一种符合emc认证要求的igbt逆变手弧焊机的结构的制作方法

一种符合emc认证要求的igbt逆变手弧焊机的结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构和电路设计。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输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT的驱动电路、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、输出特性控制电路等九个功能电路组成。小控制板上的电路主要是输出特性控制电路，其核心由3846 PWM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成。本实用新型的EMC电磁兼容性措施，主要有：1）输入两级滤波，2）输出滤波；3）IGBT开关和输出整流抗干扰；4）在结构设计方面，还有电磁屏蔽措施；可起到隔离强电磁干扰、限制电磁辐射等作用。
【专利说明】
一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种符合EMC认证要求的单管IGBT逆变的手工电弧焊机，属于逆变焊机技术领域。
技术背景
[0002]目前，逆变式手弧焊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管逆变式手弧焊机的额定电流通常在80?200A(负载持续率100?15%)的水平。但大多数的此类焊机产品都无法通过EMC性能检测和认证，很多产品甚至还无法通过安全性认证，仅仅满足手弧焊的焊接要求。其产品出口会受到一定的限制。无法出口到要求焊机符合EMC性能和认证要求的国家或地区，如美国、澳大利亚、加拿大、欧盟等。
[0004]对于符合EMC和安全性等认证的焊机，由于其性能更好，因而其销售市场和应用的范围会更广。产品销售会更加有市场竞争力。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不同，其产品的安全性、EMC电磁兼容性、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和成本。因此，如何在低成本的前提下，开发性能符合上述认证要求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】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，具有手工电弧焊方法的功能，并且符合产品安全性、EMC性能检测和认证要求，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输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT的驱动电路、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、输出特性控制电路等九个功能电路组成，小控制板上的电路主要是输出特性控制电路，其核心由3846 PWM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成，本实用新型的EMC电磁兼容性措施，主要有:I)输入两级滤波;2)输出滤波;3)IGBT开关和输出整流抗干扰;4)电磁屏蔽等;上述措施是保证本发明焊机产品能通过EMC国际权威机构性能检测和认证的重要前提，此外，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数量和规格参数，形成不同输出额定电流和负载持续率的产品，如200A/28V( 25%，负载持续率，下同)、180A/27.2V(35%)、160A/26.4V(45%)、140A/25.6V(50%)、120A/24.8V(60%)、100A/24V(80%)、80A/23.2V( 100%)等；每种焊机可实现较优化的成本控制，这就提升了产品市场竞争力。本实用新型焊机，由于具有良好的EMC电磁兼容性和安全性设计，解决了很多此类焊机无法通过EMC认证的问题，因而焊机有更好的市场适应性。
[0006]为实现上述目的采用以下技术方案:
[0007]一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:包括外壳部分、前面板部分、后面板部分和控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分包括控制板和控制小板，控制小板是通过插件直接焊接在控制板上的，电路板之间就无需采用连接线进行连接;控制板部分的电路主要包括输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT的驱动电路、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、输出特性控制电路这九个功能电路，完成输入滤波、输出滤波、抗干扰、供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、手弧焊焊接方法的逆变电路输出参数(电流)的负反馈控制工作。控制板部分的电路与焊机前面板、后面板上的电流调节电位器、指示灯、电源开关、风扇通过一些控制导线进行相互间的电路连接。
[0008]所述的控制板上的布置有IGBT及其散热片、CBB475K/400V电容、470uF/400V大电解电容、PCB电路板、2C3电容、2MTI电感、2MT2电感、驱动变压器、电流互感器、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、M0S管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;控制板上设有控制小板的接口MKl，控制小板是通过插件直接焊接在控制板上。
[0009]所述的小控制电路板上布局有输出特性控制电路，输出特性控制电路由U2PffM脉冲宽度调制芯片、Ul四个运算放大器以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管组成。
[0010]所述的控制电路上设有输入两级滤波电路、输出滤波电路、IGBT开关和输出整流抗干扰电路。
[0011]所述的前面板部分安装有:两组输出快速接头座组件、工作电源指示灯、热保护状态指示灯、电流输出调节电位器。
[0012]所述的后面板上安装有:电源开关、带插头供电电源线、冷却风机，冷风从焊机机箱后部的进气孔进行;可使电路板上的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。
[0013]本实用新型焊机的电路板设计为两块。一块大控制板，一块小控制板。后者通过连接件焊接在前者上。整个控制电路主要由输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT的驱动电路、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、输出特性控制电路等九个功能电路组成。小控制板上的电路，主要是输出特性控制电路。其核心是3846 PffM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成的电路。从其电路的功能来看，主要是完成输入滤波、输出滤波、抗干扰、供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、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，实现手工电弧焊接、满足EMC性能检测和认证等要求。
[0014]关于本实用新型焊机的EMC电磁兼容性设计措施，主要有以下几个方面:I)输入两级滤波措施。一方面，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。另一方面，焊机电路产生的干扰信号，通过该滤波电路时，也会得到控制，可减少或降低来自焊机的干扰信号对供电电网的不利影响;2)输出滤波措施。由输出电流滤波电感L、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；3)IGBT开关和输出整流抗干扰措施。主要是通过在IGBT器件和快速恢复二极管的两端并联电阻和电容，组成抗干扰电路来降低或控制逆变变换中的尖峰干扰信号；4)在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。控制板立着安装在焊机底板上。相当于被外壳、底板和后面板、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。
