高達(dá)40V，輸出1.2V～37V的可調(diào)電壓，輸出電流可達(dá)到3A，具有過熱保護(hù)和限流保護(hù)功能，本實(shí)施例中，設(shè)定的輸出電壓為直流24V。

推挽輸出電路包括型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U101及其外圍電路，以及型號(hào)為IXDN609PI的開關(guān)放大器U102及其外圍電路；開關(guān)放大器U101和開關(guān)放大器U102的輸入端分別與SiC逆變換流模塊連接，輸出端分別與所述磁隔離電路連接。由DSC控制系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)字PWM信號(hào)A/B經(jīng)過前隔離處理，之后直接驅(qū)動(dòng)由IXDN609PI組成的推挽輸出電路，得到兩路推挽輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)OUT-A1和OUT-B1。

磁隔離電路由脈沖變壓器T101組成；所述信號(hào)整形電路包括兩組結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二；信號(hào)整形單元一和信號(hào)整形單元二以相反方向分別與脈沖變壓器T101次級(jí)的兩個(gè)線圈連接。

信號(hào)整形單元一包括二極管D113、二極管D117、穩(wěn)壓二極管D122、穩(wěn)壓二極管D125、穩(wěn)壓二極管D126、雙二極管組DQ101、電阻R105、電阻R109、電阻R117、電阻R121和開關(guān)管Q101；

脈沖變壓器T101的次級(jí)第一線圈一端依次通過二極管D117、穩(wěn)壓二極管D122、穩(wěn)壓二極管D126、穩(wěn)壓二極管D125與二極管D113連接；二極管D113與磁隔離電路的次級(jí)第一線圈另一端連接；磁隔離電路的次級(jí)第一線圈一端還通過電阻109與二極管D113連接；穩(wěn)壓二極管D122通過電阻R113和雙二極管組DQ101與二極管D113連接；穩(wěn)壓二極管D122還通過電阻R121和電阻R117與二極管D113連接；二極管D117與穩(wěn)壓二極管D122的連接處通過開關(guān)管Q101與二極管D113連接，電阻R109與二極管D117連接處與開關(guān)管Q101連接；電阻105并聯(lián)在二極管D113兩端；電容C115并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管D122兩端。信號(hào)整形電路產(chǎn)生正20V、負(fù)5.1V的SiC功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，提升功率開關(guān)的開通和關(guān)斷速度。

如圖4所示，本實(shí)用新型的數(shù)字控制電路以DSC控制系統(tǒng)為核心，包括電信號(hào)檢測模塊、人機(jī)交互模塊、DSC控制系統(tǒng)、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和安全保護(hù)模塊。其中，電信號(hào)檢測模塊同時(shí)檢測高頻功率變壓器的原邊峰值電流與每個(gè)主電路的實(shí)際輸出電流電壓，實(shí)現(xiàn)內(nèi)環(huán)與外環(huán)雙環(huán)電信號(hào)檢測，并將該雙環(huán)信號(hào)輸入DSC控制系統(tǒng)的ADC端口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；DSC控制系統(tǒng)通過UART端口與人機(jī)交互模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，獲得預(yù)設(shè)的給定參數(shù)；DSC控制系統(tǒng)對(duì)預(yù)設(shè)參數(shù)、內(nèi)環(huán)反饋值以及外環(huán)反饋值按照內(nèi)嵌的雙閉環(huán)模糊控制算法進(jìn)行高速運(yùn)算處理，一方面獲得對(duì)應(yīng)占空比和頻率的數(shù)字PWM信號(hào)，該信號(hào)輸入到超高頻驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)隔離放大之后驅(qū)動(dòng)SiC功率開關(guān)管，另一方面判斷焊接電源的輸出是否超過容許的最大值，一旦處于過流狀態(tài)則直接關(guān)閉數(shù)字PWM的輸出；如此便形成一個(gè)雙環(huán)調(diào)控與保護(hù)回路。DSC控制系統(tǒng)通過GPIO端口控制冷卻水輸入、埋弧焊接小車的啟停、送絲啟停以及其他外圍輔助裝置的控制；DSC控制系統(tǒng)通過UART端口與人機(jī)交互模塊通訊，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的顯示、預(yù)設(shè)以及運(yùn)行狀態(tài)的顯示與監(jiān)控，此外還可以通過CAN通訊接口與配套的數(shù)字送絲裝置或者其他的執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)埋弧焊接系統(tǒng)的全數(shù)字化。

