双MCU数字PI和PWM控制多功能焊机的制作方法

本实用新型涉及一种双mcu数字pi和pwm控制多功能焊机，属于逆变焊机技术领域。

技术背景

逆变焊机的销售量很大，应用范围较广。然而，此类焊机，不同的焊接方法和功能，不同的电路、电路板和整机结构设计，控制原理和方式不同，电路板和整机的布局和连接方式，或者连接的复杂程度不同，其产品生产的工序和制作工艺等也会完全不同。这些都会影响产品的性能、可靠性、生产效率和运输成本等，最终影响产品的市场竞争力。

目前，国内外市场上，小型逆变式焊机的额定电流通常在80~200a（负载持续率100~20%）的水平。对此类焊机产品来说，如果设计不好，会出现如下一些问题：1）抗网压波动能力差。在供电电压变化较大时，这种现象会更明显。例如，有的焊机，当供电电网的输入电源电压较低，如180vac以下时，即使是采用较细的电焊条，焊机也无法正常进行焊接，这就使焊机的应用范围受到了一定的限制；2）控制电路集成度低，电路复杂，导致焊机电路的工作可靠性降低。特别是在焊机多焊接方法和功能输出的情况下，就更加如此。例如，常见的模拟电路控制的手弧焊和氩弧焊两种焊接方法的焊机，其方法转换控制电路复杂。因不同的焊接方法控制输出要求，有的设计不理想的焊机还有两套pi（比例+积分控制电路）模拟控制电路，此外，还有模拟器件电路组成的pwm（脉冲宽度）控制电路。这就造成了电路复杂，电路板和整机尺寸大，功率体积比（额定输出电流乘以额定输出电压除以体积）小等诸多问题；3）电路板分块多，连接线复杂。例如，电路板有（输入和输出）整流板、igbt驱动板，显示电路板、控制电路板、igbt逆变板等。因此，如何解决好上述问题，开发出结构和性能好、制造工艺简单、先进，工作可靠性高的焊机，是电焊机开发者普遍关注的话题。

技术实现要素：

本实用新型焊机，可采用220v～240v、50或50hz的国际通用供电电源，具有手弧焊和氩弧焊两种焊接方法，利用触摸式按键进行选择；具有vrd（低空载电压输出）功能和vrd指示；具有过热保护控制和指示；数字显示焊接电流参数；8位mcu微处理器为核心组成的电路控制焊接参数显示和过热信号的检测；32位mcu微处理器为核心组成的电路，实现手弧焊和氩弧焊两种焊接方法的选择和控制，以及vrd输出功能；电流给定信号与电流负反馈数字pi（比例+积分）运算控制；数字运算控制pwm信号输出；vrd、过热和过流保护、氩弧焊（tig）和手工电弧焊（mma）控制状态指示的特点。

通过采用开关电源电路；采用以双微处理器为核心组成的控制电路，尽可能利用软件替代硬件电路的手段；以及把电路板分为功率板、控制板的方式来解决上述问题；不仅实现了手工电弧焊、氩弧焊两种焊接方法的输出控制，以及vrd、焊接参数数字预置和显示功能，解决了焊机抗网压波动能力差的问题，而且还缩小了控制板和整机的体积，降低了整机的重量，提高了焊机的功率体积比；由于控制电路的集成度提高，电路板之间的连接线减少，进一步提高了焊机的可靠性，简化了焊机的制造工艺。

为实现上述目的采用以下技术方案：

本实用新型焊机的外壳部分。主要包括：前面板、机箱底板、机箱外盖或外壳、背带、后面板。

本实用新型焊机的前面板上安装的零部件主要有：正、负极输出快速接头座组件、控制板（安装在焊机内部，固定在前面板上。包含有过热保护指示灯、电流数显表、vrd功能指示灯、氩弧焊和手弧焊指示灯、焊接方法选择按键、电流调节器，以及该板上布局设计的其它电路及其电子元器件部分）。

本实用新型焊机的后面板上安装的零部件主要有：电源开关、供电电源线、（安装在焊机内部，固定在后面板上的）冷却风机。冷风从焊机机箱后部的进气孔进行。可使焊机内部的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。

本实用新型焊机的内部，安装的零部件主要有：功率板（包括该板上布局设计的很多电路及其电子元器件）、（具有一定厚度的）绝缘板，连接于负极性输出端与功率板之间的（用具有一定厚度和宽度的铜或铝条制成的）连接件，连接于正极性输出端与（安装在功率板上的）快速恢复二极管的铝散热器之间的（用具有一定厚度和宽度的铜或铝条制成的）连接件，功率板的两个绝缘固定支撑脚及其紧固螺丝，以及部分电路之间的连接导线或控制线。

