用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置，包括整流滤波电路、峰值电流产生电路和基值电流检测电路，所述峰值电流产生电路包括前置峰值电流产生电路和脉冲峰值电流产生电路，基值电流检测电路对基值电流进行感应，经过处理后对脉冲峰值电流产生电路进行控制，同时对前置峰值电流产生电路进行控制，前置峰值电流产生电路的输出电流作为脉冲峰值电流产生电路的输入电流，脉冲峰值电流产生电路的输出电流与基值电流叠加后作为本电源装置的输出电流。本电源装置中，峰值电流产生电路输出高频方波峰值电流，可与任何交直流弧焊电源产生的基值电流叠加输出，基值电流检测电路可自发控制高频方波峰值电流与基值电流的叠加。
【专利说明】用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于电弧焊接的直流脉冲耦合电源装置，尤其涉及一种用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置。
【背景技术】
[0002]在电弧焊机领域，方波直流脉冲电流焊机得到广泛应用，如脉冲MIG焊接(即熔化极惰性气体保护焊接)、脉冲TIG焊接(即惰性气体钨极保护焊接)等。方波直流焊接与传统焊接相比有显著的特点，如控制熔滴过渡、焊缝成型，减少气孔等等，特别是高频脉冲电流对熔池的搅拌作用，使得焊缝中的气孔减少，变小。传统的直流脉冲TIG、直流脉冲MIG，其频率较低，一般在几赫兹到几百赫兹，其基本原理是通过电流反馈信号与电压给定信号闭环负反馈实现的。然而由于原理限制，及其线路电感的作用，使得该电源不具备输出大于20KHz的高频脉冲电流的能力，而且其电流上升率、下降率、电流幅值及波形可控性差。其次，若把高频方波直流脉冲产生电源部分与基值电流产生电源部分构成系统，联动控制，这样控制系统复杂，而且内部干扰严重，不易于控制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可控性强的用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0005]一种用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置，包括整流滤波电路和峰值电流产生电路，所述峰值电流产生电路包括前置峰值电流产生电路和脉冲峰值电流产生电路，所述前置峰值电流产生电路包括第一功率开关管?第四功率开关管、第一电容、第二电容、谐振电容、饱和电感、续流电感、变压器、第一二极管、第二二极管、第一电流传感器、闭环PWM控制电路和初级驱动电路，所述脉冲峰值电流产生电路包括第五功率开关管、第六功率开关管、第三三极管、接触器、脉冲产生电路和次级驱动电路，所述电源装置还包括基值电流检测电路，所述基值电流检测电路包括交直流弧焊电源、第二电流传感器和基值电流处理电路，所述整流滤波电路的正极输出端分别与所述第一功率开关管的集电极、所述第三功率开关管的集电极和所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一功率开关管的发射极、所述第二功率开关管的集电极、所述第二电容的第一端和所述谐振电容的第一端连接，所述第三功率开关管的发射极分别与所述第四功率开关管的集电极和所述变压器的初级绕组的第一端连接，所述变压器的初级绕组的第二端与所述饱和电感串联后与所述谐振电容的第二端连接，所述整流滤波电路的负极输出端分别与所述第二功率开关管的发射极、所述第二电容的第二端和所述第四功率开关管的发射极连接，所述变压器的次级绕组的第一端与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极和所述续流电感的第一端连接，所述第二二极管的正极与所述变压器的次级绕组的第二端连接，所述变压器的次级绕组的中段引出抽头并与所述第五功率开关管的发射极连接，所述第一电流传感器套装于所述变压器的次级绕组中段引