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一种IGBT逆变无气保护焊机

阅读:618发布:2022-04-17

专利汇可以提供一种IGBT逆变无气保护焊机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种IGBT逆变无气保护焊机。焊机的供电电源110-120V,50/60Hz。其内部通过中隔板分为上、下二层。上层主要布置有 送丝机 、 焊丝 盘轴、前控制板。下层主要布置有功率控制板、输出滤波电抗器、冷却 风 机等。焊机的控制 电路 板分为前控制板和功率控制板。控制电路包括上电缓冲、倍压、整流和滤波电路;IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波电路; 开关 电源电路;指示、 电压 和 电流 (或送丝速度)给定、送丝控制电路;输出特性和保护(如过流、过压、欠压和 过热 保护)控制部分。本 说明书 给出了示例焊机的结构示意图及各部分的电路原理图,并进行了相应的说明。本发明焊机采用无气体保护药芯焊丝,具有无需保护气体,可半自动 焊接 的特点,此外,还有控制电路设计简洁、合理、工作可靠性高,产品制造成本低的优点。,下面是一种IGBT逆变无气保护焊机专利的具体信息内容。

1.一种IGBT逆变无气保护焊机,其特征在于:焊机主要包括外壳部分、后面板部分、机箱前面板部分和和内部的控制部分,外壳部分包括提手、机壳上盖板、左侧盖板、机壳底板、右侧盖板和机箱前面板;所述的后面板部分的后面板上安装有电源开关、供电电源线及其固线器和冷却机;所述的机箱前面板部分设有焊接电缆上的接地夹、焊枪及其电缆,焊枪电缆弹簧式固线器、前控制板、前控制板护盒、输出电流滤波电抗器;内部的控制部分通过中隔板将焊机的内部分为上、下二层;上层部分主要布置主要有送丝机焊丝盘轴、前控制板和前控制板护盒;下层部分主要布置主要有功率控制板、冷却风机、输出电流滤波电抗器;内部的控制部分还包括控制电路板,焊机的控制电路电路板设计为二,包括前控制板和功率控制板,前控制板和功率控制板上设置有上电缓冲倍压整流和滤波电路、IGBT驱动逆变输出整流和滤波电路、开关电源电路、指示电压电流给定和送丝控制电路以及输出特性和保护控制电路。
2.如权利要求1所述的一种IGBT逆变无气保护焊机,其特征在于:所述的上电缓冲、倍压、整流和滤波电路包括供电电源,供电系统的保护性接地连接至焊机的金属机箱上;焊机通过电源开关接通电网电源,从电网来的交流电,经过由电阻R1、继电器K1A及其控制电路组成的上电缓冲控制电路后,再供电给由整流桥BR1、电解电容E8和E9组成的倍压、整流和滤波电路,最后获得310V的直流稳定电压;电解电容E8和E9既是倍压电路中的电容,也是整流桥BR1单相全波整流后的滤波电容;310V直流母线电压供给后级由IGBT管、逆变主变压器和快速恢复二极管等组成的逆变主电路;压敏电阻RY1并联在K101电源开关的后端,用于过压保护;电容C7-1并联在310V对地的两端;电阻R2和R4并联,并且并联在电解电容E8的两端;电阻R3和R5并联,并且并联在电解电容E9的两端,之后,电阻R2和R4、R3和R5再串联,并且连接在电解电容E8和E9的两端;上电缓冲的控制电路由NPN型三极管Q5、二极管D24和D25、稳压管DZ7、电阻R45、电容C7和电解电容C29组成,该部分电路的供电电压来自开关电源电路;电阻R1串联在电源输入回路中,电阻R1的两端并联继电器K1A的触头K1B;继电器K1A的一端连接+12V电压和二极管D25的阴极,+12V电压对地之间连接滤波电容C7,二极管D25的阳极连接继电器K1A的另一端和NPN型三极管Q5的集电极,NPN型三极管Q5的发射极接地,NPN型三极管Q5的基极连接二极管DZ7的阳极,二极管DZ7的阴极连接电解电容C29的正极、电阻R45、二极管D24的阳极,电解电容C29的负极接地,电阻R45、二极管D24是并联的,二极管D24的阴极连接+12V电压;继电器K1A的延时就是由其控制电路来实现的,继电器K1A会在电源开关接通,一定延时时间后动作,其触头继电器K1B闭合或短路R1电阻,焊机合闸瞬间串入的R1电阻来限制浪涌电流的。
3.如权利要求1所述的一种IGBT逆变无气保护焊机,其特征在于:所述的IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波电路部分,逆变、输出整流和滤波电路由IGBT1和IGBT2、快恢复二极管D1和D2、逆变变压器T3、初级电流检测互感器HGQ,输出整流快恢复二极管D01~D03、输出电流滤波电感L1,以及电阻R17~R19,电容C16~C17、C20~C22,二极管D14和D16组成;IGBT1的G和S端连接至IGBT的驱动电路的一组输出两端;IGBT1的D端连接至倍压、整流和滤波电路的310V端,IGBT1的S端连接快恢复二极管D1的阴极和逆变变压器T3初级绕组的一端,逆变变压器T3初级绕组的另一端连接至初级电流检测互感器HGQ初级的一端,该初级电流检测互感器HGQ初级的另一端连接快恢复二极管D2的阳极和IGBT2的D端,快恢复二极管D2的阴极连接倍压、整流和滤波电路中的310V端,IGBT2的S端连接倍压、整流和滤波电路中地端,IGBT2的G和S端连接至IGBT的驱动电路的另一组输出两端;逆变变压器T3次级绕组的一端连接输出整流快恢复二极管D01的阳极,输出整流快恢复二极管D01的阴极连接输出整流快恢复二极管D02和D03的阴极以及输出电流滤波电感L1的一端,输出电流滤波电感L1的另一端连接焊机的正极性输出端,逆变变压器T3次级绕组的另一端连接输出整流快恢复二极管D02和D03的阳极以及负极性输出端;逆变变压器T3次级绕组的两端并联有电阻R19和电容C20阻容串联吸收保护电路;在焊机的正极性输出端与负极性输出-端之间并联有电容C21~C22串联电路,电容C21与C22的中间连接点连接至供电电源的保护性接地端子,电容C21与C22也是焊机电路的输出抗干扰电容,用于保障焊机器件工作的可靠性;IGBT1、IGBT2、快恢复二极管D1和D2、逆变变压器T3、初级电流检测互感器HGQ组成焊机的单端正激逆变主电路;在每个IGBT的D和S端之间,还并联有电容、电阻和二极管组成的吸收电路;逆变主电路中IGBT的驱动电路由驱动变压器T2,二极管D6~D12,稳压管DZ1~DZ6,场效应管Q7,PNP型三极管Q3和Q4,电阻R20~R23、R26~R28、R30、R58~R59,电容C23~C24、C19器件组成;IGBT1、IGBT2管的二路驱动部分的电路形式基本是一致的;通过驱动电路去控制IGBT1、IGBT2管的通或断工作状态;驱动变压器T2有一个初级绕组和两个次级绕组;驱动变压器T2的初级绕组一端连接稳压管DZ1的阳极、电容C19和温度控制器WK的一端,温度控制器WK的另一端接+15V,电容C19的另一端接地;稳压管DZ1和电容C19同时连接至R25,通过R25去控制三极管D15;稳压管DZ1的阴极连接稳压管DZ2的阳极,稳压管DZ2的阴极连接二极管D9的阴极,二极管D9的阳极连接场效应管Q7的D端和驱动变压器T2初级绕组的另一端;场效应管Q7的S端接地,场效应管Q7的G端连接电阻R58和R59,电阻R59的另一端接地,电阻R58的另一端连接PWM脉冲宽度调制芯片的输出端;对于IGBT1的驱动电路,T2的一个次级绕组,其中一端连接二极管D1的阴极或IGBT1的S端,另一端连接二极管D10的阳极、电阻R21、二极管D12的阴极,二极管D12的阳极连接PNP型三极管Q4的集电极,二极管D10的阴极连接电阻R21的另一端、PNP型三极管Q4的基极、电阻R23和二极管D11的阳极,电阻R23的另一端连接二极管D1的阴极或IGBT1的S端,PNP型三极管Q4的集电极连接电容C24,电容C24的另一端连接二极管D1的阴极或IGBT1的S端;二极管D11的阴极连接PNP型三极管Q4的发射极和电阻R27,电阻R27的另一端连接稳压管DZ5的阴极、电阻R30和IGBT1的G端;稳压管DZ5的阳极连接稳压管DZ6的阳极;稳压管DZ6的阴极、电阻R30的另一端和电容C16连接快恢复二极管D1的阴极或IGBT1的S端;IGBT1的D端连接310V、电阻R17和二极管D14的阳极,电阻R17的另一端与二极管D14的阴极连接在一起,并与电容C16的另一端连接;电阻R17、电容C16、二极管D14构成的电路为IGBT1的RCD吸收电路;类似地,对于IGBT2的驱动电路,驱动变压器T2的另一个次级绕组,其中一端连接IGBT2的S端,另一端连接二极管D7的阳极、电阻R20、二极管D6的阴极,二极管D6的阳极连接PNP型三极管Q3的集电极,二极管D7的阴极连接电阻R20的另一端、PNP型三极管Q3的基极、电阻R22和二极管D8的阳极,电阻R22的另一端连接IGBT2的S端,PNP型三极管Q3的集电极连接电容C23,电容C23的另一端连接IGBT2的S端;二极管D8的阴极连接PNP型三极管Q3的发射极和电阻R26,电阻R26的另一端连接稳压管DZ3的阴极、电阻R28和IGBT2的G端;稳压管DZ3的阳极连接稳压管DZ4的阳极;稳压管DZ4的阴极、电阻R28的另一端、电阻R18和二极管D16的阴极连接IGBT2的S端;IGBT2的D端连接电容C17、二极管D2的阳极、初级电流检测互感器HGQ初级的一端;电阻R18的另一端与二极管D16的阳极连接在一起,并与电容C17的另一端连接;电阻R18、电容C17、二极管D16构成的电路为IGBT2的RCD吸收电路。
