CN101172313A - 一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置，该装置的技术方案包括第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路、脉冲输出控制电路、控制器、驱动器、电源开关。其特征是通过通过采用超微功耗的脉冲信号发生器及其超微功耗电焊机待机控制电路，使得整个待机控制装置可以用一节长寿命一次性电池长期支持待机。这样就可以取消控制电路的交流待机电源，整个装置的电路结构变得更为紧凑小巧，控制更为灵活可靠。从而使电焊机真正实现了零功耗安全待机，彻底解决了电焊机的待机能耗与待机安全问题。

Description

一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置

所属技术领域

本发明涉及节能电子产品领域，尤指用于电焊机的一种电焊机安全待机节能控制装置。

背景技术

电焊机是在工业领域广泛应用的金属焊接设备，由于电焊机暂载率低，功率因数低下，在待机过程中会消耗大量的有功和无功功率，同时由于电焊机特殊的使用环境，待机电压过高，待机过程中还可能存在严重人身安全隐患。

针对这样一种现实，有很多人提出了各种各样的电焊机空载节能解决方案，试图解决电焊机的待机能耗与待机安全问题。但是由于各种方案都存在这样或者那样的技术缺陷，迄今为止还没有一种方案在电焊机中被广泛采用。

实用新型专利90207096.7，见附图5，提出了一种颇有新意的解决方案。在该项专利中利用电焊机的低通特性提出了一种独特的思路：给电焊机二次绕组施加一个高频电压，电焊机将表现出开路特征(高阻抗)。在引弧过程中，因为电焊机二次侧被短路，电焊机将表现出短路特征(低阻抗)。控制器可以利用这个特征来识别电焊机的闲置和引弧状态，进而实现对电焊机待机过程的自动控制。利用这种方案，待机时可以彻底切断交流电源，实现电焊机的待机安全。

其缺陷是，由于控制电路需要较大的能耗，必须采用交流电源供电，因此作为一个整体电焊机待机时交流电源并没有被彻底切断。控制器的工作电源通过变压器降压和相关稳压电路获得，这种供电模式，特别是变压器仍然要产生可观的能耗，而且电源变压器体积较大，不方便安装，可靠性较差，故障率较高。

该方案的具体实现电路存在的缺陷还有：在电焊机启动或者工作时，接在A、B两点上的电焊机二次绕组将通过电容C2，C3向脉冲信号发生器IC和三极管G1或者整个控制电路传递高电压，电路本身的安全性难以保障。所以该电路实际上也无法真正实现。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置，通过采用超微功耗的脉冲信号发生器及其超微功耗电焊机待机控制电路，使得整个待机控制装置可以用一节长寿命一次性电池长期支持待机。这样就可以取消控制电路的交流待机电源，整个装置的电路结构变得更为紧凑小巧，控制更为灵活可靠。从而使电焊机真正实现了零功耗安全待机，彻底解决了电焊机的待机能耗与待机安全问题。

为了解决上述问题，本发明提供的一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的技术方案包括第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路、脉冲输出控制电路、控制器、驱动器、电源开关；其中，

所述控制器通过所述驱动器与所述电源开关实现对电焊机输入电源的通断控制，待机状态下电焊机的交流电源被彻底切断；所述第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路的输入端、脉冲输出控制电路的输出端共同连接到电焊机二次绕组的一个端子上(火线或者正极)，电焊机二次绕组的另一个端子(地线或者负极)作为公共地线和所述一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的地线相连；所述脉冲输出控制电路的输入端与所述控制器的一个控制输出端相连，所述控制器周期性的通过所述脉冲输出控制电路向电焊机二次绕组发出脉冲信号，如果电焊机表现出高阻特性(电焊条脱离工件)，所述控制器就会通过所述第二状态检测电路检测到这个脉冲信号，从而判断出电焊机没有启动需求；如果电焊机表现出低阻特性(电焊条接触工件)，脉冲信号被电焊条与工件所短路，所述控制器将不能通过所述第二状态检测电路检测到这个脉冲信号，据此就可以判断出电焊机有启动需求；所述第一状态检测电路的输出连接到所述控制器，所述控制器根据所述第一状态检测电路的输出判断电焊机是否处于闲置状态；所述第二状态检测电路的输出连接到所述控制器，所述控制器根据来自于电焊机二次绕组的电压判断电焊机是否处于工作状态；所述电源控制电路的输出连接到所述控制器与所述驱动器，为所述控制器、驱动器提供工作电源；

