一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机
阅读：944发布：2021-02-15
专利汇可以提供一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种多 焊接 方法的IGBT逆变式氩弧焊机，焊机具有氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法；在操作界面上，设计有很多的指示灯、按键、 编码器 、数码管显示器；显示器可显示焊接参数，如起始、焊接、脉冲的 电流 ；前气和后气、电流缓升和缓降时间；脉冲 频率 、宽度或占空比；通过 焊枪 开关 操作方式按键，可选择2T或4T模式；通过脉冲参数按键，可选择脉冲的频率、宽度或占空比和基值电流参数；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流；通过电流按键，可选择焊接电流或脉冲焊时的峰值电流。当 选定 某项参数时，可通过编码器进行对应参数的调节或设定。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机专利的具体信息内容。
1.一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：包括机箱外壳、提手，前板部分、正极性和负极性输出快速接头组件、连接氩弧焊枪的氩气出气嘴、焊枪开关插座、主控制板、后板部分、内部的整流滤波电容组件、中隔板、整流器、IGBT模块及其散热片、输出快恢二极管及其散热片、高频引弧板及其固定防护盒、逆变主变压器、输出电流检测的霍尔传感器、输出滤波电抗器；焊机的电路板设计为六块，包括高频引弧板、主控制板、驱动板、快恢复二极管的二块吸收板和输出滤波板；高频引弧板包含氩弧焊时用的高频引弧控制电路，利用该电路产生的高频高压实现氩弧焊的非接触式引弧；二块吸收板分别安装在输出整流的快恢复二极管上，其电路与快恢复二极管进行连接，实现对快恢复二极管的过压和抗干扰保护；滤波板靠近输出部分连接和安装，实现对输出电路部分的滤波、过压和抗干扰保护；驱动板上，设计有IGBT的驱动电路、PWM控制电路、逆变主电路中的初级回路电流检测和保护控制电路、直流电源的产生和控制电路、微处理器控制电路、焊机输出电流的检测和反馈控制电路、热信号检测和保护控制电路、电磁气阀控制电路、焊枪开关抗干扰控制电路功能部分的电路；主控制板上，设计有很多的指示灯、按键、参数调节编码器、数码管显示器，以及大量的电路电子元器件构成的电路，该电路板上，由不同的电路部分承担着不同的电路控制功能；数码管显示器用于显示焊接参数，如起始、焊接、脉冲峰值、基值、收弧电流；
氩弧焊时的前气和后气、电流缓升和缓降时间；脉冲频率、宽度或占空比；不同的参数，伴随有不同的“单位”指示灯进行指示；按键包括焊接方法、电流、脉冲参数、焊枪开关操作方式、时序参数、气体时间选择按键，选择时有相应的指示灯指示；通过焊接方法按键，可选择直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工电弧焊，选择时有相应的指示灯指示；通过气体时间按键，可选择前气或后气，选择时有相应的指示灯指示；通过焊枪开关操作方式按键，可选择2T或4T模式，选择时有相应的指示灯指示；通过脉冲参数按键，可选择脉冲频率、脉冲宽度或占空比和脉冲基值电流参数，选择时有相应的指示灯指示；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流，选择时有相应的指示灯指示；通过电流按键，可选择焊接电流或脉冲焊时的峰值电流，选择时有相应的指示灯指示；并且，当选定某项参数时，可通过操作面板上的编码器进行对应参数的调节或设定；此外，还设有电源和保护指示灯，以进行状态指示等；从其电路的功能来看，主要是完成输入整流滤波、逆变、输出滤波、抗干扰、直流工作电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制，直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊焊接方法下各个参数的选择、指示和调节控制，以及不同焊接方法下焊接时序的控制。
2.如权利要求1所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：高频引弧板控制电路包括高压包、引弧变压器、火花放电器、四个高压电容、光耦、双向晶闸管或可控硅、保险管、磁环CH、四个直流二极管、晶闸管或可控硅、双向触发二极管、TIG焊枪开关检测和抗干扰控制电路、微处理器控制电路，以及它们外围的一些器件共同组成操作控制电路；
高频引弧的高频高压信号通过引弧变压器耦合到逆变主电路的输出回路中；高频引弧电路用于选择直流氩弧焊或脉冲氩弧焊焊时的非接触式引弧控制；控制电路之间的二根连接线绕10匝在磁环CH上，起到抗干扰的作用；利用焊枪开关检测和抗干扰控制电路，可防止来自焊枪开关操作时通过电路引起的不良信号对控制电路的干扰；同时，该电路中还设置了光耦，使高频引弧电路与控制板电路之间只有光的联系，没有电的直接联系，即进行了光控隔离；二个高压电容与引弧变压器的初级绕组构成振荡电路，其产生的振荡高压高频信号经过引弧变压器的耦合和再次升压作用，引入到逆变主电路的次级回路或焊接回路。
3.如权利要求1所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的主控制板的控制电路设有直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工电弧焊；脉冲参数，即脉冲频率、脉冲宽度或占空比、脉冲基值电流；时序参数，即起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降时间、收弧电流；2T、4T焊枪开关操作方式；提前送气或前气时间、滞后闭气或后气时间参数；
手工焊、直流氩弧焊时的焊接电流或脉冲氩弧焊时的峰值电流的选择按键电路及其相应的LED指示灯控制电路；设有微处理器控制电路，该控制电路系统在软件的作用下通过扫描或检测按键对应的端口电平信号，即可知道用户选择了什么按键，于是，可点亮面板上相应的LED指示灯，并显示有关的数据，同时进行对应的控制；设有LED指示灯控制电路，这些指示灯包括：脉冲频率、时间、百分比、电流的单位指示灯；过热保护、电源、起始电流、脉冲频率、直流氩弧焊、脉冲氩弧焊、脉冲宽度或占空比、手工焊、电流缓降时间、脉冲基值电流、滞后闭气或后气时间、提前送气或前气时间、手工焊和直流氩弧焊时的焊接电流或脉冲氩弧焊时的峰值电流、4T和2T焊枪开关操作方式、收弧电流的指示灯；LED指示灯是由芯片驱动控制它们点亮的，而芯片则受控于微处理器系统，即由该系统的相应的端子信号电平进行控制。
4.如权利要求1所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的驱动板部分的控制电路包括微处理器电路、直流电源的产生和控制电路、输出特性PWM控制电路、IGBT的驱动电路、初级回路电流检测和保护控制电路、焊机输出电流的检测和反馈控制电路、电磁气阀DF控制电路、热信号检测和保护控制电路。
5.如权利要求4所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的直流电源的产生和控制电路部分，包括具有多路交流电压输出的电源变压器、二极管、7805、
7815、7805、7915集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容器件组成；主要作用是产生+5V、+
15V、+3.3V、-15V直流电源电压，供给相应的控制电路工作。
6.如权利要求4所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的输出特性PWM控制电路包括由PWM脉冲宽度调制芯片、运算放大器，以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管器件组成。
7.如权利要求4所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的IGBT的驱动电路包括驱动变压器、MOS场效应管、二极管，以及它们外围的电阻、电容组成；
四个IGBT的驱动电路有四路输出控制电路，这四路电路，每个部分在电路结构上是完全一致的；四路PWM输出驱动控制信号分别通过插头连接到相应IGBT的驱动控制极；IGBT的驱动电路输入的控制信号来自输出特性PWM控制电路中PWM脉冲宽度调制芯片的11脚和14脚的输出脉冲控制信号；在有PWM输出驱动控制信号的情况下，可使逆变主电路中的IGBT按照设定的通、断规律进行控制，从而使逆变主电路完成逆变转换控制。
