專利名稱：一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及采用單管IGBT的逆變焊機技術(shù)領(lǐng)域，是一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
當前，電焊機產(chǎn)品市場的競爭十分激烈，沒有技術(shù)和綜合成本優(yōu)勢的產(chǎn)品，最終是難以在市場上有生存空間或發(fā)展前景的；產(chǎn)品的技術(shù)和綜合成本優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在逆變技術(shù)的先進性和參數(shù)性能指標方面，還在很大程度上取決于焊機結(jié)構(gòu)設(shè)計的新穎性、生產(chǎn)制造工藝的先進性、生產(chǎn)效率的高低、生產(chǎn)和商品運輸成本的多少，產(chǎn)品的一致性和可靠性等方面。目前，國內(nèi)外市場或客戶希望產(chǎn)品能夠滿足可靠性高、大輸出電流、可焊焊條直徑大、高負載持續(xù)率(或長時間)焊接、產(chǎn)品采購價格低、批量運輸成本少等要求；要實現(xiàn)上述要求，就需要焊機生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新解決問題；產(chǎn)品的可靠性，用戶或市場反映就會好；大電流輸出，就可滿足大直徑(如4 5mm)焊條焊接要求；高(如50%以上)負載持續(xù)率就可滿足長時間焊接的要求。這些都將提高焊接效率；逆變焊機屬于電子類產(chǎn)品，如果能夠采用先進的電路板加工方法和產(chǎn)品制造工藝，則可大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)產(chǎn)品。這就能夠增強產(chǎn)品的市場競爭力，企業(yè)也可獲得更好的經(jīng)濟效益；產(chǎn)品的尺寸小，意味著出口時一個集裝箱能夠容納更多的產(chǎn)品，這將降低客戶運輸?shù)某杀?。對?60A電流等級及以下的逆變焊機，目前市場上有的產(chǎn)品采用了單塊電路板、立式布局的設(shè)計結(jié)構(gòu)形式；有的產(chǎn)品則兩塊電路板、上下層布局的結(jié)構(gòu)形式；還有的產(chǎn)品采用采用了三塊電路板、上中下布局的結(jié)構(gòu)；不管是哪種形式，在相同的額定電流/電壓和負載持續(xù)率下，其產(chǎn)品的尺寸都比本實用新型焊機的尺寸顯著大了很多，這將明顯降低一個集裝箱容納產(chǎn)品的數(shù)量，增加客戶運輸?shù)某杀尽４送?，目前市場上的很多逆變電焊機產(chǎn)品，其電路板主要是采用大量的分離插入式電子元器件，依靠人工插件和手工焊接的方式來完成焊機電路板的制作；眾多的逆變電焊機生產(chǎn)企業(yè)，由于實力弱、產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量少，沒有能力采用分離器件自動插件或SMT自動貼片先進技術(shù)和工藝來進行電路板的自動生產(chǎn)；因此，電路板和焊機的生產(chǎn)效率低下，制造工藝水平落后，生產(chǎn)成本高；另外，產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性也難以保證，即使電焊機制造企業(yè)能夠委托外部的專業(yè)電路板制造企業(yè)依據(jù)進行的方法加工PCB，但是，企業(yè)的產(chǎn)品制造成本都將明顯增加，產(chǎn)品也難以有市場競爭力。采用單管IGBT逆變主電路和控制電路構(gòu)成的逆變焊機種類是比較多的，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，焊機的性能指標包括輸出的電流/電壓范圍及其對應(yīng)的負載持續(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、產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、最終產(chǎn)品運輸成本等也會有顯著的不同。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種超小尺寸、較大電流輸出、較高負載持續(xù)率的IGBT單管逆變式家用型焊機。本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)，包括逆變主電路、IGBT的驅(qū)動電路、PWM脈沖寬度調(diào)制電路、焊機輸出特性控制電路和電源電路；逆變主電路由輸入濾波電路、上電緩沖電路和單管IGBT組成；其特征在于所有的這些電路部分和元器件布置在三電路板上；三塊電路板之間采用排式插針/插座進行電氣間的連接；三塊電路板之中兩塊大電路板尺寸一樣，縱向平行布置，另外一塊為小電路板，小電路板連接在上述其中一塊大電路板上。
