一种IGBT逆变手工电弧焊机的制作方法

本实用新型涉及一种igbt逆变手工电弧焊机的结构和电路设计。属于逆变焊机技术领域。

技术背景

手工电弧焊机的销售量很大，应用范围较广。然而，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，或者连接的复杂程度不同，其产品生产的工序和制作工艺等也会完全不同。这些都会影响产品的性能、可靠性、生产效率和运输成本等，最终影响产品的市场竞争力。

目前，国内外市场上，小型igbt管逆变式手工电弧焊机的额定电流通常在80~200a（负载持续率100~20%）的水平。对此类焊机产品来说，如果设计不好，会出现如下一些问题：1）抗网压波动能力差。例如，当供电电网的输入电源电压较低，如180vac以下时，即使是采用较细的电焊条，焊机也无法进行正常焊接。这就使焊机的应用范围受到了一定的限制。当供电电压过大，如误接380v则烧坏焊机；2）负载持续率低，有的焊机只能达到10～25%。原因：焊机冷却风扇的配置、关键器件（如igbt及其散热器、快恢复二极管及其散热器、主变压器等）的冷却风道设计不合理。这会导致焊机工作的负载持续率降低，即可焊接的时间较短。问题严重的，还会导致igbt或快恢复二极管炸管或损坏、逆变变压器烧坏；3）防尘性能不好，导致焊机工作可靠性降低。逆变焊机长期使用后，工作现场的一些含导电性金属粉尘会吸附到igbt和快恢复二极管器件引脚之间，导致爬电距离减小、器件和控制电路失效。因此，如何解决好上述问题，开发出结构和性能好、可靠性高的焊机，是本实用新型解决的问题和目的。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种igbt逆变手工电弧焊机，本实用新型焊机的前面板部分安装的零部件主要有：正极输出快速接头和接头座组件、负极输出快速接头和接头座组件、前塑料面罩，数显表和前控制电路板上的工作电源指示灯（白色）及热保护指示灯（黄色）、电流调节电位器和旋钮。前控制电路板组件上，除了有电流显示表、电源和过热保护指示发光二极管外，还有其它很多的电子元器件。其电路板称为控制板。该控制板上有输出电流调节电位器、uc3846pwm控制芯片、运算放大器lm324芯片，还有其它很多的电子元器件组成的电路。数显表及其控制板放入其护盖中，并浇注环氧灌封料。这样可起到良好的防尘保护作用，防止控制板因导电性粉尘的侵入而失效。前控制板部分，通过该板上设计的插座或接插件及其它们的连接线与焊机的部分电路进行连接。

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、供电电源线、冷却风机、后塑料面罩。冷风从焊机机箱后部的进气孔进行。可使焊机内部的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。

本实用新型焊机的外壳部分，包括外盖、底板、背带或提手手柄。

本实用新型焊机内部的零部件部分，包括整流桥、igbt和快恢复二极管的a散热器、主电路板、快恢复二极管的b散热器、数显表和前控制板、输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器、逆变主变压器、滤波电解电容、开关电源变压器、驱动变压器、输出电抗器等元器件和零部件。

本实用新型焊机的四个igbt和快恢复二极管的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到主电路板上，本实用新型通过上述方式之一来解决焊机的防尘性能问题，主电路板上的器件安装和焊接完成后，涂刷绝缘漆；这些技术措施，可避免逆变焊机长期使用后工作现场的一些含导电性金属粉尘吸附到igbt管、快恢复二极管器件引脚之间、控制电路板上。不会导致爬电距离减小，器件和控制电路不容易失效。这就提高了焊机工作可靠性。

本实用新型焊机的整流桥、igbt和快恢复二极管分别通过各自的螺丝固定在a散热器上。之后，a散热器通过螺丝固定在主电路板上。igbt和快恢复二极管的b散热器通过两个螺丝固定在主电路板上。输出快恢复二极管通过螺丝固定在散热器上。输出快恢复二极管的散热器通过螺丝固定在主电路板上。逆变主变压器、滤波电解电容、控制变压器、驱动变压器焊接在主电路板上。输出电抗器则通过螺丝连接在焊机的输出回路中。通过上述组装、连接方式，使本实用新型逆变焊机的主要零部件构成一个整体。这样，在主电路板、igbt的散热器a、b和输出快恢复二极管的散热器之间构成了“风道”。由于配置了大风量、高速（4000～5500rpm/min）直流冷却风机，“风道”的存在，可改善发热主功率关键零部件（如各igbt、各快恢复二极管、各散热器、整流桥、逆变主变压器和输出电抗器等）的冷却效率。也提高了焊机输出时的负载持续率。如果焊机的输出电流小，则负载持续率会更高，甚至可进行连续不断地焊接。这就较好解决了焊接时间短的问题。同时，有效降低了igbt或快恢复二极管、逆变变压器等器件或零部件的故障率。