8.如权利要求4所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的初级回路电流检测和保护控制电路包括电流检测环或电流互感器、二极管、三极管，以及它们外围的一些电阻和电容组成；通过电流检测环或电流互感器可检测逆变主电路中的初级回路电流信号，该信号通过四个二极管组成的整流电路变换为直流信号，通过后级电路，作为过流保护控制信号，连接至PWM脉冲宽度调制芯片的16脚，当有关断控制信号时，发生过流或过热现象时，可通过该芯片的关断控制端，关闭PWM信号输出；焊机由于没有PWM信号输出，因此四个控制逆变的IGBT开关将处于关闭状态，停止逆变过程，焊机也就没有输出。
9.如权利要求4所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的焊机输出电流的检测和反馈控制电路包括霍尔电流传感器、运算放大器，以及它们外围的一些电阻和电容组成，所检测到的输出电流信号经过焊机输出电流的检测和反馈控制电路变换后，再通过该电路的输出端PA3连接到微处理器控制电路的PA3端口，作为电流负反馈信号Ufi，并与电流给定信号一起，参与焊机输出电流的负反馈运算控制；而负反馈运算控制的结果，将输送至微处理器控制电路的PA4端口，也就是输出特性PWM控制电路部分的PA4信号端，该信号的大小，决定着焊机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。
10.如权利要求4所述的一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，其特征在于：所述的电磁气阀控制电路包括电磁气阀、光耦、双向晶闸管或可控硅、保险管、二极管、焊枪开关检测和抗干扰控制电路、微处理器控制电路组成，当选择直流氩弧焊或脉冲氩弧焊焊时，如果焊枪开关闭合，通过焊枪开关检测和抗干扰控制电路，可使该检测电路中的光耦中的发光二极管发光，于是，光耦中的三极管导通；微处理器控制电路在控制程序的作用下通过检测PB14端口的电平信号高低，即可知道焊枪开关是否按下；当枪开关闭合，PB14为高电平时，微处理器控制电路，在控制程序的作用下，会使PA9端口输出高电平；于是，双向光控晶闸管或可控硅导通，使双向晶闸管或可控硅导通；这样，交流电压通过二极管整流后，获得的直流电压可使电磁气阀动作；于是，通过供气系统，可把保护气体输送到焊枪的焊接区进行保护；在控制时序上，按下焊枪开关，即可实现送气保护；并且，开始送气的时刻先于高频引弧的时刻；当松开焊枪开关，并且是准备结束焊接过程时，微处理器控制电路会进行电磁气阀的延时控制，最终实现保护气体的滞后闭气控制；而提前送气和滞后闭气的时间，是根据用户设定的两个时间参数来决定的；这些时间参数一旦输入到微处理器控制电路中，会被保存，直到被新的参数所取代。
一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种一种多焊接方法的IGBT逆变式氩弧焊机，属于逆变焊机技术领域。
背景技术
[0002] 目前，逆变式氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三用机产品市场的竞争十分激烈，不仅体现在技术的先进性和优势上，还在很大程度上取决于焊机的功能和电路及结构设计等方面。
[0003] 国内外市场上，逆变式氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三用机的额定电流通常在200500A（负载持续率60 35%）的水平。不同的产品，其控制电路原理图、电路板结构和整机结~ ~
构，以及操作控制界面的设计等是完全不同的。表现在产品的性能、可靠性、制作工艺和成本等方面，也会有较大的差异性。因此，如何在低成本的前提下，开发出操作界面和控制性能好、可靠性高的焊机是有一定技术难度的。这也是本实用新型需要解决的技术难题。
实用新型内容
构，以及操作控制界面的设计等是完全不同的。表现在产品的性能、可靠性、制作工艺和成本等方面，也会有较大的差异性。因此，如何在低成本的前提下，开发出操作界面和控制性能好、可靠性高的焊机是有一定技术难度的。这也是本实用新型需要解决的技术难题。
实用新型内容
[0004] 本实用新型焊机，具有氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法的功能，并且符合产品安全性检测和认证要求。在操作界面的主控制板上，设计有很多的指示灯、按键、参数调节编码器、数码管显示器，以及大量的电路元器件。数码管显示器用于显示焊接参数，如起始、焊接、脉冲峰值、基值、收弧电流；氩弧焊时的前气和后气、电流缓升和缓降时间；脉冲频率、宽度或占空比。不同的参数，伴随有不同的“单位”指示灯指示。按键包括焊接方法、电流、脉冲参数、焊枪开关操作方式、时序参数、气体时间选择按键，选择时有相应的指示灯指示。通过焊接方法按键，可选择直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工电弧焊；通过气体时间按键，可选择前气或后气；通过焊枪开关操作方式按键，可选择2T或4T模式；通过脉冲参数按键，可选择脉冲频率、脉冲宽度或占空比和脉冲基值电流参数；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流；通过电流按键，可选择焊接电流或脉冲焊时的峰值电流。并且，当选定某项参数时，可通过编码器进行对应参数的调节或设定。此外，还设有电源和保护指示灯，以进行状态指示。
[0005] 本实用新型焊机，由于具有氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法，并且，有良好的操作界面，电路控制性能好，产品可靠性高，因而焊机有更好的市场适应性。其良好的电路及其结构设计也是本实用新型的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。本实用新型焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的电路和结构设计。
[0006] 本实用新型焊机，具有氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法的功能，并且符合产品安全性性能检测和认证要求。
[0008] 本实用新型焊机的内部零部件部分，主要包括整流滤波的800VDC 100uF电容组件、抗干扰的500VAC 3×1uF电容、中隔板、温度传感器、滤波磁环、整流器或整流桥、2个IGBT模块、IGBT散热片、快恢二极管散热片、开有长方形孔的环氧树脂板、输出整流的快恢复二极管、高频板固定和防护盒、逆变主变压器、高频引弧器固定支架、检测输出电流的霍尔传感器、输出滤波电抗器等零部件部分。
[0009] 本实用新型焊机的前面板上安装的零部件主要有：前外壳塑料板、正极性输出快速接头组件、负极性输出快速接头组件、连接氩弧焊枪的氩气出气嘴、焊枪开关插座、主控制板（Main PCB）、编码器的旋钮、控制面板贴纸等部分。两组输出快速接头组件用于连接电焊钳电缆、工件夹电缆或氩弧焊枪。主控制板（Main PCB）上，设计有很多的指示灯、按键、参数调节编码器、数码管显示器，以及大量的电路电子元器件。数码管显示器用于显示焊接参数，如起始或引弧电流、焊接电流、脉冲峰值电流、脉冲基值电流、收弧电流；氩弧焊时的提前送气（或前气）和滞后闭气（或后气）时间、电流上升或缓升时间和电流缓降或衰减时间；脉冲频率、脉冲宽度或占空比。不同的参数，伴随有不同的“单位”指示灯进行指示。例如，显示不同的电流时，同时伴随有电流的单位“A”（安培）LED指示灯点亮指示；显示提前送气（或前气）、滞后闭气（或后气）、电流上升或缓升、电流缓降或衰减的时间时，同时伴随有时间的单位“S”（秒）LED指示灯点亮指示；显示脉冲基值电流（注：脉冲基值电流为脉冲峰值电流的百分比，即脉冲基值电流以百分比为单位）、脉冲宽度时，同时伴随有百分比的单位“%”（百分之几的符号）LED指示灯点亮指示；显示脉冲频率时，同时伴随有频率的单位“Hz”（赫兹）LED指示灯点亮指示。并且，若该单位指示灯是以闪烁的方式点亮，则此时表示脉冲频率的单位为“KHz”（千赫兹）。按键包括焊接方法、电流、脉冲参数、焊枪开关操作或控制方式、时序参数、气体时间选择按键。通过焊接方法按键，可选择直流氩弧焊（DC TIG）、脉冲氩弧焊（Pulse TIG）和手工电弧焊（MMA），选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示；通过气体时间按键，可选择提前送气（或前气），或滞后闭气（或后气）。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示。并且，当提前送气（或前气）或滞后闭气（或后气）指示灯点亮时，可通过设置的编码器进行对应的时间参数调节；通过焊枪开关操作或控制方式按键，可选择2T（2步）或4T（4步）焊枪开关操作模式。