一种用于逆变螺柱焊机的保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于逆变螺柱焊机的保护电路，包括若干个用于感应焊机逆变电路中各逆变开关管电流的第一线圈互感器，若干个用于感应焊机高频变压器次级绕组后侧各快恢复二极管电流的第二线圈互感器，以及第一、第二、第三、第四比较器，所述第一互感器的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管，然后并接在一起，同时送入第一、第二比较器的正极输入端，所述第二互感器的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管，然后并接在一起，同时送入第三、第四比较器的正极输入端。本实用新型所提供的保护电路不仅可预防变压器和焊接过流，更能预防开关管直通短路，可有效避免因瞬间过流或开路造成的故障损失和安全问题，具有实用价值。
【专利说明】一种用于逆变螺柱焊机的保护电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于逆变螺柱焊机的保护电路，属于螺柱焊机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]螺柱焊接就是将金属螺柱或类似的其他金属紧固件(栓、钉等)垂直焊接到另一工件(一般为板件)上去的焊接方法，螺柱焊接可以省去钻孔攻丝代替螺纹连接或铆接，己广泛地应用于汽车、造船、机车、航空等行业。
[0003]己知的螺柱焊机有两大类，一类是电容作为焊接动力的储能式螺柱焊机，它的优点是可以用小电流如220V照明电，将电能快速储藏于电容器中(J = CV2/2，J为能量焦耳，C为电容量F，V为储能电压)，然后通过控制系统和焊枪借助于螺柱自身的小凸点产生尖端放电，形成瞬间数千安培甚至上万安培的电弧，使螺柱和母材之间的金属迅速熔化，并在焊枪的弹压力下将两者连接在一起，形成焊接接头，焊接过程仅I?3毫秒，不会引起金属氧化变色，不会变形，但是由于熔化层非常浅，仅0.1mm,只适合于母材厚度不超过3mm并不受承载负荷的仪表、家电、装饰品、橱柜不锈钢制品的螺柱焊接。另一类是变压器作为焊接动力的拉弧式螺柱焊机，它以弧焊整流器作为电源进行焊接，它的优点是可以在厚度超过3_的板材上焊接8mm以上的承载型螺柱，这类焊机的电弧是通过焊枪将螺柱与母材短路并迅速提升而形成，所以焊接的电流比普通药皮焊条电弧焊要大得多(A = DX100，D为螺柱直径)一般只要数百安培到数千安培，因此焊机的焊接变压器和外电源容量必须足够大，这样势必增大了产品的重量和体积，而逆变螺柱焊机具有输出功率大、体积小、重量轻等优点，成为拉弧式螺柱焊的主要产品。由于焊接电弧是一个变化很大的动态负载，有很多过渡状态:如短路、大颗粒、熔滴瞬间短路等，很容易由于瞬间过流或开路使逆变失败发生炸管或击穿现象，以致炸坏焊机，造成人身财产损失和安全问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于逆变螺柱焊机的保护电路，以避免因瞬间过流或开路造成的故障损失和安全问题。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种用于逆变螺柱焊机的保护电路，包括若干个用于感应焊机逆变电路中各逆变开关管电流的第一线圈互感器，若干个用于感应焊机高频变压器次级绕组后侧各快恢复二极管电流的第二线圈互感器，以及第一、第二、第三、第四比较器，所述第一互感器的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管，然后并接在一起，同时送入第一、第二比较器的正极输入端，所述第二互感器的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管，然后并接在一起，同时送入第三、第四比较器的正极输入端，所述第一、第三比较器的负极输入电压为逐脉冲保护电压，所述第二、第四比较器的负极输入电压为故障脉冲保护电压，第一、第三比较器的输出端分别经三极管后作为逐脉冲过流保护信号的输出，第二、第四比较器的输出端分别经可控硅后作为故障脉冲保护信号的输出。
