逆变交流波形控制电路及逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种逆变交流波形控制电路，包括二次逆变电路，还包括逻辑时序电路以及波形控制电路，所述逻辑时序电路分别与所述波形控制电路以及二次逆变电路连接，所述逻辑时序电路具有逆变触发信号输出端以及波控脉冲信号输出端，所述逆变触发信号输出端与所述二次逆变电路的输入端连接，所述波控脉冲信号输出端与所述波形控制电路的输入端连接。通过波控脉冲信号输出端输出波控脉冲信号，进而转换为不同的脉冲尖峰信号，从而分别对电流的大、中、小三段进行不同的处理。本实用新型还公开了一种逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路。
【专利说明】逆变交流波形控制电路及逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电焊机控制领域，尤其是涉及一种逆变交流波形控制电路及逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路。
【背景技术】
[0002]在铝及其合金的惰性气体钨极保护焊(TIG焊)当中，由于铝材表面会与空气中的氧气发生化学反应，生成氧化膜，这种氧化膜的熔点远高于铝材，如采用正极性接法的直流TIG焊，熔池表面被氧化膜覆盖，无法达到焊接工艺要求，焊接不能进行。而采用负极性接法时，钨棒为正极，电子由工件向钨极发射，有清理氧化膜的效果，但钨极烧损严重，且焊缝熔深不够，因此，必须采用交流电弧进行焊接，同时利用交流电弧的正负半波的不同作用，来达到提高钨极载流能力以获得较大熔深，同时又拥有足够的氧化膜清理能力，使焊接能正常进行。
[0003]交流电弧在电流换相时，电弧熄灭又重新引燃，为保证电弧稳定，需要很高的电流过零速度(大于100A/20US)，因此普遍采用的是交流方波电流进行焊接。然而，这种控制方法在中小焊接电流情况下焊接效果尚算良好，但在400-630A的大电流情况下，电弧噪声非常大，严重恶化焊工使用环境，焊工难以忍受。同时在大电流情况下的方波电流换相带来的高di/dt，会产生很高的电压尖峰，并且吸收这种尖峰很困难，这将严重威胁二次逆变电路的开关元件的安全，降低了整机的可靠性。
实用新型内容
[0004]基于此，本实用新型在于克服现有技术的缺陷，提供一种逆变交流波形控制电路及逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路。
[0005]其技术方案如下:
[0006]一种逆变交流波形控制电路，包括二次逆变电路，还包括逻辑时序电路以及波形控制电路，所述逻辑时序电路分别与所述波形控制电路以及二次逆变电路连接，所述逻辑时序电路具有逆变触发信号输出端以及波控脉冲信号输出端，所述逆变触发信号输出端与所述二次逆变电路的输入端连接，所述波控脉冲信号输出端与所述波形控制电路的输入端连接。
[0007]给定电流值在不同范围状态下，通过波控脉冲信号输出端输出波控脉冲信号，进而转换为不同的脉冲尖峰信号，实现小电流和大电流状态下的不同波形控制效果，从而对预输出电压进行不同的处理。在小电流状态下，在换相前后提高电流，使电弧在一个较大的电流下换相，提高了电弧的稳定性。在大电流状态下，在换相电流变小，使得变化速率降低，从而降低电弧噪音及过压尖峰，从而分别对电流的大、中、小三段进行不同的处理。同时，由于本实用新型的逆变交流波形控制电路采用的是模拟、数字电路，即使应对需要高频高压方式引燃电弧的氩弧焊机也可以稳定工作，因此抗干扰能力大为提高。本实用新型的逆变交流波形控制电路有效地避免了使用微型控制器可能出现的由于高频高压对微型控制器工作造成干扰，导致程序跑飞的问题。
[0008]进一步地，所述波形控制电路包括第一电子开关、第二电子开关、波形控制反相器、波形控制强度选择电路以及误差放大电路，第一电子开关、第二电子开关的第一端分别与所述波控脉冲信号输出端相连，所述第一电子开关的第二端经过波形控制反相器与误差放大电路的输入端相连，所述第二电子开关的第二端经过波形控制强度选择电路与所述误差放大电路的输入端相连。
[0009]进一步地，所述波形控制强度电路包括波形强度选择开关、第一波形强度电阻以及第二波形强度电阻，所述第二电子开关与波形强度选择开关的第一端连接，所述波形强度选择开关的第二端以及第三端分别通过第一波形强度电阻以及第二波形强度电阻与所述误差放大电路连接。
[0010]进一步地，所述逻辑时序电路包括震荡信号发生器、移相电路以及波控脉冲信号生成电路，所述震荡信号发生器分别与所述移相电路的输入端以及波控脉冲信号生成电路的输入端连接，所述移相电路的输出端形成所述逆变触发信号输出端，所述波控脉冲信号生成电路的输出端形成所述波控脉冲信号输出端。