在主电路板、前控制板上，还有很多的电子元器件及其组成的控制电路，如电阻、电容、二极管、稳压管、继电器、上电缓冲和过压保护控制电路、igbt驱动控制电路、脉冲宽度调制器电路、开关电源控制电路、过热保护控制电路等。

本实用新型焊机，不像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的控制连接线，不仅制作工序多和生产工艺复杂，而且电路板还占据空间大，使整机尺寸大、重量重。而采用本实用新型焊机的结构、电路板及其电路设计，则可缩小电路板和整机的尺寸，降低产品重量、生产和运输成本。因控制线少，焊机生产加工工序少，制作工艺也大大简化，更加方便生产。

从电路的控制功能来看，主要是完成输入上电缓冲和过压保护控制、输入整流和滤波、开关电源直流供电电压的产生、pwm脉冲宽度调节、igbt管驱动控制和逆变、手工焊方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、保护控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现手工电弧焊的各项控制要求。

本实用新型，通过采用新型控制电路的设计来解决“抗网压波动能力差”的问题。在新的控制电路作用下，当电网输入电源电压较低，如130vac时，采用细的电焊条，焊机也可进行正常焊接；如果电源电压升高不超过270vac，都不会影响焊机焊接性能。即使是超过此电压，则可实现供电过电压保护控制。这就提高了焊机的抗网压波动能力，扩大了焊机的应用范围。

对不同电流等级和负载持续率要求的本实用新型焊机，可通过调整电路板上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。例如，改变igbt器件的电流等级、数量（例如，两只并联作为一只使用。需要同时修改电路板设计）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，即可容易形成不同额定电流规格的系列产品。如160a/26.4v、140a/25.6v、120a/24.8v等产品。额定电流越小的，则额定负载持续率越高。当然，这些变化的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。这就提升了产品的市场竞争力。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。这也是申请本专利保护的根本目的所在。

附图说明】

图1是利用本实用新型制成的一种示例手弧焊机的结构示意图；

图2是本实用新型焊机的主电路部分的原理图；

图3是本实用新型焊机上电缓冲继电器的控制电路原理图；

图4是本实用新型焊机的开关电源电路的部分电路原理图；

图5是本实用新型焊机开关电源电路和驱动电路的部分电路的原理图；

图6是本实用新型焊机控制部分电路的原理图；

附图中各部件名称如下：1、背带；2、外壳；3、m4自攻螺丝；4、整流桥；5、快恢复二极管；6、igbt；7、igbt；8、快恢复二极管；9、igbt；10、igbt；11、b散热器；12、电抗器；13、逆变主变压器；14、a散热器；15、主电路板；16、开关电源变压器；17、驱动变压器；18、电解电容；19、电解电容；20、快恢复二极管的散热器；21、快恢复二极管；22、快恢复二极管；23、快恢复二极管；24、前塑料面罩；25、数显表和前电路板；26、前面板；27、白指示灯；28、黄指示灯；29、电流调节电位器和旋钮；30、红快速接头；31、黑快速接头；32、底板；33、冷却风机；34、后塑料面罩；35电源线的拉不脱；36、电源线；37、电源开关。

具体实施方式

如图1所示是利用本实用新型制成的igbt逆变焊机的结构设计示意图，其主要组成部分包括：前面板部分。主要有正极输出快速接头和接头座组件30，负极输出快速接头和接头座组件31、前塑料面罩24，数显表和前控制板25上的工作电源白指示灯27，及热保护黄指示灯28、电流调节电位器和旋钮29等。

前面电路板组件上有电流显示表，还有电源和过热保护指示发光二极管，以及其它很多的电子元器件。其电路板称为控制板。该控制板上有输出电流调节电位器、uc3846pwm控制芯片、运算放大器lm324芯片，还有其它很多的电子元器件。数显表及其控制板放入其护盖中，并浇注环氧灌封料。这样可起到良好的防尘保护作用，防止控制板因导电性粉尘的侵入而失效。

前控制板部分，通过该板上设计的插座或接插件及其它们的连接线与焊机的部分电路进行连接。

后面板部分，主要有电源开关37、供电电源线36、冷却风机33、后塑料面罩34等，冷风从焊机后部的进气孔进入，可使焊机内部的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。

