专利名称：一种用于逆变焊接电源的通用焊接机芯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊接电源或控制电路，特别是涉及一种用于逆变焊接电源的通用焊接机芯。
背景技术：
焊接电源的制造已有一百多年的历史，从20世纪60年代开始，硅整流元件、大功率晶体管、场效应管、绝缘栅双极晶体管等器件的相继出现，以及集成电路技术和控制技术的快速发展，为电子焊接电源的发展提供了更广阔的空间，其中最引人注目的是逆变焊接电源。
逆变式焊接电源与工频焊接电源比节能20％～30％，效率可达80％～90％；其次，逆变式焊接电源体积小、重量轻，整机重量仅为传统工频整流焊接电源的1/5～1/10，减少材料消耗80％～90％。特别是逆变式焊接电源有着动态反应速度快的优势，其动态反应速度比传统工频整流焊接电源提高了2～3个数量级，有利于实现焊接过程的自动化和智能控制。
为了实现不同的焊接方式，得到不同功率大小的焊机，逆变焊接电源制造时需要选用不同的电子元器件，即不同焊接方法、不同功率的焊机是独立制造的，这就造成了制造成本高、制造工艺相对复杂，而且当焊接电源出现故障时，只有极专业的人员才能维护，这就增加了维修成本。也有将焊机电源内分成若干功率单元，并将若干功率单元并联输出，以提高焊接所需功率。这种方式有以下缺点所述功率单元连接于三相交流电中，其输入电压为380V，经整流后约为540V，因此对所采用的电子元件要求有较高的耐压性能，因此成本相对较高。
实用新型内容本实用新型提供一种用于逆变焊接电源的通用焊接机芯，克服了现有逆变焊接电源制造成本高，制造工艺复杂，可维护性差的缺陷。
本实用新型采用如下技术方案包括通用焊接机芯主电路和通用焊接机芯驱动电路，通用焊接机芯主电路包括工频AC/DC变换电路、高频DC/AC变换电路、高频AC/DC变换电路、过压保护电路、信号变换电路，通用焊接机芯驱动电路包括PWM信号缓冲输入电路、快速过流开关电路、PWM信号电压放大电路、PWM信号功率放大电路、过压、过热、过流故障判断器和过热保护电路，其连接关系如下1)频AC/DC变换电路的电压输出端接高频DC/AC变换电路的电压输入端，高频DC/AC变换电路的电压输出端接高频AC/DC变换电路的电压输入端，高频DC/AC变换电路设有采样电流输出端，高频AC/DC变换电路设有反馈电压输出端、反馈电流输出端；2)PWM信号缓冲输入电路的信号输出端经快速过流开关电路接PWM信号电压放大电路的输入端，PWM信号电压放大电路的输出端接PWM信号功率放大电路的输入端，PWM信号功率放大电路的输出端经信号变换电路接高频DC/AC变换电路的信号输入端；3)工频AC/DC变换电路的电压输出端接入过压保护电路的输入端，高频DC/AC变换电路的采样电流输出端接快速过流开关电路的电流信号输入端，过压电路的过压信号输出端、快速过流开关电路的过流信号输出端、过热保护电路的过热信号输出端接过压、过流、过热故障判断器的信号输入端，过压、过流、过热故障判断器设有故障信号输出端。
所述的高频DC/AC变换电路由八个场效应管组成一个全逆变桥，该全逆变桥的输入端接工频AC/DC变换电路的电压输出端，输出端经降压变压器接高频AC/DC变换电路的电压输入端，所述的信号变换电路设有四组信号输出端，分别接该全逆变桥的四个桥臂。
本实用新型可以作为逆变焊接电源的通用模块，只需配上相应的焊接控制器即可组成不同焊接方式的焊机，并联多个通用焊接机芯则可实现功率的叠加，因此，本实用新型使所有不同型号的焊接电源只需采用一套电子元器件，因此大大降低焊接电源制造的采购成本，同时，由于生产的标准化，制造工艺变得简单，只需采用标准的通用焊接机芯进行简单拼装即可实现。采用本实用型也提高了焊接电源的可维护性，当然焊接电源出现故障时，只需对出现故障的通用焊接机芯进行简单替换即可，大大降低了维护的成本。另外本实用新型的通用焊接机芯的输入电压为176V至264V，对所采用的电子元件的耐压性能要求较低，也因此降低了成本。
图1为本实用新型的电路连接框图；图2为本实用新型实施例通用焊接机芯主电路的电路图；图3为本实用新型实施例通用焊接机芯驱动电路的电路图；
图4为本实用新型实施例焊接控制器的电路图；图5为采用本实用新型实施例的电路连接框图；图6为采用本实用新型的逆变焊接电源的通用焊接机芯连接图。
