CN106180975B - 熔化极气体保护焊机输出短路保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔化极气体保护焊机输出短路保护方法及装置，包括如下步骤：判断出焊接电源是否工作在焊接状态，当焊接电源处于焊接状态时，检测焊接电源输出是否短路；若焊接电源输出短路时，判断短路时间是否超过设定的阈值，若超过设定的阈值则执行锁定步骤；若焊接电源输出未短路，或者短路时间未超过设定的阈值，则结束流程；锁定步骤：当焊接电源输出短路时间超过设定的阈值时，锁定PWM输出单元；复位步骤：根据焊枪信号，使得PWM输出单元恢复输出PWM信号。本发明能够设置关闭PWM的时间达到PWM输出锁定的目的，并通过焊枪控制信号实现自动复位，从而有效地解决了熔化极气体保护焊机的短路问题，电路简单，易于实施。

Description

熔化极气体保护焊机输出短路保护方法及装置

技术领域

本发明涉及电焊机技术领域，具体地，涉及一种熔化极气体保护焊机输出短路保护方法及装置。

背景技术

熔化极气体保护焊是利用焊丝与工件间产生的电弧作热源将金属熔化的焊接方法。由于焊接电源的特性焊接过程中焊丝与母材之间一直处于短路过渡，对于选择合适的送丝速度和焊接电压可以稳定地实现一个(或多个)熔滴过渡，但是过快的送丝速度很容易焊丝扎进熔池里这样就形成了输出正负极间的短路，如果长时间短路一直存在,这样就在逆变开关管和输出整流二极管上形成长时间的短路峰值电流，此峰值电流长时间存在会损坏逆变开关管和输出整流二极管，减少焊接电源的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种熔化极气体保护焊机输出短路保护方法及装置。

根据本发明提供的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，包括：焊接电流判断单元、焊接输出电压检测单元、短路时长设置和判断输出单元、锁定控制单元、PWM输出单元、焊枪控制单元；

所述焊接电流判断单元，用于检测焊接电流判断焊接电源是否工作在焊接状态；

所述焊接输出电压检测单元，用于在焊接状态时检测焊接电源输出是否短路；

所述短路时长设置和判断输出单元，用于在焊接电源输出短路时，判断短路时间是否超过设定的阈值，并输出判断结果；

所述锁定控制单元，用于在短路时间超过设定的阈值时，锁定PWM输出单元；

所述PWM输出单元，包括锁定状态和解锁状态，处于解锁状态时输出PWM信号，处于锁定状态时不输出PWM信号；

所述焊枪控制单元，用于实现锁定控制单元和PWM输出单元的复位，使得PWM输出单元恢复解锁状态。

优选地，所述焊接电流判断单元包括：原边电流传感器T3、比较器U4B、二极管D14、电容C26、电容C33、电容C34、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28；

所述原边电流传感器T3的一端连接至二极管D14的正极，，所述原边电流传感器T3的另一端接地，所述二极管D14的负极分别连接至电阻R24的一端、电阻R25的一端、电阻R26的一端以及电容C26的一端；电阻R24的另一端连接至电压端VCC，电阻R26的另一端分别连接至电容C33的一端、比较器U4B的反相输入端，所述电容C26的另一端、电阻R25的另一端、电容C33的另一端均接地；所述比较器U4B的同相输入端分别连接至电阻R27的一端、电阻R28的一端以及电容C34的一端，所述电阻R28的另一端、电容C34的另一端均接地，所述电阻R27的另一端连接至电压端VCC；所述比较器U4B的输出端构成所述焊接电流判断单元的输出端口，连接至短路时长设置和判断输出单元的第一输入端。

优选地，所述焊接输出电压检测单元包括：光耦G01、电阻R351、电阻R403、电阻R438、二极管D323、稳压管Z303、电容C369；

所述电阻R351的一端连接至焊接电压的正输出端，所述电阻R351的另一端连接至二极管D323的正极，所述二极管D323的负极分别连接至稳压管Z303的负极、电容C369的一端、电阻R438的一端；所述电阻R438的另一端连接光耦G01的第一输入端；所述稳压管Z303的正极、电容C369的另一端、电阻R403的另一端以及光耦G01的第二输入端均连接至焊接电压的负输出端；光耦G01的第一输出端构成所述焊接输出电压检测单元的输出端并连接至短路时长设置和判断输出单元的第二输入端，所述光耦G01的第二输出端接地。

