本發(fā)明涉及一種單相220v和380v電源都能使用的igbt單管逆變式手弧焊機(jī)的電路和結(jié)構(gòu)，屬于逆變焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

目前，逆變式焊機(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焊機(jī)的功能和設(shè)計(jì)等方面。

國內(nèi)外市場上，小型igbt管逆變式手弧焊兩用機(jī)的額定電流通常在80~200a（負(fù)載持續(xù)率100~15%）的水平。供電電源通常是單相220v的。單相220v和380v電源都能使用的產(chǎn)品，俗稱“全網(wǎng)電源的焊機(jī)”，或“雙電壓焊機(jī)”。這樣的同類產(chǎn)品，市場上也有一些。但很多此類產(chǎn)品，故障率很高，返修率達(dá)到20%以上。主要故障點(diǎn)是220v和380v電源自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路工作不可靠。對不同的產(chǎn)品，其控制電路原理圖、電路板結(jié)構(gòu)和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等是不同的。在產(chǎn)品的性能、可靠性、制作工藝和成本等方面，也會(huì)有較大的差異性。因此，如何開發(fā)性能好、可靠性高的焊機(jī)是有一定技術(shù)難度的。這也是本發(fā)明需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種全網(wǎng)電源電壓通用的igbt單管逆變式手弧焊機(jī)，具有手工電弧焊方法的功能，其供電電源為單相220v或380v；220v和380v電源可自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制，焊機(jī)可在150v～260v（對應(yīng)接入220v電網(wǎng)），或者300v～500v（對應(yīng)接入380v電網(wǎng)）電源電壓條件下焊接使用，具有很寬的電壓適應(yīng)性，或者說較強(qiáng)的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案：

一種全網(wǎng)電源通用的igbt單管逆變式手弧焊機(jī)，其特征在于：包括外殼、后面板、冷卻風(fēng)扇、前面板、輸出快速接頭座組件、工作電源及保護(hù)狀態(tài)指示燈、電流輸出調(diào)節(jié)電位器、控制電路板和內(nèi)部連接導(dǎo)線；焊機(jī)的控制電路板設(shè)計(jì)為四塊，一塊pcb1電源板，一塊pcb2功率控制板，一塊pcb3控制板，一塊pcb4母線保護(hù)板電路控制板，pcb1控制板上主要是開關(guān)電源控制電路部分；pcb2控制板部分包括igbt及其散熱器和驅(qū)動(dòng)控制電路、快恢復(fù)二極管及其散熱器組成的輸出整流電路、電源電壓自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路、上電緩沖控制電路部分；pcb3控制板上是微處理器及其數(shù)碼管、電流給定電位器組成的電路部分，以及輸出特性控制電路部分，輸出特性控制電路部分的核心是3846pwm脈沖寬度調(diào)制芯片及其外圍器件組成的電路；pcb4控制板上，則主要是母線保護(hù)控制電路部分；上述各控制板通過連接導(dǎo)線與焊機(jī)的開關(guān)、風(fēng)扇、逆變主變壓器連接為一個(gè)整體，整個(gè)控制電路主要是完成上電緩沖電路、220v和380v電源電壓自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路、逆變主電路、開關(guān)電源電路、igbt驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測和整流變換電路、欠壓和過熱保護(hù)檢測和控制電路、母線保護(hù)控制、電流給定電路、輸出特性控制電路組成。

所述的電源電壓自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路部分，由光耦、三極管、穩(wěn)壓管、二極管、晶閘管、繼電器以及這些器件外圍的電阻電容器組成，用于自動(dòng)檢測輸入的電源電壓，通過穩(wěn)壓管的擊穿和穩(wěn)壓，使一個(gè)三極管導(dǎo)通，進(jìn)而去使光耦的輸出級(jí)三極管導(dǎo)通；同時(shí)，使晶閘管導(dǎo)通，而該晶閘管控制著另一個(gè)三極管和繼電器的動(dòng)作，通過繼電器動(dòng)作自動(dòng)切換電380v或220v輸入。

所述的欠壓保護(hù)控制電路包括二極管、光耦、電阻、三極管組成，欠壓保護(hù)控制電路用于檢測電源電壓，通過光耦中的二極管是否發(fā)光，來控制輸出級(jí)的三極管是否導(dǎo)通，再通過通過三極管和二極管的箝位作用，使穩(wěn)壓管不會(huì)出現(xiàn)擊穿、穩(wěn)壓的情況，導(dǎo)致另外一個(gè)三極管截止，同時(shí)倍壓控制繼電器不動(dòng)作。

所述的母線保護(hù)控制電路由二極管、穩(wěn)壓管、三極管、光耦以及它們外圍的器件組成，母線保護(hù)控制電路通過插頭，使后級(jí)光耦的輸出端是并聯(lián)連接在過熱保護(hù)器上的，不同的輸入電壓，會(huì)產(chǎn)生不同的vcc母線直流電壓，通過檢測vcc電壓，并進(jìn)行相應(yīng)的控制

本發(fā)明焊機(jī)的前面板上安裝的零部件主要有：兩組輸出快速接頭座組件、工作電源指示燈（白色）、過熱等保護(hù)指示燈（黃色）、電流輸出調(diào)節(jié)電位器、電流表等部分。