外壳部分，包括外盖2、底板32、背带或提手手柄1等；

焊机内部的零部件部分，包括整流桥4、igbt6，igbt7和快恢复二极管5的a散热器14、主电路板15、快恢复二极管8的b散热器11、数显表和前控制板25、输出快恢复二极管21、22、23通过螺丝固定在散热器20、逆变主变压器13、滤波电解电容18、19、开关电源变压器16、驱动变压器17、输出电抗器12等元器件和零部件。

四个igbt6、7、9、10和二个快恢复二极管5、8的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到主电路板15上。数显表和前控制板25放入其护盖中，并浇注环氧灌封料，本实用新型通过上述方式来解决焊机的防尘性能问题，主电路板15上的器件安装和焊接完成后，涂刷绝缘漆。这些技术措施，可避免逆变焊机长期使用后工作现场的一些含导电性金属粉尘吸附到igbt管、快恢复二极管器件引脚之间、控制电路板上，不会导致爬电距离减小，器件和控制电路不容易失效。这就提高了焊机工作的可靠性。

整流桥4、igbt6、7和快恢复二极管5分别通过各自的螺丝固定在a散热器14上，之后，a散热器14通过螺丝固定在主电路板15上。igbt9、10和快恢复二极管8的b散热器11通过两个螺丝固定在主电路板15上。输出快恢复二极管21、22、23通过螺丝固定在散热器20上。输出快恢复二极管21、22、23的散热器20通过螺丝固定在主电路板15上。逆变主变压器13、滤波电解电容18、19、控制变压器16、驱动变压器17焊接在主电路板15上。输出电抗器12则通过螺丝连接在焊机的输出回路中，通过上述组装、连接方式，使本实用新型逆变焊机的主要零部件构成一个整体。这样，在主电路板15、igbt的散热器a和b和输出快恢复二极管21、22、23的散热器20之间构成了“风道”，由于配置了大风量、高速（4000～5500rpm/min）直流冷却风机33，“风道”的存在，可改善发热主功率关键零部件（如各igbt、各快恢复二极管、各散热器、整流桥、逆变主变压器和输出电抗器等）的冷却效率。也提高了焊机输出时的负载持续率。如果焊机的输出电流小，则负载持续率会更高，甚至可进行连续不断地焊接。这就较好解决了焊接时间短的问题。同时有效降低了igbt或快恢复二极管、逆变变压器等器件或零部件的故障率。

在主电路板15、数显表和前控制板25上，还有很多的电子元器件及其组成的控制电路，如电阻、电容、二极管、稳压管、继电器、上电缓冲和过压保护控制电路、igbt驱动控制电路、脉冲宽度调制器电路、开关电源控制电路、过热保护控制电路等。

本实用新型不像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的连接线，不仅制作工序多和生产工艺复杂，且电路板还占据空间大，使整机尺寸大、重量重。而采用本实用新型的电路板结构和电路设计，则可缩小电路板和整机的尺寸，降低产品重量、生产和运输成本。因控制线少，焊机生产加工工序少，制作工艺也大大简化，更加方便生产。

从电路的控制功能来看，主要是完成输入上电缓冲和过压保护控制、输入整流和滤波、开关电源直流供电电压的产生、pwm脉冲宽度调节、igbt管驱动控制和逆变、手工焊方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、保护控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现手工电弧焊的各项控制要求。

本实用新型焊机上述各部分电路的工作原理简述如下：

附图2是本实用新型焊机的主电路部分的原理图。其它相关控制部分的电路原理图见附图3～附图6所示。由附图2可见，焊机的主电路部分主要由整流器或整流桥bg1、q5晶闸管和继电器触头jdqb等组成的上电缓冲控制电路，igbt1（此一个符号代表1个或2个igbt，下同，不再重复说明）和igbt2（此一个符号代表1个或2个igbt，下同，不再重复说明）及其驱动电路，以及快恢复二极管d1和d2、逆变主变压器t2组成的单端正激逆变电路，快恢复二极管d3～d5整流输出电路、滤波电抗器12、冷却风扇fan、电源开关37等部分组成。

