目前在工業(yè)發(fā)達國家，MIG/MAG焊機已經(jīng)廣泛采用逆變電源，國內(nèi)一些焊機制造商也開始大批量生產(chǎn)逆變MIG焊機。小型化逆變MIG焊機體積大幅度降低,結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理, 且大大減輕了勞動強度, 焊機性能有所提高, 達到了降低成本、節(jié)約能耗的目的。但傳統(tǒng)的小型MIG逆變焊機的逆變前級采用二極管整流加電容濾波組成的電壓型整流器，導致輸入電流出現(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，同時又降低了逆變焊接電源本身的功率因數(shù)，增加了對供電容量的要求[1-2]。

    我國堅持科學發(fā)展觀，重視電網(wǎng)的質(zhì)量，焊機將制定EMC 標準，預計不久的將來，EMC標準中的諧波限制標準將會強迫實施[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)中的一個重要組成部分，也是近年來電力電子領域的研究熱點之一[4]。單相PFC技術(shù)在電焊機行業(yè)有應用實例，但在小型MIG逆變焊機上應用較少。本文介紹了一種應用于小型MIG逆變焊機上的PFC電路，通過改善其逆變器的供電環(huán)境，提高效率，使小型逆變MIG焊機諧波含量滿足EMC標準。
1 小型MIG逆變焊機的輸入電流波形畸變
    傳統(tǒng)小型MIG逆變焊機的主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。前級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輸入線路電壓瞬時幅值超過濾波電容上的電壓時才會因正向偏置而導通。當AC線路電壓瞬時幅值低于濾波電容上的電壓時，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輸入電流才會通過整流二極管，致使二極管的導通角非常小，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也給電網(wǎng)注入諧波，造成電網(wǎng)污染。

2 PFC主電路拓撲結(jié)構(gòu)和控制原理
    功率因數(shù)校正主電路拓撲根據(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拓撲結(jié)構(gòu)。降壓式電路由于輸入電流紋波較大，濾波困難，因此很少應用于功率因數(shù)校正電路。升降壓式電路需要兩個電子開關(guān)，電路比較復雜，因此很少被應用。反激式屬于簡單電壓型控制器，適應于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)無需直接來自交流電源的正弦波參考信號。該芯片采用了電流平均值控制方法，通過增強動態(tài)響應的方法使得負載突然波動時的動態(tài)特性得到改善，功率因數(shù)可以達到1。圖3是所設計的有源功率因數(shù)校正電路。

    電路的工作過程如下：當APFC主電路上電后，由輔助電源(以UC3842為核心構(gòu)成的開關(guān)電源)給控制電路供電。當芯片ICE2PCS05供電腳(第7腳)上的電壓達到15 V時，芯片開始工作。此時，PFC部分輸出的驅(qū)動信號的占空比最大。
    隨著主電路中電感電流的增加，當電流達到峰值電流的限定值時，PFCOUT的輸出將被ICE2PCS05的內(nèi)部比較器關(guān)閉，從而開關(guān)管Q1也被關(guān)斷，此時電感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導通，電感L2的電流開始線性下降，向電容C2及負載供電。當開關(guān)管再次驅(qū)動導通時，高頻整流二極管VD1處于截止狀態(tài)，電容C2向負載放電。
    控制電路IC由雙環(huán)構(gòu)成——一個電流環(huán)(內(nèi)環(huán))和一個電壓環(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上的電流流過檢測電阻R1、R2、R3，檢測電阻上的平均電壓輸入到IC的引腳3(ISENSE)。IC的引腳3上的電流檢測電壓通過內(nèi)部運算跨導放大器OTA2平均，IC的OTA2輸出(引腳2)連接的電容C5完成電流環(huán)路補償。在正常工作模式下，電容C5的充電和放電實現(xiàn)信號的平均，使引腳2上的電壓與平均電感電流成正比。
3 實驗結(jié)果
    為了驗證以ICE2PCS05為核心的有源功率因數(shù)校正電路輸出電壓的穩(wěn)定性以及該電路對逆變焊機輸入電流變化的影響，將其加在逆變焊機上，利用AMR-300型變阻箱對該系統(tǒng)進行靜負載測試。實驗數(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時假負載測試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明：加PFC以后整個系統(tǒng)的效率有所提高。同時在保證輸出不變的情況下，輸入電流有所降低，減少了對供電容量的要求。

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

   本文提出了一種單相APFC電路，通過對該電路進行理論分析和假負載調(diào)試，證明了該電路對傳統(tǒng)的小型逆變MIG焊機產(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，降低了對線路、開關(guān)、連接等電流容量的要求。
參考文獻
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[2] 呂東波，王志強.逆變式弧焊電源軟開關(guān)APFC裝置的研制[J].電焊機，2000，30(3)：6-8.
[3] 楊希炯，陳要玲，石文波，等.逆變焊接電源節(jié)能高效的綠色設計[J].電焊機，2009，39(2)：18-23.
[4] 王鴻雁，陳立烽，江泓，等.單相多電平功率因數(shù)校正變換器應用的實驗研究[J].中國電機工程學報，2004，24
(11)：28-33.
[5] 耿正.淺談逆變電焊機的功率因數(shù)校正技術(shù)[J].現(xiàn)代焊接，2007，20(8)：65-68.