进一步地，本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的电源控制电路包括稳压限幅电路、稳压电路、电池和电源切换电路；其中，

所述稳压限幅电路的输入端连接电焊机二次绕组的一个端子(火线或者正极)，输出连接所述稳压电路，所述稳压电路的输出和所述电池分别连接到电源切换电路，所述电源切换电路的输出作为所述控制器、驱动器的工作电源；所述稳压限幅电路除了对输入电压进行限幅之外，还能隔离所述脉冲输出控制电路的信号，避免脉冲信号进入所述电源控制电路，同时还能提供对输入电源的滤波和储能；所述电源切换电路提供所述电池和所述稳压电路的自动切换；

进一步地，本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置还包括降压滤波电路，所述降压滤波电路的输入端连接电焊机二次绕组的一个端子(火线，或者正极)，输出端连接所述第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路的输入端，以及脉冲输出控制电路的输出端，提供降压和半波整流功能，滤出电焊机二次侧交流电源负半波，并提供对所述一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的反极性保护。

本发明的有益效果

1.由于待机控制装置的能耗极其微小，采用一节小容量、长寿命电池就可以长期支持待机，待机时不但彻底切断了电焊机的交流电源，而且控制器也不需要交流电源供电。这样实现了电焊机及其控制装置彻底的零功耗安全待机，电焊机的有功、无功待机能耗为零；

2.待机时电焊机二次输出电压为零，彻底解决了电焊机的待机安全问题；

3.采用智能化控制器，可以实现各种功能的精确控制从而达到更好的控制效果。实际运行表明，电焊机起弧非常容易，在起弧过程中不易造成焊条和工件之间的粘连，焊接电流稳定，焊接过程连贯，焊接质量优良，大大优于目前的各种电焊机节能控制装置；

4.该装置成本低廉，结构紧凑、小巧，整个控制装置可以封装在一个只有火柴盒大小的外壳中，安装使用方便；不但能够广泛适用于各种交、直流焊机，也同样适合于各种功率的单、三相电焊机；更突出的是参数适应性广，几乎不需要调整，不但能够极为方便地用来改造现有电焊机，同时也可以作为批量化产品大规模生产，因此拥有巨大的产业潜力。

附图说明

附图1为本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的结构框图1。

附图2为本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的结构框图2。

附图3为本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置电源控制电路的结构框图。

附图4为本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置实施例的电路原理图。

附图5是实用新型专利90207096.7的电路结构图

具体实施方式

如图1所示，本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的技术方案包括第一状态检测电路1、第二状态检测电路2、电源控制电路3、脉冲输出控制电路4、控制器5、驱动器6、电源开关7；其中，

所述控制器5通过所述驱动器6与所述电源开关7实现对电焊机9输入电源的通断控制，待机状态下电焊机9的交流电源被彻底切断；所述第一状态检测电路1、第二状态检测电路2、电源控制电路3的输入端、脉冲输出控制电路4的输出端共同连接到电焊机9二次绕组的一个端子上(火线或者正极)，电焊机9二次绕组的另一个端子(地线或者负极)作为公共地线和所述一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的地线相连；所述脉冲输出控制电路4的输入端与所述控制器5的一个控制输出端相连，所述控制器5周期性的通过所述脉冲输出控制电路4向电焊机9二次绕组发出脉冲信号，如果电焊机9表现出高阻特性(电焊条脱离工件)，所述控制器5就会通过所述第二状态检测电路2检测到这个脉冲信号，从而判断出电焊机9没有启动需求；如果电焊机9表现出低阻特性(电焊条接触工件)，脉冲信号被电焊机9所短路，所述控制器5将不能通过所述第二状态检测电路2检测到这个脉冲信号，据此就可以判断出电焊机9有启动需求；所述第一状态检测电路1的输出连接到所述控制器5，所述控制器5根据所述第一状态检测电路1的输出判断电焊机9是否处于闲置状态；所述第二状态检测电路2的输出连接到所述控制器5，所述控制器5根据来自于电焊机9二次绕组的电压判断电焊机是否处于工作状态；所述电源控制电路3的输出连接到所述控制器5与驱动器6，为所述控制器5、所述驱动器6提供工作电源；

