带高频引弧的igbt单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机的制作方法

带高频引弧的igbt单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，包括外壳部分、前面板部分、后面板部分和内部控制板部分，所述的控制板部分的大控制板立着安装在外壳部分的底板上，控制板部分分为两块，小控制板是通过插件直接焊接在大控制板上的；所述的控制板部分主要包括逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、引弧电流控制电路、输出特性控制电路，其中输出特性控制电路布局在小控制板上，其它的电路则布局在大控制板上，本实用新型具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场适应性。
【专利说明】
带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，属于逆变焊机技术领域。
技术背景
[0002]目前，逆变式氩弧焊和手弧焊两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设计等方面。
[0003]国内外市场上，小型MOS管、IGBT管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机的额定电流通常在80?200A(负载持续率100-15%)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设计等是不同的。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，开发性能好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问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，具有氩弧焊和手弧焊两种焊接方法的功能，并且符合产品安全性检测和认证要求，焊机电路板设计为两块;小控制板焊接在大控制板上，整个控制电路主要由逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、引弧电流控制电路、输出特性控制电路i^一个功能电路组成；小控制板上的电路主要是输出特性控制电路，其核心由3846PWM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成，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、各直流工作电源的产生、P丽脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、氩弧焊和手弧焊焊接方法的逆变电路输出参数的负反馈控制等工作，最终在控制电路的作用下，实现氩弧焊和手弧焊两种焊接方法、满足安全性性能检测和认证等要求。
[0005]—种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，包括外壳部分、前面板部分、后面板部分和内部控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分的大控制板立着安装在外壳部分的底板上，控制板部分分为两块，小控制板是通过插件直接焊接在大控制板上的；所述的控制板部分主要包括逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频弓I弧控制电路、引弧电流控制电路、输出特性控制电路，其中输出特性控制电路布局在小控制板上，其它的电路则布局在大控制板上。
[0006]所述的高频引弧控制电路部分，由HEF40106芯片、817光耦、高压包、引弧变压器、火花放电器、高压电容、MOS管，以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管器件组成。
[0007]大控制电路板上设有逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、引弧电流控制电路，各电路之间电路连接。
[0008]所述的外壳部分包括外壳和底板。
[0009]所述的后面板部分上安装有:电源开关、连接电磁阀的氩气进气嘴、供电电源线及插头、后部塑料面板、冷却风扇；电源线及插头连接到供电电网，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，可使左侧电路部分的一些发热器件或零部件得到较好的冷却。
[0010]所述的前面板部分上安装有:塑料前面板或前面盖、输出快速接头座组件、连接氩弧焊枪的氩气出气嘴、工作电源指示灯、热保护状态指示灯、氩弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能转换开关、手工焊电流输出调节电位器，两组输出快速接头座组件用于手工电弧焊时分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆。
[0011]本实用新型焊机，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，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。
【附图说明】
[0012]附图1是本实用新型焊机的爆炸图；
[0013]附图2是本实用新型焊机的电路原理图(一)；
[0014]附图3是本实用新型焊机的电路原理图(二)；
[0015]附图4是本实用新型焊机的电路原理图(三)。
【具体实施方式】
[0016]如图1-4所示，一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，其主要组成部分包括:
[0017]I)外壳部分。包括外壳2、背带1、底板11、外壳螺丝等。
[0018]2)后面板部分，后面板10上安装的零部件主要有:电源开关5、连接电磁阀的氩气进气嘴4、供电电源线及插头7、固线器6、后部塑料面板8、冷却风扇9等部分。电源线及插头7连接到供电电网。电源开关5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。可使左侧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。
