CN106112214A - 一种两焊接功能模块igbt逆变焊机的结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，包括外部的壳体和内部的电路板，所述的电路板主要包括六个部分，分别是驱动板、控制板、检流板、IGBT板、快恢电路板、面板控制板；所述的控制板连接面板控制板、控制变压器和驱动板，控制变压器为控制板供电，驱动板连接控制板、IGBT板和检流板，驱动板在控制板的作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行；本发明通过采用双单片微处理器等组成的控制电路系统，以及优化的焊机控制电路、电路板和各部分的结构设计，较好解决了这类多功能焊机的性能、可靠性、生产效率、制作和运输成本问题，提升了产品的市场竞争力。

Description

一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构

技术领域

本发明涉及一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构；属于逆变焊机技术领域。

技术背景

目前，逆变式MIG/MAG气体保护焊机产品市场的竞争十分激烈，不仅体现在技术的先进性和优势上，还在很大程度上取决于焊机的功能和结构等设计方面。

国内外市场上， IGBT管逆变式MIG/MAG气体保护焊机的额定电流通常在140~500A（负载持续率100~35%）的水平。电流小于260A的，通常IGBT采用单管的。但是，电流大于260A的，通常IGBT采用模块的。此类焊机产品，有一些产品只有单一的MIG/MAG气体保护焊功能，其应用范围会受到一定的限制。

对于多功能的，即还可采用手工电弧焊（或氩弧焊）功能的气体保护焊焊机，由于其适应性更强，因而其应用范围会更广。产品销售会更有市场竞争力。然而，此类焊机，不同的电路、电路板和整机结构设计，控制原理和方式不同，电路板和整机的布局和连接方式，或者连接的复杂程度不同，其产品的性能、可靠性、生产工序和制作工艺等也完全不同。这些都会影响产品的生产成本和销售以及产品市场竞争力。例如，性能不好的焊机，焊接效果就会差，用户不会喜欢；可靠性低，焊机经常会坏，经销商也会不再卖这样的产品；成本高，销售价格就不可能太低。这样，也会影响产品的推广和销售。因此，如何在低成本的前提下，开发好多功能的焊机是有一定技术难度的。这也是本发明需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，具有手工电弧焊（或氩弧焊）和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的功能，其内部分为上、下二层布局。上层部分主要包括驱动板、控制板、三相整流桥、控制变压器、风机电容、CBB电容、输入滤波电感等。下层部分主要包括逆变主变压器、IGBT及其散热器、快恢复整流二极管及其电路板、快恢散热器、输出滤波电抗器、检流板和分流器等零部件；电路板设计为六个部分，分别是驱动板、控制板、检流板、IGBT板、快恢电路板、面板控制板；本发明可满足手工焊（或氩弧焊）和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求；本发明通过采用双单片微处理器等组成的控制电路系统，以及优化的焊机控制电路、电路板和各部分的结构设计，较好解决了这类多功能焊机的性能、可靠性、生产效率、制作和运输成本问题，提升了产品的市场竞争力。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，其特征在于：包括外部的壳体和内部的电路板，所述的电路板主要包括六个部分，分别是驱动板、控制板、检流板、IGBT板、快恢电路板、面板控制板；所述的检流板上布置有检测逆变主变压器初级绕组电流的环形变压器或检流器、二极管、电阻，检流器的初级绕组串联在逆变主变压器初级绕组回路中，其次级绕组的输出，连接到四个快速二极管组成的整流器，该整流器的输出通过插头连接到驱动板电路的控制端，作为初级电流检测信号的输入；配合其它的控制电路，完成对焊机过流信号的检测和保护控制；所述的控制板连接面板控制板、控制变压器和驱动板，控制变压器为控制板供电，面板控制板将操作指令输送给控制板，驱动板连接控制板、 IGBT板和检流板，驱动板在控制板的作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行。

所述的壳体包括外罩、塑料后面壳、塑料前面壳和焊机底板，塑料后面壳上安装有电源空气开关、带固线器的供电电源线、风机防护罩、冷却风机、保护气的进气嘴及电磁气阀和输出电源插座；冷却风扇位于焊机的后部，利用上绝缘板、下绝缘板和两块导风板形成风道；所述的塑料前面壳上安装有输出快速接头座组件、送丝机接口航空插座和面板控制板；在面板控制板上，设有检气和试送丝三态转换开关、手工焊或氩弧焊和气体保护焊功能二态转换开关、气保焊有无收弧二态转换开关、气保焊电子电抗器电感调节电位器、收弧电流或送丝速度调节电位器、收弧电压调节电位器、电流表和电压表。

所述的在驱动板上布置有一片UC3846N脉冲宽度调制芯片、一片LM339N和一片LM324运算放大器、一片CD4072芯片、一片CD4013芯片、二片NE555P集成电路，四只IRF640和四只IRF9530场效应管，二个脉冲驱动变压器，还有若干 电阻、电容和二极管，驱动电路主要是在控制电路板的作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行，同时，在过流检测电路的配合下，完成过流保护控制。

所述的控制板上布置有这两个单片微处理器、两个运算放大器、两个光耦、三个集成稳压器、整流桥、晶闸管或可控硅、电阻、电容、二极管和稳压管，通过采用双单片微处理器等组成的控制电路系统，在其它电路的配合下，可实现手工焊或氩弧焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求，如手工焊或氩弧焊的输出特性控制；气保焊的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、焊接和收弧阶段的电压和送丝速度调节等控制。

在IGBT板上，布置有每个IGBT开关的、由电阻和电容串联组成的阻容保护电路。这些保护电路可在一定程度上保障IGBT管的可靠工作。

在快恢电路板上，布置有每个快恢复二极管的、由电阻和电容串联组成的阻容保护电路。这些保护电路可在一定程度上保障快恢复二极管的可靠工作。

在检流板上，布置有检测逆变主变压器初级绕组电流的环形变压器或检流器T1、二极管、电阻。检流器T1的初级绕组T1-1串联在逆变主变压器初级绕组回路中。其次级绕组T1-2的输出，连接到四个二极管1D1~1D4（电路板上的标识符号为D1~D4，器件为FR107）组成的整流器。该整流器的输出通过CN1插头连接到驱动板电路的P3-1和P3-2端，作为初级电流检测信号的输入。配合其它的控制电路，完成对焊机过流信号的检测和保护控制。

在驱动板上，布置有一片UC3846N脉冲宽度调制芯片、一片LM339N和一片LM324运算放大器、一片CD4072芯片、一片CD4013芯片、二片NE555P集成电路，四只IRF640和四只IRF9530场效应管，二个脉冲驱动变压器或脉冲变压器，还有很多的电阻、电容、二极管等器件。驱动电路主要是在控制电路01板的控制作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行。同时，在过流检测电路的配合下，完成过流保护控制。

