CN103612039A - 一种基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路及检测方法，本发明利用三极管Q1基极与发射极的导通压降，与二极管D3的管压降相近的原理，使得三极管Q1发射极电压与逆变电焊机输出电流成比例关系，作为检测信号输出。从而能够采用较少的元器件既可实现逆变电焊机输出电流精确检测，电路既简单，响应速度又快。
Description
技术领域
本发明涉及电焊机技术，具体涉及电焊机输出电流检测技术。
背景技术
逆变电焊机为了对焊接电流进行精确控制需要实时检测电焊机输出电流，目前一般采用霍尔电流传感器或分流器等器件在电焊机的输出端检测电焊机输出电流。若采用霍尔电流传感器的优点是实现检测电路与主电路隔离，但霍尔电流传感器的成本高，尤其是大电流霍尔传感器；而且霍尔电流传感器需要电源供电，检测电路复杂。若采用分流器的方案成本低，但不能够实现监测电路与主电路隔离，抗干扰能力差。
针对上述电焊机输出电流检测方案所存在的问题，专利号为200910216856.1的中国专利给出了一种逆变电焊机输出电流检测方法，该方法主要是利用电压比较器和三极管来实现电流的检测。但是该方案中涉及到的检测电路中相应的元器件还是比较多，检测电路还是比较复杂成本比较高；还有就是该方案中采用到电压比较器，由于电压比较器的响应时间，从而造成整个检测电路存在响应时间长、响应速度慢的问题。
发明内容
针对现有逆变电焊机输出电流检测方案存在结构复杂、成本高、响应速度慢等问题，本发明的第一个目的在于提供一种结构结构简单、响应时间短的逆变电焊机输出电流检测电路。
作为本发明的第二个目的，本发明基于上述检测电路还提供一种检测方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路，所述检测电路包括信号采样单元和信号处理单元，所述信号采样单元包括电流互感器和全桥整流电路，
所述电流互感器置于主变压器的初级或次级，其输出端与全桥整流电路相接，并形成与主变压器原边交流电流输入对应的交流电流信号；
所述信号采样单元还包括电压采样电路，所述电压采样电路由二极管D3与电路R1串接形成，并与全桥整流电路的输出端相接；
所述信号处理单元包括放电电阻R2、电容C1以及三极管Q1，所述三极管Q1的基极连接电压采集电路的采样电压，其发射极通过电容C1接地，并作为检测信号输出端，所述放电电阻R2与电容C1并接。
在检测电路的优选方案中，所述电压采样电路采样的电压值为二极管D3的管压降Vak和在电阻R1上形成的电压之和，且电阻R1上电压与主变压器初级或次级的电流值成正比关系。
作为本发明的第二目的，基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测方法，所述检测方法利用三极管Q1基极与发射极的导通压降，与二极管D3的管压降相近的原理，使得三极管Q1发射极电压与逆变电焊机输出电流成比例关系，作为检测信号输出。
在检测方法的优选方案中，所述检测方法利用电流互感器T1检测变压器的初级或次级，在电流互感器T1的输出端形成与交流电流输入对应的交流电流信号，再由全桥整流电路对电流互感器T1产生的交流电流信号进行整流变成直流电流；
该直流电流经过二极管D3和电阻R1形成采样电压，该采样电压为二极管D3的管压降和在电阻R1上形成的电压之和，且电阻R1上电压与变压器初级或次级电流值成正比关系；
该采样电压连接至三极管Q1的基极，三极管Q1导通，电源VCC通过三极管Q1向电容C1充电，三极管Q1工作在饱和状态，三极管Q1的发射极电压Ve跟随基极电压，与电阻R1上电压相等，并作为检测信号输出。
进一步的，所述检测方法中，当电容C1上的电压加上三极管Q1基极与发射极的导通压降高于Q1基极电压时，三极管Q1处于截止状态，电容C1上电压通过电阻R2放电，C1上电压缓慢降低。
根据上述方案形成的逆变电焊机输出电流检测电路和检测方法基于交流信号，能够在保证检测精度的情况下大大减少检测电路的元器件的使用量，从而能够大大简化电路的组成，降低电路的制作成本。
同时，摒弃采用比较器，从而大大降低检测电路的响应时间，提高检测电路的响应速度。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明中基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，其所示为本发明提供的基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路的电路原理图。由图可知，整个检测电路分为前部的电压信号采样单元和后面的信号处理单元。
电压信号采样单元主要由电流互感器T1、全桥整流电路（D1、D2、D4、D5）、电压采用电路（D3、R1）构成。
其中，电流互感器T1置于主变压器的初级或次级（该主变压器的原边输入交流电流信号），检测变压器的初级或次级，在电流互感器T1的输出端形成与主变压器的交流电流输入对应的交流电流信号。
由二极管D1、D2、D4和D5组成的全桥整流电路与电流互感器T1的输出端相接，对电流互感器T1产生的交流电流信号进行整流变成直流电流。
电压采样电路由二极管D3的负极与电阻R1串接组成，其与全桥整流电路输出相接，对全桥整流电路输出的直流电流进行采样形成采样电压，该采样电压为二极管D3的管压降Vak和在电阻R1上形成的电压VR1相加，且电阻R1上电压VR1与变压器初级或次级电流值成正比关系。
检测电路中的信号处理单元主要包括三极管Q1、放电电阻R2、电容C1。其中三极管Q1的基极连接电压采样电路中二极管D3的正极，其集电极直接连接电源VCC，而发射极通过电容C1接地，并且作为检测信号输出端；放电电阻R2与电容C1并接。