4.如权利要求1所述的一种IGBT逆变无气保护焊机,其特征在于:所述的开关电源电路部分,其特征在于:开关电源电路由开关电源变压器T1、场效应管Q30、PWM控制芯片N10、集成稳压器U5和U7,二极管D3~D5、D13、D15、D22、D29~D30、D32~D33,稳压管DZ9,电阻R9~R16、R29、R51~R52、R54~R57,电容C3~C6、C8、C12~C15、C35、C47、C48和C51,电解电容C9~C11、C33、C44、C48和C49组成;其中,一组电路产生+15V、-15V和+24V直流电源电压;另一组电路产生+12V、+12V2直流电源电压;分别供给相应的控制电路带电工作;开关电源电路的供电来自310V,即逆变主电路中的直流母线电压;开关电源变压器T1初级的1号端子连接
310V、二极管D13的阴极和电阻R14,二极管D13的阳极连接电阻R10,电阻R10的另一端连接电阻R9和电容C12,电阻R9和电容C12是并联的,它们的另一端连接开关电源变压器T1初级的3号端子;电阻R14、R13和R12是串联的,它们的另一端连接PWM芯片N10的电源VCC端;+12V连接二极管D5的阳极,二极管D5的阴极连接电容C5、电解电容C10的正极、电阻R11和PWM芯片N10的7脚,电容C5、电解电容C10、电阻R11是并联的;开关电源变压器T1初级的3号端子连接场效应管Q30的D端,场效应管Q30的G端连接电阻R55、R54和稳压管DZ9的阴极,电阻R55的另一端连接PWM芯片N10的6脚输出端;电阻R54和稳压管DZ9是并联的,它们的另一端连接场效应管Q30的S端、电阻R29、R51和R52,R51和R52是并联的,它们的另一端接地,电阻R29的另一端连接PWM芯片N10的3脚,该3脚还连接电容C14,电容C14的另一端接地;PWM芯片N10的8脚连接电容C6、电阻R56,电容C6的另一端接地,电阻R56的另一端连接PWM芯片N10的4脚;
PWM芯片N10的4脚与5脚之间并联电容C35,PWM芯片N10的5脚接VGND地;PWM芯片N10的2脚连接R57、C15、C13、R16,R16的另一端连接+12V端,R57的另一端接VGND地,C13的另一端连接PWM芯片N10的1脚,电容C15的另一端连接电阻R15,电阻R15的另一端连接PWM芯片N10的1脚;开关电源变压器T1的一个次级,其一端6脚接地,其另一端5脚连接二极管D3和D4的阳极,二极管D3和D4是并联的,二极管D3和D4的阴极对地之间并联有电解电容C33和电容C8,二极管D3和D4的阴极端输出的电压是+12V;+12V连接二极管D15的阳极,二极管D15的阴极连接二极管D22的阳极,二极管D15的阴极也是+12V2的电压输出端子;二极管D22的阴极和地连接至一插头,通过该CN插头连接至高速直流冷却风扇;开关电源变压器T1的一个次级,其11号端子接地,其12号端子连接二极管D32和D33的阳极,二极管D32和D33是并联的,它们的阴极连接电解电容C44的正极,即+24V输出端,电解电容C44的阴极接地,+24V输出端对地之间还并联有电容C51;开关电源变压器T1的另一个次级,开关电源变压器T1的8号端子接地,开关电源变压器T1的9号端子连接二极管D30的阳极,二极管D30的阴极连接集成稳压器U7的输入端;集成稳压器U7的输入端对地之间并联有电解电容C11和电容C4;集成稳压器U7的输出端对地之间并联有电解电容C9和电容C3,集成稳压器U7的输出端输出+15V直流电压;开关电源变压器T1的10号端子连接二极管D29的阴极,二极管D29的阳极连接集成稳压器U5的输入端;集成稳压管U7的输入端对D地之间并联有电解电容C49和电容C47;集成稳压管U5的输出端对地之间并联有电解电容C48和电容C46,集成稳压器U5的输出端输出-15V直流电压。
5.如权利要求1所述的一种IGBT逆变无气保护焊机,其特征在于:所述的指示、电压和电流给定、送丝控制电路通过其接口连接到送丝机构的电机;包括NPN型功率三极管QM1,稳压器N13,焊机的焊枪开关QKG, NPN型达林顿三极管Q13,焊机的输出电压调节电位器RP-VOL,焊机的输出电流或送丝速度调节电位器RP-CURR;焊机的指示、电压给定、送丝控制电路除了由上述元器件组成外,还由二极管D37,电阻R6、R7、R25、R25-1、R31、R32、R34、R40、R44、R60,电容C25、C26、C39,电解电容C96组成;电阻R6连接+15V,电阻R6的另一端连接焊机的电源指示灯的阳极,该电源指示灯的阴极接地;输出电压调节电位器RP-VOL的中点与接地之间连接电容C39,输出电压调节电位器RP-VOL的一端连接电阻R60后接地,输出电压调节电位器RP-VOL的另一端连接电阻R40后接至+15V;输出电流或送丝速度调节电位器RP-CURR的一端连接电阻R31后接地,输出电压调节电位器RP-VOL的另一端悬空,输出电流或送丝速度调节电位器RP-CURR的中点连接电阻R32,电阻R32的另一端连接NPN型达林顿三极管Q13的集电极、电容C25、电阻R34和稳压器N13的调节端1脚,电容C25的另一端接地,电阻R34的另一端连接NPN型功率三极管QM1的基极、稳压器N13的输出Vout端、R25-1,R25-1的另一端连接QM1的发射极,NPN型功率三极管QM1的集电极与发射极之间并联有R25,QM1的集电极连接稳压管N13的输入端,也是+24端;+24端与+24V端之间连接有焊枪开关QKG;NPN型功率三极管QM1的发射极与地之间,并联有电容C96、C26和送丝电机。
6.如权利要求1所述的一种IGBT逆变无气保护焊机,其特征在于:所述的输出特性和保护控制电路部分的输出特性控制电路由PWM控制芯片U1、运算放大器U9,NPN型三极管D1,场效应管Q8,PNP型三极管D5,稳压管DZ8、二极管D2、 D3A、D3B、D27,电阻R01、R03、R04、R05、R06、R09、R10、R14、R26~R29、R37、R38、R41、R42、R46、R48~R50、R62~R64、R66~R68,电容C1~C3、C5~C7、C9、C28、C30~C34、C41~C43,微调电位器RV1组成;运算放大器U9组成电压跟随器,电阻R42的一端连接电压给定信号,电阻 R42的另一端连接运算放大器U9的同相输入端,该同相输入端连接电阻R41后接地,运算放大器U9B的输出端连接电阻R63,电阻R63的另一端连接运算放大器U9的同相输入端、二极管D27的阴极、电容C42、C42的另一端接地,二极管D27的阳极连接电阴R64、场效应管Q8的集电极,电阻R64的另一端接+15V,场效应管Q8的发射极接地,场效应管Q8的基极连接电容C43、电阻R48,电容C43的另一端接地,电阻R48的另一端连接运算放大器U9的输出端;运算放大器U9的供电电压为+15V和-15V;正极连接至焊机输出端的反馈电压,电阻R37连接正极,电阻R37的另一端连接电容C28,C28的另一端接地;同时连接电阻R38、电容C30、电阻R46、电阻R49,电阻R38、电容C30的另一端接地,电阻R46的另一端连接电容C31,电容C31的另一端连接电阻R49的另一端,此端还连接至运算放大器U9的反相输入端;反相输入端连接电阻R62、电容C32、电容C34和稳压管DZ8的阴极,电容C32的另一端连接运算放大器U9的输出端;电阻R62的另一端连接电容C41,电容C41的另一端接地;电容C34的另一端连接电阻R50,电阻R50的另一端连接运算放大器U9的输出端;