[0019]3)前面板部分。焊机前面板上安装的零部件主要有:塑料前面板或前面盖12、输出快速接头座组件13、输出快速接头座组件14、连接氩弧焊枪的氩气出气嘴15、工作电源指示灯18及热保护状态指示灯17、氩弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能转换开关19、手工焊电流输出调节电位器16等部分。两组输出快速接头座组件13、14用于手工电弧焊时分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆;工作电源指示灯18指示电源接通。热保护状态指示灯17则指示过热状态是否发生。当内部器件温度过高，超过动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使该指示灯点亮；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。过热指示灯熄灭。同时，焊机可再次焊接。当然，根据产品制作的需要，前面板12上还可设置电流表、电压表等部件，以扩展产品的功能或性能。
[0020]4)控制板部分。包括控制板3和该控制板上的很多零部件。例如，IGBT(4只)及其散热片、CBB475K/400V电容、470uF/400V大电解电容、小控制(PCB电路)板、驱动变压器、电流互感器或电流环、整流桥及其散热器、开关电源变压器、24V继电器、集成稳压器7815、M0S管IRFZ24N和IRF9Z24N、输出滤波电抗器、快速恢复二极管或整流管及其散热器、逆变主变压器等部分。小控制板上也有很多的电子元器件，如3846PWM控制芯片、运算放大器、电阻、电容等。
[0021]电路板控制部分与焊机前、后面板上的元器件，如电流调节电位器16、风扇9、指示灯17和18、氩弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能转换开关19、电源开关5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(见附图2和附图3)连接在一起。可满足氩弧焊和手工焊两种焊接方法功能的电路输出特性控制。
[0022]如附图2-4所示，在控制板3上设有小控制板的接口。两块控制电路板就是按照相应的接口标识和电路原理图连接在一起的。小控制板是通过插件直接焊接在大电路板或控制板3上的。这样，电路板之间就无需采用连接线进行连接。
[0023]附图2-4是本实用新型焊机的电路原理图。整个控制电路主要由逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、尚频引弧控制电路、引弧电流控制电路、输出特性控制电路等十一个功能电路组成。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、各直流工作电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、氩弧焊和手弧焊焊接方法的逆变电路输出参数(电流)的负反馈控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现氩弧焊和手弧焊两种焊接方法、满足安全性性能检测和认证等要求。下面对相关的功能电路进行一些说明:
[0024]见附图2，逆变主电路由电源开关S1、输入整流桥BD1、PTCI热敏电阻、JRI继电器、(:12工13丄60大电解电容(470卟/40(^等)滤波电路、61~64 IGBT管、Tl逆变主变压器、D8?Dll和D23?D24快速恢复二极管、输出滤波电路等组成全桥逆变主电路。由0UT( + )正极性和OUT (-)负极性输出端输出焊接电流和电压。
[0025 ]见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感L2、滤波电容C45和C46组成。
[0026]见附图3和附图3，开关电源电路由T4开关电源变压器、Ml MOS管、IC2 (3843)PWM脉冲宽度调制器，D15?16、D12和D14快速二极管、IC4(7915)和IC5(7815)集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管ZD3和ZD4等器件组成。
[0027]见附图2至附图4，IGBT的驱动电路由T3驱动变压器、Q6~Q9 MOS场效应管、D4~D7快速二极管，以及它们外围的电阻、电容等组成。
[0028]见附图2至附图4，电流检测和整流变换电路由电流检测环或T2电流互感器、D19?D22、运算放大器IC1C、电阻R45和R50?R52等组成。
[0029]见附图3和附图4，热保护检测和控制电路由热敏电阻RT2D、运算放大器IClA和IClB及其外围的很多电阻、电容和二极管等器件、三极管Q5、光耦IC8、LEDY、CN2及其与之连接的焊机面板过热指示LED灯(黄色)等组成。LEDY(黄色)为焊接在电路板上的过热保护指示LED灯。安装热敏电阻RT2D时，让它的温度检测面紧贴IGBT的散热器。
[0030]见附图3和附图4，电流给定电路由运算放大器IC1D、与CNl连接的输出电流调节电位器、电流校正电位器RPl和RP2、电阻R46?R49、电容C66?C67等组成。CN5则可连接焊机的电流显示表。
[0031]见附图3和附图4，输出特性控制电路由U2 P丽脉冲宽度调制芯片(3846)、Ul四个运算放大器，以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管等器件组成。
[0032]见附图2至附图4，引弧电流控制电路由滤波电感LUlUl光耦、IDl二极管、IQl三极管，以及上述器件外围相关的电阻、电容等组成。滤波电感LI的作用是防止干扰信号对后级控制电路的影响。当焊机的输出端0UT(+)和OUT(-)之间输出电压较高(例如，焊机空载)时，会有较大电流通过L1、IDl、IRl、IUl光耦(TL817)中的发光二极管回路，IUl光耦中的发光二极管会较好发光。此时，IUl光耦中的输出端和1R3电阻相当于短路，使IQl三极管不导通。反之，只有当焊机的输出端0UT(+)和OUT(-)之间输出电压较低(例如，手弧焊焊条接触工件状态;氩弧焊时，焊枪中的钨针或钨极与工件短路状态)时，IUl光耦中的发光二极管几乎不会发光。此时，IUl光耦中的输出端和1R3电阻的两端不会短路，使IQl三极管导通，与CNl插座连接的电流调节电位器的中点电位会受到影响，从而使焊机的输出发生变化。一旦输出端电压升高(例如，氩弧焊时焊枪中的钨针或钨极与工件短路接触后重新提起;或手弧焊焊条接触工件后重新提起)，IQl三极管又会不导通。由此可见，引弧电流控制是通过焊机输出端电压的高低来进行自动完成的。