出的抽头与所述第五功率开关管的发射极之间的导线上，所述续流电感的第二端分别与所述第五功率开关管的集电极和所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述交直流弧焊电源的正极输出端连接并作为所述电源装置的正极输出端，所述第六功率开关管的集电极与所述接触器的常开触点的第一端连接，所述接触器的常开触点的第二端与所述交直流弧焊电源的负极输出端连接并作为所述电源装置的负极输出端，所述第二电流传感器套装于所述第三二极管的负极与所述交直流弧焊电源的正极输出端之间的导线上，所述第二电流传感器的电流输出端与所述基值电流处理电路的输入端连接，所述基值电流处理电路的电流反馈输出端与所述脉冲产生电路的反馈信号输入端连接，所述脉冲产生电路的驱动脉冲信号输出端与所述次级驱动电路的输入端连接，所述脉冲产生电路的控制信号输出端与所述接触器的控制输入端连接，所述次级驱动电路的两个信号输出端分别与所述第五功率开关管的基极和所述第六功率开关管的基极连接，所述基值电流处理电路的电压反馈输出端与所述闭环PWM控制电路的反馈电压信号输入端连接，所述第一电流传感器的电流输出端与所述闭环PWM控制电路的反馈电流信号输入端连接，所述闭环PWM控制电路的驱动脉冲信号输出端与所述初级驱动电路的输入端连接，所述初级驱动电路的四个信号输出端分别与所述第一功率开关管的基极、所述第二功率开关管的基极、所述第三功率开关管的基极和所述第四功率开关管的基极连接。
[0006]进一步，所述电源装置还包括第一尖峰电压吸收电路和第二尖峰电压吸收电路，所述第一尖峰电压吸收电路的两端分别与所述第五功率开关管的集电极和发射极连接，所述第二尖峰电压吸收电路的两端分别与所述第六功率开关管的集电极和发射极连接。两个尖峰电压吸收电路分别用于吸收第五功率开关管和第六功率开关管的集电极与发射极之间的电压尖峰。
[0007]本发明的有益效果在于:
[0008]本发明所述电源装置中，峰值电流产生电路输出高频方波峰值电流，可与任何交直流弧焊电源产生的基值电流叠加输出，基值电流检测电路可自发控制高频方波峰值电流与基值电流的叠加；另外，本电源装置的电流峰值与频率独立可调，能够独立产生上升率、下降率≥50A/us、频率≥20KHz、幅值为20~200A的脉冲电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明所述高频方波直流脉冲耦合电源装置的电路结构图；
[0010]图2是本发明所述峰值电流产生电路输出的电流波形示意图；
[0011]图3是本发明所述交直流弧焊电源输出的基值电流的波形示意图；
[0012]图4是与本发明所述高频方波直流脉冲耦合电源装置输出的电流的波形示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合 附图对本发明作进一步说明:
[0014]如图1所示，本发明所述用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置包括整流滤波电路、峰值电流产生电路和基值电流检测电路,所述整流滤波电路包括整流桥M和由电阻R与电容C组成的滤波器，所述峰值电流产生电路包括前置峰值电流产生电路和脉冲峰值电流产生电路，所述前置峰值电流产生电路包括第一功率开关管Tl、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4、第一电容Cl、第二电容C2、谐振电容Cg、饱和电感Lx、续流电感L1、变压器B、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电流传感器、闭环PWM控制电路和初级驱动电路，所述脉冲峰值电流产生电路包括第五功率开关管T5、第六功率开关管T6、第三二极管D3、接触器K、脉冲产生电路、次级驱动电路、第一尖峰电压吸收电路和第二尖峰电压吸收电路，所述基值电流检测电路包括交直流弧焊电源、第二电流传感器和基值电流处理电路，所述整流滤