优选地，所述短路时长设置和判断输出单元包括：比较器U4A、稳压二极管D18、三极管Q2、二极管D16、二极管D17、电容C27、电容C28、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36；

电阻R33的一端连接至电压端VCC，所述电阻R33的另一端构成所述短路时长设置和判断输出单元的第二输入端并且连接至电阻R34的一端，所述电阻R34的另一端分别连接至电阻R35的一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极和电阻R35的另一端均接地，所述三极管Q2的集电极分别连接至电阻R32的一端、电容C27的一端、二极管D17的正极，所述电阻R32的另一端连接至电压端VCC，电容C27的另一端接地，二极管D17的负极分别连接至电阻R36的一端、电容C28的一端、二极管D16的负极以及比较器U4A的反相输入端，所述二极管D16的正极构成所述短路时长设置和判断输出单元的第一输入端；所述电阻R36的另一端、电容C28的另一端均接地，电阻R37的一端连接至电压端VCC，电阻R37的另一端分别连接至比较器U4A的同相输入端、稳压二极管D18的负极，所述稳压二极管D18的正极、比较器U4A的负电源输入端均接地；所述比较器U4A的正电源输入端连接至电压端VCC，所述比较器U4A的输出端构成短路时长设置和判断输出单元的输出端连接至锁定控制单元的输入端。

优选地，所述锁定控制单元包括：晶闸管Q3、电容C30、电阻R39、电阻R40；

所述电阻R39的一端构成所述锁定控制单元的锁定控制单元的输入端，所述电阻R39的另一端分别连接至电阻R40的一端、电容C30的一端、晶闸管Q3的门极，所述电阻R40的另一端、电容C30的另一端、晶闸管Q3的阴极均接地，所述晶闸管Q3的阳极构成所述锁定控制单元的输出端连接至PWM输出单元的输入端。

优选地，所述PWM输出单元包括芯片U1、电阻R01、电容C1、电容C2，其中：所述芯片U1的型号为PWM控制芯片UC3845；

芯片U1的COMP端构成PWM输出单元的输入端，所述芯片U1的RT/CT端分别连接至电容C1的一端、电阻R01的一端，所述电阻R01的另一端连接至参考电压端Vref，所述芯片的Vref端输出参考电压信号并通过电容C2接地，所述芯片U1的VF端、述芯片U1的GND端、电容C1的另一端均接地，所述芯片U1的OUT端输出PWM信号。

优选地，所述焊枪控制单元包括：比较器U4D、电阻R02、电阻R03、电阻R04、三极管Q1；

电阻R04的一端连接至焊枪输入信号端KEY，电阻R04的另一端连接至比较器U4D的反相输入端，比较器U4D的同相输入端连接至正5V电压端，比较器U4D的输出端通过电阻R03分别连接至电阻R02的一端、三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极和电阻R02的另一端均接地，所述三极管Q1的集电极构成焊枪控制单元的输出端连接至PWM输出单元的输入端。

根据本发明提供的熔化极气体保护焊机输出短路保护方法，包括如下步骤：

焊接电流判断步骤：检测焊接电流，判断出焊接电源是否工作在焊接状态，若处于焊接状态则执行焊接输出电压检测步骤；若不处于焊机状态，则结束流程；

焊接输出电压检测步骤，当焊接电源处于焊接状态时，检测焊接电源输出是否短路；

短路时长设置和判断输出步骤，若焊接电源输出短路时，判断短路时间是否超过设定的阈值，若超过设定的阈值则执行锁定步骤；若焊接电源输出未短路，或者短路时间未超过设定的阈值，则结束流程；

锁定步骤：当焊接电源输出短路时间超过设定的阈值时，锁定PWM输出单元，即不输出PWM信号；

复位步骤：根据焊枪信号，使得PWM输出单元恢复输出PWM信号。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的熔化极气体保护焊机输出短路保护方法及装置，通过原边电流采样焊接电流判断单元对焊接电源是否工作状态做出判断，根据判断结果执行PWM输出保护控制，并能够设置关闭PWM的时间达到PWM输出锁定的目的，最后通过焊枪控制信号实现自动复位，从而有效地解决了熔化极气体保护焊机的短路问题，电路简单，易于实施。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为熔化极气体保护焊机输出短路保护装置的原理结构图；