[0033]见附图2至附图4，开关SI是焊机后面板上的供电电源开关;S2是焊机前面板上的氩弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)焊接功能或方法选择开关。开关合上时为TIG氩弧焊状态。断开时为MMA手弧焊状态。S2-1和S2-2都是开关S2的一部分;S3为TIG氩弧焊焊枪开关。
[0034]见附图3和附图4，220V的电磁阀DF控制电路由继电器JR2、三极管2Q3、电容2C1、2C2和2C3、二极管2D1、TIG焊枪开关S3等组成。选择手工电弧焊时，不使用TIG焊枪，并且S2-1是断开的，因此，2Q3不会导通，继电器JR2不动作，电磁气阀DF也不会动作。当选择TIG焊时，使用TIG焊枪，并且S2-1是闭合的，2Q1三极管是导通的。IC8光耦输出的A3信号为低电平，焊机无输出。当焊枪开关S3闭合时，2Q1三极管变为截止状态，IC8光耦输出的A3信号为高电平，焊机有输出；2Q3会导通，继电器JR2动作，电磁气阀DF也会动作。使由气阀控制的氩气瓶中的保护气体从焊枪中流出，保护焊接区域的焊缝金属不会被空气氧化。当焊枪开关S3断开时，一方面，2Q2三极管会立即截止，2Q1会立即导通，IC8光耦输出的A3信号为低电平，焊机无输出。另一方面，因为有2R2电阻和2C2电容的积分电路存在，2Q3会继续导通，继电器JR2和电磁气阀DF也会保持动作。实现保护气体的滞后闭气。
[0035]见附图3和附图4，高频引弧控制电路由3T1高压包、3T2引弧(升压)变压器、火花放电器H)、电容3C43和3C11、3Q4 MOS管、3U1(HEF40106)芯片，以及外围的好多器件组成。OUT(+ )和OUT (-)是焊机的正、负输出端。OUT A和OUT B串联在逆变主电路的输出负极性回路中。当选择TIG焊时，S2-1和S2-2是闭合的。此时，2Q1三极管是导通的。IC8光耦输出的A3信号为低电平，焊机无输出。由于0UT(+)和OUT(-)正、负输出端之间没有电压输出，因此，高频引弧控制电路也不工作。当焊枪开关S3闭合时，2Q1三极管变为截止状态，IC8光耦输出的A3信号为高电平，焊机输出较高空载电压。此时，由于0UT(+)和OUT(-)正、负输出端之间有较高的电压输出，因此，高频引弧控制电路也会工作。3UI (HEF40106)芯片的输出，会使3Q4MOS管形成间歇式通断。通过3T1高压包的升压作用，会使电容3C43和3C11两端的电压升高。当电压升高到可击穿达火花放电器FD之间的气隙，并形成放电时，电容3C43和3C11与3T2引弧(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3T2引弧(升压)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。此时，高频引弧控制电路会使3UUHEF40106)芯片停止输出，即使3Q4MOS管停止间歇式通断。这样，3T1高压包和3T2引弧(升压)变压器、及火花放电器H)也会停止产生高压和高频高压振荡。除非焊接电弧断弧后，才会重复上述控制过程。在氩弧焊过程中，当0UT(+)和OUT(-)正、负输出端之间有较高的焊接电压输出时，会使3ZD5稳压管击穿、稳压，IC9光耦输出的A3信号为低电平，使焊机无输出，直到焊机输出电压降低后，方可再次输出。因此，IC9光耦也是控制焊机输出电压高低的一个关键。
[0036]本实用新型焊机其它部分功能电路的工作原理简述如下:如附图2所示。L与N端连接到220V/50HZ等供电电源。电源开关SI接通电网电源后，焊机通电。前面板上的白色电源指示灯(18 )点亮。从电网来的交流电，经过BDI整流桥整流后变为脉动直流电。整流后的输出，先经过PTCl热敏电阻，之后，对C12、C13、C60大电解电容(470UF/400V等)进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310V直流电，由A、B间输出到后级电路。
[0037]JRl继电器会在电源开关SI接通，一定延时时间后动作，其触头闭合或短路PTCl热敏电阻。JRl继电器的延时是由其控制电路来实现的。C12、C13、C60大电解电容(470UF/400V等)的充电，先经过PTCI热敏电阻，之后再短接PTCI热敏电阻。这样的控制电路称为上电缓冲电路。
[0038]C12、C13、C60大电解电容(470UF/400V等)起着滤波的作用。+310V直流电一方面供给由G1~G4 IGBT管、Tl逆变主变压器和D8?Dll、D23?D24快速恢复二极管、L2输出滤波电抗等组成的全桥逆变主电路。其功能主要为:高压直流电转换为中频(几十KHz)交流电。Tl逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。D8?D11、D23?D24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L2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。
[0039]另一方面，+310V直流电供给由T4开关电源变压器、Ml MOS管、IC2 (3843)PWM脉冲宽度调制器、D15?16、D12、D14快速二极管、IC4(7915)、IC5(7815)集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管ZD3和ZD4等器件组成的开关电源电路，产生+5V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。对于开关电源电路部分，由于Ml MOS管与T4开关电源变压器的初级绕组，以及它们周围的ZD4稳压管、D15?D16 二极管、很多电阻和电容等组成的电路，是属于+310V高压回路的。为确保控制电路的安全，在附图2中，采用了IC3 (817)光电耦合器进行隔离。开关电源PWM控制小板的核心控制芯片是IC2，即3843 PffM脉冲宽度调节器。其外围的电阻、电容可设定其工作的相关参数。至于如何确定，需要查看UC3843(或TL3843)的相关使用资料或说明。这里不再重复。总之，IC2输出的脉冲为一定工作频率的驱动脉冲，可使附图2中的Ml MOS管处于通断工作状态。在T4的4个电压输出电路部分，分别获得+5V、+ 15V、+24V、-15V电源电压。供给不同的器件和电路使用。例如，+24V通过CN3插头供给风扇工作;+15V和-15V电源电压供给运算放大器控制电路等。关于开关电源这部分的工作原理，以上部分只是进行了简单的说明。如果需要了解本电路部分详细的工作情况，涉及到开关电源的很多知识。读者可查询相关的开关电路书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。
