CN106944717A - 一种全网电源通用的igbt单管逆变手弧焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全网电源电压通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，焊机的控制电路板设计为四块，一块PCB1电源板，一块PCB2功率控制板，一块PCB3控制板，一块PCB4母线保护板电路控制板，PCB1控制板上主要是开关电源控制电路部分；PCB2功能控制板部分包括驱动控制电路、输出整流电路、电源电压自动识别和转换控制电路、上电缓冲控制电路部分；PCB3控制板上是微处理器及其数码管、电流给定电位器组成的电路部分，以及输出特性控制电路部；PCB4控制板上，则主要是母线保护控制电路部分；本发明具有220V和380V电源可自动识别和转换控制，具有很宽的电压适应性和较强的抗电网电压波动能力。

Description

一种全网电源通用的IGBT单管逆变手弧焊机

技术领域

本发明涉及一种单相220V和380V电源都能使用的IGBT单管逆变式手弧焊机的电路和结构，属于逆变焊机技术领域。

技术背景

目前，逆变式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设计等方面。

国内外市场上，小型IGBT管逆变式手弧焊两用机的额定电流通常在80~200A（负载持续率100~15%）的水平。供电电源通常是单相220V的。单相220V和380V电源都能使用的产品，俗称“全网电源的焊机”，或“双电压焊机”。这样的同类产品，市场上也有一些。但很多此类产品，故障率很高，返修率达到20%以上。主要故障点是220V和380V电源自动识别和转换控制电路工作不可靠。对不同的产品，其控制电路原理图、电路板结构和整机结构设计等是不同的。在产品的性能、可靠性、制作工艺和成本等方面，也会有较大的差异性。因此，如何开发性能好、可靠性高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全网电源电压通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，具有手工电弧焊方法的功能，其供电电源为单相220V或380V；220V和380V电源可自动识别和转换控制，焊机可在150V～260V（对应接入220V电网），或者300V～500V（对应接入380V电网）电源电压条件下焊接使用，具有很宽的电压适应性，或者说较强的抗电网电压波动能力。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种全网电源通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，其特征在于：包括外壳、后面板、冷却风扇、前面板、输出快速接头座组件、工作电源及保护状态指示灯、电流输出调节电位器、控制电路板和内部连接导线；焊机的控制电路板设计为四块，一块PCB1电源板，一块PCB2功率控制板，一块PCB3控制板，一块PCB4母线保护板电路控制板，PCB1控制板上主要是开关电源控制电路部分；PCB2控制板部分包括IGBT及其散热器和驱动控制电路、快恢复二极管及其散热器组成的输出整流电路、电源电压自动识别和转换控制电路、上电缓冲控制电路部分；PCB3控制板上是微处理器及其数码管、电流给定电位器组成的电路部分，以及输出特性控制电路部分，输出特性控制电路部分的核心是3846 PWM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成的电路； PCB4控制板上，则主要是母线保护控制电路部分；上述各控制板通过连接导线与焊机的开关、风扇、逆变主变压器连接为一个整体，整个控制电路主要是完成上电缓冲电路、220V和380V电源电压自动识别和转换控制电路、逆变主电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、欠压和过热保护检测和控制电路、母线保护控制、电流给定电路、输出特性控制电路组成。

所述的电源电压自动识别和转换控制电路部分，由光耦、三极管、稳压管、二极管、晶闸管、继电器以及这些器件外围的电阻电容器组成，用于自动检测输入的电源电压，通过稳压管的击穿和稳压，使一个三极管导通，进而去使光耦的输出级三极管导通；同时，使晶闸管导通，而该晶闸管控制着另一个三极管和继电器的动作，通过继电器动作自动切换电380V或220V输入。

所述的欠压保护控制电路包括二极管、光耦、电阻、三极管组成，欠压保护控制电路用于检测电源电压， 通过光耦中的二极管是否发光，来控制输出级的三极管是否导通，再通过通过三极管和二极管的箝位作用，使稳压管不会出现击穿、稳压的情况，导致另外一个三极管截止，同时倍压控制继电器不动作。

