專利名稱：一種電壓型pwm半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是逆變電焊機(jī)領(lǐng)域，尤其是一種具有電壓型PWM半橋硬開關(guān)的電流型PWM逆變式焊割電源。
背景技術(shù)：
目前，逆變式焊割機(jī)已經(jīng)廣泛使用于對各種有色金屬及其合金的焊接和切割作業(yè)。逆變式焊割機(jī)以其重量輕，體積小，生產(chǎn)時(shí)消耗銅、材鋼材少。節(jié)能效果顯著和焊接/切割工藝性能優(yōu)秀，而深受使用者青睞。但由于逆變式焊機(jī)電路較為復(fù)雜，采用的電力器件和電路控制器件都較多，加上對生產(chǎn)有較高的電裝工藝要求，使得逆變式焊割機(jī)的可靠性變差，故障率偏高。各廠家都在設(shè)法通過選擇良好的的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇優(yōu)良的散熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)來降低故障率，提升可靠性。常用的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式有電壓型P麗全橋硬開關(guān)逆變式電路。電流型PWM全橋硬開關(guān)逆變式電路。電流型PWM全橋軟開關(guān)逆變式電路。以上電路都采用的是全橋逆變電路，其橋臂需要四組電力半導(dǎo)體開關(guān)器件組成， 其驅(qū)動電路必須是隔離的四組驅(qū)動電路組成，因此電路較為復(fù)雜。為電路的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品生產(chǎn)裝配以及售后的維護(hù)維修都帶來了諸多不便。而且方式一“1，電壓型PWM全橋硬開關(guān)逆變式電路”需要安裝防止變壓器磁偏的隔直電容。隔直電容若容量過大，防止變壓器磁偏的作用就會減弱，焊割機(jī)因?yàn)樽儔浩鞔牌柡秃笤斐呻娏Π雽?dǎo)體開關(guān)器件受損的概率就增加；隔直電容若容量過小，雖然防止變壓器磁偏的作用強(qiáng)，但隔直電容上的交流電壓降又會增加，焊割機(jī)輸出功率會減少。若要保證輸出功率不變，勢必增加電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的電流等級，增加了器件成本。 方式一“ 2，電流型PWM全橋硬開關(guān)逆變式電路”因有變壓器磁偏的自校正作用，可很大程度上防止磁偏的積累，防止磁飽和的發(fā)生。但是電流型的PWM全橋硬開關(guān)逆變式電路的一次側(cè)電流采集電路很容易受到電力半導(dǎo)體器件硬開通和硬關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的較高的電壓/電流變化率帶來的嚴(yán)重的干擾，造成電路誤動作。這就加大了電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)裝配的難度，降低了產(chǎn)品可靠性。 方式一“3，電流型PWM全橋軟開關(guān)逆變式電路”因有變壓器磁偏的自校正作用，可很大程度上防止磁偏的積累，防止磁飽和的發(fā)生。由于是軟開關(guān)電路結(jié)構(gòu)，使得電力半導(dǎo)體器件開關(guān)時(shí)的電壓/電流變化率很低，不易造成電路誤動作。這是目前比較先進(jìn)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，得到了較為廣泛的運(yùn)用。但這種電路比較復(fù)雜，超前橋需要橋臂電容，一次側(cè)變壓器回路需要串接飽和電抗器，串接環(huán)流抑制電容，并接無功功率電感等；驅(qū)動電路需要有超前和滯后的相位要求等，電路非常復(fù)雜。廣泛運(yùn)用受到限制。[0013]散熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)通常有兩種方式1，軸流風(fēng)機(jī)非約束抽風(fēng)方式。2，軸流風(fēng)機(jī)非約束吹風(fēng)方式。以上兩種方式，都只注重了散熱和通風(fēng)，對冷卻風(fēng)氣流沒有進(jìn)行有效的約束，因而就沒有考慮采取有效的防潮，防水，防腐蝕的三防措施，使得焊割電源受到冷卻風(fēng)流帶來的潮氣，水份，和腐蝕性氣體的影響可靠性變得很低，生命周期變得很短；而且其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，實(shí)施成本較高。
發(fā)明內(nèi)容針對以上問題，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單體積小、實(shí)施成本較低的電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，為達(dá)到以上目的本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波開關(guān)電路、一次側(cè)整流濾波電路、半橋逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和逆變電路連接，所述PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)還包括與所述主控制板電路連接的濾波和風(fēng)機(jī)電路，該濾波和風(fēng)機(jī)電路與輸入濾