技术领域
[0001] 本
申请属于
焊接设备技术领域，尤其涉及一种电弧能量补偿电路及焊机。
背景技术
[0002] 逆变焊机的工作原理：市电交流
电压经过整流模
块整流，电容滤波储能，变成高压直流电，直流电经过逆变单元，变成高频交流方波，交流方波通过主
变压器降压之后，再次经过
二极管整流，电感滤波，由输出端口输出低压大
电流直流电。
[0003] 为了使输出电流与设定电流稳定一致，逆变焊机增加了电流
负反馈PID(Proportion Integral Differential，比例积分微分)调节控制，输出电流由电位器设定好后，焊接过程中因为电弧负载不固定，所以电流是一个动态调节的输出过程，当实际输出电流小于面板设定电流时，PID调节电路将调宽PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)波，加大输出使得输出电流变大。当实际输出电流大于设定电流时，PID调节电路将调窄PWM波，减小输出使得输出电流变小。
[0004] 在IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)为功率元件的焊机中，焊机主变压器不能承受过快的调节速度，过快的调节速度会导致偏磁的出现，从而导致主变压器失效，所以现实中不能使用太快的调节速度来降低电流
波动，故而会存在焊机小电流焊接起弧困难、焊接过程不稳定的问题。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本申请
实施例提供了一种电弧能量补偿电路及焊机，以解决
现有技术中焊机小电流焊接起弧困难的问题。
[0006] 本申请是通过如下技术方案实现的：
[0007] 第一方面，本申请实施例提供了一种电弧能量补偿电路，包括倍压单元、储能单元和控制单元；
[0008] 所述倍压单元的第一输入端连接中频变压器的第二输出端，所述倍压单元的第二输入端连接所述中频变压器的第三输出端；所述储能单元的第一输入端连接所述倍压单元的第一输出端，所述储能单元的第二输入端连接所述倍压单元的第二输出端，所述储能单元的输出端连接输出端口；所述控制单元的输入端连接用于产生补偿
信号的主
控制器，所述控制单元的输出端连接所述储能单元的信号输入端；
[0009] 其中，所述倍压单元对所述中频变压器输出的电压信号进行升压，所述储能单元基于所述倍压单元输出的电压信号进行储能；所述控制单元根据所述补偿信号控制所述储能单元向所述输出端口释放能量。
[0010] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述倍压单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第一电容；
[0011] 所述第一电容的一端分别连接所述第一二极管的
阳极和所述第二二极管的
阴极，所述第一电容的另一端连接所述中频变压器的第三输出端，所述第二二极管的阳极分别连接所述储能单元的第一输入端和所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接所述中频变压器的第二输出端，所述第一二极管的阴极连接所述储能单元的第二输入端。
[0012] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述倍压单元还包括第一电感和第一
电阻；
[0013] 所述第一电感串接在所述第一电容和所述中频变压器第三输出端之间，所述第一电阻串接在所述第二二极管和所述第三二极管之间。
[0014] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述储能单元包括第二电容和
开关管；
[0015] 所述第二电容的一端分别连接所述倍压单元的第二输出端和所述开关管的漏极，所述第二电容的另一端连接所述倍压单元的第一输出端，所述开关管的源极连接所述输出端口，所述开关管的基极连接所述控制单元的输出端。
[0016] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述开关管为耗尽型MOS管或JFET管。
