專利名稱：多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電焊機(jī)，尤其是一種電焊機(jī)的電源。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的焊機(jī)電源一般都是用模擬技術(shù)通過(guò)電流或電壓反饋來(lái)控制電源，這種方式用在一般的焊接方式(手工焊，氬弧焊和等離子切割等)，一般可以滿足焊接要求，但在一些焊接要求比較高的方式(高效熔化極焊接)用一般的模擬技術(shù)來(lái)控制就不是很理想，主要是控制精度不能滿足焊接要求。傳統(tǒng)的焊機(jī)電源中主線路一般都是采用硬開關(guān)逆變技術(shù)，這種方式功率器件的損耗大易損壞可靠性差。傳統(tǒng)的焊機(jī)電源中的功率器件的保護(hù)也做得不夠完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，增強(qiáng)了過(guò)流保護(hù)措施，采用高精度的電流傳感器并結(jié)合數(shù)字單片機(jī)對(duì)反饋的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行控制，優(yōu)化了開關(guān)逆變電路的驅(qū)動(dòng)邏輯。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，包括主線路、控制線路、供電變壓線路；
所述主線路包括依次電連接的EMI防干擾電路、輸入整流電路、軟開關(guān)逆變電路、輸出變壓器、輸出整流電路和電焊機(jī)輸出端；
所述控制線路包括:
連接電焊機(jī)輸出端的取樣電路，采集電焊機(jī)輸出的電壓和電流信號(hào)；
焊接參數(shù)設(shè)定模塊，用于設(shè)定焊接參數(shù)值；
連接取樣電路和焊接參數(shù)設(shè)定模塊的數(shù)字控制電路，接收并處理取樣電路采集的電焊機(jī)輸出電壓和電流信號(hào)，接收并處理焊接參數(shù)設(shè)定模塊所設(shè)定的焊接參數(shù)值，輸出產(chǎn)生焊接控制信號(hào)；
連接數(shù)字控制電路和軟開關(guān)逆變電路的軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，接受數(shù)字控制電路輸出的焊接控制信號(hào)的控制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)并傳給軟開關(guān)逆變電路；驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)使得軟開關(guān)逆變電路中的功率器件IGBT管工作在“軟開關(guān)”模式下。所述供電變壓線路的輸入端連接EMI防干擾電路的輸出端，供電變壓線路的輸出端分別連接所述軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、焊接參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)字控制電路；供電變壓線路提供工作電源給所述控制線路中的模塊或電路。優(yōu)選地，所述軟開關(guān)逆變電路，其輸出回路里設(shè)置有電流保護(hù)器Wl，電流保護(hù)器Wi的輸出端連接軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路；電流保護(hù)器Wi采集軟開關(guān)逆變電路的輸出電流，傳給軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，以使軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路在軟開關(guān)逆變電路的輸出電流大于設(shè)定閾值時(shí)產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)，以關(guān)斷軟開關(guān)逆變電路中的IGBT管。優(yōu)選地,所述控制線路中還包括一個(gè)連接數(shù)字控制電路的焊接專家模塊；焊接專家模塊內(nèi)置有通過(guò)大量的焊接試驗(yàn)得到的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，還有國(guó)內(nèi)外的焊接專家提供的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?yàn)閿?shù)字控制電路提供焊接參數(shù)的對(duì)比。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):采用新型的單片機(jī)STM32F103通過(guò)高精度的電流和電壓反饋對(duì)焊接進(jìn)行精確計(jì)算和對(duì)比來(lái)控制主線路，使焊接電弧的穩(wěn)定度大幅度的提高。主線路采用數(shù)字軟開關(guān)技術(shù)，降低了功率器件的開關(guān)損耗。使用新型的功率器件IGBT，使整機(jī)的損耗大幅度的降低并提高了可靠性。加強(qiáng)了對(duì)功率器件IGBT的保護(hù)。