在控制板上，布置有STM32F051C4、STM8S105C4单片微处理器，LM324和LM358运算放大器，PC817和MOC3023光耦，LM78M05、LM7815、LM7915集成稳压器、整流桥、BT137晶闸管或可控硅、电阻、电容、二极管、稳压管等组成的控制电路。本发明通过采用STM32F051C4、STM8S105C4双单片微处理器等组成的控制电路系统，在其它电路的配合下，可实现手工焊（或氩弧焊）和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求。例如，手工焊（或氩弧焊）的输出特性控制；气保焊的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、焊接和收弧阶段的电压和送丝速度调节等控制。

本发明对不同电流等级和负载持续率要求的本发明焊机，可通过调整少量的零部件规格参数，形成不同输出额定电流和负载持续率的产品，使产品系列化；例如，改变IGBT器件的电流等级和散热器尺寸；改变快速恢复二极管的型号和参数；改变逆变主变压器和输出滤波电抗器的规格和参数等，即可容易形成不同规格的系列产品。如350A/34V（60%）、500A/40V（60%）等多种电流等级和规格型号的产品。额定电流越小的，则额定负载持续率越高。当然，这些变化，目的是使产品的制作成本与相应机器的规格参数和性能指标相匹配。这样，每种规格型号的焊机才能实现最优化的成本控制。这就提升了所开发产品的市场竞争力。

本发明焊机，由于具有两种焊接方法的使用功能，解决了单一功能焊机应用面窄的问题，因而比单一功能的焊机有更好的适应性。其良好的电路及其结构设计也是本发明的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。本发明焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。本发明专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的电路和结构设计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明电路原理图；

图3为本发明驱动板电路原理图（一）；

图4为本发明驱动板电路原理图（二）；

图5为本发明控制板电路原理图（一）；

图6为本发明控制板电路原理图（二）；

图7为本发明控制板电路原理图（三）；

图8为本发明控制板电路原理图（四）；

图9为本发明控制板电路原理图（五）；

图10为本发明控制板电路原理图（六）；

附图1中各部件的名称如下：1、手柄；2、机壳；3、驱动板；4、控制板；5、控制变压器；6、风机电容；7、整流桥；8、CBB电容；9、中隔板；10、检流板；11、主变压器；13、散热器固定上支架；14、磁环；15、快恢电路板；16、上绝缘板；17、导风板；18、快恢散热器；19、IGBT散热器；20、IGBT板；21、IGBT模块；22、导风板；23、36VAC输出电源插座；24、带电源线固线器的供电电源线；25、电源空气开关；26冷却风机；27、风机防护罩；28、塑料后面壳部分；29、后面板；30、滤波电抗器；31、连接件；32、分流器；33、塑料前面壳；34、快速接头组件（负）；35、航空插座；36、快速接头组件（正）；37、电感调节电位器；38、收弧电压调节电位器；39、收弧电流调节电位器；40、面板控制板。

具体实施方式

本发明涉及到的送丝机构和焊枪及保护气气源部分，主要包括送丝机构、气保焊焊枪和保护气气瓶部分。这些部分是本发明焊机之外的标准辅助部分。也是市场上可以采购到的。本专利说明书只是说明一下这些部分与本发明关系。气保焊时，送丝机构上的控制线插头部分与焊机前面板上的航空插座（35，数字代表附图1中的零部件代号，下同）进行相应的连接。焊枪与送丝机构的焊枪座配合连接。焊丝安装到送丝机构的焊丝盘轴上。焊丝可通过送丝机构的送丝轮和压紧轮，从气保焊焊枪的导电嘴伸出。送丝机构的控制盒上，有气保焊时焊接电流或送丝速度、焊接电压的调节电位器。还有点动送丝按钮。保护气体通过一个气管连接到送丝机构的电磁气阀气体输入口。当打开气瓶后，在焊机电路的控制作用下，可使电磁气阀通、断，从而使保护气体接入焊枪，并从焊枪头部流出，实现对焊接区的金属保护。手工焊时，则无需使用此部分，也不对送丝部分进行控制。

如图附图1所示一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，本发明焊机的内部，利用中隔板9分为上、下二层布局。电路板设计为六个部分，分别是驱动板3、控制板4、检流板10、IGBT板、快恢电路板15、面板控制板40。各电路板之间，按照本发明的电路原理图连接在一起，并与其它零部件共同构成完整的焊机。可满足手工焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求。例如，手工焊的输出特性控制；气保焊的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、焊接和收弧阶段的电压和送丝速度调节等控制。

本发明的主要组成部分包括：

1）外壳2包括手柄1、外壳2和外壳螺丝等。

2）塑料后面壳部分28的后面板29上安装的零部件主要有电源空气开关25、带电源线固线器的供电电源线24、风机防护罩27、冷却风机26、保护气的进气嘴及电磁气阀、流量计36VAC输出电源插座23、焊机接地螺丝和标识、焊机的脚垫等部分。电源线24连接到供电电网。电源开关25控制焊机电源的通或断。冷却风扇26对焊机内部的一些零部件进行强迫风冷。气瓶中的CO₂保护气体可采用流量计的加热器进行干燥处理，去除水分，防止焊接时焊缝形成气孔焊接缺陷。加热器的电源可连接至36VAC输出流量计电源插座23来实现。冷却风扇26位于焊机的后部，利用上绝缘板16、下绝缘板和两块导风板17、22形成良好风道。冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进行。可使焊机的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器散热器、快速恢复二极管及散热器等零部件得到较好的冷却。这样的风道和冷却方式设计，有利于保障焊机电路工作的可靠性，也是本发明焊机实现较大电流和高负载持续率的重要原因之一。

3）前面板33。焊机前面板33上安装的零部件主要有黑色（负极性）输出快速接头座组件34、红色（正极性）输出快速接头座组件36、送丝机接口航空插座35、面板控制板40等部分。在面板控制板40上，还有检气和试送丝三态转换开关、手工焊和气体保护焊功能二态转换开关、气保焊有无收弧二态转换开关、工作电源及热保护状态指示灯（分为二个。绿色或白色为焊机输出工作指示；黄色或红色为过热状态指示）、气保焊时的电子电抗器电感调节电位器37、收弧电流或送丝速度调节电位器（该电位器也是手弧焊时的输出电流调节电位器）39、收弧电压调节电位器38、电流表和电压表等部分。两组输出快速接头座组件34、36用于手工电弧焊时分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆，也用于气保焊时连接送丝机构的焊接电缆和工件夹电缆。检气和试送丝开关，用于焊前检测送丝或试气是否正常；手工焊和气体保护焊功能转换开关用于两种焊接方法的选择。工作电源指示灯（绿色或白色）指示电源接通。热保护状态指示灯（黄色或红色）则指示过热状态是否发生。当内部器件温度过高，超过温度继电器的动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使该指示灯点亮；另一方面，可使焊机停止焊接或输出。在焊机不输出的情况下，风机的冷却作用会使器件的温度降低。当降低到热保护器的恢复动作温度时，保护器恢复，焊机过热现象消除。过热指示灯熄灭。同时，焊机可再次焊接。手工焊时，采用对应的电位器进行电流输出调节；气保焊焊接阶段，输出的电流大小可通过（送丝机构的控制盒山）相应的送丝电位器进行调节。输出焊接电压则通过（送丝机构的控制盒山）相应的电压电位器进行调节。气保焊收弧阶段，输出的电流大小可通过（前面板上）相应的送丝或收弧电流电位器进行调节。输出焊接电压则通过（前面板上）相应的收弧电压电位器进行调节。