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示；通过脉冲参数按键，可选择脉冲频率、脉冲宽度或占空比和脉冲基值电流参数。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示。并且，当对应参数的指示灯点亮时，可通过编码器进行对应参数的调节；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示。并且，当对应参数的指示灯点亮时，可通过编码器进行对应参数的调节；选择手工焊（MMA）或直流氩弧焊（DC TIG）时，可通过电流按键（按下此键时，有相应的指示灯会点亮进行指示），可选择焊接电流；选择脉冲氩弧焊（Pulse TIG）时，可通过电流按键，可选择脉冲焊时的峰值电流。焊机通电后，面板上会有电源（POWER）指示灯点亮进行状态指示。此外，焊机在使用过程中，如果出现过热保护现象，即当焊机内部的器件温度过高，超过动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使面板上设计的过热指示灯被点亮，以进行状态指示。另一方面，可使焊机停止焊接或输出。在焊机不输出的情况下，风机的冷却作用会使器件的温度降低。当降低到恢复动作温度时，焊机过热现象消除。过热指示灯会自动熄灭。同时，焊机可自动恢复输出或焊接。
[0010] 本实用新型焊机的后面板上安装的零部件主要有：电源开关、连接氩气进气嘴的电磁气阀、供电电源线接线盒、冷却风扇及其风扇固定支架等部分。来自供电电网的电源线连接到接线盒。电源开关控制焊机电源的通或断。冷却风扇位于焊机的后部，冷风从焊机后部的进气孔进行。利用风扇固定支架、中隔板、侧档板构成一个良好的冷却风道，可使焊机电路部分的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器散热器、快速恢复二极管及散热器等零部件得到较好的冷却。这样的风道和冷却方式设计，有利于保障焊机电路工作的可靠性，也是本实用新型焊机实现较大电流和高负载持续率的重要原因之一。
[0011] 本实用新型焊机的电路板设计为六块。包括高频PCB板（HF PCB）、主控制板（Main PCB）、驱动PCB板（QD PCB）、二块吸收板（XSH PCB）、滤波板。这些电路板，按照不同的功能，设计有不同的电路。高频PCB板（HF PCB）主要是包含氩弧焊时用的高频引弧控制电路，目的是利用电路产生的高频高压，实现氩弧焊的非接触式引弧。二块吸收板（XSH PCB）分别安装在输出整流的快恢复二极管部分，电路与快恢复二极管等部分进行连接，实现对快恢复二极管的过压和抗干扰保护。滤波板靠近输出部分连接和安装，实现对输出电路部分的滤波、过压和抗干扰保护。驱动PCB板（QD PCB）上，设计有IGBT的驱动电路、PWM控制电路、逆变主电路中的初级回路电流检测和保护控制电路、直流电源的产生和控制电路、微处理器控制电路、焊机输出电流的检测和反馈控制电路、热信号检测和保护控制电路、电磁气阀控制电路、焊枪开关抗干扰控制电路等功能部分的电路。主控制板（Main PCB）（即操作界面的主控制板）上，设计有很多的指示灯、按键、参数调节编码器、数码管显示器，以及大量的电路电子元器件构成的电路。该电路板上，不同的电路部分承担着不同的电路控制功能。例如，数码管显示器用于显示焊接参数，如起始、焊接、脉冲峰值、基值、收弧电流；氩弧焊时的前气和后气、电流缓升和缓降时间；脉冲频率、宽度或占空比。不同的参数，伴随有不同的“单位”指示灯指示。按键包括焊接方法、电流、脉冲参数、焊枪开关操作方式、时序参数、气体时间选择按键，选择时有相应的指示灯指示。通过焊接方法按键，可选择直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工电弧焊；通过气体时间按键，可选择前气或后气；通过焊枪开关操作方式按键，可选择2T或4T模式；通过脉冲参数按键，可选择脉冲频率、脉冲宽度或占空比和脉冲基值电流参数；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流；通过电流按键，可选择焊接电流或脉冲焊时的峰值电流。并且，当选定某项参数时，可通过编码器进行对应参数的调节或设定。此外，还设有电源和保护指示灯，以进行状态指示等。从其电路的功能来看，主要是完成输入整流滤波、逆变、输出滤波、抗干扰、直流工作电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制，直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊焊接方法的各个参数、时序的控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法的各项控制要求，同时，满足焊机安全性性能检测和可靠性等要求。
[0012] 本实用新型焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：1）输入滤波。见附图2，输入滤波由CAP0三个滤波电容、CAP1和CAP2滤波电容、压敏电阻RV3组成。主要是对来自电网的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响。CAP1和CAP2滤波电容对整流后的电压进行滤波；2）输出滤波措施。见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感TM2、滤波电容C1～C4、压敏电阻RV1～RV2、电阻R1组成。可抑制电流波动，减小电流波形中的毛刺突变信号。另外，对来自输出端的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响；3）IGBT逆变开关电路和输出整流抗干扰措施。见附图2，逆变主电路工作过程中，IGBT开关器件在通断控制过程中，会产生尖峰干扰信号。这些干扰信号是通过并联在IGBT器件两端的电阻和电容抗干扰电路来加以降低或控制的。见附图2，主要由电容C76～C79和电阻R108组成。而并联在快速恢复二极管器件D1 D2两端的电阻和电容（如R1～R4、C1～C2）抗干扰电路则可以降低快速恢复二极管~整流过程中的尖峰干扰信号，防止过电压损坏快速恢复二极管；4）抗干扰磁环。例如，套在逆变主变压器B次级绕组输出线上的磁环L1～L8，以及高频板与驱动板连接线上的抗干扰磁环CH（10T或匝）；5）在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。本实用新型的驱动和操作主控制面板板部分相当于被外壳、底板和后面板、前面板组成的金属外壳包围。可起到隔离强电磁干扰、限制电磁辐射等作用。再者，在操作主控制面板和驱动电路板上，都设计有以芯片A1050器件为核心的电路。A1050芯片是隔离式CAN转发器，利用它及其外围的元器件组成的电路，可实现驱动控制电路与操作主控制面板之间的相互通信和联系。防止两块控制电路电路部分的微处理器数据总线或者其它电路上的噪声电流信号通过进入各自微处理器系统的接地，并干扰和损坏一些敏感器件。除了其它的电路工作可靠性设计和软件抗干扰措施外，上述措施也是保证本实用新型电路制成的焊机产品工作可靠性的一个重要前提。
[0013] 对不同电流等级和负载持续率要求的本实用新型焊机，可通过调整少量的零部件数量和规格参数，形成不同输出额定电流和负载持续率的产品，使产品系列化。例如，改变整流桥参数；改变IGBT器件的电流等级和散热器尺寸；改变快速恢复二极管的型号和参数及数量；改变逆变主变压器和输出滤波电抗器的规格和参数等，即可容易形成不同规格的系列产品。如200A、315A、400A、500A等多种额定电流等级和规格型号的产品。当然，这些变化，目的是使产品与相应机器的规格参数和性能指标相匹配。这样，每种规格型号的焊机才能实现最优化的成本和性能控制。这就提升了所开发产品的市场竞争力。
[0014] 本实用新型焊机，由于具有氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法，并且，有良好的操作界面，电路控制性能好，产品可靠性高，因而焊机有更好的市场适应性。其良好的电路及其结构设计也是本实用新型的优势所在，也是满足高可靠性、制造技术先进性的重要保障。本实用新型焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的电路和结构设计。
附图说明
[0015] 图1本实用新型焊机的分解结构示意图；
[0016] 图1中各部件名称如下：1～2 提手
3 机箱外壳
4 螺丝
5 电容 800VDC 100uF
6 接线盒
7 空气开关或断路器（KG）
8 电容 500VAC 3×1uF
9 冷却风扇（Fan1）
10 风扇固定支架
11 中隔板