整流器或整流桥bg1的作用是把来自供电电网的交流变换为直流。

上电缓冲和过压保护控制电路部分，包括两个部分的电路，见附图2和附图3所示。其中，一部分电路由可控硅或晶闸管q5、rt1热敏电阻、继电器jdqa（见附图3）的触头是jdqb、三极管q1、光耦u9、稳压管zd6，以及r5、r9、r21、r25、r53电阻组成。其特征是：继电器的触头jdqb串联在逆变主电路的输入直流母线中，其前端连接到整流桥或整流器bg1的输出正极性端，其后端连接到滤波电解电容ec1～ec2的正极性端。在该触头的两端，并联有可控硅或晶闸管q5和rt1热敏电阻的串联电路。在整流桥或整流器bg1的输出两端，并联有两个支路，其中一个支路为两个电阻r5和r9的串联电路，另外一个支路为电阻r21、光耦u9的发光二极管（阳极）、可变电阻r53、三极管q1（集电极）和稳压管zd6（阴极）的串联电路。三极管q1的基极连接在前一个支路的两个电阻r5和r9的中间。可控硅或晶闸管q5的触发极连接一个电阻r25的一端，该电阻的另一端则连接到光耦u9的发光二极管的阳极。另一部分的电路，见附图3，由继电器jdqa、三极管q2、稳压管zd2、二极管d28、电解电容c32，以及r50、r70电阻组成。此部分电路由开关电源电路提供的+15v、-12v电源电压进行供电。其特征是：三极管q2的集电极连接到继电器jdqa（线圈）的一端，继电器jdqa（线圈）的另一端连接到供电电压+15v。三极管q2的发射极连接到供电电压-12v。三极管q2的基极连接一个串联支路，该支路由电阻r50、r70和稳压管zd2组成。电阻r70的一端连接到供电电压+15v，另一端连接到稳压管zd2的阴极。稳压管zd2的阴极则连接到电阻r50的一端，而该电阻的另一端则连接到三极管q2的基极。电解电容c32的阳极连接到稳压管zd2的阴极，而该电解电容c32的阴极则连接到供电电压-12v。并且，电解电容c32的两端并联连接着光耦u9的输出级三极管，该光耦三极管的发射极连接到供电电压-12v，其集电极则连接到电解电容c32的阳极端。

参见附图2和附图3，jdqa继电器（其触头是附图2中的jdqb），选择30a/24v的继电器。jdqa继电器的动作受控于三极管q2及其外围的电路，包括附图2中的光电耦合器u9、三极管q1等电子元器件。上电缓冲电路的工作过程如下：当焊机的供电电源开关（37）合上时，在光耦u9的发光二极管u9a不发光和其输出级三极管u9b截止或不导通期间，有控制电流流过串联在可控硅或晶闸管q5触发极回路的电阻，该电流可使可控硅或晶闸管q5导通，于是，有电流流经rt1热敏电阻后，对ec1～ec2电解电容（470µf/400v）（18，19）进行充电。ec1～ec2电解电容上的电压vcc逐渐升高。与此同时，由于光耦u9的输出级三极管u9b截止或不导通，电解电容c32与电阻r70构成rc延时充电电路，电解电容c32两端的电压也会逐渐增加。当电解电容c32两端的电压增加到一定值时，稳压管zd2击穿、稳压，有较大的电流流入三极管q2的基极，于是，三极管q2导通，jdqa继电器才能动作。可见，jdqa继电器的动作时间是滞后于电源开关（37）合上时刻的，即jdqa继电器是延时动作的。当jdqa继电器动作，其触头（附图2中的jdqb）闭合rt1热敏电阻的支路，使本实用新型焊机正常逆变工作时，母线上的大电流是从继电器的触头（附图2中的jdqb）流过的。这样的电路，称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关（37）接通瞬间，由于ec1～ec2电解电容（18，19）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（37）。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间晶闸管q5导通、串入rt1热敏电阻的方法来限制浪涌电流的。并且，rt1热敏电阻的阻值，是随其温度上升而增大的。因此，上电缓冲电路可起到较好的保护作用。

参见附图2和附图3，如果焊机的供电电压出现过高的情况，即当ec1～ec2电解电容上的充电电压vcc增加到某一值时，三极管q1才会导通，稳压管zd6才能击穿、稳压。此时，光电耦合器u9中的发光二极管u9a发光，光电耦合器u9中的三极管u9b导通。于是，三极管q2截止或不导通，继电器jdqa的线圈没有电流流过，继电器jdqa停止动作，其触头jdqb断开，使逆变电路停止逆变工作，从而实现了供电电压的过电压保护。