電信號(hào)實(shí)時(shí)檢測模塊包括三大部分，即由電阻R300-R305、運(yùn)算放大器U301-U302和二極管D300-D303構(gòu)成的高頻功率變壓器原邊電流精密高速整流電路、由電阻R306-R308、電容C300-C302、二極管D304-305和運(yùn)算放大器U303構(gòu)成的電弧負(fù)載電流檢測電路、以及由電阻R309-R315、電容C303-C307、運(yùn)算放大器U304-U306和光耦U307構(gòu)成的電弧負(fù)載電壓實(shí)時(shí)檢測電路。其中，I_p為高頻功率變壓器的原邊電流信號(hào)，I_o為電弧負(fù)載電流信號(hào)，U_o為電弧負(fù)載兩端的電壓信號(hào)；這三個(gè)信號(hào)經(jīng)過處理之后全部匯入電壓信號(hào)變換器U308，然后分別輸送給DSC控制系統(tǒng)。

安全保護(hù)模塊包括輸入過壓/欠壓診斷電路和過熱診斷電路。

安全保護(hù)模塊也主要包括兩部分，即由電阻R203、電阻R206、電阻R209、電阻R210、電阻R212、電阻R217、比較器U201、比較器U202、U204、電容C224和電容C225構(gòu)成輸入過壓/欠壓診斷電路，以及由電感L201、電感L202、電容C226、電容C227、電阻R211、電阻R213、二極管D201、二極管D202、比較器U203等構(gòu)成過熱診斷電路。其中，VC為三相交流輸入電源經(jīng)過變壓器降壓整流之后的電壓信號(hào)，通過經(jīng)過電阻R203/R209與電阻R206/R210串聯(lián)分壓，所獲得的分壓值分別進(jìn)入比較器U201和U202的同相端和反相端與預(yù)設(shè)的給定值進(jìn)行比較，如果產(chǎn)生過壓和欠壓情況，則比較器U201和U202的輸出發(fā)生反向。同理，過熱檢測端子直接連接安裝在SiC功率開關(guān)管G1-G4散熱器以及高頻功率變壓器初級(jí)線圈上的熱敏電阻，該電阻與電阻R211串聯(lián)分壓；當(dāng)溫度升高時(shí)，其阻值會(huì)發(fā)生變化，使得比較器U203的反相端的電壓發(fā)生改變，該電壓值與比較器U203的同相端的參考電壓值進(jìn)行比較，一旦溫升超過預(yù)設(shè)值，則比較器U203的輸出就會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。U204和比較器U203的輸出信號(hào)會(huì)經(jīng)過反相器U205之后分別傳輸給DSC控制系統(tǒng)，觸發(fā)中斷端口，調(diào)用內(nèi)嵌于DSC控制系統(tǒng)內(nèi)的中斷保護(hù)程序，關(guān)閉數(shù)字PWM的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的保護(hù)。

