CN106216810B

CN106216810B - 宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路

Info

Publication number: CN106216810B
Application number: CN201610647527.2A
Authority: CN
Inventors: 刘纪周; 方美雄; 高东锋; 徐德进
Original assignee: SHANGHAI GREATWAY WELDING EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI GREATWAY WELDING EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: CN106216810A

Abstract

本发明提供了一种宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，包括逆变焊机主回路模块和高压引弧模块，所述逆变焊机主回路模块，用于将输入交流电转化为高频的直流方波，经整流得到逆变焊机所需的低压直流电；所述高压引弧模块，用于生成高压脉冲，并作用于逆变焊机主回路模块实现氩弧焊的高压引弧。本发明引弧成功率高，高压电路不输送到高压引弧电路，减少高压引弧电路对手工焊条焊模式下的干扰，并且实现焊机在85～265Vac输入宽范围内可靠引弧；另外由于采用的电子开关实现脉冲高压引弧，相对于高压包引弧方式，使焊机更稳定。

Description

宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路

技术领域

本发明涉及氩弧焊技术领域，具体地，涉及一种宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路。

背景技术

氩弧焊技术是国内外发展最快、应用最广泛的一种焊接技术。近年来，氩弧焊，特别是手工钨极氩弧焊，已经成为各种金属结构焊接中必不可少的手段，由于世界上各个地区的电压不太一致，宽电压输入的逆变焊机越来越有必要，高频或者高压引弧方式由于自身的一些优点在氩弧焊机中运用的比较多，目前大多数氩弧焊机的高压或者高频引弧电路输入端取的是焊机的输入电压，这样会产生输入电压低的情况下，高压或者高频的引弧效果会受到影响，引弧成功率不能做到100％。

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宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路。

根据本发明提供的宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，包括逆变焊机主回路模块和高压引弧模块，

所述逆变焊机主回路模块，用于将输入交流电转化为高频的直流方波，经整流得到逆变焊机所需的低压直流电；

所述高压引弧模块，用于生成高压脉冲，并作用于逆变焊机主回路模块实现氩弧焊的高压引弧。

优选地，所述逆变焊机主回路模块采用双管单端正激拓扑电路，所述双管单端正激拓扑电路包括逆变电路和后级整流电路；

所述逆变电路的输入端连接交流电，依次将交流电整流成直流电，并逆变为高频的方波电后传输至后级整流电路的输入端；

所述后级整流电路将高频方波电整流成逆变焊机所需的低压直流电，并通过与高压引弧模块相连的高频引弧电感产生高压。

优选地，所述逆变电路包括：功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5、功率开关管Q6、电阻R30、电阻R301、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C17、电容C18、电容C19以及变压器T1；

所述功率开关管Q3的基极连接至HG1端，功率开关管Q4的基极连接至HG2端，所述功率开关管Q5的基极连接至LG1端，功率开关管Q6的基极连接至LG2端，所述功率开关管Q3的发射极、功率开关管Q4的发射极均连接至HE端，所述HG1端连接至功率开关管Q3的驱动信号端，HG2端连接至功率开关管Q4的驱动信号端，LG1端连接至功率开关管Q5的驱动信号端，LG2端连接至功率开关管Q6的驱动信号端，HE端与功率开关管Q3的发射极、功率开关管Q4的发射极相连接，为驱动信号提供参考电压点；所述功率开关管Q3的发射极、功率开关管Q3的发射极、电阻R30的一端、二极管D1的正极、二极管D3的负极以及电容C19的一端均连接至正电压端Vout；电阻R30的另一端连接二极管D1的负极并通过电容C17连接至HE端；二极管D3的正极分别连接至功率开关管Q5的集电极、功率开关管Q6的集电极、电容C18的一端，所述电容C18的另一端分别与电阻R31、二极管D2的正极相连，二极管D4的负极连接至HE端；所述功率开关管Q5的发射极、功率开关管Q6的发射极、电阻R31的另一端、二极管D2的负极、二极管D4、电容C19的另一端均接地；所述变压器T1的初级绕组的一端连接至HE端，变压器T1的初级绕组的另一端连接至电容C18的一端，所述变压器T1的次级绕组的一端构成逆变电路的第一输出端，所述变压器T1的次级绕组的另一端构成逆变电路的第二输出端。