波电路的正极输出端即电容C的一端分别与第一功率开关管Tl的集电极、第三功率开关管T3的集电极和第一电容Cl的第一端连接，第一电容C2的第二端分别与第一功率开关管Tl的发射极、第二功率开关管T2的集电极、第二电容C2的第一端和谐振电容Cg的第一端连接，第三功率开关管T3的发射极分别与第四功率开关管T4的集电极和变压器B的初级绕组的第一端连接，变压器B的初级绕组的第二端与饱和电感Lx串联后与谐振电容Cg的第二端连接，所述整流滤波电路的负极输出端即电容C的另一端分别与第二功率开关管T2的发射极、第二电容C2的第二端和第四功率开关管T4的发射极连接，变压器B的次级绕组的第一端与第一二极管Dl的正极连接，第一二极管Dl的负极分别与第二二极管D2的负极和续流电感LI的第一端连接，第二二极管D2的正极与变压器B的次级绕组的第二端连接，变压器B的次级绕组的中段引出抽头并与第五功率开关管T5的发射极连接，第一电流传感器套装于变压器B的次级绕组中段弓I出的抽头与第五功率开关管T5的发射极之间的导线上，续流电感LI的第二端分别与第五功率开关管T5的集电极和第三二极管D3的正极连接，所述第一尖峰电压吸收电路的两端分别与所述第五功率开关管T5的集电极和发射极连接，第三二极管D3的负极与交直流弧焊电源的正极输出端连接并作为所述电源装置的正极输出端，第六功率开关管T6的集电极与接触器K的常开触点的第一端连接，第二尖峰电压吸收电路的两端分别与第六功率开关管T6的集电极和发射极连接，接触器K的常开触点的第二端与交直流弧焊电源的负极输出端连接并作为所述电源装置的负极输出端，第二电流传感器套装于第三二极管D3的负极与交直流弧焊电源的正极输出端之间的导线上，第二电流传感器的电流输出端与基值电流处理电路的输入端连接，基值电流处理电路的电流反馈输出端与脉冲产生电路的反馈信号输入端连接，脉冲产生电路的驱动脉冲信号输出端与次级驱动电路的输入端连接，脉冲产生电路的控制信号输出端与接触器K的控制输入端连接，次级驱动电路的两个信号输出端分别与第五功率开关管T5的栅极和第六功率开关管T6的栅极连接，基值电流处理电路的电压反馈输出端与闭环PWM控制电路的反馈电压信号输入端连接，第一电流传感器的电流输出端与闭环PWM控制电路的反馈电流信号输入端连接，闭环PWM控制电路的驱动脉冲信号输出端与初级驱动电路的输入端连接，初级驱动电路的四个信号输出端分别与第一功率开关管Tl的栅极、第二功率开关管T2的栅极、第三功率开关管T3的栅极和第四功率开关管T4的栅极连接。
[0015]如图1所示，使用时，将整流电路M的U、V、W端分别与三相交流电源的三根火线连接；将本电源装置的正极输出端与正电极连接，正电极夹持焊棒，将本电源装置的负极输出端与工件接触连接，当焊棒与工件接触时即接通电路，焊棒与工件的接触端产生高热使焊棒端头和工件表面熔化，达到焊接的目的。本电源装置输出电流的控制原理为:第二电流传感器通过感应方式采集交直流弧焊电源的正极输出端的基值电流Ib，并将采集到的电流Ibf传输给基值电流处理电路，基值电流Ib的波形见图3所示，基值电流处理电路将反馈电流If传输给脉冲产生电路、将反馈电压Ubf传输给闭环PWM控制电路，脉冲产生电路根据反馈电流If、外部输入的脉冲频率f和占空比δ，产生控制信号控制接触器K的开通与关断，接触器K开通时向次级驱动电路输出脉冲信号(PWM2)，该脉冲信号经次级驱动电路后分别作用于第五功率开关管Τ5的栅极和第六功率开关管Τ6的栅极；第一电流传感器采集变压器B的次级电流信号并将该反馈电流Ipf反馈给闭环PWM控制电路，闭环PWM控制电路根据反馈电流Ipf、反馈电压Ubf和给定标准电压Uf进行比较判断后输出脉冲信号(PWM1)，该脉冲信号经初级驱动电路后分别作用于第一功率开关管Tl的栅极、第二功率开关管Τ2的栅极、第三功率开关管Τ3的栅极和第四功率开关管Τ4的栅极；峰值电流产生电路输出的电流Ip见图2所示，为高频方波脉冲直流电流；本电源装置最终输出的电流为峰值电流产生电路输出的电流Ip和交直流弧焊电源输出的电流Ib叠加后的复合电流，为高频方波脉冲直流电流。
