CN106563864A - 直流焊机上的高频脉冲引弧装置 - Google Patents

Abstract

一种直流焊机上的高频脉冲引弧装置，其包括提高直流焊机输出电压的升压电路、对升压电路进行控制的控制电路，其特征是，所述的升压电路包括电感器LG1、开关管T1、二极管D1、电容C，焊枪、焊件；开关管T1的栅极接控制电路的输出端O1，控制电路的输入端I1检测焊枪与焊件之间的状态；当焊枪上的焊丝与焊件之间从短路向开路过渡时，控制电路输出一串高频脉冲，驱动开关管T1交替导通与截止，使焊丝与焊件之间电压升高并高于空载电压，以加快短路状态的结束，使电弧重新引燃，然后压电路停止工作，保证焊工的安全。本引弧装置结构简单，引燃电弧成功率高。

Description

直流焊机上的高频脉冲引弧装置

技术领域

本发明涉及一种直流焊机上的引弧装置，该引弧装置通过高频脉冲来产生引弧电压，使电弧的顺利引燃，该引弧装置由电子元件构成。

背景技术

直流焊机在运行时，焊条或焊丝经电弧的高温受热熔化形成熔滴，熔滴进入焊池过程中，经常会出现短路，熔滴脱离焊条后，又要立即重新引燃电弧，使焊接顺利进行。为了保证电弧容易引燃，保证电弧连续稳定燃烧，弧焊电源必须要有较高的空载电压（即焊接回路开路时，弧焊电源输出的电压），但空载电压太高对焊工不安全，而且使弧焊电源的额定容量增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种直流焊机上的高频脉冲引弧装置，在焊接过程中当需要引弧时，能立即输出较高的电压在焊接回路上，使电弧重新引燃。

本发明的技术方案是，一种直流焊机上的高频脉冲引弧装置，其包括提高直流焊机输出电压的升压电路、对升压电路进行控制的控制电路，其特征是，所述的升压电路包括电感器LG1、开关管T1、二极管D1、电容C，电感器LG1的一端与直流焊机的输出端连接，电感器LG1的另一端与二极管D1的阳极连接，开关管T1的集电极与二极管D1的阳极连接，开关管T1的发射极接地，二级管D1的阴极通过电容C接地，二级管D1的阴极与焊枪10连接，焊件20接地；开关管T1的栅极接控制电路的输出端O1，控制电路的输入端I1与二级管D1的阴极连接，当焊枪上的焊丝11与焊件20之间从短路向开路过渡时，控制电路输出一串高频脉冲，驱动开关管T1交替导通与截止。

所述的控制电路，其包括，对焊丝11与焊件20之间是否短路进行判别的电压判别单元以及产生高频脉冲的振荡器，在电压判别单元与振荡器之间接有一延时单元，当电压判别单元判别出焊丝与焊件之间为短路状态时，延时单元延时输出一起振信号，使振荡器振荡，当电压判别单元判别出焊丝与焊件之间脱离短路状态时，延时单元延时输出一停振信号，使振荡器的停止振荡。

所述的电压判别单元包括运算放大器A0、电阻R1-R3、电位器W1，运算放大器A0的反相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端为控制电路的输入端I1，电阻R1的另一端接二级管D1的阴极，电阻R1的一端通过电阻R2接地，电阻R3的一端接电源VDD，电阻R3的另一端通过电位器W1接地，电位器W1的滑臂接运算放大器A0同相输入端；

所述的延时单元，包括运算放大器A1、电阻R5-R8、电容C1，运算放大器A1的同相输入端通过电容C1接地，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R6与运算放大器A0的输出端连接，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R8与电源VDD连接，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R7接地；

