一种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路的制作方法

文档序号:7406041
一种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,所述电源包括具有四个桥臂的逆变电路,所述的逆变电路的四个桥臂均由N个并联的逆变开关管构成;所述的电源驱动电路包括用于单独驱动逆变电路第一半桥上桥臂、第二半桥下桥臂中各逆变开关管的第一驱动电路,用于单独驱动逆变电路第一半桥下桥臂、第二半桥上桥臂中各逆变开关管的第二驱动电路,以及向所述第一、第二驱动电路发送逆变脉冲信号的逆变脉冲产生电路;所述的第一驱动电路和第二驱动电路均包括依次连接的直流电源、驱动管模块、N个驱动变压器。本实用新型不仅可实现单逆变大功率螺柱焊机的稳定工作,而且可降低焊机电源的故障率,提高了焊机质量。
【专利说明】一种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,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)一般只要数佰安培到数千安培,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。
[0004]但现有的大功率逆变螺柱焊机(如碳弧气焊、埋弧焊、螺柱焊)都是2个或3个逆变系统合并在一起。其并联总电流与分立逆变系统不易调节,且多逆变系统在一起工作容易相互干扰、及存在生产零件多、生产工艺复杂、生产效率低、体积庞大、重量仍然较重、故障率高等问题,以致逆变螺柱焊机的应用仍然存在瓶颈。


【发明内容】

[0005]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单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,实现单逆变大功率螺柱焊机的稳定工作。
[0006]为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
[0007]—种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,所述电源包括具有四个桥臂的逆变电路,所述的逆变电路的四个桥臂均由N个并联的逆变开关管构成;其特征在于:所述的电源驱动电路包括用于单独驱动逆变电路第一半桥上桥臂、第二半桥下桥臂中各逆变开关管的第一驱动电路,用于单独驱动逆变电路第一半桥下桥臂、第二半桥上桥臂中各逆变开关管的第二驱动电路,以及向所述第一、第二驱动电路发送逆变脉冲信号的逆变脉冲产生电路;所述的第一驱动电路和第二驱动电路均包括依次连接的直流电源、驱动管模块、N个驱动变压器;所述的驱动变压器具有一个初级绕组和两个次级绕组,所述的驱动管模块的输出端分别与N个驱动变压器的初级绕组相连,第一驱动电路中的驱动变压器次级绕组同名端、异名端分别与逆变电路中第一半桥上桥臂、第二半桥下桥臂中的逆变开关管相连接,第二驱动电路中的驱动变压器次级绕组同名端、异名端分别与逆变电路中第二半桥上桥臂、第一半桥下桥臂中的逆变开关管相连接,所述驱动变压器初级绕组的一端接有并联的隔直电容和电阻。
[0008]本实用新型还具有如下进一步的改进:
[0009]1、所述的驱动管模块是由4个驱动管构成的全桥逆变驱动电路。
[0010]2、所述的驱动管为场效应管、三级管、IGBT管中的任意一种。
[0011]3、所述驱动管模块为集成驱动芯片。
[0012]4、所述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。
[0013]5、根据权利要求1所述的电源驱动电路,其特征在于:所述的N为大于I的自然数,每个开关管都有驱动变压器对应。
[0014]与现有技术相比,本实用新型具有如下有益效果:
[0015]本实用新型通过驱动变压器设计,能够实现对所有逆变电路中的逆变开关管进行单独驱动,且互不干扰,属于同一组的逆变开关管所受到的触发波形一样,不会因为其中一个逆变开关管故障而影响其它逆变开关管的正常工作。因此本驱动电路不仅实现了单逆变大功率螺柱焊机的稳定工作,而且降低了焊机电源的故障率,提高了产品质量。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1是本实用新型提供的一种单逆变大功率螺柱焊机的逆变电路的结构示意图。
[0017]图2是本实用新型中所述的第一驱动电路的电原理图。
[0018]图3是本实用新型中所述的第二驱动电路的电原理图。
[0019]图4是本实用新型中所述的触发信号时序图。
[0020]图5是本实用新型中所述的逆变脉冲产生电路的电路原理图。