优选地，所述后级整流电路包括：快恢复二极管D10、快恢复二极管D11、快恢复二极管D12、快恢复二极管D13、电阻R32、电阻R33、电阻R67、电容C10、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C94、电感L2、引弧线圈L5、双向稳压管DZ10以及继电器K2B；

所述快恢复二极管D10、快恢复二极管D11的正极、电阻R32的一端连接至逆变电路输出端的一端，所述快恢复二极管D12、快恢复二极管D13的正极连接至逆变电路输出端的另一端；电阻R32的另一端与电容C20的一端相连，所述电容C20的另一端、电容C21的一端、电容C94的一端、双向稳压管DZ10的一端、电容C10的一端、电阻R67的一端、电容C22的一端、恢复二极管D10的负极、快恢复二极管D11的负极、快恢复二极管D12的负极、快恢复二极管D13的负极均构成后级整流电路的正输出端；电容C21的另一端通过电阻R33连接至快恢复二极管D13的正极并与电感L2的一端相连；所述电容C94的另一端通过继电器K2B连接至电感L2的另一端，且所述电感L2的另一端分别与双向稳压管DZ10的另一端、电容C10的另一端、电阻R67的另一端相连；所述电容C22的另一端通过电容C23连接至电感L2的另一端并与引弧线圈L5的二次侧的一端相连，所述电感L5的二次侧的另一端构成后级整流电路的负输出端；所述引弧线圈L5的一次侧构成高压引弧模块的连接端口。

优选地，所述高压引弧模块包括：接入端口CN3、继电器K1B、继电器K4B、继电器K3B、电阻R0、电容C9、电容C20、电容C9A、电容C20A、电容C10、电容C11、电容C12、电容C10A、电容C11A、电容C12A、电容C13、电容C14、电容C15、二极管D6A、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、稳压二极管D8、双向二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D47、电阻R9～电阻R27、电阻R31～电阻R40、电阻R47、功率开关管Q2、单结晶体管Q3；

接入端口CN3的输入端连接变压器T1的一次侧绕组，接入端口CN3的输出端分别连接至继电器K4B、继电器K3B的一端，所述继电器K4B的另一端通过电阻R0连接至相互并联的电容C9、电容C20的一端，所述电容C9、电容C20的另一端连接相互并联的电容C9A、电容C20A的一端，所述电容C9A、电容C20A的另一端连接至二极管D5的正极和二极管D6的负极，所述二极管D6的正极连接至二极管D4的负极，二极管D5的负极连接至二极管D6A的正极，二极管D6A的负极连接至二极管D7的正极；所述二极管D7的正极连接至相互并联的电容C10A、电容C10的一端，所述电容C10A、电容C10的另一端连接相互并联的电容C11、电容C11A的一端，所述电容C11、电容C11A的另一端连接至相互并联的电容C12、电容C12A的一端；所述二极管D7的负极连接依次串联的电阻R9～电阻R17，所述电阻R17的内端与电阻R16相连；二极管D7的负极分别连接至相互并联的电阻R18一端、电阻R19的一端、功率开关管Q2的集电极；所述相互并联的电阻R18另一端、电阻R19的另一端连接至相互并联的电阻R20、电阻R21的一端，电阻R20、电阻R21的另一端连接至电阻R22、电阻R23的一端，所述电阻R22、电阻R23的另一端连接至电阻R24、电阻R25的一端，所述电阻R24、电阻R25的另一端连接至电阻R26、电阻R27的一端，电阻26、电阻R27的另一端通过继电器K1B分别连接至功率开关管Q2的基极、电阻R47的一端、稳压二极管D8的负极；功率开关管Q2的发射极连接至相互并联的电阻R31、电阻R32的一端，电阻R31、电阻R32的另一端连接至二极管D10的负极，所述二极管D10的负极分别连接至电阻R47的另一端、稳压二极管D8的正极、单结晶体管Q3的发射极，所述单结晶体管Q3的第一基极连接至双向二极管D9的一端和电阻R33的一端，所述电阻R33的另一端连接至电阻R34的一端，所述双向二极管D9的另一端分别连接电阻R17的外端、电容C13、电容C14的一端；二极管D10的正极分别连接电阻R37的一端、电阻R38的一端以及二极管D11的负极，电阻R37的另一端依次通过电阻R36、电阻R35连接至二极管D10的负极和电容C15的一端，电容C15的另一端连接至端口HF1，所述端口HF1连接到主回路中引弧线圈L5的一次侧的A端；电阻R38的另一端依次通过电阻R39、电阻R40连接至端口HF2，所述端口HF2连接至主回路中引弧线圈L5的一次侧的B端；所述继电器K3B的另一端、二极管D4的正极、电容C12的另一端、电容C12A的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端、电阻R34的另一端、单结晶体管Q3的第二基极、二极管D11的正极均连接至端口HF2。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路引弧成功率高，并且不受输入电压的影响。