本实用新型焊机的电路板设计为二个部分，一是功率板，二是控制板。各部分控制板采用了大量的贴片器件，少量器件为插件式的。电路板的生产主要采用自动化的器件装配和焊接等先进工艺加工技术，只有少量器件的安装和焊接需要采用人工方式。由于采用了双微处理器芯片为核心组成的数字控制电路，其电路的集成度高于采用分离器件、模拟电路组成的控制电路集成度，因此，很多控制任务或工作是利用软硬件结合的方式来解决的，这就在控制电路和性能方面比分离元器件、模拟控制电路的具有优势。不仅缩小了电路板、产品的尺寸，降低了焊机的重量和运输成本，而且电路板之间的控制连接线很少，制作工艺也得到了简化，更加方便生产。

本实用新型通过采用开关电源电路；采用以双微处理器为核心组成的控制电路，尽可能利用软件替代硬件电路的手段；以及把电路板分为功率板、控制板的方式来解决上述问题。不仅实现了手工电弧焊、氩弧焊两种焊接方法的输出控制和过热和过流保护控制，以及vrd、焊接参数数字预置和显示功能，解决了焊机抗网压波动能力差的问题，而且还缩小了控制板和整机的体积，降低了整机的重量，提高了焊机的功率体积比。由于控制电路的集成度提高，电路板之间的连接线减少，进一步提高了焊机的可靠性，简化了焊机的制造工艺。

对不同电流等级和负载持续率要求的本实用新型焊机，可通过调整电路板上少量的零部件规格参数，形成不同输出额定电流和负载持续率的产品。例如，改变半桥逆变电路中的igbt器件的电流等级、数量（例如，两只igbt开关并联作为一只igbt开关使用。需要同时修改电路板设计）和散热器尺寸；改变半桥逆变电路中的换流电容型号和参数；改变快速恢复二极管的型号和参数以及数量；改变逆变主变压器和输出滤波电抗器的规格和参数；改半桥逆变电路为单端和全桥逆变电路等，即可容易形成不同规格的系列产品。如200a/28v、180a/27.2v、160a/26.4v、140a/25.6v、120a/24.8v等规格型号的产品。当然，这些变化，目的是使产品的制作成本与相应机器的规格参数和性能指标相匹配。这样，每种规格型号的焊机才能实现较好的成本控制。这就提升了所开发产品的市场竞争力。本实用新型焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。这也是申请本专利保护的根本目的所在。

附图说明

图1是利用本实用新型制成的示例焊机的结构示意图；

图2是焊机功率板上主电路部分的原理图；

图3是焊机功率板上开关电源电路部分的原理图；

图4是焊机功率板上上电缓冲电路部分的原理图；

图5是焊机控制板上+3.3v直流电源电路部分的原理图；

图6是焊机功率板上驱动电路部分的原理图；

图7是焊机功率板和控制板上接口电路部分的原理图；

图8是焊机控制板上32位微处理器控制电路部分的原理图；

图9是焊机控制板上8位微处理器控制电路部分的原理图；

附图中各部件名称如下：1、背带；2、机箱外壳；3、外壳螺丝；4、igbt散热片；5、电解电容ec1；6、电解电容ec2；7、igbt散热片；8、快恢复二极管输出散热片；9、主变压器；10、功率板；11、功率板支脚；12、控制板；13、电流调节器和旋钮；14、机箱底板；15、前面板；16、正极性输出快速接头；17、负极性输出快速接头；18、底部螺丝；19、风机或冷却风扇；20、风机螺丝；21、后面板；22、电源线；23、电源开关。

具体实施方式

本实用新型涉及一种双mcu数字pi和pwm控制多功能焊机，焊机可采用220v～240v、50或50hz的国际通用供电电源。具有手弧焊和氩弧焊两种焊接方法，利用触摸式按键进行选择；具有vrd功能和vrd指示；具有过热保护控制和指示；数字显示焊接电流参数；8位微处理器为核心组成的电路控制焊接参数显示；32位微处理器为核心组成的电路，实现手弧焊和氩弧焊两种焊接方法的选择和控制；电流给定信号与电流负反馈数字pi（比例+积分）运算控制；数字控制pwm信号输出；vrd、过热、氩弧焊（tig）和手工电弧焊（mma）控制状态指示的特点。

附图1是利用本实用新型制成的示例焊机的结构设计示意图。附表1是该示意图中主要零部件的清单。如附图1、附表1所示，其主要组成部分说明如下：

1）前面板部分。本实用新型焊机的前面板上安装的零部件主要有：正、负极输出快速接头座组件16，17。注意：括号中的数字代表附图1中主要零部件的序号。下同，不再重复说明）、控制板12（安装在焊机内部，固定在前面板上。包含有过热保护指示灯、电流数显表、vrd功能指示灯、氩弧焊和手弧焊指示灯、焊接方法选择按键、电流调节器13，以及该板上布局设计的其它电路及其电子元器件部分）。