图2为熔化极气体保护焊机输出短路保护装置的电路图；

图中：

1-焊接电流判断单元；

2-焊接输出电压检测单元；

3-短路时长设置和判断输出单元；

4-锁定控制单元；

5-PWM输出单元；

6-焊枪控制单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，包括：焊接电流判断单元1、焊接输出电压检测单元2、短路时长设置和判断输出单元3、锁定控制单元4、PWM输出单元5、焊枪控制单元6。

由焊接电流判断单元1检测焊接电流判断焊接电源是否工作在焊接状态，如果没有工作在焊接状态则短路时长设置和判断输出单元3、锁定控制单元4、PWM输出单元5将不工作；如果工作在焊接状态则焊接输出电压检测单元2检测焊接电源输出是否短路，如果焊接电源输出没有短路则短路时长设置和判断输出单元3、锁定控制单元4、PWM输出单元5将不工作；如果焊接电源输出短路状态则短路时长设置和判断输出单元3工作和设定的时间做比较，如果短路时间小于设定的时间则锁定控制单元4、PWM输出单元5不工作；如果短路时间大于设定的时间则锁定控制单元4工作锁定PWM输出单元5，关闭PWM输出从而保护焊接电源。PWM关闭后焊接电流判断单元1、焊接输出电压检测单元2、短路时长设置和判断输出单元3都复位。但是锁定控制单元4、PWM输出单元5仍然处于锁定状态，焊枪控制单元6是对锁定控制单元4、PWM输出单元5复位。

原边电流采样焊接电流判断单元对焊接电源是否工作状态判断，焊接输出电压检测单元是对输出短路状态判断；对焊接电源保护是通过关闭PWM输出保护的；关闭PWM的时间是可以设置的，关闭PWM输出后一直处于锁定关闭状态需要焊枪控制信号去复位。焊接电流判断单元1由原边电流传感器T3采样焊接电流经过二极管D14、电容C26滤波后给比较器U4B的反相输入端，同相输入端由电阻R27、电阻R28分压得到一个比较电压，两个电压比较输出高电平还是低电平，从而实现焊接电流有无判断。

焊接输出电压检测单元2，由电阻R351、电阻R438、电阻R403、二极管D323、稳压管Z303、电容C369以及光耦G01构成，OUT+与OUT-的电压经过电阻分压电容滤波后使得G01光耦导通Uo得到低电平，如果输出短路则OUT+与OUT-之间没有电压G01光耦不导通Uo得到高电平；从而实现焊接输出电压(短路)检测。

短路时长设置和判断输出单元3，当没有焊接时，焊接电流判断单元1判断输出Ip为高电平VCC通过二极管D16给比较器U4A的反相输入端。此时同相输入端的电压由电阻R37和稳压管D18的到，此电压始终小于VCC，比较器U4A输出低电平不能触发可控硅晶闸管Q3导通。从而实现没有焊接不能短路保护；反之正常焊接时，焊接电流判断单元1判断输出Ip为低电平由于二极管D16的存在所以不影响其他电路，此时焊接输出电压检测单元2检测焊接输出电压，如果光耦G01任然导通则NPN三极管Q2偏置电压被光耦G01钳位到0，所以电容C28被VCC通过电阻R32和二极管D17充电至电阻R32、电阻R36分压得到的值，此电压值任然大于比较器U4A同相输入电压值比较器U4A输出低电平不能触发晶闸管Q3导通；如果输出短路光耦G01不导通此时三极管Q2正偏置导通，此时VCC不能通过二极管D17继续给电容C28充电，又由于二极管D17电容C28通过电阻R36放电，当电容C28上的电压低于稳压管D18的电压值时，比较器U4A会立刻翻转输出高电平使得晶闸管Q3触发导通。调节C28电容值或者R36电阻值就能实现设置短路时间。从而实现短路时长设置和判断输出单元。

锁定控制单元4由晶闸管Q3和电阻R39、电R40、电容C30构成，当比较器U4A输出高电平时通过电阻R39触发晶闸管Q3导通。将PWM控制片COMP端锁定关闭PWM脉冲。从而实现锁定PWM信号实现保护焊接电源。

PWM输出单元5由芯片U1(PWM控制芯片UC3845)、电阻R01、电容C01构成PWM脉冲频率。芯片U1引脚6输出PWM信号，当芯片U1的引脚1被晶闸管Q3锁定后芯片U1输出PWM信号实现封锁。