2、本发明在手工焊条模式下，MMA/TIG为低电平，NPN型三极管Q4、三极管Q5不导通，高压电路不输送到高压引弧电路，减少高压引弧电路对手工焊条焊模式下的干扰。

3、本发明高压引弧电路的输入端采用的是主回路变压器的一个绕组，主回路的供电采用PFC输出Vout+，使得高压引弧输入端电压不受输入电压影响，实现焊机在85～265Vac输入宽范围内可靠引弧，成功率100％；另外由于采用的电子开关实现脉冲高压引弧，相对于高压包引弧方式，减少了干扰，使焊机更稳定可靠的工作。

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为双管单端正激拓扑电路原理图。

图2为氩弧焊高压引弧电路原理图。

图3为MMA/TIG部分电路的原理图。

图4为KEY部分电路的原理图。

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。

根据本发明提供的宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，包括：逆变焊机主回路电路、高压引弧电路；

所述的逆变焊机主回路电路采用的是双管单端正激拓扑电路，将输入交流电整流后的直流电逆变成高频的方波电，然后再整流成逆变焊机所需要的低压直流电；

所述的高压引弧电路，通过二极管，电容升压，电容充放电实现脉冲高压的产生。

具体地，如图1所示，双管单端正激拓扑电路，主要包括逆变电路和后级整流电路；

所述逆变电路包括：功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5、功率开关管Q6，二极管D3、二极管D4和变压器T1；主要是把交流输入整流后的直流电(VOUT+)逆变成高频的方波电，然后通过高频变压器T1输送到后级的整流电路中，电路中电阻R30、电容C17、二极管D1，电阻R31、电容C18、二极管D2组成RCD吸收网络，保护功率器件可靠的工作，二极管D3、二极管D4主要起箝位作用，把功率开关上的电压箝位在电源电压上。

所述后级整流电路包括：快恢复二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、电感L2组；主要是在功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5、功率开关管Q6导通时，电源能量通过变压器T1，快恢复二极管D10、二极管D11向次级的负载输出能量，并在电感L2中储存能量，功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5、功率开关管Q6关闭的时候，储存在电感L2中的能量通过二极管D12、二极管D13向负载输出能量，并且保证输出电流的连续性，电阻R32、电容C20，电阻R33、电容C21组成RC吸收网络保护用来快恢复二极管D10～D13可靠工作，双向稳压管DZ10用来保护快恢复二极管不被击穿，电容C22、电容C23用来抑制输出干扰，并能平滑输出电压，使输出电压的纹波更小。电感L5为高频引弧电感，用来在输出回路中产生高压，实现氩弧焊的高压引弧。

电容C94通过继电器K2B联在输出端，提高引弧的成功率。

变压器T1的另外一个绕组5、6通过引线直接与高频板相连，由于前级采用PFC电路，使得VOUT+为一恒定的值，在85～265Vac的宽电压输入范围内保持不变，变压器T1的5、6绕组相对于变压器T1的1、2绕组为升压绕组，具体的升压值为1、2绕组乘以5、6绕组与1、2绕组的变比。所以变压器T1的5、6绕组不受输入电压的影响，保持一恒定值。

如图3所示，为MMA/TIG电路部分，MMA/TIG是来至于控制面板的信号，该信号用来切换焊机是工作在MMA状态还是TIG状态。在MMA状态下，MMA/TIG信号为低，三极管Q8、Q9的基极不得电，继电器线圈单元K3A、K4A不得电，继电器触点单元K3B、K4B不吸合，整个图2电路不工作，避免在MMA状态下，高频电路影响MMA功能，同时减小电磁干扰，在TIG状态下，MMA/TIG为高电平，三极管Q8、Q9基极得电，继电器线圈K3A、K4A得电，触点单元K3B、K4B吸合，整个图2电路正常工作，确保在TIG状态下高频电路正常工作，进一步说明，K3A、K3B为继电器K3的内部两个单元，K4A、K4B为继电器K3的内部两个单元。

