CN102205476B - 高频软开关逆变数字化多功能焊机 - Google Patents

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本发明涉及数字化多功能焊机，具体是一种高频软开关逆变数字化多功能焊机。本发明解决了传统数字化多功能焊机其功率器件的开关损耗较大的问题。高频软开关逆变数字化多功能焊机，其工作电路包括：含有由两块双IGBT功率管集成块联接构成的IGBT逆变整流桥和控制IGBT逆变整流桥导通宽度的控制电路；所述控制电路包括连接于DSP处理器的PWM信号输出端的IGBT逆变整流桥驱动电路；所述IGBT逆变整流桥驱动电路包括PWM调制芯片UC3846、双D型主从触发器、双单稳态触发器。本发明实现了高频软开关脉宽调制，有效解决了传统数字化多功能焊机其功率器件的开关损耗较大的问题。

Description

高频软开关逆变数字化多功能焊机
技术领域
本发明涉及数字化多功能焊机，具体是一种高频软开关逆变数字化多功能焊机。
背景技术
传统的数字化多功能焊机在使用过程中普遍采用硬开关PWM（脉冲宽度调制），实践表明，采用硬开关进行脉冲宽度调制会导致焊机功率器件的开关损耗较大，即在功率变换过程中，电子开关在开通和关断的瞬间处于大电流或高电压的工作条件，导致电子开关的工件可靠性差、效率低、电磁干扰严重等。基于此，有必要对传统数字化多功能焊机的脉冲宽度调制方式进行革新，以解决其存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决传统数字化多功能焊机其功率器件的开关损耗较大的问题，提供了一种高频软开关逆变数字化多功能焊机。
本发明是采用如下技术方案实现的：高频软开关逆变数字化多功能焊机，其工作电路包括：含有由两块双IGBT功率管集成块联接构成的IGBT逆变整流桥和控制IGBT逆变整流桥导通宽度的控制电路；所述IGBT逆变整流桥的输入端经三相桥式整流电路、抗干扰保护电路、断路器与三相电源相接，IGBT逆变整流桥的输出端并联有主变压器，主变压器的次极输出端并联有三组全桥整流电路；所述控制电路包括DSP处理器、连接于DSP处理器的信号采集端口的信号采样电路、连接于DSP处理器的显示端口的显示电路、连接于DSP处理器的控制信号输入端的键盘输入电路、连接于DSP处理器的PWM信号输出端的IGBT逆变整流桥驱动电路、连接于IGBT逆变整流桥的控制信号端的触发脉冲产生电路、连接于主变压器的次极输出端的高频脉冲起弧电路、连接于主变压器的次极输出端的送丝机控制电路；触发脉冲产生电路的输入端与IGBT逆变整流桥驱动电路的输出端相连；所述IGBT逆变整流桥驱动电路包括其同相输入端与DSP处理器的PWM信号输出端相连的PWM调制芯片UC3846、其输入端与PWM调制芯片UC3846的脉冲输出端相连的双D型主从触发器、其输入端与PWM调制芯片UC3846的同步端相连的双单稳态触发器；其中，双D型主从触发器的同步端与双单稳态触发器的输出端相连；PWM调制芯片UC3846的输出端和双D型主从触发器的输出端均与触发脉冲产生电路的输入端相连。所述三相桥式整流电路、抗干扰保护电路、全桥整流电路、信号采样电路、显示电路、键盘输入电路、高频脉冲起弧电路、送丝机控制电路均为电子技术领域常规电路，因此未在说明书中描述。
焊机使用时，三相电源经断路器、抗干扰保护电路接入三相桥式整流电路，然后经IGBT逆变整流桥输出为交流信号，该交流信号经主变压器、三组全桥整流电路输出为直流电压，作为焊机电源输出。焊机进行脉宽调制时，IGBT逆变整流桥驱动电路的PWM调制芯片UC3846在DSP处理器的PWM信号控制下，经由其输出端输出四路PWM信号，其中两路PWM信号经由触发脉冲产生电路直接接入两块双IGBT功率管集成块，另外两路PWM信号经由双D型主从触发器接入触发脉冲产生电路。进行脉宽调制时，双单稳态触发器向双D型主从触发器发出延时信号，直接接入两块双IGBT功率管集成块的两路PWM信号分别控制两块双IGBT功率管集成块的导通，此时，接入双D型主从触发器的两路PWM信号保持关断。待两块双IGBT功率管集成块的导通完成后，直接接入两块双IGBT功率管集成块的两路PWM信号关断，经由双D型主从触发器接入触发脉冲产生电路的两路PWM信号开通并接入两块双IGBT功率管集成块，实现高频逆变。综上所述，与传统数字化多功能焊机相比，本发明所述的高频软开关逆变数字化多功能焊机通过四路PWM信号实现了软开关PWM，大幅降低了焊机功率器件的开关损耗，从而彻底避免了在功率变换过程中出现的电子开关工件可靠性差、效率低、电磁干扰严重等一系列问题。