4）本发明焊机内部上层部分。主要包括驱动板3、控制板4、三相整流桥7、控制变压器5、风机电容6、CBB电容8、输入滤波电感等。

5）本发明焊机内部下层部分。主要包括：逆变主电路中的主变压器11、IGBT 21及其散热器19、快恢复整流二极管及其电路板15、快恢散热器18、输出滤波电抗器30、检流板10和分流器32等零部件。

在IGBT板上，布置有每个IGBT开关的、由电阻和电容串联组成的阻容保护电路。这些保护电路可在一定程度上保障IGBT管的可靠工作。

在快恢电路板上，布置有每个快恢复二极管的、由电阻和电容串联组成的阻容保护电路。这些保护电路可在一定程度上保障快恢复二极管的可靠工作。

在检流板10上，布置有检测逆变主变压器初级绕组电流的环形变压器或检流器T1、二极管、电阻。检流器T1的初级绕组T1-1串联在逆变主变压器初级绕组回路中。其次级绕组T1-2的输出，连接到四个二极管1D1~1D4（电路板上的标识符号为D1~D4，器件为FR107）组成的整流器。该整流器的输出通过CN1插头连接到驱动板电路的P3-1和P3-2端，作为初级电流检测信号的输入。配合其它的控制电路，完成对焊机过流信号的检测和保护控制。

在驱动板3上，布置有一片UC3846N脉冲宽度调制芯片、一片LM339N和一片LM324运算放大器、一片CD4072芯片、一片CD4013芯片、二片NE555P集成电路，四只IRF640和四只IRF9530场效应管，二个脉冲驱动变压器或脉冲变压器，还有很多的电阻、电容、二极管等器件。驱动电路主要是在控制电路01板的控制作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行。同时，在过流检测电路的配合下，完成过流保护控制。

在控制板上，布置有STM32F051C4、STM8S105C4单片微处理器，LM324和LM358运算放大器，PC817和MOC3023光耦，LM78M05、LM7815、LM7915集成稳压器、整流桥、BT137晶闸管或可控硅、电阻、电容、二极管、稳压管等组成的控制电路。本发明通过采用STM32F051C4、STM8S105C4单片微处理器等组成的控制电路系统，在其它电路的配合下，可实现手工焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求。例如，手工焊的输出特性控制；气保焊的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、焊接和收弧阶段的电压和送丝速度调节等控制。

此外，在结构设计方面，由于通过中隔板（9）把焊机的内部分为上、下部分。下部的逆变、整流等部分属于大电流部分，会产生较大电磁干扰。这样，上部的控制电路等弱电部分就相当于被中隔板（9）、外壳（2）、底板（29）等组成的金属外壳包围。因此可起到隔离大电流强电磁干扰，限制电磁辐射，提高焊机可靠性的作用。

本发明焊机，电路板之间有少量的控制连接线。因控制线少，焊机生产加工工序少，制作工艺也大大简化，更加方便生产。另外，由于在电路中还采用了STM32F051C4和STM8S105C4微处理器控制系统，通过它们及其软件控制，不仅简化了硬件电路，而且可方便地实现手工焊/气保焊转换；气保焊时的点动送丝控制，焊枪开关动作后的提前送气和滞后闭气时间控制，以及输出电压和送丝等动作时序控制功能。

从电路的控制功能来看，主要是完成供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制和逆变、两种焊接方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、焊接方法选择和控制、送丝速度的调节和控制等工作。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊、MIG/MAG气保焊的各项控制要求。

本发明焊机上述各部分电路的工作原理简述如下：如附图1、附表1和附图2所示。通电后，电源开关S1（25）接通电网电源。控制变压器KB1给相应的电路部分供电。同时，冷却风扇FAN运转，吹风冷却焊机内部器件。焊机后面板上的36VAC输出电源插座CZ1接口可为CO2保护气体流量计的加热干燥器供电。另一方面，从电网来的交流电，先经过输入滤波电感1L1，再经ZLQ整流桥（7）整流后变为脉动直流电。之后，对1C1电容（8）进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+540V直流电。1C1电容（8）起到滤波的作用。+540V直流电供给由IGBT1~IGBT4管（21）、B1逆变主变压器（11）和1D5~1D7快速恢复二极管（15）、1L4滤波电抗（30）、FL分流器（32）等元器件组成的逆变主电路。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。B1逆变主变压器（11）实现电压降压和大电流输出的变换。1D5~1D7快速恢复二极管（15）则是把逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电，由焊机的OUT+（正极性输出端）、OUT-（负极性输出端）输出。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于焊接过程的稳定，因此，采用1L4滤波电抗（30）进行电流滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的焊缝。附图2中，输入滤波电感1L1是防止浪涌电流冲击的。电源开关S1（25）合上时刻，整流桥后面的滤波电容1C1相当于短路，容易造成较大浪涌电流。如果不加以抑制，容易造成电源开关故障。设置输入滤波电感1L1，可起到限制浪涌电流的作用。这样的电路，也称为上电缓冲电路。因此，上电缓冲电路可起到较好的保护作用。

附图2中，1R3为焊机输出端的假负载，是为焊机输出空载而设立的。1C6~1C7则是输出端设置的抗干扰电容，防止从输出端口进入的高频干扰信号进入焊机的控制电路。VR3和VR4分别为焊机前面板上设置的气保焊收弧电压和电流参数调节电位器。VR5为焊机前面板上设置的气保焊电子电抗器参数调节电位器。利用它，可改变气保焊时的电弧特性，最终改变焊接性能。K1为焊机气保焊时的“2T/4T”焊枪开关操作方式选择开关。“2T”是指气保焊时按下焊枪开关，焊机按照送丝机构控制盒上电流和电压电位器设定的参数开始进行焊接。松开焊枪开关，则停止焊接；“4T”是指气保焊时按下焊枪开关，焊机按照送丝机构控制盒上电流和电压电位器设定的参数开始进行焊接，松开焊枪开关，继续保持焊接。再次按下焊枪开关，则进入收弧控制，即按照焊机前面板上VR3和VR4电压和电流电位器设定的参数进行控制。再次松开焊枪开关，则立即停止焊接。K2为焊机气保焊时的“气检/丝检”选择开关。选择“气检”，则可检查焊机气保焊时送气是否正常，有无漏气现象。还可以去调节好保护气体的流量。选择“丝检”，则可检查焊机气保焊时送丝是否正常，还可以安装焊丝等。

