基于多级耦合电感的限流型等离子切割电源

陈龙，胡克满，胡国伟，宋孙浩

（1.宁波职业技术学院电子信息工程学院，浙江宁波 315800；2.中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波 315201）

等离子切割电源是在压缩空气、机械、热、电磁共同作用下，利用气体的冲击力拉出了等离子弧，而起弧的过程则要求电弧电流能够快速响应[1-3]。与此同时，随着精密加工及智能制造概念的提出，“高精细”等精密加工的市场需求也大大增加。虽然，等离子切割电源在加工中具有切口光滑、切割速度快、切割成本低等优势，但在“高精细”加工方面仍存在一定的不足[4-6]。

目前，等离子切割电源通常采用不对称半桥或全桥变换电路，研究科研机构就其控制算法进行深入研究并优化，但是电源中普遍存在电弧电流纹波较大的问题[7-8]，导致切割表面不够光滑或挂渣现象，因此，在寻求控制算法的优化过程中，对电源的变换器电路进行研究也至关重要。

本文提出了一种基于等离子切割电源的多级耦合限流型直流变换器，引入多级耦合电感（multi-stage coupled inductor，MCI）桥连2 组全桥电路[9-10]，通过深入研究MCI 的特征，优化MCI 参数及绕制工艺，有效降低了电流的纹波，提升电弧电流的精度，同时，提出的新型结构能够大大提高电弧电流的动态响应能力，对精细切割具有很好的指导意义。

1 MCI数学模型

1.1 MCI直流变换器拓扑结构

多级耦合电感（MCI）新型DC-DC 变换器如图1 所示，由2 组单相全桥多级耦合电路组成，每组单相全桥多级耦合电路由2 个半桥模块和1 组多级耦合电感（MCI）构成。……