[0007]本实用新型还具有如下进一步的改进:
[0008]1、逐脉冲过流保护信号输出端接在焊机逆变驱动电路的逆变脉冲产生电路的波形运算器上；故障脉冲保护信号输出端接在焊机逆变驱动电路的逆变脉冲产生电路的脉冲关断脚上。
[0009]2、所述逆变脉冲产生电路由电流型PWM控制器和时基电路组成的有限双极性控制ZVZCS-PWM全桥波形。
[0010]3、所述第一线圈互感器接在焊机逆变电路的逆变开关管所在线路上，所述第二线圈互感器接在焊机高频变压器次级绕组输出端。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有有如下益效果:
[0012]本实用新型利用线圈互感器来获取逆变电路中逆变开关的电流和高频变压器输出端快恢复二极管的电流，经整流后取样后分别并联输出，送入比较器进行电压比较；由于取样后的波形全通过二极管合并一起，因此电压高的脉冲会显现，电压低的脉冲会被淹没，于是通过电压高的脉冲即可判断是否逐脉冲过流，实现了逐脉冲保护，在假的短路或焊接复杂电阻负载时能够保证主电源稳定输出；当由于人为原因使焊机损坏或发生真实故障时，接在逆变脉冲产生电路关断脚的故障脉冲保护信号，可直接关断驱动电路，而不经过内部电路，关断更可靠，且迅速。本实用新型保护电路不仅可预防变压器和焊接过流，更能预防开关管直通短路，可有效避免因瞬间过流或开路造成的故障损失和安全问题，具有实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型提供的一种用于逆变螺柱焊机的保护电路的电路原理图。
[0014]图2是本实用新型提供的一种逆变螺柱焊机的逆变电源的电路原理图。
[0015]图3是本实用新型提供的一种逆变脉冲产生电路的电原理图。
【具体实施方式】
[0016]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0017]如图1所示，本实施例提供的一种用于逆变螺柱焊机的保护电路，包括12个用于感应各逆变开关管电流的第一线圈互感器L5-L16，8个用于感应各快恢复二极管电流的第二线圈互感器La-Lh，开关管和快恢复二极管互感器个数可为若干个，开关管和快恢复二极管有多少数量，互感器也有相应数量。以及第一至第四比较器IC1-1C4。如图2所示，第一线圈互感器L5-L16分别接在逆变开关管G1-G12的线路上，第二线圈互感器La-Lh分别接在快恢复二极管D1-D8的线路上。继续如图1所示，第一互感器L5-L16的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管R51-R62，然后并接在一起，同时送入第一、第二比较器IC1、IC2的正极输入端，第二互感器La-Lh的输出端经全桥整流后通过取样电阻Ra-Rh接二极管，然后并接在一起，同时送入第三、第四比较器IC3、IC4的正极输入端，第一、第三比较器IC1、IC3的负极输入电压为逐脉冲保护电压V1、V3，第二、第四比较器IC2、IC4的负极输入电压为故障脉冲保护电压V2、V4，第一、第三比较器IC1、IC3的输出端分别经三极管后作为逐脉冲过流保护信号的输出，第二、第四比较器IC2、IC4的输出端分别经可控硅后作为故障脉冲保护信号的输出。图中C41、C42为抗干扰接地电容。逐脉冲过流保护信号接在逆变脉冲产生电路(如图3所示)的波形运算器上，如UC3846系列SG3525系列，TL494系列均有此脚位；故障脉冲保护信号接在逆变脉冲产生电路的脉冲关断脚上，其关断速度直接关断脉冲不经过内部电路过程，关断可靠。如UC3846系列、SG3525系列、TL494系列都有关断脚。
[0018]取样电阻R51-R62的阻值要按每个逆变开关管G1-G12的80%左右电流计算；取样电阻Ra-Rh的阻值则按快每个恢复二极管D1-D8的80%左右电流计算，取样后的波形全通过二极管合并一起，电压高的脉冲会显现，电压低的脉冲会被淹没，电压高的脉冲使主电流电流最大，控制了最大电流管的安全性，小电流更不会坏。V1、V3是逐脉冲保护电压，V2、V4是故障脉冲保护电压，Vl的电压比V2小，V3电压比V4小。当合并脉冲电压E超过Vl或合并脉冲电压F超过V3时，比较器输出高电压对脉冲产生电路关断，执行了逐脉冲保护，逆变开关管G1-G12快恢复二极管D1-D8都不会过流，不损坏，可靠性好。比较器可用稳压管、三极管、光耦代替。在假的短路或焊接复杂电阻负载时，可保证焊机的电源输出稳定。如果由于人为原因使焊机损坏，线圈传感器立马上升，当电压E超过VI，电压F超过了 V3，起不到保护，这时是真故障；当电压E超过V2，电压F超过V4时，比较器就马上关断故障保护。