焊枪控制单元6，由比较器U4D和NPN三极管等构成，当合上焊枪后，焊枪信号KEY电压高于5V时比较器U4D输出低电平三极管Q1由导通状态变为截止状态，解除对芯片U1中PWM信号封锁。从而实现焊接电源正常合枪焊接。如果焊接过程中输出短路晶闸管被触发导通后一直会锁定，此时只要松开焊枪开关KEY信号小于5V后，三极管Q1导通后将电流旁路，晶闸管Q3上的电流小于维持电流，则晶闸管Q3可以复位，解除对PWM芯片U1的封锁状态，从而实现对晶闸管复位和对PWM芯片解除封锁状态，为下次短路做复位。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，其特征在于，包括：焊接电流判断单元、焊接输出电压检测单元、短路时长设置和判断输出单元、锁定控制单元、PWM输出单元、焊枪控制单元；

所述焊接电流判断单元，用于检测焊接电流判断焊接电源是否工作在焊接状态；

所述焊接输出电压检测单元，用于在焊接状态时检测焊接电源输出是否短路；

所述短路时长设置和判断输出单元，用于在焊接电源输出短路时，判断短路时间是否超过设定的阈值，并输出判断结果；

所述锁定控制单元，用于在短路时间超过设定的阈值时，锁定PWM输出单元；

所述PWM输出单元，包括锁定状态和解锁状态，处于解锁状态时输出PWM信号，处于锁定状态时不输出PWM信号；

所述焊枪控制单元，用于实现锁定控制单元和PWM输出单元的复位，使得PWM输出单元恢复解锁状态；

其中，所述短路时长设置和判断输出单元包括：比较器U4A、稳压二极管D18、三极管Q2、二极管D16、二极管D17、电容C27、电容C28、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36；

电阻R33的一端连接至电压端VCC，所述电阻R33的另一端构成所述短路时长设置和判断输出单元的第二输入端并且连接至电阻R34的一端，所述电阻R34的另一端分别连接至电阻R35的一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极和电阻R35的另一端均接地，所述三极管Q2的集电极分别连接至电阻R32的一端、电容C27的一端、二极管D17的正极，所述电阻R32的另一端连接至电压端VCC，电容C27的另一端接地，二极管D17的负极分别连接至电阻R36的一端、电容C28的一端、二极管D16的负极以及比较器U4A的反相输入端，所述二极管D16的正极构成所述短路时长设置和判断输出单元的第一输入端；所述电阻R36的另一端、电容C28的另一端均接地，电阻R37的一端连接至电压端VCC，电阻R37的另一端分别连接至比较器U4A的同相输入端、稳压二极管D18的负极，所述稳压二极管D18的正极、比较器U4A的负电源输入端均接地；所述比较器U4A的正电源输入端连接至电压端VCC，所述比较器U4A的输出端构成短路时长设置和判断输出单元的输出端连接至锁定控制单元的输入端。

2.根据权利要求1所述的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，其特征在于，所述焊接电流判断单元包括：原边电流传感器T3、比较器U4B、二极管D14、电容C26、电容C33、电容C34、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28；

所述原边电流传感器T3的一端连接至二极管D14的正极，所述原边电流传感器T3的另一端接地，所述二极管D14的负极分别连接至电阻R24的一端、电阻R25的一端、电阻R26的一端以及电容C26的一端；电阻R24的另一端连接至电压端VCC，电阻R26的另一端分别连接至电容C33的一端、比较器U4B的反相输入端，所述电容C26的另一端、电阻R25的另一端、电容C33的另一端均接地；所述比较器U4B的同相输入端分别连接至电阻R27的一端、电阻R28的一端以及电容C34的一端，所述电阻R28的另一端、电容C34的另一端均接地，所述电阻R27的另一端连接至电压端VCC；所述比较器U4B的输出端构成所述焊接电流判断单元的输出端口，连接至短路时长设置和判断输出单元的第一输入端。

3.根据权利要求1所述的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，其特征在于，所述焊接输出电压检测单元包括：光耦G01、电阻R351、电阻R403、电阻R438、二极管D323、稳压管Z303、电容C369；