稳压管DZ8的阳极连接电阻R68、二极管D26的阳极,二极管D26的阴极连接运算放大器U9的输出端,电阻R68的另一端连接-15V;运算放大器U9及其外围器件组成近似比例积分控制运算环节的电路;运算放大器U9的输出端连接电阻R66,电阻R66的另一端连接至NPN型三极管D10的集电极和电阻R27,电阻R27的另一端连接PWM控制芯片U1的1脚;NPN型三极管D10的发射极接地,NPN型三极管D10的基极受过热保护、过压保护控制电路的控制;电位器用于电压反馈量设定或输出电压校正,便于准确控制输出电压;PWM控制芯片U1的6脚PWM输出端连接控制场效应管Q7的信号端;PWM控制芯片U1的3脚对地之间并联有电阻R05、电容C6、电阻R14,PWM控制芯片U1的3脚连接电阻R03,电阻R03的另一端连接三极管的发射极;PWM控制芯片U1的3脚连接电阻R10,电阻R10的另一端连接电容C5、电阻R09,电容C5的另一端接地,电阻R09的另一端连接二极管D3B的阴极和电阻R67,电阻R67的另一端接地,二极管D3B的阳极连接二极管D3A的阴极、电阻R04,电阻R04的另一端接地,二极管D3A的阳极连接稳压管D2的阳极,稳压管D2的阴极接地,信号端连接电流检测互感器HGQ的电流反馈信号;PWM控制芯片U1的5脚接地;PWM控制芯片U1的4脚对地之间并联有电容C1和电容C08,PWM控制芯片U1的4脚还连接三极管D1的基极;PWM控制芯片U1的8脚对地之间连接电容C2、三极管D1的集电极,PWM控制芯片U1的8脚对4脚之间并联有电阻R01、电阻R26;PWM控制芯片U1的2脚对地之间连接电阻R29,PWM控制芯片U1的2脚对1脚之间并联有电容C9和电阻R28;PWM控制芯片U1的1脚对地之间连接电容C7,PWM控制芯片U1的1脚连接电阻R27,电阻R27的另一端连接三极管D10的集电极、电阻R66,电阻R66的另一端连接运算放大器U9的输出端,三极管D10的发射极接地;PWM控制芯片U1的7脚对地之间连接电容C3,PWM控制芯片U1的7脚连接电阻R02、三极管D5的集电极,三极管D5的发射极接+15V,三极管D5的基极与发射极之间连接有电阻R06,三极管D5的基极连接稳压管D11阴极,稳压管D11的阳极连接电阻R07、二极管D12A的阴极,电阴R07的另一端连接运算放大器U5A的输出,二极管D12A的阳极连接运算放大器U5B的输出;
电阻R02的另一端连接二极管D7A的阳极,二极管D7A的阴极连接电阻R12、运算放大器U5C的反相输入端;电阻R12的另一端连接+15V,+15V对地之间并联有电阻R13和电容C11;运算放大器U5C的同相输入端与运算放大器U5D的同相输入端、运算放大器U5A的反相输入端、电阻R17、电容C16连接,电容C16的另一端接地,电阻R17的另一端连接运算放大器U5B的同相输入端;运算放大器U5B的同相输入端与输出端之间连接有电阻R16,运算放大器U5B的输出端连接二极管D12A的阳极;+15V对地之间连接电容C40,电阻R23连接+15V,电阻R23的另一端连接稳压管D14的阴极电容C16和电阻R17,以及运算放大器U5C和运算放大器U5D的同相输入端;电阻R15和二极管D13A的阴极连接+15V,电阻R15和二极管D13A的另一端连接电容C17和运算放大器U5B的反相输入端,C17的电容另一端接地;电阻R08、电阻R11、电阻R33、电阻R74,电解电容C50,二极管D28、二极管D30、二极管D31和二极管D4B,运算放大器U5D,NPN型三极管D10组成焊枪开关检测控制电路;运算放大器U5D组成的电路是电压比较器、电阻R18、电阻管R20、电阻R21、电阻R24、电阻R35、电阻R36、电阻R39、电阻R43、电阻R53、电阻R65、稳压管D35、稳压管D34、电容C36、电容C10、电容C13、光耦U6、二极管D4A、二极管D9A、运算放大器U5A和NPN型三极管D10组成过压保护控制电路;电阻R24、电阻R35、电阻R36、电阻R39、电阻R43是串联的,电阻R24和电阻R43的一端连接在直流母线电压310V及其地之间,电阻R53连接在电阻R36和电阻R39的连接点上,稳压管D35和稳压管D34是正串联的,电阻R53的另一端连接稳压管D35的阴极,稳压管D34的阳极连接电容C36和光耦U6中发光二极管的阳极,电容C36的另一端和光耦U6中发光二极管的阴极接地;电阻R65和二极管D9A是并联在光耦U6中输出级的三极管两端的,二极管D9A的阴极和光耦U6中三极管的集电极连接+15V,二极管D9A的阳极和光耦U6中三极管的发射极连接电容C13和电阻R21,电容C13的另一端接地,电阻R21的另一端连接至运算放大器U5A的同相输入端;运算放大器U5A的同相输入端与输出之间连接有电阻R18,运算放大器U5A的输出连接电阻R20,电阻R20的另一端连接二极管D4A的阳极,二极管D4A的阴极连接三极管D10的基极;三极管D10的集电极通过电阻R27连接至PWM芯片U1的1脚,三极管D10的发射极接地;电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R65、NPN型三极管D15、电容C15、电容C13、二极管D4A、二极管D9A和运算放大器U5A组成过热保护控制电路;NPN型三极管D15的发射极接地,NPN型三极管D15的基极与发射极之间并联有电阻R24和电容C15;NPN型三极管D15的集电极连接R22,电阻R22的另一端连接电阻R65、二极管D9A的阳极、电阻R21,电阻R65的另一端、二极管D9A的阴极连接+
15V,电阻R21的另一端连接运算放大器U5A的同相输入端, 集成PWM芯片U1及其周围的电阻、电容等器件组成 IGBT管的逆变PWM控制电路。

说明书全文

一种IGBT逆变无气保护焊机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种IGBT逆变无气保护焊机。属于逆变焊机技术领域。技术背景
[0002] 众所周知,逆变式MIG/MAG气体保护焊机一般需要采用保护气体来进行焊接的,有一类焊机,它们采用自保护的药芯焊丝焊接,无需用户使用保护气体,这就为用户在没有保护气体的情况下进行焊接带来了极大的方便性;例如,家庭用户,不像工业用户那样有条件使用保护气体,因此,针对此类用户,开发使用无气体保护药芯焊丝焊接的焊机还是十分必要的,也有着较为广阔的市场;虽然,采用MIG/MAG气体保护焊机,使用自保护的药芯焊丝焊接当然也是可以的,但是,这类焊机与专使用无气体保护药芯焊丝焊接的焊机相比,在产品成本、设计方面还是有差异性的,特别是在面向家庭用户使用的焊机方面;因此,产品市场的竞争,体现在技术的先进性和成本优势上,在很大程度上取决于焊机的电路及其功能和结构设计等方面。
[0003] 国内外市场上,IGBT管逆变式气体保护焊机,其额定电流通常在140 200A(负载持~续率60 20%)的平;对于无气体保护药芯焊丝焊接的焊机,由于其适应性强,因而其应用~
的范围也会较广;此类焊机,不同的电路、电路板和整机结构设计,控制原理和方式不同,电路板和整机的布局和连接方式,其产品的技术、可靠性和制作工艺也完全不同;这些都会影响产品的市场竞争,市场上虽然已有无气体保护药芯焊丝焊接的焊机,但其保护功能少,通常只有过热保护,电路的工作可靠性低,产品制作成本和销售价格高;因此,如何在低成本的前提下,开发高可靠性、低成本的无气体保护药芯焊丝焊接的焊机是有一定技术难度的。这也是本发明需要解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的焊机,供电电源110-120V,50/60Hz,焊接时采用无气体保护药芯焊丝,不用保护气体,其焊接操作方式与有气体保护的焊机相当;本发明通过控制电路,可方便地实现:1)上电缓冲、倍压、整流和滤波;2)IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波;3)开关电源电路的多个直流电压输出,如+15V、-15V、+24V等;4)指示、电压和电流或送丝速度给定、送丝控制;5)平特性输出和参数控制,以及无气保护药芯焊丝的半自动焊接;6)保护控制,如过热、过压、欠压和过流保护。
