專利名稱：一種采用單管igbt單板的逆變弧焊機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子控制的焊接設備，具體是一種采用單管IGBT單板的逆變弧焊機。
背景技術：
IGBT是一種功率開關電子器件，IGBT的封裝(或外形結構)形式是比較多的，可詳見一些相關技術資料的說明，粗略地說，主要有模塊式IGBT和單管IGBT等形式，前者體積大，電流和電壓等級高，價格貴，主要用于工業(yè)大電流電器產(chǎn)品的制造；而后者則體積小，電流和電壓等級低，價格低，主要用于小功率和低電流等級電器產(chǎn)品的制造，如小型和家用逆變焊機等。當前，電焊機市場產(chǎn)品的競爭十分激烈，不僅體現(xiàn)在技術的先進性和優(yōu)勢上，還在很大程度上取決于生產(chǎn)制造工藝的水平、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。目前，160A以下電流等級的逆變電弧焊機，采用單管IGBT組成的逆變主電路和控制電路構成的逆變焊機種類是比較多的，它們的電路和結構形式也是多種多樣的。不同的電路及其結構設計思路，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，焊機的性能指標包括輸出的電流/電壓范圍及其對應的負載持續(xù)率、絕緣等級、溫升、焊機的工作可靠性、制造成本等也可能會表現(xiàn)出一些差距，即使是在相同的產(chǎn)品性能指標下，由于具體電路及其結構設計方面的不同，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、高效、適合于大批量自動化生產(chǎn)和檢測的設備，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。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種采用單管IGBT單板的逆變弧焊機，除具別功耗和體積較大的元器件需要手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進行自動安裝和焊接，采用先進的自動貼片機進行加工，不僅生產(chǎn)效率高，而且出錯率低、質量好、制作成本低，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。為實現(xiàn)上述目的采用以下技術方案:一種采用單管IGBT單板的逆變弧焊機，其特征在于:采用單管IGBT組成的逆變主電路和控制電路構成，整個電路部分布置在一塊電路板上，只有繼電器、整流器、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二極管及其散熱器、冷卻電風扇、電流檢測互感器、脈沖驅動變壓器采用手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進行自動安裝和焊接在電路板上。本實用新型不僅采用了先進的逆變控制技術，而且還采用了大量的SMT貼片生產(chǎn)、檢測等技術和工藝，因而具有結構簡單、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造技術先進等優(yōu)點；在電路板上，可通過改變IGBT管的電流等級，以及調(diào)整輸出快速恢復二極管的電流等級，并結合修改電路板上少量電容、電阻的參數(shù)值，即可改變焊機的輸出電流或功率的大小，容易形成符合國家和國際標準的系列化多規(guī)格的產(chǎn)品，具有良好的生產(chǎn)靈活性。

圖1是本實用新型焊機的結構示意圖圖2是本實用新型焊機的電路板元器件布局示意圖圖1中部份清單:1、自攻螺絲；2、提手；3、電源線；4、開關；5、塑料后面板；6、機箱外殼；7、塑料前面板；8、電流調(diào)節(jié)電位器和旋鈕；9、LED指示燈；10、快速接頭；11、濾波電解電容；12、電解電容；13、繼電器；14、熱敏電阻；15、電阻；16、電解電容；17、IGBT ;18、IGBT散熱器；19、IGBT驅動小板；20、驅動變壓器；21、IGBT散熱器；22、IGBT ;23、電流檢測互感器；24、直流風機；25、整流橋散熱器；26、開關電源變壓器；27、整流器；28、溫度繼電器；29、逆變主變壓器；30、電路板；31、機箱底板。
具體實施方式
如圖1-2所示，一種采用單管IGBT單板的逆變弧焊機，采用單管IGBT組成的逆變主電路和控制電路構成，整個電路部分布置在一塊電路板上，只有繼電器13、整流器27、濾波電解電容1UIGBT22及其散熱器18、21、逆變主變壓器30、輸出整流的快速恢復二極管及其散熱器、冷卻電風扇、電流檢測互感器、脈沖驅動變壓器采用手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進行自動安裝和焊接在電路板上。整流器27及其散熱器25、濾波電解電容DJDRl DJDR3、IGBTl IGBT4及其散熱器17、18、21、22、快恢復二極管狃1 腿4、逆變變壓器他28、保護阻容電路等組成逆變主電路，逆變主電路的次級整流由快恢復二極管KHl KH4來完成，OUTPUT ( + )和OUTPUT(一)為電路板的輸出端，分別連接到焊機的輸出正、負快速接頭端子。附圖2中的開關電源變壓器KGDB及其周圍的三端集成穩(wěn)壓器等附屬電路構成直流穩(wěn)壓電路，可獲得穩(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。在附圖1和附圖2中，電阻RT、繼電器JDQ及其控制電路組成上電緩沖電路，可使繼電器JDQ的動作時間滯后于焊機電源開關4合上的時間，從而達到防止合閘浪涌電流沖擊損壞電源開關等器件的目的，當接通供電電源時，由于電源開關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JDQ的動作時間會落后于電源開關的動作時間，在這段時間內(nèi)，繼電器JDQ的觸頭還沒有閉合，電流只能通過電阻RT給整流器供電，進而給濾波電解電容DJDRl DJDR3充電，當DJDRl DJDR3充電達到穩(wěn)定的時候，繼電器JDQ才會動作，JDQ的常開觸點閉合，從而短接電阻RT，如果沒有RT、JDQ及其控制電路，則接通電源開關后，由于電解電容DJDRl DJDR3上的電壓為零，相當于整流器27的輸出端處于短路狀態(tài)，因此，會在PDl的輸入端產(chǎn)生很大的電流，甚至會燒壞整流器27，可見，電阻RT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，進而保護整流器ro1、開關不致于被過大的電流燒壞，當然，如果進入正常的逆變輸出，而由于某種原因使繼電器JDQ沒有動作，則電阻RT會因流過較大的電流而燒壞，這是應該盡量避免的電路故障。