逆变焊机空载脉冲宽度限制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，该电路包括电流采样比较电路、开关驱动脉冲采样电路、开关驱动脉冲比较电路、给定信号拉低电路，所述电流采样比较电路与所述开关驱动脉冲比较电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与所述给定信号拉低电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路还与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路相连接。该逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，使用简单的电路元器件，就能够大大减小起弧瞬间焊机输出的电流，减小对大功率开关器件的冲击，从而提高焊机的可靠性、安全性，并且该电路还具有环保、成本低等优点。
【专利说明】逆变焊机空载脉冲宽度限制电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及逆变焊机【技术领域】，尤其涉及一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路。
【背景技术】
[0002] 焊机是生产加工领域中的重要设备，而逆变焊机作为焊机产品的主流发展方向， 横跨了焊接工艺、电弧及电力电子等多门学科。逆变焊机中的逆变式弧焊电源都要用到大 功率开关器件，例如：电力三极管、M0S管或IGBT (Insulated GateBipolarTransistor，绝缘 栅双极型晶体管）。
[0003] 为提高焊机引弧性能，通常使焊机在空载时驱动大功率开关器件的脉冲宽度最 宽，再通过电流反馈信号去控制脉冲宽度的大小。但在起弧瞬间焊机输出电流过大，有时会 造成大功率开关器件损坏，使整机可靠性下降。目前针对该难题，该领域内还没有对应的有 效解决措施。
【发明内容】
[0004] 基于此，本发明提供一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，包括电流采样比较电 路、开关驱动脉冲采样电路、开关驱动脉冲比较电路、给定信号拉低电路，所述电流采样比 较电路与所述开关驱动脉冲比较电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与所述给定信号 拉低电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路还与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路相连 接；
[0005] 所述的电流采样比较电路，用于采集逆变焊机输出电流信号，并将逆变焊机输出 电流信号，转换为标识逆变焊机工作状态的高/低电平信号；
[0006] 所述开关驱动脉冲比较电路，用于输出空载时/带负载时将所述的开关驱动脉冲 采样电路采集的开关驱动脉冲信号，与脉冲宽度设定电压和所述电流采样比较电路输出的 高/低电平信号叠加后的信号进行比较处理，输出对所述给定信号拉低电路的控制信号；
[0007] 所述给定信号拉低电路，用于根据开关驱动脉冲比较电路输出的控制信号，拉低 给定信号的电压大小，并向逆变焊机的开关驱动电路输出限制开关驱动脉冲宽度的控制信 号。
[0008] 作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括分压电路；
[0009] 所述的分压电路为电阻分压电路，用于提供所述开关驱动脉冲比较电路的脉冲宽 度设定电压。
[0010] 作为其中一个实施例，所述的分压电路，包括第六电阻、第七电阻、第八电阻； [0011] 所述第六电阻一端与直流电源相连接，另一端与第七电阻的一端和第八电阻的一 端相连接，所述第七电阻的另一端接地，所述第八电阻的另一端输出开关驱动脉冲比较电 路需要的电压，并与电流采样比较电路相连接。
[0012] 作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括第二比较器；
[0013] 所述第二比较器正相输入端与所述电流采样比较电路输出端及所述分压电路相 连接，所述第二比较器的反相输入端与所述开关驱动脉冲采样电路相连接、所述第二比较 器的输出端与给定信号拉低电路相连接。
[0014] 作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括PI调节电路；
