專利名稱：一種單板igbt逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及的IGBT逆變式弧焊機(jī)是一種電子控制的焊接設(shè)備，具體是一種采用單管IGBT組成的單端逆變主電路及其控制電路構(gòu)成的直流手工電弧焊機(jī)。
背景技術(shù)：
[0002]當(dāng)前，電焊機(jī)產(chǎn)品市場的競爭十分激烈，不僅體現(xiàn)在技術(shù)的先進(jìn)性和優(yōu)勢上，還在很大程度上取決于生產(chǎn)制造工藝的先進(jìn)性、生產(chǎn)效率的高低、生產(chǎn)成本的多少，產(chǎn)品的一致性和可靠性等方面。[0003]目前，160A以下電流等級的逆變電弧焊機(jī)，很多都采用了單塊電路板的設(shè)計結(jié)構(gòu)形式，并且主要是采用大量的分離插入式電子元器件來完成焊機(jī)的電路板制作；眾多的此類電焊機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，由于實(shí)力弱、產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量少，沒有能力采用自動插件和SMT自動貼片工藝進(jìn)行電路板的生產(chǎn)，往往是采用人工插件和手工焊接的方式來作業(yè)；因此，生產(chǎn)效率低下，制造工藝水平落后。采用單管IGBT組成的單端逆變主電路和控制電路構(gòu)成的逆變焊機(jī)種類是比較多的，它們的電路和結(jié)構(gòu)形式也是多種多樣的；不同的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，所采用的具體電路形式和整個電路布置的方式也是不同的；不僅如此，焊機(jī)的性能指標(biāo)包括輸出的電流/電壓范圍及其對應(yīng)的負(fù)載持續(xù)率、絕緣等級、溫升等也可能會表現(xiàn)出一些差距；即使是在相同的產(chǎn)品性能指標(biāo)下，由于具體電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的不同，或者所采用的電子元器件的封裝形式不同，因而元器件的裝配、焊接和檢測工藝水平、自動化程度等也會有明顯的不同。這就會使逆變焊機(jī)電子產(chǎn)品電路板的尺寸、生產(chǎn)時器件安裝的方便性、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、最終產(chǎn)品的成本等也會有顯著的不同；例如，如果采用大量的SMT 貼片器件或集成電路，由于器件的體積小，因而會使電路板的尺寸減小，降低PCB材料的成本；另外，由于裝焊這些貼片器件通常采用先進(jìn)、高效、適合于大批量自動化生產(chǎn)和檢測的設(shè)備，因而可極大地提高電路板或產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)品的市場競爭力。[0004]本實(shí)用新型逆變焊機(jī)，盡管也采用了單管IGBT組成的單端逆變主電路和控制電路，以及SMT貼片電子元器件及自動加工、檢測工藝，但焊機(jī)的電路板結(jié)構(gòu)布局設(shè)計仍然有自己的特點(diǎn)。這也是本實(shí)用新型逆變焊機(jī)申請專利保護(hù)的主要原因。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品制作成本低，返修率低，質(zhì)量穩(wěn)定和可靠等優(yōu)點(diǎn)。[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案[0007]一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括上電緩沖和電源電路、 單管IGBT組成的雙單端逆變主電路、驅(qū)動電路、焊機(jī)輸出特性控制電路；上述的這些電路部分和元器件都布置在一塊電路板上。[0008]在所述的包括上電緩沖和電源電路、單管IGBT組成的雙單端逆變主電路、驅(qū)動電路、焊機(jī)輸出特性控制電路中只有輸入濾波電感、繼電器、整流器及其散熱器、濾波電解電 容、IGBT及其散熱器、逆變主變壓器、輸出整流的快速恢復(fù)二極管及其散熱器、冷卻電風(fēng)扇、 電流檢測互感器、脈沖驅(qū)動變壓器、三端穩(wěn)壓器、少數(shù)電阻和電容這些尺寸大的元器件采用 手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進(jìn)行自動安裝和焊接。本實(shí)用新型不僅采用了先進(jìn)的逆變控制技術(shù)，而且還采用了大量的SMT貼片生 產(chǎn)、檢測等高新技術(shù)和工藝，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造 技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)；在電路板上，可通過改變IGBT管的電流等級，以及調(diào)整輸出快速恢復(fù)二 極管的電流等級，并結(jié)合修改電路板上少量電阻的參數(shù)值，即可改變焊機(jī)的輸出電流或功 率的大小，容易形成符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，例如，制成100A、120A、130A、145A 等電流等級的手工電弧焊機(jī)產(chǎn)品。