波開關(guān)電路連接；其中，所述輸入濾波開關(guān)電路包括電源開關(guān)；所述的一次側(cè)整流濾波電路包括與所述電源開關(guān)連接的整流橋，與該整流橋并聯(lián)的第一、第二濾波電容和順序串接后與第二濾波電容并聯(lián)的第一、第二半橋橋臂電容，以及與該整流橋并聯(lián)的泄放電阻；送入焊割機(jī)內(nèi)的交流電壓電流通過整流橋整流成直流電壓電流，經(jīng)過電容濾波后送往半橋逆變電路；所述半橋逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件橋接組成的第一逆變橋，由第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件橋接組成的第二逆變橋，該第一、第二逆變橋構(gòu)成半橋逆變支路，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第五、第六、第七、 第八驅(qū)動電阻，連接在第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容吸收電路，與第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件及第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻連接的第一驅(qū)動脈沖波形整形電路，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件及第五、第六、第七、第八驅(qū)動電阻連接的第二驅(qū)動脈沖波形整形電路。采用該種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了電壓型PWM半橋硬開關(guān)電路結(jié)構(gòu)的電流型PWM逆變式焊割電源，使得該種結(jié)構(gòu)的焊割電源結(jié)構(gòu)簡單體積小、實(shí)施成本較低。進(jìn)一步的，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容。進(jìn)一步的，所述的隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的第一中頻變壓器，一次側(cè)電流互感器，所述中頻變壓器一次側(cè)繞組的一端連接半橋逆變電路的中點(diǎn)，另一端穿過一次側(cè)電流互感器后連接半橋逆變電路的另一個(gè)中點(diǎn)；所述中頻變壓器二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和二次繞組間絕緣。進(jìn)一步的，所述的二次側(cè)整流濾波電路包括與所述中頻變壓器二次側(cè)繞組連接的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、 第十八、第十九、第二十快恢復(fù)整流二極管，串接在第二、第四、第六、第八快恢復(fù)整流二極管兩端的第八阻容吸收電阻和串接在第一、第三、第五、第七快恢復(fù)整流二極管兩端的第九阻容吸收電阻，串接在第十三、第十五、第十八、第十九快恢復(fù)整流二極管兩端的第十九阻容吸收電阻和串接在第十四、第十六、第十七、第二十快恢復(fù)整流二極管兩端的第二十阻容吸收電阻，以及與第八阻容吸收電阻串接的第五阻容吸收電容，與第九阻容吸收電阻串接的第六阻容吸收電容，與第十九阻容吸收電阻串接的第十五阻容吸收電容，與第二十阻容吸收電阻串接的第十六阻容吸收電容，與第八阻容吸收電阻和第九阻容吸收電阻串接的串接的濾波電感，與該濾波電感串接構(gòu)成濾波電路的第十濾波電阻，串接構(gòu)成假負(fù)載電路的第七、第八電容，該假負(fù)載電路與第十濾波電阻并聯(lián)。進(jìn)一步的，所述主控制板電路包括按照電流流向方向而順序連接的PWM脈寬調(diào)制電路，隔離驅(qū)動電路，電流給定和電流反饋電路，過流保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路，引弧/推力電流控制電路，防觸電VRD電路，焊接電流顯示電路。本實(shí)用新型通過采用以下結(jié)構(gòu)的逆變電路包括由與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第五、 第六、第七、第八驅(qū)動電阻，連接在第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容吸收電路，與第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件及第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻連接的第一驅(qū)動脈沖波形整形電路，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件及第五、第六、第七、第八驅(qū)動電阻連接的第二驅(qū)動脈沖波形整形電路使得該種結(jié)構(gòu)的焊割電源結(jié)構(gòu)簡單體積小、實(shí)施成本較低。