[0005] 对本发明的前控制电路板和驱动控制板部分,其大尺寸的一些器件通过自动和少量人工插件的方式安装和焊接在电路板上,而很多小尺寸的器件则是通过自动贴片的方式,直接安装和焊接在这两电路板上,因而可以简化器件的生产制作工艺,降低制造成本;不像其它很多的焊机那样,其产品制作工序多和生产工艺复杂,而且电路板还占据较大的空间,使整机尺寸大,重量重,也就是说,采用本发明的电路板设计和制作方式缩小了产品尺寸,降低重量和运输成本;同时,焊机生产加工工序减少,制作工艺也得到了简化,更加方便生产。
[0006] 本发明焊机,供电电源110-120V,50/60Hz,焊接时采用无气体保护药芯焊丝,不用保护气体,其焊接操作方式与有气体保护的焊机相当。其主要组成部分包括:1)外壳部分包括提手、机壳上盖板、左侧盖板、机壳底板、右侧盖板、机箱前面板。
[0007] 2)后面板部分。本发明焊机机壳底板的后面板上安装的零部件主要有:电源开关、供电电源线及其固线器、冷却机。通过电源线连接到供电电网。电源开关控制输入电源的通或断。冷却风扇对焊机内部的一些零部件进行强迫风冷。冷却风扇位于电源的后部,冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进入。可使焊机内部的一些发热器件或零部件,如IGBT及散热散热器、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,有利于保障内部电路工作的可靠性。
[0008] 3)机箱前面板部分。机箱前面板上安装的零部件主要有:焊接电缆拉不脱或固线器,连接在此焊接电缆上的接地夹、焊枪及其电缆,焊枪电缆弹簧式固线器、前控制板、前控制板护盒、输出电流滤波电抗器。
[0009] 通过中隔板,焊机的内部分为上、下二层。
[0010] 4)上层部分,上层主要布置主要有送丝机、焊丝盘轴、前控制板、前控制板护盒。
[0011] 5)下层部分,下层主要布置主要有功率控制板、冷却风机、输出电流滤波电抗器。
[0012] 6)控制板部分,焊机的电路板设计为二块,包括前控制板和功率控制板;每块控制板都有各自的电路部分,承担着不同的控制功能,在前控制板上,布置有电源指示灯、保护指示灯、电压调节电位器及其旋钮、电流或送丝速度调节电位器及其旋钮,以及相应的控制电路,在功率控制板上,布置有驱动变压器、续流快恢复二极管、辅助电源变压器、主变压器、快恢复二极管、散热器(分为散热器I、散热器II、散热器III)、电解电容、整流器整流桥、IGBT管,以及相应的控制电路。
[0013] 对于控制电路部分,包括上电缓冲、倍压、整流和滤波电路;IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波电路;开关电源电路;指示、电压和电流或送丝速度给定、送丝控制电路;输出特性和保护控制电路部分。
[0014] 焊机各电路和零部件之间,按照本发明的电路原理图关系和结构连接关系连接在一起。可满足采用无气体保护药芯焊丝焊接的使用控制要求。例如,通过本发明控制电路,可方便地实现:1)上电缓冲、倍压、整流和滤波;2)IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波;3)开关电源电路的多个直流电压输出,如+15V、-15V、+24V等;4)指示、电压和电流(或送丝速度)给定、送丝控制;5)平特性输出和参数控制,以及无气保护药芯焊丝的半自动焊接;6)保护控制,如过热、过压、欠压和过流保护控制。
[0015] 本发明焊机,焊枪与送丝机的接口连接。送丝机的焊接电缆与焊机的正极性输出端连接,焊机的负极性输出连接于带接地夹的焊接电缆,最终连接至工件
[0016] 本发明焊机的功率控制板和前控制板上,插件式的器件(电子元器件或零部件)采用自动和人工插件、焊接的方式来完成电路板加工。两块电路板上的贴片式器件(电子元器件)全部是采用自动贴片和焊接的方式来完成电路板加工。由于本发明电路板数量少,设计结构紧凑,连接控制线少,故焊机的电路板生产加工工序少,制作工艺也大为简化,更加方便生产。这样的设计和加工工艺,可保证产品的生产具有很高的生产效率,同时,出错率和制作成本低,有利于提高产品的市场竞争力。
[0017] 对不同电流等级和负载持续率要求的本发明焊机,可通过调整少量的零部件规格参数,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;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120A~160A等产品。额定电流越小的,则额定负载持续率越高。当然,这些变化,目的是使产品的制作成本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控制。这就提升了所开发产品的市场竞争力。因此,本发明焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。这也是申请专利保护的根本目的所在。
[0018] 本发明焊机良好的电路及其结构设计也是本发明的优势所在,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。本发明焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。本发明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
[0019] 图1本发明制成的一种示例焊机的结构示意图;图2本发明制成的一种示例焊机功率控制板的结构示意图;
图3是示例焊机的上电缓冲、倍压、整流和滤波电路原理图;
图4是焊机的IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波电路原理图;
图5是焊机的开关电源电路原理图;
图6是焊机的指示、电压给定、送丝控制电路原理图;
图7是焊机的输出特性和保护控制电路原理图;
附图中各部件名称如下:1、提手;2、机壳上盖板;3、盖板转轴;4、焊丝盘轴;5、送丝机;
6、左侧盖板;7、中隔板;8、冷却风机;9、电源输入线及其固线器;10、电源开关;11、机壳底板;12、底部支脚;13、右侧盖板;14、功率控制板;15、输出电流滤波电抗器;16、机箱前面板;
17、焊接电缆拉不脱或固线器;18、接地夹;19、焊枪电缆弹簧式固线器;20、焊枪;21、前控制板;22、前控制板护盒;23、驱动变压器;24、续流快恢复二极管;25、辅助开关电源变压器;
26、主变压器;27、快恢复二极管;28、铝散热器;29、电解电容;30、整流器或整流桥;31、IGBT管。

具体实施方式

[0020] 如图1-7是利用本发明制成的一种IGBT逆变无气体保护药芯焊丝焊接的焊机结构设计示意图;焊机的主要组成部分包括:1)外壳部分。包括提手1、机壳上盖板2、左侧盖板6、机壳底板11、右侧盖板13、机箱前面板16。
[0021] 2)后面板部分。本发明焊机机壳底板11的后面板上安装的零部件主要有:电源开关10、供电电源线及其固线器9、冷却风机8。通过电源线9连接到供电电网。电源开关10控制输入电源的通或断。冷却风扇8对焊机内部的一些零部件进行强迫风冷。冷却风扇位8于电源的后部,冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进入。可使焊机内部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,有利于保障内部电路工作的可靠性。
[0022] 3)机箱前面板部分。机箱前面板16上安装的零部件主要有:焊接电缆拉不脱或固线器17,连接在此焊接电缆上的接地夹18、焊枪20及其电缆,焊枪电缆弹簧式固线器19、前控制板21、前控制板护盒22、输出电流滤波电抗器15。
[0023] 通过中隔板7,焊机的内部分为上、下二层。
[0024] 4)上层部分,上层主要布置主要有送丝机5、焊丝盘轴4、前控制板21、前控制板护盒22。
[0025] 5)下层部分,下层主要布置主要有功率控制板14、冷却风机8、输出电流滤波电抗器15。