所述的母线保护控制电路由二极管、稳压管、三极管、光耦以及它们外围的器件组成，母线保护控制电路通过插头，使后级光耦的输出端是并联连接在过热保护器上的，不同的输入电压，会产生不同的VCC母线直流电压，通过检测VCC电压，并进行相应的控制

本发明焊机的前面板上安装的零部件主要有：两组输出快速接头座组件、工作电源指示灯（白色）、过热等保护指示灯（黄色）、电流输出调节电位器、电流表等部分。

保护状态指示灯（黄色）则指示过热、欠压状态是否发生。当焊机内部大功率器件的散热器温度过高，超过温度保护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焊机内部大功率器件的温度降低。当降低到温度保护继电器的恢复动作温度时，焊机过热现象消除。过热指示灯熄灭。同时，焊机可再次焊接。无论是在220V，还是在380V输入电源电压下，当出现欠压现象，即在接入220V电网，而输入电压低于150V，或者在接入380V电网，而输入电压在300V～260V之间时，焊机的保护状态指示灯（黄色）均会点亮，指示焊机发生欠压。只有欠压现象消除后，该指示灯才会熄灭，并且焊机方可焊接使用。也就是说，本焊机可在150V～260V（对应接入220V电网），或者300V～500V（对应接入380V电网）电源电压条件下工作。从上述数据来看，本焊机同时也具有良好的抗电网电压波动能力。其焊接可使用的输入电源电压波动范围均超过了电焊机标准规定的额定（220V或380V）电源电压的±10℅。当然，根据产品制作的需要，在焊机的前面板上还可设置电压表、引弧电流和推力电流调节电位器等部件，以扩展产品的功能或性能。

本发明焊机的后面板上安装的零部件主要有：电源开关、供电电源线、冷却风机等部分。冷风从焊机机箱后部的进气孔进行。可使电路板上的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。

关于本发明焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：1）输入滤波。输入滤波电路由电阻和滤波电容组成。主要是对来自电网的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本焊机控制电路工作的不利影响。2）输出滤波。由滤波电容组成。可抑制波形中的毛刺突变或干扰信号。上述措施是保证本发明电路制成的焊机产品工作可靠性的一个重要前提。

对不同电流等级和负载持续率要求的本发明焊机，可通过调整电路板上少量的零部件数量和规格参数，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，改变大电解电容的个数；改变整流桥参数；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200A/28V、180A/27.2V、160A/26.4V、140A/25.6V等多种电流等级和规格型号的产品。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，在具体的电路设计方面，采用了成熟的控制电路，同时还设置了一些电路抗干扰的措施，因而保障了焊机工作的可靠性。

此外，本发明焊机，根据产品制作的需要，在焊机的前面板上还可设置电压表、引弧电流和推力电流调节电位器等部件，以扩展产品的功能或性能。

本发明焊机，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场适应性；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。

本发明焊机，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场适应性。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。

附图说明

图1是本发明的分解结构示意图；

图2是本发明焊机的PCB2功率板电路原理图；

图3是本发明焊机的PCB1电源板电路原理图；

图4是本发明焊机的PCB3控制板电路原理图；

图5是本发明焊机的PCB4母线保护板电路原理图；

附图中名部件的名称如下：1、螺丝；2、提手；3、外壳，4、PCB1电源板；5、IGBT及其散热器；6、变压器I；7、稳压器及其散热器；8、电阻；9、塑料护盒 I；10 、散热器 I；11、散热器II；12、电解电容；13、散热器 III；14、变压器 II；15、散热器 IV；16、过热保护器；17、IGBT；18、整流桥；19、变压器 III；20、继电器；21、PCB2功率控制板；22、塑料护盒 II；23、挡风板；24、后塑料面板；25、电源开关；26、电源线；27、风扇；28、底板；29、塑料支撑条 I；30、塑料支撑条 II；31、PCB3控制板；32、前板；33、电流输出调节电位器；34、正极性输出快速接头；35、负极性输出快速接头；36、前塑料面板；37、逆变主变压器；38、PCB4母线保护板电路控制板。