[0017] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制单元包括光耦、第二电阻、第四电阻和第三电容；
[0018] 所述光耦的第一输入端连接所述
主控制器，所述光耦的第二输入端接地，所述光耦的第一电源端连接电源，所述光耦的输出端连接所述第二电阻的一端，所述光耦的第二电源端分别连接所述储能单元的输出端、所述第四电阻的一端和所述第三电容的一端，所述第二电阻的另一端分别连接所述第四电阻的另一端、所述第三电容的另一端和所述储能单元的信号输入端。
[0019] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制单元还包括第三电阻和第四二极管；
[0020] 所述第三电阻的一端连接所述第二电阻和第三电容的公共端，所述第三电阻的另一端连接所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第二电阻和所述光耦的公共端。
[0021] 在第一方面的一种可能的实现方式中，电弧能量补偿电路还包括钳位单元；
[0022] 所述钳位单元的第一端连接所述倍压单元的第二输入端，所述钳位单元的第二端连接所述倍压单元的第一输入端，所述钳位单元的第三端连接所述中频变压器的第一输出端，所述钳位单元用于稳定电路中的电压。
[0023] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述钳位单元包括第一双向稳压二极管和第二双向稳压二极管，所述第一双向稳压二极管串接在所述倍压单元的第一输入端和第二输入端之间，所述第二双向稳压二极管串接在所述倍压单元的第一输入端和所述中频变压器的第一输出端之间。
[0024] 第二方面，本申请实施例提供了一种焊机，所述焊机包括上述所述的电弧能量补偿电路。
[0025] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0026] 倍压单元对中频变压器输出的电压信号进行升压，储能单元对倍压单元输出的电压信号进行储能，焊机在小电流起弧或小电流焊接过程中，控制单元根据主控制器发送的补偿信号，控制储能单元释放能量，起到能量补偿的作用，以此提高起弧的成功率，提高小电流焊接时的平稳性。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 图1是本发明实施例提供的电弧能量补偿电路的模块原理
框图；
[0029] 图2是本发明实施例提供的倍压单元的示例电路图；
[0030] 图3是本发明实施例提供的储能单元的示例电路图；
[0031] 图4是本发明实施例提供的控制单元的示例电路图；
[0032] 图5是本发明实施例提供的电弧能量补偿电路的示例电路图。
[0033] 图中：10、中频变压器；20、倍压单元；30、储能单元；40、输出端口；50、控制单元；60、主控制器；70、钳位单元。
具体实施方式
[0034] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0035] 为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0036] 如图1所示，为本申请一实施例提供的电弧能量补偿电路的模块原理框图，该电弧能量补偿电路可以包括倍压单元20、储能单元30和控制单元50。
[0037] 倍压单元20的第一输入端连接中频变压器10的第二输出端，倍压单元20的第二输入端连接中频变压器10的第三输出端，倍压单元20对中频变压器10输出的电压信号进行升压，达到设定的电压。
[0038] 储能单元30的第一输入端连接倍压单元20的第一输出端，储能单元30的第二输入端连接倍压单元20的第二输出端，储能单元30的输出端连接输出端口40，储能单元30对倍压单元20的输出的电压信号进行储能，储能单元30储存的能量的电压等于倍压单元20输出的电压，即储能单元30存储能量的电压为设定电压。
[0039] 其中，本申请实施例中的输出端口40可以为实体端口也可以为虚拟端口，输出端口40指代的为焊机中的焊接设备，例如焊把钳和递线钳，储能单元30释放的能量为焊接提供能量补偿。