保護(hù)狀態(tài)指示燈（黃色）則指示過熱、欠壓狀態(tài)是否發(fā)生。當(dāng)焊機(jī)內(nèi)部大功率器件的散熱器溫度過高，超過溫度保護(hù)繼電器的動(dòng)作溫度時(shí)，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點(diǎn)亮；另一方面，可使焊機(jī)停止焊接或輸出。在焊機(jī)不輸出的情況下，風(fēng)機(jī)的冷卻作用會(huì)使焊機(jī)內(nèi)部大功率器件的溫度降低。當(dāng)降低到溫度保護(hù)繼電器的恢復(fù)動(dòng)作溫度時(shí)，焊機(jī)過熱現(xiàn)象消除。過熱指示燈熄滅。同時(shí)，焊機(jī)可再次焊接。無論是在220v，還是在380v輸入電源電壓下，當(dāng)出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，即在接入220v電網(wǎng)，而輸入電壓低于150v，或者在接入380v電網(wǎng)，而輸入電壓在300v～260v之間時(shí)，焊機(jī)的保護(hù)狀態(tài)指示燈（黃色）均會(huì)點(diǎn)亮，指示焊機(jī)發(fā)生欠壓。只有欠壓現(xiàn)象消除后，該指示燈才會(huì)熄滅，并且焊機(jī)方可焊接使用。也就是說，本焊機(jī)可在150v～260v（對應(yīng)接入220v電網(wǎng)），或者300v～500v（對應(yīng)接入380v電網(wǎng)）電源電壓條件下工作。從上述數(shù)據(jù)來看，本焊機(jī)同時(shí)也具有良好的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力。其焊接可使用的輸入電源電壓波動(dòng)范圍均超過了電焊機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定（220v或380v）電源電壓的±10℅。當(dāng)然，根據(jù)產(chǎn)品制作的需要，在焊機(jī)的前面板上還可設(shè)置電壓表、引弧電流和推力電流調(diào)節(jié)電位器等部件，以擴(kuò)展產(chǎn)品的功能或性能。

本發(fā)明焊機(jī)的后面板上安裝的零部件主要有：電源開關(guān)、供電電源線、冷卻風(fēng)機(jī)等部分。冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行?？墒闺娐钒迳系囊恍┌l(fā)熱器件或零部件有良好的冷卻效果。

關(guān)于本發(fā)明焊機(jī)的電路抗干擾措施，主要有以下幾個(gè)方面：1）輸入濾波。輸入濾波電路由電阻和濾波電容組成。主要是對來自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，減少或降低干擾信號(hào)對本焊機(jī)控制電路工作的不利影響。2）輸出濾波。由濾波電容組成?？梢种撇ㄐ沃械拿掏蛔兓蚋蓴_信號(hào)。上述措施是保證本發(fā)明電路制成的焊機(jī)產(chǎn)品工作可靠性的一個(gè)重要前提。

對不同電流等級(jí)和負(fù)載持續(xù)率要求的本發(fā)明焊機(jī)，可通過調(diào)整電路板上少量的零部件數(shù)量和規(guī)格參數(shù)，形成不同輸出額定電流和負(fù)載持續(xù)率的產(chǎn)品，使產(chǎn)品系列化。例如，改變大電解電容的個(gè)數(shù)；改變整流橋參數(shù)；改變igbt器件的電流等級(jí)和散熱器尺寸；改變快速恢復(fù)二極管的型號(hào)和參數(shù)；改變逆變主變壓器和輸出濾波電抗器的規(guī)格和參數(shù)等，即可容易形成不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。如200a/28v、180a/27.2v、160a/26.4v、140a/25.6v等多種電流等級(jí)和規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品。當(dāng)然，這些變化，目的是使產(chǎn)品的制作成本與相應(yīng)機(jī)器的規(guī)格參數(shù)和性能指標(biāo)相匹配。這樣，每種規(guī)格型號(hào)的焊機(jī)才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的成本控制。這就提升了所開發(fā)產(chǎn)品的市場競爭力。

本發(fā)明焊機(jī)，在具體的電路設(shè)計(jì)方面，采用了成熟的控制電路，同時(shí)還設(shè)置了一些電路抗干擾的措施，因而保障了焊機(jī)工作的可靠性。

此外，本發(fā)明焊機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品制作的需要，在焊機(jī)的前面板上還可設(shè)置電壓表、引弧電流和推力電流調(diào)節(jié)電位器等部件，以擴(kuò)展產(chǎn)品的功能或性能。

本發(fā)明焊機(jī)，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊機(jī)有更好的市場適應(yīng)性；其良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是本發(fā)明的優(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。本發(fā)明焊機(jī)的電路原理、電路板和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有自己的獨(dú)特之處；本發(fā)明專利申請保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種焊機(jī)的電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

本發(fā)明焊機(jī)，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊機(jī)有更好的市場適應(yīng)性。其良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是本發(fā)明的優(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。本發(fā)明焊機(jī)的電路原理、電路板和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有自己的獨(dú)特之處。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明焊機(jī)的pcb2功率板電路原理圖；

