一种电压型pwm半桥硬开关逆变式焊割机的制作方法

专利名称：一种电压型pwm半桥硬开关逆变式焊割机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是逆变电焊机领域，尤其是一种具有电压型PWM半桥硬开关的电流 型PWM逆变式焊割电源。
背景技术：
目前，逆变式焊割机已经广泛使用于对各种有色金属及其合金的焊接和切割作 业。逆变式焊割机以其重量轻，体积小，生产时消耗铜、材钢材少。节能效果显著和焊 接/切割工艺性能优秀，而深受使用者青睐。但由于逆变式焊机电路较为复杂，采用的电力器件和电路控制器件都较多，加上 对生产有较高的电装工艺要求，使得逆变式焊割机的可靠性变差，故障率偏高。各厂家都在 设法通过选择良好的的电路拓扑结构，选择优良的散热风道结构来降低故障率，提升可靠 性。常用的电路拓扑结构方式有 电压型PWM全桥硬开关逆变式电路。电流型PWM全桥硬开关逆变式电路。电流型PWM全桥软开关逆变式电路。以上电路都采用的是全桥逆变电路，其桥臂需要四组电力半导体开关器件组成， 其驱动电路必须是隔离的四组驱动电路组成，因此电路较为复杂。为电路的设计，产品生产 装配以及售后的维护维修都带来了诸多不便。而且方式一“1，电压型PWM全桥硬开关逆变式电路”需要安装防止变压器磁偏的 隔直电容。隔直电容若容量过大，防止变压器磁偏的作用就会减弱，焊割机因为变压器磁偏 而饱和后造成电力半导体开关器件受损的概率就增加；隔直电容若容量过小，虽然防止变 压器磁偏的作用强，但隔直电容上的交流电压降又会增加，焊割机输出功率会减少。若要保 证输出功率不变，势必增加电力半导体开关器件的电流等级，增加了器件成本。方式一“ 2，电流型PWM全桥硬开关逆变式电路”因有变压器磁偏的自校正作用，可 很大程度上防止磁偏的积累，防止磁饱和的发生。但是电流型的PWM全桥硬开关逆变式电 路的一次侧电流采集电路很容易受到电力半导体器件硬开通和硬关断时产生的较高的电 压/电流变化率带来的严重的干扰，造成电路误动作。这就加大了电路设计和生产装配的 难度，降低了产品可靠性。方式一“3，电流型PWM全桥软开关逆变式电路”因有变压器磁偏的自校正作用，可 很大程度上防止磁偏的积累，防止磁饱和的发生。由于是软开关电路结构，使得电力半导体 器件开关时的电压/电流变化率很低，不易造成电路误动作。这是目前比较先进的电路拓 扑结构，得到了较为广泛的运用。但这种电路比较复杂，超前桥需要桥臂电容，一次侧变压 器回路需要串接饱和电抗器，串接环流抑制电容，并接无功功率电感等；驱动电路需要有超 前和滞后的相位要求等，电路非常复杂。广泛运用受到限制。
散热风道结构通常有两种方式 1，轴流风机非约束抽风方式。，轴流风机非约束吹风方式。以上两种方式，都只注重了散热和通风，对冷却风气流没有进行有效的约束，因而 就没有考虑采取有效的防潮，防水，防腐蚀的三防措施，使得焊割电源受到冷却风流带来的 潮气，水份，和腐蚀性气体的影响可靠性变得很低，生命周期变得很短；而且其结构十分复 杂，实施成本较高。

发明内容
针对以上问题，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结 构简单体积小、实施成本较低的电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，
为达到以上目的本发明的技术方案
一种电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，包括按照电流流向方向而顺序连接的输 入滤波开关电路、一次侧整流滤波电路、半桥逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电 路以及主控制板电路，主控制板电路既和二次整流滤波电路连通又和逆变电路连接，所述 PWM半桥硬开关逆变式焊割机还包括与所述主控制板电路连接的滤波和风机电路，该滤 波和风机电路与输入滤波开关电路连接；
其中，所述输入滤波开关电路包括电源开关；
所述的一次侧整流滤波电路包括与所述电源开关连接的整流桥，与该整流桥并联的 第一、第二滤波电容和顺序串接后与第二滤波电容并联的第一、第二半桥桥臂电容，以及与 该整流桥并联的泄放电阻；送入焊割机内的交流电压电流通过整流桥整流成直流电压电 流，经过电容滤波后送往半桥逆变电路；