[0015] 所述PI调节电路，用于降低电路的稳态误差提高电路稳定性。
[0016] 作为其中一个实施例，所述的PI调节电路，包括第十二电阻、第三电容、第四电 容；
[0017] 所述第十二电阻的一端与所述第四电容的一端、第二比较器的反相输入端相连 接，所述第四电容的另一端与第二比较器的输出端相连接，所述第十二电阻的另一端与第 三电容的一端相连接，所述第三电容的另一端与第二比较器的输出端相连接。
[0018] 作为其中一个实施例，所述的电流采样比较电路，包括第一电阻、第二电阻、第三 电阻、第四电阻、第五电阻，第一电容、第一比较器、第一二极管；
[0019] 所述第一电阻的一端与直流电源相连接，另一端与所述第二电阻的一端、第三电 阻的一端相连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第一比较器 的反相输入端、第一电容的一端相连接，所述第一比较器的正相输入端与所述第四电阻的 一端相连接，所述第一比较器的输出端与所述第一电容的另一端、所述第一二极管的阳极 相连接，所述第四电阻的另一端为焊接主回路电流信号采集输入端，所述第一二极管的阴 极与所述第五电阻的一端相连接，所述第五电阻的另一端与所述开关驱动脉冲比较电路相 连接。
[0020] 作为其中一个实施例，所述的给定信号拉低电路包括第四二极管、第十三电阻、给 定信号输入端、控制信号输出端；
[0021] 所述第四二极管阴极与开关驱动脉冲比较电路相连接，阳极与所述第十三电阻的 一端及控制信号输出端相连接，所述第十三电阻的另一端与给定信号输入端相连接。
[0022] 与传统的技术相比，本发明针对逆变焊机空载时驱动大功率开关的脉冲宽度进行 限制的问题，提供了逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，通过开关驱动脉冲采样电路、开关驱 动脉冲比较电路、给定信号拉低电路、电流采样比较电路实现，通过开关驱动脉冲比较电 路，根据开关驱动脉冲采样电路采集的开关驱动脉冲信号，及电流采样比较电路采集的电 流信号，输出对给定信号拉低电路的控制信号；通过给定信号拉低电路，根据开关驱动脉冲 比较电路输出的控制信号，拉低给定信号的电压大小，并输出脉冲宽度限制信号。该逆变焊 机空载脉冲宽度限制电路，使用简单的电路元器件，就能够大大减小起弧瞬间焊机输出的 电流，减小对大功率开关器件的冲击，从而提高焊机的可靠性、安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路的原理框图。
[0024] 图2为本发明所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路其中一种实施例电路结构 图。
【具体实施方式】
[0025] 为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实 施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0026] 参图1所示，其中图1为所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路的原理框图。
[0027] 本发明提供了一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路100,包括电流采样比较电路 130、开关驱动脉冲比较电路110、给定信号拉低电路120,所述电流采样比较电路130与所 述开关驱动脉冲比较电路110相连接，所述开关驱动脉冲比较电路110与所述给定信号拉 低电路120相连接，所述开关驱动脉冲比较电路110还与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电 路140相连接；
[0028] 所述的电流采样比较电路130，用于采集逆变焊机输出电流信号，并将逆变焊机输 出电流信号，转换为标识逆变焊机工作状态的高/低电平信号；
[0029] 所述开关驱动脉冲比较电路110,用于输出空载时将所述的开关驱动脉冲采样电 路140采集的开关驱动脉冲信号，与脉宽设定电压和所述电流采样比较电路130输出的高 /低电平信号叠加后的信号进行比较处理，输出对所述给定信号拉低电路120的控制信号； 但当带负载时电流采样比较电路130输出高电平信号时，开关驱动脉冲比较电路输出高电 平信号，给定信号拉低电路失效，开关驱动脉冲宽度的控制信号只与给定信号和电流反馈 号有关。