圖3是本發(fā)明焊機(jī)的pcb1電源板電路原理圖；

圖4是本發(fā)明焊機(jī)的pcb3控制板電路原理圖；

圖5是本發(fā)明焊機(jī)的pcb4母線保護(hù)板電路原理圖；

附圖中名部件的名稱如下：1、螺絲；2、提手；3、外殼，4、pcb1電源板；5、igbt及其散熱器；6、變壓器i；7、穩(wěn)壓器及其散熱器；8、電阻；9、塑料護(hù)盒i；10、散熱器i；11、散熱器ii；12、電解電容；13、散熱器iii；14、變壓器ii；15、散熱器iv；16、過熱保護(hù)器；17、igbt；18、整流橋；19、變壓器iii；20、繼電器；21、pcb2功率控制板；22、塑料護(hù)盒ii；23、擋風(fēng)板；24、后塑料面板；25、電源開關(guān)；26、電源線；27、風(fēng)扇；28、底板；29、塑料支撐條i；30、塑料支撐條ii；31、pcb3控制板；32、前板；33、電流輸出調(diào)節(jié)電位器；34、正極性輸出快速接頭；35、負(fù)極性輸出快速接頭；36、前塑料面板；37、逆變主變壓器；38、pcb4母線保護(hù)板電路控制板。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，是利用本發(fā)明制成的一種igbt逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其焊機(jī)的主要組成部分包括：

1）外殼部分，包括外殼3、提手2、底板28、外殼螺絲等。

2）后面板部分，后面板上安裝的零部件主要有：電源開關(guān)25、電源線26、電源線拉不脫、后塑料面板24、冷卻風(fēng)扇27等部分；電源線26連接到供電電網(wǎng)。電源開關(guān)25控制焊機(jī)電源的通或斷。冷卻風(fēng)扇27位于焊機(jī)的后部，冷風(fēng)從焊機(jī)后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行?？墒棺髠?cè)電路部分的一些發(fā)熱器件或零部件，如igbt及散熱器散熱器、快速恢復(fù)二極管及散熱器等零部件得到較好的冷卻。這樣的風(fēng)道和冷卻方式設(shè)計(jì)，有利于保障焊機(jī)電路工作的可靠性，也是本發(fā)明焊機(jī)實(shí)現(xiàn)較大電流和高負(fù)載持續(xù)率的重要原因之一。

3）前面板部分。焊機(jī)前面板上安裝的零部件主要有：前塑料面板36、正極性輸出快速接頭34、負(fù)極性輸出快速接頭35、pcb3控制板31、前板32、工作電源指示燈（白色）及熱保護(hù)狀態(tài)指示燈（黃色）、電流輸出調(diào)節(jié)電位器33等部分。兩組輸出快速接頭座組件用于手工電弧焊時(shí)分別連接電焊鉗電纜和工件夾電纜；工作電源指示燈（白色）指示電源接通。保護(hù)狀態(tài)指示燈（黃色）則指示過熱、欠壓狀態(tài)是否發(fā)生。當(dāng)焊機(jī)內(nèi)部大功率器件的散熱器溫度過高，超過溫度保護(hù)繼電器的動(dòng)作溫度時(shí)，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點(diǎn)亮；另一方面，可使焊機(jī)停止焊接或輸出。在焊機(jī)不輸出的情況下，風(fēng)機(jī)的冷卻作用會(huì)使焊機(jī)內(nèi)部大功率器件的溫度降低。當(dāng)降低到溫度保護(hù)繼電器的恢復(fù)動(dòng)作溫度時(shí)，焊機(jī)過熱現(xiàn)象消除。過熱指示燈熄滅。同時(shí)，焊機(jī)可再次焊接。無論是在220v，還是在380v輸入電源電壓下，當(dāng)出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，即在接入220v電網(wǎng)，而輸入電壓低于150v，或者在接入380v電網(wǎng)，而輸入電壓在300v～260v之間時(shí)，焊機(jī)的保護(hù)狀態(tài)指示燈（黃色）均會(huì)點(diǎn)亮，指示焊機(jī)發(fā)生欠壓。只有欠壓現(xiàn)象消除后，該指示燈才會(huì)熄滅，并且焊機(jī)方可焊接使用。也就是說，本焊機(jī)可在150v～260v（對應(yīng)接入220v電網(wǎng)），或者300v～500v（對應(yīng)接入380v電網(wǎng)）電源電壓條件下工作。從上述數(shù)據(jù)來看，本焊機(jī)同時(shí)也具有良好的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力。其焊接可使用的輸入電源電壓波動(dòng)范圍均超過了電焊機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定（220v或380v）電源電壓的±10℅。當(dāng)然，根據(jù)產(chǎn)品制作的需要，在焊機(jī)的前面板32上還可設(shè)置電流表、電壓表、引弧電流和推力電流調(diào)節(jié)電位器等部件，以擴(kuò)展產(chǎn)品的功能或性能。

4）控制部分，包括pcb1電源板4、pcb2功率控制板21、pcb3控制板31和pcb4母線保護(hù)板電路控制板38。在這些控制板上，還有很多的零部件或元器件，具體是那些器件可見相關(guān)的電路原理圖和電路板元器件布局圖。