变压器T1的5、6绕组通过插头与高压电路的CN3相连，通过电阻R0限流，继电器K4B、继电器K3B、电容C9、电容C9A、电容C20、电容C20A、二极管D4、二极管D6倍压，倍压后的电压通过二极管D5、二极管D6A输送给电容C10、电容C10A、电容C11、电容C11A、电容C12、电容C12A进行再次倍压。再次倍压后的电压通过二极管D7输送给功率开关Q2的集电极，倍压后的高压通过电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18给电容C13、电容C14组成振荡电路，通过双向触发二极管D9来控制可控硅Q3，从而控制开关管Q2，开关管Q2导通的时候，高压通过Q2给电容C15充电，开关管Q2关断的时候，通过可控硅Q3给电容C15放电，电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40为输出平衡电阻，电容C15通过HF1与主回路中的引弧电感L5的A端相连，HF2与B端相连。引弧电感的1、2端相对于A、B绕组为升压绕组，这样在1、2端的回路中会产生一个很高的脉冲电压，该电压在氩弧焊钨针接近工件时击穿气体，产生电弧，实现高压引弧。电路中的二极管D10、二极管D11用于高压引弧电感L5的复位。

控制信号KEY来至于焊枪开关，当合上焊枪开关时KEY为高电平，通过电阻R41、电阻R42使得功率开关管Q1导通，进而继电器K1A线圈得电，产生磁场使得继电器K1B吸合，功率开关管Q2正常工作。

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

1.一种宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，其特征在于，包括逆变焊机主回路模块和高压引弧模块，

所述高压引弧模块，用于生成高压脉冲，并作用于逆变焊机主回路模块实现氩弧焊的高压引弧；其中：

所述高压引弧模块包括：接入端口CN3、继电器K1B、继电器K4B、继电器K3B、电阻R0、电容C9、电容C20、电容C9A、电容C20A、电容C10、电容C11、电容C12、电容C10A、电容C11A、电容C12A、电容C13、电容C14、电容C15、二极管D6A、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、稳压二极管D8、双向二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D47、电阻R9～电阻R27、电阻R31～电阻R40、电阻R47、功率开关管Q2、单结晶体管Q3；

2.根据权利要求1所述的宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，其特征在于，所述逆变焊机主回路模块采用双管单端正激拓扑电路，所述双管单端正激拓扑电路包括逆变电路和后级整流电路；

3.根据权利要求2所述的宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，其特征在于，所述逆变电路包括：功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5、功率开关管Q6、电阻R30、电阻R301、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C17、电容C18、电容C19以及变压器T1；

4.根据权利要求2所述的宽电压输入氩弧焊机的高压引弧电路，其特征在于，所述后级整流电路包括：快恢复二极管D10、快恢复二极管D11、快恢复二极管D12、快恢复二极管D13、电阻R32、电阻R33、电阻R67、电容C10、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C94、电感L2、引弧线圈L5、双向稳压管DZ10以及继电器K2B；

所述快恢复二极管D10、快恢复二极管D11的正极、电阻R32的一端连接至逆变电路输出端的一端，所述快恢复二极管D12、快恢复二极管D13的正极连接至逆变电路输出端的另一端；电阻R32的另一端与电容C20的一端相连，所述电容C20的另一端、电容C21的一端、电容C94的一端、双向稳压管DZ10的一端、电容C10的一端、电阻R67的一端、电容C22的一端、恢复二极管D10的负极、快恢复二极管D11的负极、快恢复二极管D12的负极、快恢复二极管D13的负极均构成后级整流电路的正输出端；电容C21的另一端通过电阻R33连接至快恢复二极管D13的正极并与电感L2的一端相连；所述电容C94的另一端通过继电器K2B连接至电感L2的另一端，且所述电感L2的另一端分别与双向稳压管DZ10的另一端、电容C10的另一端、电阻R67的另一端相连；所述电容C22的另一端通过电容C23连接至电感L2的另一端并与引弧线圈L5的二次侧的一端相连，所述引弧线圈L5的二次侧的另一端构成后级整流电路的负输出端；所述引弧线圈L5的一次侧构成高压引弧模块的连接端口。