[0016]上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置，包括整流滤波电路和峰值电流产生电路，其特征在于:所述峰值电流产生电路包括前置峰值电流产生电路和脉冲峰值电流产生电路，所述前置峰值电流产生电路包括第一功率开关管?第四功率开关管、第一电容、第二电容、谐振电容、饱和电感、续流电感、变压器、第一二极管、第二二极管、第一电流传感器、闭环PWM控制电路和初级驱动电路，所述脉冲峰值电流产生电路包括第五功率开关管、第六功率开关管、第三三极管、接触器、脉冲产生电路和次级驱动电路，所述电源装置还包括基值电流检测电路，所述基值电流检测电路包括交直流弧焊电源、第二电流传感器和基值电流处理电路，所述整流滤波电路的正极输出端分别与所述第一功率开关管的集电极、所述第三功率开关管的集电极和所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一功率开关管的发射极、所述第二功率开关管的集电极、所述第二电容的第一端和所述谐振电容的第一端连接，所述第三功率开关管的发射极分别与所述第四功率开关管的集电极和所述变压器的初级绕组的第一端连接，所述变压器的初级绕组的第二端与所述饱和电感串联后与所述谐振电容的第二端连接，所述整流滤波电路的负极输出端分别与所述第二功率开关管的发射极、所述第二电容的第二端和所述第四功率开关管的发射极连接，所述变压器的次级绕组的第一端与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极和所述续流电感的第一端连接，所述第二二极管的正极与所述变压器的次级绕组的第二端连接，所述变压器的次级绕组的中段引出抽头并与所述第五功率开关管的发射极连接，所述第一电流传感器套装于所述变压器的次级绕组中段引出的抽头与所述第五功率开关管的发射极之间的导线上，所述续流电感的第二端分别与所述第五功率开关管的集电极和所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述交直流弧焊电源的正极输出端连接并作为所述电源装置的正极输出端，所述第六功率开关管的集电极与所述接触器的常开触点的第一端连接，所述接触器的常开触点的第二端与所述交直流弧焊电源的负极输出端连接并作为所述电源装置的负极输出端，所述第二电流传感器套装于所述第三二极管的负极与所述交直流弧焊电源的正极输出端之间的导线上，所述第二电流传感器的电流输出端与所述基值电流处理电路的输入端连接，所述基值电流处理电路的电流反馈输出端与所述脉冲产生电路的反馈信号输入端连接，所述脉冲产生电路的驱动脉冲信号输出端与所述次级驱动电路的输入端连接，所述脉冲产生电路的控制信号输出端与所述接触器的控制输入端连接，所述次级驱动电路的两个信号输出端分别与所述第五功率开关管的基极和所述第六功率开关管的基极连接，所述基值电流处理电路的电压反馈输出端与所述闭环PWM控制电路的反馈电压信号输入端连接，所述第一电流传感器的电流输出端与所述闭环PWM控制电路的反馈电流信号输入端连接，所述闭环PWM控制电路的驱动脉冲信号输出端与所述初级驱动电路的输入端连接，所述初级驱动电路的四个信号输出端分别与所述第一功率开关管的基极、所述第二功率开关管的基极、所述第三功率开关管的基极和所述第四功率开关管的基极连接。
2.根据权利要求1所述的用于电弧焊接的高频方波直流脉冲耦合电源装置，其特征在于:所述电源装置还包括第一尖峰电压吸收电路和第二尖峰电压吸收电路，所述第一尖峰电压吸收电路的两端分别与所述第五功率开关管的集电极和发射极连接，所述第二尖峰电压吸收电路的两端分别与所述第六功率开关管的集电极和发射极连接。
【文档编号】B23K9/09GK103737154SQ201410035648
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】石鸿恺, 李毅, 邢敏周 申请人:成都熊谷加世电器有限公司