CN102794537B - 节能超轻型igbt单管逆变式焊机 - Google Patents

节能超轻型igbt单管逆变式焊机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，包括机箱、设于机箱内的电路板和散热器，电路板包括整流板、逆变板和驱动板，整流板固设于机箱的底部，散热器设有向下的开口槽，散热器开口槽的两侧固定于整流板的侧边，散热器开口槽的后端与风扇对齐，驱动板设于散热器与机箱的前侧面之间；逆变板设于散热器的上端面。本发明的机箱内部采用鼠笼式结构，在同等散热面积下，大大缩小了散热器件体积，同时风冷时，形成冷空气单独从一端进入，热空气单独从另一端抽出的空气单向流通状态，风冷效果好。产品整体的结构布局合理，散热效果好，热稳定性好。采用贴片工艺，减小了电路布线面积。采用逆变隔离式输出，减少主电路与控制电路之间的干扰。

Description

节能超轻型IGBT单管逆变式焊机
技术领域
本发明涉及一种IGBT功率管的控制电路，更具体地说指对IGBT软开关电路进行控制的电路结构。
背景技术
现有技术中，逆变焊机通常具有这些特点：内部不是鼠笼式结构，风冷时，不能形成冷空气单独从一端进入，热空气单独从另一端抽出的空气单向流通状态，风冷效果不好；产品整体的结构布局不合理，发热器件分散，造成产品体大；未将发热器件集中一起，造成不发热的器件因靠近发热件而发热。总体而言，同类产品的效率低，在80%以下，重量重，体积大，电磁干扰大，产品性能不稳定。另外，大多数逆变焊机采用硬开关技术，造成开关损耗大，效率低；IGBT容易损坏，产品稳定性差。
基于上述现有技术的不足，本发明人创新地设计出一种节能超轻型IGBT单管逆变式焊机。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，它采用鼠笼式的散热分布结构，有利于集中散热，也有利于各大电路板之间的联线，使焊机的结构尺寸缩小，重量降低，成本也降低了。
本发明的进一步目的在于提供一种采用IGBT软开关电路和IGBT软开关控制电路的逆变焊机。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，包括机箱、设于机箱内的电路板和散热器，所述机箱的后侧面设有风扇，机箱的前侧面设有控制按钮和焊枪联接端；其特征在于所述的电路板包括整流板、逆变板和驱动板，所述的整流板固设于机箱的底部，所述的散热器设有向下的开口槽，散热器开口槽的两侧固定于整流板的侧边，散热器开口槽的后端与风扇对齐，所述的驱动板设于散热器与机箱的前侧面之间；所述的逆变板设于散热器的上端面；所述逆变板的两侧各设有二个IGBT管，所述IGBT管的散热部位与散热器的外侧面紧密贴合，所述逆变板的底面与散热器的上端面紧密贴合；所述整流板的中间设有输出变压器，所述的输出变压器置于散热器的开口槽内；所述整流板的两侧各设有2至4个整流管；所述整流管的散热部位与散热器的外侧面紧密贴合；所述的整流板上还设有输入整流桥和固设于输入整流桥上的方形散热器，以及用于起开关作用的电源继电器，所述电源继电器的控制端与控制按钮电性联接，所述的方形散热器设于散热器开口槽与机箱的前侧面之间；其中，所述的输入整流桥对电源输入端输入的220V交流电进行整流，变成供逆变电路和控制电路使用的直流电。
其进一步技术方案为：所述散热器开口槽的内侧壁上设有若干个散热片，所述散热器的本体内还设有若干个散热通槽。
其进一步技术方案为：所述的散热器为分体式结构，包括相互固定联接的散热器左半体和散热器右半体。
其进一步技术方案为：所述的驱动板固定于机箱的前侧面上方；所述的驱动板上设有电源变压器、驱动控制芯片和驱动功率管。
其进一步技术方案为：所述的焊枪联接端设于机箱前侧面的底部；机箱前侧面的上部设有指示灯和前述的控制按钮，所述的控制按钮包括开关键和调节旋钮;所述的输出变压器为环形结构，且竖直设于整流板接近风扇的一端。
其进一步技术方案为：所述的逆变板上还设有用于隔离主电路与控制电路的驱动变压器；所述驱动变压器的原边与驱动板上的功率管电性联接，所述驱动变压器的副边与四个IGBT管的控制端电性联接。