所述的振荡器包括时基集成电路IC2、电阻R9-R13、电容C2、电容C3，时基集成电路IC2的引脚7通过电阻R9与电源VDD连接时基集成电路IC2的引脚7通过电阻R10与时基集成电路IC2的引脚2和引脚6连接，时基集成电路IC2的引脚2和引脚6通过电容C2接地，时基集成电路IC2的引脚4接运算放大器A1的输出端，时基集成电路IC2的引脚1接地，时基集成电路IC2的引脚5通过电容C3接地；时基集成电路IC2的引脚3通过电阻R11接三极管T2的基极，三极管T2的集电极接电源VDD，三极管T2的发射极通过电阻R12接地，三极管T2的发射极接电阻R13的一端，电阻R13的另一端为控制电路的输出端，电阻R13的另一端接开关管T1的栅极。

本引弧装置的特点是，开关管T1的导通时电感器中有一电流，，开关管T1的截止时电感器产生一反电势阻止电流突变，该反电势与焊机输出电压相加，使电容C上的电压升高并高于空载电压。当焊丝与焊件之间为短路状态时，控制电路延时一段时间后输出高频脉冲，驱动开关管T1交替导通与截止，升压电路工作，以加快短路状态的结束；当焊丝与焊件之间脱离短路状态时，控制电路继续输出高频脉冲，使电弧重新引燃；再经一段时间后，控制电路停止输出高频脉冲，升压电路停止工作，保证焊工的安全。本引弧装置结构简单，引燃电弧成功率高。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为控制电路第一实施例的电路原理图。

图3为控制电路第一实施例中的波形图。

图4为控制电路第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。

一种直流焊机上的高频脉冲引弧装置，包括提高直流焊机输出电压的升压电路、对升压电路进行控制的控制电路MK，其特征是，所述的升压电路包括电感器LG1、开关管T1、二极管D1、电容C，电感器LG1的一端与直流焊机的输出端连接，电感器LG1的另一端与二极管D1的阳极连接，二级管D1的阴极通过电容C接地，二级管D1的阴极与焊枪10连接，焊件20接地；开关管T1的集电极与二极管D1的阳极连接，开关管T1的发射极接地，开关管T1的栅极接控制电路的输出端O1，控制电路的输入端I1与二级管D1的阴极连接；当焊枪上的焊丝与焊件20之间从短路向开路过渡时，控制电路输出一串高频脉冲，驱动开关管T1交替导通与截止；电感器LG1、二极管D1、电容C、焊枪10、焊丝11、焊件20，构成焊接回路。

升压电路的工作原理是，如图1所示，开关管T1导通时，直流焊机的输出电压加在电感器上，开关管T1截止时，由于电感电流连续，二极管D1变为导通状态，电容C上电压UC=Ui+Ug，其中Ui为直流焊机的输出电压、Ug为电感器上的电压；开关管T1栅极接控制电路的输出端O1，当控制电路输出高频脉冲时，开关管T1会交替导通与截止，使电容C上的电压高于直流焊机的输出电压。

所述的电感器LG1可利用电焊机原有的滤波电感器，如电焊机没有滤波电感器那么电感器LG1要新增。

所述的控制电路的功能是，在焊丝与焊件接触的期间，控制电路输出一串高频脉冲，驱动开关管T1交替导通与截止，在焊丝与焊件脱离接触的期间，控制电路输出低电平，使开关管T1截止。控制电路的具体结构有种。

第一实施例：所述的控制电路MK，包括对焊丝与焊件之间是否短路进行判别的电压判别单元以及产生高频脉冲的振荡器，在电压判别单元与振荡器之间接有一延时单元，当电压判别单元判别出焊丝与焊件之间为短路状态时，延时单元延时输出一起振信号，使振荡器振荡，当电压判别单元判别出焊丝与焊件之间脱离短路状态时，延时单元延时输出一停振信号，使振荡器的停止振荡。