12 驱动PCB板（QD PCB）
13 475/630V CBB电容
14 驱动变压器
15 LM7815及散热片
16 LM7805及散热片
17 变压器
18 温度传感器（YMR）
19 滤波磁环
20 整流器或整流器
21～22 IGBT模块
23 IGBT散热片
24 快恢二极管散热片
25 环氧树脂板
26 快恢复二极管
27 吸收板（XSH PCB）
28 侧档板
29 电流互感器（TM3）
30 吸收板（XSH PCB）
31 快恢复二极管
32 高频PCB板（HF PCB）
33 高频板固定和防护盒
34 主变压器固定支架1
35 逆变主变压器
36 主变压器固定支架2
37 滤波板
38～39 高频引弧器固定支架1
40 高频引弧器固定支架2
41 主控制板（Main PCB）
42 编码器的旋钮
43 铜连接件
44 霍尔传感器（BL1）
45 滤波电抗器
46 前外壳塑料板
47 负极性输出快速接头（黑）
48 焊枪开关插座
49 出气嘴或TIG焊枪气接口
50 正极性输出快速接头（红）
51 外壳支脚
52 电磁气阀（DF）
3 机箱外壳
4 螺丝
5 电容 800VDC 100uF
6 接线盒
7 空气开关或断路器（KG）
8 电容 500VAC 3×1uF
9 冷却风扇（Fan1）
10 风扇固定支架
11 中隔板
12 驱动PCB板（QD PCB）
13 475/630V CBB电容
14 驱动变压器
15 LM7815及散热片
16 LM7805及散热片
17 变压器
18 温度传感器（YMR）
19 滤波磁环
20 整流器或整流器
21～22 IGBT模块
23 IGBT散热片
24 快恢二极管散热片
25 环氧树脂板
26 快恢复二极管
27 吸收板（XSH PCB）
28 侧档板
29 电流互感器（TM3）
30 吸收板（XSH PCB）
31 快恢复二极管
32 高频PCB板（HF PCB）
33 高频板固定和防护盒
34 主变压器固定支架1
35 逆变主变压器
36 主变压器固定支架2
37 滤波板
38～39 高频引弧器固定支架1
40 高频引弧器固定支架2
41 主控制板（Main PCB）
42 编码器的旋钮
43 铜连接件
44 霍尔传感器（BL1）
45 滤波电抗器
46 前外壳塑料板
47 负极性输出快速接头（黑）
48 焊枪开关插座
49 出气嘴或TIG焊枪气接口
50 正极性输出快速接头（红）
51 外壳支脚
52 电磁气阀（DF）
[0017] 图2 本实用新型焊机的电路原理框图；
[0018] 图3 本实用新型焊机的驱动电路等部分的原理图（一）；
[0019] 图4本实用新型焊机的驱动电路等部分的原理图（二）；
[0020] 图5 本实用新型焊机的操作面板部分的电路原理图。
具体实施方式
[0021] 附图1所示，是利用本实用新型制成的一种示例焊机的结构示意图。附表1是示例焊机的结构示意图中的主要零部件清单。其主要组成部分包括：
[0022] 1）外壳部分。包括机箱外壳3、提手1和2、底板、外壳螺丝4等部分组成。
[0023] 2）后面板部分。后面板上安装的零部件主要有：电源开关7、连接氩气进气嘴的电磁气阀52、供电电源线接线盒6、冷却风扇9及其风扇固定支架10等部分。来自供电电网的电源线连接到接线盒6。电源开关7控制焊机电源的通或断。冷却风扇9位于焊机的后部，冷风从焊机后部的进气孔进行。利用风扇固定支架10、中隔板11、侧档板28构成一个良好的冷却风道，可使焊机电路部分的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器散热器、快速恢复二极管及散热器等零部件得到较好的冷却。这样的风道和冷却方式设计，有利于保障焊机电路工作的可靠性，也是本实用新型焊机实现较大电流和高负载持续率的重要原因之一。
[0024] 3）前面板部分。焊机前面板上安装的零部件主要有：前外壳塑料板46、正极性输出快速接头组件50、负极性输出快速接头组件47、连接氩弧焊枪的氩气出气嘴49、焊枪开关插座48、主控制板（Main PCB）41、编码器的旋钮42、控制面板贴纸等部分。两组输出快速接头组件50、47用于连接电焊钳电缆、工件夹电缆或氩弧焊枪。主控制板（Main PCB）41上，设计有很多的指示灯、按键、参数调节编码器、数码管显示器，以及大量的电路电子元器件。数码管显示器用于显示焊接参数，如起始或引弧电流、焊接电流、脉冲峰值电流、脉冲基值电流、收弧电流；氩弧焊时的提前送气（或前气）和滞后闭气（或后气）时间、电流上升或缓升时间和电流缓降或衰减时间；脉冲频率、脉冲宽度或占空比。不同的参数，伴随有不同的“单位”指示灯进行指示。例如，显示不同的电流时，同时伴随有电流的单位“A”（安培）LED指示灯点亮指示；显示提前送气（或前气）、滞后闭气（或后气）、电流上升或缓升、电流缓降或衰减的时间时，同时伴随有时间的单位“S”（秒）LED指示灯点亮指示；显示脉冲基值电流（注：脉冲基值电流为脉冲峰值电流的百分比，即脉冲基值电流以百分比为单位）、脉冲宽度时，同时伴随有百分比的单位“%”（百分之几的符号）LED指示灯点亮指示；显示脉冲频率时，同时伴随有频率的单位“Hz”（赫兹）LED指示灯点亮指示。并且，若该单位指示灯是以闪烁的方式点亮，则此时表示脉冲频率的单位为“KHz”（千赫兹）。按键包括焊接方法、电流、脉冲参数、焊枪开关操作或控制方式、时序参数、气体时间选择按键。通过焊接方法按键，可选择直流氩弧焊（DC TIG）、脉冲氩弧焊（Pulse TIG）和手工电弧焊（MMA），选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示；通过气体时间按键，可选择提前送气（或前气），或滞后闭气（或后气）。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示。并且，当提前送气（或前气）或滞后闭气（或后气）指示灯点亮时，可通过设置的编码器进行对应的时间参数调节；通过焊枪开关操作或控制方式按键，可选择2T（2步）或4T（4步）焊枪开关操作模式。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示；通过脉冲参数按键，可选择脉冲频率、脉冲宽度或占空比和脉冲基值电流参数。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示。并且，当对应参数的指示灯点亮时，可通过编码器进行对应参数的调节；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流。选择时有相应的指示灯会被点亮进行状态指示。并且，当对应参数的指示灯点亮时，可通过编码器进行对应参数的调节；
[0025] 选择手工焊（MMA）或直流氩弧焊（DC TIG）时，可通过电流按键（按下此键时，有相应的指示灯会点亮进行指示），可选择焊接电流；选择脉冲氩弧焊（Pulse TIG）时，可通过电流按键，可选择脉冲焊时的峰值电流。焊机通电后，面板上会有电源（POWER）指示灯点亮进行状态指示。此外，焊机在使用过程中，如果出现过热保护现象，即当焊机内部的器件温度过高，超过动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使面板上设计的过热指示灯被点亮，以进行状态指示。另一方面，可使焊机停止焊接或输出。在焊机不输出的情况下，风机的冷却作用会使器件的温度降低。当降低到恢复动作温度时，焊机过热现象消除。过热指示灯会自动熄灭。同时，焊机可自动恢复输出或焊接。
[0026] 4）内部其它的零部件部分。包括整流滤波的800VDC 100uF电容组件5、抗干扰的500VAC 3×1uF电容8、中隔板11、温度传感器（YMR）18、滤波磁环19、整流器或整流桥20、2个IGBT模块21和22、IGBT散热片23、快恢二极管散热片24、开有长方形孔的环氧树脂板25、输出整流的快恢复二极管26和31、高频板固定和防护盒33、逆变主变压器35、高频引弧器固定支架、检测输出电流的霍尔传感器（BL1）44、输出滤波电抗器45等零部件部分。