[0019]如果不增加该保护功能，逆变开关管G1-G12会由于瞬间过流或开路使逆变失败会炸管，次级快恢复二极管也会有二极管开路或短路后被击穿现象，剩下的管子会由于电流不够而全部损坏，造成损失。而增加了该保护电路，即可避免上述故障和损失。该保护电路也适合不需要关联的开关管逆变电路，能起到开关管直通短路和次级快恢复二极管的保护。
[0020]实验证明:将焊机输出线两端接一个开关，在焊机施焊时不断开合开关，形成短路和焊接空载不断转换；或使电流电位器失效，焊机均能正常工作。在故障实验中:直接人为短路变压器，二极管开关管和焊机都能得到保护，保护效果明显。
[0021]本实用新型提供的保护电路既可预防变压器和焊接过流，更能预防开关管直通短路，可有效避免因瞬间过流或开路造成的故障损失和安全问题，具有实用价值。
[0022]图2所示是本实用新型提供的一种逆变螺柱焊机的逆变电源的电路原理图，包括依次连接的逆变电路、高频变压器Tl，逆变电路为具有四个桥臂的全桥逆变电路，每个桥臂均由3个并联的逆变开关管构成，第一组逆变开关管Gl、G3、G5构成第一半桥的上桥臂，第二组逆变开关管G2、G4、G6构成第二半桥的下桥臂，第三组逆变开关管G7、G9、Gll构成第二半桥的上桥臂，第四组逆变开关管G8、G10、G12则构成了第一半桥的下桥臂。逆变电路的第一输出端经开关电感L2、并联的隔直电容C7、C8接高频变压器Tl初级绕组的第一端，逆变电路的第二输出端接高频变压器Tl初级绕组的第二端；高频变压器Tl具有4个次级绕组，每个次级绕组的两端分别经快恢复二极管D1-D8后连接在一起作为焊机的正极电源输出，每个次级绕组的中点引出线依次连接后经滤波电抗器L3作为焊机的负极电源输出。
[0023]如图3所示，所述的逆变脉冲产生电路是由电流型PWM控制器和时基电路组成的有限双极性控制ZVZCS-PWM全桥波形。
[0024]最后有必要在此说明的是:上述内容只用于对本实用新型的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于逆变螺柱焊机的保护电路，其特征在于:包括若干个用于感应焊机逆变电路中各逆变开关管电流的第一线圈互感器，若干个用于感应焊机高频变压器次级绕组后侧各快恢复二极管电流的第二线圈互感器，以及第一、第二、第三、第四比较器，所述第一互感器的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管，然后并接在一起，同时送入第一、第二比较器的正极输入端，所述第二互感器的输出端经全桥整流后通过取样电阻接二极管，然后并接在一起，同时送入第三、第四比较器的正极输入端，所述第一、第三比较器的负极输入电压为逐脉冲保护电压，所述第二、第四比较器的负极输入电压为故障脉冲保护电压，第一、第三比较器的输出端分别经三极管后作为逐脉冲过流保护信号的输出，第二、第四比较器的输出端分别经可控娃后作为故障脉冲保护信号的输出。
2.根据权利要求1所述用于逆变螺柱焊机的保护电路，其特征在于:逐脉冲过流保护信号输出端接在焊机逆变驱动电路的逆变脉冲产生电路的波形运算器上；故障脉冲保护信号输出端接在焊机逆变驱动电路的逆变脉冲产生电路的脉冲关断脚上。
3.根据权利要求2所述的用于逆变螺柱焊机的保护电路，其特征在于:所述的逆变脉冲产生电路是由电流型PWM控制器和时基电路组成的有限双极性控制ZVZCS-PWM全桥波形。
4.根据权利要求1所述的用于逆变螺柱焊机的保护电路，其特征在于:所述第一线圈互感器接在焊机逆变电路的逆变开关管所在线路上，所述第二线圈互感器接在焊机高频变压器次级绕组输出端。
【文档编号】B23K9/20GK203918181SQ201420340652
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】胡长建 申请人:胡长建