[0040] 控制单元50的输入端连接用于产生补偿信号的主控制器60，控制单元50的输出端连接储能单元30的信号输入端，控制单元50根据补偿信号控制储能单元30向输出端口40释放能量。
[0041] 上述电弧能量补偿电路，主控制器60获取焊机中电压反馈电路输出的电压反馈信号，并根据电压反馈信号确定需要进行能量补偿的时机，当主控制器60确定焊机需要进行能量补偿时，发送补偿信号至控制单元50，控制单元50根据补偿信号控制储能单元30释放存储的能量至输出端口40，为焊机主回路的输出进行能量补偿。由于储能单元30释放的能量经过倍压单元20进行升压，因此储能单元30释放的能量为高压能量，能够
加速起弧电流的产生，提高起弧的成功率；同时，焊机在小电流焊接过程中，通过能量的补偿可以提高焊接过程的平稳性。
[0042] 需要说明的是，倍压单元20将中频变压器10
输出电压信号进行升压的升压倍数可以根据需要进行相应设计，本申请以二倍压升压为例进行示例性说明，但倍压单元20在实际设计中，并不局限于二倍升压。
[0043] 如图2所示，为倍压单元20的示例电路图，倍压单元20可以包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第一电容C1。第一电容C1的一端分别连接第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极，第一电容C1的另一端连接中频变压器10的第三输出端，第二二极管D2的阳极分别连接储能单元30的第一输入端和第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接中频变压器10的第二输出端，第一二极管D1的阴极连接储能单元30的第二输入端。
[0044] 示例性的，中频变压器10输出电压为U，当中频变压器10的第二输出端为正、第三输出端为负时，电流通过第三二极管D3和第二二极管D2为第一电容C1充电，当第一电容C1完成充电时，第一电容C1两端的电压等于中频变压器10的输出电压U。当中频变压器10的第二输出端为负、第三输出端为正时，第一电容C1放电，放电电压为U，第一电容C1和中频变压器10
串联，此时倍压单元20的第一输出端和第二输出端之间电压为2U，以此完成升压，为储能单元30提供高压能量。
[0045] 在一个实施例中，倍压单元20还可以包括第一电感L1和第一电阻R1。第一电感L1串接在第一电容C1和中频变压器10第三输出端之间，第一电阻R1串接在第二二极管D2和第三二极管D3之间。
[0046] 示例性的，第一电容C1在释放能量的过程中第一电感L1可以减缓能量释放的速度，并能够降低第一电容C1在充电过程中的电流尖峰，增强电路的
稳定性；第一电阻R1作用为限制电流过大，可有效防止倍压单元20中的元器件由于电流过大造成的损坏。
[0047] 如图3所示，为储能单元30的示例电路图，储能单元30包括第二电容C2和开关管VT1，第二电容C2的一端分别连接倍压单元20的第二输出端和开关管VT1的漏极，第二电容C2的另一端连接倍压单元20的第一输出端，开关管VT1的源极连接输出端口40，开关管VT1的基极连接控制单元50的输出端。
[0048] 其中，当倍压单元20中的倍压信号产生时，第二电容C2进行充电，充电完成后，第二电容C2两端的电压为倍压单元20
输出信号的电压。焊机需要进行能量补偿时，控制单元50接收到补偿信号，生成电平信号传送至开关管VT1的基极，控制开关管VT1的漏极和源极导通，第二电容C2释放高压能量至输出端口40。第二电容C2向输出端口40释放高压能量，加速起弧电流的产生，提高起弧的成功率；同时，焊机在小电流焊接过程中，通过能量的补偿可以提高焊接过程的平稳性。
[0049] 在一个实施例中，开关管VT1可以为耗尽型MOS管或JFET管。本实施例提供的电路中使用MOS开关管，相对于二极管具有导通阻抗低的特点，在具体的应用电路中可以有效的降低温升。
[0050] 如图4所示，为控制单元50的示例电路图，控制单元50可以包括光耦U2、第二电阻R2、第四电阻R4和第三电容C3。光耦U2的第一输入端连接主控制器60，光耦U2的第二输入端接地，光耦U2的第一电源端连接电源，光耦U2的输出端连接第二电阻R2的一端，光耦U2的第二电源端分别连接储能单元30的输出端、第四电阻R4的一端和第三电容C3的一端；第二电阻R2的另一端分别连接第四电阻R4的另一端、第三电容C3的另一端和储能单元30的信号输入端。