圖1.本實(shí)用新型所述電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)的實(shí)施例中的電路原理方框圖；圖2.本實(shí)用新型所述電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)的實(shí)施例中的主回路的電路原理圖；圖3.本實(shí)用新型所述電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)的實(shí)施例中的主控板的電路原理圖；圖4.本實(shí)用新型所述電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)的實(shí)施例中的完全封閉的散熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行本實(shí)施例中詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。請參閱圖1至圖4，本實(shí)用新型一種電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波開關(guān)電路1、一次側(cè)整流濾波電路2、半橋逆變電路3、隔離變壓電路4和二次側(cè)整流濾波電路5以及主控制板電路6，主控制板電路6既和二次整流濾波電路5連通又和逆變電路3連接，所述PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)還包括 與所述主控制板電路6連接的濾波和風(fēng)機(jī)電路7，該濾波和風(fēng)機(jī)電路7與輸入濾波開關(guān)電路 1連接；其中，所述輸入濾波開關(guān)電路1包括電源開關(guān)Si，所述的一次側(cè)整流濾波電路2包括與所述電源開關(guān)Sl連接的整流橋BR1，與該整流橋BRl并聯(lián)的第一、第二濾波電容C9、C1和順序串接后與第二濾波電容并聯(lián)的第一、第二半橋橋臂電容C2、C14，以及與該整流橋并聯(lián)的泄放電阻R6;送入焊割機(jī)內(nèi)的交流電壓電流通過整流橋BRl整流成直流電壓電流，經(jīng)過電容C9，Cl，C2和C14等濾波后送往逆變器 3。其中電阻R6是泄放電阻，在關(guān)機(jī)時(shí)泄放掉電容C9，Cl，C2和C14里的電荷。所述半橋逆變電路3包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 Q1、Q2、Q3、Q4橋接組成的第一逆變橋，由第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 Q5、Q6、Q7、Q8橋接組成的第二逆變橋，該第一、第二逆變橋構(gòu)成半橋逆變支路，與所述第一、 第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Ql、Q2、Q3、Q4的柵極分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻Rl、R2、R3、R4，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q5、Q6、Q7、Q8的柵極分別單獨(dú)串接的第五、第六、第七、第八驅(qū)動電阻R13、R14、 R15、R16，連接在第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Ql、Q2、Q3、Q4兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q5、Q6、 Q7、Q8兩極之間的第二阻容吸收電路，與第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 Q1、Q2、Q3、Q4及第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻Rl、R2、R3、R4連接的第一驅(qū)動脈沖波形整形電路，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q5、Q6、Q7、Q8及第五、第六、第七、第八驅(qū)動電阻R13、R14、R15、R16連接的第二驅(qū)動脈沖波形整形電路。采用該種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了電壓型PWM半橋硬開關(guān)電路結(jié)構(gòu)的電流型PWM逆變式焊割電源，使得該種結(jié)構(gòu)的焊割電源結(jié)構(gòu)簡單體積小、實(shí)施成本較低。半橋逆變電路3包括兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q1，Q2，Q3，Q4和Q5，Q6，Q7， Q8構(gòu)成的半橋逆變支路，R1、R2、R3、R4和R13、R14、R15、R16分別為兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極串聯(lián)驅(qū)動電阻。而R5和C3 ；R7和C4 ；分別為兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極(對于MOSFET器件為D和S極，對于IGBT器件為C和E極，對于MCT器件為A和K 極)并聯(lián)的第一、第二阻容吸收電路。由電阻R11，R12電容C10，C11和二極管D9，D10組成一組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的第一驅(qū)動脈沖波形整形電路，由電阻R17，R18電容C12， C13和二極管D11，D12組成另一組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的第二驅(qū)動脈沖波形整形電路。主控制板電路6的插座A6輸出的兩路PWM信號分別有序的送到兩組絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 Ql, Q2，Q3，Q4 和 Q5，Q6，Q7，Q8 上，讓其按 Ql, Q2，Q3，Q4 同時(shí)導(dǎo)通 Q5，Q6，Q7， Q8同時(shí)導(dǎo)通；而Ql，Q2，Q3，Q4和Q5，Q6，Q7，Q8相位相差180ο導(dǎo)通。這樣的交替導(dǎo)通，就會將直流電壓電流逆變成中頻交流方波電壓電流，該中頻交流方波電壓電流送至隔離變壓器T5的一次側(cè)。本具體實(shí)施方式