[0040]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4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。
[0041]前面已经描述，附图2中，JRl继电器的动作时间是滞后于电源开关SI合上时刻的。即JRl继电器是延时动作的。当C12、C13、C60大电解电容(470HF/400V等)上的充电电压稳定后，该继电器才动作，其触头闭合PTCl热敏电阻，使本实用新型焊机正常逆变工作时，大电流是从继电器的触头流过的。这样的电路，称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关SI接通瞬间，由于C12、C13、C60大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SI。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间串入PTCl热敏电阻，来限制浪涌电流的。并且，PTCl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。
[0042]附图2至附图3中，T3驱动变压器、Q6~Q9 MOS场效应管、D4~D7快速二极管，以及它们外围的电阻、电容等组成IGBT的驱动电路部分。4个IGBT，4路驱动，每个部分的驱动电路形式是一致的。该部分电路，输入的控制信号A5、A7来自输出特性控制电路中的U2 PffM脉冲宽度调制芯片(UC3846 )的A OUT和B OUT输出端。由于U2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T3驱动变压器及其外围的驱动电路去控制4个IGBT的工作状态。U2脉冲宽度调制(PffM)芯片(UC3846)输出的控制信号是两组方波脉冲信号。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UC3846芯片的外围器件(RT端的R21和R22;CT端的C7)参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看UC3846的相关使用资料或说明。这里不再重复。这里需要说明的是: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和电流负反馈信号Ufi决定。
[0043]见附图2至附图4，通过电流检测环或T2电流互感器，最后由电流检测和整流变换电路输出电流负反馈信号Uf i。连接至输出特性控制电路中的A24。
[0044]见附图3和附图4，输出电流调节电位器通过CNl连接至电流给定电路。通过电流给定电路，由运算放大器IClD的输出端，S卩A21端获得电流调节给定信号Ug。电流校正电位器RPl和RP2，可校正焊机输出的最大和最小电流。通过与给定电位器的配合，可使焊机的输出电流符合铭牌中电流变化范围的要求。CN5则可连接焊机的电流显示表。
[0045]本实用新型焊机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。前面板上的白色电源指示LED灯亮，指示焊机带电。
[0047]当通过焊机前面板上的方法选择开关选择手工电弧焊后，在控制电路的作用下，焊机内部的U2 PffM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电位器信号Ug，并进行焊接时，通过电流检测环或T2电流互感器，由电流检测和整流变换电路可检测到逆变主电路中的变压器初级电流信号，即电流负反馈信号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，通过附图3中的输出特性控制电路，进行PI (比例和积分)调节控制。其输出的结果控制U2 PffM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U2 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。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。
[0048]当通过焊机前面板上的方法选择开关选择氩弧焊后，如果连接好氩弧焊所需的焊枪、保护气体等必要装置后，即可开始焊接操作。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S3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。同时，焊机内部的U2 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，在高频引弧控制电路的作用下，实现高频引弧。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电位器信号Ug的决定。焊接时，通过电流检测环或T2电流互感器，由电流检测和整流变换电路可检测到逆变主电路中的变压器初级电流信号，即电流负反馈信号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，通过附图3中的输出特性控制电路，进行PI(比例和积分)调节控制。其输出的结果控制U2 Pmi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。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。如果松开焊枪开关准备不进行焊接时，2Q2会截止，2Q1会导通，会使焊机关闭输出。但是，由于2R2、2C2和2C3的延时作用，DF电磁阀会滞后一些时间停止动作，这就实现了氩弧焊的滞后闭气控制。以上的控制过程，也是满足氩弧焊焊接的基本要求。
[0049]关于焊机在两种焊接方法中，其它部分电路的工作过程，由于以上部分已经进行了许多说明。这里就不再详细赘述了。