附图2中，航空插座HKCZ1接口连接送丝机构。本发明涉及到的送丝机构和焊枪及保护气气源部分。主要包括送丝机构、气保焊焊枪和保护气气瓶部分。这些部分是本发明焊机之外的标准辅助部分。也是市场上可以采购到的。本专利说明书只是说明一下这些部分与本发明关系。气保焊时，送丝机构上的控制线插头部分与焊机前面板上的航空插座35，HKCZ1接口进行相应的连接。焊枪与送丝机构的焊枪座配合连接。焊丝安装到送丝机构的焊丝盘轴上。焊丝可通过送丝机构的送丝轮和压紧轮，从气保焊焊枪的导电嘴伸出。送丝机构的控制盒上，有气保焊时焊接电流或送丝速度、焊接电压的调节电位器。还有点动送丝按钮。保护气体通过一个气管连接到送丝机构的电磁气阀气体输入口。当打开气瓶后，在焊机电路的控制作用下，可使电磁气阀通、断，从而使保护气体接入焊枪，并从焊枪头部流出，实现对焊接区的金属保护。手工焊时，则无需使用此部分，也不对送丝部分进行控制。

附图2中，检流器T1的初级绕组T1-1串联在逆变主变压器初级绕组回路中，其次级绕组T1-2的输出，连接到四个二极管1D1~1D4组成的整流器。该整流器的输出通过CN1插头连接到驱动板电路的P3-1和P3-2端，作为初级电流检测信号的输入。配合其它的控制电路，完成对焊机过流信号的检测和保护控制。FL则是输出回路中的电流检测器，其检测到的电流信号作为负反馈控制信号输送至控制板的A7-3和A7-4接口。A7-1则是检测焊机输出的电压信号，也作为电压反馈信号输送至控制板，参与焊机的控制。

附图2中，检流器T1的初级绕组T1-1串联在逆变主变压器初级绕组回路中。其次级绕组T1-2的输出，连接到四个二极管1D1~1D4组成的整流器。该整流器的输出通过电路板上CN1插头连接到驱动板电路的P3-1和P3-2端，作为初级电流检测信号的输入。配合其它的控制电路，完成对焊机过流信号的检测和保护控制。

附图2中，驱动电路主要是在控制电路01板的控制作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行。同时，在过流检测电路的配合下，完成过流保护控制。

附图2中，控制板电路采用STM32F051C4、STM8S105C4双单片微处理器等组成的控制电路系统，在其它电路的配合下，可实现手工焊（或氩弧焊）和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求。例如，手工焊（或氩弧焊）的输出特性控制；气保焊的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、焊接和收弧阶段的电压和送丝速度调节等控制。

附图3-4为驱动板的控制电路原理图，由附图3、4可见，驱动控制电路由一片UC3846N脉冲宽度调制芯片、一片LM339N和一片LM324运算放大器、一片CD4072芯片、一片CD4013芯片、二片NE555P时基电路芯片，四只IRF640和四只IRF9530场效应管，二个脉冲驱动变压器或脉冲变压器，还有很多的电阻、电容、二极管等器件组成。驱动电路的作用主要是在控制电路01板的控制作用下，使T1和T2驱动变压器产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行。同时，在过流检测电路的配合下，完成过流保护控制。

附图3、4中，T1和T2驱动变压器及其外围的D3~D4快速二极管、电阻R33~R51、电容C33~C42等组成IGBT的驱动输出控制电路部分。4个IGBT，4路驱动，每个部分的驱动电路形式是一致的。该部分电路的输入控制信号来自U3芯片UC3846输出11和14脚的PWM信号。由于UC3846芯片输出的信号，驱动功率小，故需要经过IRF640、IRF9530场效应管和T1和T2驱动变压器的电路进行放大等信号处理，再通过T1和T2驱动变压器及其外围的驱动输出控制电路去控制附图2中逆变主电路的4个IGBT的工作状态。附图3中，U3脉冲宽度调制（PWM）芯片（UC3846）11和14脚输出的控制信号是两组方波脉冲信号。该方波脉冲信号的频率是固定的。但两组方波脉冲信号在时间上有一个固定的时间差，专业上也称为死区时间，是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过UC3846芯片的外围器件参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看UC3846的相关使用资料或说明。这里不再重复。这里需要说明的是：PWM脉冲宽度调制信号是决定焊机逆变主电路输出电压和电流大小的控制信号。

附图3、4中，P2-3和P2-4两端的信号为来自控制板的驱动控制电路输入信号，即Uk控制信号。该信号的大小取决于逆变焊机的电流给定、电压给定、电流和电压反馈信号的大小。也决定着附图3驱动控制电路输出的PWM脉冲宽度调制信号。最终决定着焊机输出电流或电压的大小。

例如，手工电弧焊（或氩弧焊）的控制。其核心是输出电流或下降特性输出的控制。当本发明焊机前面板的焊接方法选择开关选择手工焊（或氩弧焊）时，焊机进行手工电弧焊（或氩弧焊）控制。焊机后面板的开关合上接通供电电源后，焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯亮，指示焊机带电。焊机内部的IGBT PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出手弧焊时的空载电压。当操作者调节好前面板上焊接输出电流电位器给定值并进行焊接时，控制电路通过附图2中的FL分流器可检测到输出电流信号。一方面，获得焊机面板控制电路部分电流表显示的输出电流信号。在其它控制电路的作用下实现输出电流值的数字显示。另一方面，FL分流器检测到的电流信号，经过信号放大等处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与前面板上焊接输出电流电位器给定值信号进行比较。比较后的差值信号，在焊机控制板电路中进行电流PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果就是手工焊控制时的Uk控制信号。当然，Uk控制信号的大小是随着电流给定信号与电流反馈信号的变化而改变的，不是一成不变的。该信号控制焊机附图3的输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电流和电压的大小，实现输出电流参数的准确控制。并使焊机的输出特性为恒流带外拖（氩弧焊时为恒流不带外拖）的下降特性。进一步地说，当焊接电流给定信号不变时，随着焊机FL分流器检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过PI控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制。即只有当电流达到焊接电流电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，电压降低会很多。当电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比增加，使焊接电流按照设定的参数增大，最终形成恒流带外拖（氩弧焊时为恒流不带外拖）的下降特性。当焊接电流给定信号变化时，电流截止负反馈的设定值不同，Uk控制信号随之会变化，但其它的控制过程是类似的。这样，在电位器设定的最小和最大电流之间，就可获得无数条下降特性曲线。这样的控制，也是满足手工电弧焊（或氩弧焊）接的基本要求。当然，手工焊时仍然会有输出电压显示。它是在输出电压采样、控制板和面板控制板电路的共同作用下实现的。