具体实施方式

如图1所示，是利用本发明制成的一种IGBT逆变手弧焊机的结构示意图，其焊机的主要组成部分包括：

1）外壳部分，包括外壳3、提手2、底板28、外壳螺丝等。

2）后面板部分，后面板上安装的零部件主要有：电源开关25、电源线26、电源线拉不脱、后塑料面板24、冷却风扇27等部分；电源线26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27位于焊机的后部，冷风从焊机后部的进气孔进行。可使左侧电路部分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）前面板部分。焊机前面板上安装的零部件主要有：前塑料面板36、正极性输出快速接头34、负极性输出快速接头35、PCB3控制板31、前板32、工作电源指示灯（白色）及热保护状态指示灯（黄色）、电流输出调节电位器33等部分。两组输出快速接头座组件用于手工电弧焊时分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆；工作电源指示灯（白色）指示电源接通。保护状态指示灯（黄色）则指示过热、欠压状态是否发生。当焊机内部大功率器件的散热器温度过高，超过温度保护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焊机内部大功率器件的温度降低。当降低到温度保护继电器的恢复动作温度时，焊机过热现象消除。过热指示灯熄灭。同时，焊机可再次焊接。无论是在220V，还是在380V输入电源电压下，当出现欠压现象，即在接入220V电网，而输入电压低于150V，或者在接入380V电网，而输入电压在300V～260V之间时，焊机的保护状态指示灯（黄色）均会点亮，指示焊机发生欠压。只有欠压现象消除后，该指示灯才会熄灭，并且焊机方可焊接使用。也就是说，本焊机可在150V～260V（对应接入220V电网），或者300V～500V（对应接入380V电网）电源电压条件下工作。从上述数据来看，本焊机同时也具有良好的抗电网电压波动能力。其焊接可使用的输入电源电压波动范围均超过了电焊机标准规定的额定（220V或380V）电源电压的±10℅。当然，根据产品制作的需要，在焊机的前面板32上还可设置电流表、电压表、引弧电流和推力电流调节电位器等部件，以扩展产品的功能或性能。

4）控制部分，包括PCB1电源板4、PCB2功率控制板21、PCB3控制板31和PCB4母线保护板电路控制板38。在这些控制板上，还有很多的零部件或元器件，具体是那些器件可见相关的电路原理图和电路板元器件布局图。

电路板控制部分与焊机前、后面板上的元器件，如电流调节电位器33、风扇27、指示灯、电源开关25等，通过一些控制导线进行相互间的电路连接。各电路板之间，器件或零部件之间，按照本发明焊机的电路原理图关系（见附图2～附图5）连接在一起。可满足手工焊接方法功能的电路输出特性控制。

附图2、附图3、附图4和附图5是本发明焊机的电路原理图。焊机电路板设计为四块。一块PCB1电源板，一块PCB2功率控制板，一块PCB3控制板，一块PCB4母线保护板电路控制板。PCB2控制板上的部分，主要包括IGBT及其散热器和驱动控制电路、快恢复二极管及其散热器等组成的输出整流电路、电源电压自动识别和转换控制电路、上电缓冲控制电路等部分。PCB3控制板上，主要是微处理器及其数码管、电流给定电位器等组成的电路部分，以及输出特性控制电路部分。输出特性控制电路部分的核心是3846 PWM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成的电路。PCB1控制板上，主要是开关电源控制电路部分。PCB4控制板上，则主要是母线保护控制电路部分。上述各控制板通过连接导线与焊机的其它零部件（如开关、风扇、逆变主变压器等）按照电路原理图连接为一个整体。整个控制电路主要是完成上电缓冲控制、电源输入电压自动识别和转换控制、整流滤波、逆变、输出整流、抗干扰、各直流工作电压的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、手弧焊焊接方法的逆变电路输出参数（电流）的负反馈控制，过热、过压和欠压保护控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现自动识别220V或380V电源电压，并自动转换控制，满足手弧焊输出特性控制的各项要求。下面对相关的功能电路进行说明：

