一种新型数字化脉冲气保焊控制电路的制作方法

本发明涉及焊接电路技术领域，具体为一种新型数字化脉冲气保焊控制电路。

背景技术：

气体保护焊是一种高效、高节能的焊接方法，受各国普遍重视，目前已成为钢结构焊接中的主要技术之一，随着焊接质量要求的提高，气保焊的不足之处也体现出来，其一在于飞溅大，一直以来焊接设计者都在寻求改进方法。短路过渡气保焊是气保焊中常见的一种焊接方式，一般采用细焊丝（1.6mm以下），通过短路、燃弧的不断交替来熔化焊丝完成焊接。短路过渡焊接的飞溅主要来源于短路初期的瞬间短路飞溅与末期的汽化爆炸。

随着焊机功能需求的提升和数字化技术的普及，数字化技术和逆变脉冲气保焊机的结合所带来的优势逐渐凸显。传统模拟气保焊机由于逻辑简单且基本无算法需求，所以模拟电路尚可支持简单逻辑的实现。但是随着市场多功能脉冲焊机需求的提升，传统模拟控制电路已无法适应多功能脉冲焊机的复杂逻辑和复杂算法的实现。所以基于mcu的新型数字化脉冲气保焊控制电路成大势所需，数字电路表现出来的器件精简、器件离散控制是模拟电路所无法比拟的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型数字化脉冲气保焊控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型数字化脉冲气保焊控制电路，包括电源供电电路、气保焊远控给定电路、送丝气阀电路、恒流环电路、电压电流采样电路和mcu基本外围电路，所述电源供电电路包括排插a1，整流硅桥d2，二极管d3、d4、d5、d6，电容c5、c6、c7、c8、c12、c13、c14、c15，电阻r5、r8，开关电源u2，直流稳压电源u3与电感l1，其中整流硅桥d2的第一端连接排插a1的第一端，整流硅桥d2的第三端连接排插a1的第二端，整流硅桥d2的第二端连接二极管d3的阳极端；所述二极管d3的阴极端连接电容c7的正极端，电容c7的负极端连接电容c6的第二端，且电容c6的第一端连接电容c7的正极端；所述开关电源u2的第一引脚连接电容c6的第一端，开关电源u2的第五引脚连接第三引脚并引至电容c6的第二端，开关电源u2的第四引脚连接电阻r5与电阻r8的第一端，开关电源u2的第二引脚连接电感l1的第一端；所述电阻r5与电阻r8的第二端分别连接电容c8的负极端以及电感l1的第二端，电容c8的正极端连接电感l1的第二端；所述二极管d4的阴极端连接开关电源u2的第二引脚，二极管d4的阳极端连接电容c6的第二端以及电容c8的负极端；所述电容c5的第一端连接电阻r8的第二端，电容c5的第二端连接电阻r5的第二端；所述整流硅桥d2的第四端连接电容c13的负极端，电容c13的正极端连接电容c12的第二端，且电容c12的第一端连接二极管d5的阳极端；所述直流稳压电源u3的电压输入端连接电容c12的第一端，直流稳压电源u3的电压输出端连接二极管d5的阴极端；所述二极管d6的阳极端连接直流稳压电源u3的电压输出端，二极管d6的阴极端直流稳压电源u3的接地端，电容c14的第一端连接二极管d6的阳极端，电容c14的第二端连接二极管d6的阴极端；所述电容c15的第一端连接电阻r8的第二端，电容c15的第二端连接电阻r5的第二端。电源供电电路中外部提供交流供电通过排插a1进入，经由硅桥d2整流从d2的二脚和四脚分别输出正负电，正电压经由d3通过c7、c6滤波到达开关电源u2；经过u2及由d4、l1、c8、r8、r5和c5构成的输出外围电路的滤波稳压处理变为稳定+15v。而由硅桥d2的4脚输出的负电压经由c13、c12滤波到达直流稳压电源u3的输入脚2脚，经u3稳定降压并由c14和c15滤波输出-15v。