[0027] 5）控制板部分。设计为六块，包括高频PCB板（HF PCB）32、主控制板（Main PCB）41、驱动PCB板（QD PCB）12、吸收板（XSH PCB）27和30、滤波板37。这些电路板，按照不同的功能，设计有不同的电路。高频PCB板（HF PCB）32主要是包含氩弧焊时用的高频引弧控制电路，目的是利用电路产生的高频高压，实现氩弧焊的非接触式引弧。二块吸收板（XSH PCB）27和30分别安装在输出整流的快恢复二极管部分，电路与快恢复二极管等部分进行连接，实现对快恢复二极管的过压和抗干扰保护。滤波板37靠近输出部分连接和安装，实现对输出电路部分的滤波、过压和抗干扰保护。驱动PCB板（QD PCB）12上，设计有IGBT的驱动电路、PWM控制电路、逆变主电路中的初级回路电流检测和保护控制电路、直流电源的产生和控制电路、微处理器控制电路、焊机输出电流的检测和反馈控制电路、热信号检测和保护控制电路、电磁气阀控制电路、焊枪开关检测和抗干扰控制电路等功能部分的电路。主控制板（Main PCB）（即操作界面的主控制板）41上，设计有很多的指示灯、按键、参数调节编码器、数码管显示器，以及大量的电路电子元器件构成的电路。该电路板上，不同的电路部分承担着不同的电路控制功能。例如，数码管显示器用于显示焊接参数，如起始、焊接、脉冲峰值、基值、收弧电流；氩弧焊时的前气和后气、电流缓升和缓降时间；脉冲频率、宽度或占空比。不同的参数，伴随有不同的“单位”指示灯指示。按键包括焊接方法、电流、脉冲参数、焊枪开关操作方式、时序参数、气体时间选择按键，选择时有相应的指示灯指示。通过焊接方法按键，可选择直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工电弧焊；通过气体时间按键，可选择前气或后气；通过焊枪开关操作方式按键，可选择2T或4T模式；通过脉冲参数按键，可选择脉冲频率、脉冲宽度或占空比和脉冲基值电流参数；通过时序参数按键，可选择起始电流、电流上升或缓升时间、电流缓降或衰减时间、收弧电流；通过电流按键，可选择焊接电流或脉冲焊时的峰值电流。并且，当选定某项参数时，可通过编码器进行对应参数的调节或设定。此外，还设有电源和保护指示灯，以进行状态指示等。
[0028] 附图2-5是本实用新型焊机的整机原理框图或接线图以及不同部分的电路原理图。
[0029] 焊机各电路板控制部分与焊机前、后面板上的零部件、内部的零部件等，通过一些控制导线进行相互间的电路连接。各电路板之间，器件或零部件之间，按照本实用新型焊机的电路原理图关系连接在一起。焊机的整个控制电路主要由输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、直流电源的产生和控制电路、IGBT的驱动电路、PWM控制电路、逆变主电路中的初级回路电流检测和保护控制电路、驱动板上的微处理器控制电路、焊机输出电流的检测和反馈控制电路、热信号检测和保护控制电路、电磁气阀控制电路、焊枪开关检测和抗干扰控制电路、高频引弧控制电路，主控板上的微处理器控制电路、显示电路、各指示灯指示电路、按键控制电路等功能部分的电路组成。从其电路的功能来看，主要是完成输入整流滤波、逆变、输出滤波、抗干扰、直流工作电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制，直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊焊接方法的各个参数、时序的控制等工作。可满足直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工焊三种焊接方法功能选择，以及它们对应的参数的调节、状态指示和输出控制。最终在控制电路的作用下，实现直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法的各项控制要求，同时，满足焊机安全性性能检测和可靠性等要求。下面对相关的功能电路进行一些说明：
[0030] 见附图2，逆变主电路由电源开关KG、输入整流桥BW1、CAP1和CAP2电解电容（100µF/800V等）滤波电路、IGBT1 IGBT4管、B逆变主变压器、D1 D2快速恢复二极管、输出滤波电~ ~路等组成全桥逆变主电路。开关KG是焊机后面板上的供电电源开关，电源开关KG控制焊机电源的通、断。整流桥BW1将输入三相交流变换为直流。CAP1、CAP2电解电容（100µF/800V等）起着三相输入整流后滤波的作用。滤波后的直流电压为+540V。该直流电供给由IGBT1~
IGBT4管、B逆变主变压器和D1 D2快速恢复二极管、输出滤波电抗等组成的全桥逆变电路。
~
通过控制IGBT开关，实现逆变变换。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。B逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。之后，由D1 D2快速恢复二极管则是把~
逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于焊接过程的稳定，因此，采用电流滤波电抗器进行滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的焊缝。当然，在输出部分，还设计有电压滤波电路，以进行电压滤波，保障焊机工作的抗干扰性能和可靠性。最后由OUT（+）正极性和OUT（-）负极性输出端输出焊接电流和电压。
IGBT4管、B逆变主变压器和D1 D2快速恢复二极管、输出滤波电抗等组成的全桥逆变电路。
~
通过控制IGBT开关，实现逆变变换。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。B逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。之后，由D1 D2快速恢复二极管则是把~
逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于焊接过程的稳定，因此，采用电流滤波电抗器进行滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的焊缝。当然，在输出部分，还设计有电压滤波电路，以进行电压滤波，保障焊机工作的抗干扰性能和可靠性。最后由OUT（+）正极性和OUT（-）负极性输出端输出焊接电流和电压。
[0031] 见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感TM2、滤波电容C1～C4、压敏电阻RV1～RV2、电阻R1组成。可抑制电流波动，减小电流波形中的毛刺突变信号。另外，对来自输出端的干扰信号进行滤波，减少干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响。
[0032] 见附图3、4，直流电源的产生和控制电路由具有多路交流电压输出的电源变压器、D18～D22二极管、D23 D26、D29～D31、D34，U3（7805）、U4（7815）、U13（7805）、U14和U12~（7915）集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容等器件组成。主要作用是产生+5V、+15V、+
3.3V、-15V直流电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。对于电源电路部分的工作原理，相对比较简单。以上部分也只是进行了简要的说明。如果需要了解本电路部分详细的工作情况，涉及到稳压电源的一些知识。读者可查询相关的稳压电路书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。
3.3V、-15V直流电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。对于电源电路部分的工作原理，相对比较简单。以上部分也只是进行了简要的说明。如果需要了解本电路部分详细的工作情况，涉及到稳压电源的一些知识。读者可查询相关的稳压电路书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。
[0033] 见附图3、4，输出特性PWM控制电路由U17 PWM脉冲宽度调制芯片、U18运算放大器（该U18芯片中的第一个运算放大器），以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管D43器件组成。U17 PWM脉冲宽度调制芯片的11（AOUT）脚和14（BOUT）脚为输出PWM脉冲信号。U17脉冲宽度调制（PWM）芯片输出的控制信号是两组方波脉冲信号。该信号是具有一定工作频率。两组方波脉冲信号在时间上有一个固定的时间差，专业上也称为死区时间。是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过U17芯片的外围器件（RT端的R80；CT端的C71）参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看U17芯片的相关使用资料或说明，这里不再重复。需要说明的是：PWM脉冲宽度调制信号是决定焊机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。而PWM脉冲宽度调制信号则受焊机的电流调节给定信号Ug（由不同焊接阶段的电流给定信号决定。例如，起始电流由起始电流给定决定；脉冲电流由脉冲电流给定决定等）和电流负反馈信号Ufi（不同的焊接阶段，检测到的电流反馈信号大小也不相同）决定。不同焊接阶段的PWM输出（也决定着焊机的输出）控制信号，通过附图5中的微处理器控制电路的PA4端口输出，连接至输出特性PWM控制电路部分的PA4信号端子。U17脉冲宽度调制（PWM）芯片有关断控制端，即U17的16脚（SHUTD）。