再说气保焊的输出电压控制。其核心是输出电压或平特性输出的控制。当本发明焊机前面板的焊接方法选择开关选择气保焊时，焊机进行气保焊控制。焊机后面板的开关合上接通供电电源后，焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯亮，指示焊机带电。焊机内部的IGBT PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出气保焊时的空载电压。当操作者调节好前面板上焊接输出电压电位器给定值并进行焊接时，控制电路通过附图2中的输出电压采样电路可检测到输出电压信号。一方面，获得焊机面板控制电路部分电压表显示的输出电压信号。在其它控制电路的作用下实现输出电压值的数字显示。另一方面，检测到的电压信号，经过信号处理，并以此作为电压负反馈控制信号，与前面板上焊接输出电压电位器给定值信号进行比较。比较后的差值信号，在焊机控制板电路中进行电压PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果就是气保焊控制时的Uk1控制信号。当然，Uk1控制信号的大小是随着电压给定信号与电压反馈信号的变化而改变的，不是一成不变的。该信号控制焊机附图3的输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电压的大小，实现输出电压参数的准确控制。并使焊机的输出特性为恒压特性。进一步地说，当焊接电压给定信号不变时，随着焊机检测到的电压增加，并且，达到给定的电压设定值后，焊接电压给定信号与电压负反馈控制信号的差值会随电压增加而减小，通过PI控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电压截止负反馈控制。即只有当输出电压达到焊接电压电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流较大的增加，电压降低会很小。当焊接电压的给定信号变化时，电压截止负反馈的设定值不同，Uk1控制信号随之会变化，但其它的控制过程是类似的。这样，在电压调节电位器设定的最小和最大电压之间，就可获得无数条恒压输出特性曲线。这样的控制，也是满足气保焊焊接的基本要求。

当然，气保焊时仍然会有输出电流控制和显示。它是在输出电流采样、控制板和面板控制板电路的共同作用下实现的。只不过，气保焊的电流调节是通过控制板的送丝控制电路来实现的。加快送丝速度就是增加气保焊时的焊接电流大小，减小送丝速度就是降低气保焊时的焊接电流大小。这与手弧焊的控制是不相同的。这一点需要注意。

需要特别说明的是，手工焊（或氩弧焊）的输出电流与气保焊的输出电压控制，尽管都是采用负反馈PI控制，控制原理也基本相同，但是两者的PI控制算法是不相同的。这一点也需要注意。

附图3、4中，P3-1和P3-2两端的信号为来自附图2中检流板检测到的逆变主电路中变压器初级电流信号。当检测到的逆变变压器初级电流信号过大，即发生“过流”现象时，该信号通过附图3中电阻R20，可使附图3中U3（UC3846）的16脚产生关闭控制信号。一方面，关闭U3（UC3846）的PWM输出。另一方面，通过控制CD4072输出，去控制U6和U7（NE555P）输出。最终使焊机停止输出。当“过流”现象消除后，U3（UC3846）方可再次产生PWM输出，焊机才能再次输出。这就实现了所谓的“过流”保护控制。

附图3、4中，U1D运算放大器、电阻R9~R11、电容C10、二极管D2等组成“欠压”保护控制电路。电阻R9~R11构成分压电路。当焊机供电电源电压降低到一定程度时，+15V电压也会随之降低。+5V来自U3（UC3846）的2脚参考电压，是稳定的。如果电阻R10和R11分压的值低于+5V，此时二极管D2导通。通过R21，同样可使附图3中U3（UC3846）的16脚产生关闭控制信号。一方面，关闭U3（UC3846）的PWM输出。另一方面，通过控制CD4072输出，去控制U6和U7（NE555P）输出。最终使焊机停止输出。当“欠压”现象消除后，U3（UC3846）方可再次产生PWM输出，焊机才能再次输出。这就实现了所谓的“欠压”保护控制。关于LM339N、LM324运算放大器、U5A和U5B（CD4072）、U4A和U4B（CD4013）、U6和U7（NE555P）等器件的特性和工作原理，需要查看相关的资料或说明。这里不再重复。

附图4-10是控制板的电路原理图，附图4-10中，U10为STM32F051C4单片微处理器，U2为STM8S105C4单片微处理器。U2（STM8S105C4）单片微处理器及其相关的电路部分，主要是完成：焊接方法（手弧焊、气保焊等）选择的检测；丝检（或试送丝）、点动送丝和焊枪开关是否按下的检测；气检（或试气）开关是否合上的检测；送丝机构上的焊接电流和焊接电压给定值的检测；控制面板上的收弧电流和收弧电压给定值的检测；“过热”信号检测；送丝机电压反馈检测；2T/4T焊枪开关状态检测；电磁气阀控制；送丝控制；送丝停止控制等功能。

附图4-10中，本发明焊机前面板上的收弧电流和收弧电压给定值通过CN6插头，分别连接到U2（STM8S105C4）的17脚和18脚。单片机控制系统在软件的控制下，通过对17脚和18脚的电平状态采样和模数转换，即可知道用户或操作者选定的收弧电流和收弧电压给定值，以便在气保焊的控制中相应地控制送丝速度（或收弧阶段的焊接电流）和收弧阶段的焊接电压。

附图4-10中，本发明焊机送丝机构上的焊接电流和焊接电压给定值通过附图2中的航空插头HKCZ1，连接到A3-7。A3-7的输入信号，经过U1A、U1C、U1D运算放大器及其外围器件（如电阻R13~R19、V4~V8等）处理，分为焊接电流和焊接电压给定值，分别连接到U2（STM8S105C4）的21脚和19脚。单片机控制系统在软件的控制下，通过对21脚和19脚的电平状态采样和模数转换，即可知道用户或操作者选定的焊接电流和焊接电压给定值，以便在气保焊的控制中相应地控制送丝速度（或焊接阶段的焊接电流）和焊接阶段的焊接电压。

附图4-10中，本发明焊机前面板上的2T/4T焊枪操作方式选择开关的控制线连接到附图4左下角的CN4插头。其“step”连接到U2（STM8S105C4）的44脚。单片机控制系统在软件的控制下，通过检测44脚的电平状态，即可判断用户或操作者是选择“2T”焊枪开关操作方式，还是选择“2T”焊枪开关操作方式，以便进行相应的焊机输出控制。选择了“2T”方式，则是指气保焊时按下焊枪开关，焊机按照送丝机构控制盒上电流和电压电位器设定的参数开始进行焊接。松开焊枪开关，则停止焊接。如果是选择了“4T”方式，则是指气保焊时按下焊枪开关，焊机按照送丝机构控制盒上电流和电压电位器设定的参数开始进行焊接，松开焊枪开关，继续保持焊接。再次按下焊枪开关，则进入收弧控制，即按照焊机前面板上VR3和VR4电压和电流电位器设定的参数进行控制。再次松开焊枪开关，则立即停止焊接。