電路板控制部分與焊機(jī)前、后面板上的元器件，如電流調(diào)節(jié)電位器33、風(fēng)扇27、指示燈、電源開關(guān)25等，通過一些控制導(dǎo)線進(jìn)行相互間的電路連接。各電路板之間，器件或零部件之間，按照本發(fā)明焊機(jī)的電路原理圖關(guān)系（見附圖2～附圖5）連接在一起?？蓾M足手工焊接方法功能的電路輸出特性控制。

附圖2、附圖3、附圖4和附圖5是本發(fā)明焊機(jī)的電路原理圖。焊機(jī)電路板設(shè)計(jì)為四塊。一塊pcb1電源板，一塊pcb2功率控制板，一塊pcb3控制板，一塊pcb4母線保護(hù)板電路控制板。pcb2控制板上的部分，主要包括igbt及其散熱器和驅(qū)動(dòng)控制電路、快恢復(fù)二極管及其散熱器等組成的輸出整流電路、電源電壓自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路、上電緩沖控制電路等部分。pcb3控制板上，主要是微處理器及其數(shù)碼管、電流給定電位器等組成的電路部分，以及輸出特性控制電路部分。輸出特性控制電路部分的核心是3846pwm脈沖寬度調(diào)制芯片及其外圍器件組成的電路。pcb1控制板上，主要是開關(guān)電源控制電路部分。pcb4控制板上，則主要是母線保護(hù)控制電路部分。上述各控制板通過連接導(dǎo)線與焊機(jī)的其它零部件（如開關(guān)、風(fēng)扇、逆變主變壓器等）按照電路原理圖連接為一個(gè)整體。整個(gè)控制電路主要是完成上電緩沖控制、電源輸入電壓自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制、整流濾波、逆變、輸出整流、抗干擾、各直流工作電壓的產(chǎn)生、pwm脈沖寬度調(diào)節(jié)、igbt管驅(qū)動(dòng)控制、手弧焊焊接方法的逆變電路輸出參數(shù)（電流）的負(fù)反饋控制，過熱、過壓和欠壓保護(hù)控制等工作。最終在控制電路的作用下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別220v或380v電源電壓，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制，滿足手弧焊輸出特性控制的各項(xiàng)要求。下面對相關(guān)的功能電路進(jìn)行說明：

見附圖2，逆變?nèi)珮蛑麟娐酚呻娫撮_關(guān)、輸入整流橋br1、rt1熱敏電阻、jdq1a繼電器及其觸點(diǎn)jdq1b、jdq2a繼電器及其觸點(diǎn)jdq2b、ec1~ec4大電解電容濾波電路、igbt1~igbt4管、b逆變主變壓器、dd1~d6快速恢復(fù)二極管等組成。dd1~dd6快恢復(fù)二極管組成焊機(jī)的輸出整流電路。由out（+）正極性和out（-）負(fù)極性輸出端輸出焊接電流和電壓。

見附圖2，ac1與ac2端連接到220v或380v，50/60hz等供電電源。電源開關(guān)接通電網(wǎng)電源后，焊機(jī)通電。前面板上的白色電源指示燈點(diǎn)亮。從電網(wǎng)來的交流電，整流前，先經(jīng)過rt1熱敏電阻，經(jīng)br1整流橋整流后，變?yōu)槊}動(dòng)直流電。對ec1~ec4大電解電容進(jìn)行充電，電壓逐漸升高，最后變?yōu)檩^為穩(wěn)定的直流電vcc，再輸出到后級(jí)電路。

見附圖2，jdq1a繼電器及其控制電路（含三極管q7、二極管d13、穩(wěn)壓管d、電阻r28等）組成上電緩沖控制電路。jdq1a繼電器會(huì)在電源開關(guān)接通，一定延時(shí)時(shí)間后動(dòng)作，其觸頭jdq1b閉合或短路rt1熱敏電阻。jdq1a繼電器的動(dòng)作時(shí)間是滯后于電源開關(guān)合上時(shí)刻的，即jdq1a繼電器是延時(shí)動(dòng)作的。jdq1a繼電器的延時(shí)是由其控制電路來實(shí)現(xiàn)的。ec1~ec4大電解電容的充電，先經(jīng)過rt1熱敏電阻，之后再短接rt1熱敏電阻。當(dāng)ec1~ec4大電解電容上的充電電壓穩(wěn)定后，該繼電器才動(dòng)作，其觸頭閉合rt1熱敏電阻，使本發(fā)明焊機(jī)正常逆變工作時(shí)，大電流是從繼電器的觸頭流過的。這樣的控制電路稱為上電緩沖電路。主要是防止電源開關(guān)接通瞬間，由于ec1~ec4大電解電容上沒有電壓，相當(dāng)于短路，會(huì)形成較大的浪涌電流，燒壞電源開關(guān)。而上電緩沖電路的作用，就是通過合閘瞬間串入rt1熱敏電阻，來限制浪涌電流的。并且，rt1熱敏電阻的阻值，是隨其溫度上升而增大的。因此，上電緩沖電路可起到較好的保護(hù)作用。