[0051] 示例性的，焊机在需要能量补偿时，主控制器60生成补偿信号传送至光耦U2的第一输出端，光耦U2接收到补偿信号后其输出端输出高电平，驱动储能单元30进行能量释放，从而进行能量补偿。当焊机不需要进行能量补偿时，光耦U2的输出端输出低电平，储能单元30停止能量释放。
[0052] 作为示例而非限定，在进行能量补偿时，主控制器60确定需要补偿能量的大小，输出的补偿信号可以为PWM信号，即可以通过调节PWM信号的脉冲宽度控制补偿能量的大小。
[0053] 本实施例中，第二电阻R2为驱动电阻，能够增大驱动电流，从而顺利驱动储能单元30动作；第三电容C3能够使驱动时的上升沿
波形变缓，起到缓冲的作用。
[0054] 在一个实施例中，控制单元50还可以包括第三电阻R3和第四二极管D4。第三电阻R3的一端连接第二电阻R2和第三电容C3的公共端，第三电阻R3的另一端连接第四二极管D4的阳极，第四二极管D4的阴极极连接第二电阻R2和光耦U2的公共端。
[0055] 具体地，控制单元50对储能单元30中的开关管VT1进行开关控制，在对开关管VT1开关控制时，第三电容C3会进行充电；在关断开关管VT1时，为了加快开关管VT1的关断速度，需要尽快的消耗第三电容C3中存储的能量，此时第三电阻R3和第四二极管D4形成一个回路，能够加快对第三电容C3中存储能量的消耗。
[0056] 另外，为了避免光耦U2两端相互干扰，光耦U2两端互不共地。
[0057] 参见图5，在一个实施例中，电弧能量补偿电路还可以包括钳位单元70，钳位单元70的第一端连接倍压单元20的第二输入端，钳位单元70的第二端连接倍压单元20的第一输入端，钳位单元70的第三端连接中频变压器10的第一输出端。
[0058] 具体地，钳位单元70起到稳定电压的作用，当电路中产生瞬时高压时，钳位单元70将电路中的电压稳定在可控范围内，防止出现瞬时高压损坏电路中元器件的情况，增强了电路的稳定性。
[0059] 作为一种可能的实现方式，参见图5，钳位单元70可以包括第一双向稳压二极管Z1和第二双向稳压二极管Z2。其中，第一双向稳压二极管Z1串接在倍压单元20的第一输入端和第二输入端之间，第二双向稳压二极管Z2串接在倍压单元20的第一输入端和中频变压器10第一输出端之间。
[0060] 以上仅为钳位单元70的一种电路结构，本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以在本申请实施例中钳位单元70的功能采用其他形式的电路结构替换上述钳位单元70的电路结构，对此均在本申请
权利要求的保护范围内。
[0061] 如图5所示，为本申请一个电弧能量补偿电路的示例电路图，中频变压器10的输出电压为U，倍压单元20对中频变压器10的输出电压升压后输出的电压为2U，储能单元30中的第二电容C2基于倍压单元20输出的电压进行储能，储能完成后第二电容C2两端的电压为2U。在需要
对焊机进行能够补偿时，主控制器60产生补偿信号发送给光耦U2，光耦U2接收到补偿信号后导通，光耦U2的输出端输出高电平至开关管VT1的基极使得开关管VT1的漏极和源极导通，进而第二电容C2释放能量至输出端口40。本实施例中，第二电容C2释放能量的电压为2U的较高电压，从而能够加速起弧电流的产生，提高起弧的成功率；同时，焊机在小电流焊接过程中，通过能量的补偿可以提高焊接过程的平稳性。
[0062] 上述电弧能量补偿电路提高了焊机输出电流动态响应的速度，使得IGBT焊机在没有改变焊接主功率器件和其工作
频率的前提下达到了昂贵的MOS管焊机的焊接效果，具有小电流焊接过程平稳、小电流起弧效果好、成本低等优势。
[0063] 基于上述电弧能量补偿电路，本申请实施例还公开了一种焊机，除了包括传统焊机的组成部分外，还包括上述任一种的电弧能量补偿电路。焊机在进行小电流焊接时，该电弧能量补偿电路可以进行能量补偿提供高压能量，加速起弧电流的产生，提高起弧的成功率，同时通过能量的补偿可以提高焊接过程的平稳性。
[0064] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