优选的，气保焊远控给定电路包括由电容c27、电阻r57、电阻r59、电阻r48和跟随器u8b组成交流方波发生器、由外部送丝机电流电压电位器vr1、vr2及二极管d1、d2组成的外部送丝电路、由二极管d14、d16组成的限幅电路、由电阻r45、r51和u8d组成的反相比例放大器以及由电阻r45、r50和电容c28组成的分压电路，其中，气保焊远控给定电路在a点得到一组幅值受外部送丝机电流电压电位器vr1和vr2调制的交流方波信号，并经c29滤波通过r53到达跟随器u8a输入端，二极管d14和d16对输入信号进行上限+15v，下限负15v限幅，信号经u8a跟随输出到u8a的1脚，交流方波的负半波由d13检出，正信号由d15检出；而负信号经由r45、r51和u8d组成的反相比例放大器调整输出正信号，再经r45、r50和c28组成的分压电路分压得到电压给定信号volset送至单片机ad采样；正信号经由u8c跟随输出，并由r56、c32和r58分压输出得到speedset，并最终给到单片机ad采样。气保焊远控给定电路最终输出电压和电流给定信号volset和speedset；这两个信号给到mcu对应的volset和speedset引脚，作为信号给定。

优选的，恒流环电路连接至单片机输出，恒流环电路包括排插a5，二极管d19，跟随器u10a、u10b，电阻r60、r61、r62、r63、r64、r65、r68、r68、r72、r73，电容c33与三极管q9，其中u10b、r72和r68组成反比例放大电路，u10a、d19、c33和r60组成加法电路；所述跟随器u10b的第七引脚连接r68的第二端，u10b的第六引脚连接电阻r72的第二端，且电阻r72的第一端连接单片机输出；所述r68的第一端连接r72的第二端，r64的第二端连接r68的第二端，r64的第一端连接电阻r62的第二端；所述电容c33的第一端连接r62的第二端，c33的第二端连接r60的第一端，且r60的第二端连接d19的阴极；所述u10a的第一引脚连接d19的阴极，u10a的第二引脚连接d19的阳极并引出至电容c33的第一端；所述r61的第一端连接r60的第二端，r61的第二端连接三极管q9的集电极，且三极管q9的基极连接r73，三极管q9的发射极连接r65的第二端；所述排插a5的第一端连接r61的第二端，r65的第一端连接q9的集电极。恒流环电路的dac接到单片机输出，经u10b、r72和r68反比例放大得到负信号dacn，其中ifb为外部输入电流反馈信号，两路信号经由u10a、d19、c33和r60组成的加法电路得到调制信号b，经r61和r65分压，在pwmen为低时允许通过排插a5输出。

优选的，电流电压反馈电路包括电流反馈电路、电压反馈电路，其中电流反馈电路包括r11以及由r15、r9和u9a组成的反向比例放大器，电流采样信号sc由外部霍尔输入，采样信号sc由r11下拉负15v，sc信号经由r15、r9和u9a组成的反向比例放大器得到ifb，并最终输入到单片机；所述电压反馈电路由r66、r71、r74、r63、d17、d18、d20、d21和u9b组成的差分放大电路、由c37、c35和r70组成的滤波电路、由r69、r67、c38、c34、r75、r76和u9c组成的有源滤波放大电路构成，其中焊机输出电压正负分别接到stud+和stud-，由c37、c35和r70滤波，经由r66、r71、r74、r63、d17、d18、d20、d21和u9b组成的差分电路输出vfb，vfb经由r69、r67、c38、c34、r75、r76和u9c组成的有源滤波放大电路处理得到信号vfbloca，并最终输出到单片机。