[0050]关于过热保护控制，下面进行一些说明。在焊机输出过程中，当IGBT的散热器发生过热现象时，或当热保护检测和控制电路中的(紧贴IGBT的散热器安装的)热敏电阻RT2D检测到IGBT的散热器过热时，通过热保护检测和控制电路中的运算放大器状态翻转，使三极管Q5导通，焊接在电路板上的过热保护指示LEDY灯点亮；与CN2连接的焊机面板过热指示LED灯(黄色)点亮。同时，IC8中的发光二极管发光，其内部的三极管导通。光耦IC8的输出信号，连接至输出特性控制电路。通过该电路，可关闭U2 Pmi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，控制电路才能继续输出PWM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。
[0051]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:
[0052 ] I)输入滤波。见附图2，输入滤波电路由滤波电容C61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发明焊机控制电路工作的不利影响。
[0053 ] 2 )输出滤波。见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感L2、滤波电容C45和C46组成。可抑制电流波动，减小电流波形中的毛刺突变信号。
[0054]3)IGBT开关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(如1?22、021;1?25、024;(:15~(:16等)抗干扰电路来加以降低或控制的。而并联在快速恢复二极管器件08~011、023~024两端的电阻和电容(如1?27、026;1?26、025<44等)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。
[0055]此外，在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。本实用新型的控制板3立着安装在底板上。逆变及控制电路等部分相当于被外壳2、底板11和后面板10、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。
[0056]上述措施是保证本发明电路制成的焊机产品工作可靠性的一个重要前提。
[0057]以上是本实用新型焊机各个电路部分以及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和附图3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。
[0058]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。不仅可实现焊机氩弧焊和手弧焊两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。
[0059]此外，本实用新型的电路板之间连接简单，电路板上器件很多是采用自动贴片机和插件机完成加工的，其制作工序和生产工艺大为简化，降低产品重量、生产和运输成本。
[0060]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实用新型保护的范畴。
【主权项】
1.一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，包括外壳部分、前面板部分、后面板部分和内部控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分的大控制板立着安装在外壳部分的底板上，控制板部分分为两块，小控制板是通过插件直接焊接在大控制板上的;所述的控制板部分主要包括逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频弓I弧控制电路、引弧电流控制电路、输出特性控制电路，其中输出特性控制电路布局在小控制板上，其它的电路则布局在大控制板上。2.如权利要求1所述的一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，其特征在于:所述的高频引弧控制电路部分，由HEF40106芯片、817光耦、高压包、引弧变压器、火花放电器、高压电容、MOS管，以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管器件组成。3.如权利要求1所述的一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，其特征在于:大控制电路板上设有逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、引弧电流控制电路，各电路之间电路连接。4.如权利要求1所述的一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，其特征在于:所述的外壳部分包括外壳和底板。5.如权利要求1所述的一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，其特征在于:所述的后面板部分上安装有:电源开关、连接电磁阀的氩气进气嘴、供电电源线及插头、后部塑料面板、冷却风扇；电源线及插头连接到供电电网，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，可使左侧电路部分的一些发热器件或零部件得到较好的冷却。6.如权利要求1所述的一种带高频引弧的IGBT单管逆变式氩弧焊和手弧焊两用机，其特征在于:所述的前面板部分上安装有:塑料前面板或前面盖、输出快速接头座组件、连接氩弧焊枪的氩气出气嘴、工作电源指示灯、热保护状态指示灯、氩弧焊(TIG)/手弧焊(MMA)功能转换开关、手工焊电流输出调节电位器，两组输出快速接头座组件用于手工电弧焊时分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆。
【文档编号】B23K9/10GK205496750SQ201521099400
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月28日
【发明人】蔡庆乐, 魏继昆, 陈法庆, 朱宣辉, 朱宣东
【申请人】浙江肯得机电股份有限公司