圖I是本實(shí)用新型焊機(jī)的電路板元器件布置結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型焊機(jī)的主電路原理框圖；圖3是本實(shí)用新型焊機(jī)的上電緩沖和電源電路原理框圖；圖4是本實(shí)用新型焊機(jī)的驅(qū)動電路原理框圖；圖5是本實(shí)用新型焊機(jī)的控制電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1-5所示，一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)，它包括上電緩沖和電源電路、 單管IGBT組成的雙單端逆變主電路、驅(qū)動電路、焊機(jī)輸出特性控制電路；上述的這些電路 部分和元器件都布置在一塊電路板上。如圖2所示，由單相整流橋PDl及其散熱器H4、濾波電解電容C21和C22、IGBT Q5 和Q8及其散熱器Hl和H2、快恢復(fù)二極管D14和D31、逆變變壓器T3、快恢復(fù)二極管D32，D33 和D41及其保護(hù)阻容電路C32、C33、C42和R60等組成逆變主電路，其特征為雙單端逆變主 電路；逆變主電路的次級整流由快恢復(fù)二極管D32，D33和D41來完成；三端集成穩(wěn)壓器U3 及其附屬電路構(gòu)成直流穩(wěn)壓電路；可在U3的輸入、輸出端獲得穩(wěn)定的24V和15V的直流工 作電壓，這些電壓供給控制電路，使這些電路能夠正常工作。如圖3所示，電阻R37和電解電容C18等組成延時控制電路，可使繼電器RLl的動 作時間滯后于焊機(jī)電源開關(guān)合上的時間，從而達(dá)到防止合閘浪涌電流沖擊損壞電源開關(guān)等 器件的目的；當(dāng)接通供電電源(即在L、N的兩端有220V或230V等交流電壓)時，由于電源 開關(guān)合上后的一段時間內(nèi)，十24V電壓還沒有產(chǎn)生，因此，繼電器RLl的動作時間會落后于 電源開關(guān)的動作時間；在這段時間內(nèi)，繼電器RLl的觸頭還沒有閉合，電流只能夠通過電阻 R4給整流器PDl供電，進(jìn)而給濾波電解電容C21和C22充電。當(dāng)C21和C22充電達(dá)到穩(wěn)定 的時候，繼電器RLl才會動作。RLl的常開觸點(diǎn)閉合，從而短接電阻R4。如果沒有R4、RLl 及其控制電路，則接通電源開關(guān)后，由于電解電容C21和C22上的電壓為零，相當(dāng)于整流器 PDI的輸出端處于短路狀態(tài)，因此，會在roi的輸入端產(chǎn)生很大的電流，甚至?xí)龎恼髌?PD1?？梢?，電阻R4的延時被短路，可起到減少啟動電流或者說上電緩沖的作用，進(jìn)而保護(hù) 整流器roi、開關(guān)不至于被過大的電流燒壞，當(dāng)然，如果進(jìn)入正常的逆變輸出，而由于某種原因使繼電器RLl沒有動作，則電阻R4會因流過較大的電流而燒壞，這是應(yīng)該盡量避免的電路故障。[0018]在焊機(jī)輸出特性控制電路部分的作用下，可獲得幾十KHz左右的脈沖寬度調(diào)制 (PWM)信號，通過該信號可使Q4場效應(yīng)管處于高頻通、斷的控制狀態(tài)。再通過驅(qū)動脈沖控制電路部分，獲得按一定規(guī)律變化可驅(qū)動Q5與Q8管組交替導(dǎo)通的控制信號，Q5與Q8管組的交替導(dǎo)通，可在逆變主變壓器T3的初級繞組中產(chǎn)生高頻交變電流和電壓，通過T3的降壓作用，獲得一定的高頻交流電壓和電流，經(jīng)快速恢復(fù)二極管D32 D41的整流作用，從而獲得滿足焊接要求的直流電壓和電流。也就是說，在控制電路的作用下，焊機(jī)的輸出特性為下降外特性，可獲得滿足手工電弧焊工藝的要求。[0019]T2為電流檢測互感器，可檢測變壓器T3的初級電流，該電流的大小與本焊機(jī)輸出的焊接電流成正比；輸出電流大，則T2檢測到電流信號也較大；該電流檢測信號作為電流負(fù)反饋信號，通過圖2中的A、B兩端輸入到控制電路部分，并與調(diào)節(jié)焊接電流大小的電位器R23產(chǎn)生的電流給定信號進(jìn)行比較，通過控制電路可獲得驅(qū)動Q4工作的脈沖寬度調(diào)制信號。該信號的頻率是固定的，可達(dá)幾十KHz左右；但是，脈沖的寬度則是會改變的；其變化規(guī)律是焊接時，當(dāng)電位器R23產(chǎn)生的電流給定信號增大時，輸出的焊接電流也會隨之增加，反之，則會減??