目前在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，MIG/MAG焊機(jī)已經(jīng)廣泛采用逆變電源，國(guó)內(nèi)一些焊機(jī)制造商也開(kāi)始大批量生產(chǎn)逆變MIG焊機(jī)。小型化逆變MIG焊機(jī)體積大幅度降低,結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理, 且大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度, 焊機(jī)性能有所提高, 達(dá)到了降低成本、節(jié)約能耗的目的。但傳統(tǒng)的小型MIG逆變焊機(jī)的逆變前級(jí)采用二極管整流加電容濾波組成的電壓型整流器，導(dǎo)致輸入電流出現(xiàn)斷續(xù)的尖角波。輸入電流的畸變不僅給電網(wǎng)注入諧波，造成電網(wǎng)污染，同時(shí)又降低了逆變焊接電源本身的功率因數(shù)，增加了對(duì)供電容量的要求[1-2]。

    我國(guó)堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，重視電網(wǎng)的質(zhì)量，焊機(jī)將制定EMC 標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，EMC標(biāo)準(zhǔn)中的諧波限制標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)強(qiáng)迫實(shí)施[3]。PFC（Power Factor Correction），又稱為功率因數(shù)校正，已經(jīng)成為現(xiàn)代電源技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分，也是近年來(lái)電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[4]。單相PFC技術(shù)在電焊機(jī)行業(yè)有應(yīng)用實(shí)例，但在小型MIG逆變焊機(jī)上應(yīng)用較少。本文介紹了一種應(yīng)用于小型MIG逆變焊機(jī)上的PFC電路，通過(guò)改善其逆變器的供電環(huán)境，提高效率，使小型逆變MIG焊機(jī)諧波含量滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)。
1 小型MIG逆變焊機(jī)的輸入電流波形畸變
    傳統(tǒng)小型MIG逆變焊機(jī)的主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。前級(jí)采用單相不控整流加濾波電容。

    由于大容量濾波電容的存在，橋式整流器中的二極管僅在AC輸入線路電壓瞬時(shí)幅值超過(guò)濾波電容上的電壓時(shí)才會(huì)因正向偏置而導(dǎo)通。當(dāng)AC線路電壓瞬時(shí)幅值低于濾波電容上的電壓時(shí)，整流二極管則因反向偏置而截止。因此，在AC線路電壓的半周期內(nèi)，僅在其峰值電壓附近，AC輸入電流才會(huì)通過(guò)整流二極管，致使二極管的導(dǎo)通角非常小，往往不足60°。AC輸入電壓在其峰值附近，出現(xiàn)微小的“下垂”，所引起的波形畸變可以忽略，仍然大體保持正弦波形狀。但是，AC輸入電流卻呈高幅值的窄尖峰脈沖，出現(xiàn)嚴(yán)重失真，如圖2所示。

    電流畸變使電源的功率因數(shù)降低，一般逆變電源的功率因數(shù)只有0.65左右。根據(jù)功率因數(shù)的定義可知：在其他條件一定的時(shí)候，電源的輸入電流與功率因數(shù)成反比。因此在同等輸出功率和效率的條件下，較低的功率因數(shù)意味著要求較高的輸入電流[5]。此外，輸入電流的畸變同時(shí)也給電網(wǎng)注入諧波，造成電網(wǎng)污染。

2 PFC主電路拓?fù)?/a>結(jié)構(gòu)和控制原理
    功率因數(shù)校正主電路拓?fù)涓鶕?jù)其原理，主要可分為以下幾類：降壓式(Buck)電路、升壓式(Boost)電路、反激式(Flyback)電路和升-降壓式(Boost-buck)電路。本文采用Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。降壓式電路由于輸入電流紋波較大，濾波困難，因此很少應(yīng)用于功率因數(shù)校正電路。升降壓式電路需要兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)，電路比較復(fù)雜，因此很少被應(yīng)用。反激式屬于簡(jiǎn)單電壓型控制器，適應(yīng)于100 W以下或者更小功率的電源。有源功率因數(shù)校正(APFC)是抑制諧波電流、提高功率因數(shù)最有效的方法?；诖?，本文采用Boost-APFC電路，PFC控制器采用ICE2PCS05型控制器。這種集成芯片(IC)無(wú)需直接來(lái)自交流電源的正弦波參考信號(hào)。該芯片采用了電流平均值控制方法，通過(guò)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法使得負(fù)載突然波動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性得到改善，功率因數(shù)可以達(dá)到1。圖3是所設(shè)計(jì)的有源功率因數(shù)校正電路。