圖1為本發(fā)明的電路邏輯框圖。圖2為本發(fā)明的電路原理圖。圖3為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示:
一種多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，包括主線路、控制線路、供電變壓線路11;
所述主線路包括依次電連接的EMI防干擾電路1、輸入整流電路2、軟開關(guān)逆變電路3、輸出變壓器4、輸出整流電路5和電焊機(jī)輸出端；
所述控制線路包括:
連接電焊機(jī)輸出端的取樣電路6，采集電焊機(jī)輸出的電壓和電流信號(hào)；
焊接參數(shù)設(shè)定模塊8，用于設(shè)定焊接參數(shù)值；
連接取樣電路6和焊接參數(shù)設(shè)定模塊8的數(shù)字控制電路7，接收并處理取樣電路6采集的電焊機(jī)輸出電壓和電流信號(hào)，接收并處理焊接參數(shù)設(shè)定模塊8所設(shè)定的焊接參數(shù)值，輸出產(chǎn)生焊接控制信號(hào)；
連接數(shù)字控制電路7和軟開關(guān)逆變電路3的軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10，接受數(shù)字控制電路7輸出的焊接控制信號(hào)的控制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)并傳給軟開關(guān)逆變電路3 ；
所述供電變壓線路11的輸入端連接EMI防干擾電路I的輸出端，供電變壓線路11的輸出端分別連接所述軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10、焊接參數(shù)設(shè)定模塊8、數(shù)字控制電路7 ;供電變壓線路11提供工作電源給所述控制線路中的模塊或電路。優(yōu)選地，所述軟開關(guān)逆變電路3，其輸出回路里設(shè)置有電流保護(hù)器W1，電流保護(hù)器Wl的輸出端連接軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10 ;電流保護(hù)器Wl采集軟開關(guān)逆變電路3的輸出電流，傳給軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10，以使軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10在軟開關(guān)逆變電路3的輸出電流大于設(shè)定閾值時(shí)產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)，以關(guān)斷軟開關(guān)逆變電路3中的IGBT管。優(yōu)選地，所述控制線路中還包括一個(gè)連接數(shù)字控制電路7的焊接專家模塊9 ;焊接專家模塊9內(nèi)置有通過(guò)大量的焊接試驗(yàn)得到的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，還有國(guó)內(nèi)外的焊接專家提供的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?yàn)閿?shù)字控制電路7提供焊接參數(shù)的對(duì)比。本發(fā)明的電路原理如圖2所示，工頻交流電輸入本電焊機(jī)以后，首先進(jìn)入EMI防干擾電路1，EMI防干擾電路I由一系列的濾波電感和濾波電容組成，可以有效濾除電網(wǎng)中的干擾。EMI防干擾電路I后一級(jí)連接的是輸入整流電路2，所述輸入整流電路2包括整流橋QL1，濾波電容C1、C2、C3 ;濾波電容Cl并聯(lián)在整流橋QLl的兩個(gè)輸出端，濾波電容C2和C3串聯(lián)后再并聯(lián)在整流橋QLl的兩個(gè)輸出端；濾波電容C2和C3的連接節(jié)點(diǎn)接地。輸入整流電路2為下一級(jí)軟開關(guān)逆變電路3提供直流電。輸入整流電路2后一級(jí)連接的是軟開關(guān)逆變電路3，所述軟開關(guān)逆變電路3主要由1681'管以、02、03、04組成，各IGBT管均采用內(nèi)置阻尼二極管的IGBT (圖2中未畫出內(nèi)置的阻尼二極管)。IGBT管Ql和Q2的集電極連接在一起并連接輸入整流電路2的正輸出端，IGBT管Q3和Q4的發(fā)射極連接在一起并連接輸入整流電路2的負(fù)輸出端；IGBT管Q2的發(fā)射極和IGBT管Q4的集電極相連，作為軟開關(guān)逆變電路3的第一輸出端，IGBT管Ql的發(fā)射極和IGBT管Q3的集電極相連，作為軟開關(guān)逆變電路3的第二輸出端；IGBT管Ql、Q2、Q3、Q4的各柵極和發(fā)射極分別連接軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10的輸出端，接受軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10輸出的驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)；