开关电源电路，其特征是：用于产生+15v、-12v电源电压。开关电源控制电路部分，包括两个部分的电路，见附图4和附图5所示。其中，开关电源的一部分电路由b3开关电源变压器（16）（有四个绕组，分别是n1（b3a）、n2和n3（附图5中的b3b）、n4（b3c）。n1是初级绕组，其它是次级绕组）的n1和n4绕组、tvs1稳压管、d16~d17二极管、u10开关电源控制芯片（top264vg），以及它们周围的电阻（r+1、ts、r35）、电容（c19～21）器件组成。开关电源电路的供电电源310v与其地之间，串联有电容c17和电阻ts的支路。u10开关电源控制芯片（top264vg）的s端、f端和v端连接在电容c17和电阻ts支路的中间。u10开关电源控制芯片（top264vg）的d端与310v之间并联连接着两个支路。一个支路是b3开关电源变压器（16）的n1绕组。另一个支路是tvs1、z稳压管和d16二极管的串联电路，稳压管tvs1、z反极性串联，稳压管tvs1的阴极连接至310v，而稳压管tvs1的阳极则连接着稳压管z的阳极。稳压管z的阴极与d16的阴极连接。b3开关电源变压器（16）的n4绕组，其上端连接d17二极管的阳极，其下端连接着u10开关电源控制芯片（top264vg）的s端、f端和v端，以及电容c21和电解电容c29的阴极。电容c21的另外一端则连接着d17二极管的阴极和光耦u5中输出级三极管的集电极。光耦u5中输出级三极管的发射极则连接着电阻r35和电解电容c29的串联支路。并且，光耦u5中输出级三极管的发射极还连接着u10开关电源控制芯片（top264vg）的c端。此c端与u10开关电源控制芯片（top264vg）的s端之间连接有电容c20。而在u10开关电源控制芯片（top264vg）的x端与其s端之间连接有电阻r+1。开关电源的另一部分电路由b3开关电源变压器（16）的n2和n3次级绕组、稳压管z2～z3、d21和d23二极管、u5光耦，以及它们周围的电阻（r1～r2、r38等）、电容（ec3~ec4、c2～c3、c34）器件组成。b3开关电源变压器（16）的n2和n3次级绕组是串联的，其中间连接点为输出直流电压的地端。n2绕组的上端连接二极管d21的阳极，其阴极与该部分电源的地之间并联连接着电解电容ec3和ec4，以及电容c2和电阻r38。二极管d21的阴极端即为输出+15v电压。在+15v电压与该部分电源的地之间并联连接着一个支路，该支路由电阻r1和r2、光耦u5中的发光二极管u5a，以及稳压管z2和z3组成。稳压管z2和z3正极性串联，其z2的阳极端连接至该部分电源的地端，其z3的阴极与光耦u5中的发光二极管u5a的阴极和电阻r2连接。r2连接至+15v端。光耦u5中的发光二极管u5a的阳极连接着电阻r1，而r1的另一端连接至+15v端。n3绕组的下端连接二极管d23的阴极，其阳极与该部分电源的地之间并联连接着电解电容c34，以及电容c3和电阻r。该二极管d23的阳极端即为输出-12v电压。

见附图4，310v直流电供给开关电源电路。由于b3开关电源变压器的初级绕组n1，以及它们周围的tvs1稳压管、d16二极管等组成的电路，是连接至310v的，属于高压回路。为确保控制电路的安全，在附图4中，采用了u5（el817）光电耦合器进行隔离。开关电源的核心控制芯片是u10，即top264vg芯片。关于开关电源这部分电路的工作原理，要进一步详细了解的话，需要去了解开关电源和top264vg开关电源控制芯片的相关工作原理和知识。介于篇幅的关系，这里仅仅是作了一个简要的说明。总之，开关电源控制电路部分，可在b3的2个电压输出电路部分，分别获得+15v、-12v电源电压。供给其它不同的器件和电路使用。例如，12v供给风扇fan1和fan2；+15v供给驱动控制电路和其它控制电路等。由开关电源部分的电路及原理可知，本实用新型没有采用一般的控制变压器和相关的电压变换电路来产生上述二个电源电压。其电路取电来自主回路中的310v。开关变压器的体积和尺寸、重量远小于一般的控制变压器，这就降低本实用新型焊机的成本，提升了焊机的技术附加值。