[0034] 见附图2-4，IGBT的驱动电路由TR2驱动变压器、Q9 Q12 MOS场效应管、D35 D42二~ ~极管，以及它们外围的电阻、电容等组成。四个IGBT，IGBT的驱动电路有四路输出控制电路。
这四路电路，每个部分在电路结构上是完全一致的。四路PWM输出驱动控制信号，分别通过插头CN14和CN15，连接到相应IGBT的驱动控制极。IGBT的驱动电路输入的控制信号来自输出特性PWM控制电路中U17 PWM脉冲宽度调制芯片的11（AOUT）脚和14（BOUT）脚的输出脉冲控制信号。由于U17芯片输出的信号驱动功率小，故需要经过驱动功率电路进行放大，再通过TR2驱动变压器及其外围的驱动电路去控制四个IGBT的工作状态。在有PWM输出驱动控制信号的情况下，可使逆变主电路中的IGBT1～IGBT4按照设定的通、断规律进行控制，从而使逆变主电路完成逆变转换控制。
这四路电路，每个部分在电路结构上是完全一致的。四路PWM输出驱动控制信号，分别通过插头CN14和CN15，连接到相应IGBT的驱动控制极。IGBT的驱动电路输入的控制信号来自输出特性PWM控制电路中U17 PWM脉冲宽度调制芯片的11（AOUT）脚和14（BOUT）脚的输出脉冲控制信号。由于U17芯片输出的信号驱动功率小，故需要经过驱动功率电路进行放大，再通过TR2驱动变压器及其外围的驱动电路去控制四个IGBT的工作状态。在有PWM输出驱动控制信号的情况下，可使逆变主电路中的IGBT1～IGBT4按照设定的通、断规律进行控制，从而使逆变主电路完成逆变转换控制。
[0035] 见附图2-4，逆变主电路中的初级回路电流检测和保护控制电路由电流检测环或TM3电流互感器、D44 D47、三极管Q13，以及它们外围的一些电阻和电容组成。通过电流检测~环或TM3电流互感器可检测逆变主电路中的初级回路电流信号。该信号通过D44 D47二极管~
组成的整流电路变换为直流信号。通过后级电路，作为过流保护控制信号，连接至U17 PWM脉冲宽度调制芯片的16脚（即关断控制信号端子SHUTD）。当有关断控制信号时，例如，发生过流或过热现象时，可通过该芯片的关断控制端，关闭U17芯片的PWM信号输出。此时，焊机由于没有PWM信号输出，因此，四个控制逆变的IGBT开关将处于关闭状态，停止逆变过程，焊机也就没有输出。
组成的整流电路变换为直流信号。通过后级电路，作为过流保护控制信号，连接至U17 PWM脉冲宽度调制芯片的16脚（即关断控制信号端子SHUTD）。当有关断控制信号时，例如，发生过流或过热现象时，可通过该芯片的关断控制端，关闭U17芯片的PWM信号输出。此时，焊机由于没有PWM信号输出，因此，四个控制逆变的IGBT开关将处于关闭状态，停止逆变过程，焊机也就没有输出。
[0036] 见附图2-4，焊机输出电流的检测和反馈控制电路由霍尔电流传感器BL1、运算放大器U16，以及它们外围的一些电阻和电容组成。所检测到的输出电流信号经过焊机输出电流的检测和反馈控制电路变换后，再通过该电路的输出端PA3连接到附图5中微处理器控制电路的PA3端口，作为电流负反馈信号Ufi，并与（不同焊接阶段的）电流给定信号一起，参与焊机输出电流的负反馈运算控制。而负反馈运算控制的结果，将输送至附图5中的微处理器控制电路的PA4端口，也就是输出特性PWM控制电路部分的PA4信号端。该信号的大小，决定着焊机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。正如前面所述，PA4的PWM脉冲宽度调制输出控制信号受焊机的电流调节给定信号Ug（由不同焊接阶段的电流给定信号决定。例如，起始电流由起始电流给定决定；脉冲电流由脉冲电流给定决定等）和电流负反馈信号Ufi（不同的焊接阶段，检测到的电流反馈信号大小也不相同）共同决定。给定信号变化了，焊机的输出电流将随之改变。不同的焊接阶段，施加不同的给定电流信号，也就可实现不同阶段电流，如起始电流、焊接电流、脉冲峰值电流、脉冲基值电流、收弧电流等参数的控制。
[0037] 见附图3、4，电磁气阀DF控制电路由电磁气阀DF或Y1、光耦U8、双向晶闸管或可控硅Q3、保险管RT3、二极管D9～D12、TIG焊枪开关SW1检测和抗干扰控制电路、微处理器控制电路等组成。SW1为TIG氩弧焊焊枪开关，通过插头连接到焊机前面板下方的焊枪开关插座。接好焊机供气系统，并且焊机通电。当选择手工电弧焊时，不使用TIG焊枪，控制电路不会使电磁气阀DF动作。当选择直流氩弧焊（DC TIG）或脉冲氩弧焊（Pulse TIG）焊时，使用TIG焊枪。如果焊枪开关SW1闭合，通过焊枪开关SW1检测和抗干扰控制电路，可使该检测电路中的光耦U5中的发光二极管发光，于是，光耦U5中的三极管导通，使PB14处于高电平。附图3、4中的微处理器控制电路在控制程序的作用下通过检测PB14端口的电平信号高低，即可知道焊枪开关SW1是否按下。即没有按下焊枪开关，PB14为低电平；按下焊枪开关时，PB14为高电平。当枪开关SW1闭合，PB14为高电平时，附图3、4中的微处理器控制电路，在控制程序的作用下，会使PA9端口输出高电平。于是，光耦U8中的发光二极管发光，光耦U8中的双向光控晶闸管或可控硅导通，使双向晶闸管或可控硅Q3导通。这样，29VAC电压通过二极管D9～D12整流后，获得的直流电压可使电磁气阀DF动作。于是，通过供气系统，可把保护气体输送到焊枪的焊接区进行保护，焊接区域的焊缝金属不会被空气氧化。在控制时序上，按下焊枪开关SW1，即可实现送气保护。并且，开始送气的时刻先于高频引弧的时刻。当松开焊枪开关，并且是准备结束焊接过程时，微处理器控制电路会进行电磁气阀DF的延时控制，最终实现保护气体的滞后闭气控制。而提前送气和滞后闭气的时间，是根据用户设定的两个时间参数来决定的。这些时间参数一旦输入到微处理器控制电路中，会被保存，直到被新的参数所取代。
[0038] 见附图3、4，高频引弧控制电路由T1高压包、TM2引弧（升压）变压器（也有输出电流滤波电感的作用）、火花放电器FD、电容C4～C6、光耦U6、双向晶闸管或可控硅Q3、保险管RT1、磁环CH（10T或匝）、二极管V1～V4、晶闸管或可控硅V6、双向触发二极管V5、TIG焊枪开关SW1检测和抗干扰控制电路、微处理器控制电路，以及它们外围的一些器件等组成。OUT（+）和OUT（-）是焊机的正、负输出端。高频引弧的高频高压信号，通过TM2引弧（升压）变压器耦合到逆变主电路的输出负极性回路中。接好焊机供气系统，并且焊机通电。当选择手工电弧焊时，不使用TIG焊枪，控制电路不会使高频引弧电路工作。当选择直流氩弧焊（DC TIG）或脉冲氩弧焊（Pulse TIG）焊时，使用TIG焊枪。如果焊枪开关SW1闭合，通过焊枪开关SW1检测和抗干扰控制电路，可使该检测电路中的光耦U5中的发光二极管发光，于是，光耦U5中的三极管导通，使PB14处于高电平。附图3、4中的微处理器控制电路在控制程序的作用下通过检测PB14端口的电平信号高低，即可知道焊枪开关SW1是否按下。即没有按下焊枪开关，PB14为低电平；按下焊枪开关时，PB14为高电平。当枪开关SW1闭合，PB14为高电平时，焊机会产生空载电压。同时，附图3、4中的微处理器控制电路，在控制程序的作用下，会使PB15端口输出高电平。于是，光耦U6中的发光二极管发光，光耦U6中的双向光控晶闸管或可控硅导通，使高频引弧电路中的双向晶闸管或可控硅Q3导通。这样，110VAC电压通过二极管V1～V4整流后，获得的直流电压可使V5导通。于是，通过控制晶闸管或可控硅V6，再通过T1高压包的升压作用，会使电容C5和C6两端的电压升高。当电压升高到可击穿火花放电器FD之间的气隙，并形成放电时，电容C5和C6与TM2引弧（再升压）变压器的初级绕组构成振荡电路，其产生的振荡高压高频信号经过TM2引弧变压器的耦合和再次升压作用，引入到逆变主电路的次级回路或焊接回路。如果此时焊枪中的钨针与工件之间的距离适当，并且有Ar（氩气）保护气体从焊枪中流出，则即可实现氩弧焊的高频引弧，即钨针与工件之间的气隙被高频高压振荡信号击穿，最终引燃电弧，之后就可以进行正常氩弧焊接操作。引弧成功后，焊机的输出电压迅速降低（这也是因为氩弧的电压是所有焊接电弧中最低的缘故），通常只有十几伏左右。比手工焊的电弧电压（一般25V左右）要低一半。焊接过程中，高频引弧控制电路会停止产生高频高压引弧振荡信号。除非焊接电弧断弧后，才会重复上述控制过程。在前面所述的送气控制部分，曾经说明过，在控制时序上，按下焊枪开关SW1，即可实现送气保护。并且，开始送气的时刻先于高频高压引弧的时刻。这也是保证实现提前于引弧时刻进行送气控制的前提。