所述的电压判别单元为一电压比较器电路结构，它包括运算放大器A0、电阻R1-R3、电位器W1，运算放大器A0的反相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端为控制电路的输入端I1，电阻R1的另一端接二级管D1的阴极，电阻R1的一端通过电阻R2接地，电阻R3的一端接电源VDD，电阻R3的另一端通过电位器W1接地，电位器W1的滑臂接运算放大器A0同相输入端；运算放大器A0的反相输入端上的电压信号对应于焊丝与焊件之间的电压，运算放大器A0同相输入端上的电压为一基准电压，当焊丝与焊件之间为短路状态时，运算放大器A0输出端的电压信号ua0为高电平，当焊丝与焊件之间脱离短路状态时，运算放大器A0输出端的电压信号ua0为低电平，运算放大器A0输出端的电压信号ua0的波形参见图3。

所述的延时单元，包括运算放大器A1、电阻R6-R8、电容C1，运算放大器A1的同相输入端通过电容C1接地，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R6与运算放大器A0的输出端连接，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R8与电源VDD连接，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R7接地；电阻R6、电容C1构成一充放电电路，运算放大器A1的同相输入端上的电压随电容C1上电压变化而变化，运算放大器A1的反相输入端上的电压为基准电压ug；当运算放大器A0输出端为高电平时，通过电阻R6对电容C1充电，电容C1上的电压渐渐升高，当运算放大器A1的同相输入端上的电压高于运算放大器A1的反相输入端上的电压时，运算放大器A1的输出端为高电平；当运算放大器A0输出端为低电平时，电容C1通过电阻R6放电，电容C1上的电压渐渐下降，当运算放大器A1的同相输入端上的电压低于运算放大器A1的反相输入端上的电压时，运算放大器A1的输出端为低电平；电容C1上电压信号uc波形以及运算放大器A1的输出端上的电压信号ua1波形参见图3。

所述的电阻R7可为一可变电阻，改变其阻值可改变基准电压ug的大小，基准电压ug增大时，电压信号ua1的高电平的持续时间缩短，基准电压ug降低时，电压信号ua1的高电平的持续时间增大，调节电阻R7的阻值可改变振荡器振荡的持续时间。

所述的振荡器包括时基集成电路IC2、电阻R9-R13、电容C2、电容C3，时基集成电路IC2的引脚7通过电阻R9与电源VDD连接时基集成电路IC2的引脚7通过电阻R10与时基集成电路IC2的引脚2和引脚6连接，时基集成电路IC2的引脚2和引脚6通过电容C2接地，时基集成电路IC2的引脚4接运算放大器A1的输出端，时基集成电路IC2的引脚1接地，时基集成电路IC2的引脚5通过电容C3接地；时基集成电路IC2的引脚3通过电阻R11接三极管T2的基极，三极管T2的集电极接电源VDD，三极管T2的发射极通过电阻R12接地，三极管T2的发射极接电阻R13的一端，电阻R13的另一端为控制电路的输出端O1，电阻R13的另一端接开关管T1的栅极。

振荡器的脉冲振荡频率由电阻R9、R10以及电容C2所确定，其振荡频率为20KHZ，时基集成电路IC2的引脚3为振荡器的输出端，时基集成电路IC2的引脚4为控制端，当运算放大器A1的输出端为高电平时，振荡器振荡，当运算放大器A1的输出端为低电平时，振荡器停止振荡。三极管T2、电阻R12、R13构成一射极跟随器电路，对脉冲进行功率放大，控制电路的输出端O1的电压信号uo波形参见图3。

所述的电源VDD为控制电路提供工作电源，其电压极性为正。

所述的时基集成电路IC2的型号为ICM7555或其他555系列的时基集成电路。

第一实施例的工作原理是：当焊接回路进入短路状态时，振荡器延迟一段时间起振，振荡器起振时升压电路工作，使短路电流增大加快短路状态的结束；当焊接回路脱离短路状态时，振荡器延迟一段时间后停振，变为开路状态时，时基集成电路IC0的引脚3由高电平突变为低电平，触发单稳触发器，时基集成电路IC1的引脚3输出一高电平至时基集成电路IC2的引脚4，使振荡器以20KHZ的频率振荡，在单稳触发器输出脉冲的高电平的持续时间内，振荡器可输出一串脉冲使焊枪与焊件之间的电压高于焊机的额定空载电压，使焊枪可靠引弧，在单稳触发器输出脉冲的由高电平变为低电平后，振荡器停止振荡，振荡器的输出端为低电平，开关管T1截止。由于引弧后焊枪与焊件之间所形成的电弧电压也高于基准电压，因此振荡器不会振荡，不会使焊接电流出现异常。由于升压状态仅在焊接回路由短路状态变为开路状态时瞬间出现，不会影响焊工的安全。