由此形成的逆变电焊机输出电流检测电路，其在进行逆变电焊机输出电流检测时，首先逆变电焊机中主变压器的原边输入交流电流，利用置于变压器的初级或次级的电流互感器T1，检测变压器的初级或次级，在T1的输出端形成与交流电流输入对应的交流电流信号。
接着，通过二极管D1、D2、D4和D5组成的全桥整流电路对电流互感器T1产生的交流电流信号进行整流变成直流电流。
再者，该直流电流经过二极管D3和R1进行采样，形成采样电压，采样电压为二极管D3的管压降Vak和在R1上形成的电压VR1相加，其中R1上电压VR1与变压器初级（或次级）电流值成正比关系。
采样电压连接三极管Q1的基极，三极管Q1导通，电源VCC通过三极管Q1向电容C1充电，三极管Q1工作在饱和状态，三极管Q1的发射极电压Ve（即为检测电路的信号输出电压）跟随基极电压Vb。
由于三极管Q1发射极电压低于基极电压，且差值为Q1基极与发射极导通压降Vbe。而且三极管Q1基极连接采样电压，故三极管Q1基极电压与采样电压相同：Vb=Vak+VR1。
由此，三极管Q1的发射极电压Ve（即信号输出电压）=Vb-Vbe=Vak+VR1-Vbe
因二极管D3的管压降Vak与三极管Q1基极与发射极导通压降Vbe都为PN结压降，所以两个值近似即：Vak≈Vbe。
所以：三极管Q1的发射极电压Ve（即信号输出电压）=VR1。
由于R1上电压VR1与变压器初级（或次级）电流值成正比关系，从而三极管Q1发射极电压Ve与逆变电焊机输出电流成比例关系，可以作为检测信号输出。
其中，当电容C1上电压加上三极管Q1基极与发射极的导通压降Vbe高于Q1基极电压Vb时，Q1处于截止状态，电容C1上电压通过电阻R2放电，C1上电压缓慢降低。
若输入交流电流信号为一系列脉冲信号时，当脉冲峰值在电阻R1上产生的电压VR1再次高于C1上电压时，Q1将再次导通，此时信号输出电压=VR1，故检测电路工作时信号输出电压一直跟随脉冲信号的在R1上形成电压的峰值。
因电焊机输出电流与流过主变压器的原边电流峰值为比例关系，所以信号输出电压与与焊机的输出电流成比例关系，既可实现对焊机的输出电流进行检测。
由上可知，本方案利用三极管Q1基极与发射极的导通压降，与二极管D3的管压降相近的原理，使得三极管Q1发射极电压与逆变电焊机输出电流成比例关系，作为检测信号输出。从而能够采用较少的元器件既可实现逆变电焊机输出电流精确检测，电路既简单，响应速度又快。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路，所述检测电路包括信号采样单元和信号处理单元，所述信号采样单元包括电流互感器和全桥整流电路，其特征在于，
所述电流互感器置于主变压器的初级或次级，其输出端与全桥整流电路相接，并形成与主变压器原边交流电流输入对应的交流电流信号；
所述信号采样单元还包括电压采样电路，所述电压采样电路由二极管D3与电路R1串接形成，并与全桥整流电路的输出端相接；
所述信号处理单元包括放电电阻R2、电容C1以及三极管Q1，所述三极管Q1的基极连接电压采集电路的采样电压，其发射极通过电容C1接地，并作为检测信号输出端，所述放电电阻R2与电容C1并接。
2.根据权利要求1所述的基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测电路，其特征在于，
所述电压采样电路采样的电压值为二极管D3的管压降Vak和在电阻R1上形成的电压之和，且电阻R1上电压与主变压器初级或次级的电流值成正比关系。
3.基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测方法，其特征在于，所述检测方法利用三极管Q1基极与发射极的导通压降，与二极管D3的管压降相近的原理，使得三极管Q1发射极电压与逆变电焊机输出电流成比例关系，作为检测信号输出。
4.根据权利要求3所述的基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测方法，其特征在于，所述检测方法利用电流互感器T1检测变压器的初级或次级，在电流互感器T1的输出端形成与交流电流输入对应的交流电流信号，再由全桥整流电路对电流互感器T1产生的交流电流信号进行整流变成直流电流；
该直流电流经过二极管D3和电阻R1形成采样电压，该采样电压为二极管D3的管压降和在电阻R1上形成的电压之和，且电阻R1上电压与变压器初级或次级电流值成正比关系；
该采样电压连接至三极管Q1的基极，三极管Q1导通，电源VCC通过三极管Q1向电容C1充电，三极管Q1工作在饱和状态，三极管Q1的发射极电压Ve跟随基极电压，与电阻R1上电压相等，并作为检测信号输出。
5.根据权利要求4所述的基于交流信号的逆变电焊机输出电流检测方法，其特征在于，所述检测方法中，当电容C1上的电压加上三极管Q1基极与发射极的导通压降高于Q1基极电压时，三极管Q1处于截止状态，电容C1上电压通过电阻R2放电，C1上电压缓慢降低。
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Denomination of invention: A detection circuit and method for output current of inverter welding machine based on AC signal Effective date of registration: 20231026 Granted publication date: 20170111 Pledgee: Bank of Shanghai Co.,Ltd. Jing'an Sub branch Pledgor: SHANGHAI TAYOR WELDING MACHINE Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000676 |