所述輸出變壓器4包括初級(jí)L10、帶有中間抽頭的次級(jí)L11、L12和L13 ;上述軟開關(guān)逆變電路3的第一輸出端連接輸出變壓器4初級(jí)LlO的一端，LlO的另一端通過(guò)電容C4連接電流保護(hù)器W1，電流保護(hù)器Wl連接軟開關(guān)逆變電路3的第二輸出端，形成了軟開關(guān)逆變電路3的輸出回路；本輸出變壓器4采用多個(gè)次級(jí)并聯(lián)，可以有效地增大輸出電流。電流保護(hù)器Wl采集軟開關(guān)逆變電路3的輸出電流，傳給軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10，以便軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10在軟開關(guān)逆變電路3的輸出電流過(guò)大時(shí)產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)，以及時(shí)關(guān)斷IGBT管 Ql、Q2、Q3、Q4，防止 IGBT 管 Ql、Q2、Q3、Q4 損壞。所述輸出整流電路5包括電阻R11、R12、R13，電容Cll、C12、C13，整流二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，電感L14 ;電阻Rll和電容Cll串聯(lián)后再并聯(lián)在輸出變壓器4次級(jí)Lll的兩端，電阻R12和電容C12串聯(lián)后再并聯(lián)在輸出變壓器4次級(jí)L12的兩端，電阻R13和電容C13串聯(lián)后再并聯(lián)在輸出變壓器4次級(jí)L13的兩端；輸出變壓器4次級(jí)L11、L12、L13各自的中間抽頭連接在一起，并與電感L14的一端相連；整流二極管D1、D2、D3各自的陽(yáng)極分別與Lll的一端、L12的一端、L13的一端相連，整流二極管D4、D5、D6各自的陽(yáng)極分別與Lll的另一端、L12的另一端、L13的另一端相連；整流二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6各自的陰極連接在一起并同電焊機(jī)的正輸出端連接。所述取樣電路6包括電壓采樣線路，其將電焊機(jī)的正輸出端和負(fù)輸出端分別連接至所述數(shù)字控制電路7，電壓采樣線路采集電焊機(jī)輸出的電壓信號(hào)，并反饋給數(shù)字控制電路7 ;所述取樣電路6還包括一電流傳感器W2，電流傳感器W2串接在所述電感L14的另一端和電焊機(jī)的負(fù)輸出端之間，電流傳感器W2的輸出端連接所述數(shù)字控制電路7，電流傳感器W2采集電焊機(jī)輸出的電流信號(hào)，并反饋給數(shù)字控制電路7。電流傳感器W2選用了萊姆公司的LAH100-P,其精度高，穩(wěn)定性好。所述焊接參數(shù)設(shè)定模塊8主要由單片機(jī)U2組成，用于設(shè)定焊接參數(shù)值；本實(shí)施例單片機(jī)U2采用STC12C5A60AD，可以設(shè)置各種焊接(鋁，不銹鋼，碳鋼，銅)的詳細(xì)參數(shù)，主要包括焊接電流，焊接電壓，脈沖頻率，收弧電流，收弧電壓等，給數(shù)字控制電路7提供各種焊接參數(shù)的預(yù)設(shè)值。所述焊接專家模塊9主要由單片機(jī)U3組成，本實(shí)施例單片機(jī)U3采用STC12C5A60S2。焊接專家模塊9內(nèi)置有通過(guò)大量的焊接試驗(yàn)得到的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，還有國(guó)內(nèi)外的焊接專家提供的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?yàn)閿?shù)字控制電路7提供焊接參數(shù)的對(duì)比。
所述數(shù)字控制電路7主要由單片機(jī)Ul組成，本實(shí)施例單片機(jī)Ul采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103，數(shù)字控制電路7處理所獲得的靜態(tài)焊接參數(shù)和動(dòng)態(tài)焊接參數(shù)，給軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10提供最佳的焊接控制信號(hào)，使電焊機(jī)工作在最佳的狀況，保證了各種焊接的成型和質(zhì)量。所述靜態(tài)焊接參數(shù)包括焊接參數(shù)設(shè)定模塊8所設(shè)定的焊接參數(shù)值、調(diào)用焊接專家模塊9提供的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)中的焊接參數(shù)。所述動(dòng)態(tài)焊接參數(shù)是指接收到的取樣電路6采集的電焊機(jī)輸出電壓和電流信號(hào)。