[0030] 所述给定信号拉低电路120,用于根据开关驱动脉冲比较电路110输出的控制信 号，拉低输入至所述给定信号拉低电路120的给定信号的电压大小，并向逆变焊机的开关 驱动电路输出限制开关驱动脉冲宽度的控制信号。
[0031] 作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路110,包括分压电路；所述的 分压电路为电阻分压电路，用于根据所述开关驱动脉冲信号、给定信号的电压大小提供所 述开关驱动脉冲比较电路需要的电压。
[0032] 在该实施例中，所述分压电路的电阻分压情况，由所述开关驱动脉冲采样电路中 输入的脉冲信号的电压大小，及给定信号拉低电路的给定信号的电压大小决定。所述分压 电路的电阻分压情况，进一步决定所述给定信号拉低电路中对给定信号电压拉低的幅度。 在该实施例中，通过分压电路的直流电源电压大小、电阻参数等设计符合电路需求的分压 电路。
[0033] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的分压电路，包括第六电阻心、第七电阻 R7、第八电阻R8。所述第六电阻R6 -端与直流电源相连接，另一端与第七电阻R7的一端和 第八电阻R8的一端相连接，所述第七电阻R 7的另一端接地，所述第八电阻R8的另一端输出 开关驱动脉冲比较电路110需要的电压，并与电流采样比较电路相连接。
[0034] 在该实施例中，所述直流电源VCC的大小为逆变焊机电源提供的正常直流电源电 压，优选为15伏；所述分压电路的输出端与开关驱动脉冲比较电路110中比较器队的反相 输入端2相连接，所述开关驱动脉冲采样电路的输出端与开关驱动脉冲比较电路110中比 较器U 2的正相输入端3相连接；为保证电路开关驱动脉冲比较电路110输出正确的控制信 号，所述分压电路连接的直流电源VCC大小及分压电路中电阻参数的设置需要满足一定的 要求。
[0035] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路110,包括第二 比较器U 2A。所述第二比较器U2A正相输入端3与所述电流采样比较电路输出端及所述分压 电路相连接，所述第二比较器U 2的反相输入端2与所述开关驱动脉冲采样电路相连接、所 述第二比较器U2的输出端1与给定信号拉低电路120相连接。
[0036] 在该实施例中，所述的开关驱动脉冲比较电路110，通过第二比较器U2对开关驱动 脉冲采样电路采集的开关驱动脉冲信号，与分压电路输出和电流采样比较电路输出进行叠 加后的信号进行比较处理，进一步输出控制给定信号拉低电路120的控制信号。
[0037] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路110,包括PI调 节电路。所述PI调节电路，用于降低电路的稳态误差提高电路稳定性。
[0038] 在该实施例中，由于开关驱动脉冲比较电路110的后级电路为给定信号拉低电路 120,在给定信号拉低电路120设置有用于拉低给定信号电压的第四二极管仏，为了提高电 路的稳定性，在所述的第二比较器U 2上设置了 PI调节电路。
[0039] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的PI调节电路，包括第十二电阻R12、第三 电容C 3、第四电容C4。所述第十二电阻R12的一端与所述第四电容C4的一端、第二比较器U 2 的反相输入端相连接，所述第四电容(；的另一端与第二比较器队的输出端相连接，所述第 十二电阻R12的另一端与第三电容C 3的一端相连接，所述第三电容C3的另一端与第二比较 器队的输出端相连接。
[0040] 在该实施例中，所述的PI调节电路通过电容过滤脉冲，通过积分电路降低电路系 统的稳态误差，进一步提1? 了电路的稳定性。
[0041] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的电流采样比较电路包括第一电阻凡、第 二电阻r 2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一比较器U 1A、第一电容Ci及第一二极 管D!。
[0042] 在所述的电流采样比较电路中，所采集的引弧成功后焊接主回路的电流信号通过 第四电阻R4的一端输入，所述第四电阻R4的另一端与第一比较器U1A的正相输入端3相连 接，所述第一电阻&的一端与直流电源VCC相连接，所述第一电阻&的另一端分别与第二 电阻R 2的一端、第三电阻R3的一端相连接，所述第三电阻R3的另一端接地，所述第二电阻 馬的另一端与第一电容Q的一端、跟随器U 1A的反相输入端2相连接，所述第一电容Q的另 一端与第一比较器U1A的输出端1、第一二极管Di的阳极相连接，所述第一二极管Di的阴极 与第五电阻R 5的一端相连接，所述第五电阻1?5的另一端与所述开关驱动脉冲比较电路110 第二比较器U 2的正相输入端3相连接。