所述半桥逆变电路包括由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组 成的第一逆变桥，由第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的第二逆 变桥，该第一、第二逆变桥构成半桥逆变支路，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场 效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，与所述第五、第 六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第五、第六、第七、第八驱 动电阻，连接在第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸 收电路，连接在第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸 收电路，与第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件及第一、第二、第三、第四驱动 电阻连接的第一驱动脉冲波形整形电路，与所述第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力 开关器件及第五、第六、第七、第八驱动电阻连接的第二驱动脉冲波形整形电路。采用该种结构实现了电压型PWM半桥硬开关电路结构的电流型PWM逆变式焊割电 源，使得该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。进一步的，所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收 电容，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容。进一步的，所述的隔离变压电路包括具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频 变压器，一次侧电流互感器，
所述中频变压器一次侧绕组的一端连接半桥逆变电路的中点，另一端穿过一次侧电流互感器后连接半桥逆变电路的另一个中点；
所述中频变压器二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次 绕组间绝缘。进一步的，所述的二次侧整流滤波电路包括与所述中频变压器二次侧绕组连接 的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、 第十八、第十九、第二十快恢复整流二极管，串接在第二、第四、第六、第八快恢复整流二极 管两端的第八阻容吸收电阻和串接在第一、第三、第五、第七快恢复整流二极管两端的第九 阻容吸收电阻，串接在第十三、第十五、第十八、第十九快恢复整流二极管两端的第十九阻 容吸收电阻和串接在第十四、第十六、第十七、第二十快恢复整流二极管两端的第二十阻容 吸收电阻，以及与第八阻容吸收电阻串接的第五阻容吸收电容，与第九阻容吸收电阻串接 的第六阻容吸收电容，与第十九阻容吸收电阻串接的第十五阻容吸收电容，与第二十阻容 吸收电阻串接的第十六阻容吸收电容，与第八阻容吸收电阻和第九阻容吸收电阻串接的串 接的滤波电感，与该滤波电感串接构成滤波电路的第十滤波电阻，串接构成假负载电路的 第七、第八电容，该假负载电路与第十滤波电阻并联。进一步的，所述主控制电路包括按照电流流向方向而顺序连接的PWM脉宽调制 电路，隔离驱动电路，电流给定和电流反馈电路，过流保护电路，欠压保护电路，引弧/推力 电流控制电路，防触电VRD电路，焊接电流显示电路。本发明通过采用以下结构的逆变电路包括由与所述第一、第二、第三、第四四只 绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，与所 述第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第五、第六、第 七、第八驱动电阻，连接在第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第 一阻容吸收电路，连接在第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第 二阻容吸收电路，与第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件及第一、第二、第三、 第四驱动电阻连接的第一驱动脉冲波形整形电路，与所述第五、第六、第七、第八绝缘栅场 效应电力开关器件及第五、第六、第七、第八驱动电阻连接的第二驱动脉冲波形整形电路使 得该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。