控制板上除了有过热保护指示灯、电流数显表、vrd功能指示灯、氩弧焊和手弧焊指示灯、焊接方法选择按键、电流调节器13外，还有以8位和32位单片机或微处理器为核心组成的控制电路部分。这些电路，主要包括：+3.3v直流供电电源电路；手工焊或氩弧焊方法的选择及其逆变电路输出参数（电流、电压）控制；电流给定参数、电流负反馈信号的检测，以及pwm脉冲宽度输出调节和控制；过热保护控制；电流参数的显示控制电路。

2）后面板部分。本实用新型焊机的后面板上安装的零部件主要有：电源开关23、供电电源线22、（安装在焊机内部，固定在后面板上的）冷却风机19。冷风从焊机机箱后部的进气孔进行。可使焊机内部的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。

3）本实用新型焊机的外壳部分。主要包括：前面板15、机箱底板14、机箱外盖或外壳2、背带1、后面板21。

4）本实用新型焊机的内部部分。安装的零部件主要有：功率板10，包括该板上布局设计的很多电路及其电子元器件）、（具有一定厚度的）绝缘板，连接于负极性输出端与功率板之间的（用具有一定厚度和宽度的铜或铝条制成的）连接件，连接于正极性输出端与（安装在功率板上的）快速恢复二极管的铝散热器8之间的（用具有一定厚度和宽度的铜或铝条制成的）连接件，功率板的两个绝缘固定支脚11及其紧固螺丝，以及部分电路之间的连接导线或控制线。

功率板的功率板电路，主要包括：上电缓冲控制电路；输入整流和滤波电路；开关电源电路或工作电压的产生电路；igbt驱动控制电路；igbt半桥逆变主电路；逆变变压器初级电流检测电路。

功率板10上的器件，包括整流桥、滤波电解电容、igbt、逆变主变压器9、igbt的散热器4，7、igbt管的管脚护套、快恢复二极管的散热器8、继电器、驱动变压器、开关电源变压器、输出连接件，还有很多的电子等元器件。

igbt的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到功率板10上。本实用新型通过采用管脚护套方式来解决igbt的防尘性能问题。这些技术措施，可避免逆变焊机长期使用后工作现场的一些含导电性金属粉尘吸附到igbt管等器件引脚之间、控制电路板上。不会导致爬电距离减小。器件和控制电路不容易失效。这就一定程度上提高了焊机工作可靠性。

igbt的散热器、快恢复二极管的散热器分别通过螺丝固定在功率板10上。功率板10通过两个功率板支脚11固定在机箱底板14的底部上。功率板10上的逆变变压器9的次级中间抽头导电部分通过连接件和螺丝螺母连接到焊机的输出负极性端。快恢复二极管的散热器通过连接件和螺丝连接到焊机的输出正极性端。机箱底板14的后部板上方，通过一连接件与功率板的上后方进行固定。通过上述组装、连接方式，使本实用新型逆变焊机的主要零部件构成一个整体。由于配置了大风量、高速（5000～6000rpm/min）直流冷却风机19，可改善发热主功率关键零部件（如各igbt、各快恢复二极管、各散热器、整流桥、逆变主变压器等）的冷却效率。也提高了大电流输出时的负载持续率。如果焊机的输出电流小，则负载持续率会更高。这就较好解决了焊接时间短的问题。同时，有效降低了igbt或快恢复二极管、逆变变压器等器件或零部件的故障率。

本实用新型的焊机，其主控制板部分通过该板上设计的插座或接插件及其它们的连接线与焊机的功率板部分电路进行连接。板与板之间没有采用很多的外部连接线。不像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的控制连接线，不仅制作工序多和生产工艺复杂，而且电路板还占据空间大，使整机尺寸大、重量重。由于采用本实用新型的电路板结构和电路设计，可缩小电路板和整机的尺寸，降低产品重量、生产和运输成本。因控制线少，焊机生产加工工序少，制作工艺也大大简化，更加方便生产。另外，在电路中还采用了双微处理器为核心组成的控制电路，很多的控制电路功能采用软件来实现。因此，不仅简化了电路，提高了电路的集成度，而且可方便地实现手工焊和氩弧焊选择、状态指示和参数控制，vrd低电压输出、参数数字显示等控制功能。

从焊机电路的控制功能来看，主要是完成上电缓冲电路控制；输入整流和滤波；开关电源电路或直流供电电源的产生；igbt驱动控制；igbt半桥逆变转换控制；逆变变压器初级电流检测；手工焊或氩弧焊方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制；电流给定参数、电流负反馈信号的检测，以及数字pi和pwm脉冲宽度输出调节和控制；过热保护控制；电流参数的显示控制工作。最终在控制电路的作用下，实现手工电弧焊和氩弧焊的各项控制要求。

本实用新型焊机上述各部分电路的工作原理简述如下：

焊机控制电路板分为功率板、控制板两个部分。功率板上布局设计的电路，包括附图2（不含图中的电源开关s1）、附图3、附图4、附图6、附图7中左边的mb接口和rt1～rt2接口部分。控制板上布局设计的电路，包括附图5、附图7中右边的zb和sip3*2接口、附图8、附图9部分。