【具体实施方式】
[0021]为使本实用新型实施例的目的、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。
[0022]图1是本实用新型提供的一种单逆变大功率螺柱焊机的逆变电路的结构示意图,如图1所示,所述电源中的逆变电路为具有四个桥臂的全桥逆变电路,四个桥臂均由3个并联的逆变开关管构成,开关管可若干个,每个开关管都有驱动变压器对应,第一组逆变开关管Gl、G3、G5与第四组逆变开关管G8、G10、G12构成第一半桥,第二组逆变开关管G2、G4、G6与第三组逆变开关管G7、G9、Gll构成第二半桥。本实施例的驱动电路就是针对这些逆变开关管进行驱动,从而实现逆变电路的正常工作。
[0023]如图2、图3所示,本实施例提供的电源驱动电路包括:用于单独驱动图1所示逆变电路第一半桥上桥臂中逆变开关管Gl、G3、G5,第二半桥下桥臂中逆变开关管G2、G4、G6的第一驱动电路(如图2),用于单独驱动逆变电路第一半桥下桥臂中逆变开关管G8、G10、G12、第二半桥上桥臂中逆变开关管G7、G9、G11的第二驱动电路(如图3),以及向第一、第二驱动电路发送逆变脉冲信号的逆变脉冲产生电路(见图4);第一驱动电路和第二驱动电路的结构相同,以图2中所示的第一驱动电路为例,该驱动电路包括依次连接的直流电源(V+、V-)、驱动管模块、3个驱动变压器T2、T3、T4,每个驱动变压器都具有一个初级绕组和两个次级绕组,驱动管模块的输出端分别与3个驱动变压器T2、T3、T4的初级绕组相连;以驱动变压器Τ2为例,初级绕组的一端接有并联的隔直电容C15和电阻R15,次级绕组同名端接逆变电路中第一半桥上桥臂逆变开关管G1,异名端接第二半桥下桥臂中逆变开关管G2。相对应的驱动变压器Τ3、Τ4的初级绕组分别接有并联的隔直电容C16和电阻R16、并联的隔直电容C17和电阻R17,次级绕组同名端则分别接逆变开关管G3、G5,异名端分别接逆变开关管G4、G6。对于第二驱动电路的驱动变压器T5、T6、T7,其初级绕组接有并联的隔直电容C18和电阻R18、并联的隔直电容C19和电阻R19,并联的隔直电容C20和电阻R20,次级绕组同名端接逆变开关管G7、G9、G11,异名端接逆变开关管G8、G10、G12。驱动变压器磁芯为铁氧体和非晶,也可将T2、T3、T4(图2)、Τ5、Τ6、Τ7(图3)分别做成两个变压器,但次级分开,每个次级接一个开关管。图2、图3中,VF1-VF8是驱动管,起到驱动驱动变压器Τ2-Τ7的作用,本实施例中使用的驱动管是效应管,也可用三级管或小电流IGBT管代替,驱动电路也可以用多个ΕΧΒ840系列、Μ57957系列等集成驱动或用光耦驱动,但必须每个分开,每个逆变开关管G1-G12和驱动电路单独驱动。如图中所示,RG1-RG12是逆变开关管G1-G12的控制极电阻,R7-R14是驱动管VF1-VF8的控制电阻,a、b、C、d是逆变脉冲产生电路(图5)发来的互锁的触发信号。发来的互锁信号,但必须每个控制极分开,多片集成电路或光耦对每个逆变开关管G1-G12单独驱动。在实验中如不将每个开关管控制极分开,如果采用一个驱动器直接并联RG电阻并联控制极,如果有一个开关有问题,集电极与控制极短路,整个组开关管都会控制级电压高全部炸坏;而采用分开单独控制极驱动后,集电极与控制极短路,只是自己故障,人为损坏一个开关管,其它也不影响,焊机能保护,达到设计效果。
[0024]图4所示为触发信号时序图,由图4可见:a和d触发时,b和c为零;当a有触发时,驱动管VF1、VF4导通,驱动管VF2、VF3截止,驱动第一组逆变开关管Gl、G3、G5开通;d有触发时,驱动管VF6、VF7导通,驱动管VF5、VF8截止,驱动第四组逆变开关管G8、G10、G12开通;主电流通过G1、G3、G5、G8、G10、G12产生电流,当a和d触发完成通过tf死区时间;b和c开始触发,a、d为零,c触发第三组逆变开关管G7、G9、Gll开通,b触发第二组逆变G2、G4、G6开通,主电流通过G7、G9、Gil、G2、G4、G6产生电流,b和c触发完成后通过tf死区时间,a和b又触发。触发频率为18KHZ-60KHZ。
[0025]如图5所示,所述的逆变脉冲产生电路可由电流型PWM控制器和时基电路组成的有限双极性控制ZVZCS-PWM全桥脉冲波形。触发信号可由芯片UC3846和芯片NE556配合,当UC3846的11号管脚和14号管脚输出超前臂信号,滞后臂靠NE556延时、展宽超前臂波形,通过UC3846的10号管脚关断实现有限双极性控制波形ZVZCS-PWM波形(见图3),a bc d也可用UC3846与CD4013配合使用,也可由MCU、DSP、FBGA产生PWM信号。
[0026]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】
1.一种单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,所述电源包括具有四个桥臂的逆变电路,所述的逆变电路的四个桥臂均由N个并联的逆变开关管构成;其特征在于:所述的电源驱动电路包括用于单独驱动逆变电路第一半桥上桥臂、第二半桥下桥臂中各逆变开关管的第一驱动电路,用于单独驱动逆变电路第一半桥下桥臂、第二半桥上桥臂中各逆变开关管的第二驱动电路,以及向所述第一、第二驱动电路发送逆变脉冲信号的逆变脉冲产生电路;所述的第一驱动电路和第二驱动电路均包括依次连接的直流电源、驱动管模块、N个驱动变压器;所述的驱动变压器具有一个初级绕组和两个次级绕组,所述的驱动管模块的输出端分别与N个驱动变压器的初级绕组相连,第一驱动电路中的驱动变压器次级绕组同名端、异名端分别与逆变电路中第一半桥上桥臂、第二半桥下桥臂中的逆变开关管相连接,第二驱动电路中的驱动变压器次级绕组同名端、异名端分别与逆变电路中第二半桥上桥臂、第一半桥下桥臂中的逆变开关管相连接,所述驱动变压器初级绕组的一端接有并联的隔直电容和电阻。
2.根据权利要求1所述的单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,其特征在于:所述的驱动管模块是由4个驱动管构成的全桥逆变驱动电路。
3.根据权利要求2所述的单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,其特征在于:所述的驱动管为场效应管、三级管、IGBT管中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,其特征在于:所述的驱动管模块为集成驱动芯片。
5.根据权利要求1所述的单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,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。
6.根据权利要求1所述的单逆变大功率螺柱焊机的电源驱动电路,其特征在于:所述的N为大于I的自然数,每个开关管都有驱动变压器对应。
【文档编号】H02M7/5387GK203933436SQ201420340587
【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
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