图1.本发明所述电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机的实施例中的电路原理方 框图2.本发明所述电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机的实施例中的主回路的电路原 理图3.本发明所述电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机的实施例中的主控板的电路原 理图4.本发明所述电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机的实施例中的完全封闭的散热 风道结构原理图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行本实施例中详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发 明，并不用于限定本发明。请参阅图1至图4，本发明一种电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，包括按照电 流流向方向而顺序连接的输入滤波开关电路1、一次侧整流滤波电路2、半桥逆变电路3、 隔离变压电路4和二次侧整流滤波电路5以及主控制板电路6，主控制板电路6既和二次整 流滤波电路5连通又和逆变电路3连接，所述PWM半桥硬开关逆变式焊割机还包括与所述 主控制板电路6连接的滤波和风机电路7，该滤波和风机电路7与输入滤波开关电路1连 接；
其中，所述输入滤波开关电路1包括电源开关Si，
所述的一次侧整流滤波电路2包括与所述电源开关Sl连接的整流桥BR1，与该整流 桥BRl并联的第一、第二滤波电容C9、C1和顺序串接后与第二滤波电容并联的第一、第二半 桥桥臂电容C2、C14，以及与该整流桥并联的泄放电阻R6;送入焊割机内的交流电压电流通 过整流桥BRl整流成直流电压电流，经过电容C9，C1，C2和C14等滤波后送往逆变器3。其 中电阻R6是泄放电阻，在关机时泄放掉电容C9，Cl，C2和C14里的电荷。所述半桥逆变电路3包括由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件 Q1、Q2、Q3、Q4桥接组成的第一逆变桥，由第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件 Q5、Q6、Q7、Q8桥接组成的第二逆变桥，该第一、第二逆变桥构成半桥逆变支路，与所述第一、 第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件Ql、Q2、Q3、Q4的栅极分别单独串接的第 一、第二、第三、第四驱动电阻Rl、R2、R3、R4，与所述第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电 力开关器件Q5、Q6、Q7、Q8的栅极分别单独串接的第五、第六、第七、第八驱动电阻R13、R14、 R15、R16，连接在第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件Ql、Q2、Q3、Q4两极之 间的第一阻容吸收电路，连接在第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件Q5、Q6、 Q7、Q8两极之间的第二阻容吸收电路，与第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件 Ql、Q2、Q3、Q4及第一、第二、第三、第四驱动电阻Rl、R2、R3、R4连接的第一驱动脉冲波形整 形电路，与所述第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件Q5、Q6、Q7、Q8及第五、第 六、第七、第八驱动电阻R13、R14、R15、R16连接的第二驱动脉冲波形整形电路。采用该种结构实现了电压型PWM半桥硬开关电路结构的电流型PWM逆变式焊割电 源，使得该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。半桥逆变电路3包括两组绝缘栅场效应电力开关器件Ql，Q2，Q3，Q4和Q5，Q6，Q7， Q8构成的半桥逆变支路，R1、R2、R3、R4和R13、R14、R15、R16分别为两组绝缘栅场效应电力 开关器件的栅极串联驱动电阻。而R5和C3 ；R7和C4 ；分别为两组绝缘栅场效应电力开关 器件两极(对于MOSFET器件为D和S极，对于IGBT器件为C和E极，对于MCT器件为A和K 极)并联的第一、第二阻容吸收电路。由电阻R11，R12电容C10，C11和二极管D9，D10组成 一组绝缘栅场效应电力开关器件的第一驱动脉冲波形整形电路，由电阻R17，R18电容C12， C13和二极管D11，D12组成另一组绝缘栅场效应电力开关器件的第二驱动脉冲波形整形电 路。主控制板电路6的插座A6输出的两路PWM信号分别有序的送到两组绝缘栅场效应电 力开关器件 Ql, Q2，Q3，Q4 和 Q5，Q6，Q7，Q8 上，让其按 Ql, Q2，Q3，Q4 同时导通 Q5，Q6，Q7， Q8同时导通；而Ql，Q2，Q3，Q4和Q5，Q6，Q7，Q8相位相差180ο导通。这样的交替导通，就 会将直流电压电流逆变成中频交流方波电压电流，该中频交流方波电压电流送至隔离变压器T5的一次侧。本具体实施方式