[0039] 见附图1和附图3、4，热信号检测和保护控制电路由热敏电阻YMR、运算放大器U16（中的第一个运算放大器）及其外围的很多电阻、电容、稳压管ZD6和二极管、过热指示LED灯（YELLOW或黄色）、微处理器控制电路等器件和电路部分组成。过热保护指示LED灯（YELLOW或黄色）焊接在操作主控制面板上。安装热敏电阻YMR时，让它的温度检测面紧贴IGBT的散热器表面、有利于传导温度的地方进行安装，便于较好地检测散热器的温度，确保IGBT模块的可靠工作。
[0040] 关于过热保护控制过程，下面进行说明。见附图1和附图3、4，在焊机输出过程中，当IGBT的散热器发生过热现象时，或当热检测和保护控制电路中的（紧贴IGBT的散热器安装的）热敏电阻YMR检测到IGBT的散热器过热时，通过热检测和保护控制电路中的U16运算放大器状态翻转，可使PA2端口的电平状态改变。微处理器控制系统电路，通过检测PA2的电平高低，即可知道是否发生过热现象。如果检测到发生过热现象，则会使过热保护指示LED（YELLOW或黄色）灯点亮，指示焊机出现了过热现象。同时，会关闭U17 PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。在冷却风机的作用下，当过热现象消除时，控制电路才能使U17 PWM芯片继续输出PWM脉冲控制信号。同时过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了焊机过热保护。
[0041] 附图5是焊机的操作面板部分的电路原理图。见附图5，KEY1是直流氩弧焊（DC TIG）、脉冲氩弧焊（Pulse TIG）和手工电弧焊（MMA）的选择按键，也就是焊接方法选择按键；KEY2是脉冲参数（Pulse Parameters）的选择按键，即脉冲频率（Pulse Frequency）、脉冲宽度或占空比（Pulse Width）、脉冲基值电流（Pulse background current）的选择按键；KEY3是时序参数（Sequence or Timing Parameters）的选择按键，即起始电流（Start current）、电流上升或缓升时间（Current rise time）、电流缓降时间（Current slow down time）、收弧电流（Crater Current）的选择按键；KEY4是2T、4T焊枪开关操作方式选择按键；
KEY5是提前送气或前气时间（Pre-flow time of gas）、滞后闭气或后气时间（Post-flow time of gas）参数选择按键；KEY7是手工焊（MMA）、直流氩弧焊（DC TIG）时的焊接电流或脉冲氩弧焊（Pulse TIG）时的峰值电流（Pulse peak Current）选择按键。U7微处理器控制系统通过扫描或检测按键，即可知道用户选择了什么按键，也就决定或明确了点亮前面或下方提及的相应的指示灯，显示有关的数据，进行对应的控制等。当然，这些工作都是按照设定的软件控制程序来进行操作控制的。
KEY5是提前送气或前气时间（Pre-flow time of gas）、滞后闭气或后气时间（Post-flow time of gas）参数选择按键；KEY7是手工焊（MMA）、直流氩弧焊（DC TIG）时的焊接电流或脉冲氩弧焊（Pulse TIG）时的峰值电流（Pulse peak Current）选择按键。U7微处理器控制系统通过扫描或检测按键，即可知道用户选择了什么按键，也就决定或明确了点亮前面或下方提及的相应的指示灯，显示有关的数据，进行对应的控制等。当然，这些工作都是按照设定的软件控制程序来进行操作控制的。
[0042] 见附图5，LED8是脉冲频率（Pulse Frequency）的单位“Hz”（赫兹）指示灯。如果该灯闪烁，则单位为“KHz”（千赫兹）；LED7是时间（如提前送气时间、滞后闭气时间、电流缓升时间、电流缓降时间）的单位“S”（秒）指示灯；LED6是百分比（如脉冲占空比、脉冲基值电流（它以峰值电流的百分比来表示，故单位为百分比））的单位“%”指示灯；LED5是电流（如起始电流、焊接电流、峰值电流、收弧电流）的单位“A”（安培）指示灯；LED21是过热、过流保护（OH/OC）的指示灯；LED20是电源（POWER）的指示灯；LED13是起始电流（Start current）的指示灯；LED10是脉冲频率（Pulse Frequency）的指示灯；LED2是直流氩弧焊（DC TIG或TIG）的指示灯；LED3是脉冲氩弧焊（Pulse TIG）的指示灯；LED11是脉冲宽度或占空比（Pulse Width）的指示灯；LED4是手工焊（MMA）的指示灯；LED15是电流缓降时间（Current slow down time）的指示灯；LED12是脉冲基值电流（Pulse background current）的指示灯；LED23是滞后闭气或后气时间（Post-flow time of gas）的指示灯；LED22是提前送气或前气时间（Pre-flow time of gas）的指示灯；LED19是手工焊（MMA）、直流氩弧焊（DC TIG）时的焊接电流或脉冲氩弧焊（Pulse TIG）时的峰值电流（Pulse peak Current）的指示灯；
LED18是4T焊枪开关操作方式的指示灯；LED17是2T焊枪开关操作方式的指示灯；LED16是收弧电流（Crater Current）的指示灯。
LED18是4T焊枪开关操作方式的指示灯；LED17是2T焊枪开关操作方式的指示灯；LED16是收弧电流（Crater Current）的指示灯。
[0043] 见附图5，LED8、LED7、LED6、LED5、LED21、LED20和LED13是由芯片U3驱动控制它们点亮的，而芯片U3则受控于U7微处理器系统，即由该系统的PB14、PB15、PA2和SQH1端子信号电平进行控制；LED10、LED2、LED3、LED11、LED4、LED15和LED14是由芯片U4驱动控制它们点亮的，而芯片U4则受控于U7微处理器系统，即由该系统的PA1、PA2、SQH2和SQH1端子信号电平进行控制；类似地，LED12、LED23、LED22、LED19、LED18、LED17和LED16是由芯片U5驱动控制它们点亮的，而芯片U5则受控于U7微处理器系统，即由该系统的PA1、PA2、SQH2端子信号电平进行控制。焊机的微处理器控制系统根据操作者的选择，相应地点亮相关的指示灯，进行参数及其单位的指示。比较直观，也极大地方便了操作者是选择和使用操作。
[0044] 附图5的右上方BMQ是编码器，用于调节或设定焊接参数，其调节的数据通过PA0～PA1输入到U7的微处理器控制系统。SMG1是数码管显示器，以其为核心，加上外围的电阻、三极管组成焊机的显示电路。用于显示焊机的各个参数值。外加前面提及的参数的指示灯点亮配合，使操作者或用户很容易理解设定或显示的参数数据是什么。显示电路显示的数据受控于U7微处理器系统，由该系统的PB3～PB7、PA8～PA10、D1～D3信号端子进行控制。
[0045] 本实用新型焊机氩弧焊、脉冲氩弧焊和手工电弧焊输出特性的控制过程简述如下：
[0046] 焊机后面板的开关合上接通供电电源后，焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯等点亮，指示焊机带电工作。
[0047] 当通过焊机前面板上的焊接方法选择按键选择手工电弧焊，并且设定好各个阶段的焊接参数后（注意：手工焊时，可设定的参数并非像直流氩弧焊和脉冲氩弧焊那么多，是比较少的），在控制电路的作用下，焊机电路的U17 PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好前面板上焊接电流的给定信号Ug，并进行焊接时，通过BL1电流霍尔传感器检测和变换电路，可获得电流负反馈信号Ufi。该电流负反馈信号Ufi，与焊接电流给定信号Ug进行比较。比较后的差值信号，通过微处理器控制电路，进行PI（比例和积分）调节控制。其输出的结果控制U17 PWM芯片的脉冲宽度或占空比输出。再通过IGBT的驱动电路，控制逆变主电路中IGBT的通断时间，最终决定焊机输出电流和电压的大小，实现输出电流参数的准确控制。并使焊机的输出特性为恒流带外拖的下降特性。进一步地说，当焊接电流给定信号Ug不变时，随着焊机电路检测到的负反馈Ufi电流信号增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定Ug信号与Ufi电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过PI运算控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制，即只有当电流达到焊接电流电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，电压降低会很多。当焊机输出电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使U17 PWM芯片的脉冲宽度或占空比增加，使焊接电流按照设定的参数增大，最终形成恒流带外拖的下降特性，也就是低电压时的推力电流控制。当焊接电流给定信号变化时，电流截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在编码器设定的最小和最大电流之间，就可获得无数条下降特性曲线。这样的控制，也是满足手工电弧焊接的基本要求。