所述的兩塊大電路板分別為整流和濾波及逆變開關(guān)部分的電路板11和開關(guān)電源和整流輸出電路板12，另外一塊為小電路板連接在大電路板12上，三塊電路板之間采用排式插針進行電氣間的連接。本實用新型逆變焊機采用單管IGBT組成的逆變主電路和控制電路構(gòu)成。整個電路部分布置在三塊電路板上。除了少量尺寸大的器件，如單相整流橋(GBPC5010)、繼電器JDQ、DLH電流檢測互感器、脈沖變壓器Tl、三端穩(wěn)壓器U3及其散熱器、IGBT及其散熱器、電解電容、快速恢復(fù)二極管等這些尺寸大的元器件或零部件需采用手工裝配和焊接外，其它的電子元器件都采用了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。因此，電路板的生廣和安裝十分方便、快捷，廣品的合格率和生廣效率聞，最終使廣品的生廣成本低，市場競爭力強。

圖1是本實用新型焊機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型焊機的開關(guān)電源和輸出整流等控制電路板；圖3是本實用新型焊機的上電緩沖和整流濾波及逆變開關(guān)控制電路板；圖4是本實用新型焊機的小控制電路板。圖1中各部件名稱如下1背帶、2外殼螺絲、3外殼、4 IGBT單管散熱器、5 IGBT單管、6熱保護器、7電流檢測互感器、8整流橋及散熱器、9繼電器、10濾波電解電容、11整流和濾波及逆變開關(guān)部分電路板、12開關(guān)電源和整流輸出電路板、13連接端子、14逆變主變壓器、15緊固螺絲、16正極銅連接片、17防松螺母、18負極銅連接片、19螺母、20緊固螺絲、21快速整流二極管及散熱器、22小電路板、23開關(guān)電源變壓器、24電路板固定塑料支架、25絕緣紙、26緊固螺絲、27焊機電源開關(guān)、28冷卻風扇、29電流調(diào)節(jié)旋鈕、30焊接電纜耦合器、31焊機底板、32電源線固線器、33電源輸入電纜。
具體實施方式
如圖1-4所示，一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)，包括逆變主電路、IGBT的驅(qū)動電路、PWM脈沖寬度調(diào)制電路、焊機輸出特性控制電路和電源電路；逆變主電路由輸入濾波電路、上電緩沖電路和單管IGBT組成；所有的這些電路部分和元器件布置在三塊電路板上；三塊電路板之間采用排式插針/插座進行電氣間的連接；三塊電路板之中兩塊大的電路板11、12尺寸一樣，相向平行布置在電焊機的外殼內(nèi)，另外一塊為小電路板22，所述的兩塊大電路板分別為整流和濾波及逆變開關(guān)部分的電路板11和開關(guān)電源和整流輸出電路板12,另外一塊為小電路板連接在大電路板12上。由附圖1的本實用新型焊機的結(jié)構(gòu)示意圖可見，冷卻風扇28安裝在焊機底板31的后部面板上，冷卻風扇依據(jù)焊機外殼尺寸的不同，分別采用WX8038、WX9038型號的直流24VDC高速、大風量風扇，兩種風扇的安裝尺寸、大小是不一樣的，大機箱(尺寸255 X 107 X 155mm)的焊機，采用 WX9038 ;小機箱(250 X 97 X 150mm)的焊機，采用 WX8038 風機；盡管風扇的尺寸小，但由于其葉片轉(zhuǎn)速高、單位時間內(nèi)的冷卻風量大，因而大大改善了IGBT單管5及其散熱器4、快恢復(fù)二極管及其散熱器21、逆變變壓器14等器件或部件的冷卻效果。這就使焊機即使在輸出160A大電流的情況下，焊機的負載持續(xù)率仍然可達60%以上,并且,連續(xù)焊接的時間大大延長。由附圖1的本實用新型焊機的結(jié)構(gòu)示意圖可見，逆變主電路中的IGBT單管5及其散熱器4位于焊機的后部，靠近風扇28，遠離發(fā)熱量比較大的逆變變壓器14，IGBT單管5開關(guān)器件是非常關(guān)鍵的器件，其能否正常的工作，直接影響焊機的工作可靠性，靠近風扇28，遠離發(fā)熱量比較大的逆變變壓器14的設(shè)計可使IGBT單管5及其IGBT單管散熱器4有良好的冷卻效果；IGBT單管5及其IGBT單管散熱器4溫度低，則為逆變電路的可靠性提供了良好的保障。由附圖1的本實用新型焊機的結(jié)構(gòu)示意圖可見，小電路板22也位于焊機的后部，遠離電流比較大的、電磁干擾強的逆變變壓器14，電路板上布置有多種集成電路及其外圍電路。核心器件是UC3846的PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)芯片，也是焊機的核心控制電路，其能否正常的工作，也直接影響焊機的工作可靠性，由于遠離電流比較大的、電磁干擾強的逆變變壓器，故可改善電路的工作可靠性。