中，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻R5和第一阻容吸收電容C3，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻R7和第二阻容吸收電容C4。本具體實(shí)施方式
中，所述的隔離變壓電路4包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的第一中頻變壓器T2，一次側(cè)電流互感器T1，所述中頻變壓器T2—次側(cè)繞組的一端連接半橋逆變電路的中點(diǎn)，另一端穿過一次側(cè)電流互感器Tl后連接半橋逆變電路的另一個(gè)中點(diǎn)；所述中頻變壓器T2 二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和二次繞組間絕緣。本具體實(shí)施方式
中，所述的二次側(cè)整流濾波電路5包括與所述中頻變壓器二次側(cè)繞組連接的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九、第二十 DU D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D13、D14、D15、D16、 D17、D18、D19、D20快恢復(fù)整流二極管，串接在第二、第四、第六、第八快恢復(fù)整流二極管兩端 D2、D4、D6、D8的第八阻容吸收電阻R8和串接在第一、第三、第五、第七快恢復(fù)整流二極管兩端Dl、D3、D5、D7的第九阻容吸收電阻R9，串接在第十三、第十五、第十八、第十九快恢復(fù)整流二極管兩端D13、D15、D18、D19的第十九阻容吸收電阻R19和串接在第十四、第十六、第十七、第二十快恢復(fù)整流二極管兩端D14、D16、D17、D20的第二十阻容吸收電阻R20，以及與第八阻容吸收電阻R8串接的第五阻容吸收電容C5，與第九阻容吸收電阻R9串接的第六阻容吸收電容C6，與第十九阻容吸收電阻R19串接的第十五阻容吸收電容C15，與第二十阻容吸收電阻R20串接的第十六阻容吸收電容C16，與第八阻容吸收電阻R8和第九阻容吸收電阻R9串接的串接的濾波電感Li，與該濾波電感Ll串接構(gòu)成濾波電路的第十濾波電阻R10， 串接構(gòu)成假負(fù)載電路的第七、第八電容C7、C8，該假負(fù)載電路與第十濾波電阻RlO并聯(lián)。本具體實(shí)施方式
中，所述濾波和風(fēng)機(jī)電路7包括由濾波電容C17，C18和C19組成； R21，R22和R23為泄放電阻；RM1，RM2和RM3為尖峰電壓抑制壓敏電阻。信號通過上述濾波器的濾除，使得本焊割機(jī)的控制電路板部分免受外界電磁干擾，提高穩(wěn)定性；同樣，本焊割機(jī)產(chǎn)生的干擾信號會也會被上述濾波器濾除一部分，使得本切割對外界產(chǎn)生電磁干擾大為減弱，提高了其他設(shè)備的穩(wěn)定性。C20為軸流風(fēng)機(jī)移相電容。本具體實(shí)施方式
中，所述主控制板電路6包括按照電流流向方向而順序連接的 PWM脈寬調(diào)制電路，隔離驅(qū)動電路，電流給定和電流反饋電路，過流保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路，引弧/推力電流控制電路，防觸電VRD電路，焊接電流顯示電路。具體電路結(jié)構(gòu)描述如下參見圖3主控制板電路電源系統(tǒng)變壓器T3 (圖2所示)次級雙16V繞組和單28V繞組通過插座A5引進(jìn)主控制板， 通過整流二極管D35，D36，D37，D38，D39，D40分別整流后經(jīng)電容C36，C40濾波，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成電路冊(0017)』3(017812)和U6 (LM7805)穩(wěn)壓，分別輸出+MV，+12V，+5V直流電壓，這組電壓為主控制板供電。由電壓型PWM集成電路U2和周圍器件組成PWM脈寬調(diào)制電路，電壓型PWM集成電路U2的“6腳”為PWM脈沖頻率定時(shí)電阻端，外接定時(shí)電阻R42，“5腳”和“7腳”間跨接死區(qū)形成電阻R41，“5腳”為PWM脈沖頻率定時(shí)電容端，外接定時(shí)電容C34，“10腳”為PWM 脈沖強(qiáng)制關(guān)斷端，“ 15腳”和“ 13腳”分別為U2片內(nèi)控制供電端和PWM圖騰柱輸出驅(qū)動供電端，“ 16腳”為U2片內(nèi)基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源(5. 1V)，“ 8腳”為U2軟啟動端，“ 1腳”，“ 2腳，，和“ 9 腳”是U2片內(nèi)運(yùn)算放大器(由于本電路不使用它，故將“ 1腳”接地，“ 2腳”接基準(zhǔn)電壓，而 “9腳”則接到外接的誤差放大器輸出級)，電壓型PWM集成電路U2的“ 12腳”為整個(gè)PWM芯片的接地端，“11腳”和“14腳”為U2的PWM圖騰柱輸出端。