[0011]进一步地，所述波控脉冲信号生成电路包括第一稳态电路、第二稳态电路、第一反相器以及或门电路，所述震荡信号发生器分别与所述第一稳态电路的输入端连接，以及通过第一反相器与所述第二稳态电路的输入端连接，所述第一稳态电路与第二稳态电路的输出端经过或门电路形成所述波控脉冲信号输出端。
[0012]进一步地，所述波控脉冲信号生成电路还具有维弧脉冲信号输出端，所述二次逆变电路具有绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路以及维弧电路，所述逆变触发信号输出端与所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路连接，所述维弧电路包括维弧开关元件、维弧电容以及维弧二极管，所述维弧脉冲信号输出端与所述维弧开关元件连接。
[0013]一种逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路，包括一次逆变电路、高频变压器降压、整流电路、二次逆变电路以及输出端，还包括逻辑时序电路以及波形控制电路，所述逻辑时序电路分别与所述波形控制电路以及二次逆变电路连接，所述逻辑时序电路具有逆变触发信号输出端以及波控脉冲信号输出端，所述逆变触发信号输出端与所述二次逆变电路的输入端连接，所述波控脉冲信号输出端与所述波形控制电路输入端连接，所述波形控制电路的输出端依次与所述一次逆变电路、高频变压器降压、整流电路、二次逆变电路连接。
[0014]进一步地，还包括电流给定端，所述波形控制电路包括第一电子开关、第二电子开关、波形控制反相器、波形控制强度选择电路以及误差放大电路，第一电子开关、第二电子开关的第一端分别与所述波控脉冲信号输出端相连，所述第一电子开关的第二端经过波形控制反相器后，与电流给定端共同连接所述误差放大电路的输入端，所述第二电子开关的第二端经过波形控制强度选择电路与所述误差放大电路的输入端相连。
[0015]进一步地，所述逻辑时序电路包括震荡信号发生器、移相电路以及波控脉冲信号生成电路，所述震荡信号发生器分别与所述移相电路的输入端以及波控脉冲信号生成电路的输入端连接，所述移相电路的输出端形成所述逆变触发信号输出端，所述波控脉冲信号生成电路的输出端形成所述波控脉冲信号输出端[0016]进一步地，所述波控脉冲信号生成电路还具有维弧脉冲信号输出端，所述二次逆变电路具有绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路以及维弧电路，所述逆变触发信号输出端与所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路连接，所述维弧电路包括维弧开关元件、维弧电容以及维弧二极管，所述维弧脉冲信号输出端与所述维弧开关元件连接，所述维弧电容以及所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路与所述输出端连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是具有本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路的模块化连接示意图。
[0018]图2是图1中的逻辑时序电路的电路图。
[0019]图3是图1中的波形控制的电路的电路图。
[0020]图4是图1中的二次逆变及同步维弧的电路的电路图。
[0021]图5是本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制方法相位图。
[0022]图6是本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制方法对于20A的电流的处理波形。
[0023]图7是本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制方法对于100A的电流的处理波形。
[0024]图8是本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制方法对于300A的电流的处理波形。
[0025]图9是本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制方法对于500A的电流的处理波形。
[0026]附图标记说明:
[0027]10、逻辑时序电路，12、移相电路，14、波控脉冲信号生成电路，20、波形控制电路，22、误差放大电路，24、波形控制强度选择电路，30、脉冲宽度调制电路，40、一次逆变电路，50、高频变压器降压、整流电路，60、二次逆变电路，62、绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路。