本实用新型开关电源电路，有如下的优点：在电网电压波动的情况下，即使是在130vac~270vac电压波动范围，开关电源电路仍然能够产生稳定的+15v、-12v电源电压。这就可以保证焊机其它控制电路的正常工作。实验表明：在本实用新型的控制电路作用下，当电网输入电源电压较低，如130vac时，即使是采用细的电焊条，焊机也可进行正常焊接；如果电源电压升高不超过270vac，都不会影响焊机焊接性能。这就提高了焊机的抗网压波动能力，扩大了焊机的应用范围。这就较好解决了“抗网压波动能力差”的问题。

igbt驱动控制电路，则在控制板电路产生的pwm脉冲宽度调制信号的控制作用下，实现对igbt1和igbt2的驱动控制，最终通过单端正激逆变电路实现由直流到几十khz交流的变换。

igbt驱动控制电路部分，包括两个部分的电路，见附图5和附图2所示。其特征是：igbt驱动控制电路的一部分电路由驱动变压器（17）的初级mca（n1绕组）、q6驱动芯片（4606）、电阻r28和r29、r61，电容c1组成。驱动变压器（17）的初级mca（n1绕组）的上端连接至+15v，其下端连接至驱动芯片q6的两个d2端。在驱动芯片q6的两个d1端与d2端之间，连接着电阻r61和电容c1的串联电路。驱动芯片q6的g1和g2端与其s2端连接，并且其s2端通过一电阻r29连接至地端，通过一电阻r28连接至pwm控制信号端。驱动芯片q6的s1端与+15v端连接。igbt驱动控制电路的另一部分电路，设置于igbt的g极和e极之间。在igbt的g极和e极之间并联一个稳压管（如zd5）和电阻（如r15）。igbt的g极串联两个并联的电阻（如r63和r64），该两个并联电阻的另一端连接一个pnp型三极管的e极（如q3）和一个二极管（如d7）的阴极。该pnp型三极管的c极（如q3）连接到igbt的e极。该pnp型三极管的b极（如q3）连接到一个二极管（如d6）的阴极，而二个串联电阻（如r60、r59）则并联在该二极管（如d6）的两端，该二极管（如d6）的阳极则与驱动变压器的次级绕组（如n2）的上端连接。该次级绕组的上端则与二极管（如d7）的阳极连接，其下端连接着igbt的e极。

参见附图2和附图5，igbt的驱动变压器（17）（分为（附图5中）初级mca，次级mcb（n2）和mcc（n3））及其外围的d6～d9二极管、电阻r13、r15和r59~r66、稳压管zd4~zd5、三极管q3和q6等组成igbt1和igbt2的驱动电路。每个部分的驱动电路形式是一致的。附图5中的q6芯片（4606）输出的信号，再通过igbt的驱动变压器（17）及其外围的驱动电路去控制igbt的工作状态。附图5中，驱动电路输入的控制信号是由附图6中的ic1脉冲宽度调制（pwm）芯片（uc3845）输出的控制信号。这些信号是一组方波脉冲信号。方波脉冲信号有一个固定的频率。是保障igbt开关工作的重要参数之一。该时间是通过uc3845芯片的外围器件参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看uc3845的相关使用资料或说明。介于篇幅的关系，这里不再重复说明。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。

逆变主变压器t2则实现降压、变流；再通过输出快恢复二极管d3～d5整流输出，把几十khz交流的低压、大电流信号整流变换为焊接所需要的直流信号。

out（+）代表焊机的正极性输出。串联在out+与输出正极性端子之间的滤波电抗器（12）则把脉动的直流变换为较为稳定的直流，便于焊接。

附图6是本实用新型焊机控制部分电路的原理图。附图6中，ic1（uc3845）是pwm脉冲宽度控制芯片；u2是四运算放大器芯片。“1”～“6”接线端子对应连接至附图5中的kz插头。其中，“4”号端子实际上就是连接至逆变主电路中逆变主变压器的初级电流互感器的if。通过该电流互感器，检测逆变主变压器的初级电流，获得焊机输出控制所需要的电流反馈控制信号if。“6”接线端子或out+连接至焊机的输出正极性端。附图5中kz插头的“3”（也是附图6中的“3”）输出pwm控制信号，为igbt驱动电路的输入控制信号，也就是使逆变主电路中igbt进行通或断控制的pwm信号。rt插头连接至过热保护器的两个端子。rt的一个端子连接到附图5中kz插头的“5”（也是附图6中的“5”）。过热保护器安装在功率板上igbt的铝散热器上。d1为过热保护指示灯（黄色）。d2为电源指示灯。当焊机开关电源电路产生+15v后，d2电源指示灯点亮，指示焊机带电工作。+5v电源电压来自ic1（uc3845）的8脚，是由该芯片的内部参考电源（vre）输出的电压，可供给相关的控制电路使用。rp1是焊机的电流调节电位器。vr2是焊机输出电流的校正调节电位器。u2a运算放大器及其外围器件组成的电路为pi控制电路，是本控制电路的核心部分之一。由附图6可见，rp1电流调节电位器给出的ug电流给定信号通过r15等输入到pi运算放大器的输入一端；电流互感器t3检测到的电流负反馈信号if，通过d9等整流变换后，获得输出电流控制的负反馈ufi信号。该电流负反馈ufi信号则通过d12、r10等输入到pi运算放大器的另一输入端，与ug电流给定信号进行比较。之后，经过pi控制环节，u2a运算放大器输出的uk控制信号决定着ic1（uc3845）芯片输出的pwm脉冲信号的时间宽度。当ug电流给定信号和电流负反馈ufi信号发生变化时，就会使pwm脉冲信号的时间宽度发生改变，最终通过逆变主电路，实现焊机输出电压和电流的变化，以满足手工电弧焊接的性能控制要求。