附图2是本实用新型焊机功率板10上主电路部分的原理，由附图2可见，焊机的主电路主要由电源开关23（根据焊机输出电流大小的不同，可选择25a或30a的开关）、整流器或整流桥b1、ec1~ec2电解电容（根据焊机输出电流大小的不同，可选择470µf/400v或680µf/400v的电容）、电阻r7和r8，igbt1和igbt2，电阻r13～r16和电容cc1～cc5，逆变主变压器t1，t3初级母线电流检测互感器，d1~d3输出整流快速恢复二极管，电阻r17～r20和电容cc7～cc8，输出正极性out（+）端子16和输出负极性out（-）端子17，以及冷却风扇fan1配置24v的直流高速风扇，附图2中未画出风扇，而是通过附图4中的fan1插头连接风扇）组成。

焊机通电后，电源开关s1接通电网电源。从电网来的交流电，先经过ptc热敏电阻，再经过b1整流桥整流后变为脉动直流电。之后，对ec1~ec2电解电容进行充电。ec1~ec2电解电容上的电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310v直流电。ec1~ec2电解电容起到滤波的作用。电阻r7和r8主要用于焊机不通电工作时释放ec1~ec2电解电容上储存的高压电，防止对人体产生电击现象。cc3是输入抗干扰滤波电容。继电器的触头k1b并联在ptc热敏电阻的两端，与继电器k1a及其控制电路（见附图4），共同组成上电缓冲电路。

附图4中，k1a继电器的动作时间是滞后于电源开关s1（23）合上时刻的。由u3管、稳压管z3、电阻r6和电容c5组成的上电缓冲电路进行控制。即k1a继电器是延时动作的，当ec1~ec2电解电容上的充电电压上升到一定值，并且，开关电源电路产生vcc和-12v直流电源电压，稳压管z3击穿、稳压，u3管导通后，k1a继电器才动作。动作后，其触头k1b闭合ptc热敏电阻的支路，短路ptc热敏电阻，才能使本实用新型焊机正常逆变工作，直流母线大电流从继电器的触头k1b上流过。因此，上电缓冲电路的设计是为了防止电源开关s1接通瞬间，由于ec1~ec2电解电容上没有电压，电解电容相当于短路，会形成较大的上电浪涌电流，烧坏电源开关s1。而上电缓冲电路的作用就是利用k1a继电器的延时动作、串入ptc热敏电阻的方法来限制浪涌电流的。并且，ptc热敏电阻的阻值，是随其温度上升而增大的。因此，上电缓冲电路可起到较好的保护作用。

附图4中，k1a继电器，根据焊机输出电流的不同，可选择25a/24v、30a/24v的继电器。

附图2中，+310v直流电，一方面供给由igbt1~igbt2管、t1逆变主变压器9、d1~d3快速恢复二极管、t3初级母线电流检测互感器、换流电容cc1和cc2等组成的半桥逆变主电路。其功能为：通过igbt驱动控制电路（见附图6），在控制板12，该部分的电路原理图，见其它相关的部分）产生的pwm脉冲宽度调制信号的控制下，通过g1和e1、g2和e2两组交替驱动信号的作用，实现对igbt1和igbt2的交替通、断控制，最终，使igbt1和igbt2、换流电容cc1和cc2组成的半桥主电路形成逆变过程，把高压直流电转换为中频（几十khz）交流电。t1逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。d1~d3快速恢复二极管则是把逆变变压器t1输出的中频交流电变换为直流电，之后，由out（+）和out（-）端输出电压和电流。out（+）代表焊机的正极性输出端；out（-）代表焊机的负极性输出端。

另一方面，+310v直流电供给由t2开关电源变压器（有四个绕组，分别是n1、n2、n3、n4。n1是初级绕组，其它是次级绕组），tvs、z和z1~z2稳压管，d4-1、d4、d6和d23二极管、ic1开关电源控制芯片（top264vg），以及它们周围的电阻r1～r5、r21、电容c1~c4、ec3、ec5、光耦u2（包含u2a和u2b两个部分）器件组成的开关电源电路，产生vcc、-12v电源电压，供给其它的控制电路等带电工作。由于t2开关电源变压器的初级绕组n1和次级绕组n4，以及它们周围的tvs、z稳压管、d4和d4-1二极管、电阻r1和r21、电容c1~c2、ec5、ic1开关电源控制芯片（top264vg）组成的电路，是通过插头j1连接至+310v的，属于高压或强电回路。为确保控制电路的安全，在附图3中，采用了u2el817光电耦合器进行隔离。开关电源的核心控制芯片是ic1，即top264vg芯片。开关电源部分的弱电或低压电路部分，由t2开关电源变压器的次级绕组n2和n3，以及它们周围的d6和d23二极管、z1~z2稳压管、电阻r2～r5、电容c3~c4、ec3、u2光耦的u2a发光二极管部分组成。d6的阴极端对弱电电路部分的“地”之间，输出vcc直流电压；d23的阳极端对弱电电路部分的“地”之间，输出-12v直流电压。开关电源电路的高压或强电回路、弱电或低压电路部分都设计在功率电路板上。