【具体实施方式】
[0028]下面对本实用新型的实施例进行详细说明:
[0029]如图1所示，本实用新型的逆变交流波形控制电路包括逻辑时序电路10、波形控制电路20以及二次逆变电路60。具有本实用新型实施例所述的逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路还包括脉冲宽度调制电路30、一次逆变电路40、高频变压器降压、整流电路50以及输出端。
[0030]如图2所示，所述逻辑时序电路10具有逆变触发信号输出端0UTA、0UTB以及波控脉冲信号输出端册。所述逆变触发信号输出端0UTA、0UTB与所述二次逆变电路60的输入端连接。所述波控脉冲信号输出端BK与所述波形控制电路20的输入端连接。所述逻辑时序电路10包括震荡信号发生器V1、移相电路12以及波控脉冲信号生成电路14。所述震荡信号发生器Vl分别与所述移相电路12的输入端以及波控脉冲信号生成电路14的输入端连接。所述移相电路12主要由运放U6B，电阻R17，电容Cl以及运放U7A组成。震荡信号发生器Vl与运放U6B的输出端连接。运放U7A的输出端经过反相器U3E以及反相器U3F后，由与门电路U8A形成所述逆变触发信号输出端OUTA，经过或门电路U9A形成逆变触发信号输出端OUTB。所述波控脉冲信号生成电路14主要包括第一稳态电路U1、第二稳态电路U2、第三稳态电路U10、第一反相器U3A以及或门电路U4A。所述震荡信号发生器Vl经过反相器U3C以及第一反相器U3A连接所述第一稳态电路Ul的输入端。所述震荡信号发生器Vl经过反相器U3C、U3D、U3B连接所述第二稳态电路U2的输入端。所述第一稳态电路Ul与第二稳态电路U2的输出端分别与所述或门电路U4A的输入端连接，所述或门电路U4A的输出端形成所述波控脉冲信号输出端BK。所述波控脉冲信号生成电路14还具有维弧脉冲信号输出端WHP。所述震荡信号发生器Vl经过移相电路12后，再经由反相器U3E连接所述第三稳态电路UlO的输入端。所述第三问题电路UlO的输出端新城所述维弧脉冲信号输出端 WHP ο
[0031 ] 如图3所示，所述波形控制电路20包括第一电子开关U1A、第二电子开关U1B、波形控制反相器U2D、波形控制强度选择电路24以及误差放大电路22。第一电子开关U1A、第二电子开关UlB的第一端分别与所述波控脉冲信号输出端BK相连。所述第一电子开关UlA的第二端经过波形控制反相器U2D与误差放大电路22的输入端相连。所述第二电子开关UlB的第二端经过波形控制强度选择电路24与所述误差放大电路22的输入端相连。所述第一电子开关UlA的第二端同时经由电阻R14、R13后叠加到电流给定端。由霍尔传感器(图未示)获得的反馈电流经由电阻R17与所述第一电子开关UlA的第二端接入所述误差放大电路22。所述波形控制强度电路24包括波形强度选择开关SW1、第一波形强度电阻R19以及第二波形强度电阻R20。所述第二电子开关UlB与波形强度选择开关SWl的第一端连接，所述波形强度选择开关SWl的第二端以及第三端分别通过第一波形强度电阻R19以及第二波形强度电阻R20与所述误差放大电路22连接。
[0032]如图4所示，所述二次逆变电路60具有绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路62以及维弧电路。所述逆变触发信号输出端OUTA、OUTB分别与所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路62中的IGBTl的基极以及IGBT2的基极连接。所述维弧电路包括维弧开关元件IGBT3、维弧电容C以及维弧二极管D。所述维弧脉冲信号输出端WHP与所述维弧开关元件IGBT3的基极连接。所述维弧电容C以及所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路62与所述输出端连接。
[0033]可以理解地，为提高电路的稳定性，在所述逻辑时序电路10、波形控制电路20以及二次逆变电路60中还加入了其他电子元件。
[0034]如图5-9所示，本实用新型的实施例所述的逆变交流波形控制方法包括以下步骤:
[0035]S1:生成波控脉冲信号BK与逆变触发信号0UTA、0UTB，所述波控脉冲信号BK在相位上超前所述逆变触发信号OUTA、OUTB ；
[0036]具体地，所述步骤SI具体包括以下步骤:
[0037]生成所述波控脉冲信号、逆变触发信号以及维弧脉冲信号的方法包括以下步骤:
[0038]Sll:震荡信号VPULSE的第一路经过稳态处理得到第一稳态信号，