其中振蕩波形輸出端“4腳” 和同步脈沖輸出端“3腳”沒有使用，懸空處理。由電壓型PWM集成電路U2的“11腳”和“14腳”輸出的PWM脈沖信號，通過由MOS 管 Q9，Q10，Qll，Q12 和穩(wěn)壓二極管 D28，D29 電容 C29，C30，C24 以及電阻 R31, R32, R33, R34, R36，R37，R38，R24以及電源退藕電容C22，C23, C32, C33等組成的具有自舉功能的PWM脈沖功率放大電路放大，放大后的PWM脈沖通過變壓器T4隔離后輸出驅(qū)動脈沖。由分流器FLl (圖2所示)和電容C55，電阻R66組成電流信號反饋電路。電位器 RT3, RT6電阻R68，R63，R72和電容C53，C59組成焊割電流給定電路；電位器RT2電阻R64 和電容C54，組成推力電流給定電路；電位器RTl電阻R67和電容C58，組成引弧電流給定電路。由三極管Q16，二極管D48，電阻R58 ；三極管Q15，Q17，二極管D45，電容C51電阻 R57，R61，R71以及二極管D47，電容C56，電阻R69，R65等分別組成推力電流控制電路和引弧電流控制電路。由二極管 D23, D24, D25, D26, D31，D33 電阻 R26, R29, R35, R43 電容 C26, C27 和單
向可控硅Q13等構(gòu)成一次側(cè)電流過流保護(hù)電路。由運(yùn)算放大器U4A電阻R55，R56，R52，R46，R47 二極管D41電容C38，C41等組成帶回差的欠壓保護(hù)電路。其中C38為PWM軟啟動電容。由光耦U4電阻R27，R28, R30, R39 二極管D27，D32電容C28，C31以及開關(guān)S4 (圖 2所示)VRD顯示燈D21 (圖2所示)等組成防觸電VRD控制和顯示電路。由電位器RT7電阻R70，R73電容C57和DGMl (圖2所示)等組成焊接電流顯示電路。由集成電路U7，電位器RT5，電阻R60，R62電容C46，C49，C52，C44和二極管D44 等組成誤差放大器電路的前級；由三極管Q14，電位器RT4，電阻R49，R50, R51，R54和電容 C39，C43等組成誤差放大器電路的后級。圖四所示，散熱風(fēng)道是由軸流風(fēng)機(jī)15，冷卻風(fēng)導(dǎo)風(fēng)罩14，鋁型材散熱器3，擋風(fēng)板 5，底板18，中隔板17和機(jī)殼(未畫出)等組成的一個(gè)密封系統(tǒng)。電流給定、電流反饋、PWM調(diào)制和輸出以及欠壓保護(hù)、過流保護(hù)等功能的實(shí)現(xiàn)由分流器FLl (圖2所示)和電容C55，電阻R66組成電流反饋電路，將焊割電流反饋信號送到誤差比較點(diǎn)C點(diǎn)；電位器RT3動點(diǎn)取得的焊割電流給定電壓信號通過遠(yuǎn)控/機(jī)控選擇開關(guān)S3 (圖2所示)后經(jīng)過電阻R68，R63和電位器RT6以及濾波電容C53，C59送到誤差比較點(diǎn)C點(diǎn)；電位器RT2動點(diǎn)取得的推力電流給定電壓信號經(jīng)過電阻R64和電容CM 送到誤差比較點(diǎn)C點(diǎn)；電位器RTl動點(diǎn)取得的引弧電流給定電壓信號經(jīng)過電阻R67和電容 C58，送到誤差比較點(diǎn)C點(diǎn)。誤差比較點(diǎn)得到的誤差信號經(jīng)過由運(yùn)算放大器U7和周圍器件組成的比例積分調(diào)節(jié)器放大調(diào)節(jié)放大后從U7的“6腳”輸出，再經(jīng)過由Q14及周圍元件組成的集電極開路的比例放大器后從Q14的集電極輸出，最后送到電壓型PWM集成電路U2的 “9腳”。其中RT5為運(yùn)算放大器U7的調(diào)零電位器，電容C43為誤差信號微分加速電容，電容C39為三極管Q14的密勒電容的中和電容。由電阻R42，R41電容C34組成的帶死區(qū)的鋸齒波發(fā)生器，產(chǎn)生的鋸齒波在電壓型 PWM集成電路U2內(nèi)部和輸入“9腳”輸入的誤差信號進(jìn)行比較，得出一系列寬度隨誤差信號變化而變化的PWM脈沖，經(jīng)過電壓型PWM集成電路U2內(nèi)部的分相，鎖相后成為相位相差 180ο的互補(bǔ)的PWM脈沖信號，分別從電壓型PWM集成電路U2的“ 11腳”和“ 14腳”輸出。欠壓保護(hù)電路由運(yùn)算放大器諷六電阻1 55，1 56，1 52，1 46，1 47二極管041電容C38， C41等組成。當(dāng)電網(wǎng)電壓過低，導(dǎo)致主控制電路板的+24V電源電壓低于MV，運(yùn)算放大器U4A 的“2腳”電壓就會比“3腳”電壓低，其“1腳”電壓就會變低，通過二極管D41和電阻R47 快速放掉電容器C38的電荷，電壓型PWM集成電路U2的“8腳”電位變低，電壓型PWM集成電路U2的“11腳”和“14腳”立即停止輸出PWM脈沖，從而起到欠壓保護(hù)的作用。過流保護(hù)電路由一次側(cè)電流互感器Tl (圖2所示)和二極管D23，D24，D25，D26， D31, D33電阻R26，R29，R35，R43電容C26，C27等構(gòu)成。