[0026] 6)控制板部分。焊机的电路板设计为二块,包括前控制板21、功率控制板14。每块控制板都有各自的电路部分,承担着不同的控制功能。在前控制板21上,布置有电源指示灯、保护指示灯、电压调节电位器及其旋钮、电流或送丝速度调节电位器及其旋钮,以及相应的控制电路。在功率控制板14上,布置有驱动变压器23、续流快恢复二极管24、辅助电源变压器25、主变压器26、快恢复二极管27、铝散热器(分为散热器I、散热器II、散热器III)28、电解电容29、整流器或整流桥30、IGBT管,以及相应的控制电路。各电路板部分的具体电路原理及功率控制板上的元器件布局见本专利说明书给出的相关附图所示。各电路和零部件之间,按照本发明的电路原理图关系连接在一起。可满足无气体保护药芯焊丝焊接的要求。例如,通过本发明控制电路,可方便地实现:1)上电缓冲、倍压、整流和滤波;2)IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波;3)开关电源电路的多个直流电压输出,如+15V、-15V、+24V等;4)指示、电压和电流(或送丝速度)给定、送丝控制;5)平特性输出和参数控制,以及无气保护药芯焊丝的半自动焊接;6)保护控制,如过热、过压、欠压和过流保护控制。
[0027] 本发明焊机,焊枪与送丝机的接口连接。送丝机的焊接电缆与焊机的正极性输出端连接,焊机的负极性输出连接于带接地夹的焊接电缆,最终连接至工件。
[0028] 本发明焊机的功率控制板和前控制板上,插件式的器件(电子元器件或零部件)采用自动和人工插件、焊接的方式来完成电路板加工。两块电路板上的贴片式器件(电子元器件)全部是采用自动贴片和焊接的方式来完成电路板加工。由于本发明电路板数量少,设计结构紧凑,连接控制线少,故焊机的电路板生产加工工序少,制作工艺也大为简化,更加方便生产。这样的设计和加工工艺,可保证产品的生产具有很高的生产效率,同时,出错率和制作成本低,有利于提高产品的市场竞争力。
[0029] 在结构设计方面,如附图1所示,通过中间隔板,把焊机的内部上层弱电控制,即前控制板部分与下层的强电电路,即功率控制板部分分开。上层弱电控制部分相当于被中间隔板、左和右侧外壳盖板、底板、后面板和前面板组成的金属外壳包围。可起到隔离下层大电流强电磁干扰、限制电磁辐射、提高焊机工作可靠性的作用。
[0030] 附图2是示例焊机的上电缓冲、倍压、整流和滤波电路原理图;附图3是焊机的IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波电路原理图;附图4是焊机的开关电源电路原理图;附图5是焊机的指示、电压给定、送丝控制电路原理图;附图6是焊机的输出特性和保护控制电路原理图。
[0031] 从相关电路的控制功能来看,主要是完成上电缓冲、倍压、整流和滤波;IGBT驱动、逆变、输出整流和滤波;直流供电电源的产生;指示、电压和电流(或送丝速度)给定、送丝控制;焊接方法的逆变电路输出参数(电流或送丝速度、电压)控制工作。最终在控制电路的作用下,实现无气体保护药芯焊丝焊接,以及多种保护(如过流、过压、欠压和过热保护)的控制要求。
[0032] 本发明焊机控制电路的工作原理简述如下:如附图2所示,是示例焊机的上电缓冲、倍压、整流和滤波电路原理图。L、N输入端连接至供电电源110-120V,50/60Hz,PE为供电系统的保护性接地,连接至本发明焊机的金属机箱上。通过焊机的K101电源开关(附图1中的10)接通电网电源。从电网来的交流电,经过由电阻R1、K1A继电器及其控制电路组成的上电缓冲控制电路后,再供电给由BR1整流桥(附图
1中的30)、E8和E9电解电容(附图1中的29)组成的倍压、整流和滤波电路,最后获得310V的直流稳定电压,也就是直流高压母线电压。E8和E9电解电容既是倍压电路中的电容,也是BR1单相全波整流后的滤波电容。310V直流母线电压供给后级由IGBT管、逆变主变压器和快速恢复二极管等组成的逆变主电路,这个部分见有关附图3的说明。压敏电阻RY1并联在K101电源开关的后端,用于过压保护;C7-1电容并联在310V对地的两端,用于滤波,减少电网电源对逆变焊机电路的干扰,提高焊机的工作可靠性;R2~R5用于焊机不通电时对E8和E9电解电容上储存的能量进行释放,防止电容上的高压对维护人员的危害。R2和R4并联,并且并联在E8的两端;R3和R5并联,并且并联在E9的两端,之后,R2和R4、R3和R5它们再串联,并且连接在E8、E9串联电容的两端。上电缓冲控制电路由电阻R1、K1A继电器及其控制电路组成,该控制电路由NPN型三极管Q5、二极管D24和D25、稳压管DZ7、电阻R45、电容C7和电解电容C29组成,该部分电路的供电电压+12V2来自开关电源电路,见后续的附图4及其说明。
R1电阻串联在电源输入回路中,R1的两端并联K1A继电器的触头K1B。K1A继电器线包的一端连接+12V2和D25的阴极,+12V2对地之间连接滤波电容C7,D25的阳极连接K1A继电器线包的另一端和Q5的集电极,Q5的发射极接地,Q5的基极连接DZ7的阳极,DZ7的阴极连接电解电容C29的正极、R45、D24的阳极,电解电容C29的负极接地,R45、D24是并联的,D24的阴极连接+
12V2。当+12V2产生后,会通过R45对电解电容C29进行充电,当电解电容C29上的电压高于稳压管DZ7的稳压值后会击穿稳压管,使其进行稳压,此时,有电流流过稳压管,相对于有Q5的基极电流,因此,Q5会导通,于是,K1A继电器才能动作。K1A继电器会在K101电源开关接通,一定延时时间后动作,其触头K1B闭合或短路R1电阻。K1A继电器的动作时间是滞后于K101电源开关合上时刻的,即 K1A继电器是延时动作的。K1A继电器的延时就是由其控制电路来实现的。E8和E9电解电容的充电,先经过R1电阻,之后再短接R1电阻。当E8和E9电解电容上的充电电压稳定后,该继电器才动作,其触头闭合R1电阻,使本发明焊机正常逆变工作时,大电流是从继电器的触头流过的。这样的控制电路称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关接通瞬间,由于E8和E9电解电容上没有电压,相当于短路,会形成较大的浪涌电流,烧坏电源开关。而上电缓冲电路的作用,就是通过合闸瞬间串入R1电阻来限制浪涌电流的。因此,上电缓冲电路可起到较好的保护作用。
[0033] 见附图3,本发明焊机的逆变、输出整流和滤波电路由IGBT1和IGBT2管(附图1中的31)、D1和D2快恢复二极管、T3逆变变压器(附图1中的26)、HGQ初级电流检测互感器,D01~D03输出整流快恢复二极管(附图1中的27)、L1输出电流滤波电感(附图1中的15),以及电阻R17~R19,电容C16~C17、C20~C22,D14和D16组成。IGBT1的G和S端连接至IGBT的驱动电路的一组输出两端;IGBT1的D端连接至附图2中的310V端,IGBT1的S端连接D1的阴极和T3逆变变压器初级绕组的一端,T3逆变变压器初级绕组的另一端连接至HGQ初级电流检测互感器初级的一端,该HGQ初级电流检测互感器初级的另一端连接D2的阳极和IGBT2的D端,D2的阴极连接附图2中的310V端,IGBT2的S端连接附图2中的SGND地端,IGBT2的G和S端连接至IGBT的驱动电路的另一组输出两端;T3逆变变压器次级绕组的一端连接D01快恢复二极管组(一个管组中有两只快恢复二极管)的阳极,D01的阴极连接D02和D03的阴极以及L1输出电流滤波电感的一端,L1输出电流滤波电感的另一端连接焊机的正极性输出OUT+端,T3逆变变压器次级绕组的另一端连接D02和D03的阳极以及负极性输出OUT-端;T3逆变变压器次级绕组的两端并联有R19和C20阻容串联吸收保护电路;在焊机的正极性输出OUT+端与负极性输出OUT-端之间并联有电容C21~C22串联电路,C21与C22的中间连接点连接至供电电源的保护性接地PE端子,C21与C22也是焊机电路的输出抗干扰电容,用于保障焊机器件工作的可靠性;根据IGBT1、IGBT2、D1、D2、T3、HGQ的连接关系可知,本焊机的逆变电路为单端正激的逆变主电路,在IGBT驱动电路PWM脉冲的作用下,IGBT1、IGBT2交替导通和关断,在T3逆变变压器初级绕组和HGQ初级电流检测互感器初级中形成中频交流,该交流通过T3变压器的电压和电流变换后,在T3的次级获得低压、大电流的交流电,该交流电经过D01、D02、D03的整流后获得直流电,该直流电经过L1滤波后,获得较为稳定的输出电流和电压;在每个IGBT的D和S端之间,还并联有电容、电阻和二极管组成的吸收电路,例如,R17、C16和D14组成的电路,可保障IGBT的可靠工作;R17的一端连接310V端,也是IGBT1的D端,R17的另一端连接C16和D14的阴极,D14的阳极连接310V端,C16的另一端连接IGBT1的S端;类似地,R18、C17和D16组成另一个IGBT的吸收电路,R17的一端连接IGBT2的S端,也是SGND端,R18的另一端连接C17和D16的阳极,D16的阴极连接SGND端,C17的另一端连接IGBT2的D端;HGQ初级电流检测互感器的次级输出端,一端连接GND地端,另一端连接P11端,也就是逆变主变压器T3的初级电流检测反馈信号