；當(dāng)電位器R23產(chǎn)生的電流給定信號不變時，隨著焊接電流的增加，電流負(fù)反饋信號增大，由于它的極性與給定信號的極性相反，因此，會使驅(qū)動Q4工作的脈沖寬度減小，于是產(chǎn)生的IGBT的脈沖寬度也隨之減小，IGBT的導(dǎo)通時間縮短，這就會使輸出的電壓降低，即在給定不變的情況下，焊接電流增大，輸出電壓降低，這也就是獲得了所謂的滿足手工電弧焊要求的下降外特性。[0020]如圖4所示，對于驅(qū)動電路，主要由驅(qū)動脈沖變壓器Tl、場效應(yīng)管Q4、穩(wěn)壓管 D16 17和D29 30、三極管Q6和Q7以及它們外圍的電阻、電容、二極管等組成。Q6和 Q7三極管及其外圍元器件組成的電路在結(jié)構(gòu)上是基本一致的。驅(qū)動脈沖控制電路的作用主要是根據(jù)焊機(jī)輸出特性控制電路產(chǎn)生的PWM脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生兩路IGBT的驅(qū)動控制脈沖信號，使Q5、Q8 IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷，從而在逆變主變壓器的初級繞組中獲得交流電流和電壓。[0021 ] 如圖2-5所示，焊機(jī)輸出特性控制電路主要由可調(diào)電位器R23、運(yùn)算放大器U2和脈沖寬度調(diào)制器U1，以及它們周圍的很多SMT貼片工藝的電阻、電容、三極管等元器件組成； 電路的主要作用是控制電焊機(jī)的輸出特性，當(dāng)電位器R23產(chǎn)生的電流給定信號增大時，輸出的焊接電流也會隨之增加，反之，則會減?。划?dāng)電位器R23產(chǎn)生的電流給定信號不變時， 隨著焊接電流的增加，T2檢測到的電流負(fù)反饋信號增大，由于它的極性與給定信號的極性相反，因此，通過電路的控制，會使驅(qū)動Q4工作的脈沖寬度減小，于是驅(qū)動電路產(chǎn)生的IGBT 驅(qū)動的脈沖寬度也隨之減小，IGBT的導(dǎo)通時間縮短，這就會使輸出的電壓降低；通過上述控制作用，可使焊接電源的輸出特性滿足電弧焊工藝的要求。[0022]良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計是本實(shí)用新型的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。
權(quán)利要求1.一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括上電緩沖和電源電路、單管IGBT組成的雙單端逆變主電路、驅(qū)動電路、焊機(jī)輸出特性控制電路；上述的這些電路部分和兀器件都布置在一塊電路板上。
2.如權(quán)利要求I所述的一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)，其特征在于其特征在于在所述的包括上電緩沖和電源電路、單管IGBT組成的雙單端逆變主電路、驅(qū)動電路、焊機(jī)輸出特性控制電路中只有輸入濾波電感、繼電器、整流器及其散熱器、濾波電解電容、IGBT及其散熱器、逆變主變壓器、輸出整流的快速恢復(fù)二極管及其散熱器、冷卻電風(fēng)扇、電流檢測互感器、脈沖驅(qū)動變壓器、三端穩(wěn)壓器、少數(shù)電阻和電容這些尺寸大的元器件采用手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進(jìn)行自動安裝和焊接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種單板IGBT逆變弧焊機(jī)電路結(jié)構(gòu)，它包括上電緩沖和電源電路、單管IGBT組成的雙單端逆變主電路、驅(qū)動電路、焊機(jī)輸出特性控制電路；上述的這些電路部分和元器件都布置在一塊電路板上；本實(shí)用新型采用大量的貼片電子元器件和SMT表面貼裝工藝方法來生產(chǎn)產(chǎn)品；在電路板上，由于只有輸入濾波電感、繼電器、整流器及其散熱器、濾波電解電容、IGBT及其散熱器、逆變主變壓器等少量尺寸大的元器件需要手工裝配和焊接外，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進(jìn)行自動安裝和焊接，因此，電路板的生產(chǎn)和安裝十分方便、快捷，產(chǎn)品的合格率和生產(chǎn)效率高，最終使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本低，市場競爭力強(qiáng)。
文檔編號B23K9/095GK202804449SQ201220460590
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者朱宣東, 魏繼昆, 潘洪雷, 朱宣輝, 陳法慶 申請人:浙江肯得機(jī)電股份有限公司