在焊機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，通過該信號和驅動控制電路部分，獲得按一定規(guī)律變化可驅動IGBTl IGBT4管組交替導通的控制信號，IGBTl IGBT4管組的交替導通，可在逆變主變壓器NBZB的初級繞組中產(chǎn)生高頻交變電流和電壓，通過逆變主變壓器NBZB的降壓作用，獲得一定的高頻交流電壓和電流，經(jīng)快速恢復二極管KHl KH4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。附圖1中的23為電流檢測互感器CT，可檢測逆變主變壓器的初級電流，該電流的大小與本焊機輸出的焊接電流成正比，輸出電流大，則CT檢測到電流信號也較大，該電流檢測信號作為電流負反饋信號，輸入到相應的控制電路部分，并與電位器Ug產(chǎn)生的電流給定信號進行比較，通過控制電路可獲得驅動IGBTl IGBT4管工作的脈沖寬度調(diào)制信號，該信號的頻率是固定的，可達幾十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，當電位器Ug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，則會減小，當電位器Ug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，會使驅動IGBTl IGBT4管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。附圖2中，IGBT的驅動電路主要由驅動變壓器QDB、驅動小電路板等器件或電路組成，驅動電路的輸出端分別連接到功率開關IGBTl IGBT4管，目的是在控制信號的作用下，推動IGBTl IGBT4的工作；原理是:在脈沖寬度調(diào)制芯片U4輸出信號的控制下，驅動變壓器QDB可處于通或斷的交替工作狀態(tài)，其工作的頻率由脈沖寬度調(diào)制芯片U4的輸出信號決定，同時，在驅動變壓器QDB和驅動小電路板的作用下，可獲得功率開關IGBTl IGBT4管的驅動脈沖電壓信號，在這一控制電壓作用下，IGBTl IGBT4管可按照控制的要求實現(xiàn)通或斷的交替工作狀態(tài)，最終完成焊機輸出特性的控制等要求。參看附圖1和附圖2，焊機輸出特性控制電路主要由可調(diào)電位器Ug、脈沖寬度調(diào)制器U4、集成電路Ul U3、微調(diào)電位器WTI和WT2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，這些電路的主要作用是:1)控制電焊機的輸出特性，當電位器Ug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?。划旊娢黄鱑g產(chǎn)生的電流給定信號不變時，隨著焊接電流的增加，附圖1中的23為電流檢測互感器CT檢測到的電流負反饋信號增大，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，會使驅動IGBTl IGBT4管工作的脈沖寬度減小，于是驅動電路產(chǎn)生的IGBT驅動的脈沖寬度也隨之減小，IGBT的導通時間縮短，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；2)通過調(diào)節(jié)微調(diào)電位器WTl和WT2，可校正焊機輸出的額定最小和最大電流；3)當附圖1中的溫度繼電器28檢測到快速恢復二極管KHl KH4的散熱器處于過熱狀態(tài)時，該溫度繼電器28動作，通過相應電路的控制，可使焊接處于過熱保護狀態(tài)，停止輸出大電流，防止燒壞IGBTl IGBT4管和快速恢復二極管KHl KH4管；4)在焊接輸出電流過程中，當檢測到焊機的輸出電壓低于16V時，通過控制電路的作用，可使IGBT的脈沖寬度隨著電壓的降低而增加，從而實現(xiàn)隨著焊機輸出電壓降低而輸出電流增大的現(xiàn)象。這就是實現(xiàn)所謂的“推力電流”控制，滿足手工電弧焊工藝的要求。本實用新型良好的電路及其結構設計是本實用新型的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術先進性的重要保障。
權利要求1.一種采用單管IGBT單板的逆變弧焊機，其特征在于:采用單管IGBT組成的逆變主電路和控制電路構成，整個電路部分布置在一塊電路板上，只有繼電器、整流器、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二極管及其散熱器、冷卻電風扇、電流檢測互感器、脈沖驅動變壓器采用手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進行自動安裝和焊接在電路板上。
專利摘要本實用新型涉及是一種采用單管IGBT單板的逆變弧焊機，采用單管IGBT組成的逆變主電路和控制電路構成，整個電路部分布置在一塊電路板上，只有繼電器、整流器、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二極管及其散熱器、冷卻電風扇、電流檢測互感器、脈沖驅動變壓器采用手工裝配和焊接，其它大量的電子元器件都采用SMT貼片器件進行自動安裝和焊接在電路板上，電路板采用了大量的表面貼片電子元器件和SMT表面貼裝工藝方法進行自動加工，故焊機的生產(chǎn)效率高、制作成本低。在電路板結構設計方面，所述焊機具有自己的布局特色，有設計創(chuàng)新性。
文檔編號B23K9/10GK202963742SQ201220738288
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權日2012年12月29日
發(fā)明者朱宣東, 孫敏, 魏繼昆, 陳法慶, 朱宣輝 申請人:浙江肯得機電股份有限公司