关于开关电源这部分电路的工作原理，要进一步详细了解的话，需要去了解开关电源和top264vg开关电源控制芯片的相关工作原理和知识，介于篇幅的关系，这里仅仅是作了一个简要的说明；总之，开关电源控制电路部分，可在开关电源电路的二个输出电压电路部分分别获得vcc、-12v电源电压。供给其它不同的器件和电路使用。例如，vcc与-12v之间的电压供给24v的直流高速风扇fan1；供给k1a继电器控制电路。由开关电源部分的电路及原理可知，本实用新型没有采用一般的控制变压器和相关的电压变换电路来产生上述二个电源电压。其电路取电来自主回路中的+310v。开关变压器的体积和尺寸、重量远小于一般的控制变压器，这就降低本实用新型焊机的成本，提升了焊机的技术附加值。

本实用新型的开关电源电路有如下的优点：在电网电压波动的情况下，即使是在130vac~270vac电压波动范围，开关电源电路仍然能够产生稳定的vcc、-12v电源电压。这就可以保证焊机其它控制电路的正常工作。实验表明：在本实用新型的控制电路作用下，当电网输入电源电压较低，如130vac时，采用细的电焊条，焊机也可进行正常焊接；如果电源电压升高不超过270vac，都不会影响焊机焊接性能。这就提高了焊机的抗网压波动能力，扩大了焊机的应用范围。这就较好解决了“抗网压波动能力差”的问题。

附图6是焊机功率板上驱动电路部分的原理图。驱动电路主要是在32位u2微处理器产生pwm（脉冲宽度控制信号）的作用下，通过驱动电路对逆变电路中的igbt开关进行控制。驱动电路的组成，包括两个部分的电路：一部分设计布局在功率板上，另一部分设计布局在控制板上。控制板电路部分属于低压或弱电控制部分，而功率板电路部分属于高压或强电控制部分，两个部分的电气隔离是由qdb驱动变压器来实现的。因此，可以保障两个电路部分工作的可靠性。2个igbt，2路驱动（根据焊机输出电流不同，也可以是4个，每2个为一组，并联使用。这需要同步修改电路板设计），每个部分的驱动电路形式基本是一致的。具体的驱动电路说明如下：1）附图6中，功率板上的驱动电路由qdb驱动变压器（分为初级和两个次级）及其外围的二极管d9~d10、电阻r9~r12、电容sc1~sc2组成的电路。此部分的电路设计布局在功率板上。见附图6和附图7所示，qdb驱动变压器的初级pwma和pwmb分别连接至功率板上的插座mb的5脚和6脚。通过连接导线或控制线，可与控制板上的插座zb的5脚和6脚对应连接，最终与控制板上另一部分的驱动电路连接在一起；g1、e1控制端和g2、e2控制端分别连接至附图2中半桥逆变电路中对应的igbt。可使igbt在控制信号的作用下进行通、断控制，实现逆变变换；2）附图8中，控制板上的驱动电路由u3和u4（svd1055sa）驱动芯片、三极管q1~q6、稳压管z1~z2、二极管d5~d6、电阻r11~r19、电容c8~c11和c14~c15组成，分为两个部分的电路。电容c14和c15一端连接电路电源vcc，另一端连接电路电源的地端。u3（svd1055sa）驱动芯片的d1和d2端连接在一起，并与电阻r15、电容c9和c10组成的并联电路进行连接。电阻r15、电容c9和c10三个器件并联电路的后端为pwma控制端，它连接至控制板上zb插座的5脚。u4驱动芯片的d1和d2端连接在一起，并与pwmb控制端连接，pwmb连接至控制板上zb插座的6脚。通过zb插座连接的控制线与功率板上mb插座对应连接，实现与功率板上另外一部分驱动电路的连接；u3的s1连接vcc；s2连接地；电阻r11一端连接32位u2微处理器（stm32f030k6t6）的18脚，另一端连接npn型三极管q1的基极，q1的发射极分别连接pnp型三极管q3的集电极和地端，q1的集电极分别连接电阻r12、q3的基极和npn型三极管q2的基极，r12的另一端和q2的集电极连接vcc，q2的发射极与q3的发射极之间连接电阻r13，q3的发射极连接u3驱动芯片的g2端，q2的发射极分别连接电容c8和稳压管z1的阳极端，电容c8的另一端与z1的阴极连接在一起，并与u3驱动芯片的g1端相连；二极管d5的阳极连接vcc，d5的阴极连接电阻r14，而r14的另一端连接u3驱动芯片的g1端；类似地，电阻r18一端连接u2微处理器的19脚，另一端连接npn型三极管q4的基极，q4的发射极分别连接pnp型三极管q6的集电极和地端，q4的集电极分别连接电阻r19、q6的基极和npn型三极管q5的基极，r19的另一端和q5的集电极连接vcc，q5的发射极与q6的发射极之间连接电阻r17，q6的发射极连接u4驱动芯片的g2端，q5的发射极分别连接电容c11和稳压管z2的阳极端，电容c11的另一端与z2的阴极连接在一起，并与u4驱动芯片的g1端相连；二极管d6的阳极连接vcc，d6的阴极连接电阻r16，而r16的另一端连接u4驱动芯片的g1端；控制板上驱动电路的两个部分，电路结构形式基本上是完全一致的，差异在于pwma控制端的前级电路为电阻r15、电容c9和c10三个器件的并联电路；控制板上，对驱动电路的输入控制信号是由32位u2微处理器根据控制软件和算法最终由u2的18脚和19脚输出的。驱动电路输入的控制信号是一组方波脉冲信号。方波脉冲信号有一个固定的频率。是保障igbt开关工作的重要参数之一。该时间是通过u2芯片的软件参数设置而确定的。介于篇幅和技术保密的关系，这里不再重复说明。需要说明的是：pwm脉冲宽度调制信号是决定焊机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。