中，所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻R5和 第一阻容吸收电容C3，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻R7和第二阻 容吸收电容C4。本具体实施方式
中，所述的隔离变压电路4包括具有一次侧绕组和二次侧绕组 的第一中频变压器T2，一次侧电流互感器T1，
所述中频变压器T2 —次侧绕组的一端连接半桥逆变电路的中点，另一端穿过一次侧 电流互感器Tl后连接半桥逆变电路的另一个中点；
所述中频变压器T2 二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和 二次绕组间绝缘。本具体实施方式
中，所述的二次侧整流滤波电路5包括与所述中频变压器二次 侧绕组连接的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第十三、第十四、第十五、第 十六、第十七、第十八、第十九、第二十 DU D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D13、D14、D15、D16、 D17、D18、D19、D20快恢复整流二极管，串接在第二、第四、第六、第八快恢复整流二极管两端 D2、D4、D6、D8的第八阻容吸收电阻R8和串接在第一、第三、第五、第七快恢复整流二极管两 端Dl、D3、D5、D7的第九阻容吸收电阻R9，串接在第十三、第十五、第十八、第十九快恢复整 流二极管两端D13、D15、D18、D19的第十九阻容吸收电阻R19和串接在第十四、第十六、第 十七、第二十快恢复整流二极管两端D14、D16、D17、D20的第二十阻容吸收电阻R20，以及与 第八阻容吸收电阻R8串接的第五阻容吸收电容C5，与第九阻容吸收电阻R9串接的第六阻 容吸收电容C6，与第十九阻容吸收电阻R19串接的第十五阻容吸收电容C15，与第二十阻容 吸收电阻R20串接的第十六阻容吸收电容C16，与第八阻容吸收电阻R8和第九阻容吸收电 阻R9串接的串接的滤波电感Li，与该滤波电感Ll串接构成滤波电路的第十滤波电阻R10， 串接构成假负载电路的第七、第八电容C7、C8，该假负载电路与第十滤波电阻RlO并联。本具体实施方式
中，所述滤波和风机电路7包括由滤波电容C17，C18和C19组成； R21，R22和R23为泄放电阻；RM1，RM2和RM3为尖峰电压抑制压敏电阻。信号通过上述滤 波器的滤除，使得本焊割机的控制电路板部分免受外界电磁干扰，提高稳定性；同样，本焊 割机产生的干扰信号会也会被上述滤波器滤除一部分，使得本切割对外界产生电磁干扰大 为减弱，提高了其他设备的稳定性。C20为轴流风机移相电容。本具体实施方式
中，所述主控制电路6包括按照电流流向方向而顺序连接的PWM 脉宽调制电路，隔离驱动电路，电流给定和电流反馈电路，过流保护电路，欠压保护电路，引 弧/推力电流控制电路，防触电VRD电路，焊接电流显示电路。具体电路结构描述如下参见图3 主控制板电路电源系统
变压器T3 (图2所示)次级双16V绕组和单28V绕组通过插座A5引进主控制板，通过 整流二极管D35，D36，D37，D38，D39，D40分别整流后经电容C36，C40滤波，再经过三端稳 压集成电路冊(0017)』3(017812)和U6 (LM7805)稳压，分别输出+MV，+12V，+5V直流电 压，这组电压为主控制板供电。由电压型PWM集成电路U2和周围器件组成PWM脉宽调制电路，电压型PWM集成 电路U2的“6脚”为PWM脉冲频率定时电阻端，外接定时电阻R42，“5脚”和“7脚”间跨接死区形成电阻R41，“5脚”为PWM脉冲频率定时电容端，外接定时电容C34，“10脚”为PWM 脉冲强制关断端，“ 15脚”和“ 13脚”分别为U2片内控制供电端和PWM图腾柱输出驱动供 电端，“ 16脚”为U2片内基准稳压电源(5. 1V)，“ 8脚”为U2软启动端，“ 1脚”，“ 2脚，，和“ 9 脚”是U2片内运算放大器(由于本电路不使用它，故将“ 1脚”接地，“ 2脚”接基准电压，而 “9脚”则接到外接的误差放大器输出级)，电压型PWM集成电路U2的“ 12脚”为整个PWM芯 片的接地端，“11脚”和“14脚”为U2的PWM图腾柱输出端。其中振荡波形输出端“4脚” 和同步脉冲输出端“3脚”没有使用，悬空处理。