具体实施例参照图1至图6，为本实用新型的一个具体实施例，该实施例为采用本实用新型通用焊接机芯的逆变焊接电源的一个较佳方式，该逆变焊接电源用于手弧焊机。
参照图1，为本实用新型的电路连接框图，包括通用焊接机芯主电路1和通用焊接机芯驱动电路2，通用焊接机芯主电路1包括工频AC/DC变换电路11、高频DC/AC变换电路12、高频AC/DC变换电路13、过压保护电路14、信号变换电路15，通用焊接机芯驱动电路2包括PWM信号缓冲输入电路21、快速过流开关电路22、PWM信号电压放大电路23、PWM信号功率放大电路24、过压、过热、过流故障判断器25和过热保护电路26，其连接关系如下1)工频AC/DC变换电路11的电压输出端接高频DC/AC变换电路12的电压输入端，高频DC/AC变换电路12的电压输出端接高频AC/DC变换电路13的电压输入端，高频DC/AC变换电路12设有采样电流输出端121，高频AC/DC变换电路13设有反馈电压输出端131、反馈电流输出端132；2)PWM信号缓冲输入电路21的信号输出端经快速过流开关电路22接PWM信号电压放大电路23的输入端，PWM信号电压放大电路23的输出端接PWM信号功率放大电路24的输入端，PWM信号功率放大电路24的输出端经信号变换电路15接高频DC/AC变换电路12的信号输入端；3)工频AC/DC变换电路11的电压输出端接入过压保护电路14的输入端，高频DC/AC变换电路12的采样电流输出端接快速过流开关电路22的电流信号输入端，过压电路14的过压信号输出端、快速过流开关电路22的过流信号输出端、过热保护电路26的过热信号输出端接过压、过流、过热故障判断器25的信号输入端，过压、过流、过热故障判断器25设有故障信号输出端251。
参照图6，该逆变手弧焊接电源包括一个通用焊接机芯组，通用焊接机芯组包括本实用新型的三个通用焊接机芯TH1、TH2、TH3，三个通用焊接机芯TH1、TH2、TH3实质为三个功率单元，每个通用焊接机芯设有主电源输入端UiM1、UiM2，输出正极U0+和输出负极U0-，四个输入控制电源端UiK1、UiK2、UiK3、UiK4，控制旋钮接口Uki、GND、+5V，故障控制信号端OFF，面板指示灯接口GND、ERRLED、ONLED，信号源A和信号源B。各通用焊接机芯的主电源输入端UiM1、UiM2以星形接法接于三相交流电中，其输出正极U0+和输出负极U0-并接输出，四个输入控制电源端UiK1、UiK2、UiK3、UiK4接变压器B1，由其提供交流控制电源输入。
每个通用焊接机芯包括通用焊接机芯主电路1和通用焊接机芯驱动电路2，参照图2，为通用焊接机芯主电路的电路图。通用焊接机芯主电路1包括工频AC/DC变换电路11、高频DC/AC变换电路12、高频AC/DC变换电路13、过压保护电路14、信号变换电路15、偏置电压产生电路16、控制旋钮输入信号处理电路17，各部分基本电路构成及连接关系如下工频AC/DC变换电路11由主电源输入接头J3、保险丝F1、压敏电阻RU1、集成块IC1组成一个整流滤波电路，其中集成块IC1为一个整流硅堆。主电源输入接头J3对应于通用焊接机芯的主电源输入端UiM1、UiM2。
高频DC/AC变换电路12由8个场效应管QZ1、2Qz1、QZ2、2Qz2、QZ3、2Qz3、QZ4、2Qz4组成一个高频全逆变桥，其输入端接集成块IC1的输出端，输出端接两个降压变压器T1和T2。并由变压器T3、共模电感2L2及若干二极管、电容、电阻组成电流采样电路，采样电流输出端为Ii。
高频AC/DC变换电路13由四个二极管DZ1、DZ2、DZ3、DZ4和四个储能电抗器L2、L3、L4、L5组成全波整流电路，其输入端接降压变压器T1、T2的输出端，其输出端J4、J5接分别对应于通用焊接机芯的输出正极U0+和输出负极U0-。接头J10与接头J11连接，稳压管W10、电阻R64、R65组成一个反馈信号产生电路，Uo为反馈电压信号输出端，Io为反馈电流信号输出端。
过压保护电路14由稳压二极管W8和W9、集成块IC2组成，集成块IC2将稳压二极管产生的稳定电压和工频AC/DC变换电路11中的集成块IC1的输出电压比较，产生一过压信号，由过压信号输出端SU输出。
信号变换电路15的信号输入端T4-1和T4-2经共模电感2L1接脉冲变压器T4的输入端，脉冲变压器T4有四组输出端，每组输出端的输出电压分别经稳压管和若干二极管处理，形成四组控制信号KG1和KS1、KG2和KS2、KG3和KS3、KG4和KS4。