附图7是焊机功率板和控制板上接口电路部分的原理图。附图7中，mb接口设计在功率板上。而zb接口设计在控制板上。两者之间，是按照对应关系连接在一起的。附图8是焊机控制板上32位微处理器控制电路部分的原理图。附图5是控制板电路的一个部分，它是一个典型的稳压电路，其中，所产生的+3.3v直流电压供给控制板上的两个微处理器电路工作。

附图7中，带有sip3*2符号的接口为32位u2微处理器的控制程序烧写接口。该接口的1脚连接u2的nrts端，接口的2脚连接u2的swclk端，接口的3脚连接u2的swdio端，接口的4和6脚连接+3.3v，接口的5脚连接地。编写好的控制软件，通过该接口写入u2微处理器中。

32位微处理器控制电路部分，主要包括电流给定、电流反馈、焊接方法选择和状态指示、数字pi（比例+积分）运算和pwm（脉冲宽度）运算控制电路部分，具体电路的结构是：32位u2微处理器的1脚、5脚连接+3.3v，并连接电容c3接地；u2的17脚连接+3.3v，并连接电容c7接地；u2的31脚、2脚接地；u2的23脚为swdio接线端；u2的24脚为swclk接线端；u2的4脚为nrts端，u2的4脚连接电阻r3，通过r3连接至+3.3v，u2的4脚连接电容c1-1，通过c1连接至地；电阻r28与chang（tig氩弧焊/mma手工焊）选择按键串联，chang按键的一端接地，另一端还连接电阻r27，通过r27再连接至u2的2脚，r28电阻的另一端接+3.3v；来自串联在逆变电路中电流检测互感器t3的if1电流反馈信号端通过电阻r4连接至d1～d4二极管全桥整流器的交流输入一端，而其if2电流反馈信号通过电阻r5连接至d1～d4二极管全桥整流器的交流输入另一端，该整流器的负极性输出端接地，而该整流器的正极性输出端连接电阻r2，通过r2电阻连接至u2微处理器的6和7脚，在该整流器的正、负极性输出端之间并联有电容c1、电阻r1和r1+；电阻r7-1和ri电流调节电位器串联，电阻r7-1的另一端接+3.3v，ri电流调节电位器的中间滑动或可变端（ad-is端）分别连接电容c5、电阻r8和电阻r10，电容c5的另一端接地，电阻r8的另一端连接至u2微处理器的9脚，电阻r10的另一端连接至显示电路8位mcu微处理器u5（stm8s003f3）的采样信号端（u5的3脚），ri电流调节电位器的另一端接地；u2微处理器的10脚分别连接电容c4、电阻r7和电阻r6，电容c4和电阻r7的另一端接地，电阻r6的另一端连接+3.3v；u2微处理器的14脚连接mma手工焊方法的led二极管指示灯的阳极，u2的15脚连接tig氩弧焊方法的led二极管指示灯的阳极，u2的26脚连接vrd二极管led指示灯的阳极，u2的27脚连接op或o.h过热保护led二极管指示灯的阳极，这四个指示灯的阴极与u2微处理器的20脚相连接；u2的18脚和19脚输出的pwm（脉冲宽度控制信号）分别通过电阻r11和r18连接至igbt的驱动电路；u2微处理器芯片的8脚（p-t端）连接串联的电阻r26、r25、r24后，r24的另一端连接显示电路中8位微处理器u5的13脚，电阻r26与r25中间节点连接电容c23后接地，电阻r25与r24中间节点连接电容c22后接地。