进一步地，所述控制电路还包括连接于DSP处理器的串行通信端口的通信电路；所述通信电路包括收发器、总线驱动芯片、其输入端与DSP处理器串行通信端口相连的两个单通道数字隔离器；收发器的输入端与两个单通道数字隔离器的输出端相连，总线驱动芯片的电源端连接有光耦隔离电路；收发器的输出端和总线驱动芯片的输出端连接有通讯总线。所述光耦隔离电路为电子技术领域常规电路，其能够提高总线驱动芯片的抗干扰能力。DSP处理器基于DeviceNet通信协议与Internet互联网进行远程通信，DSP处理器发出的信号经两个单通道数字隔离器到达收发器，然后经收发器传送至Internet互联网，用户可通过Internet互联网对焊机焊接方式进行升级换代，用户还可以对焊机进行网络监控、多台焊机联网工作、远程故障诊断等，由此提高焊机性能和使用功能。
更进一步地，所述触发脉冲产生电路包括四个光耦、连接于四个光耦输出端与IGBT逆变整流桥的控制信号端之间的整流电路。所述整流电路为电子技术领域常规电路，且电路变形很多，因此未在说明书中描述。与传统数字化多功能焊机相比，本发明中的触发脉冲产生电路采用四个光耦替代了原有的变压器，由此增强了触发脉冲产生电路的抗干扰能力。
本发明通过对传统数字化多功能焊机的IGBT逆变整流桥驱动电路的结构改进，实现了高频软开关脉宽调制，从而有效解决了传统数字化多功能焊机其功率器件的开关损耗较大的问题，同时本发明通过对通信电路和触发脉冲产生电路进行结构改进，大大提高了焊机工作电路的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明工作电路的电路原理图。
图2是控制电路中IGBT逆变整流桥驱动电路的电路原理图。
图3是控制电路中通信电路的电路原理图。
图4是控制电路中触发脉冲产生电路的电路原理图。
具体实施方式
高频软开关逆变数字化多功能焊机，其工作电路包括：含有由两块双IGBT功率管集成块M1、M2联接构成的IGBT逆变整流桥和控制IGBT逆变整流桥导通宽度的控制电路；
所述IGBT逆变整流桥的输入端经三相桥式整流电路BR1、抗干扰保护电路PCB6、断路器DLQ与三相电源相接，IGBT逆变整流桥的输出端并联有主变压器T1，主变压器T1的次极输出端并联有三组全桥整流电路D1、D2、D3；
所述控制电路包括DSP处理器、连接于DSP处理器的信号采集端口的信号采样电路、连接于DSP处理器的显示端口的显示电路、连接于DSP处理器的控制信号输入端的键盘输入电路、连接于DSP处理器的PWM信号输出端的IGBT逆变整流桥驱动电路、连接于IGBT逆变整流桥的控制信号端的触发脉冲产生电路PCB2、连接于主变压器T1的次极输出端的高频脉冲起弧电路、连接于主变压器T1的次极输出端的送丝机控制电路；触发脉冲产生电路PCB2的输入端与IGBT逆变整流桥驱动电路的输出端相连；
所述IGBT逆变整流桥驱动电路包括其同相输入端与DSP处理器的PWM信号输出端相连的PWM调制芯片UC3846、其输入端与PWM调制芯片UC3846的脉冲输出端相连的双D型主从触发器U23、其输入端与PWM调制芯片UC3846的同步端相连的双单稳态触发器U29；其中，双D型主从触发器U23的同步端与双单稳态触发器U29的输出端相连；PWM调制芯片UC3846的输出端和双D型主从触发器U23的输出端均与触发脉冲产生电路PCB2的输入端相连；如图2所示；
所述控制电路还包括连接于DSP处理器的串行通信端口的通信电路；所述通信电路包括收发器U1、总线驱动芯片U2、其输入端与DSP处理器串行通信端口相连的两个单通道数字隔离器U3、U4；收发器U1的输入端与两个单通道数字隔离器U3、U4的输出端相连，总线驱动芯片U2的电源端连接有光耦隔离电路；收发器U1的输出端和总线驱动芯片U2的输出端连接有通讯总线；如图3所示；
所述触发脉冲产生电路PCB2包括四个光耦U5、U6、U7、U8、连接于四个光耦U5、U6、U7、U8输出端与IGBT逆变整流桥的控制信号端之间的整流电路；如图4所示；
具体实施时，PWM调制芯片UC3846的脉冲输出端与触发脉冲产生电路PCB2之间连接有反相器74HC04；双D型主从触发器U23的输出端与触发脉冲产生电路PCB2之间连接有或非门CD4002和反相器74HC04；PWM调制芯片UC3846的同步端与双单稳态触发器U29的输入端之间连接有反相器74HC04；PWM调制芯片UC3846的的同相输入端与DSP处理器的PWM信号输出端之间连接有反相器74HC04；双D型主从触发器采用CD4013型芯片，双单稳态触发器采用CD4098型芯片，收发器采用A82C251型芯片，单通道数字隔离器采用IL710型芯片，总线驱动芯片采用SN75176型芯片，四个光耦均采用A3120型光耦。