當(dāng)一次側(cè)因某種原因造成電流脈沖幅值超過設(shè)定的安全點(diǎn)時(shí)，一次側(cè)電流互感器Tl (圖2所示)檢測到的電流脈沖電壓信號經(jīng)二極管D23，D24，D25，D26整流，電容以6濾除高頻紋波后在采樣電阻似9上呈現(xiàn)的電壓就超過穩(wěn)壓二極管D31的穩(wěn)壓值，使得單向可控硅Q13的門極得到觸發(fā)脈沖，單向可控硅 Q13被觸發(fā)導(dǎo)通并鎖定，電阻R43上電壓變高，使得電壓型PWM集成電路U2的脈沖關(guān)斷端 “ 10腳”電位變高，電壓型PWM集成電路U2停住輸出PWM信號，其“ 11腳”和“ 14腳”電壓恒為低，從而起到過流保護(hù)的作用。只有當(dāng)過流故障被排除，焊割機(jī)從新上電，單向可控硅 Q13才得以恢復(fù)阻斷。推力電流和引弧電流控制的實(shí)現(xiàn)。由三極管Q16，二極管D48，電阻R58 ；三極管Q15，Q17，二極管D45，電容C51電阻 R57，R61，R71以及二極管D47，電容C56，電阻R69，R65等分別組成推力電流控制電路和引弧電流控制電路。焊割機(jī)在焊接過程中，若焊接弧壓過低，很容易黏住焊條，使焊接工作受阻。解決的辦法是將電流誤差放大電路的放大倍數(shù)減小，使焊割機(jī)的輸出外特性由垂直陡降變成緩降，有效阻止焊條短路黏條。電路中，將運(yùn)算放大器U7的輸出端“6腳”信號通過電阻R58 和二極管D48引出，加到電位器RT2高端上，RT2的的低端接地，從其動點(diǎn)引出電壓信號，送到運(yùn)算放大器U7的反相輸出端“2腳”通過調(diào)節(jié)RT2動點(diǎn)的位置，改變這個(gè)信號的幅度，達(dá)到改變焊割機(jī)的輸出外特性的目的。電位器RT2動點(diǎn)越往高端調(diào)，運(yùn)算放大器U7的放大倍數(shù)減小，焊割機(jī)的輸出外特性越緩，短路電流就會越大，防止黏焊條的作用就強(qiáng)，反之，則越弱。焊割機(jī)在焊接開始時(shí)，冷工件冷焊條很容易黏住焊條，使焊接工作受阻。解決的辦法是在焊接開始時(shí)，加以較大電流，使電弧有一個(gè)熱啟動過程，有效阻止焊條短路黏條。電路中，將運(yùn)算放大器U7的輸出端“6腳”信號引出，通過電阻R57加到三極管Q15基極上，從三極管Q15集電極取出信號通過二極管D45加到電容C45上，再接到電位器RTl的高端，電位器RTl的低端接地，從其動點(diǎn)引出電壓信號，通過電阻R67送到運(yùn)算放大器U7的反相輸出端“2腳”。當(dāng)焊接開始時(shí)，誤差放大器U7的“2腳”由于只有電流給定信號電壓而無電流反饋信號電壓，其輸出端“6腳”電壓為低，三極管Q15截止，C51被+5V電壓源通過電阻R61 迅速充滿電荷，其電壓為+5V，這個(gè)電壓送至電位器RTl的高端(RTl的低端接地)，從RTl的動點(diǎn)取出電壓信號，通過電阻R67送至運(yùn)算放大器U7的反相輸出端“2腳”，疊加一電流給定信號，使得此時(shí)焊接電流加大，這個(gè)電流隨著運(yùn)算放大器U7的輸出端“6腳”因有了反饋電流信號電壓而電壓變高，三極管Q15變截止為導(dǎo)通，電容C51通過電位器RTl放電而電位逐漸降低而逐漸減小。使得在焊接開始時(shí)，焊割機(jī)輸出一個(gè)引弧脈沖電流，有效的阻止了黏條的發(fā)生。電容C51容量和電位器RTl的阻值的乘積決定了這個(gè)引弧脈沖的時(shí)間，調(diào)節(jié)電位器RTl動點(diǎn)位置，可以調(diào)節(jié)引弧脈沖的幅度。為了保證焊割機(jī)在小電流時(shí)有引弧脈沖電流和推力電流，而在大電流時(shí)沒有引弧脈沖電流和推力電流，設(shè)置了引弧脈沖電流和推力電流自適應(yīng)電路。該電路由三極管Q16 二極管D47電容C56和電阻R69，R65組成。電流給定電位器的動點(diǎn)電壓經(jīng)過二極管D47導(dǎo)向，電容C57濾除干擾后，送到由電阻R69和R65構(gòu)成的分壓器上，在其中點(diǎn)取出分壓值送到三極管Q16和Q17的基極。當(dāng)焊接電流較小時(shí)，電容器C56上電壓也較低，通過電阻R69 和R65分壓后，三極管Q16，Q17基極電壓很低，三極管Q16，Q17截止，引弧電流和推力電流給定信號電壓不受其影響，焊割機(jī)有引弧電流和推力電流輸出；當(dāng)焊接電流較大時(shí)，電容器 C56上電壓也變高，通過電阻R69和R65分壓后，三極管Q16，Q17基極電壓變高，三極管Q16， Q17開始導(dǎo)通，引弧電流和推力電流給定電壓信號受三極管Q16，Q17集電極的分流的影響相應(yīng)減少，焊割機(jī)輸出引弧電流和推力電流相應(yīng)減少；當(dāng)焊接電流足夠大時(shí)，電容器C56上電壓也很高，通過電阻R69和R65分壓后，三極管Q16，Q17基極電壓很高，三極管Q16，Q17 完全導(dǎo)通，引弧電流和推力電流給定電壓信號被三極管Q16，Q17鉗位到零，焊割機(jī)將沒有引弧電流和推力電流輸出。防觸電VRD控制的實(shí)現(xiàn)。由光耦U4電阻R27，R28, R30, R39 二極管D27，D32電容C28，C31以及開關(guān)S4 (圖 2所示)VRD顯示燈D21 (圖2所示)等組成防觸電VRD控制和VRD顯示電路。當(dāng)VRD選擇開關(guān)S4 (圖2所示)置“無”時(shí)，VRD不起作用。焊割機(jī)開機(jī)就有高的空載電壓，不受焊接狀態(tài)的影響。當(dāng)VRD選擇開關(guān)S4 (圖2所示)置“有”時(shí)，VRD起作用。此時(shí)控制電路板里的 +24V電壓經(jīng)過開關(guān)S4送到VRD電路上，由于此時(shí)還沒進(jìn)行焊接，故+24V電壓通過電阻R27， 似8和穩(wěn)壓二極管D27加到光耦U4的一次側(cè)發(fā)光二極管上，一次側(cè)發(fā)光二極管發(fā)光，同時(shí)外接的VRD指示發(fā)光二極管發(fā)光表示VRD已啟動。