由电压型PWM集成电路U2的“11脚”和“14脚”输出的PWM脉冲信号，通过由MOS 管 Q9，Q10，Qll，Q12 和稳压二极管 D28，D29 电容 C29，C30，C24 以及电阻 R31, R32, R33, R34, R36，R37，R38，R24以及电源退藕电容C22，C23, C32, C33等组成的具有自举功能的PWM脉 冲功率放大电路放大，放大后的PWM脉冲通过变压器T4隔离后输出驱动脉冲。由分流器FLl (图2所示)和电容C55，电阻R66组成电流信号反馈电路。电位器 RT3, RT6电阻R68，R63，R72和电容C53，C59组成焊割电流给定电路；电位器RT2电阻R64 和电容C54，组成推力电流给定电路；电位器RTl电阻R67和电容C58，组成引弧电流给定电 路。由三极管Q16，二极管D48，电阻R58 ；三极管Q15，Q17，二极管D45，电容C51电阻 R57，R61，R71以及二极管D47，电容C56，电阻R69，R65等分别组成推力电流控制电路和引 弧电流控制电路。由二极管 D23, D24, D25, D26, D31，D33 电阻 R26, R29, R35, R43 电容 C26, C27 和单
向可控硅Q13等构成一次侧电流过流保护电路。由运算放大器U4A电阻R55，R56，R52，R46，R47 二极管D41电容C38，C41等组成 带回差的欠压保护电路。其中C38为PWM软启动电容。由光耦U4电阻R27，R28, R30, R39 二极管D27，D32电容C28，C31以及开关S4 (图 2所示)VRD显示灯D21 (图2所示)等组成防触电VRD控制和显示电路。由电位器RT7电阻R70，R73电容C57和DGMl (图2所示)等组成焊接电流显示电路。由集成电路U7，电位器RT5，电阻R60，R62电容C46，C49，C52，C44和二极管D44 等组成误差放大器电路的前级；由三极管Q14，电位器RT4，电阻R49，R50, R51，R54和电容 C39，C43等组成误差放大器电路的后级。图四所示，散热风道是由轴流风机15，冷却风导风罩14，铝型材散热器3，挡风板 5，底板18，中隔板17和机壳(未画出)等组成的一个密封系统。电流给定、电流反馈、PWM调制和输出以及欠压保护、过流保护等功能的实现
由分流器FLl (图2所示)和电容C55，电阻R66组成电流反馈电路，将焊割电流反馈信 号送到误差比较点C点；电位器RT3动点取得的焊割电流给定电压信号通过远控/机控选 择开关S3 (图2所示)后经过电阻R68，R63和电位器RT6以及滤波电容C53，C59送到误差 比较点C点；电位器RT2动点取得的推力电流给定电压信号经过电阻R64和电容CM送到 误差比较点C点；电位器RTl动点取得的引弧电流给定电压信号经过电阻R67和电容C58， 送到误差比较点C点。误差比较点得到的误差信号经过由运算放大器U7和周围器件组成 的比例积分调节器放大调节放大后从U7的“6脚”输出，再经过由Q14及周围元件组成的集电极开路的比例放大器后从Q14的集电极输出，最后送到电压型PWM集成电路U2的“9脚”。 其中RT5为运算放大器U7的调零电位器，电容C43为误差信号微分加速电容，电容C39为 三极管Q14的密勒电容的中和电容。由电阻R42，R41电容C34组成的带死区的锯齿波发生器，产生的锯齿波在电压型 PWM集成电路U2内部和输入“9脚”输入的误差信号进行比较，得出一系列宽度随误差信 号变化而变化的PWM脉冲，经过电压型PWM集成电路U2内部的分相，锁相后成为相位相差 180ο的互补的PWM脉冲信号，分别从电压型PWM集成电路U2的“ 11脚”和“ 14脚”输出。欠压保护电路由运算放大器讽六电阻1 55，1 56，1 52，1 46，1 47二极管041电容C38， C41等组成。当电网电压过低，导致主控制电路板的+24V电源电压低于MV，运算放大器U4A 的“2脚”电压就会比“3脚”电压低，其“1脚”电压就会变低，通过二极管D41和电阻R47 快速放掉电容器C38的电荷，电压型PWM集成电路U2的“8脚”电位变低，电压型PWM集成 电路U2的“11脚”和“14脚”立即停止输出PWM脉冲，从而起到欠压保护的作用。过流保护电路由一次侧电流互感器Tl (图2所示)和二极管D23，D24，D25，D26， D31, D33