所述軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10主要由CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件)組成，其接受數(shù)字控制電路7輸出的焊接控制信號(hào)的控制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)并傳給軟開關(guān)逆變電路3。由于采用了成熟的CPLD軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10，大幅減少電路中器件的使用數(shù)量，減小電路板的使用面積，縮短了線路板的線路長(zhǎng)度，所以大幅降低線路板的故障點(diǎn)，增強(qiáng)了線路板的抗干擾能力，提聞了線路板的可罪性，能精確的控制IGBT管的開關(guān)時(shí)序。驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)如圖3所不,驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)包含四路相同周期的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1、S2、S3、S4，在一個(gè)周期內(nèi)，SI和S4的正脈沖起始于同一時(shí)刻，S4的正脈沖寬度大于SI的正脈沖寬度，S4的正脈沖終止后，間隔一死區(qū)時(shí)間，S3和S2的正脈沖起始于同一時(shí)刻，S3和SI的正脈沖寬度相等，S2和S4的正脈沖寬度相等，S2的正脈沖終止后，又間隔一死區(qū)時(shí)間，才開始下一周期。四路電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1、S2、S3、S4分別加到IGBT管Ql的柵極和發(fā)射極、IGBT管Q2的柵極和發(fā)射極、IGBT管Q3的柵極和發(fā)射極、IGBT管Q4的柵極和發(fā)射極。IGBT管的工作時(shí)序?yàn)?1，初始時(shí)候Ql和Q4同時(shí)開通,到Ql關(guān)斷時(shí)由于Q4還是處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此Ql在關(guān)斷時(shí)承受的電壓很小。2，到Q4關(guān)斷時(shí)，由于IGBT管內(nèi)部的阻尼二極管有續(xù)流作用，削去了輸出變壓器4初級(jí)LlO的自感電壓，因此Q4在關(guān)斷時(shí)承受的電壓也很小。3，在Q4關(guān)斷和Q3開通之間存在一死區(qū)時(shí)間，這樣Q2和Q3在開通時(shí)輸出變壓器4初級(jí)LlO的電壓已經(jīng)幾乎為零。4，接著Q2和Q3的工作過(guò)程與Ql和Q4的工作過(guò)程是一樣的，Q2導(dǎo)通結(jié)束后，下一周期前，在Q2關(guān)斷和Ql開通之間也存在一死區(qū)時(shí)間。整個(gè)一個(gè)周期，四只IGBT管在開通和關(guān)閉時(shí)承受的電壓都比較小，從而可以降低IGBT管的開關(guān)損耗。所述供電變壓線路11包括變壓器TRl和TR2，從EMI防干擾電路I的輸出端得到工頻交流電，降壓后供給軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路10、焊接參數(shù)設(shè)定模塊8、數(shù)字控制電路7、焊接專家模塊9。
權(quán)利要求
1.一種多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:包括主線路、控制線路、供電變壓線路； 所述主線路包括依次電連接的EMI防干擾電路、輸入整流電路、軟開關(guān)逆變電路、輸出變壓器、輸出整流電路和電焊機(jī)輸出端； 所述控制線路包括: 連接電焊機(jī)輸出端的取樣電路，采集電焊機(jī)輸出的電壓和電流信號(hào)； 焊接參數(shù)設(shè)定模塊，用于設(shè)定焊接參數(shù)值； 連接取樣電路和焊接參數(shù)設(shè)定模塊的數(shù)字控制電路，接收并處理取樣電路采集的電焊機(jī)輸出電壓和電流信號(hào)，接收并處理焊接參數(shù)設(shè)定模塊所設(shè)定的焊接參數(shù)值，輸出產(chǎn)生焊接控制信號(hào)； 連接數(shù)字控制電路和軟開關(guān)逆變電路的軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，接受數(shù)字控制電路輸出的焊接控制信號(hào)的控制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)并傳給軟開關(guān)逆變電路； 所述供電變壓線路的輸入端連接EMI防干擾電路的輸出端，供電變壓線路的輸出端分別連接所述軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、焊接參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)字控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述軟開關(guān)逆變電路，其輸出回路里設(shè)置有電流保護(hù)器W1，電流保護(hù)器Wl的輸出端連接軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路；電流保護(hù)器Wl采集軟開關(guān)逆變電路的輸出電流，傳給軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，以使軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路在軟開關(guān)逆變電路的輸出電流大于設(shè)定閾值時(shí)產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述控制線路中還包括一個(gè)連接數(shù)字控制電路的焊`接專家模塊。