如圖7所示，本實(shí)用新型所述人機(jī)交互模塊主要包括DSC微處理器、RA8875驅(qū)動(dòng)器、TFT-LCD觸摸屏、BOOST背光電源及其外圍輔助電路連接組成。其中，DSC微處理器通過UART總線與DSC控制系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊與DSC控制系統(tǒng)的數(shù)字交互；DSC通過對(duì)RA8875內(nèi)部寄存器的讀寫來實(shí)現(xiàn)相關(guān)圖像信息在TFT-LCD的顯示；調(diào)節(jié)RA8875的背光控制PWM信號(hào)可以調(diào)節(jié)BOOST背光光源，實(shí)現(xiàn)TFT-LCD背光的調(diào)整。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為：本實(shí)用新型采用了新一代SiC超高頻逆變換流新技術(shù)，SiC功率開關(guān)管不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，幾乎無反向恢復(fù)效應(yīng)，器件工作環(huán)境得到改善，開關(guān)速度達(dá)到微秒級(jí)，熱耐受性是IGBT的2倍以上，耐壓可達(dá)1700V以上，單管的電流容量可達(dá)300A，特別適合大功率埋弧焊接應(yīng)用場合。三相交流輸入電源首先經(jīng)過電磁噪聲抑制電路，然后經(jīng)過工頻整流濾波模塊進(jìn)行整流濾波，轉(zhuǎn)換為較平滑的高壓直流電，然后輸入SiC逆變換流模塊，通過SiC功率開關(guān)管的超高頻開通與關(guān)斷，轉(zhuǎn)變成高頻高壓交流方波脈沖，然后通過高頻功率變壓器進(jìn)行電氣隔離、變壓和功率傳遞，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪捍箅娏鞯慕涣鞣讲}沖，最后經(jīng)過基于SiC快速整流二極管的高頻快速整流平滑模塊轉(zhuǎn)換為低壓直流電，提供給電弧負(fù)載。在SiC逆變換流模塊的功率變換過程中，DSC控制系統(tǒng)將電信號(hào)檢測模塊檢測到的負(fù)載電流、負(fù)載電壓以及變壓器原邊峰值電流信號(hào)與人機(jī)交互模塊預(yù)設(shè)的參數(shù)構(gòu)成雙反饋環(huán)，并根據(jù)內(nèi)嵌于DSC控制系統(tǒng)內(nèi)部的模糊閉環(huán)控制算法進(jìn)行高速運(yùn)算，輸出相應(yīng)占空比的200KHz以上的數(shù)字PWM信號(hào)，并經(jīng)過超高頻驅(qū)動(dòng)模塊隔離放大之后去控制SiC功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷，得到超高頻交流方波脈沖，并經(jīng)高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊轉(zhuǎn)換成符合埋弧焊接工藝要求的輸出波形，這就是本實(shí)用新型的大功率埋弧焊接電源的閉環(huán)控制過程；安全保護(hù)模塊實(shí)時(shí)檢測三相交流輸入電源的電壓和SiC功率開關(guān)管的溫升，一旦出現(xiàn)過壓、欠壓、過熱等情況，安全保護(hù)模塊的輸出將觸發(fā)DSC控制系統(tǒng)的故障中斷端口，調(diào)用故障保護(hù)任務(wù)，關(guān)閉PWM輸出，確保主電路安全。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本實(shí)用新型首次在大功率埋弧焊接電源中采用了基于SiC功率器件的新一代超高頻逆變換流技術(shù)，逆變頻率比現(xiàn)有的IGBT埋弧焊接電源提高10倍以上，效率提高10％左右，體積更為小巧，重量更輕，節(jié)約大量的制造原材料，綜合制造成本更低；

2、本實(shí)用新型首次在大功率埋弧焊接電源中采用了基于高速高精度微處理器DSC的全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)合超高頻逆變換流技術(shù)，使得本實(shí)用新型具備了超高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，引弧成功率高，對(duì)焊接電弧的調(diào)控更為精確，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，焊接工藝質(zhì)量更易于得到保障，綜合性能提高4倍以上。

實(shí)施例二

本實(shí)施例大功率SiC埋弧焊接電源與實(shí)施例一的區(qū)別在于：本實(shí)施例中，主電路為一個(gè)；DSC控制系統(tǒng)、人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊分別為一個(gè)；人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊分別與DSC控制系統(tǒng)連接；超高頻驅(qū)動(dòng)模塊與SiC逆變換流模塊連接；安全保護(hù)模塊與SiC逆變換流模塊連接；電信號(hào)檢測模塊分別與高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊連接。本實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例三

本實(shí)施例大功率SiC埋弧焊接電源與實(shí)施例一的區(qū)別在于：本實(shí)施例中，主電路為三個(gè)以上，主電路的數(shù)量可根據(jù)具體輸出功率需求設(shè)定。DSC控制系統(tǒng)、人機(jī)交互模塊和安全保護(hù)模塊分別為一個(gè)；超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊的數(shù)量分別與主電路的數(shù)量相同；人機(jī)交互模塊、安全保護(hù)模塊、超高頻驅(qū)動(dòng)模塊和電信號(hào)檢測模塊分別與DSC控制系統(tǒng)連接；所述安全保護(hù)模塊分別與各個(gè)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊連接；各個(gè)超高頻驅(qū)動(dòng)模塊還分別與SiC逆變換流模塊一對(duì)一連接；同一主電路中，高頻功率變壓器和高頻快速整流平滑模塊分別與同一電信號(hào)檢測模塊連接。本實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。