其进一步技术方案为：所述的逆变板设有IGBT软开关电路，所述的IGBT软开关电路包括由前述的四个IGBT功率管构成的逆变电路，所述逆变电路的输出端联接有前述的输出变压器和与之串联的LLC谐振电路，还包括IGBT软开关控制电路，所述的IGBT软开关控制电路设有二个驱动变压器，包括第一驱动变压器和第二驱动变压器，所述的第一驱动变压器设有一个与第一控制逆变电路联接的原边绕组，和二个与IGBT功率管的控制端联接的副边线圈；所述的第二驱动变压器设有一个与第二控制逆变电路联接的原边绕组，和二个与IGBT功率管的控制端联接的副边线圈；所述的第一控制逆变电路的控制端与触发电路联接，所述的第二控制逆变电路的控制端与PWM控制电路联接，所述的第一驱动变压器和第二驱动变压器设于逆变板上，所述的触发电路和PWM控制电路设于驱动板上。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的机箱内部采用鼠笼式结构，在同等散热面积下，大大缩小了散热器件体积，同时风冷时，形成冷空气单独从一端进入，热空气单独从另一端抽出的空气单向流通状态，风冷效果好。产品整体的结构布局合理散热效果好，热稳定性好。采用贴片工艺，减小了电路布线面积。采用逆变隔离式输出，减少主电路与控制电路之间的干扰。产品采用软开关技术，IGBT的开关损耗小，其电压电流应力小，IGBT不易损环，延长了其寿命。开关频率高，高达20KHZ以上，为产品小体积化创造了条件。利用软开关技术极大减小了电磁干扰。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机具体实施例的立体爆炸图；
图2为图1的反向立体爆炸图；
图3为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机具体实施例的立体图（去掉机箱）；
图4为图3的反向立体图；
图5为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机具体实施例之整流板的立体图；
图6为图5的反向立体图；
图7为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机具体实施例之散热器的立体图；
图8为图7的反向立体图；
图9为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机具体实施例之逆变板的立体图；
图10为图9的反向立体图；
图11为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机具体实施例之机箱的立体爆炸图；
图12为图11的反向立体爆炸图；
图13为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机另一具体实施例中采用的IGBT软
图14为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机另一具体实施例中采用的IGBT软开关控制电路的电路原理图；
图15为本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机另一具体实施例中采用的IGBT软开关电路的原理图。
附图标记说明
机械结构部分：
80    机箱                800   风扇
801   底座                802   罩壳
81    散热器              81A   散热器左半体
8B    散热器右半体        810   开口槽
811   散热片              812   散热通槽
82    控制按钮            821   开关键
822   调节旋钮            83    焊枪联接端
84    整流板              841   输出变压器
842   整流管              843   输入整流桥
844   方形散热器          845   电源继电器
85    逆变板              851   IGBT管
852   驱动变压器          86    驱动板
861   电源变压器          862   驱动功率管
87    指示灯              803   风扇保护罩
电路部分：
11    第一驱动变压器      12    第二驱动变压器
21    第一控制逆变电路    22    第二控制逆变电路
31    触发电路            32    PWM控制电路
4     运算放大电路        52    控制信号端
51    反馈信号端          6    电路板
7     电源电路