优选的，mcu基本外围电路以单片机为中心，是保证mcu运行程序的最基本电路，包括单片机以及供电电路、外部晶振电路、复位电路和程序烧录电路组成，其中供电电路包括电容c51、c4、c52与稳压电源芯片u2，供电电路接正15v到直流稳压电源输出并经c51、c4和c52滤波得到稳定3.3v；所述复位电路包括r100和c39，复位电路的nrst接单片机复位脚；所述震荡电路连接至单片机对应脚位，震荡电路包括c54、c50、晶振y1和r102；所述程序烧录电路包括插座cn2，插座cn2为程序烧写口，其内部连接到mcu的时钟口swck和数据口swd。

优选的，送丝气阀电路主要用于驱动脉冲气保焊机的送丝电机和电磁气阀提供驱动，送丝气阀电路包括排插a3、a4，由r29、c19、r86、u4a、r28、r36和c21组成的分压处理电路，由u6b、q6、q7组成的交替触发电路，其中排插a3变压器交流输入，交流电通过d10、d11经由u6b交替触发q6、q7，输出正电压m+并至a4的4和5脚，经由送丝机返回a4的2、3脚，其中，d22和d23为送丝机不驱动时的续流二极管。m+经r35在sample信号控制下q2、q3完成同步速度信号采样，经由r29、c19、r86、u4a、r28、r36和c21跟随分压处理，得到幅值符合mcu输入的信号vspeed。当松枪需控制送丝机停转时motordis信号为低，q13截止q8被+15v通过r44驱动导通，同时u6b截止，m+为送丝机中存留电压，此时通过电阻r93、r4、r55对地快速放电。而且气阀电路部分也是经由d10和d11并在u5b控制下导通q5输出气阀供电，经d12送至a4的1脚（气阀接于a4的1脚与2脚之间）驱动气阀，d12和d24为气阀关闭瞬间的续流二极管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设计将复杂功能逻辑和算法的实现都归到mcu，留存的硬件部分仅为必须的功率放大部分，硬件设计已做到极简，在产品的通用和兼容性上做到最优。本设计的模拟电路只限于必要信号（供电、给定信号、电流电压反馈）的输入和输出（dac恒流输出、送丝信号）。以电流电压为运算变量，以dac恒流输出为结果的大量过程运算由单片机软件实现，彻底告别了过往复杂算法由模拟电路搭建实现的历史，硬件的减少使系统的可靠性增加，故障率减少。

2、本发明设计在脉冲气保焊机升级时，不用再变动硬件重新打样升级，只需刷新软件即可，经济性较高。

附图说明

图1为本发明电源供电电路示意图；

图2为本发明的气保焊远控给定电路示意图；

图3为本发明的恒流环电路示意图；

图4为本发明的电流电压反馈电路示意图；

图5为本发明的mcu基本外围电路示意图；

图6为本发明的送丝气阀电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种新型数字化脉冲气保焊控制电路，包括电源供电电路、气保焊远控给定电路、送丝气阀电路、恒流环电路、电压电流采样电路和mcu基本外围电路，所述电源供电电路包括排插a1，整流硅桥d2，二极管d3、d4、d5、d6，电容c5、c6、c7、c8、c12、c13、c14、c15，电阻r5、r8，开关电源u2，直流稳压电源u3与电感l1，其中整流硅桥d2的第一端连接排插a1的第一端，整流硅桥d2的第三端连接排插a1的第二端，整流硅桥d2的第二端连接二极管d3的阳极端；所述二极管d3的阴极端连接电容c7的正极端，电容c7的负极端连接电容c6的第二端，且电容c6的第一端连接电容c7的正极端；所述开关电源u2的第一引脚连接电容c6的第一端，开关电源u2的第五引脚连接第三引脚并引至电容c6的第二端，开关电源u2的第四引脚连接电阻r5与电阻r8的第一端，开关电源u2的第二引脚连接电感l1的第一端；所述电阻r5与电阻r8的第二端分别连接电容c8的负极端以及电感l1的第二端，电容c8的正极端连接电感l1的第二端；所述二极管d4的阴极端连接开关电源u2的第二引脚，二极管d4的阳极端连接电容c6的第二端以及电容c8的负极端；所述电容c5的第一端连接电阻r8的第二端，电容c5的第二端连接电阻r5的第二端；所述整流硅桥d2的第四端连接电容c13的负极端，电容c13的正极端连接电容c12的第二端，且电容c12的第一端连接二极管d5的阳极端；所述直流稳压电源u3的电压输入端连接电容c12的第一端，直流稳压电源u3的电压输出端连接二极管d5的阴极端；所述二极管d6的阳极端连接直流稳压电源u3的电压输出端，二极管d6的阴极端直流稳压电源u3的接地端，电容c14的第一端连接二极管d6的阳极端，电容c14的第二端连接二极管d6的阴极端；所述电容c15的第一端连接电阻r8的第二端，电容c15的第二端连接电阻r5的第二端。电源供电电路中外部提供交流供电通过排插a1进入，经由硅桥d2整流从d2的二脚和四脚分别输出正负电，正电压经由d3通过c7、c6滤波到达开关电源u2；经过u2及由d4、l1、c8、r8、r5和c5构成的输出外围电路的滤波稳压处理变为稳定+15v。而由硅桥d2的4脚输出的负电压经由c13、c12滤波到达直流稳压电源u3的输入脚2脚，经u3稳定降压并由c14和c15滤波输出-15v。