附图7、附图8和附图9中，rt1和rt2插座或端子线，连接至过热保护器。过热保护器安装在功率板上igbt的铝散热器上。8位u5微处理器控制电路，在其控制软件的作用下，通过检测u5微处理器的19脚和20脚的电平状态，判断焊机是否发生过热现象。如果检测到过热现象，则会通过u5微处理器的13脚发出p-t电平信号。32位u2微处理器控制电路，在其控制软件的作用下，通过检测u2微处理器的8脚或p-t电平状态，即可判断焊机是否发生过热现象。如果检测到过热现象，则会停止数字pwm信号的输出，也就是停止焊机的输出，从而实现过热保护控制。op（o.h）为过热保护指示灯，安装在焊机的控制板上。在出现过热现象时，此灯会点亮。tig发光二极管为tig焊或氩弧焊指示灯，安装在焊机的控制板上。mma发光二极管为mma焊或手工电弧焊指示灯，也安装在焊机的控制板上。chang为tig（氩弧焊）/mma（手工电弧焊）焊接方法选择按键或触摸式按键。ri是焊机的电流调节电位器。32位u2微处理器及其外围器件组成的电路为控制电路，是本控制板上的核心电路之一。ri电流调节电位器给出的电流给定信号通过电阻r8等输入到32位u2微处理器的9脚信号采样端，由32位微处理器进行检测和采样，以获得32位处理器输出电流负反馈pi（比例+积分）数字运算所需要的电流给定值ug，另一方面，该电流给定信号还通过附图9中的电阻r10输送至显示控制电路的8位微处理器3脚，后者通过采样，在控制程序的作用下，可决定着数码管显示的电流数值；电流互感器t3检测到的if1和if2电流反馈信号，通过d1~d4整流变换后，获得输出电流控制的负反馈信号，该电流负反馈信号则通过电阻r2输入到32位u2微处理器的6和7脚信号采样端，由32位微处理器进行检测和采样，以获得32位处理器输出电流负反馈数字pi运算所需要的电流负反馈值ufi，之后，在32位u2微处理器内部，在控制软件的作用下，与ug电流给定信号进行比较。经过u2微处理器控制软件的数字pi控制运算，其输出的uk控制信号决定着32位微处理器u2控制软件的数字pwm（脉冲宽度控制）运算输出的信号，即u2微处理器的18和19脚信号端输出的pwm脉冲宽度信号。该两组信号是有一定工作频率的，也有一定的死区时间，其脉冲信号的时间宽度取决于参与pi运算的电流给定和电流负反馈参数值。当ug电流给定信号和电流负反馈ufi信号参数发生变化时，就会使pwm脉冲信号的时间宽度发生改变，最终通过控制逆变主电路中igbt开关，实现焊机输出电压和电流的调节和控制，以满足手工电弧或氩弧焊焊接的性能控制要求。如果电流互感器t3检测到的信号过大，即发生过流现象时，控制电路会关闭pwm的脉冲输出，使焊机停止输出电流，实现过流保护。

附图9是焊机控制板上8位微处理器控制电路部分的原理图。也就是显示控制电路部分，主要包括数码管电路、数码管led驱动电路、8位mcu微处理器控制电路部分，具体电路的结构是：附图9中，u5是8位mcu单片机（stm8s003f3）。display是数码管组件（如cps03631ag或ar）。tm1652是数码管的led驱动芯片。数码管的1脚接至其驱动芯片的8脚，数码管的2脚接至其驱动芯片的7脚，数码管的3脚接至其驱动芯片的5脚，数码管的4脚接至其驱动芯片的4脚，数码管的5脚接至其驱动芯片的2脚，数码管的7脚接至其驱动芯片的3脚，数码管的8脚接至其驱动芯片的15脚，数码管的9脚接至其驱动芯片的14脚，数码管的10脚接至其驱动芯片的6脚，数码管的11脚接至其驱动芯片的9脚，数码管的12脚接至其驱动芯片的11脚；数码管驱动芯片的10脚接地，其1脚接+3.3v，+3.3v电源端通过电容c25接地；数码管驱动芯片的16脚分别连接u5的2脚和电阻r30，电阻r30的另一端接+3.3v；u5的3脚连接电阻r10，通过电阻r10与附图8中电流调节电位器的中间滑动端（ad-is端）连接；u5的4脚连接swim程序烧写接口的4脚，同时连接电阻r29和电容c24，电阻r29的另一端接+3.3v和烧写接口的1脚，电容c24另一端接地；swim程序烧写接口的3脚接地，烧写接口的2脚连接u5微处理器的18脚；u5的7脚连接地；u5的8脚连接电容c20后再接地；u5的9脚接+3.3v，同时通过电容c21接地；u5的13脚连接串联的电阻r24、r25、r26后，再连接到附图8中32位u2微处理器芯片的8脚（p-t端），电阻r26与r25中间节点连接电容c23后接地，电阻r25与r24中间节点连接电容c22后接地；u5的19脚分别连接电容c19和电阻r23，电容c19的另一端接地，电阻r23的另一端分别连接电容c18和电阻r22以及rt1端，电容c18的另一端接地，电阻r22的另一端接+3.3v，rt1端连接至控制板上的zb插座对应的1脚；u5的20脚分别连接电容c17和电阻r21，电容c17的另一端接地，电阻r21的另一端分别连接电容c16和电阻r20以及rt2端，电容c16的另一端接地，电阻r20的另一端接+3.3v，rt2端连接至控制板上的zb插座对应的2脚。