[0015]上述措施是保证基于本发明电路制成的焊机产品能够通过EMC国际权威机构性能检测和认证的重要前提。需要注意的是:不是有上述滤波电路就可以解决EMC问题的。还涉及滤波电路中元器件和零部件的参数、材料、布置位置等设计和选择问题。例如，滤波电感的磁芯材料和绕组匝数的选择；电容参数的选择;滤波器布置的位置等，都会对EMC性能检测产生影响。
[0016]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数量和规格参数，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，改变大电解电容的个数;改变整流桥参数;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200A/28V(25%，负载持续率，下同)、180A/27.2V(35%)、160A/26.4V(45%)、140A/25.6V(50%)、120A/24.8V(60%)、100A/24V(80%)、80A/23.2V(100%)多种电流等级和规格型号的产品。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。
[0017]本实用新型焊机，由于具有良好的EMC电磁兼容性和安全性设计，解决了很多此类焊机无法通过EMC认证的问题，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。
【附图说明】
[0018]附图1是本实用新型爆炸图；
[0019]附图2是本实用新型焊机的电路原理图；
[0020]附图3是本实用新型焊机大控制电路板的PCB元器件布局图；
[0021]附图4是本实用新型焊机小控制电路板的PCB元器件布局图；
[0022]附图5为本实用新型控制板的示意图；
[0023]附图中各部件的名称如下:1、手柄螺丝;2、手柄;3、外壳螺丝;4、外壳;5、控制板；6、电源线;7、固线器;8、电源开关;9、风机防护罩;10、底板;11、冷却风扇；12、工作电源指示灯；13、保护状态指示灯；14、电位器；15、黑色快速接头座组件；16、红色快速接头座组件；17、1681'散热片；18、0884751(/400￥电容；19、1681'散热片；20、电解电容；21、？08电路板；22、275VAC电容;23、输入电感;24输入电感;25、驱动变压器;26、电流互感器;27、整流桥;28、整流桥散热片;29、开关电源变压器;30、继电器;31、三端稳压器;32、M0S管IRFZ24N; 33、M0S管IRF9Z24N;34、控制小板;35、输出滤波电抗器;36、整流管散热片；37、整流管;38、逆变主变压器；39、IGBT管。
【具体实施方式】
[0024]如图1-4所示，一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构主要组成部分包括:
[0025]I)外壳部分;包括外壳4、手柄2、手柄螺丝I和外壳螺丝3等。
[0026]2)后面板部分上安装的零部件主要有:电源开关8、供电电源线及插头6、固线器7、风机防护罩9、冷却风扇11等部分；电源线及插头6连接到供电电网，电源开关8控制焊机电源的通或断，冷却风扇11位于焊机的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进行。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。
[0027]3)前面板部分，在焊机前面板上安装的零部件主要有:黑色输出快速接头座组件15、红色输出快速接头座组件16、工作电源指示灯12及热保护状态指示灯13、手工焊电流输出调节电位器I)等部分。两组输出快速接头座组件15、16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12指示电源接通。热保护状态指示灯13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18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。
[0028]4)控制板部分，包括控制板5和该控制板上的很多零部件，例如，IGBT及其散热片和散热片02、CBB475K/400V电容、470uF/400V大电解电容、PCB电路板21、2C3电容、2MT1电感、2MT2电感、驱动变压器、电流互感器或电流环26、整流桥27及其散热器28、开关电源变压器29、24V继电器30、集成稳压器7815、M0S管IRFZ24N和IRF9Z24N、控制小板34、输出滤波电抗器35、快速恢复二极管或整流管37及其散热器36、逆变主变压器38等部分。
[0029]在控制板5和控制小板34上，还有很多的电子元器件，如电阻、电容等，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14、风扇11、指示灯12和13、电源开关8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)连接在一起，可满足手工焊接方法功能的电路输出特性控制。
[°03°]如附图2所示，在控制板5上设有控制小板34的接口MKl;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，控制小板34是通过插件直接焊接在大电路板或控制板5上的，这样电路板之间就无需采用连接线进行连接。
[0031]附图2是本实用新型焊机的电路原理图，整个控制电路主要由输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT的驱动电路、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、输出特性控制电路等九个功能电路组成。从其电路的功能来看，主要是完成输入滤波、输出滤波、抗干扰、供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、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，实现手工电弧焊接、满足EMC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:
[0032]见附图2，输入滤波电路由滤波电感2MT1和2MT2、滤波电容2C1?2C5、电阻2R1组成。
[0033]见附图2，逆变主电路由电源开关S1、输入滤波电路、BDI整流桥、PTCI热敏电阻、JRl继电器、C12、C13、C60、C61大电解电容、G1~G4 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。
[0034]见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感L、滤波电容C45和C46组成。
[0035]见附图2，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。
[0036]见附图2，1681'的驱动电路由了3驱动变压器、0649 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。
[0037]见附图2，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。
[0038]见附图2，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。
[0039]见附图2，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。
[0040 ]见附图2，输出特性控制电路由U2 PffM脉冲宽度调制芯片(3846 )、UI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。
[0041]本实用新型焊机上述各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。前面板上的电源指示灯点亮。从电网来的交流电，先经过两级输入滤波电路，再经BDl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Cl2、Cl3、C60、C61电解电容(470UF/400V)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。
[0042]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、C61大电解电容的充电，先经过PTCl热敏电阻，之后再短接PTCl热敏电阻。这样的控制电路称为上电缓冲电路。