电阻R26，R29，R35，R43电容C26，C27等构成。当一次侧因某种原因造成电流脉冲幅 值超过设定的安全点时，一次侧电流互感器Tl (图2所示)检测到的电流脉冲电压信号经二 极管D23，D24，D25，D26整流，电容以6滤除高频纹波后在采样电阻似9上呈现的电压就超 过稳压二极管D31的稳压值，使得单向可控硅Q13的门极得到触发脉冲，单向可控硅Q13被 触发导通并锁定，电阻R43上电压变高，使得电压型PWM集成电路U2的脉冲关断端“ 10脚” 电位变高，电压型PWM集成电路U2停住输出PWM信号，其“11脚”和“14脚”电压恒为低， 从而起到过流保护的作用。只有当过流故障被排除，焊割机从新上电，单向可控硅Q13才得 以恢复阻断。推力电流和引弧电流控制的实现。由三极管Q16，二极管D48，电阻R58 ；三极管Q15，Q17，二极管D45，电容C51电阻 R57，R61，R71以及二极管D47，电容C56，电阻R69，R65等分别组成推力电流控制电路和引 弧电流控制电路。焊割机在焊接过程中，若焊接弧压过低，很容易黏住焊条，使焊接工作受阻。解决 的办法是将电流误差放大电路的放大倍数减小，使焊割机的输出外特性由垂直陡降变成 缓降，有效阻止焊条短路黏条。电路中，将运算放大器U7的输出端“6脚”信号通过电阻R58 和二极管D48引出，加到电位器RT2高端上，RT2的的低端接地，从其动点引出电压信号，送 到运算放大器U7的反相输出端“2脚”通过调节RT2动点的位置，改变这个信号的幅度，达 到改变焊割机的输出外特性的目的。电位器RT2动点越往高端调，运算放大器U7的放大倍 数减小，焊割机的输出外特性越缓，短路电流就会越大，防止黏焊条的作用就强，反之，则越 弱。焊割机在焊接开始时，冷工件冷焊条很容易黏住焊条，使焊接工作受阻。解决的办 法是在焊接开始时，加以较大电流，使电弧有一个热启动过程，有效阻止焊条短路黏条。电 路中，将运算放大器U7的输出端“6脚”信号引出，通过电阻R57加到三极管Q15基极上，从 三极管Q15集电极取出信号通过二极管D45加到电容C45上，再接到电位器RTl的高端，电 位器RTl的低端接地，从其动点引出电压信号，通过电阻R67送到运算放大器U7的反相输出端“2脚”。当焊接开始时，误差放大器U7的“2脚”由于只有电流给定信号电压而无电流 反馈信号电压，其输出端“6脚”电压为低，三极管Q15截止，C51被+5V电压源通过电阻R61 迅速充满电荷，其电压为+5V，这个电压送至电位器RTl的高端(RTl的低端接地)，从RTl的 动点取出电压信号，通过电阻R67送至运算放大器U7的反相输出端“2脚”，叠加一电流给 定信号，使得此时焊接电流加大，这个电流随着运算放大器U7的输出端“6脚”因有了反馈 电流信号电压而电压变高，三极管Q15变截止为导通，电容C51通过电位器RTl放电而电位 逐渐降低而逐渐减小。使得在焊接开始时，焊割机输出一个引弧脉冲电流，有效的阻止了黏 条的发生。电容C51容量和电位器RTl的阻值的乘积决定了这个引弧脉冲的时间，调节电 位器RTl动点位置，可以调节引弧脉冲的幅度。为了保证焊割机在小电流时有引弧脉冲电流和推力电流，而在大电流时没有引弧 脉冲电流和推力电流，设置了引弧脉冲电流和推力电流自适应电路。该电路由三极管Q16 二极管D47电容C56和电阻R69，R65组成。电流给定电位器的动点电压经过二极管D47导 向，电容C57滤除干扰后，送到由电阻R69和R65构成的分压器上，在其中点取出分压值送 到三极管Q16和Q17的基极。当焊接电流较小时，电容器C56上电压也较低，通过电阻R69 和R65分压后，三极管Q16，Q17基极电压很低，三极管Q16，Q17截止，引弧电流和推力电流 给定信号电压不受其影响，焊割机有引弧电流和推力电流输出；当焊接电流较大时，电容器 C56上电压也变高，通过电阻R69和R65分压后，三极管Q16，Q17基极电压变高，三极管Q16， Q17开始导通，引弧电流和推力电流给定电压信号受三极管Q16，Q17集电极的分流的影响 相应减少，焊割机输出引弧电流和推力电流相应减少；当焊接电流足够大时，电容器C56上 电压也很高，通过电阻R69和R65分压后，三极管Q16，Q17基极电压很高，三极管Q16，Q17 完全导通，引弧电流和推力电流给定电压信号被三极管Q16，Q17钳位到零，焊割机将没有 引弧电流和推力电流输出。防触电VRD控制的实现。由光耦U4电阻R27，R28, R30, R39 二极管D27，D32电容C28，C31以及开关S4 (图 2所示)VRD显示灯D21 (图2所示)等组成防触电VRD控制和VRD显示电路。当VRD选择开关S4 (图2所示)置“无”时，VRD不起作用。焊割机开机就有高的 空载电压，不受焊接状态的影响。当VRD选择开关S4(图2所示)置“有”时，VRD起作用。此时控制电路板里的+24V 电压经过开关S4送到VRD电路上，由于此时还没进行焊接，故+24V电压通过电阻R27，M8 和稳压二极管D27加到光耦U4的一次侧发光二极管上，一次侧发光二极管发光，同时外接 的VRD指示发光二极管发光表示VRD已启动。光耦U4的二次侧光电三极管则受光而导通 接地，通过二极管D34和电阻R48，使得运放U4A输出为低，将集成电路U2的软启动端“8 脚”对地短路，U2没有PWM脉冲数出，焊割机主回路没有电能输出。