附图4-10中，本发明焊机前面板上的气检（或试气）开关的控制线连接到附图4左下角的CN4插头。其气检“GAS-TEST”连接到U2（STM8S105C4）的24脚。单片机控制系统在软件的控制下，通过检测24脚的电平状态，即可判断用户或操作者是否选择了气检（或试气）操作方式，以便进行相应的焊机输出控制。如果选择了气检（或试气）操作方式，则U2（STM8S105C4）的44脚输出低电平，使U4（MOC3023）A光耦二极管发光，其输出级U4B的双向晶闸管导通。使N4（BT137）也导通。这样，通过CN2插头连接到控制变压器的A2-3和A2-4交流27VAC电源可加至B1整流桥。于是，B1整流桥的输出A3-1有直流电压输出，可使连接的（电磁）气阀动作。这就实现了气检（或试气）操作控制或电磁气阀控制。

附图4-10中，本发明焊机前面板上的丝检（或试送丝）开关、点动送丝按钮和焊枪开关的控制线连接到附图4左下角的CN3、CN4插头，即A4-5（A3-6）。其A4-5（A3-6）作为输入信号，控制U3B运算放大器电路部分的输出gun-sw。而gun-sw连接到U2（STM8S105C4）的16脚。单片机控制系统在软件的控制下，通过检测16脚的电平状态，即可判断用户或操作者是否选择了丝检（或试送丝）、点动送丝按钮和焊枪开关操作方式，以便进行相应的焊机输出控制。

附图4-10中，M1和“地”端通过CN3插头和附图2中的HKCZ1连接到送丝机构中的送丝电机。送丝控制电路由R24~R26、R29~R36、U4（MOC3023）A光耦二极管发光及其输出级U4B的双向晶闸管、N5和N6晶闸管（BT151）、三极管N8、送丝电机M、场效应管N7、运算放大器U3A、电容C16~C20、二极管V11~V13等器件组成。其中，由电阻R24~R26、运算放大器U3A、电容C16、二极管V11等器件组成送丝电机电压反馈信号silk-feedback检测电路，即送丝机电压反馈检测电路。送丝电机电压反馈信号silk-feedback连接至U2（STM8S105C4）的20脚。U2单片机控制系统在软件的控制下，通过对20脚的电平状态采样和模数转换，即可知道送丝电机的电压值，以便在气保焊的控制中作为负反馈信号相应地控制送丝速度。送丝电路的供电端是A2-5和A2-7交流电源端。送丝速度控制仍然采用数字PI负反馈控制。即送丝速度由送丝速度给定值和电压反馈信号silk-feedback共同决定。由U2单片机控制系统在软件的控制下实现。送丝速度采用PWM控制，即U2单片机26脚输出的silk-PWM控制。U2单片机控制系统根据检测到的送丝给定（不焊接时，有慢速送丝给定和点动送丝给定之分；焊接时，有焊接阶段送丝给定和收弧阶段送丝给定之分）和操作状态（如丝检、点动送丝、按下焊枪开关焊接等），产生相应的silk-PWM控制输出信号。该信号控制U5（MOC3023）A光耦二极管的发光及其输出级U5B的双向晶闸管导通状态，再去控制N5和N6晶闸管（BT151）的输出导通角大小，最终按照设定的送丝速度对送丝电机M的电压或送丝速度进行控制。由于该信号是送丝给定和负反馈控制的结果，因此，送丝机电压或速度是相对稳定的。也就是说，对应一个送丝给定值的送丝速度是等速的、稳定的，也就是常说的等速送丝控制。只有送丝速度给定变化时，送丝速度才随之改变。可在送丝给定的最小、最大范围内实现送丝速度的连续调节。该变化范围也决定了气保焊时焊接电流的变化范围。由附图4可见，三极管N8导通时，场效应管N7截止或不导通，此时，送丝电机M的两端才可能有电压，送丝机才可能转动和送丝。当要停止送丝时，U2单片机控制系统37脚stop-silk2输出低电平，使三极管N8不导通。此时，场效应管N7导通，送丝电机M的电压是几乎为零的。也就是说，送丝机不转动，不送丝。送丝控制分为点动送丝控制和焊接送丝控制。对于点动送丝控制，通过送丝PWM控制，使U2（STM8S105C4）单片机产生固定频率的、一定占空比的方波脉冲信号，最终实现一定送丝速度下的点动送丝控制。便于用户安装焊丝到焊枪中。点动送丝的速度不是很快的，因为过快的送丝，不便于焊丝的安装。通常，要小于焊接时的送丝速度很多；对于焊接送丝控制，经U2微处理器的程序控制后，先使焊机的电磁气阀动作，实现提前送（保护）气控制。再经一定时间的延时，开启送丝控制。仍然通过送丝PWM控制，使U2（STM8S105C4）单片机产生固定频率的、一定占空比的方波脉冲信号，最终实现一定送丝速度下的送丝控制。送丝速度的快慢取决于焊机焊接阶段送丝机构控制盒上的焊接电流调节电位器或收弧阶段焊机面板上调节焊接电流的电位器的给定信号大小。当增大送丝给定信号时，输出脉宽增加，送丝速度加快；当减小送丝给定信号时，输出脉宽减小，送丝速度减慢。焊接时，送丝速度的快慢决定着焊接电流的大小。以上部分就是本发明的送丝控制等工作原理简述。

附图4-10中，CN5插头连接至温度保护继电器。U2单片机控制系统10脚检测焊机是否发生“过热”现象。一旦检测到“过热”信号，可停止焊机输出，实现“过热”保护。同时，U2单片机控制系统12脚发出低电平控制信号，使通过CN4插头连接的过热保护指示（LED）灯点亮。直到“过热”现象消除，方可再次进行焊接操作。

附图4-10中，CON3插头连接至前面板的焊接方法选择开关。通过R50、R52、R53等变换，输出信号为weld-type。即焊接方法选择信号。该信号连接至U2单片机控制系统15脚。U2单片机控制系统在软件的控制下，通过对15脚的电平状态采样，即可知道用户或操作者选择的焊接方法是手弧焊（当然，也可少量修改软件即可实现氩弧焊控制），还是气保焊，以便在根据选择进行相应地控制。

附图4-10中，U10（STM32F051C4）单片微处理器及其相关的电路部分，主要是完成：焊机分流器类型（即200A、300A、400A、500A、600A分流器）选择；焊机输出电流类型（即250A、270A、350A、500A、630A）选择；焊机输出电压类型（即30V、35V、40V、45V、50V）选择；焊机输出电流检测；气保焊输出电压检测；手弧焊（或氩弧焊）输出电压检测；驱动板控制给定信号Uk或Uk1输出控制；气保焊输出电压或恒压特性输出控制；手弧焊恒流带外拖（下降）特性输出控制或氩弧焊恒流特性输出控制；电感或电子电抗器调节值采样；输出电流和电压显示等功能。

附图4-10中，U10（STM32F051C4）单片微处理器部分的SEG1~SEG5接口线用于识别所选择的焊机输出电流类型（即250A、270A、350A、500A、630A）。SEG6~SEG10接口线用于识别所选择的焊机输出电压类型（即30V、35V、40V、45V、50V）。SEG11~SEG15接口线用于识别所选择的焊机分流器类型（即200A、300A、400A、500A、600A分流器）。当然，这些选择是在焊机生产时根据需要人为设定的。该单片机的控制软件会根据检测各个接口线的电平状态，判定所设定的各状态，并在控制过程中采取相应的控制和赋以相应的控制参数。