第二实施例：所述的控制电路MK，包括电压判别单元、单片机IC3、功率放大器；所述的电压判别单元包括运算放大器A2、运算放大器A3、电阻R21-R24、电位器W1-W2，运算放大器A2的同相输入端接电阻R21的一端，电阻R21的另一端为控制电路的输入端I1，电阻R21的另一端接二级管D1的阴极，电阻R21的一端通过电阻R22接地，电阻R23的一端接电源VDD，电阻R23的另一端通过电位器W2接地，运算放大器A2的反相输入端接电位器W2的滑臂；运算放大器A3的同相输入端接电阻R21的一端，电阻R24的一端接电源VDD，电阻R24的另一端通过电位器W3接地，运算放大器A3的反相输入端接电位器W3的滑臂。电位器W2滑臂上的电压大于电位器W3滑臂上的电压，当焊接回路中焊丝与焊件接触（短路状态）时，运算放大器A2的输出端和运算放大器A3的输出端均为低电平；当焊接回路中焊丝与焊件脱离接触并且无电弧（开路状态）时，运算放大器A2的输出端和运算放大器A3的输出端均为高电平；当焊接回路中形成电弧（电弧状态）时，焊丝与焊件之间有一电弧电压，该电弧电压小于开路电压，运算放大器A2的输出端为低电平，运算放大器A3的输出端为高电平。

单片机IC3的I/O口P1.7接运算放大器A3的输出端，单片机IC3的I/O口P1.6接运算放大器A2的输出端，单片机IC3中设有三种状态的处理程序：一、当焊接回路为短路状态时，单片机IC3的I/O口P1.5输出高频脉冲；二、当焊接回路为开路状态时，单片机IC3的I/O口P1.5经过一段延时由输出高频脉冲变为输出低电平；三、当焊接回路为电弧状态时，单片机IC3的I/O口P1.5输出低电平。所述的单片机型号为AT89C2051或AT89C51，支持单片机工作的晶振、电容等外围元件在图4中没画出，本领域的技术人员能知道这些外围元件的连接。

功率放大器由三极管T3、电阻R25-R27构成，三极管T3的基极通过电阻R25接单片机IC3的I/O口P1.5，三极管T3的集电极接电源VDD，三极管T3的发射极通过电阻R26接地，三极管T3的发射极接电阻R27的一端，电阻R27的另一端为控制电路的输出端O1。

第二实施例的功能基本与第一实施例相同，区别在于：在第二实施例中，当焊接回路为电弧状态时即引弧成功后，立即使升压电路停止工作，以降低电能消耗。

Claims (3)

1.一种直流焊机上的高频脉冲引弧装置，其包括提高直流焊机输出电压的升压电路、对升压电路进行控制的控制电路，其特征是，所述的升压电路包括电感器LG1、开关管T1、二极管D1、电容C，电感器LG1的一端与直流焊机的输出端连接，电感器LG1的另一端与二极管D1的阳极连接，开关管T1的集电极与二极管D1的阳极连接，开关管T1的发射极接地，二级管D1的阴极通过电容C接地，二级管D1的阴极与焊枪（10）连接，焊件（20）接地；开关管T1的栅极接控制电路的输出端O1，控制电路的输入端I1与二级管D1的阴极连接，当焊枪上的焊丝（11）与焊件之间从短路向开路过渡时，控制电路输出一串高频脉冲，驱动开关管T1交替导通与截止。