[0034] 见附图3,本发明焊机的逆变主电路中IGBT的驱动电路由T2驱动变压器(附图1中的23),二极管D6~D12,稳压管DZ1~DZ6,场效应管Q7,PNP型三极管Q3和Q4,电阻R20~R23、R26~R28、R30、R58~R59,电容C23~C24、C19器件组成。IGBT1、IGBT2管的二路驱动部分的电路形式基本是一致的。由于附图6中U1集成PWM芯片6脚输出的PWM信号驱动功率小,故需要经过IGBT的驱动电路进行功率放大。通过驱动电路后,再去控制IGBT1、IGBT2管的通或断工作状态;T2驱动变压器有一个初级绕组和两个次级绕组;T2的初级绕组一端连接DZ1的阳极、P9点、C19和WK温度控制器的一端,WK温度控制器的另一端接+15V,C19的另一端接地;P9连接至附图6中的R25,通过R25去控制附图6中的三极管D15;DZ1的阴极连接DZ2的阳极,DZ2的阴极连接D9的阴极,D9的阳极连接场效应管Q7的D端和T2初级绕组的另一端;Q7的S端接地,Q7的G端连接R58和R59,R59的另一端接地,R58的另一端连接P14点,即附图6中的P14点,也就是附图6中U1 PWM脉冲宽度调制芯片的输出端OUT。
[0035] 见附图3,对于IGBT1的驱动电路,T2的一个次级绕组,其中一端连接D1的阴极或IGBT1的S端,另一端连接D10的阳极、R21、D12的阴极,D12的阳极连接Q4的集电极,D10的阴极连接R21的另一端、Q4的基极、R23和D11的阳极,R23的另一端连接D1的阴极或IGBT1的S端,Q4的集电极连接C24,C24的另一端连接D1的阴极或IGBT1的S端;D11的阴极连接Q4的发射极和R27,R27的另一端连接DZ5的阴极、R30和IGBT1的G端;DZ5的阳极连接DZ6的阳极;DZ6的阴极、R30的另一端和C16连接D1的阴极或IGBT1的S端;IGBT1的D端连接310V、R17和D14的阳极,R17的另一端与D14的阴极连接在一起,并与C16的另一端连接;R17、C16、D14构成的电路为IGBT1的RCD吸收电路。
[0036] 见附图3,类似地,对于IGBT2的驱动电路,T2的另一个次级绕组,其中一端连接SGND端或IGBT2的S端,另一端连接D7的阳极、R20、D6的阴极,D6的阳极连接Q3的集电极,D7的阴极连接R20的另一端、Q3的基极、R22和D8的阳极,R22的另一端连接SGND端或IGBT2的S端,Q3的集电极连接C23,C23的另一端连接SGND端或IGBT2的S端;D8的阴极连接Q3的发射极和R26,R26的另一端连接DZ3的阴极、R28和IGBT2的G端;DZ3的阳极连接DZ4的阳极;DZ4的阴极、R28的另一端、R18和D16的阴极连接SGND端或IGBT2的S端;IGBT2的D端连接C17、D2的阳极、HGQ初级的一端;R18的另一端与D16的阳极连接在一起,并与C17的另一端连接;R18、C17、D16构成的电路为IGBT2的RCD吸收电路。
[0037] 见附图3,如果附图6中U1 PWM脉冲宽度调制芯片的输出端OUT输出PWM脉冲信号,则该信号通过控制Q7的通、断状态,可使T2驱动变压器产生两路驱动输出,再通过两路IGBT的驱动电路,分别去控制IGBT1、IGBT2的通、断状态,最终实现主电路的逆变转换控制。
[0038] 见附图3,WK为常闭型温度控制器,它紧贴IGBT的铝散热器表面安装。当WK温度控制器未过热动作时,+15V连接着P9,在P14端的PWM脉冲信号作用下,IGBT的驱动电路能够产生驱动脉冲信号使IGBT和快恢复二极管组成的逆变主电路正常工作,焊机可以进行焊接;当出现过热现象,WK温度控制器因过热而动作时,+15V不连接至P9,此时,IGBT的驱动电路不能够产生驱动脉冲信号,逆变主电路停止工作,焊机也无法进行焊接,只有待过热现象消除后焊机才能正常进行焊接或输出。
[0039] 另一方面,当P9为+15V,即没有过热现象时,附图6中的NPN型三极管D15导通,通过R22,把P16点的电平拉低,如果此时焊机的直流母线电压没有出现过压现象,即附图6中的U6的三极管不导通,因此,此时,输入到R21或U5A输入端的电压为R65与R22对15V的分压值。这将使U5A输出低电平,即P5信号端为低电平,于是,附图5中的OH指示灯LED不会点亮;Q13达林顿三极管截止或不导通。这样,才可能进行送丝或焊接控制。
[0040] 附图4是焊机的开关电源电路原理图。见附图4,开关电源电路由开关电源变压器T1(附图1中的25)、场效应管Q30、PWM控制芯片N10(UC3842)、集成稳压器U5和U7,二极管D3~D5、D13、D15、D22、D29~D30、D32~D33,稳压管DZ9,电阻R9~R16、R29、R51~R52、R54~R57,电容C3~C6、C8、C12~C15、C35、C47、C48和C51,电解电容C9~C11、C33、C44、C48和C49组成。其中,一组电路产生+15V、-15V和+24V直流电源电压;另一组电路产生+12V、+12V2直流电源电压;分别供给相应的控制电路等带电工作。开关电源电路的供电来自310V,即逆变主电路中的直流母线电压;见附图4,开关电源变压器T1初级的1号端子连接310V、D13的阴极和R14,D13的阳极连接R10,R10的另一端连接R9和C12,R9和C12是并联的,它们的另一端连接T1初级的3号端子;R14、R13和R12是串联的,它们的另一端连接PWM芯片N10的7脚,即N10的电源VCC端;+12V连接D5的阳极,D5的阴极连接C5、C10的正极、R11和PWM芯片N10的7脚,C5、C10、R11是并联的,它们的另一端连接VGND;T1初级的3号端子连接场效应管Q30的D端,Q30的G端连接R55、R54和DZ9的阴极,R55的另一端连接PWM芯片N10的6脚输出OUT端;R54和DZ9是并联的,它们的另一端连接Q30的S端、R29、R51和R52,R51和R52是并联的,它们的另一端连接VGND地,R29的另一端连接PWM芯片N10的3脚,该3脚还连接C14,C14的另一端连接VGND地;PWM芯片N10的8脚连接C6、R56,C6的另一端接VGND地,R56的另一端连接PWM芯片N10的4脚;PWM芯片N10的4脚与5脚之间并联C35,PWM芯片N10的5脚接VGND地;PWM芯片N10的2脚连接R57、C15、C13、R16,R16的另一端连接+12V端,R57的另一端接VGND地,C13的另一端连接PWM芯片N10的1脚,C15的另一端连接R15,R15的另一端连接PWM芯片N10的1脚;开关电源变压器T1的一个次级,其一端6脚连接VGND地,其另一端5脚连接D3和D4的阳极,D3和D4是并联的,D3和D4的阴极对VGND地之间并联有C33和C8,D3和D4的阴极端输出的电压是+12V;+12V连接D15的阳极,D15的阴极连接D22的阳极,D15的阴极也是+12V2的电压输出端子;D22的阴极和VGND地连接至插头CN7,通过CN7插头连接至本发明焊机的高速直流冷却风扇FAN。
[0041] 开关电源变压器T1的一个次级,其11号端子连接GND地,其12号端子连接D32和D33的阳极,D32和D33是并联的,它们的阴极连接C44的正极,即+24V输出端,C44的阴极接GND地,+24V输出端对GND地之间还并联有C51。
[0042] 开关电源变压器T1的另一个次级,T1的8号端子连接GND地,T1的9号端子连接D30的阳极,D30的阴极连接集成稳压器U7的输入端;U7的输入端对GND地之间并联有C11电解电容和C4电容;U7的输出端对GND地之间并联有C9电解电容和C3电容,U7的输出端输出+15V直流电压;T1的10号端子连接D29的阴极,D29的阳极连接集成稳压器U5的输入端;U7的输入端对GND地之间并联有C49电解电容和C47电容;U5的输出端对GND地之间并联有C48电解电容和C46电容,U5的输出端输出-15V直流电压。