见附图2，逆变全桥主电路由电源开关、输入整流桥BR1、RT1热敏电阻、JDQ1A继电器及其触点JDQ1B、JDQ2A继电器及其触点JDQ2B、EC1~EC4大电解电容滤波电路、IGBT1~IGBT4管、B逆变主变压器、DD1~D6快速恢复二极管等组成。DD1~DD6快恢复二极管组成焊机的输出整流电路。由OUT（+）正极性和OUT（-）负极性输出端输出焊接电流和电压。

见附图2，AC1与AC2端连接到220V或380V，50/60Hz等供电电源。电源开关接通电网电源后，焊机通电。前面板上的白色电源指示灯点亮。从电网来的交流电，整流前，先经过RT1热敏电阻，经BR1整流桥整流后，变为脉动直流电。对EC1~EC4大电解电容进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的直流电VCC，再输出到后级电路。

见附图2，JDQ1A继电器及其控制电路（含三极管Q7、二极管D13、稳压管D、电阻R28等）组成上电缓冲控制电路。JDQ1A继电器会在电源开关接通，一定延时时间后动作，其触头JDQ1B闭合或短路RT1热敏电阻。JDQ1A继电器的动作时间是滞后于电源开关合上时刻的，即JDQ1A继电器是延时动作的。JDQ1A继电器的延时是由其控制电路来实现的。EC1~EC4大电解电容的充电，先经过RT1热敏电阻，之后再短接RT1热敏电阻。当EC1~EC4大电解电容上的充电电压稳定后，该继电器才动作，其触头闭合RT1热敏电阻，使本发明焊机正常逆变工作时，大电流是从继电器的触头流过的。这样的控制电路称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关接通瞬间，由于EC1~EC4大电解电容上没有电压，相当于短路，会形成较大的浪涌电流，烧坏电源开关。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间串入RT1热敏电阻，来限制浪涌电流的。并且，RT1热敏电阻的阻值，是随其温度上升而增大的。因此，上电缓冲电路可起到较好的保护作用。

见附图2，EC1~EC4大电解电容起着滤波的作用。VCC直流电供给由IGBT1~IGBT4管、B逆变主变压器和D5~D9快速恢复二极管等组成的全桥逆变主电路。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。B逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。D5~D9快速恢复二极管则是把逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。

见附图2，输入电源电压自动识别和转换控制电路由电阻R18～R21和R22～R27、二极管D9～D10、稳压管Z5和Z8、光耦U3（含U3A和U3B）和U4（含U4A和U4B）、三极管Q6和Q8、晶闸管U5、继电器JDQ2（含JDQ2A线圈及其JDQ2B触头）、电容C3～C5和EC8等元器件组成。其作用是自动检测输入的电源电压，判断是属于220V的，还是380V的。当然，在150V～260V范围内时，电路均判断为属于220V正常电源电压范畴的；而在300V～500V范围内时，电路均判断为属于380V正常电源电压范畴的。

见附图2，当检测到的电源电压属于380V电源范畴时，由于输入电压较高，会使稳压管Z5击穿、稳压，三极管Q5导通，于是U3光耦中的U3A二极管会发光，其输出级的三极管U3B导通。晶闸管U5处于导通状态。同时，Z8稳压管不会出现击穿、稳压的情况，导致三极管Q8截止，继电器JDQ2不动作。

见附图2，当检测到的电源电压属于220V电源范畴时，由于输入电压较低，不会使稳压管Z5击穿、稳压，三极管Q5不导通，于是U3光耦中的U3A二极管不会发光，其输出级的三极管U3B不导通。晶闸管U5处于截止状态。同时，Z8稳压管会由于有高电压而出现击穿、稳压的情况，导致三极管Q8导通，继电器JDQ2动作。