偏置电压产生电路16包括输入控制电源接头J6及由若干二极管、电容、三个三端稳压器U6LM7812、U5LM7805、U7LM7812组成一个整流滤波稳压电路，输出+5V、+12V、+24V三种直流电压，为各个集成块提供偏置电压，J6对应于四个输入控制电源端UiK1、UiK2、UiK3、UiK4。
控制旋钮输入信号处理电路17包括控制旋钮接头J7和若干电阻、电容组成的信号处理电路，控制旋钮接头J7对应于通用焊接机芯的控制旋钮接口Uki、GND、+5V，信号处理电路的信号输出端为UKi。
参照图3，为通用焊接机芯驱动电路2的电路图。通用焊接机芯驱动电路2包括PWM信号缓冲输入电路21、快速过流开关电路22、PWM信号电压放大电路23、PWM信号功率放大电路24、过压、过热、过流故障判断器25和过热保护电路26。各部分基本电路构成及连接关系如下PWM信号缓冲输入电路21由两个信号输入端A、B分别接两个反相器U1B、U1E。
快速过流开关电路22包括由三极管Q13、稳压管W1及若干电阻、电容、二极管组成的过流信号产生电路、由反相器U1D和U1A、三极管Q11和Q12组成的电子开关组成，过流信号产生电路的输出端接电子开关的输入端，过流信号产生电路的采用电流输入端Ii接高频DC/AC变换电路12中的采样电流输出端Ii，电子开关的两个输出端接PWM信号缓冲输入电路21的两个信号输出端。
PWM信号电压放大电路23由若干三极管组成电压放大电路，其输入端接PWM信号缓冲输入电路21的两个信号输出端。
PWM信号功率放大电路24由四个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4组成功率放大电路，其信号输入端接PWM信号电压放大电路23的输出端，其输出端T4-1、T4-2接信号变换电路15的信号输入端T4-1和T4-2。
过压、过热、过流故障判断器25包括通过一或门电路对过压、过热、过流信号进行或操作，过热保护电路26由运算放大器IC3组成，其过热信号输出端ST接过压、过热、过流故障判断器25过热信号输入端，快速过流开关电路22中过流信号产生电路的输出端接过压、过热、过流故障判断器25过流信号输入端，过压保护电路14的过压信号输出端SU接过压、过热、过流故障判断器25过压信号输入端，过压、过热、过流故障判断器25的故障信号输出端为OFF。
每个机芯组接一个焊接控制器3，参照图4，为焊接控制器3的电路图，在本实施例中为手弧焊接控制器。包括PWM信号发生电路31、PWM信号缓冲输出电路32、恒流比较控制器34、限流控制器35、焊接特性控制器36、反馈电流放大电路37和缓冲放大电路38。各部分基本电路构成及连接关系如下PWM信号发生电路31主要由PWM信号发生器IC8构成，其两个信号输出端为VoA和VoB，其输入端接缓冲放大电路38的信号输出端。PWM信号缓冲输出电路32由两个反相器U8C和U8D组成，其输入端接PWM信号发生电路31的信号输出端VoA和VoB。
恒流比较控制器34由集成运放IC4构成，其输入端接反馈电流放大电路37的输出端接控制旋钮输入信号处理电路17的信号输出端UKi，其输出端接缓冲放大电路38的输入端。
限流控制器35由集成运放IC5和IC6构成一个比较放大电路，其输入端接高频DC/AC变换电路12中的采样电流输出端为Ii，输出端接缓冲放大电路38的输入端。缓冲放大电路38主要由集成运放IC9构成。
焊接特性控制器36由二极管D3、D4和三极管Q1、Q2构成比较放大电路，其输入端接高频AC/DC变换电路13的反馈电压信号输出端Uo，其输出端接缓冲放大电路38的输入端。
参照图5，为焊接控制器1和一个通用焊接机芯的电路框图；其控制过程如下1)工频AC/DC变换电路11将输入的176V至264V交流电整流为一直流脉动电压；2)高频DC/AC变换电路12将工频AC/DC变换电路产生的直流脉动电压逆变并降压为100KHz、峰值为100V的交流方波电压，并产生一采样电流信号；3)高频AC/DC变换电路13将高频DC/AC变换电路产生的交流方波电压经全波整流输出一脉动直流电压供焊接使用，并产生反馈电压信号和反馈电流信号；4)PWM信号发生电路31产生基频为100KHz的方波信号，经PWM信号缓冲输出电路32进入PWM信号缓冲输入电路21，