見附圖2，ec1~ec4大電解電容起著濾波的作用。vcc直流電供給由igbt1~igbt4管、b逆變主變壓器和d5~d9快速恢復(fù)二極管等組成的全橋逆變主電路。其功能主要為：高壓直流電轉(zhuǎn)換為中頻（幾十khz）交流電。b逆變變壓器實(shí)現(xiàn)電壓降壓和大電流輸出的變換。d5~d9快速恢復(fù)二極管則是把逆變變壓器輸出的中頻交流電變換為直流電。

見附圖2，輸入電源電壓自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換控制電路由電阻r18～r21和r22～r27、二極管d9～d10、穩(wěn)壓管z5和z8、光耦u3（含u3a和u3b）和u4（含u4a和u4b）、三極管q6和q8、晶閘管u5、繼電器jdq2（含jdq2a線圈及其jdq2b觸頭）、電容c3～c5和ec8等元器件組成。其作用是自動(dòng)檢測輸入的電源電壓，判斷是屬于220v的，還是380v的。當(dāng)然，在150v～260v范圍內(nèi)時(shí)，電路均判斷為屬于220v正常電源電壓范疇的；而在300v～500v范圍內(nèi)時(shí)，電路均判斷為屬于380v正常電源電壓范疇的。

見附圖2，當(dāng)檢測到的電源電壓屬于380v電源范疇時(shí)，由于輸入電壓較高，會(huì)使穩(wěn)壓管z5擊穿、穩(wěn)壓，三極管q5導(dǎo)通，于是u3光耦中的u3a二極管會(huì)發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管u3b導(dǎo)通。晶閘管u5處于導(dǎo)通狀態(tài)。同時(shí)，z8穩(wěn)壓管不會(huì)出現(xiàn)擊穿、穩(wěn)壓的情況，導(dǎo)致三極管q8截止，繼電器jdq2不動(dòng)作。

見附圖2，當(dāng)檢測到的電源電壓屬于220v電源范疇時(shí)，由于輸入電壓較低，不會(huì)使穩(wěn)壓管z5擊穿、穩(wěn)壓，三極管q5不導(dǎo)通，于是u3光耦中的u3a二極管不會(huì)發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管u3b不導(dǎo)通。晶閘管u5處于截止?fàn)顟B(tài)。同時(shí)，z8穩(wěn)壓管會(huì)由于有高電壓而出現(xiàn)擊穿、穩(wěn)壓的情況，導(dǎo)致三極管q8導(dǎo)通，繼電器jdq2動(dòng)作。

見附圖2，二極管d10、光耦u4、電阻r/24～r25和r22、三極管q6等組成欠壓保護(hù)控制電路。當(dāng)檢測到的電源電壓低于70v時(shí)，由于輸入電壓很低，于是u4光耦中的u4a二極管不會(huì)發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管u4b不導(dǎo)通。三極管q6導(dǎo)通。通過二極管d12和d11的箝位作用。一方面，使z8穩(wěn)壓管不會(huì)出現(xiàn)擊穿、穩(wěn)壓的情況，導(dǎo)致三極管q8截止，繼電器jdq2不動(dòng)作。另一方面，也導(dǎo)致三極管q7截止，繼電器jdq1不動(dòng)作。由于繼電器jdq1不動(dòng)作，這樣rt1就串聯(lián)在輸入電路中。這會(huì)導(dǎo)致焊機(jī)不能焊接輸出。焊條頻繁接觸工件時(shí)，電源指示燈會(huì)頻繁閃爍。這就實(shí)現(xiàn)了焊機(jī)的“欠壓”保護(hù)控制。

見附圖2，當(dāng)檢測到的電源電壓高于70v時(shí)，u4光耦中的u4a二極管會(huì)發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管u4b導(dǎo)通。三極管q6將是處于截止?fàn)顟B(tài)的。二極管d12和d11將處于不導(dǎo)通狀態(tài)。不會(huì)出現(xiàn)箝位的問題。因此，自然也不會(huì)對三極管q7和q8、繼電器jdq1和jdq2造成控制的不良影響。

附圖2和附圖4中，b1（含b1a、b1b、b1c）和b2（含b2a、b2b、b2c）驅(qū)動(dòng)變壓器、q1~q4三極管、d1~d8二極管、z1~z4穩(wěn)壓管、u1和u2驅(qū)動(dòng)芯片，以及它們外圍的電阻、電容等器件組成igbt的驅(qū)動(dòng)電路部分。4個(gè)igbt，每個(gè)igbt的驅(qū)動(dòng)電路形式是一致的。該部分電路，輸入的控制信號(hào)通過附圖2中j2插頭的2、3腳引入，它們來自附圖4中輸出特性控制電路中的u5pwm脈沖寬度調(diào)制芯片（uc3846）的a和b輸出端。由于u5芯片輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率小，故需要經(jīng)過驅(qū)動(dòng)功率電路進(jìn)行放大，再通過驅(qū)動(dòng)變壓器及其外圍的驅(qū)動(dòng)電路去控制4個(gè)igbt的工作狀態(tài)。u5脈沖寬度調(diào)制（pwm）芯片（uc3846）輸出的控制信號(hào)是兩組方波脈沖信號(hào)。兩組方波脈沖信號(hào)在時(shí)間上有一個(gè)固定的時(shí)間差，專業(yè)上也稱為死區(qū)時(shí)間。是保障igbt兩組開關(guān)交替工作的重要參數(shù)之一。該時(shí)間是通過uc3846芯片的外圍器件（rt端的電阻；ct端的電容）參數(shù)設(shè)置而確定的。至于如何確定，需要查看uc3846的相關(guān)使用資料或說明。這里不再重復(fù)。這里需要說明的是：pwm脈沖寬度調(diào)制信號(hào)是決定焊機(jī)逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號(hào)。而pwm脈沖寬度調(diào)制信號(hào)則受焊機(jī)的電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)ug和電流負(fù)反饋信號(hào)ufi決定。