由附圖1的本實用新型焊機的結(jié)構(gòu)示意圖可見，逆變變壓器14則位于焊機的前部，靠近出風口，逆變變壓器14繞組導線與電路板12上的連接端子13等連接在一起，構(gòu)成電路的連通。由附圖1的本實用新型焊機的結(jié)構(gòu)示意圖可見，本實用新型焊機的電路板設(shè)計分為三塊，分別為整流和濾波及逆變開關(guān)部分的電路板11、開關(guān)電源和整流輸出電路板12、小電路板22,兩塊大的電路板11、12尺寸一樣,相向布置在外殼內(nèi)；另外一塊為小電路板12，連接在上述其中一塊大電路板12上，三塊電路板之間采用排式插針/插座進行電氣間的連接，連接排式插針/插座的位置1)附圖2中，靠近電路板的中間部位，位于電阻R18的上方，R21的左邊，帶有一 15V、MC等標識的地方，共有17針；與附圖4的控制小板下方的排式插針對應(yīng)連接；2)附圖2中，靠近電路板的左邊，帶有+310V、Rt等標識的地方，共有10針，與附圖3的控制電路板右邊對應(yīng)標識處的排式插座對應(yīng)連接；3)附圖2中，靠近電路板的右邊，帶有MC1、MC2、Jl 一、Jl+等標識的地方，共有10針；與附圖3的控制電路板左邊對應(yīng)標識處的排式插座對應(yīng)連接，由于所述焊機的內(nèi)部電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特，使得焊機的尺寸非常小，重量又非常輕，且負載持續(xù)率在小型逆變焊機中屬于很高的，故所述焊機符合超小型、高負載持續(xù)率逆變焊機的范疇；這也是有別于市場上其它現(xiàn)有產(chǎn)品的重要特征，此外，焊機還具有加工工藝方法先進、生產(chǎn)效率高、制作和商品出口運輸成本低等優(yōu)勢。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，所述焊機突破了以往逆變焊機設(shè)計的傳統(tǒng)思路，具有明顯的設(shè)計創(chuàng)新性。附圖1中，單相整流橋GBPC5010及其散熱器8、濾波電解電容10、IGBT驅(qū)動電路、IGBT單管5及其IGBT單管散熱器4、逆變主變壓器14、快恢復(fù)二極管及其散熱器21及其保護阻容電路等組成逆變主電路；逆變主電路的次級整流輸出由快恢復(fù)二極管及其散熱器21等構(gòu)成的電路來完成。附圖2中，熱敏電阻RT、JDQ繼電器及其控制電路等組成上電緩沖電路，繼電器JDQ的動作由其延時控制電路控制，可使繼電器JDQ的動作時間滯后于焊機電源開關(guān)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(guān)等器件的目的；當接通供電電源時，由于電源開關(guān)合上后的一段時間內(nèi)，+ 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(guān)的動作時間；在這段時間內(nèi)，繼電器JDQ的觸頭還沒有閉合，電流只能夠通過熱敏電阻RT給單相整流橋供電，進而給濾波電解電容C3 C8充電，當C3 C8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，如果熱敏電阻RT>JDQ及其控制電路，則接通電源開關(guān)后，由于電解電容C3 C8上的電壓為零，相當于單相整流橋的輸出端處于短路狀態(tài)，因此，會在單相整流橋的輸入端產(chǎn)生很大的電流，甚至會燒壞單相整流橋；可見，熱敏電阻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，進而保護單相整流橋、開關(guān)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，則熱敏電阻RT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。附圖2中，Ul、MOS管Q1、開關(guān)電源變壓器Tl、三端集成穩(wěn)壓器U3、U4及它們外圍的器件構(gòu)成直流開關(guān)電源穩(wěn)壓電路，可獲得穩(wěn)定的+24V和+15V及一 15V的直流工作電壓。這些電壓供給控制電路，使焊機的各部分控制電路能夠正常工作。附圖3給出了本實用新型焊機的驅(qū)動電路圖，主要由驅(qū)動脈沖變壓器Tl、Q2和Q3、D4 D9、Z2 Z3、R18 R21、C20 C23等組成，驅(qū)動電路分為兩個部分，其輸出信號分別控制兩組IGBT開關(guān)管組，兩個部分電路的組成在原理上是一致的，驅(qū)動脈沖控制電路的作用主要是根據(jù)焊機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，使兩組IGBT導通或關(guān)斷，從而在逆變主變壓器的初級繞組中獲得中頻交流電流和電壓。