一种储能型螺柱焊接装置用控制电路及储能型螺柱焊接装置的制作方法

本实用新型涉及一种储能型螺柱焊接装置用控制电路及储能型螺柱焊接装置。

背景技术：

螺柱焊接是上世界60年代末发展起来的一种新的焊接技术。螺柱焊接的基本原理是通过螺柱和工件之间的瞬间大电流使其彼此之间产生焊接电弧，使螺柱与工件的接触面处于熔融状态，使得螺柱在焊枪内弹簧压力的作用下，被快速压到工件表面，部分液态金属被挤出焊接区的同时把氧化物杂质带出，来保证焊接接头的质量，以形成了牢固的焊接接头。螺柱焊接的最大优点是免去了以往机械加工中的打眼、攻丝等复杂的加工方法，焊接螺柱的牢固程度高且焊接速度快，减少了能源消耗，节省了人力，减低了加工成本。

根据螺柱焊机工作原理的不同，一般将螺柱焊机分为储能式螺柱焊机和拉弧式螺柱焊机两大类。

拉弧式螺柱焊机工作过程为；焊机开始产生较小的引弧电流，将焊接母材表面的各种附着物燃烧清除后，再产生一股大电流，将螺柱焊接在母材上。其中拉弧式螺柱焊机按其焊接过程所需要的时间长短，可分为短周期拉弧和长周期拉弧两种；短周期拉弧设备焊接的时间较短，一般在200毫秒以内，适用于薄板(5mm以下)和直径较小(10mm以下)的焊钉之间的焊接；长周期拉弧的焊接周期较长，最长可达2000毫秒，适用于板厚(2mm以上)和直径较大(10mm以上)的焊钉之间的焊接。

而电容储能式螺柱焊机工作过程为：由螺柱前端的引弧点引弧燃烧，同时将螺柱焊接在母材上。电容储能焊接一般适用于薄板和小钉之间的焊接，其特点是时间短、热变形小、很适合薄板的螺柱焊接，如中国专利200610052886.X公开的是一种储能拉弧式螺杆焊机；但是需要说明的是现有的储能式螺柱焊机由于其多采用采用继电器模拟控制，所以其控制精度和稳定性都大大下降，使其焊接不合格率会比较高。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是要提供一种新型的储能型螺柱焊接装置用控制电路，其有效地提高了螺柱焊接装置的控制精度和稳定性从而使得其焊接的合格率得到有效提高。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案：

一种储能型螺柱焊接装置用控制电路，其特征在于，包括：

一端与市电连接，另一端通过一整流电路与充电控制电源连接的PFC电路，其用于进行电感补偿；

与开关变压器相连接的充电控制电源，其用于控制整个电路电源的闭环电压及闭环电流；

与储能电容相连接的开关变压器，其用于控制储能电容的充电过程；

分别与运算电路、控制电路、放电电路相连接的储能电容；

与所述充电控制电源相连接的运算电路，其用于对采集到的放电电压、放电电流进行放大以便于所述充电控制电源调整相应的放电电压；

分别与焊枪接触检测电路、扳机检测电路、可控硅触发电路、放电电路相连接的控制电路；

与所述控制电路相连接的焊枪接触检测电路，其用于检测焊枪接触信号；

与所述控制电路相连接的扳机检测电路，其用于检测扳机动作信号；

与所述控制电路相连接的可控硅触发电路，其受控于所述控制电路；

与所述储能电容相连接的放电电路，用于控制储能电容的放电过程；

以及用于为整个电路提供电源的辅助电源。

进一步，作为本实用新型的优选方案

所述PFC电路包括：主动PFC电路和被动PFC电路所构成的两级电路；其中所述被动PFC电路一端与市电侧连接，另一端与主动PFC电路连接；所述主动PFC电路一端与被动PFC电路连接，另一端通过一整流电路与充电控制电源连接。

进一步，作为本实用新型的优选方案

所述主动PFC电路采用升压型开关电源电路，所述被动PFC电路采用电感元件，所述整流电路采用单相桥式整流桥进行全波整流。

进一步，作为本实用新型的优选方案

所述充电控制电源采用单管正激电源电路。

优选的，所述单管正激电源电路包括：PFC控制模块FAN4800、绝缘场效应管IXTQ22N50P、稳压管IN5245、若干二极管以及若干电阻、若干电容元件。

进一步，作为本实用新型的优选方案

本实用新型的另一目的是要提供一种储能型螺柱焊接装置，其包括上述储能型螺柱焊接装置用控制电路。

进一步，作为本实用新型的优选方案

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1.本实用新型通过合理使用主动式和被动式PFC电路使最终整流输出的直流电压更稳定、功率因数更高；

2.本实用新型通过采用闭环控制算法，将充电电压和电流反馈给运算器，使充电电压更准确。

附图说明

图1为本实用新型所述装置对应的电路原理图；

图2为本实用新型所述装置对应的PFC电路实例图；

图3为本实用新型所述装置对应的焊枪接触检测电路、扳机检测电路、可控硅触发电路及放电电路实例图；

图4为本实用新型所述装置对应的辅助电源电路实例图；

图5为本实用新型所述装置对应的充电控制电源及开关变压器实例图；

图6为本实用新型所述装置实现控制过程的主要流程步骤图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种稳定、精确、高效的储能式螺柱焊接装置其包括：PFC电路、充电控制电源、开关变压器、储能电容、运算电路、控制电路、焊枪接触检测电路、扳机检测电路、可控硅触发电路、放电电路、辅助电源；