見附圖3，開關(guān)電源電路由t1開關(guān)電源變壓器、vt1mos管、u1（uc3842）pwm脈沖寬度調(diào)制器，d1~d4二極管、d5~d9快速二極管、u3（7815）集成穩(wěn)壓器，以及它們周圍的電阻、電容、穩(wěn)壓管d8、晶閘管q1等器件組成。開關(guān)電源電路產(chǎn)生+15v、+24v電源電壓，供給相應(yīng)的控制電路等帶電工作。對于開關(guān)電源電路部分，由于vt1mos管與t1開關(guān)電源變壓器的初級(jí)繞組，以及它們周圍的穩(wěn)壓管d8、d1~d4二極管、d5~d9快速二極管、很多電阻和電容等組成的電路，是屬于高壓回路的。為確?？刂齐娐返陌踩?，在附圖2中，采用了u2（817）光電耦合器進(jìn)行隔離。開關(guān)電源pwm控制板的核心控制芯片是u1，即uc3842pwm脈沖寬度調(diào)節(jié)器。其外圍的電阻、電容可設(shè)定其工作的相關(guān)參數(shù)。至于如何確定，需要查看uc3842的相關(guān)使用資料或說明。這里不再重復(fù)?？傊?，u1輸出的脈沖為一定工作頻率的驅(qū)動(dòng)脈沖，可使附圖2中的vt1mos管處于通斷工作狀態(tài)。在t1的電壓輸出電路部分，分別獲得+15v、+24v、電源電壓。供給不同的器件和電路使用。例如，+24v通過j1插頭供給風(fēng)扇工作；+15v電源電壓供給運(yùn)算放大器控制電路等。關(guān)于開關(guān)電源這部分的工作原理，以上部分只是進(jìn)行了簡單的說明。如果需要了解本電路部分詳細(xì)的工作情況，涉及到開關(guān)電源的很多知識(shí)。讀者可查詢相關(guān)的開關(guān)電路書籍或資料作進(jìn)一步的了解。這里不再詳細(xì)說明。

由開關(guān)電源部分的電路及原理可知，本發(fā)明沒有采用一般的控制變壓器和相關(guān)的電壓變換電路來產(chǎn)生上述2個(gè)電源電壓。開關(guān)變壓器的體積和尺寸、重量遠(yuǎn)小于一般的控制變壓器，這就降低本發(fā)明焊機(jī)的成本，提升了焊機(jī)的技術(shù)附加值。

見附圖2和附圖4，電流檢測和整流變換電路由電流檢測環(huán)dlh或t5電流互感器、（附圖4中）d1~d4二極管、電阻（附圖4中）r22~r24等組成。通過電流檢測、整流變換，最后輸出電流負(fù)反饋信號(hào)ufi。連接至輸出特性控制電路中。

見附圖4，熱保護(hù)檢測和控制電路由常開型的溫度繼電器wj、保護(hù)指示ot（黃色）燈、三極管q2、電阻r15和r16等器件組成。常開型的溫度繼電器wj連接在附圖4中左上角的bh接口。溫度繼電器wj緊貼igbt的散熱器安裝。

見附圖4，電流給定電路由運(yùn)算放大器u3、輸出電流調(diào)節(jié)電位器rp1、電流校正電位器rp3和rp4，以及外圍的電阻、電容等器件組成。通過電流給定電路，由運(yùn)算放大器ic3a的輸出端，獲得電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)ug。電流校正電位器rp3和rp4，可校正焊機(jī)輸出的最大和最小電流。通過與給定電位器的配合，可使焊機(jī)的輸出電流符合銘牌中電流變化范圍的要求。ad端信號(hào)則連接至微處理器控制的顯示電路，最終焊接電流由數(shù)碼管smg顯示。

見附圖4，輸出特性控制電路由u5pwm脈沖寬度調(diào)制芯片（uc3846）、u3運(yùn)算放大器，以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極管等器件組成。