附圖3中，DLH為電流檢測互感器，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，則電流檢測互感器檢測到的電流信號也較大；該電流檢測信號作為電流負反饋信號，通過圖3中的CT1、CT2兩端輸入到控制電路部分，并與調(diào)節(jié)焊接電流大小的電流電位器產(chǎn)生的電流給定信號進行比較，通過控制電路可獲得驅(qū)動IGBT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，當電流電位器產(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；當電流電位器產(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(qū)動IGBT工作的脈沖寬度減小，于是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。參看圖4，焊機輸出特性控制電路主要由電流調(diào)節(jié)電位器Ug、脈沖寬度調(diào)制器U4，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的輸出特性，當電流調(diào)節(jié)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?。划旊娏髡{(diào)節(jié)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(qū)動電路產(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，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。本實用新型不僅采用了先進的逆變控制技術(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、體積非常小、重量非常輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造技術(shù)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(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產(chǎn)品，例如，制成120A、130A、140A、150A、160A等電流等級的逆變手工電弧焊機產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)，包括逆變主電路、IGBT的驅(qū)動電路、PWM脈沖寬度調(diào)制電路、焊機輸出特性控制電路和電源電路；逆變主電路由輸入濾波電路、上電緩沖電路和單管IGBT組成；其特征在于所有的這些電路部分和元器件布置在三電路板上；三塊電路板之間采用排式插針/插座進行電氣間的連接；三塊電路板之中兩塊大電路板尺寸一樣，縱向平行布置，另外一塊為小電路板，小電路板連接在上述其中一塊大電路板上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的兩塊大電路板分別為整流和濾波及逆變開關(guān)部分的電路板(11)和開關(guān)電源和整流輸出電路板(12 )，另外一塊為小電路板(22 )連接在大電路板(12 )上，三塊電路板之間采用排式插針進行電氣間的連接。
專利摘要本實用新型涉及一種超小型高負載持續(xù)率逆變焊機的電路板結(jié)構(gòu)，其特征在于包括逆變主電路、IGBT的驅(qū)動電路、PWM脈沖寬度調(diào)制電路、焊機輸出特性控制電路和電源電路；逆變主電路由輸入濾波電路、上電緩沖電路和單管IGBT組成；所有的這些電路部分和元器件布置在三塊電路板上；三塊電路板之間采用排式插針/插座進行電氣間的連接；三塊電路板之中兩塊大的電路板尺寸一樣，縱向平行布置，另外一塊為小電路板，小電路板連接在上述其中一塊大電路板上；本實用新型尺寸非常小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量非常輕、在電路結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，所述焊機突破了以往逆變焊機傳統(tǒng)的設(shè)計思路，具有明顯的設(shè)計創(chuàng)新性。
文檔編號B23K9/10GK202894548SQ20122061212
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19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