由于二极管D32和电阻 R39的联通作用，以8通过R30快速充电。同时焊割机的输出会有一个由稳压管D27决定的 电压送到焊割机输出端，这个电压设计为低于MV的安全电压。这时的焊割机输出是安全 的，操作者可以随意触摸焊割机的输出端，可以随意的更换焊条。焊接开始后，焊条接触工 件，D点对地短路，光耦一次侧发光二极管停止发光，其二次侧的光电三极管也截止，二极管 D34被开路，通过电阻R48，使得运放U4A输出为高，将集成电路U2的软启动端“8脚”对地 开路，U2输出PWM脉冲，焊割机主回路输出电能可以进行焊接。此时电抗器Ll (图2所示)的输入端E点就有脉冲电压，该电压通过电阻R39引入，经过二极管D32单向导流作用，使 得F点一直保持低电位，以8 —直保持充满电荷状态，光耦U4 —次侧一直截止，二次侧也一 直截止，二极管D34也一直被开路，通过电阻R48，使得运放U4A输出一直为高，将集成电路 U2的软启动端“8脚”一直对地开路，U2 一直输出PWM脉冲，焊割机主回路一直输出电能， 一直可以进行焊接。当焊接结束后，D点会悬空，电容C34上的电荷会慢慢通过电阻R27放 掉，F点电位会缓慢上升，当F点电压升到足够高时，稳压二极管D27导通，光耦U4的一次 侧发光二极管发光，光耦U4的二次侧光电三极管受光而导通接地，通过二极管D34和电阻 R48，使得运放U4A输出为低，将集成电路U2的软启动端“8脚”对地短路，U2没有PWM脉冲 数出，焊割机主回路没有电能输出。焊割机的输出只有一个由稳压管D27决定的电压(低于 MV)送到焊割机输出端，这时的焊割机输出电压又回到安全值，操作者可以随意触摸焊割 机的输出端，可以随意的更换焊条。电容以8和电阻R27的值的乘积，决定了从焊接状态转 为安全状态时间的长短，选择电容以8和电阻R27的值，使其既可以做到焊接时的短暂停顿 焊割机不会停止输出，不影响焊接过程；也能在停止焊接后适当的时间内迅速地关断输出， 转成安全电压。完全密封隔离的三防散热风道的实现。如图4所示由轴流风机15’，冷却风导风罩14’，铝型材散热器3’，挡风板5’，底 板18’，中隔板17’和机壳(未画出)等组成一个密封的散热通风风道系统。轴流风机的冷 却空气流自右向左在密闭的铝型材散热器的散热齿里流动，而焊割机的电源部分的控制电 路板部分和控制电源变压器2’均安装于中隔板17’上的密闭空间里，为了加强密封效果和 电磁波屏蔽效果，再在控制电路板外面安装一密闭的钢制屏蔽罩4’ ；焊割机的电源部分的 逆变部分的逆变器12’和一次侧整流部分的整流桥13’以及半桥桥臂电容11’等均安装在 正面的密闭空间里；焊割机的电源部分的二次侧整流部分(未画出)的整流二极管及阻容吸 收电阻电容等均安装在后面的密闭空间里。而把对三防要求不高，对通风散热要求高的主 变压器8’和二次侧滤波电抗器9’放在风道上。另外1’为机底的前面板，7’为机底的后 面板，在前面板1’上安装有前百叶窗16’ ；在机底的后面板7’上安装有后百叶窗10’。轴流风机15’旋转将前百叶窗16’外的新鲜冷空气泵入机内，由完全密封的导风 罩14’将空气流不遗漏的导入铝型材散热器3’的齿槽内，当冷却风流交换带走散热器的热 量后从由散热器3’和挡风板5’紧密结合的出风口流出，在吹拂主变压器8，和滤波电抗器 9’后从后百叶10’流出焊割机机体，完成轴流风机强迫风冷的整个过程。这个过程中，冷却 风流按设定的路径流动，不会流经需要防护的电路板和高低压电子元器件，起到了很好的 三防效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在本发明的精神 和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，包括按照电流流向方向而顺序连接的 输入滤波开关电路、一次侧整流滤波电路、半桥逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波 电路以及主控制板电路，主控制板电路既和二次整流滤波电路连通又和逆变电路连接，所 述PWM半桥硬开关逆变式焊割机还包括与所述主控制板电路连接的滤波和风机电路，该 滤波和风机电路与输入滤波开关电路连接；其特征在于，所述输入滤波开关电路包括电源开关；所述的一次侧整流滤波电路包括与所述电源开关连接的整流桥，与该整流桥并联的 第一、第二滤波电容和顺序串接后与第二滤波电容并联的第一、第二半桥桥臂电容，以及与 该整流桥并联的泄放电阻；送入焊割机内的交流电压电流通过整流桥整流成直流电压电 流，经过电容滤波后送往半桥逆变电路；所述半桥逆变电路包括由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组 