请参阅图2，本发明的气保焊远控给定电路包括由电容c27、电阻r57、电阻r59、电阻r48和跟随器u8b组成交流方波发生器、由外部送丝机电流电压电位器vr1、vr2及二极管d1、d2组成的外部送丝电路、由二极管d14、d16组成的限幅电路、由电阻r45、r51和u8d组成的反相比例放大器以及由电阻r45、r50和电容c28组成的分压电路，其中，气保焊远控给定电路在a点得到一组幅值受外部送丝机电流电压电位器vr1和vr2调制的交流方波信号，并经c29滤波通过r53到达跟随器u8a输入端，二极管d14和d16对输入信号进行上限+15v，下限负15v限幅，信号经u8a跟随输出到u8a的1脚，交流方波的负半波由d13检出，正信号由d15检出；而负信号经由r45、r51和u8d组成的反相比例放大器调整输出正信号，再经r45、r50和c28组成的分压电路分压得到电压给定信号volset送至单片机ad采样；正信号经由u8c跟随输出，并由r56、c32和r58分压输出得到speedset，并最终给到单片机ad采样。气保焊远控给定电路最终输出电压和电流给定信号volset和speedset；这两个信号给到mcu对应的volset和speedset引脚，作为信号给定。

请参阅图3，本发明的恒流环电路连接至单片机输出，恒流环电路包括排插a5，二极管d19，跟随器u10a、u10b，电阻r60、r61、r62、r63、r64、r65、r68、r68、r72、r73，电容c33与三极管q9，其中u10b、r72和r68组成反比例放大电路，u10a、d19、c33和r60组成加法电路；所述跟随器u10b的第七引脚连接r68的第二端，u10b的第六引脚连接电阻r72的第二端，且电阻r72的第一端连接单片机输出；所述r68的第一端连接r72的第二端，r64的第二端连接r68的第二端，r64的第一端连接电阻r62的第二端；所述电容c33的第一端连接r62的第二端，c33的第二端连接r60的第一端，且r60的第二端连接d19的阴极；所述u10a的第一引脚连接d19的阴极，u10a的第二引脚连接d19的阳极并引出至电容c33的第一端；所述r61的第一端连接r60的第二端，r61的第二端连接三极管q9的集电极，且三极管q9的基极连接r73，三极管q9的发射极连接r65的第二端；所述排插a5的第一端连接r61的第二端，r65的第一端连接q9的集电极。恒流环电路的dac接到单片机输出，经u10b、r72和r68反比例放大得到负信号dacn，其中ifb为外部输入电流反馈信号，两路信号经由u10a、d19、c33和r60组成的加法电路得到调制信号b，经r61和r65分压，在pwmen为低时允许通过排插a5输出。