光耦U4的二次側(cè)光電三極管則受光而導(dǎo)通接地，通過二極管D34和電阻R48，使得運(yùn)放U4A輸出為低，將集成電路U2的軟啟動端“8 腳”對地短路，U2沒有PWM脈沖數(shù)出，焊割機(jī)主回路沒有電能輸出。由于二極管D32和電阻 R39的聯(lián)通作用，以8通過R30快速充電。同時(shí)焊割機(jī)的輸出會有一個(gè)由穩(wěn)壓管D27決定的電壓送到焊割機(jī)輸出端，這個(gè)電壓設(shè)計(jì)為低于24V的安全電壓。這時(shí)的焊割機(jī)輸出是安全的，操作者可以隨意觸摸焊割機(jī)的輸出端，可以隨意的更換焊條。焊接開始后，焊條接觸工件，D點(diǎn)對地短路，光耦一次側(cè)發(fā)光二極管停止發(fā)光，其二次側(cè)的光電三極管也截止，二極管 D34被開路，通過電阻R48，使得運(yùn)放U4A輸出為高，將集成電路U2的軟啟動端“8腳”對地開路，U2輸出PWM脈沖，焊割機(jī)主回路輸出電能可以進(jìn)行焊接。此時(shí)電抗器Ll (圖2所示)的輸入端E點(diǎn)就有脈沖電壓，該電壓通過電阻R39引入，經(jīng)過二極管D32單向?qū)Я髯饔?，使得F點(diǎn)一直保持低電位，以8 —直保持充滿電荷狀態(tài)，光耦U4 —次側(cè)一直截止，二次側(cè)也一直截止，二極管D34也一直被開路，通過電阻R48，使得運(yùn)放U4A輸出一直為高，將集成電路 U2的軟啟動端“8腳”一直對地開路，U2 一直輸出PWM脈沖，焊割機(jī)主回路一直輸出電能， 一直可以進(jìn)行焊接。當(dāng)焊接結(jié)束后，D點(diǎn)會懸空，電容C34上的電荷會慢慢通過電阻R27放掉，F(xiàn)點(diǎn)電位會緩慢上升，當(dāng)F點(diǎn)電壓升到足夠高時(shí)，穩(wěn)壓二極管D27導(dǎo)通，光耦U4的一次側(cè)發(fā)光二極管發(fā)光，光耦U4的二次側(cè)光電三極管受光而導(dǎo)通接地，通過二極管D34和電阻 R48，使得運(yùn)放U4A輸出為低，將集成電路U2的軟啟動端“8腳”對地短路，U2沒有PWM脈沖數(shù)出，焊割機(jī)主回路沒有電能輸出。焊割機(jī)的輸出只有一個(gè)由穩(wěn)壓管D27決定的電壓(低于 MV)送到焊割機(jī)輸出端，這時(shí)的焊割機(jī)輸出電壓又回到安全值，操作者可以隨意觸摸焊割機(jī)的輸出端，可以隨意的更換焊條。電容以8和電阻R27的值的乘積，決定了從焊接狀態(tài)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)時(shí)間的長短，選擇電容以8和電阻R27的值，使其既可以做到焊接時(shí)的短暫停頓焊割機(jī)不會停止輸出，不影響焊接過程；也能在停止焊接后適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)迅速地關(guān)斷輸出， 轉(zhuǎn)成安全電壓。完全密封隔離的三防散熱風(fēng)道的實(shí)現(xiàn)。如圖4所示由軸流風(fēng)機(jī)15’，冷卻風(fēng)導(dǎo)風(fēng)罩14’，鋁型材散熱器3’，擋風(fēng)板5’，底板18’，中隔板17’和機(jī)殼(未畫出)等組成一個(gè)密封的散熱通風(fēng)風(fēng)道系統(tǒng)。軸流風(fēng)機(jī)的冷卻空氣流自右向左在密閉的鋁型材散熱器的散熱齒里流動，而焊割機(jī)的電源部分的控制電路板部分和控制電源變壓器2’均安裝于中隔板17’上的密閉空間里，為了加強(qiáng)密封效果和電磁波屏蔽效果，再在控制電路板外面安裝一密閉的鋼制屏蔽罩4’ ；焊割機(jī)的電源部分的逆變部分的逆變器12’和一次側(cè)整流部分的整流橋13’以及半橋橋臂電容11’等均安裝在正面的密閉空間里；焊割機(jī)的電源部分的二次側(cè)整流部分(未畫出)的整流二極管及阻容吸收電阻電容等均安裝在后面的密閉空間里。而把對三防要求不高，對通風(fēng)散熱要求高的主變壓器8’和二次側(cè)濾波電抗器9’放在風(fēng)道上。另外1’為機(jī)底的前面板，7’為機(jī)底的后面板，在前面板1’上安裝有前百葉窗16’ ；在機(jī)底的后面板7’上安裝有后百葉窗10’。軸流風(fēng)機(jī)15’旋轉(zhuǎn)將前百葉窗16’外的新鮮冷空氣泵入機(jī)內(nèi)，由完全密封的導(dǎo)風(fēng)罩14’將空氣流不遺漏的導(dǎo)入鋁型材散熱器3’的齒槽內(nèi)，當(dāng)冷卻風(fēng)流交換帶走散熱器的熱量后從由散熱器3’和擋風(fēng)板5’緊密結(jié)合的出風(fēng)口流出，在吹拂主變壓器8，和濾波電抗器 9’后從后百葉10’流出焊割機(jī)機(jī)體，完成軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷的整個(gè)過程。這個(gè)過程中，冷卻風(fēng)流按設(shè)定的路徑流動，不會流經(jīng)需要防護(hù)的電路板和高低壓電子元器件，起到了很好的三防效果。