[0043] 在该实施例中，所述的电流采样比较电路采集焊接主回路的电流信号，经过相关 处理，并进一步输入到开关驱动脉冲比较电路110的比较器u2的反相输入端2进行处理； 当焊接主回路引弧成功，所述的电流采样比较电路将相应的电流信号反馈给开关驱动脉冲 比较电路110，使得所述开关驱动脉冲比较电路110输出高电平进一步使第四二极管d 4截 止，所述给定信号拉低电路120中的电压将不再被拉低，焊接主回路处于正常工作状态。
[0044] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲采样电路，用于采集开关 驱动脉冲信号。所述的开关驱动脉冲采样电路包括第二二极管D 2、第三二极管D3，第九电阻 R9、第十电阻R1(l、第十一电阻Rn，第二电容〇2，跟随器U 1B。在所述的开关驱动脉冲采样电路 中，开关驱动脉冲信号通过所述的第二二极管D2阳极端4与第三二极管D 3阳极端5分别输 入，所述的第二二极管D2与第三二极管D3的阴极与所述的第九电阻R 9的一端相连接，所述 的第九电阻R9的另一端与第二电容C2的一端、第十电阻R 1(l的一端以及跟随器U1B的正相输 入端3相连接，所述的第二电容(：2的另一端以及第十电阻R 1(l的另一端接地，所述的跟随器 U1B的输出端1与第i 电阻Rn的一端相连接，所述第i 电阻Rn的另一端与开关驱动脉 冲比较电路110相连接。
[0045] 在该实施例中，所述的开关驱动脉冲采样电路采集开关脉冲信号，经过相关处理， 并进一步输入到开关驱动脉冲比较电路110的比较器u 2的反相输入端2进行处理。
[0046] 如图2所示，作为其中一个实施例，所述的给定信号拉低电路120包括第四二极管 D4、第十三电阻R13、给定信号输入端6、控制信号输出端7。
[0047] 所述第四二极管D4阴极与开关驱动脉冲比较及PI调节电路110相连接，阳极与 第十三电阻R 13的一端及控制信号输出端7相连接，所述第十三电阻R13的另一端与给定信 号输入端6相连接。
[0048] 在该实施例中，所述的给定信号拉低电路120,是通过开关驱动脉冲比较电路110 的控制信号，控制第四二极管D 4的导通状态，当开关驱动脉冲比较电路110输出低电平时， 第四二极管D4导通，所述给定信号拉低电路120中A点的电压被拉低，控制信号输出端7将 输出被拉低后的信号，进一步实现对逆变焊机空载脉冲宽度的限制。
[0049] 作为本发明其中一个优选的实施例，本发明所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电 路100的具体实施过程如下：
[0050] 如图2所示，开关驱动脉冲信号经第二二极管D2阳极端4、第三二极管D3阳极端5 和第九电阻R 9、第十电阻R1(l分压送至由运算放大器组成的跟随器U1B的正相输入端3,再经 第十一电阻R n与由第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8等组成的基准电压进行比较；当 经处理后的开关驱动脉冲信号大于基准电压时，由第十二电阻R 12、第三电容C3、第四电容C4 和比较器U2等组成的PI调节电路输出低电平信号，该低电平信号使第四二极管D4导通，使 给定信号拉低电路120中的给定信号输入端6中输入的给定信号拉低，使开关驱动脉冲宽 度变小；一旦引弧成功，由第一电阻札、第二电阻馬、第三电阻馬、第四电阻&、第一电容Q、 跟随器U 1A、第一二极管Di和第五电阻R5等组成的电流采样比较电路输出高电平，该高电平 送至由第十二电阻R 12、第三电容C3、第四电容C4和比较器U2A等组成的PI调节电路的正相 输入端，使得PI调节电路输出高电平，该高电平信号使第四二极管仏截止，对给定信号拉 低电路120中的给定信号输入端6中输入的给定信号不起作用，从而不影响正常焊接输出。
[0051] 本发明提供了一种用于在逆变焊机空载时对驱动脉冲宽度限制的电路，仅仅通过 简单、常用电子元器件的设计，便可以解决上述技术难题；通过本发明的技术能够大大减小 起弧瞬间焊机输出电流，减小对大功率开关器件的冲击，从而提高焊机的可靠性。