附图4-10中，A7-3和A7-4连接在附图2中焊机输出回路中的分流器FL的两端。分流器FL用于检测焊机的输出电流大小。由于分流器FL的输出信号是毫伏（mv）级的，因此，需要进行信号放大处理。由附图4可见，本发明采用了两级运算放大器U8A和U8B及其外围器件（如电阻R91~R95、可调电位器W1、电容C36和C22、二极管V14~18、稳压管V24等）组成的信号放大电路。其获得的焊机输出电流反馈信号输入到U10（STM32F051C4）单片微处理器的10脚。通过单片机采样和模数转换，最终参与焊机的数字控制。可调电位器W1用于电流信号校正。

附图4-10中，A7-1连接在附图2中焊机输出回路中的输出端。用于输出电压的采样。运算放大器U8D及其外围器件（如电阻R88~R89、电容C38、二极管V19、稳压管V25等）组成气保焊电压采样电路。其获得的焊机输出电压反馈信号输入到U10（STM32F051C4）单片微处理器的12脚。通过单片机采样和模数转换，最终参与焊机气保焊时的数字控制。运算放大器U8C及其外围器件（如电阻R83~R84、电容C40、二极管V23、稳压管V26等）组成手弧焊（或氩弧焊）输出电压采样电路。其获得的焊机输出电压反馈信号输入到U10（STM32F051C4）单片微处理器的11脚。通过单片机采样和模数转换，最终参与焊机手弧焊（或氩弧焊）时的数字控制。

附图4-10中，运算放大器U9B及其外围器件（如电阻R86、电容C39等）组成气保焊电压采样电路。VR5为焊机前面板上的电感或电子电抗器参数调节电位器。其输出电压信号输入到U10（STM32F051C4）单片微处理器的13脚。通过单片机采样和模数转换，最终参与焊机气保焊时电感或电子电抗器参数调节的数字控制。

附图4-10中，U10（STM32F051C4）单片微处理器的17（show-volt）和18（show-curr）脚，分别输出焊机输出电压和电流显示信号。显示电压信号show-volt通过电阻R67~R66、电容C30连接至CN8。再通过CN8连接至焊机前面板上的面板控制板部分的数字显示电压表，最终可显示焊机输出电压值。显示电流信号show-curr通过电阻R64~R63、电容C29也连接至CN8。再通过CN8连接至焊机前面板上的面板控制板部分的数字显示电流表，最终可显示焊机输出电流值。

附图4-10中，U10（STM32F051C4）单片微处理器的14脚（DAC-OUT）输出电压信号为（通过插头CN9连接至）IGBT驱动板的给定控制信号Uk或Uk1。正如前面所述，给定控制信号Uk综合了手弧焊（或氩弧焊）的电流给定与负反馈PI控制的结果，决定着手弧焊（或氩弧焊）的输出特性控制。即手弧焊时，实现恒流带外拖（下降）特性输出控制。氩弧焊时实现恒流特性输出控制；给定控制信号Uk1综合了气保焊的电压给定与负反馈PI控制的结果，决定着气保焊输出电压或恒压特性输出控制。

附图4-10中，B2和B3整流桥、N1~N3和N10~N13集成稳压器以及它们周围的电容等器件组成的稳压电源电路，产生+5V、+24V、+15V、+3.3V、-15V电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。

本发明焊机手工电弧焊（或氩弧焊）和气体保护焊的简要控制过程简述如下：

本发明焊机通过前面板上的手工电弧焊（或氩弧焊）/气保焊转换开关，可选择焊机的输出控制和工作状态。如果选择手工电弧焊（或氩弧焊），则焊机输出为下降的外特性控制工作状态，以满足手工焊（或氩弧焊）工艺要求；如果选择气保焊，则焊机输出外特性为平特性控制工作状态，以满足气保焊工艺要求。未焊接的时候，按压焊枪开关或者焊机前面板上的检气/试送丝开关K2，可使焊机送丝机构实现慢速送丝，便于安装焊丝到焊枪。气保焊时，按压焊枪上的开关，即可实现送气、慢送丝、引弧、正常送丝、焊接电压等控制。逆变和焊机输出电流参数、电压和送丝速度的控制是通过控制电路板01的控制电路、电流/电压和送丝速度的给定电位器等来实现的。

对于手工电弧焊（或氩弧焊），当本发明焊机前面板的焊接方法选择开关选择手工焊（或氩弧焊）时，焊机进行手工电弧焊（或氩弧焊）控制。焊机后面板的开关合上接通供电电源后，焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯亮，指示焊机带电。如果是手弧焊控制，焊机内部的IGBT PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。如果是氩弧焊，则当按下氩弧焊焊枪开关后，出现上述控制过程。当操作者调节好前面板上焊接电流的电位器，并进行焊接时，控制电路通过分流器，可检测到输出电流信号。一方面，获得焊机电流表显示的输出电流信号。在其它控制电路的作用下实现电流数字显示表的显示。另一方面，检测到的电流信号，经过信号放大等处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与焊接电流给定信号进行比较。比较后的差值信号，进行PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果控制焊机驱动电路部分输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电流和电压的大小，实现输出电流参数的准确控制。并使焊机的输出特性为恒流带外拖的下降特性。进一步地说，当焊接电流给定信号不变时，随着焊机电路检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过PI控制后，使焊机输出PWM的脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制。即只有当电流达到焊接电流电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，电压降低会很多。对于手弧焊，当电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比增加，使焊接电流按照设定的参数增大，最终形成恒流带外拖的下降特性。对于氩弧焊，则不进行外拖部分控制，而是实现恒流输出控制。当焊接电流给定信号变化时，电流截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在电位器设定的最小和最大之间，就可获得无数条下降特性曲线。这样的控制，也是满足手工电弧焊（或氩弧焊）接的基本要求。关于电流的反馈和PWM及输出特性控制过程，可参见其它相关的控制原理说明作进一步的了解。在焊机输出过程中，当焊机中主要零部件（如变压器、散热器）发生过热现象时，或当焊机内部的热保护器工作时，控制电路会关闭焊机输出PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。同时，焊机停止焊接输出，并使过热指示灯（黄色）点亮。在冷却风机的作用下，当主要零部件的温度下降到一定程度后，当焊机内部的过热现象消除，热保护器恢复时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了焊机过热保护。

对于MIG/MAG气体保护焊，当本发明焊机前面板的焊接方法选择开关选择MIG/MAG焊时，焊机进行气保焊控制。当然，气保焊的控制，远比手工焊复杂。不仅要控制输出的平特性，还要控制电磁气阀、点动送丝、焊接和收弧阶段电流和电压控制等。对电磁气阀的控制，其目的是实现提前送气、滞后闭气。提前是相对于焊接送丝而言，也就是在焊接前要先动作电磁阀，输送保护气，以免开始焊接的焊缝质量受到破坏。滞后也是相对于焊接送丝而言，也就是在焊接过程完成之后，才能关闭电磁阀，使保护气滞后焊接一些时间才能停止，以免焊接结束时的焊缝质量受到破坏。