[0048] 当通过焊机前面板上的焊接方法按键开关选择直流氩弧焊或脉冲氩弧焊后，如果连接好氩弧焊所需的焊枪、保护气体系统等必要装置，并且设定好各个阶段的焊接参数，以及选择“2T”或“4T”操作方式后，即可开始焊接操作。所谓“2T”焊枪开关操作方式，也就是短焊或二步模式，是指按下焊枪开关，开始进行焊接。松开焊枪开关，则结束焊接操作。所谓“4T”焊枪开关操作方式，也就是长焊或四步模式，是指按下焊枪开关，开始进行焊接。松开焊枪开关，继续保持焊接状态。再次按下焊枪开关，则准备进入收弧控制。松开焊枪开关，则结束焊接操作。不同的方式，控制过程的时序是不一样的。焊机操作人员可根据焊接需要和个人习惯对上述两种模式选择使用。
[0049] 下面，以“2T”焊枪开关操作方式进行直流氩弧焊控制过程的说明：首先，使焊枪钨针与工件间保持适当的距离，通常是几个毫米。当按下焊枪开关SW1后，在控制电路的作用下，电磁气阀DF动作，先焊接区输送保护气体，实现提前送气控制。时间由设定的提前送气的时间决定。同时，焊机内部的U17 PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。之后，控制电路会发出指令，使高频引弧控制电路的工作，实现高频高压（非接触式）引弧。于是，焊接电弧被引燃。引弧阶段的电流，是由起始电流的设定或给定信号决定的。完成引弧或起始电流阶段的时间控制后，焊机的输出电流控制会进入到电流上升或缓升控制阶段。该阶段的控制由起始电流、电流缓升时间、焊接电流的参数设定共同决定。完成电流缓升时间阶段的控制后，控制会根据时序的顺序，进入焊接阶段控制。在焊接阶段，焊机的输出电流由操作者调节好的前面板上焊接电流给定信号Ug决定。焊接期间，通过电流霍尔传感器BL1检测和电路变换获得电流负反馈信号Ufi。该电流负反馈信号Ufi，会与焊接电流给定信号Ug进行比较。比较后的差值信号，通过控制电路进行PI（比例和积分）调节控制。其输出的结果控制U17 PWM芯片的脉冲宽度或占空比输出。通过IGBT的驱动电路，控制逆变主电路中IGBT的通断时间，最终决定焊机输出电流和电压的大小，实现焊接电流的准确控制。并使焊机的输出特性为恒流带外拖的下降特性。进一步地说，当焊接电流给定信号Ug不变时，随着焊机电路检测到的负反馈Ufi电流信号增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定Ug信号与Ufi电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过PI控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制。当焊接电流给定信号变化时，电流截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在设定的最小和最大电流之间，就可获得无数条下降特性曲线。如果准备不进行焊接了，焊接过程的控制会逐步、依次进入到电流缓降、收弧电流和滞后闭气控制阶段，最终会使焊机关闭输出。以上的控制过程，也是满足氩弧焊焊接的基本要求。
[0050] 下面，以“2T”焊枪开关操作方式进行直流脉冲氩弧焊控制过程的说明：其提前送气、空载建立、高频高压（非接触式）引弧、引弧或起始电流、电流上升或缓升控制阶段，以及准备结束焊接的电流缓降、收弧电流和滞后闭气等控制，与前面所述的直流氩弧焊前面阶段是一样的。不同的是：完成电流缓升时间阶段的控制后，控制会根据时序的顺序，进入脉冲电流焊接阶段控制。在脉冲电流焊接阶段，焊机的输出电流由操作者调节好的前面板上峰值电流、基值电流、脉冲频率、脉冲宽度或占空比的给定参数决定。其峰值电流、基值电流的控制，仍然是电流负反馈控制，以保持不同阶段的电流稳定。在控制时序上，按照设定的脉冲频率、脉冲宽度或占空比参数，也就是不同的脉冲时间和和周期，通过切换峰值电流与基值电流的给定信号，即可实现焊机输出电流在峰值电流与基值电流之间不断地变换，也就实现了脉冲电流的焊接及其时间控制。以上的控制过程，也是满足脉冲氩弧焊焊接的基本要求。
[0051] 关于焊机三种焊接方法中，其它部分电路的工作过程以及控制程序等部分，这里就不再详细描述述了。
[0052] 关于本实用新型焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：
[0053] 1）输入滤波。见附图2，输入滤波由CAP0三个电容、CAP1和CAP2电容、压敏电阻RV3组成。主要是对来自电网的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响。CAP1和CAP2滤波电容对整流后的电压进行滤波。
[0054] 2）输出滤波措施。见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感TM2、滤波电容C1～C4、压敏电阻RV1～RV2、电阻R1组成。可抑制电流波动，减小电流波形中的毛刺突变信号。另外，对来自输出端的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响。
[0055] 3）IGBT逆变开关电路和输出整流抗干扰措施。见附图2，逆变主电路工作过程中，IGBT开关器件在通断控制过程中，会产生尖峰干扰信号。这些干扰信号是通过并联在IGBT器件两端的电阻和电容抗干扰电路来加以降低或控制的。见附图2，主要由电容C76～C79和电阻R108组成。而并联在快速恢复二极管器件D1 D2两端的电阻和电容（如R1～R4、C1～C2）~抗干扰电路则可以降低快速恢复二极管整流过程中的尖峰干扰信号，防止过电压损坏快速恢复二极管。
[0056] 4）抗干扰磁环。例如，套在逆变主变压器B次级绕组输出线上的磁环L1～L8，以及高频板与驱动板连接线上的抗干扰磁环CH（10T或匝）。
[0057] 5）在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。本实用新型的驱动和操作主控制面板板部分相当于被外壳、底板和后面板、前面板组成的金属外壳包围。可起到隔离强电磁干扰、限制电磁辐射等作用。
[0058] 再者，附图3、4中的U1芯片，附图5中的U2芯片，都是A1050器件。该芯片是一款隔离式CAN转发器。以它为核心及其外围的元器件组成的电路，实现附图3、4所示的控制电路与附图5所示的操作主控制面板之间的相互通信和联系。利用它们组成的电路，防止两块控制电路电路部分的微处理器数据总线或者其它电路上的噪声电流信号通过进入各自微处理器系统的接地，并干扰和损坏一些敏感器件。除了其它的电路工作可靠性设计和软件抗干扰措施外，上述措施也是保证本实用新型电路制成的焊机产品工作可靠性的一个重要前提。
[0059] 以上是本实用新型焊机各个电路部分以及氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊方法的简要控制过程说明。由于本实用新型已经给出了附图2～附图5的详细电路原理图，因此，对于有电路阅读能力（或具备相关电路知识）的人来说，是完全可以读懂的。电路图就是一种无声的语言。但是，对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本文只能阐述主要的部分，以使读者能够更好地理解相关的工作原理和过程。
[0060] 通过上述说明可见，本实用新型电路有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现焊机直流氩弧焊、脉冲氩弧焊和手弧焊三种焊接方法输出等控制，而且，所设计的控制电路和焊机的整机结构，都是使本实用新型焊机产品符合安全性认证要求，具有良好控制性能等技术优势的根本原因所在，也是满足产品高效和低成本生产、高可靠性、制造工艺技术先进性的重要保障。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的结构设计。
[0062] 以上内容是结合具体的焊机结构和电路板及控制功能对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对本实用新型所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干其它的推演和变换，这些都应该视为属于本实用新型保护的范畴。
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