进一步地，本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的电源控制电路3包括稳压限幅电路31、稳压电路32、电池33和电源切换电路34；其中，

所述稳压限幅电路31的输入端连接电焊机9二次绕组的一个端子(火线或者正极)，输出连接所述稳压电路32，所述稳压电路32的输出和所述电池33分别连接到电源切换电路34，所述电源切换电路34的输出作为所述控制器5、驱动器6的工作电源；所述稳压限幅电路31除了对输入电压进行限幅之外，还能隔离所述脉冲输出控制电路4的信号，避免脉冲信号进入所述电源控制电路3，同时还能提供对输入电源的滤波和储能；所述电源切换电路34提供所述电池33和所述稳压电路32的自动切换；

进一步地，本发明一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置还包括降压滤波电路8，所述降压滤波电路8的输入端连接电焊机9二次绕组的一个端子(火线，或者正极)，输出端连接所述第一状态检测电路1、第二状态检测电路2、电源控制电路3的输入端一级脉冲输出控制电路的输出端，提供降压和半波整流功能，滤除电焊机9二次侧交流电源负半波，并提供对所述一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的反极性保护。

下面结合附图1、2对该控制装置的控制步骤作进一步说明：

如图1所示，在电焊机9闲置时，交流电源开关7彻底断开，电焊机9的交流电源被彻底切断。

所述电池33通过所述电源切换电路34向所述控制器5提供工作电源。所述控制器5周期性的通过所述脉冲输出控制电路4向电焊机9二次绕组发出脉冲信号，如果电焊机9二次绕组开路，所述控制器5就会通过所述第二状态检测电路2检测到这个脉冲信号，从而判断出电焊机9没有启动需求。如果电焊条接触工件(二次绕组短路)，脉冲信号就会被电焊机9所短路，所述控制器5因为不能通过所述第二状态检测电路2检测到这个脉冲信号，据此就可以判断出电焊机9有启动需求。然后所述控制器5就根据这个检测结果通过所述驱动器6，所述交流电源开关7接通电焊机9的交流电源，电焊机9二次侧输出工作电压，电焊条与工件之间开始产生电弧，电焊机9开始正常焊接工作。由于电焊机9正常焊接电压较低，所述第一状态检测电路1不会产生输出，而所述第二状态检测电路根据焊接电压产生输出电压，控制器根据这个信号判断出电焊机9处于正常工作状态。当焊接完成之后，电弧熄灭，电焊机9二次绕组输出较高的空载电压，这个空载电压将使所述第一状态检测电路1产生输出信号，所述控制器5根据这个信号就可以判断出电焊机处于闲置状态，然后就可以通过所述驱动器6和所述交流电源开关7切断电焊机9的交流电源，使电焊机9处于彻底的零功耗待机状态。

参照附图2，在电焊机9正常焊接或者闲置状态下，所述降压滤波电路8把电焊机9的二次输出电压降到一个较低的水平，并且滤除交流电源负半波后加到第一状态检测电路1、第二状态检测电路2、电源控制电路3以及脉冲输出控制电路4，第一状态检测电路1和第二状态检测电路2可以根据这个输出完成对电焊机9的状态检测。

参照图3，在电焊机9正常工作和闲置过程中，电焊机9的二次电压通过稳压限幅电路31、稳压电路32、电源切换电路34，产生控制器5的工作电源，并通过电源切换电路34自动关闭电池33的输出通道。也就是说在电焊机9的正常工作和闲置状态中，控制器5只有交流电源供电，这样有利于延长电池33的使用寿命。

下面结合图4实施例的具体电路结构对一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置具体工作原理作进一步描述：

二极管D1、电阻R6构成了脉冲输出控制电路4，把来自控制器5的周期性脉冲信号经电阻R1作用到电焊机9的二次绕组上(图中的A点)，当电焊条不接触工件时，电焊机二次绕组(等效电阻为R5，等效电感为L1)对高频脉冲信号表现出高阻状态，对脉冲信号而言相当于开路，这个脉冲信号经过由电阻R2，稳压管D10，MOS管T2构成的第二状态检测电路2将脉冲回送到控制器5中，控制器5根据收到的脉冲信号就可以断定电焊机9处于待机状态。选用二极管D1可以避免电焊机9的二次绕组输出电压作用到控制器5中。