[0039]S12:震荡信号的第二路反相后经过稳态处理得到第二稳态信号；
[0040]S13:第一稳态信号或第二稳态信号形成所述波控脉冲信号BK ；
[0041]S14:震荡信号VPULSE的第三路经过移相处理得到逆变触发信号OUTA、OUTB ；[0042]S15:震荡信号VPULSE的第三路经过移相处理后，在经过稳态处理得到维弧脉冲信号WHP。
[0043]所述逆变触发信号0UTA、0UTB的周期是波控脉冲信号BK的周期的两倍，所述逆变触发信号0UTA、0UTB每半个周期换相一次，所述波控脉冲信号BK的脉冲宽度覆盖所述逆变触发信号OUTA、OUTB的换相区间。在本实施例中，所述波控脉冲信号BK在相位上超前所述逆变触发信号0UTA、0UTB0.05s。因此在输出电压每次换相时，波控脉冲信号BK均可以对换相电压作出调整。所述维弧脉冲信号WHP在相位上与所述逆变触发信号OUTA、OUTB同步。所述维弧脉冲信号WHP的周期与所述逆变触发信号OUTA、OUTB的周期相等，所述维弧脉冲信号WHP的脉冲宽度等于所述波控脉冲信号BK的脉冲宽度。
[0044]S2:判断给定电流的电流值I，当I < I1时，波控脉冲信号BK转换成第一尖峰脉冲信号，I1为第一电流阈值；当I > I2时，波控脉冲信号BK转换成第二尖峰脉冲信号，I2为第二电流阈值；在本实施例中，第一电流阈值I1 ( 100A，第二电流阈值I2多250A。由于当I > I2时，波控脉冲信号没有经过反相处理，因此在误差放大处理后得到的第二尖峰信号给定的是向下的尖峰信号，与第一尖峰信号给定的向上的尖峰信号相反。
[0045]具体地，所述步骤S2具体包括以下步骤:
[0046]S21:当I < I1时，波控脉冲信号BK与电流给定信号叠加后进行反相处理，再与电流给定信号进行误差放大处理，得到第一尖峰脉冲信号；
[0047]对比图6与图7，当电流为20A时，在电流换相前，第一尖峰脉冲信号使电路上升到一个较大的电流值，是电流在较大的电流下换相。如此处理之后，电流能够拓展到13A时仍然可以工作。当电流为100A时，电流过零迅速。因为电流比较小，电弧噪音不大。
[0048]S22:当I > I2时，波控脉冲信号进行误差放大处理得到第二尖峰脉冲信号。
[0049]所述步骤S22具体地包括波控脉冲信号经过波形控制强度调整，再进行误差放大处理，得到所述第二尖峰脉冲信号。通过不同的控制强度调整，应用于不同幅值的大电流，幅值更大的电流，控制强度越大，从而更有利于降低电弧噪音。对比图7与图8，当电流为300A时，电流换相的斜率在过零后明显比100A时降低，此时电弧稳定且噪音明显降低。对比图9与图8，当电流为500A时，电流在过零后以接近正弦波的方式上升，电弧噪音大幅降低。在电流拓展到500A时，利用第二尖峰脉冲信号叠加的方式仍然可以维持电弧噪音比传统方波大幅度降低的效果。
[0050]S3:逆变触发信号触发对预输出电压进行逆变处理并输出逆变电压，当I < I1时，所述预输出电压为给定电压与第一尖峰脉冲信号的叠加值，当I > 12时，所述预输出电压为给定电压与第二尖峰脉冲信号的叠加值，当I1 < I < I2时，所述预输出电压为给定电压。
[0051]可以理解地，本实用新型的逆变交流波形控制方法还能够包括步骤:
[0052]S4:生成维弧脉冲信号，所述维弧脉冲信号在相位上与所述逆变触发信号同步。维弧脉冲信号触发维弧电容充电，维弧电容在输出端生成维弧电压，用以改善小电流时的维护效果。
[0053]给定电流值在不同范围状态下，波控脉冲信号转换为不同的脉冲信号，实现小电流和大电流状态下的不同波形控制效果，从而对预输出电压进行不同的处理。在小电流状态下，在换相前后提高电流，使电弧在一个较大的电流下换相，提高了电弧的稳定性。在大电流状态下，在换相电流变小，使得变化速率降低，从而降低电弧噪音及过压尖峰。同时，由于本实用新型的逆变交流波形控制电路采用的是模拟、数字电路，即使应对需要高频高压方式引燃电弧的氩弧焊机也可以稳定工作，因此抗干扰能力大为提高。本实用新型的逆变交流波形控制电路有效地避免了使用微型控制器可能出现的由于高频高压对微型控制器工作造成干扰，导致程序跑飞的问题。
[0054]以上所述实施例仅表达了本实用新型的【具体实施方式】，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种逆变交流波形控制电路，包括二次逆变电路，其特征在于，还包括逻辑时序电路以及波形控制电路，所述逻辑时序电路分别与所述波形控制电路以及二次逆变电路连接，所述逻辑时序电路具有逆变触发信号输出端以及波控脉冲信号输出端，所述逆变触发信号输出端与所述二次逆变电路的输入端连接，所述波控脉冲信号输出端与所述波形控制电路的输入端连接。