見附圖4，輸出電壓抑制電路由電阻r20、r40和r43、電容c25和ec2、光耦u4、穩(wěn)壓管z3、三極管q1等器件組成。vf接口，通過導(dǎo)線連接著焊機(jī)的輸出。當(dāng)焊機(jī)的輸出電壓過高時(shí)，穩(wěn)壓管z3會(huì)擊穿、穩(wěn)壓。光耦u4中的發(fā)光二極管u4a會(huì)發(fā)光，于是，其輸出級(jí)的三極管u4b導(dǎo)通，使三極管q1導(dǎo)通。從而通過電阻r20，去控制輸出特性控制電路中u5pwm脈沖寬度調(diào)制芯片（uc3846）的輸出pwm脈沖寬度，最終限制焊機(jī)的輸出電壓。

見附圖4，輸出電流的顯示和控制電路由微處理器u2（stm8）、數(shù)碼管smg及其外圍的一些電阻、電容等器件組成。來自開關(guān)電源電路的+15v通過u1（78m05）穩(wěn)壓器電路產(chǎn)生+5v電源，供給微處理器電路工作使用。j3接口，為微處理器的程序燒寫接口。通過它，采用程序燒寫器，把微處理器的控制軟件寫入單片機(jī)中。在微處理器系統(tǒng)電路的控制下，可采樣來自ad的電流給定信號(hào)。根據(jù)給定的信號(hào)大小，在控制軟件的作用下，把相應(yīng)的電流值通過數(shù)碼管smg進(jìn)行顯示。由于給定的電流值與實(shí)際輸出的電流值是可以通過電位器校正準(zhǔn)確的，因此，調(diào)節(jié)的電流給定值實(shí)際上也是輸出電流值。此外，由于采用了微處理器電路控制系統(tǒng)，因此，很容易實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出電流的預(yù)置。也就是說，在沒有進(jìn)行焊接時(shí)，調(diào)節(jié)和顯示在電流表中的電流值就是焊接時(shí)的實(shí)際電流。無需通過試焊來確定輸出電流。這樣就極大方便了用戶的操作。

見附圖5，母線保護(hù)電路由二極管1d2，穩(wěn)壓管1d1、z1～z2和1z1～1z3，三極管1q1、q1和q2，光耦u1和u2，以及它們外圍的器件組成。通過bhq1和bhq2插頭，可使光耦u2的輸出端連接到附圖4中的bh保護(hù)電路中。不同的輸入電壓，通過附圖2中整流橋br1的整流和電解電容的濾波，會(huì)產(chǎn)生不同的vcc母線直流電壓。即vcc電壓來自附圖2中的整流橋br1的輸出端。24v電源，來自開關(guān)電源電路。該電路通過檢測vcc電壓，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。無論是在220v，還是在380v輸入電源電壓下，當(dāng)出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，即在接入220v電網(wǎng)，而輸入電壓低于150v，或者在接入380v電網(wǎng)，而輸入電壓在300v～260v之間時(shí)，焊機(jī)附圖4中的ot保護(hù)狀態(tài)指示燈（黃色）均會(huì)點(diǎn)亮，指示焊機(jī)發(fā)生欠壓。只有欠壓現(xiàn)象消除后，該指示燈才會(huì)熄滅，并且焊機(jī)方可焊接使用。即當(dāng)對應(yīng)的vcc電壓使1d1、1z1穩(wěn)壓管擊穿、穩(wěn)壓，三極管1q1導(dǎo)通時(shí)，光耦u1中的發(fā)光二極管不發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管截止。此時(shí)，三極管q1導(dǎo)通，q2截止，類似地，會(huì)使光耦u2中輸出級(jí)的三極管導(dǎo)通。由于bhq1和bhq2插頭是并聯(lián)連接在（常開型）過熱保護(hù)器上的，因此，此時(shí)相當(dāng)于過熱保護(hù)器動(dòng)作狀態(tài)，即相當(dāng)于其常開觸點(diǎn)變換為閉合狀態(tài)，故焊機(jī)的控制電路會(huì)使pwm脈沖關(guān)閉。焊機(jī)停止輸出電流；當(dāng)對應(yīng)的vcc電壓使1z2、1z3穩(wěn)壓管擊穿、穩(wěn)壓，光耦u1中的發(fā)光二極管發(fā)光，其輸出級(jí)的三極管導(dǎo)通時(shí)，三極管q1截止，q2導(dǎo)通，會(huì)使光耦u2中輸出級(jí)的三極管截止。此時(shí)，焊機(jī)才能有輸出電流。

本發(fā)明焊機(jī)手工電弧焊輸出特性的控制過程簡述如下：

焊機(jī)后面板的開關(guān)合上接通供電電源極短的時(shí)間后（此期間，焊機(jī)電路進(jìn)行上電緩沖控制，jdq1a繼電器有一定的延時(shí)控制），焊機(jī)內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。前面板上的白色電源指示led燈亮，指示焊機(jī)帶電。