当焊机后面板的开关合上接通供电电源后，焊机内部的各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯亮，指示焊机带电。

按下送丝机构控制盒上的点动送丝按钮时，送丝机构开始转动，带动焊丝送进。主要是以送丝机构控制盒上电流调节电位器设定的送丝速度开始送丝，便于用户安装焊丝。点动送丝操作可使焊丝从焊枪头部伸出一定长度，大约10mm左右即可。在点动送丝期间，电磁阀不动作，焊机也不输出电压或电流。

当按下焊枪开关后，焊机内部的U10单片机控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好送丝机构控制盒上的焊接电压和送丝速度的电位器，以及前面板上焊接电压和送丝速度的电位器，并进行焊接时，控制电路可检测到输出电流和电压信号。电压信号经过处理，并以此作为电压负反馈控制信号，与焊接电压给定信号进行比较。比较后的差值信号，进行PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果控制焊机输出PWM的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电压的大小，并使焊机的输出特性为平特性。进一步地说，当焊接电压给定信号不变时，随着焊机电路分流器检测到的电流增加、电压降低，并且，输出电压达到给定的焊接电压设定值后，焊接电压给定信号与电压负反馈控制信号的差值会随电压减小而增加，通过PI控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比增大，焊机的输出电流增加。这一过程，也就是所谓的电压截止负反馈控制。即只有当电压达到焊接电压电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流的增加，电压降低会很小。基本保持稳定的状态。最终形成恒压输出特性。当焊接电压给定信号变化时，电压截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在电压电位器设定的最小和最大之间，就可获得无数条平特性曲线。这样的控制，也是满足MIG/MAG焊接的基本要求之一。

气保焊时，U2单片机控制的送丝电路系统是一个相对独立的反馈控制系统，其控制过程是要保证送丝的稳定。对一个给定送丝的电位器设置，送丝速度也是一一对应的。当送丝给定变化时，送丝速度也随之改变。本发明也采用电机电压截止负反馈来控制送丝，构成一个等速送丝控制系统。其主要是保证一个给定下，送丝电机电压的稳定。也是采用了比较先进的送丝PWM脉冲宽度调速系统来实现的。关于电压和送丝反馈及其PWM及输出特性控制过程，可参见其它相关的控制原理说明作进一步的了解。

焊接过程中，焊接电压要与送丝速度有一个相互配合的关系。不是随便选择的两个参数都可以实现稳定焊接的。因此，焊机操作人员，要根据焊接的情况，调整焊接电压和送丝速度。

同样地，在焊机输出过程中，当焊机中主要零部件（如IGBT的散热器）发生过热现象时，或当焊机内部的热保护器工作时，控制电路会关闭焊机输出PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。同时，焊机停止焊接输出，并使过热指示灯（黄色）点亮。在冷却风机的作用下，当主要零部件的温度下降到一定程度后，焊机内部的过热现象消除，热保护器恢复时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了焊机过热保护。

以上是本发明焊机各个电路板部分以及两种焊接方法的简要控制过程说明。由于本发明已经给出了附图2~附图4的详细电路原理图，因此，对于有电路阅读能力（或具备相关电路知识）的人来说，是完全可以读懂的。电路图就是一种无声的语言。但是，对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本文只能阐述主要的部分，以使读者能够更好地理解相关的工作原理和过程。

通过上述说明可见，本发明有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现焊机的两种焊接方法输出等控制，而且，所设计的STM32F051C4和STM8S105C4双微处理器控制电路系统和其它的控制电路，包括它们的电路板和相互之间的连接关系，以及焊机的整机结构设计，都是使本发明焊机产品具有控制性能良好、焊机结构紧凑等技术优势的根本原因所在，也是满足产品高效和低成本生产、高可靠性、制造工艺技术先进性的重要保障。本发明专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的结构设计。

以上内容是结合具体的焊机结构和电路板及控制功能对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本发明所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干其它的推演和变换，这些都应该视为属于本发明保护的范畴。

Claims (4)

1.一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，其特征在于：包括外部的壳体和内部的电路板，所述的电路板主要包括六个部分，分别是驱动板、控制板、检流板、IGBT板、快恢电路板、面板控制板；所述的检流板上布置有检测逆变主变压器初级绕组电流的环形变压器或检流器、二极管、电阻，检流器的初级绕组串联在逆变主变压器初级绕组回路中，其次级绕组的输出，连接到四个快速二极管组成的整流器，该整流器的输出通过插头连接到驱动板电路的控制端，作为初级电流检测信号的输入；配合其它的控制电路，完成对焊机过流信号的检测和保护控制；所述的控制板连接面板控制板、控制变压器和驱动板，控制变压器为控制板供电，面板控制板将操作指令输送给控制板，驱动板连接控制板、 IGBT板和检流板，驱动板在控制板的作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行。

2.一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，其特征在于：所述的壳体包括外罩、塑料后面壳、塑料前面壳和焊机底板，塑料后面壳上安装有电源空气开关、带固线器的供电电源线、风机防护罩、冷却风机、保护气的进气嘴及电磁气阀和输出电源插座；冷却风扇位于焊机的后部，利用上绝缘板、下绝缘板和两块导风板形成风道；所述的塑料前面壳上安装有输出快速接头座组件、送丝机接口航空插座和面板控制板；在面板控制板上，设有检气和试送丝三态转换开关、手工焊或氩弧焊和气体保护焊功能二态转换开关、气保焊有无收弧二态转换开关、气保焊电子电抗器电感调节电位器、收弧电流或送丝速度调节电位器、收弧电压调节电位器、电流表和电压表。

3.如权利要求1所述的一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，在驱动板上布置有一片UC3846N脉冲宽度调制芯片、一片LM339N和一片LM324运算放大器、一片CD4072芯片、一片CD4013芯片、二片NE555P集成电路，四只IRF640和四只IRF9530场效应管，二个脉冲驱动变压器，还有若干 电阻、电容和二极管，驱动电路主要是在控制电路板的作用下，使驱动板产生的驱动信号能够可靠地驱动每个IGBT的工作，保障逆变电路的稳定运行，同时，在过流检测电路的配合下，完成过流保护控制。

4.如权利要求1所述的一种两焊接功能模块IGBT逆变焊机的结构，所述的控制板上布置有这两个单片微处理器、两个运算放大器、两个光耦、三个集成稳压器、整流桥、晶闸管或可控硅、电阻、电容、二极管和稳压管，通过采用双单片微处理器等组成的控制电路系统，在其它电路的配合下，可实现手工焊或氩弧焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求，如手工焊或氩弧焊的输出特性控制；气保焊的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、焊接和收弧阶段的电压和送丝速度调节等控制。