2.根据权利要求1所述的直流焊机上的高频脉冲引弧装置，其特征是，所述的控制电路，其包括对焊丝（11）与焊件（20）之间是否短路进行判别的电压判别单元以及产生高频脉冲的振荡器，在电压判别单元与振荡器之间接有一延时单元，当电压判别单元判别出焊丝与焊件之间为短路状态时，延时单元延时输出一起振信号，使振荡器振荡，当电压判别单元判别出焊丝与焊件之间脱离短路状态时，延时单元延时输出一停振信号，使振荡器的停止振荡；

所述的电压判别单元包括运算放大器A0、电阻R1-R3、电位器W1，运算放大器A0的反相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端为控制电路的输入端I1，电阻R1的另一端接二级管D1的阴极，电阻R1的一端通过电阻R2接地，电阻R3的一端接电源VDD，电阻R3的另一端通过电位器W1接地，电位器W1的滑臂接运算放大器A0同相输入端；

所述的延时单元，包括运算放大器A1、电阻R5-R8、电容C1，运算放大器A1的同相输入端通过电容C1接地，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R6与运算放大器A0的输出端连接，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R8与电源VDD连接，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R7接地；

所述的振荡器包括时基集成电路IC2、电阻R9-R13、电容C2、电容C3，时基集成电路IC2的引脚7通过电阻R9与电源VDD连接时基集成电路IC2的引脚7通过电阻R10与时基集成电路IC2的引脚2和引脚6连接，时基集成电路IC2的引脚2和引脚6通过电容C2接地，时基集成电路IC2的引脚4接运算放大器A1的输出端，时基集成电路IC2的引脚1接地，时基集成电路IC2的引脚5通过电容C3接地；时基集成电路IC2的引脚3通过电阻R11接三极管T2的基极，三极管T2的集电极接电源VDD，三极管T2的发射极通过电阻R12接地，三极管T2的发射极接电阻R13的一端，电阻R13的另一端为控制电路的输出端，电阻R13的另一端接开关管T1的栅极。

3.根据权利要求1所述的直流焊机上的高频脉冲引弧装置，其特征是，所述的控制电路，包括电压判别单元、单片机IC3、功率放大器；所述的电压判别单元包括运算放大器A2、运算放大器A3、电阻R21-R24、电位器W1-W2，运算放大器A2的同相输入端接电阻R21的一端，电阻R21的另一端为控制电路的输入端I1，电阻R21的另一端接二级管D1的阴极，电阻R21的一端通过电阻R22接地，电阻R23的一端接电源VDD，电阻R23的另一端通过电位器W2接地，运算放大器A2的反相输入端接电位器W2的滑臂；运算放大器A3的同相输入端接电阻R21的一端，电阻R24的一端接电源VDD，电阻R24的另一端通过电位器W3接地，运算放大器A3的反相输入端接电位器W3的滑臂；电位器W2滑臂上的电压大于电位器W3滑臂上的电压；当焊接回路为短路状态时，运算放大器A2的输出端和运算放大器A3的输出端均为低电平；当焊接回路为开路状态时，运算放大器A2的输出端和运算放大器A3的输出端均为高电平；当焊接回路为电弧状态时，运算放大器A2的输出端为低电平，运算放大器A3的输出端为高电平；

单片机IC3的I/O口P1.7接运算放大器A3的输出端，单片机IC3的I/O口P1.6接运算放大器A2的输出端，单片机IC3中设有三种状态的处理程序：一、当焊接回路为短路状态时，单片机IC3的I/O口P1.5输出高频脉冲；二、当焊接回路为开路状态时，单片机IC3的I/O口P1.5经过一段延时由输出高频脉冲变为输出低电平；三、当焊接回路为电弧状态时，单片机IC3的I/O口P1.5输出低电平；所述的单片机型号为AT89C2051或AT89C51；

功率放大器由三极管T3、电阻R25-R27构成，三极管T3的基极通过电阻R25接单片机IC3的I/O口P1.5，三极管T3的集电极接电源VDD，三极管T3的发射极通过电阻R26接地，三极管T3的发射极接电阻R27的一端，电阻R27的另一端为控制电路的输出端O1。