所述电阻R351的一端连接至焊接电压的正输出端，所述电阻R351的另一端连接至二极管D323的正极，所述二极管D323的负极分别连接至稳压管Z303的负极、电容C369的一端、电阻R438的一端；所述电阻R438的另一端连接光耦G01的第一输入端；所述稳压管Z303的正极、电容C369的另一端、电阻R403的另一端以及光耦G01的第二输入端均连接至焊接电压的负输出端；光耦G01的第一输出端构成所述焊接输出电压检测单元的输出端并连接至短路时长设置和判断输出单元的第二输入端，所述光耦G01的第二输出端接地。

4.根据权利要求3所述的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，其特征在于，所述锁定控制单元包括：晶闸管Q3、电容C30、电阻R39、电阻R40；

所述电阻R39的一端构成所述锁定控制单元的锁定控制单元的输入端，所述电阻R39的另一端分别连接至电阻R40的一端、电容C30的一端、晶闸管Q3的门极，所述电阻R40的另一端、电容C30的另一端、晶闸管Q3的阴极均接地，所述晶闸管Q3的阳极构成所述锁定控制单元的输出端连接至PWM输出单元的输入端。

5.根据权利要求4所述的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，其特征在于，所述PWM输出单元包括芯片U1、电阻R01、电容C1、电容C2，其中：所述芯片U1的型号为PWM控制芯片UC3845；

芯片U1的COMP端构成PWM输出单元的输入端，所述芯片U1的RT/CT端分别连接至电容C1的一端、电阻R01的一端，所述电阻R01的另一端连接至参考电压端Vref，所述芯片的Vref端输出参考电压信号并通过电容C2接地，所述芯片U1的VF端、所述芯片U1的GND端、电容C1的另一端均接地，所述芯片U1的OUT端输出PWM信号。

6.根据权利要求5所述的熔化极气体保护焊机输出短路保护装置，其特征在于，所述焊枪控制单元包括：比较器U4D、电阻R02、电阻R03、电阻R04、三极管Q1；

电阻R04的一端连接至焊枪输入信号端KEY，电阻R04的另一端连接至比较器U4D的反相输入端，比较器U4D的同相输入端连接至正5V电压端，比较器U4D的输出端通过电阻R03分别连接至电阻R02的一端、三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极和电阻R02的另一端均接地，所述三极管Q1的集电极构成焊枪控制单元的输出端连接至PWM输出单元的输入端。

7.一种熔化极气体保护焊机输出短路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

焊接电流判断步骤：检测焊接电流，判断出焊接电源是否工作在焊接状态，若处于焊接状态则执行焊接输出电压检测步骤；若不处于焊接状态，则结束流程；

焊接输出电压检测步骤，当焊接电源处于焊接状态时，检测焊接电源输出是否短路；

短路时长设置和判断输出步骤，若焊接电源输出短路时，判断短路时间是否超过设定的阈值，若超过设定的阈值则执行锁定步骤；若焊接电源输出未短路，或者短路时间未超过设定的阈值，则结束流程；其中，短路时长设置和判断输出步骤通过短路时长设置和判断输出单元实现，所述短路时长设置和判断输出单元包括：比较器U4A、稳压二极管D18、三极管Q2、二极管D16、二极管D17、电容C27、电容C28、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36；

电阻R33的一端连接至电压端VCC，所述电阻R33的另一端构成所述短路时长设置和判断输出单元的第二输入端并且连接至电阻R34的一端，所述电阻R34的另一端分别连接至电阻R35的一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极和电阻R35的另一端均接地，所述三极管Q2的集电极分别连接至电阻R32的一端、电容C27的一端、二极管D17的正极，所述电阻R32的另一端连接至电压端VCC，电容C27的另一端接地，二极管D17的负极分别连接至电阻R36的一端、电容C28的一端、二极管D16的负极以及比较器U4A的反相输入端，所述二极管D16的正极构成所述短路时长设置和判断输出单元的第一输入端；所述电阻R36的另一端、电容C28的另一端均接地，电阻R37的一端连接至电压端VCC，电阻R37的另一端分别连接至比较器U4A的同相输入端、稳压二极管D18的负极，所述稳压二极管D18的正极、比较器U4A的负电源输入端均接地；所述比较器U4A的正电源输入端连接至电压端VCC，所述比较器U4A的输出端构成短路时长设置和判断输出单元的输出端连接至锁定控制单元的输入端；

锁定步骤：当焊接电源输出短路时间超过设定的阈值时，锁定PWM输出单元，即不输出PWM信号；

复位步骤：根据焊枪信号，使得PWM输出单元恢复输出PWM信号。