2.如权利要求1所述的逆变交流波形控制电路，其特征在于，所述波形控制电路包括第一电子开关、第二电子开关、波形控制反相器、波形控制强度选择电路以及误差放大电路，第一电子开关、第二电子开关的第一端分别与所述波控脉冲信号输出端相连，所述第一电子开关的第二端经过波形控制反相器与误差放大电路的输入端相连，所述第二电子开关的第二端经过波形控制强度选择电路与所述误差放大电路的输入端相连。
3.如权利要求2所述的逆变交流波形控制电路，其特征在于，所述波形控制强度电路包括波形强度选择开关、第一波形强度电阻以及第二波形强度电阻，所述第二电子开关与波形强度选择开关的第一端连接，所述波形强度选择开关的第二端以及第三端分别通过第一波形强度电阻以及第二波形强度电阻与所述误差放大电路连接。
4.如权利要求1所述的逆变交流波形控制电路，其特征在于，所述逻辑时序电路包括震荡信号发生器、移相电路以及波控脉冲信号生成电路，所述震荡信号发生器分别与所述移相电路的输入端以及波控脉冲信号生成电路的输入端连接，所述移相电路的输出端形成所述逆变触发信号输出端，所述波控脉冲信号生成电路的输出端形成所述波控脉冲信号输出端。
5.如权利要求4所述的逆变交流波形控制电路，其特征在于，所述波控脉冲信号生成电路包括第一稳态电 路、第二稳态电路、第一反相器以及或门电路，所述震荡信号发生器分别与所述第一稳态电路的输入端连接，以及通过第一反相器与所述第二稳态电路的输入端连接，所述第一稳态电路与第二稳态电路的输出端经过或门电路形成所述波控脉冲信号输出端。
6.如权利要求1所述的逆变交流波形控制电路，其特征在于，所述波控脉冲信号生成电路还具有维弧脉冲信号输出端，所述二次逆变电路具有绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路以及维弧电路，所述逆变触发信号输出端与所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路连接，所述维弧电路包括维弧开关元件、维弧电容以及维弧二极管，所述维弧脉冲信号输出端与所述维弧开关元件连接。
7.一种逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路，包括一次逆变电路、高频变压器降压、整流电路、二次逆变电路以及输出端，其特征在于:还包括逻辑时序电路以及波形控制电路，所述逻辑时序电路分别与所述波形控制电路以及二次逆变电路连接，所述逻辑时序电路具有逆变触发信号输出端以及波控脉冲信号输出端，所述逆变触发信号输出端与所述二次逆变电路的输入端连接，所述波控脉冲信号输出端与所述波形控制电路输入端连接，所述波形控制电路的输出端依次与所述一次逆变电路、高频变压器降压、整流电路、二次逆变电路连接。
8.如权利要求7所述的逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路，其特征在于:还包括电流给定端，所述波形控制电路包括第一电子开关、第二电子开关、波形控制反相器、波形控制强度选择电路以及误差放大电路，第一电子开关、第二电子开关的第一端分别与所述波控脉冲信号输出端相连，所述第一电子开关的第二端经过波形控制反相器后，与电流给定端共同连接所述误差放大电路的输入端，所述第二电子开关的第二端经过波形控制强度选择电路与所述误差放大电路的输入端相连。
9.如权利要求7所述的逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路，其特征在于:所述逻辑时序电路包括震荡信号发生器、移相电路以及波控脉冲信号生成电路，所述震荡信号发生器分别与所述移相电路的输入端以及波控脉冲信号生成电路的输入端连接，所述移相电路的输出端形成所述逆变触发信号输出端，所述波控脉冲信号生成电路的输出端形成所述波控脉冲信号输出端。
10.如权利要求7所述的逆变交流波形控制电路的电焊机工作电路，其特征在于:所述波控脉冲信号生成电路还具有维弧脉冲信号输出端，所述二次逆变电路具有绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路以及维弧电路，所述逆变触发信号输出端与所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路连接，所述维弧电路包括维弧开关元件、维弧电容以及维弧二极管，所述维弧脉冲信号输出端与所述维弧开关元件连接，所述维弧电容以及所述绝缘栅双极型晶体管半桥逆变电路与所述输出端连接。
【文档编号】B23K9/10GK203608105SQ201320776618
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】舒振宇, 雷斌, 蓝红平 申请人:上海沪工焊接集团股份有限公司