附图6中，前面提到，kz插头的“5”端子信号最终连接着焊机的过热保护信号。u2c运算放大器及其外围电路组成过热保护控制电路。其特征是：u2c运算放大器的反相输入端连接一个电阻（r13）到+5v，并且，该输入端还连接着过热保护器rt。而该rt的另外一端连接至地电平。为降低干扰，在u2c运算放大器的反相输入端与地之间还连接一个电容（c5）。u2c运算放大器的同相输入端连接一个反馈电阻r11到该运算放大器的输出端，而该同相输入端连接到两个电阻r22和r21的中点，其电阻r22的另外一端连接至+5v，其电阻r21的另外一端连接至地。u2c运算放大器的输出端连接一个发光二极管（d1）的阳极，该发光二极管就是焊机面板上安装的过热保护指示灯（黄色）。该发光二极管的阴极连接一个电阻（r17），通过该电阻连接至一个npn型三极管（q3）的基极。在该三极管的基极与发射极之间连接一个电阻（r18），并且，该三极管的发射极连接至地。而该三极管的集电极则连接至焊机的电流给定电位信号。在焊接过程中，当igbt的散热器发生过热现象时，或者当焊机内部的热保护器工作时，u2c运算放大器的输出状态发生变化，一方面使d1过热保护指示灯（黄色）点亮，另一方面，控制信号通过电阻r17使三极管q3导通，限制电流给定信号。电路会控制pwm芯片的脉冲宽度输出，限制焊机的输出电流。同时，焊机无法焊接。在冷却风机的作用下，当igbt散热器的温度下降到一定程度后，或当焊机内部的过热现象消除、热保护器恢复时，控制电路才能继续输出pwm控制信号。同时d1过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了焊机过热保护。

附图6中，“6”端子信号连接着焊机的输出电压。u2d、u2b运算放大器及其外围电路组成焊机的输出电压控制电路。其特征是：u2d运算放大器及其外围电路组成电压比较器。u2d运算放大器的反相输入端连接一个分压电路。该分压电路由两个电阻构成，连接u2d运算放大器反相输入端的一个电阻r27连接至+15v，连接u2d运算放大器反相输入端的另一个电阻r28连接至地。u2d运算放大器的输出端连接一个电阻r9。在电阻r9的后端，连接着两个支路，一个支路是连接至一个npn型三极管（q5）的基极。在该三极管的基极与发射极之间连接一个电阻（r3），并且，该三极管的发射极连接至地。而该三极管的集电极则连接至焊机pwm控制芯片uc3845的1脚控制信号端。另一个支路连接至一个稳压管z1的阳极，而该稳压管的阴极则连接一个电阻r19，并通过该电阻连接至焊机的输出正极性out+端。u2d运算放大器的同相输入端连接至u2b运算放大器的同相输入端。由于电阻r19连接至焊机的输出正极性out+端，因此，u2d运算放大器的输出电平受控于焊机的输出电压高低。u2b运算放大器及其外围电路组成电压比较器。u2b运算放大器的同相输入端通过一电阻r23连接至+5v。并且，u2b运算放大器的同相输入端还连接两个支路，一个是连接至u2d运算放大器的同相输入端，另一个是通过一电阻r30连接至地。u2b运算放大器的反相输入端连接两个支路，一个支路是连接一二极管d13的阳极，而该二极管的阴极则连接至+5v。另一个支路是连接一电阻r24，经过该电阻r24后，一方面通过一电阻r20连接至地，另一方面连接至稳压管z1和电阻r19的中间结点。由于电阻r19连接至焊机的输出正极性out+端，因此，u2b运算放大器的输出电平受控于焊机的输出电压高低。此外，为提高抗干扰性能，在稳压管z1和电阻r19的中间结点对地之间还连接有一电容c7。u2b运算放大器的输出端，一方面连接一二极管d10的阳极，而该二极管的阴极则通过一电阻连接至npn型三极管（q3）的集电极。由于该三极管的集电极连接至焊机的电流给定电位信号，因此，u2b运算放大器的输出电平会对焊机的输出电流产生影响。另一方面，是连接一并联电路，该并联电路有两个支路，其一是一电阻r25，其二是一电阻r26和二极管d15的串联。二极管d15的阴极连接电阻r26后再连接至u2b运算放大器的输出端。二极管d15的阳极与电阻r25连接点一方面连接一电解电容c8的阳极，而该电容的阴极连接至地，另一方面，该连接点连接一电阻r29后再连接至npn型三极管（q3）的基极。电解电容c8也是积分电容，具有延时的效应。通过上述说明可见，两个运算放大器电路环节受焊机输出电压信号的控制，可分别去控制三极管q5、q3的工作状态，最终控制ic1（uc3845）芯片输出的pwm脉冲信号。这样也就控制了焊机的输出。例如，如果焊机的输出out+和out-两端长时间短路，u2b输出高电平，控制信号通过r29使三极管q3导通，把vr2中点的电位拉低至地（低电平），从而限制电流给定信号。控制电路通过控制pwm芯片的脉冲宽度输出，限制焊机的输出电流。同时，焊机无法焊接，从而实现短路保护功能；如果焊机的out+和out-两端输出很高的电压，此时，u2b运算放大器输出低电平。u2d运算放大器输出高电平。z1稳压管被击穿、稳压，三极管q5导通，这将把ic1（uc3845）芯片的“1”脚控制信号拉低接近“地”，从而实现对输出电压的限制。