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1至图12所示，本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，包括机箱80、设于机箱80内的电路板和散热器81，机箱80的后侧面设有风扇800，机箱80的前侧面设有控制按钮82和焊枪联接端83；电路板包括整流板84、逆变板85和驱动板86，整流板84固设于机箱80的底部，散热器81设有向下的开口槽810，散热器开口槽810的两侧固定于整流板84的侧边，散热器开口槽810的后端与风扇800对齐，驱动板86设于散热器81与机箱80的前侧面之间；逆变板85设于散热器81的上端面。散热器开口槽810的内侧壁上设有若干个散热片811，散热器81的本体内还设有若干个散热通槽812。散热器81为分体式结构，包括相互固定联接的散热器左半体81A和散热器右半体8B。逆变板85的两侧各设有二个IGBT管851，IGBT管851的散热部位与散热器81的外侧面紧密贴合（实现良好的传导，贴合处还可以涂上导热硅脂），逆变板85的底面与散热器81的上端面紧密贴合（实现良好的传导，贴合处还可以涂上导热硅脂）。整流板84的中间设有输出变压器841，输出变压器841置于散热器81的开口槽810内；整流板84的两侧各设有4个整流管842；整流管842的散热部位与散热器81的外侧面紧密贴合（实现良好的传导，贴合处还可以涂上导热硅脂）。整流板84上还设有输入整流桥843（对电源输入端输入的220V交流电进行整流，变成直流，以供逆变电路和控制电路使用）和固设于输入整流桥843上的方形散热器844，以及用于起开关作用的电源继电器845，电源继电器845的控制端与控制按钮82电性联接，方形散热器844设于散热器开口槽810与机箱80的前侧面之间。驱动板86固定于机箱80的前侧面上方（内侧方向）；驱动板86上设有电源变压器861、驱动控制芯片（图中未示出）和驱动功率管862。焊枪联接端83设于机箱80前侧面的底部；机箱80前侧面的上部设有指示灯87和前述的控制按钮82，控制按钮82包括开关键821（与前面的电源继电器845电性联接）和调节旋钮822（与驱动板电性联接，调节焊接电压、电流值）；输出变压器841为环形结构，且竖直设于整流板84接近风扇800的一端，这样的结构有利于散热。逆变板85上还设有用于隔离主电路与控制电路的驱动变压器852；驱动变压器852的原边与驱动板86上的驱动功率管862电性联接，驱动变压器852的副边与四个IGBT管851的控制端电性联接。其中，机箱80包括底座801和罩壳802。各个结构部件之间的联接大多采用螺纹联接。此种结构的优势在于集中散热，结构优化之后，尺寸更小了。从结构中可以看出，风扇从机箱后侧的外部吸出冷空气，吹向散热器的开口槽内，对输出变压器进行散热，同时对散热器的本体进行散热，还对方形散热器进行散热。各大电路板之间的联接距离也较短，有利于降低电磁干扰。其中的驱动板、逆变板和整流板中，除了大功率的发热器件采用插装结构之外，其中的器件都采用了贴片结构，可以缩小电路板的结构尺寸。
作为本发明的进一步创新，还可以采用IGBT软开关电路和IGBT软件开关控制电路，以减少电磁干扰，提高效率和频率。如图15所示，IGBT软开关电路包括由四个IGBT功率管（也即前述的IGBT管851）构成的桥式逆变电路，逆变电路的输出端设有逆变变压器（也即输出变压器841，其副边与主电路的整流电路联接，提供焊接所需要的直流电源）和与之串联的LLC谐振电路。如图13所示，本发明节能超轻型IGBT单管逆变式焊机的IGBT软开关控制电路，设有二个驱动变压器（即前面所述的驱动变压器852），包括第一驱动变压器11和第二驱动变压器12，第一驱动变压器11设有一个与第一控制逆变电路21联接的原边绕组，和二个与IGBT功率管IGBT-1、IGBT-3的控制端联接的副边线圈；第二驱动变压器12设有一个与第二控制逆变电路22联接的原边绕组，和二个与IGBT功率管IGBT-2、IGBT-4的控制端联接的副边线圈；第一控制逆变电路21的控制端与触发电路31联接，第二控制逆变电路22的控制端与PWM控制电路32联接。还包括与PWM控制电路32、触发电路31联接的运算放大电路4，运算放大电路4还联接有控制信号端52（图14中的VH3端口）与反馈信号端51（图14中的VH2端口）。反馈信号端51与主变压器的原边联接（从主变压器的原边检测电压信号），控制信号端与逆变焊机的控制电路板（也即驱动板）联接，用来启动IGBT功率管的控制电路的工作。还包括用于固定前述的第一驱动变压器11、第二驱动变压器12、第一控制逆变电路21、第二控制逆变电路22、触发电路31、PWM控制电路32和运算放大电路4的电路板6，电路板6还联接有电源电路7。