    電路的工作過(guò)程如下：當(dāng)APFC主電路上電后，由輔助電源(以UC3842為核心構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源)給控制電路供電。當(dāng)芯片ICE2PCS05供電腳(第7腳)上的電壓達(dá)到15 V時(shí)，芯片開(kāi)始工作。此時(shí)，PFC部分輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比最大。
    隨著主電路中電感電流的增加，當(dāng)電流達(dá)到峰值電流的限定值時(shí)，PFCOUT的輸出將被ICE2PCS05的內(nèi)部比較器關(guān)閉，從而開(kāi)關(guān)管Q1也被關(guān)斷，此時(shí)電感L2中的磁能將改變電感兩端的電壓極性，電感電壓VL與電源電壓VS(整流后的電壓)相加，其電壓值高于電容C2上的電壓，高頻整流二極管VD1導(dǎo)通，電感L2的電流開(kāi)始線性下降，向電容C2及負(fù)載供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管再次驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)，高頻整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，電容C2向負(fù)載放電。
    控制電路IC由雙環(huán)構(gòu)成——一個(gè)電流環(huán)(內(nèi)環(huán))和一個(gè)電壓環(huán)（外環(huán))。在變換器中，電流環(huán)(內(nèi)環(huán))控制輸入電流的平均值，具有較高的控制速率。這樣，流經(jīng)開(kāi)關(guān)管的電流既可以是連續(xù)電流模式(CCM)，也可以是不連續(xù)的電流模式(DCM)。電感L2上的電流流過(guò)檢測(cè)電阻R1、R2、R3，檢測(cè)電阻上的平均電壓輸入到IC的引腳3(ISENSE)。IC的引腳3上的電流檢測(cè)電壓通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算跨導(dǎo)放大器OTA2平均，IC的OTA2輸出(引腳2)連接的電容C5完成電流環(huán)路補(bǔ)償。在正常工作模式下，電容C5的充電和放電實(shí)現(xiàn)信號(hào)的平均，使引腳2上的電壓與平均電感電流成正比。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    為了驗(yàn)證以ICE2PCS05為核心的有源功率因數(shù)校正電路輸出電壓的穩(wěn)定性以及該電路對(duì)逆變焊機(jī)輸入電流變化的影響，將其加在逆變焊機(jī)上，利用AMR-300型變阻箱對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行靜負(fù)載測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。
    表1和表2分別為系統(tǒng)不加PFC和加PFC時(shí)假負(fù)載測(cè)試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明：加PFC以后整個(gè)系統(tǒng)的效率有所提高。同時(shí)在保證輸出不變的情況下，輸入電流有所降低，減少了對(duì)供電容量的要求。

    圖4是用示波器測(cè)量加PFC時(shí)的輸入電壓、電流波形。系統(tǒng)加PFC后，網(wǎng)側(cè)輸入電流為較標(biāo)準(zhǔn)的正弦電流波形，且能很好地跟隨輸入電壓，對(duì)諧波起到了良好的抑制作用。

   本文提出了一種單相APFC電路，通過(guò)對(duì)該電路進(jìn)行理論分析和假負(fù)載調(diào)試，證明了該電路對(duì)傳統(tǒng)的小型逆變MIG焊機(jī)產(chǎn)生的畸變諧波有很好的抑制效果。輸入功率因數(shù)的提高，使得在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流明顯減小，降低了對(duì)線路、開(kāi)關(guān)、連接等電流容量的要求。
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