并经快速过流开关电路22，经PWM信号电压放大电路23进行电压放大，经功率放大电路24进行功率放大，进入通用机芯主电路1的信号变换电路15；5)信号变换电路15将PWM信号功率放大电路24输出的PWM信号隔离变换成开关信号对高频DC/AC变换电路12中的全逆变桥的四个桥臂进行控制；6)控制旋钮信号处理电路17对外界控制旋钮输入的信号进行处理，送至恒流比较控制器34，高频AC/DC变换电路13产生的反馈电压信号经焊接特性控制器36处理进入恒流比较器34，高频AC/DC变换电路13产生的反馈电流信号经反馈电流放大电路37放大后进入恒比较器34，恒流比较器34对输入的信号进行处理后输出一信号至缓冲放大电路38，限流控制器35对高频DC/AC电路12的采样电流信号进行比较放大后输出到缓冲放大电路38，缓冲放大电路38对输入的信号进行缓冲放大，对PWM信号发生电路31产生的100KHz的方波信号进行宽度调节；7)快速过流开关电路22根据高频DC/AC变换电路12产生的采样电流信号控制PWM信号的通断，并产生一过流信号；过压保护电路14根据工频AC/DC变换电路11的输出电压产生一过压信号；过压、过热、过流故障判断器25对来自快速过流开关电路22的过流信号、来自过压保护电路14的过压信号以及来自过热保护电路26的过热信号进行或运算，输出一故障信号至PWM信号发生电路31，控制其通断。
本实施例为手弧焊接电源，只要对焊接控制器3中的焊接特性控制器36作相应的改变，即可用于埋弧焊接电源、钨极气体保护焊接电源、等离子弧焊接电源、熔化极气体保护焊接电源或电阻焊接电源，增加机芯组的数量即可增大焊接电源的功率。
权利要求1.一种用于逆变焊接电源的通用焊接机芯，其特征在于包括通用焊接机芯主电路和通用焊接机芯驱动电路，通用焊接机芯主电路包括工频AC/DC变换电路、高频DC/AC变换电路、高频AC/DC变换电路、过压保护电路、信号变换电路，通用焊接机芯驱动电路包括PWM信号缓冲输入电路、快速过流开关电路、PWM信号电压放大电路、PWM信号功率放大电路、过压、过热、过流故障判断器和过热保护电路，其连接关系如下1)工频AC/DC变换电路的电压输出端接高频DC/AC变换电路的电压输入端，高频DC/AC变换电路的电压输出端接高频AC/DC变换电路的电压输入端，高频DC/AC变换电路设有采样电流输出端，高频AC/DC变换电路设有反馈电压输出端、反馈电流输出端；2)PWM信号缓冲输入电路的信号输出端经快速过流开关电路接PWM信号电压放大电路的输入端，PWM信号电压放大电路的输出端接PWM信号功率放大电路的输入端，PWM信号功率放大电路的输出端经信号变换电路接高频DC/AC变换电路的信号输入端；3)工频AC/DC变换电路的电压输出端接入过压保护电路的输入端，高频DC/AC变换电路的采样电流输出端接快速过流开关电路的电流信号输入端，过压电路的过压信号输出端、快速过流开关电路的过流信号输出端、过热保护电路的过热信号输出端接过压、过流、过热故障判断器的信号输入端，过压、过流、过热故障判断器设有故障信号输出端。
2.如权利要求1所述的一种用于逆变焊接电源的通用焊接机芯，其特征在于所述的高频DC/AC变换电路由八个场效应管组成一个全逆变桥，该全逆变桥的输入端接工频AC/DC变换电路的电压输出端，输出端经降压变压器接高频AC/DC变换电路的电压输入端，所述的信号变换电路设有四组信号输出端，分别接该全逆变桥的四个桥臂。
专利摘要一种用于逆变焊接电源的通用焊接机芯，包括通用焊接机芯主电路和通用焊接机芯驱动电路，通用焊接机芯主电路包括工频AC/DC变换电路、高频DC/AC变换电路、高频AC/DC变换电路、过压保护电路、信号变换电路，通用焊接机芯驱动电路包括PWM信号缓冲输入电路、快速过流开关电路、PWM信号电压放大电路、PWM信号功率放大电路、过压、过热、过流故障判断器和过热保护电路。采用本实用新型可以通过简单的拼装而迅速装配出用于不同焊接方法、不同功率大小的逆变焊接电源，同时，也因此种结构使采用本实用新型的逆变焊接电源所需的贵重电子元器件少，生产工艺简单，更易维修，发生故障时只需对通用焊接机芯进行简单的替换即可。
文档编号B23K9/10GK2640679SQ0327112
公开日2004年9月15日 申请日期2003年7月18日 优先权日2003年7月18日
发明者彭潇伟 申请人:厦门天琅焊接设备有限公司