而根据电子功率开关的类型进行分类是最常见的分类方法，按照采用的功率开关器件可以分为晶闸管式逆变弧焊电源、晶体管式逆变弧焊电源、场效应晶体管式逆变弧焊电源、IGBT式逆变弧焊电源等。与晶闸管相比，晶体管、场效应晶体管的开关速度有很大提高，由此构成的逆变电源工作频率高，可在音频范围之上工作，噪声小。因此，IGBT逆变式弧焊电源已经成为逆变式弧焊电源发展的主流。......
2025-09-29
常用逆变电路的特点及应用
【摘要】：单端逆变电路的缺点：1）与半桥、全桥逆变电路相比，其功率开关管承受的电压高。该电路采用两个单端正激逆变电路，分别与变压器其中的一个一次线圈相连接。图6-8 复合隔离的双单端正激并联逆变电路2.双端逆变电路的特点双端逆变电路主是指半桥式和全桥式逆变电路。目前，该电路在逆变式弧焊电源中应用较多。几种逆变电路性能的比较见表6-3。
1.单端逆变电路的特点
单端电路的优点：
1）功率开关器件少，电路简单。
2）不存在功率开关器件的直通问题，工作可靠性高。
3）变压器单向工作，不存在电路不平衡造成的偏磁饱和问题。
单端逆变电路的缺点：
1）与半桥、全桥逆变电路相比，其功率开关管承受的电压高。
2）由于变压器是单向工作，可利用的铁心的磁通变化量小，因此铁心利用率低，变压器体积大。
3）功率传输的占空比小，一般不到0.5，所以输出功率小。
在逆变式弧焊电源中通常采用以下方法对单端逆变电路进行了改进：
（1）双管钳位单端正激逆变电路 图6-6所示为双管钳位单端正激逆变电路原理图，这也是目前逆变式弧焊电源中应用最广泛的单端式逆变电路之一。该电路中通过双管钳位的形式，将功率开关管端电压限制在直流电源电压Ud。
如图6-6所示，该电路中采用了两个IGBT管VT1、VT2串联，并增加两个二极管VD3、VD4。IGBT管VT1、VT2同时导通，变压器一次线圈N1上有电流，二次线圈N2上的电压与N1上的电压极性相同。N2上的电压使VD1导通，电流IN2通过L输出能量到负载RL，并使L、C储能。当IGBT管VT1、VT2同时关断时，变压器T中N1、N2的电压极性反转，在变压器的一次回路中，一次线圈储存的能量经N1、VD3、VD4释放，功率开关管VT1、VT2上的电压被VD3、VD4钳位于Ud。在变压器二次回路中，VD1截止，输出电抗器L释放能量，通过二极管VD2续流，同时，C通过负载RL放电补充能量，从而保持负载电流的连续。
（2）双单端正激并联逆变电路 采用两套单端正激逆变器，其输入输出分别并联，可以得到与全桥电路一样的转换功率，其电路原理图如图6-7所示。
当功率半导体器件开关频率高到一定程度时，两只单端工作的变压器与一只双端工作的变压器相比，其体积、重量和造价都相近。由于该逆变电路有利于减小输出电抗器的体积和改善输出电流、电压的纹波，因此，可以用于较大焊接电流的逆变式弧焊电源中。瑞典ESAB公司生产的LHL315逆变式弧焊电源就是采用了类似的逆变电路。
图6-6 双电子功率开关单端式逆变电路
图6-7 双单端正激并联逆变电路
（3）复合隔离的双单端正激并联逆变电路 该逆变电源中的变压器具有两个一次线圈和一个二次线圈。该电路采用两个单端正激逆变电路，分别与变压器其中的一个一次线圈相连接。该逆变电路原理图如图6-8所示。
如图6-8所示，当IGBT管VT1、VT2同时导通时，电流经VT1、N11、VT2构成回路导通，N11上正下负，根据变压器同名端原理，在变压器二次线圈上感应出的电压为上正下负；当VT3、VT4同时导通时，电流经VT3、N12、VT4构成回路导通，N12下正上负，在变压器二次线圈上感应出的电压也为下正上负。综上所述，两个单端正激逆变电路交替导通，可在变压器的二次回路中产生与全桥逆变电路相似的矩形波交流电，并通过整流滤波电路输出直流电。(https://www.chuimin.cn)
该电路保留了单端电路功率开关管不会直通的优点，其端电压为直流电源电压Ud，变压器利用率也提高，只是多了一个一次线圈。但该电路中所需电子元器件较多，除需要4只功率开关管外，还需要4只续流二极管。
由于该电路可靠性比较高，因此在弧焊逆变电源中得到了应用，美国LINCON公司生产的V300系列逆变式弧焊电源就是采用了类似的逆变电路形式。
图6-8 复合隔离的双单端正激并联逆变电路
2.双端逆变电路的特点
双端逆变电路主是指半桥式和全桥式逆变电路。不包括由单端正激电路演变而来的复合隔离的双单端正激并联逆变电路等。
双端逆变电路各有自己的优点和不足：
1）半桥式电路所用的功率开关器件少，开关管的电压不高，驱动脉冲电路简单，抗电路不平衡能力强，但电路中需要两个大电容器，而且输出功率较小，适用于中小功率的逆变器，该电路在逆变式弧焊电源中得到较多的应用。为了增大输出功率，也可以采用双半桥逆变电路的并联，其形式类似于双单端正激并联逆变电路，即输入输出分别并联。美国飞马特公司生产的300系列逆变式弧焊电源就是采用了双半桥逆变电路的并联形式。
2）全桥式电路中的功率开关管的电压不高，输出功率大，但所用功率开关器件较多，驱动电路比较复杂，适用于大功率的逆变器。目前，该电路在逆变式弧焊电源中应用较多。
几种逆变电路性能的比较见表6-3。
3.双端逆变电路直通问题
在双端逆变电路中存在着功率半导体器件直通问题。如图6-5a所示，当由于某种原因使功率半导体开关管VT1、VT2同时导通时，造成逆变电路的直流供电电源短路，产生极大的电流，造成开关管等电子器件的过电流损坏，使逆变失败，这种现象称为逆变电路中的直通。
表6-3 逆变电路性能比较
造成逆变电路直通的原因有多种，其中主要原因之一是功率开关管通断控制不当造成的。功率半导体开关管都有一定的开通和关断时间。当开关管接到关断信号后，并不能马上关断，而是需要一定的关断时间。若此时马上开通另一组开关管，则电流会经串联桥臂上的VT1和VT2、VT3和VT4直接导通，而不经过变压器T，使逆变失败。
为了防止该种情况出现，往往采用在功率开关管的通断控制中设置死区的方法。即在开关管VT1、VT4（或VT2、VT3）关断后，并不马上开通开关管VT2、VT3（或VT1、VT4），而是间隔一段时间再开通，这段时间有一个最小值限制，这个最小时间间隔称为死区。设置死区的目的就是为了防止相串联的桥臂上的功率开关管直通。
设置死区时间应大于电子功率开关的关断时间，才能有效避免直通现象的产生。如图6-9所示，脉冲宽度占空比最大时，两脉冲之间的间隔即为死区。在脉冲宽度控制（PWM控制）方式中，通过限制最大脉宽，即可设置死区；在脉冲频率控制（PFM控制）方式中，通过限制最大频率，即可限制死区。
图6-9 死区设置示意图
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