4.如權(quán)利要求1或2所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述軟開關(guān)逆變電路主要由1681'管以、02、03、04組成，IGBT管Ql和Q2的集電極連接在一起并連接輸入整流電路的正輸出端，IGBT管Q3和Q4的發(fā)射極連接在一起并連接輸入整流電路的負(fù)輸出端；IGBT管Q2的發(fā)射極和IGBT管Q4的集電極相連，作為軟開關(guān)逆變電路的第一輸出端，IGBT管Ql的發(fā)射極和IGBT管Q3的集電極相連，作為軟開關(guān)逆變電路的第二輸出端；IGBT管Ql、Q2、Q3、Q4的各柵極和發(fā)射極分別連接軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，接受軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)包含四路相同周期的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1、S2、S3、S4,在一個(gè)周期內(nèi)，SI和S4的正脈沖起始于同一時(shí)刻，S4的正脈沖寬度大于SI的正脈沖寬度，S4的正脈沖終止后，間隔一死區(qū)時(shí)間，S3和S2的正脈沖起始于同一時(shí)刻，S3和SI的正脈沖寬度相等，S2和S4的正脈沖寬度相等，S2的正脈沖終止后，又間隔一死區(qū)時(shí)間，才開始下一周期；四路電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1、S2、S3、S4分別加到IGBT管Ql的柵極和發(fā)射極、IGBT管Q2的柵極和發(fā)射極、IGBT管Q3的柵極和發(fā)射極、IGBT管Q4的柵極和發(fā)射極。
6.如權(quán)利要求1或2所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述取樣電路包括電壓采樣線路，其將電焊機(jī)的正輸出端和負(fù)輸出端分別連接至所述數(shù)字控制電路，電壓采樣線路采集電焊機(jī)輸出的電壓信號(hào)，并反饋給數(shù)字控制電路；所述取樣電路還包括一電流傳感器W2，電流傳感器W2采集電焊機(jī)輸出的電流信號(hào)，并反饋給數(shù)字控制電路。
7.如權(quán)利要求6所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述電流傳感器W2為萊姆公司的LAHlOO-P。
8.如權(quán)利要求1或2所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述數(shù)字控制電路主要由單片機(jī)Ul組成。
9.如權(quán)利要 求1或2所述的多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于:所述輸出變壓器采用多個(gè)次級(jí)并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多功能數(shù)字熔化極電焊機(jī)，其特征在于包括主線路、控制線路、供電變壓線路；所述主線路包括依次電連接的EMI防干擾電路、輸入整流電路、軟開關(guān)逆變電路、輸出變壓器、輸出整流電路和電焊機(jī)輸出端；所述控制線路包括連接電焊機(jī)輸出端的取樣電路，采集電焊機(jī)輸出的電壓和電流信號(hào)；焊接參數(shù)設(shè)定模塊，用于設(shè)定焊接參數(shù)值；連接取樣電路和焊接參數(shù)設(shè)定模塊的數(shù)字控制電路，接收并處理取樣電路采集的電焊機(jī)輸出電壓和電流信號(hào)，接收并處理焊接參數(shù)設(shè)定模塊所設(shè)定的焊接參數(shù)值，輸出產(chǎn)生焊接控制信號(hào)；連接數(shù)字控制電路和軟開關(guān)逆變電路的軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。本電焊機(jī)焊接精度高，性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B23K9/10GK103170710SQ20131010306
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者徐旦, 劉清江 申請(qǐng)人:無(wú)錫洲翔成套焊接設(shè)備有限公司