[0043] 关于PWM控制芯片N10(UC3842)的工作原理的一些知识,由于有很多资料介绍,这里就不再赘述了。
[0044] 附图5是焊机的指示、电压给定、送丝控制电路原理图。见附图5,通过其CN4接口,可连接到附图1中的送丝机构的电机。QM1为NPN型功率三极管,N13为LM317稳压器,QKG为焊机的焊枪开关,Q13为NPN型达林顿三极管(MPSA13),RP-VOL为焊机的输出电压调节电位器,RP-CURR为焊机的输出电流或送丝速度调节电位器,POWER为焊机的LED电源指示灯,OH为焊机的LED过热保护指示灯,焊机的指示、电压给定、送丝控制电路除了由上述元器件组成外,还由二极管D37,电阻R6、R7、R25、R25-1、R31、R32、R34、R40、R44、R60,电容C25、C26、C39,电解电容C96组成;CN2插头是为与焊机面板上的电流、电压调节电位器、电源和过热保护指示灯连接而设置的;R6连接+15V,R6的另一端连接焊机的LED电源POWER指示灯的阳极,该LED的阴极接GND地;P5点连接R7,R7的另一端连接焊机的LED过热OH指示灯的阳极,该LED的阴极接GND地。
[0045] 输出电压调节电位器RP-VOL的中点UG连接到附图6中的UG点,该中点对GND地之间连接C39,输出电压调节电位器RP-VOL的一端连接R60后接至GND地,输出电压调节电位器RP-VOL的另一端连接R40后接至+15V。
[0046] 输出电流或送丝速度调节电位器RP-CURR的一端连接R31后接至GND地,输出电压调节电位器RP-VOL的另一端悬空,输出电流或送丝速度调节电位器RP-CURR的中点连接R32,R32的另一端连接Q13的集电极、C25、R34和N13的调节端1脚,C25的另一端GND地,R34的另一端连接QM1的基极、N13的输出Vout端、R25-1,R25-1的另一端连接QM1的发射极,QM1的集电极与发射极之间并联有R25,QM1的集电极连接N13的输入Vin端,也是+24V3端;+24V3端与+24V端之间连接有QKG焊枪开关;QM1的发射极与GND地之间,并联有C96、C26和(通过插头CN4连接的)送丝电机。
[0047] 当焊机工作有+15V电压时,POWER电源指示灯会点亮,指示焊机带电工作;当焊机工作,并且出现有过热现象时,即P5点为高电平时,OH过热指示灯会点亮,指示焊机过热;同时,P5点为高电平时,Q13导通,将QM1的调节端电平拉低,QM1三极管将截止,于是,送丝电机停止转动,这样就无法进行焊接,只能使焊机停止一段时间的焊接工作;随着焊机冷却风扇的作用,焊机内部的过热保护器恢复,P5点的电平降低,Q13截止,OH指示灯熄灭,才能再次进行送丝或焊接控制;当调节输出电流或送丝速度调节电位器RP-CURR时,QM1的发射极与GND地之间的电压会随之改变,从而实现送丝速度或焊接时电流的调节;当按下QKG焊枪开关时,电机会转动,并进行送丝,其送丝速度由设定值决定;当调节输出电压调节电位器RP-VOL时,UG电压会随之改变,通过附图6的输出特性控制电路,可实现焊机输出电压的调节。
[0048] 附图6是焊机的输出特性和保护控制电路原理图。输出特性控制电路由PWM控制芯片U1(UC2845)、运算放大器U9(分为U9A和U9B两个运算放大器)、NPN型三极管D1、Q8,PNP型三极管D5,稳压管DZ8、D2,二极管D3A、D3B、D27,电阻R01、R03、R04、R05、R06、R09、R10、R14、R26~R29、R37、R38、R41、R42、R46、R48~R50、R62~R64、R66~R68,电容C1~C3、C5~C7、C9、C28、C30~C34、C41~C43,微调电位器RV1等组成。U9B运算放大器组成电压跟随器,R42的一端连接电压给定UG信号,它来自附图5的电压调节电位器,也是本发明焊机前面板上的电压调节电位器给定的信号,R42的另一端连接U9B的同相输入端,该同相输入端连接R41后接地,U9B的输出端连接R63,R63的另一端连接U9A的同相输入端、D27的阴极、C42,C42的另一端接地,D27的阳极连接R64、Q8的集电极,R64的另一端接+15V,Q8的发射极接地,Q8的基极连接C43、R48,C43的另一端接地,R48的另一端连接U9A的输出端;U9的供电电压为+15V和-15V;U+为连接至焊机输出端的反馈电压,R37连接U+,R37的另一端连接RV1的一端、C28,C28的另一端接地;RV1的中点与其另一端相连接,同时连接R38、C30、R46、R49,R38、C30的另一端接地,R46的另一端连接C31,C31的另一端连接R49的另一端,此端还连接至U9A的反相输入端;U9A的反相输入端R62、C32、C34和DZ8的阴极,C32的另一端连接U9A的输出端;R62的另一端连接C41,C41的另一端接地;C34的另一端连接R50,R50的另一端连接U9A的输出端;DZ8的阳极连接R68、D26的阳极,D26的阴极连接U9A的输出端,R68的另一端连接-15V;U9A及其外围器件组成近似PI(比例积分)控制运算环节的电路;U9A的输出端连接R66,R66的另一端连接至NPN型三极管D10的集电极和R27,R27的另一端连接U1的1脚;D10的发射极接地,D10的基极受过热保护、过压保护控制电路的控制。
[0049] 见附图6,RV1电位器用于电压反馈量设定或输出电压校正,便于准确控制输出电压。
[0050] 见附图6,U1的6脚PWM输出端连接P14,也是连接至附图3中的控制场效应管Q7的P14信号端;U1的3脚对地之间并联有R05、C6、R14,U1的3脚连接R03,R03的另一端连接D1三极管的发射极;U1的3脚连接R10,R10的另一端连接C5、R09,C5的另一端接地,R09的另一端连接D3B的阴极和R67,R67的另一端接地,D3B的阳极连接P11、D3A的阴极、R04,R04的另一端接地,D3A的阳极连接稳压管D2的阳极,稳压管D2的阴极接地,P11信号端连接附图3中的P11点,即来自HGQ电流检测互感器的电流反馈信号Ufi;U1的5脚接地;U1的4脚对地之间并联有C1和C08,U1的4脚还连接三极管D1的基极;U1的8脚对地之间连接C2、三极管D1的集电极,U1的8脚对4脚之间并联有R01、R26;U1的2脚对地之间连接R29,U1的2脚对1脚之间并联有C9和R28;U1的1脚对地之间连接C7,U1的1脚连接R27,R27的另一端连接三极管D10的集电极、R66,R66的另一端连接U9A运算放大器的输出端,三极管D10的发射极接地;U1的7脚对地之间连接C3,U1的7脚连接R02、三极管D5的集电极,三极管D5的发射极接+15V,三极管D5的基极与发射极之间连接有R06,三极管D5的基极连接稳压管D11阴极,D11的阳极连接R07、D12A的阴极,R07的另一端连接U5C运算放大器的输出,D12A的阳极连接U5B运算放大器的输出;R02的另一端连接D7A的阳极,D7A的阴极连接R12、U5C运算放大器的反相输入端;R12的另一端连接+15V,+15V对地之间并联有R13和C11;U5C运算放大器的同相输入端与U5D运算放大器的同相输入端、U5A运算放大器的反相输入端、R17、C16连接,C16的另一端接地,R17的另一端连接U5B运算放大器的同相输入端;U5B运算放大器的同相输入端与输出端之间连接有R16,U5B运算放大器的输出端连接D12A的阳极。+15V对地之间连接C40,R23连接+15V,R23的另一端连接稳压管D14的阴极C16和R17,以及U5C和U5D的同相输入端;R15和D13A的阴极连接+15V,R15和D13A的另一端连接C17和U5B运算放大器的反相输入端,C17的另一端接地。
[0051] 附图6中,U5C运算放大器部分的电路是电压比较器。正常的情况下,U5C的反相输入端的输入电压是+15V,而U5C的同相输入端的输入电压是4.7V稳压管D14两端的电压,由于4.7V低于+15V,因此,U5C的输出为低电平。
[0052] 附图6中,U5B运算放大器部分的电路是比例器。正常的情况下,U5B的反相输入端的输入电压是+15V,而U5B的同相输入端的输入电压是4.7V稳压管D14两端的电压,由于4.7V低于+15V,因此,U5B的输出为低电平。