附图9中，带有swim符号的接口为8位u5微处理器的控制程序烧写接口。编写好的控制软件，通过该接口写入u5微处理器中。

在8位u5微处理器显示控制电路及其控制软件的作用下，与焊机控制板上的电流调节电位器配合，可使display数码管显示焊机的电流参数数值。

关于两种mcu微处理器具体是如何工作的，涉及许多微处理器控制方面的知识，需要查看相关的资料等了解。介于篇幅的关系，这里不再重复说明。

附图8和附图9中，rt1和rt2插座或端子线连接至过热保护器。过热保护器安装在功率板上igbt的铝散热器上。8位u5微处理器控制电路，通过检测u5微处理器的19脚和20脚的电平状态，判断焊机是否发生过热现象。在其控制软件的作用下，如果检测到过热现象，则会通过u5微处理器的13脚发出p-t电平信号。32位u2微处理器控制电路，在其控制软件的作用下，通过检测u2微处理器的8脚或p-t电平状态，即可判断焊机是否发生过热现象。如果检测到过热现象，则会停止数字pwm信号的输出，也就是停止焊机的输出。在焊机冷却风机的作用下，当igbt散热器的温度下降到一定程度后，或当焊机内部的过热现象消除时，控制电路才能继续输出pwm控制信号。同时过热指示灯熄灭。这就实现了焊机过热保护控制。

以手工焊为例说明本实用新型焊机手工电弧焊输出特性的简要控制过程，简述如下：

[焊机后面板的开关s1合上接通供电电源极短的时间后（此期间，焊机电路进行上电缓冲控制，有一定的延时控制），焊机内部的上述各控制板带电工作。通过前面板上的焊接方法按键可选择mma手工焊，当然，还可在选择mma的情况下进一步选择vrd功能。vrd功能表示焊机低空载电压输出，即不焊接的情况下焊机输出20v以下的直流电压，进一步确保焊机使用者的操作安全。如果不选择vrd，则焊机内部的微处理器数字pwm脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使igbt的驱动电路工作，使igbt处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好前面板上焊接电流的电位器，并进行焊接时，控制电路通过t3电流检测互感器，可检测到输出电流信号。经过信号处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与焊接电流给定信号在32位微处理的数字pi环节进行比较。比较后的差值信号，进行数字pi调节控制，再输入到微处理器的数字pwm控制，其结果是输出pwm控制信号，该信号具有一定的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电流和电压的大小，实现输出电流参数的准确控制。并使焊机的输出特性满足手工电弧焊接的要求。进一步地说，当焊接电流给定信号不变时，随着焊机电路检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过数字pi控制后，输出的pwm信号脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制。即只有当电流达到焊接电流电位器的设定值ug后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，电压降低会很多。当电压下降到一定数值以下时，随着电压的降低，控制电路可使数字pwm的脉冲宽度或占空比增加，使焊接电流按照设定的参数增大，最终形成恒流带外拖的下降特性。实际测试结果表明：本实用新型焊机的推力电流大约为几十a（安培）。当焊接电流给定信号变化时，电流截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在电位器设定的最小和最大之间，就可获得无数条下降特性曲线。这样的控制，也是满足手工电弧焊接的基本要求。关于电流反馈、数字pi和pwm及输出特性控制过程，可参见其它相关的控制原理说明作进一步的了解。氩弧焊输出的控制，与手工焊的有类似之处，只是输出电流在低电压下不进行外拖电流控制。因此，这里不再对氩弧焊的控制进行说明。

以上是本实用新型焊机各个部分的说明。由于本实用新型已经给出了附图1~附图9的详细结构设计和电路原理图以及pcb板元器件丝网印刷布局图，因此，对于有焊机结构和电路阅读能力（或具备相关知识）的人来说，是完全可以读懂的。电路图就是一种无声的语言。但是，对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本文只能阐述主要的部分，以使读者能够更好地理解相关的工作原理和过程。

通过上述说明可见，本实用新型有自己独特的设计思路和方法。不仅实现了焊机的手工焊和氩弧焊方法输出等控制，而且，所设计的控制电路，包括它们的电路板和相互之间的连接关系，以及焊机的整机结构设计，都是使本实用新型焊机产品具有控制性能良好、焊机结构紧凑等技术优势的根本原因所在，也是满足产品高效和低成本生产、高可靠性、制造工艺技术先进性的重要保障。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的结构和控制电路设计。

以上内容是结合具体的焊机结构和电路及控制功能对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对本实用新型所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干其它的推演和变换，这些都应该视为属于本实用新型保护的范畴。