在控制電路的作用下，焊機(jī)內(nèi)部的u5pwm脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個(gè)占空比較大的脈沖信號(hào)，使igbt的驅(qū)動(dòng)電路工作，使兩組igbt處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。當(dāng)操作者調(diào)節(jié)好前面板上焊接電流的給定電位器信號(hào)ug，并進(jìn)行焊接時(shí)，通過電流檢測環(huán)dlh或t5電流互感器，由電流檢測和整流變換電路可檢測到逆變主電路中的變壓器初級(jí)電流信號(hào)，即電流負(fù)反饋信號(hào)ufi。該電流負(fù)反饋信號(hào)ufi，與焊接電流給定信號(hào)ug進(jìn)行比較。比較后的差值信號(hào)，通過附圖4中的輸出特性控制電路，進(jìn)行pi（比例和積分）調(diào)節(jié)控制。其輸出的結(jié)果控制u5pwm芯片的脈沖寬度或占空比輸出。通過igbt的驅(qū)動(dòng)電路，控制逆變主電路中igbt的通斷時(shí)間，最終決定焊機(jī)輸出電流和電壓的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。并使焊機(jī)的輸出特性為恒流帶外拖的下降特性。進(jìn)一步地說，當(dāng)焊接電流給定信號(hào)ug不變時(shí)，隨著焊機(jī)電路檢測到的負(fù)反饋ufi電流信號(hào)增加，并且，達(dá)到給定的設(shè)定值后，焊接電流給定ug信號(hào)與ufi電流負(fù)反饋控制信號(hào)的差值會(huì)隨電流增加而減小，通過pi控制后，使焊機(jī)輸出pwm芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機(jī)的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負(fù)反饋控制。即只有當(dāng)電流達(dá)到焊接電流電位器的設(shè)定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著電流微小的增加，電壓降低會(huì)很多。當(dāng)焊機(jī)輸出電壓下降到16v以下時(shí)，隨著電壓的降低，控制電路可使u5pwm芯片的脈沖寬度或占空比增加，使焊接電流按照設(shè)定的參數(shù)增大，最終形成恒流帶外拖的下降特性。當(dāng)焊接電流給定信號(hào)變化時(shí)，電流截止負(fù)反饋設(shè)定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設(shè)定的最小和最大之間，就可獲得無數(shù)條下降特性曲線。這樣的控制，也是滿足手工電弧焊接的基本要求。

關(guān)于焊機(jī)其它部分電路的工作過程，由于以上部分已經(jīng)進(jìn)行了許多說明。這里就不再詳細(xì)贅述了。

關(guān)于過熱保護(hù)控制，下面進(jìn)行一些說明。常開型的溫度繼電器wj連接在附圖4中左上角的bh接口。溫度繼電器wj緊貼igbt的散熱器安裝。在焊機(jī)輸出過程中，當(dāng)igbt的散熱器發(fā)生過熱現(xiàn)象時(shí)，溫度繼電器wj閉合。過熱保護(hù)指示ot（黃色）燈點(diǎn)亮，指示焊機(jī)發(fā)生過熱保護(hù)。同時(shí)，三極管q2導(dǎo)通，可關(guān)閉u5pwm芯片的脈沖輸出，使焊機(jī)停止輸出電流。在冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，當(dāng)過熱現(xiàn)象消除時(shí)，控制電路才能繼續(xù)輸出pwm控制信號(hào)。同時(shí)過熱指示ot燈熄滅。這就實(shí)現(xiàn)了焊機(jī)過熱保護(hù)。

關(guān)于本發(fā)明焊機(jī)的電路抗干擾措施，主要有以下幾個(gè)方面：

1）輸入濾波。見附圖2，輸入濾波電路由電阻r和濾波電容cc1、cc2組成。主要是對來自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，減少或降低干擾信號(hào)對本焊機(jī)控制電路工作的不利影響。

2）輸出濾波。見附圖2，輸出濾波電路由濾波電容cc3和cc4組成。可抑制波形中的毛刺突變或干擾信號(hào)。

上述措施是保證本焊機(jī)電路制成的焊機(jī)產(chǎn)品工作可靠性的重要措施之一。

以上是本發(fā)明焊機(jī)各個(gè)電路部分以及手弧焊方法的簡要控制過程說明。由于本發(fā)明已經(jīng)給出了附圖2、附圖3和附圖4的詳細(xì)電路原理圖，因此，對于有電路閱讀能力（或具備相關(guān)電路知識(shí)）的人來說，是完全可以讀懂的。電路圖就是一種無聲的語言。但是，對于沒有電路閱讀能力（或不具備相關(guān)電路知識(shí)）的人來說，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑒于篇幅的關(guān)系，本文只能闡述主要的部分，以使讀者能夠更好地理解相關(guān)的工作原理和過程。

通過上述說明可見，本發(fā)明電路有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和方法。不僅可實(shí)現(xiàn)焊機(jī)手弧焊方法輸出控制，而且，所設(shè)計(jì)的控制電路和焊機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)，都是使本發(fā)明焊機(jī)產(chǎn)品符合安全性認(rèn)證要求，具有良好控制性能等技術(shù)優(yōu)勢的根本原因所在，也是滿足產(chǎn)品高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造工藝技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。本發(fā)明專利申請保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種焊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

此外，本發(fā)明的電路板之間連接簡單，電路板上器件很多是采用自動(dòng)貼片機(jī)和插件機(jī)完成加工的，其制作工序和生產(chǎn)工藝大為簡化，降低產(chǎn)品重量、生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的焊機(jī)結(jié)構(gòu)和電路板及控制功能對本發(fā)明所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只限于這些說明。對本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應(yīng)該視為屬于本發(fā)明保護(hù)的范疇。