[0043]C12、C13、C60、C61大电解电容起着滤波的作用。+310V直流电一方面供给由G1~G4IGBT管、Tl逆变主变压器和D8?Dll、D23?D24快速恢复二极管、L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?Dll、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L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。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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、C61大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。
[0047]附图2中，T3驱动变压器、Q6~Q9MOS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U2 P丽脉冲宽度调制芯片(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(PWM)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。
[0048]见附图2，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。
[0049]见附图2，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。
[0050]本实用新型焊机手工电弧焊输出特性的控制过程简述如下:
[0051]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LED灯亮，指示焊机带电。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2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 PTOi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。关于U2 PffM(3846)这部分电路的工作原理，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3846芯片的很多知识。读者可查询相关的书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。
[0052]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。
[0053]关于本实用新型焊机的EMC电磁兼容性设计措施，主要有以下几个方面:
[0054]I)输入两级滤波措施。见附图2，输入滤波电路由滤波电感2MTI和2MT2、滤波电容2C1?2C5、电阻2R1组成。采用了两级滤波的方式。一方面，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，确保焊机可靠工作。另一方面，焊机电路产生的干扰信号，通过该滤波电路时，也会得到控制，可减少或降低来自焊机的干扰信号对供电电网的不利影响。需要注意的是:不是有上述滤波电路就可以解决EMC问题的。还涉及滤波电路中元器件和零部件的参数、材料、布置位置等设计和选择问题。例如，滤波电感的磁芯材料和绕组匝数的选择;电容参数的选择;滤波器布置的位置等，都会对EMC性能检测产生影响。
[0055]2 )输出滤波措施。见附图2，输出滤波电路由输出电流滤波电感L、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。
[0056]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。
[0057]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(5)立着安装在底板上。逆变及控制电路等部分相当于被外壳(4)、底板和后面板(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。
[0058]上述措施是保证基于本发明电路制成的焊机产品能够通过EMC国际权威机构性能检测和认证的重要前提。
[0059]以上是本实用新型焊机各个电路部分以及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。
[0060]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。不仅可实现焊机手弧焊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EMC和安全性认证要求，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。
[0061]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。
[0062]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】
1.一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:包括外壳部分、前面板部分、后面板部分和控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分包括控制板和控制小板，控制小板是通过插件直接焊接在控制板上的，电路板之间就无需采用连接线进行连接；控制板部分的电路主要包括输入滤波电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT的驱动电路、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、输出特性控制电路这九个功能电路，完成输入滤波、输出滤波、抗干扰、供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、手弧焊焊接的逆变电路输出参数的负反馈控制工作。2.如权利要求1所述的一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:其特征在于:所述的控制板部分的电路与焊机前面板、后面板上的电流调节电位器、指示灯、电源开关、风扇通过一些控制导线进行相互间的电路连接。3.如权利要求1所述的一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:所述的控制板上的布置有IGBT及其散热片、CBB475K/400V电容、470uF/400V大电解电容、PCB电路板、2C3电容、2MT1电感、2MT2电感、驱动变压器、电流互感器、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、M0S管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;控制板上设有控制小板的接口MKl，控制小板是通过插件直接焊接在控制板上。4.如权利要求1所述的一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:所述的控制小板上布局有输出特性控制电路，输出特性控制电路由U2 PWM脉冲宽度调制芯片、Ul四个运算放大器以及这些器件外围的电阻、电容和二极管组成。5.如权利要求1所述的一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:所述的控制电路上设有输入两级滤波电路、输出滤波电路、IGBT开关和输出整流抗干扰电路。6.如权利要求1所述的一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:所述的前面板部分安装有:两组输出快速接头座组件、工作电源指示灯、热保护状态指示灯、电流输出调节电位器。7.如权利要求1所述的一种符合EMC认证要求的IGBT逆变手弧焊机的结构，其特征在于:所述的后面板上安装有:电源开关、带插头供电电源线、冷却风机，冷风从焊机机箱后部的进气孔进行;可使电路板上的一些发热器件有良好的冷却效果。
【文档编号】B23K9/095GK205496751SQ201521107228
【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