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，包括按照電流流向方向而順序連接的 輸入濾波開關(guān)電路、一次側(cè)整流濾波電路、半橋逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和逆變電路連接，所述PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)還包括與所述主控制板電路連接的濾波和風(fēng)機(jī)電路，該濾波和風(fēng)機(jī)電路與輸入濾波開關(guān)電路連接；其特征在于，所述輸入濾波開關(guān)電路包括電源開關(guān)；所述的一次側(cè)整流濾波電路包括與所述電源開關(guān)連接的整流橋，與該整流橋并聯(lián)的第一、第二濾波電容和順序串接后與第二濾波電容并聯(lián)的第一、第二半橋橋臂電容，以及與該整流橋并聯(lián)的泄放電阻；送入焊割機(jī)內(nèi)的交流電壓電流通過整流橋整流成直流電壓電流，經(jīng)過電容濾波后送往半橋逆變電路；所述半橋逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件橋接組成的第一逆變橋，由第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件橋接組成的第二逆變橋，該第一、第二逆變橋構(gòu)成半橋逆變支路，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第五、第六、第七、第八驅(qū)動電阻，連接在第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容吸收電路，與第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件及第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻連接的第一驅(qū)動脈沖波形整形電路，與所述第五、第六、第七、第八絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件及第五、第六、第七、第八驅(qū)動電阻連接的第二驅(qū)動脈沖波形整形電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，其特征在于，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，其特征在于，所述的隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的第一中頻變壓器，一次側(cè)電流互感器，所述中頻變壓器一次側(cè)繞組的一端連接半橋逆變電路的中點(diǎn)，另一端穿過一次側(cè)電流互感器后連接半橋逆變電路的另一個(gè)中點(diǎn)；所述中頻變壓器二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和二次繞組間絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，其特征在于，所述的二次側(cè)整流濾波電路包括與所述中頻變壓器二次側(cè)繞組連接的第一、第二、第三、第四、 第五、第六、第七、第八、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九、第二十快恢復(fù)整流二極管，串接在第二、第四、第六、第八快恢復(fù)整流二極管兩端的第八阻容吸收電阻和串接在第一、第三、第五、第七快恢復(fù)整流二極管兩端的第九阻容吸收電阻，串接在第十三、第十五、第十八、第十九快恢復(fù)整流二極管兩端的第十九阻容吸收電阻和串接在第十四、第十六、第十七、第二十快恢復(fù)整流二極管兩端的第二十阻容吸收電阻，以及與第八阻容吸收電阻串接的第五阻容吸收電容，與第九阻容吸收電阻串接的第六阻容吸收電容， 與第十九阻容吸收電阻串接的第十五阻容吸收電容，與第二十阻容吸收電阻串接的第十六阻容吸收電容，與第八阻容吸收電阻和第九阻容吸收電阻串接的串接的濾波電感，與該濾波電感串接構(gòu)成濾波電路的第十濾波電阻，串接構(gòu)成假負(fù)載電路的第七、第八電容，該假負(fù)載電路與第十濾波電阻并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)，其特征在于，所述主控制板電路包括按照電流流向方向而順序連接的PWM脈寬調(diào)制電路，隔離驅(qū)動電路，電流給定和電流反饋電路，過流保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路，引弧/推力電流控制電路，防觸電VRD電路，焊接電流顯示電路。
專利摘要本實(shí)用新型一種電壓型PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波開關(guān)電路、一次側(cè)整流濾波電路、半橋逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路以及主控制板電路，主控制板電路既和二次整流濾波電路連通又和逆變電路連接，所述PWM半橋硬開關(guān)逆變式焊割機(jī)還包括與所述主控制板電路連接的濾波和風(fēng)機(jī)電路，該濾波和風(fēng)機(jī)電路與輸入濾波開關(guān)電路連接，該種結(jié)構(gòu)的焊割電源結(jié)構(gòu)簡單體積小、實(shí)施成本較低。
文檔編號B23K9/10GK201950344SQ20112002275
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者吳月濤, 楊振文 申請人:深圳華意隆電氣股份有限公司