如图2所示，所述PFC电路，用于进行电感补偿，其一端与市电连接，另一端通过一整流电路与充电控制电源连接；进一步，作为本实用新型的优选方案，所述PFC电路包括：主动PFC电路和被动PFC电路所构成的两级电路；其中所述被动PFC电路一端与市电侧连接，另一端与主动PFC电路连接；所述主动PFC电路一端与被动PFC电路连接，另一端通过一整流电路与充电控制电源连接。进一步，作为本实用新型的优选方案，其主要由主动PFC、被动PFC、整流桥KBG608G及若干电阻、电容元件构成，以实现220V交流电经过被动和主动PFC电路以及整流电路输出直流电给开关电源；优选的所述被动PFC电路采用电感元件，如采用一块3mH的电感，其内部由多块硅钢片外部缠绕铜线而组成，采用电感补偿方法通过使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，其结构简单，稳定性好；所述主动PFC电路采用升压型开关电源电路，其由高频电感LF2318、电容C26以及FAN4800等元件构成，该电路的优点为：功率因数高、低损耗和高可靠、有很宽的输入电压范围，并且由于输出DC电压纹波很小，因此采用不需要采用很大容量的滤波电容；所述整流电路采用单相桥式整流桥KBG608G进行全波整流。

所述开关变压器用于控制储能电容的充电过程，其与储能电容相连接；

所述储能电容为焊接储能，其分别与运算电路、控制电路、放电电路相连接；进一步，作为本实用新型的优选方案，所述储能电容由3个22000uF电容组成，最大可提供焊接能量为26400J。

所述运算电路用于对采集到的放电电压、放电电流进行放大以便于所述充电控制电源调整相应的放电电压，其与所述充电控制电源相连接；进一步，作为本实用新型的优选方案，所述运算电路由运算放大器TLV2374、光耦PC123及若干电阻电容组成。其用于将采集到的放电电压、电流经过两级运算放大器放大以后，经过光耦PC123将反馈信号输送给FAN4800，以便FAN4800调整放电电压。

所述控制电路主要用于采集充电电压信号、扳机动作信号、监测电阻信号，输出可控硅触发信号、放电信号等，其分别与焊枪接触检测电路、扳机检测电路、可控硅触发电路、放电电路相连接；进一步，作为本实用新型的优选方案，所述控制电路由ATmega48单片机、双向八组总线收发器74LS245及运算放大器TLV2374组成。

如图3所示，所述焊枪接触检测电路用于检测焊枪接触信号，其与所述控制电路相连接；

所述扳机检测电路用于检测扳机动作信号并将扳机信号传递给控制电路的单片机，其与所述控制电路相连接；当焊枪的扳机扣下时，光耦TPL281导通，单片机会得到扳机动作信号。

所述受控于所述控制电路的可控硅触发电路；进一步，作为本实用新型的优选方案，可控硅触发电路由三极管2SC4672和变压器以及二极管和若干电阻、电容组成；当单片机发出触发信号使三极管导通时，变压器开始工作，则可控硅触发电路被触发。

所述放电电路用于控制储能电容的放电过程，与所述储能电容相连接；进一步，作为本实用新型的优选方案，所述放电电路由光耦TLP281、稳压管、MOSFET及电阻电容组成；当单片机检测到电容电压下调时以及关机后，单片机发出控制信号，经过相应光耦元件和稳压管元件,使MOSFET开通，则此时所述放电电路开始放电。

如图4所示，所述辅助电源用于为整个电路提供电源，其主要为控制电路、运算电路及充电控制电源提供芯片工作电源，进一步，作为本实用新型的优选方案，所述辅助电源电路包括单端隔离式电流型脉宽调制器UC3842、场效应三级管IRFBG30、光耦H11A817A、稳压管TL431C、MC78M05CDT及若干二极管和电阻电容组成。

如图5所示，所述充电控制电源，用于控制整个电路电源的闭环电压及闭环电流，其与开关变压器相连接；进一步，作为本实用新型的优选方案，充电控制电源由PFC控制模块FAN4800、绝缘场效应管IXTQ22N50P、稳压管IN5245、二极管以及电阻电容组成单管正激电源，其通过控制FAN4800的输入信号控制电源的闭环电压和闭环电流。

本实用新型的另一目的是要提供一种储能型螺柱焊接装置，其包括上述储能型螺柱焊接装置用控制电路。

所述装置还包括用于相关控制参数设定及修改并进行相应显示的显示按键电路。

本实用新型所述装置对应的闭环控制过程为：

如图6，接入市电220V经过PFC电路的主动式和被动式PFC两级电路进行电感补偿后；将电源信号送到开关变压器，控制电路的单片机给充电控制电源的FAN4800发送信号，使开关变压器工作，进而使得储能电容充电；与此同时，将充电过程的电压和电流信号反馈给运算电路，经过运算电路的计算，如果电容电压没有达到所设定的可焊接电压，则继续给储能电容充电，如此反复，直到电压达到可焊接要求；当电容电压达到可焊接电压时，单片机给充电控制电源的FAN4800发送信号，使开关变压器停止工作，不再给储能电容充电；此时单片机等待焊枪接触和扳机信号，如果此时焊枪已经接触金属板并且扣动扳机即焊枪接触检测电路检测到焊枪接触信号，扳机检测电路检测到扳机动作信号，则单片机向可控硅触发电路发送触发信号，控制放电电路导通，储能电容通过螺柱对金属板放电，由于放电电流很大，此时螺柱底面和金属板接触面处于熔融状态，再由弹簧将螺柱压到金属板上，完成一次焊接过程。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。