如图14所示，其中的PWM控制电路包括UC3846芯片，第一控制逆变电路、第二控制逆变电路分别包括四个MOS管；分别为9Z24型和Z24型MOS管；触发电路包括NE555芯片、4072A芯片和4013A芯片；运算放大电路包括LM324芯片和LM339芯片；第一驱动变压器和第二驱动变压器的变压比均为1:1；电源电路包括LM7815型和LM7915型芯片。其中，C40的两端并联接入IGBT-1的控制端；C41的两端并联接入IGBT-3的控制端；C37的两端并联接入IGBT-2的控制端；C38的两端并联接入IGBT-4的控制端。其中的二个驱动变压器的原边电压都是相同的，但脉宽则不相同，其中，第一驱动变压器的原边绕组的MOS管控制端由触发器控制，其脉宽不变（即占空比不变），而第二驱动变压器的原边绕组的MOS管控制端由PWM控制芯片来控制，其脉宽可变（即占空比可变）。
综上所述，本发明的机箱内部采用鼠笼式结构，在同等散热面积下，大大缩小了散热器件体积，同时风冷时，形成冷空气单独从一端进入，热空气单独从另一端抽出的空气单向流通状态，风冷效果好。采用贴片工艺，减小了电路布线面积。采用逆变隔离式输出，减少主电路与控制电路之间的干扰。产品采用软开关技术，IGBT的开关损耗小，其电压电流应力小，IGBT不易损环，延长了其寿命。开关频率高，高达20KHZ以上，为产品小体积化创造了条件。利用软开关技术极大减小了电磁干扰。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (3)

1.节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，包括机箱、设于机箱内的电路板和散热器，所述机箱的后侧面设有风扇，机箱的前侧面设有控制按钮和焊枪联接端；其特征在于所述的电路板包括整流板、逆变板和驱动板，所述的整流板固设于机箱的底部，所述的散热器设有向下的开口槽，散热器开口槽的两侧固定于整流板的侧边，散热器开口槽的后端与风扇对齐，所述的驱动板设于散热器与机箱的前侧面之间；所述的逆变板设于散热器的上端面；所述逆变板的两侧各设有二个IGBT管，所述IGBT管的散热部位与散热器的外侧面紧密贴合，所述逆变板的底面与散热器的上端面紧密贴合；所述整流板的中间设有输出变压器，所述的输出变压器置于散热器的开口槽内；所述整流板的两侧各设有2至4个整流管；所述整流管的散热部位与散热器的外侧面紧密贴合；所述的整流板上还设有输入整流桥和固设于输入整流桥上的方形散热器，以及用于起开关作用的电源继电器，所述电源继电器的控制端与控制按钮电性联接，所述的方形散热器设于散热器开口槽与机箱的前侧面之间；其中，所述的输入整流桥对电源输入端输入的220V交流电进行整流，变成供逆变电路和控制电路使用的直流电；
所述的驱动板固定于机箱的前侧面上方；所述的驱动板上设有电源变压器、驱动控制芯片和驱动功率管；
所述的焊枪联接端设于机箱前侧面的底部；机箱前侧面的上部设有指示灯和前述的控制按钮，所述的控制按钮包括开关键和调节旋钮；所述的输出变压器为环形结构，且竖直设于整流板接近风扇的一端；
所述的逆变板上还设有用于隔离主电路与控制电路的驱动变压器；所述驱动变压器的原边与驱动板上的驱动功率管电性联接，所述驱动变压器的副边与四个IGBT管的控制端电性联接；
所述的逆变板设有IGBT软开关电路，所述的IGBT软开关电路包括由前述的四个IGBT管构成的逆变电路，所述逆变电路的输出端联接有前述的输出变压器和与之串联的LLC谐振电路，还包括IGBT软开关控制电路，所述的IGBT软开关控制电路设有二个驱动变压器，包括第一驱动变压器和第二驱动变压器，所述的第一驱动变压器设有一个与第一控制逆变电路联接的原边绕组，和二个与IGBT管的控制端联接的副边线圈；所述的第二驱动变压器设有一个与第二控制逆变电路联接的原边绕组，和二个与IGBT管的控制端联接的副边线圈；所述的第一控制逆变电路的控制端与触发电路联接，所述的第二控制逆变电路的控制端与PWM控制电路联接，所述的第一驱动变压器和第二驱动变压器设于逆变板上，所述的触发电路和PWM控制电路设于驱动板上；
所述的机箱包括底座和罩壳。
2.根据权利要求1所述的节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，其特征在于所述散热器开口槽的内侧壁上设有若干个散热片，所述散热器的本体内还设有若干个散热通槽。
3.根据权利要求2所述的节能超轻型IGBT单管逆变式焊机，其特征在于所述的散热器为分体式结构，包括相互固定联接的散热器左半体和散热器右半体。
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