[0053] 由于,U5B和U5C的输出为低电平,因此,D12A截止,D5三极管导通,U1的7脚有工作电压使U1工作。
[0054] U5B部分的电路,其作用是欠压保护控制。对于这部分电路,当焊机的电源开关合上的一段时间内,即+15V还没有产生时,D5三极管是截止的,U1不会产生PWM脉冲输出。开机一段时间后,产生+15V时,D5三极管导通,U1才工作。此外,如果焊机的输入电压较低,也就是出现欠压现象时,类似地,D5三极管是截止的,U1不会产生PWM脉冲输出。可实现焊机的欠压保护控制。
[0055] 附图6中,U5C部分的电路,R12输入端的+15V是通过排针焊接方式实现控制板与主板连接而供电的。如果排针没有焊好,就没有+15V,此时U5C的输出将变为高电平。在这种情况下,D5三极管截止,U1不会产生PWM脉冲输出。
[0056] 附图6中,P11点连接至附图3中的电流检测互感器HGQ,也就是获得的电流反馈信号,通过后级二极管的整流,变为直流信号,施加在R09的输入端。如果本发明焊机出现过流现象,则PWM控制芯片U1(UC2845)的3脚,即U1的电流检测输入端将会起到关闭U1的6脚(即P14端)输出脉冲信号的作用,这就实现了对焊机的过流保护控制。
[0057] 附图6中,电阻R08、R11、R33、R74,电解电容C50,二极管D28、D30、D31和D4B,运算放大器U5D,NPN型三极管D10等组成焊枪开关检测控制电路。运算放大器U5D组成的电路是电压比较器。+24V3连接至附图5中,即附图5中焊枪开关QKG的一端,而焊枪开关QKG的另一端连接+24V。当焊枪开关QKG闭合时,+24V3点的电平就是+24V;如果焊枪开关QKG没有闭合时,则+24V3点的电平为低电平。当焊枪开关QKG闭合时,电解电容C50会被充电,同时,+24V会通过R74、R33分压后再经R08施加至运算放大器U5D的反相输入端。由于R33的阻值(10K)比R74的阻值(1K)大很多,这就使R08输入端的电压远高于U5D的同相输入端的电压(大约4.7V),因此,U5D输出低电平,D4B截止,D10三极管截止,U1的R27的输入端有输入电压给定UG与输出电压反馈U+经U9A部分电路近似PI(比例积分)运算后的控制信号,所以,U1的6脚(即P14端)输出相应的脉冲PWM信号,使焊机输出设定的电压,为实现焊接做好准备,只要焊丝与工件接触,即可进行焊接。
[0058] 对输出电压的控制采用负反馈控制技术也是在输出电压控制中常见的方法。这里需要说明的是:附图6中U1输出的PWM脉冲宽度调制信号是决定焊机逆变主电路的输出电压大小的信号。它的脉冲宽度取决于:焊接电压给定UG信号与输出电压反馈信号U+。当操作者调节好焊接电压Ug给定后,控制电路就会检测到。U+电压反馈信号来自焊机输出端。控制的对象或目标是焊机的输出电压大小。空载时,输出较大的U1 PWM脉冲宽度信号,获得空载电压。带负载后,焊机的输出特性控制是平特性。其特点是:负载电流变化较大,而输出电压变化很小,保持相对稳定。只有当电压给定信号发生改变时,输出的电压才会出现较大变化。以上控制过程,是通过相应的负反馈控制来实现的。
[0059] 附图6中,电阻R18、R20、R21、R24、R35、R36、R39、R43、R53、R65,稳压管D35、D34,电容C36、C10、C13,光耦U6,二极管D4A、D9A,运算放大器U5A,NPN型三极管D10等组成过压保护控制电路。电阻R24、R35、R36、R39、R43是串联的,R24和R43的一端连接在直流母线电压310V及其地之间,R53连接在R36和R39的连接点上,稳压管D35和D34是正串(联)的,R53的另一端连接D35的阴极,D34的阳极连接C36和U6中发光二极管的阳极,C36的另一端和U6中发光二极管的阴极接地;R65和D9A是并联在U6中输出级的三极管两端的,D9A的阴极和U6中三极管的集电极连接+15V,D9A的阳极和U6中三极管的发射极连接C13和R21,C13的另一端接地,R21的另一端连接至U5A的同相输入端;U5A的同相输入端与输出之间连接有R18,U5A的输出连接R20,R20的另一端连接D4A的阳极,D4A的阴极连接三极管D10的基极。D10的集电极通过R27连接至PWM芯片U1的1脚,D10的发射极接地。如果直流母线电压过高,即出现过压现象,那么,稳压管D35、D34会击穿、稳压,有电流流过U6中的发光二极管,该发光二极管发光,U6中的三极管导通,短路R65,于是,+15V通过R21施加至U5A的同相输入端,使U5A同相输入端的输入电压远高于U5A反相输入端的输入电压,因此,U5A输出高电平,可使D4A导通,并使三极管D10导通。由于D10的导通,把PWM芯片U1的1脚电平拉至低电平,因此,U1的6脚,即P14信号端,停止输出PWM信号。这就使逆变主电路停止逆变输出,因此,也就实现了过压保护控制。如果直流母线电压正常,即没有出现过压现象,那么,U6中的三极管不会导通,R65会起到分压的作用。
[0060] 附图6中,电阻R18、R20、R21、R22、R24、R25、R65,NPN型三极管D15、电容C15、C13,二极管D4A、D9A,运算放大器U5A组成过热保护控制电路。D15的发射极接地,D15的基极与发射极之间并联有R24和C15;R25一端连接P9,其另一端连接D15的基极;D15的集电极连接R22,R22的另一端连接R65、D9A的阳极、R21,R65的另一端、D9A的阴极连接+15V,R21的另一端连接U5A的同相输入端。过热信号P9来自附图3中。如果出现过热现象,P9为低电平,可使D15截止。于是,+15V通过R65、R21施加至U5A的同相输入端,使U5A同相输入端的输入电压远高于U5A反相输入端的输入电压,因此,U5A输出高电平,可使D4A导通,并使三极管D10导通。由于D10的导通,把PWM芯片U1的1脚电平拉至低电平,因此,U1的6脚,即P14信号端,停止输出PWM信号。这就使逆变主电路停止逆变输出,因此,也就实现了过热保护控制。
[0061] 附图6中的U1集成PWM芯片及其周围的电阻、电容等器件组成 IGBT管的逆变PWM控制电路。U1集成PWM芯片的6脚输出的控制信号是PWM方波脉冲信号。其方波的频率是固定的,有几十KHz。它由该芯片连接的电阻和电容参数决定。至于如何确定,查看U1芯片的相关使用资料或说明即可了解。这里不再重复。
[0062] 以上是本发明各电路部分的简要控制过程说明。因阐述电路原理比较复杂。以上仅给出一些主要的控制方法和结果。但由于本发明已给出了详细电路原理图,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。电路图也是一种无声的语言。但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,本专利说明书只能阐述主要的部分,以使专利说明书阅读人能够更好地理解相关的工作原理和过程。
[0063] 通过上述说明可见,本发明有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现焊机的无气体保护药芯焊丝焊接方法输出等控制,而且,所设计的控制电路和焊机的结构设计,都是使本发明焊机产品具有控制性能良好、可靠性高、焊机结构紧凑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。本发明专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的结构和电路设计。
[0064] 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发明所作的详细说明,不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本发明所述技术领域的其他技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,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发明保护的范畴。
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