Claims (2)

1.一种高频软开关逆变数字化多功能焊机，其工作电路包括：含有由两块双IGBT功率管集成块（M1、M2）联接构成的IGBT逆变整流桥和控制IGBT逆变整流桥导通宽度的控制电路；
所述IGBT逆变整流桥的输入端经三相桥式整流电路（BR1）、抗干扰保护电路（PCB6）、断路器（DLQ）与三相电源相接，IGBT逆变整流桥的输出端并联有主变压器（T1），主变压器（T1）的次极输出端并联有三组全桥整流电路（D1、D2、D3）；
所述控制电路包括DSP处理器、连接于DSP处理器的信号采集端口的信号采样电路、连接于DSP处理器的显示端口的显示电路、连接于DSP处理器的控制信号输入端的键盘输入电路、连接于DSP处理器的PWM信号输出端的IGBT逆变整流桥驱动电路、连接于IGBT逆变整流桥的控制信号端的触发脉冲产生电路（PCB2）、连接于主变压器（T1）的次极输出端的高频脉冲起弧电路、连接于主变压器（T1）的次极输出端的送丝机控制电路；触发脉冲产生电路（PCB2）的输入端与IGBT逆变整流桥驱动电路的输出端相连；
其特征在于：所述IGBT逆变整流桥驱动电路包括其同相输入端与DSP处理器的PWM信号输出端相连的PWM调制芯片UC3846、其输入端与PWM调制芯片UC3846的脉冲输出端相连的双D型主从触发器（U23）、其输入端与PWM调制芯片UC3846的同步端相连的双单稳态触发器（U29）；其中，双D型主从触发器（U23）的同步端与双单稳态触发器（U29）的输出端相连；PWM调制芯片UC3846的输出端和双D型主从触发器（U23）的输出端均与触发脉冲产生电路（PCB2）的输入端相连；
所述控制电路还包括连接于DSP处理器的串行通信端口的通信电路；所述通信电路包括收发器（U1）、总线驱动芯片（U2）、其输入端与DSP处理器串行通信端口相连的两个单通道数字隔离器（U3、U4）；收发器（U1）的输入端与两个单通道数字隔离器（U3、U4）的输出端相连，总线驱动芯片（U2）的电源端连接有光耦隔离电路；收发器（U1）的输出端和总线驱动芯片（U2）的输出端连接有通讯总线。
2.根据权利要求1所述的高频软开关逆变数字化多功能焊机，其特征在于：所述触发脉冲产生电路（PCB2）包括四个光耦（U5、U6、U7、U8）、连接于四个光耦（U5、U6、U7、U8）输出端与IGBT逆变整流桥的控制信号端之间的整流电路。
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