请参阅图4，本发明的电流电压反馈电路包括电流反馈电路、电压反馈电路，其中电流反馈电路包括r11以及由r15、r9和u9a组成的反向比例放大器，电流采样信号sc由外部霍尔输入，采样信号sc由r11下拉负15v，sc信号经由r15、r9和u9a组成的反向比例放大器得到ifb，并最终输入到单片机；所述电压反馈电路由r66、r71、r74、r63、d17、d18、d20、d21和u9b组成的差分放大电路、由c37、c35和r70组成的滤波电路、由r69、r67、c38、c34、r75、r76和u9c组成的有源滤波放大电路构成，其中焊机输出电压正负分别接到stud+和stud-，由c37、c35和r70滤波，经由r66、r71、r74、r63、d17、d18、d20、d21和u9b组成的差分电路输出vfb，vfb经由r69、r67、c38、c34、r75、r76和u9c组成的有源滤波放大电路处理得到信号vfbloca，并最终输出到单片机。

请参阅图5，本发明的mcu基本外围电路以单片机为中心，是保证mcu运行程序的最基本电路，包括单片机以及供电电路、外部晶振电路、复位电路和程序烧录电路组成，其中供电电路包括电容c51、c4、c52与稳压电源芯片u2，供电电路接正15v到直流稳压电源输出并经c51、c4和c52滤波得到稳定3.3v；所述复位电路包括r100和c39，复位电路的nrst接单片机复位脚；所述震荡电路连接至单片机对应脚位，震荡电路包括c54、c50、晶振y1和r102；所述程序烧录电路包括插座cn2，插座cn2为程序烧写口，其内部连接到mcu的时钟口swck和数据口swd。

请参阅图6，本发明的送丝气阀电路主要用于驱动脉冲气保焊机的送丝电机和电磁气阀提供驱动，送丝气阀电路包括排插a3、a4，由r29、c19、r86、u4a、r28、r36和c21组成的分压处理电路，由u6b、q6、q7组成的交替触发电路，其中排插a3变压器交流输入，交流电通过d10、d11经由u6b交替触发q6、q7，输出正电压m+并至a4的4和5脚，经由送丝机返回a4的2、3脚，其中，d22和d23为送丝机不驱动时的续流二极管。m+经r35在sample信号控制下q2、q3完成同步速度信号采样，经由r29、c19、r86、u4a、r28、r36和c21跟随分压处理，得到幅值符合mcu输入的信号vspeed。当松枪需控制送丝机停转时motordis信号为低，q13截止q8被+15v通过r44驱动导通，同时u6b截止，m+为送丝机中存留电压，此时通过电阻r93、r4、r55对地快速放电。而且气阀电路部分也是经由d10和d11并在u5b控制下导通q5输出气阀供电，经d12送至a4的1脚（气阀接于a4的1脚与2脚之间）驱动气阀，d12和d24为气阀关闭瞬间的续流二极管。

本发明的气保焊远控给定电路最终输出电压和电流给定信号volset和speedset；这两个信号给到mcu对应的volset和speedset引脚，作为信号给定。电流反馈信号经电流反馈电路处理得到ifb，ifb一路连至恒流环电路，作为恒流电路的反馈信号，另一路经电阻分压得到ifbd，连mcu对应的ifbd引脚；电压反馈信号经电压反馈回路处理得到vfbloca，经电阻分压得到适合mcu输入幅值的电压反馈信号vfbd，连至mcu输入vfbd。电流电压反馈信号和电压给定信号经mcu内部算法运算得到所需的脉冲给定信号，由mcu的dac输出，给到恒流环dac，与ifb信号经恒流环电路运算经排插a5输出。送丝电路，在电机工作过程中输出速度反馈信号vspeed，输入到mcu，mcu根据送丝给定信号speedset计算出送丝驱动的脉宽信号motordriv，经光耦u6驱动送丝机等速工作，气阀电路根据触发逻辑mcu输出gas信号，经光耦u5驱动气阀动作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。