成的第一逆变桥，由第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的第二逆 变桥，该第一、第二逆变桥构成半桥逆变支路，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场 效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，与所述第五、第 六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第五、第六、第七、第八驱 动电阻，连接在第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸 收电路，连接在第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸 收电路，与第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件及第一、第二、第三、第四驱动 电阻连接的第一驱动脉冲波形整形电路，与所述第五、第六、第七、第八绝缘栅场效应电力 开关器件及第五、第六、第七、第八驱动电阻连接的第二驱动脉冲波形整形电路。
2.根据权利要求1所述的电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，其特征在于，所述第一 阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路 包括串接的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容。
3.根据权利要求2所述的电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，其特征在于，所述的隔 离变压电路包括具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器，一次侧电流互感器，所述中频变压器一次侧绕组的一端连接半桥逆变电路的中点，另一端穿过一次侧电流 互感器后连接半桥逆变电路的另一个中点；所述中频变压器二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次 绕组间绝缘。
4.根据权利要求3所述的电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，其特征在于，所述的 二次侧整流滤波电路包括与所述中频变压器二次侧绕组连接的第一、第二、第三、第四、 第五、第六、第七、第八、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九、第二十快 恢复整流二极管，串接在第二、第四、第六、第八快恢复整流二极管两端的第八阻容吸收电 阻和串接在第一、第三、第五、第七快恢复整流二极管两端的第九阻容吸收电阻，串接在第 十三、第十五、第十八、第十九快恢复整流二极管两端的第十九阻容吸收电阻和串接在第 十四、第十六、第十七、第二十快恢复整流二极管两端的第二十阻容吸收电阻，以及与第八 阻容吸收电阻串接的第五阻容吸收电容，与第九阻容吸收电阻串接的第六阻容吸收电容， 与第十九阻容吸收电阻串接的第十五阻容吸收电容，与第二十阻容吸收电阻串接的第十六 阻容吸收电容，与第八阻容吸收电阻和第九阻容吸收电阻串接的串接的滤波电感，与该滤波电感串接构成滤波电路的第十滤波电阻，串接构成假负载电路的第七、第八电容，该假负 载电路与第十滤波电阻并联。
5.如权利要求4所述的电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机，其特征在于，所述主控制 电路包括按照电流流向方向而顺序连接的PWM脉宽调制电路，隔离驱动电路，电流给定和 电流反馈电路，过流保护电路，欠压保护电路，引弧/推力电流控制电路，防触电VRD电路， 焊接电流显示电路。
全文摘要
本发明一种电压型PWM半桥硬开关逆变式焊割机包括按照电流流向方向而顺序连接的输入滤波开关电路、一次侧整流滤波电路、半桥逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路以及主控制板电路，主控制板电路既和二次整流滤波电路连通又和逆变电路连接，所述PWM半桥硬开关逆变式焊割机还包括与所述主控制板电路连接的滤波和风机电路，该滤波和风机电路与输入滤波开关电路连接，该种结构的焊割电源结构简单体积小、实施成本较低。
文档编号B23K9/10GK102133676SQ201110025949
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者吴月涛, 杨振文 申请人:深圳华意隆电气股份有限公司