在电焊机处于正常焊接状态时，控制器5将通过第二状态检测电路2的输出检测到电焊机正在工作；同时这个工作电压将通过由稳压管D2、D4，滤波电容C1构成的稳压限幅电路31向稳压电路U1输入直流电压，其输出经过二极管D3、D5向控制器5输出工作电压，通过适当选择稳压电路U1的输出电压，由二极管D3，D5和NZ电路构成的电源切换电路就可以自动的完成两个电源的自动切换。稳压管D2的作用是防止脉冲输出控制电路4的输出脉冲信号进入电源控制电路3。电容C1除了完成电源滤波功能之外，还可以是一个储能元件，例如超级电容，用来在电焊机9闲置时保持对控制器5的供电，从而延长电池BT1的使用寿命。

在电焊机9处于闲置状态时，电焊机9的二次绕组输出较高的空载电压，这个空载电压经过二极管D8、电阻R3、R4、MOS管T1构成的第一状态检测电路1向控制器5输出闲置信号，控制器5根据这个信号通过驱动器6，交流开关7关闭电焊机9的交流电源使电焊机9处于零功耗待机状态。

由电阻R1、二极管D6构成的降压限幅电路8可以把电焊机9的二次电压降到一定的水平，同时二极管D6可以滤除交流负半波，使该装置不但能够用于直流电焊机也同时可以适用于交流电焊机的零功耗待机控制。

Claims (3)

1.一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置，其特征在于：包括第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路、脉冲输出控制电路、控制器、驱动器、电源开关；其中，

所述控制器通过所述驱动器与所述电源开关实现对电焊机输入电源的通断控制，待机状态下电焊机的交流电源被彻底切断；所述第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路的输入端、脉冲输出控制电路的输出端共同连接到电焊机二次绕组的一个端子上(火线或者正极)，电焊机二次绕组的另一个端子(地线或者负极)作为公共地线和所述一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的地线相连；所述脉冲输出控制电路的输入端与所述控制器的一个控制输出端相连，所述控制器周期性的通过所述脉冲输出控制电路向电焊机二次绕组发出脉冲信号，如果电焊机表现出高阻特性(电焊条脱离工件)，所述控制器就会通过所述第二状态检测电路检测到这个脉冲信号，从而判断出电焊机没有启动需求；如果电焊机表现出低阻特性(电焊条接触工件)，脉冲信号被电焊条与工件所短路，所述控制器将不能通过所述第二状态检测电路检测到这个脉冲信号，据此就可以判断出电焊机有启动需求；所述第一状态检测电路的输出连接到所述控制器，所述控制器根据所述第一状态检测电路的输出判断电焊机是否处于闲置状态；所述第二状态检测电路的输出连接到所述控制器，所述控制器根据来自于电焊机二次绕组的电压判断电焊机是否处于工作状态；所述电源控制电路的输出连接到所述控制器与所述驱动器，为所述控制器、驱动器提供工作电源。

2.如权利要求1所述的一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置所述的电源控制电路包括稳压限幅电路、稳压电路、电池和电源切换电路；其中，

所述稳压限幅电路的输入端连接电焊机二次绕组的一个端子(火线或者正极)，输出连接所述稳压电路，所述稳压电路的输出和所述电池分别连接到电源切换电路，所述电源切换电路的输出作为所述控制器、驱动器的工作电源；所述稳压限幅电路除了对输入电压进行限幅之外，还能隔离所述脉冲输出控制电路的信号，避免脉冲信号进入所述电源控制电路，同时还能提供对输入电源的滤波和储能；所述电源切换电路提供所述电池和所述稳压电路的自动切换。

3.如权利要求1所述的一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置其特征还在于：包括降压滤波电路，所述降压滤波电路的输入端连接电焊机二次绕组的一个端子(火线，或者正极)，输出端连接所述第一状态检测电路、第二状态检测电路、电源控制电路的输入端，以及脉冲输出控制电路的输出端，提供降压和半波整流功能，滤出电焊机二次侧交流电源负半波，并提供对所述一种零功耗安全待机电焊机节能控制装置的反极性保护。

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