进一步的工作原理说明如下：焊机通电后，电源开关（37）接通电网电源。从电网来的交流电，先经过bg1整流桥（4）整流后变为脉动直流电。通过使可控硅或晶闸管q5的导通，电流流经rt1热敏电阻，之后，对ec1~ec2电解电容（470µf/400v）（18，19）进行充电。ec1~ec2电解电容上的电压逐渐升高，最后变为较为稳定的310v直流电。ec1~ec2电解电容起到滤波的作用。在ec1~ec2电解电容充电期间，由于有上电缓冲电路的控制作用，继电器jdqa是延时动作的。上电缓冲电路可起到防止浪涌电流烧坏供电电源开关的作用。延时之后，继电器jdqa才动作，其触头jdqb连通母线回路。310v直流电一方面供给由igbt1、igbt2管、d1和d2快速恢复二极管、t2逆变主变压器、d3~d5快速恢复二极管、（t3初级母线电流检测互感器等组成的单端正激逆变主电路。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十khz）交流电。t2逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。d3~d5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，采用串联在out+与输出正极性端子之间的滤波电抗器（12）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。

本实用新型焊机手工电弧焊输出特性的简要控制过程简述如下：

焊机后面板的开关合上接通供电电源极短的时间后（此期间，焊机电路进行上电缓冲控制，有一定的延时控制），焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的电源指示d2灯亮，指示焊机带电。焊机内部的igbtpwm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电位器，并进行焊接时，控制电路通过t3电流互感器，可检测到输出电流信号。经过信号处理，并以此作为电流负反馈控制ufi信号，与焊接电流给定ug信号进行比较。比较后的差值信号，进行pi（比例和积分）调节控制，再输入到焊机输出pwm控制电路，其输出的结果控制焊机输出pwm芯片的脉冲宽度或占空比，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满足手工电弧焊接的要求。进一步地说，当焊接电流给定信号不变时，随着焊机电路检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与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，即只有当电流达到焊接电流电位器的设定值ug后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，输出电压会降低很多。当电压下降到一定数值以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出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，产生推力电流控制，最终形成恒流带外拖的下降特性。实际测试结果表明：如果输出电压较低（如长时间短路）和较高，则控制电路会实现相应的保护或控制；如果主要器件出现过热现象，则会实现过热保护，并有过热保护灯指示。本实用新型焊机的推力电流可使引弧容易。同时，当焊接电流给定ug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，在电位器设定的最小和最大之间，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。

本实用新型焊机的上述控制电路，通过实际性能测试，性能良好。即使是没有受过焊接培训的非专业人员操作焊机进行手工电弧焊接，也容易使焊接电弧稳定。

通过上述说明可见，本实用新型有自己独特的设计思路和方法。不仅实现了焊机的手工焊方法输出等控制，而且，所设计的控制电路，包括它们的电路板和相互之间的连接关系，以及焊机的整机结构设计，都是使本实用新型焊机产品具有控制性能良好、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。

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。