[0052] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1. 一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，包括电流采样比较电路、开关驱 动脉冲比较电路、给定信号拉低电路，所述电流采样比较电路与所述开关驱动脉冲比较电 路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与所述给定信号拉低电路相连接，所述开关驱动脉 冲比较电路与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路相连接； 所述的电流采样比较电路，用于采集逆变焊机输出电流信号，并将逆变焊机输出电流 信号，转换为标识逆变焊机工作状态的高/低电平信号； 所述开关驱动脉冲比较电路，用于输出空载时/带负载时将所述的开关驱动脉冲采样 电路采集的开关驱动脉冲信号，与脉冲宽度设定电压和所述电流采样比较电路输出的高/ 低电平信号叠加后的信号进行比较处理，输出对所述给定信号拉低电路的控制信号； 所述给定信号拉低电路，用于根据开关驱动脉冲比较电路输出的控制信号，拉低给定 信号的电压大小，并向逆变焊机的开关驱动电路输出限制开关驱动脉冲宽度的控制信号。
2. 根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的开关 驱动脉冲比较电路，包括分压电路； 所述的分压电路为电阻分压电路，用于提供所述开关驱动脉冲比较电路的脉冲宽度设 定电压。
3. 根据权利要求2所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的分压 电路，包括第六电阻、第七电阻、第八电阻； 所述第六电阻一端与直流电源相连接，另一端与第七电阻的一端和第八电阻的一端相 连接，所述第七电阻的另一端接地，所述第八电阻的另一端输出开关驱动脉冲比较电路需 要的电压，并与电流采样比较电路相连接。
4. 根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的开关 驱动脉冲比较电路，包括第二比较器； 所述第二比较器正相输入端与所述电流采样比较电路输出端及所述分压电路相连接， 所述第二比较器的反相输入端与所述开关驱动脉冲采样电路相连接、所述第二比较器的输 出端与给定信号拉低电路相连接。
5. 根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的开关 驱动脉冲比较电路，包括PI调节电路； 所述PI调节电路，用于降低电路的稳态误差提高电路稳定性。
6. 根据权利要求5所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的PI调 节电路，包括第十二电阻、第三电容、第四电容； 所述第十二电阻的一端与所述第四电容的一端、第二比较器的反相输入端相连接，所 述第四电容的另一端与第二比较器的输出端相连接，所述第十二电阻的另一端与第三电容 的一端相连接，所述第三电容的另一端与第二比较器的输出端相连接。
7. 根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的电流 采样比较电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一电容、第一比 较器、第一二极管； 所述第一电阻的一端与直流电源相连接，另一端与所述第二电阻的一端、第三电阻的 一端相连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第一比较器的反 相输入端、第一电容的一端相连接，所述第一比较器的正相输入端与所述第四电阻的一端 相连接，所述第一比较器的输出端与所述第一电容的另一端、所述第一二极管的阳极相连 接，所述第四电阻的另一端为焊接主回路电流信号采集输入端，所述第一二极管的阴极与 所述第五电阻的一端相连接，所述第五电阻的另一端与所述开关驱动脉冲比较电路相连 接。
8.根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的给定 信号拉低电路包括第四二极管、第十三电阻、给定信号输入端、控制信号输出端； 所述第四二极管阴极与开关驱动脉冲比较电路相连接，阳极与所述第十三电阻的一端 及控制信号输出端相连接，所述第十三电阻的另一端与给定信号输入端相连接。
【文档编号】H03K5/22GK104065362SQ201410301714
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】舒振宇, 刘新春 申请人:上海沪工焊接集团股份有限公司