见附图2，二极管D10、光耦U4、电阻R/24～R25和R22、三极管Q6等组成欠压保护控制电路。当检测到的电源电压低于70V时，由于输入电压很低，于是U4光耦中的U4A二极管不会发光，其输出级的三极管U4B不导通。三极管Q6导通。通过二极管D12和D11的箝位作用。一方面，使Z8稳压管不会出现击穿、稳压的情况，导致三极管Q8截止，继电器JDQ2不动作。另一方面，也导致三极管Q7截止，继电器JDQ1不动作。由于继电器JDQ1不动作，这样RT1就串联在输入电路中。这会导致焊机不能焊接输出。焊条频繁接触工件时，电源指示灯会频繁闪烁。这就实现了焊机的“欠压”保护控制。

见附图2，当检测到的电源电压高于70V时，U4光耦中的U4A二极管会发光，其输出级的三极管U4B导通。三极管Q6将是处于截止状态的。二极管D12和D11将处于不导通状态。不会出现箝位的问题。因此，自然也不会对三极管Q7和Q8、继电器JDQ1和JDQ2造成控制的不良影响。

附图2和附图4中，B1（含B1A、B1B、B1C）和B2（含B2A、B2B、B2C）驱动变压器、Q1~Q4三极管、D1~D8二极管、Z1~Z4稳压管、U1和U2驱动芯片，以及它们外围的电阻、电容等器件组成IGBT的驱动电路部分。4个IGBT，每个IGBT的驱动电路形式是一致的。该部分电路，输入的控制信号通过附图2中J2插头的2、3脚引入，它们来自附图4中输出特性控制电路中的U5PWM脉冲宽度调制芯片（UC3846）的A 和B输出端。由于U5芯片输出的信号驱动功率小，故需要经过驱动功率电路进行放大，再通过驱动变压器及其外围的驱动电路去控制4个IGBT的工作状态。U5脉冲宽度调制（PWM）芯片（UC3846）输出的控制信号是两组方波脉冲信号。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（RT端的电阻；CT端的电容）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信号。而PWM脉冲宽度调制信号则受焊机的电流调节给定信号Ug和电流负反馈信号Ufi决定。

见附图3，开关电源电路由T1开关电源变压器、VT1 MOS管、U1 （UC3842）PWM脉冲宽度调制器，D1~D4二极管、D5~D9快速二极管、U3（7815）集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管D8、晶闸管Q1等器件组成。开关电源电路产生+15V、+24V电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。对于开关电源电路部分，由于VT1 MOS管与T1开关电源变压器的初级绕组，以及它们周围的稳压管D8、D1~D4二极管、D5~D9快速二极管、很多电阻和电容等组成的电路，是属于高压回路的。为确保控制电路的安全，在附图2中，采用了U2（817）光电耦合器进行隔离。开关电源PWM控制板的核心控制芯片是U1，即UC3842 PWM脉冲宽度调节器。其外围的电阻、电容可设定其工作的相关参数。至于如何确定，需要查看UC3842的相关使用资料或说明。这里不再重复。总之，U1输出的脉冲为一定工作频率的驱动脉冲，可使附图2中的VT1 MOS管处于通断工作状态。在T1的电压输出电路部分，分别获得+15V、+24V、电源电压。供给不同的器件和电路使用。例如，+24V通过J1插头供给风扇工作；+15V电源电压供给运算放大器控制电路等。关于开关电源这部分的工作原理，以上部分只是进行了简单的说明。如果需要了解本电路部分详细的工作情况，涉及到开关电源的很多知识。读者可查询相关的开关电路书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。

由开关电源部分的电路及原理可知，本发明没有采用一般的控制变压器和相关的电压变换电路来产生上述2个电源电压。开关变压器的体积和尺寸、重量远小于一般的控制变压器，这就降低本发明焊机的成本，提升了焊机的技术附加值。

见附图2和附图4，电流检测和整流变换电路由电流检测环DLH或T5电流互感器、（附图4中）D1~D4二极管、电阻（附图4中）R22~R24等组成。通过电流检测、整流变换，最后输出电流负反馈信号Ufi。连接至输出特性控制电路中。

见附图4，热保护检测和控制电路由常开型的温度继电器WJ、保护指示OT（黄色）灯、三极管Q2、电阻R15和R16等器件组成。常开型的温度继电器WJ连接在附图4中左上角的BH接口。温度继电器WJ紧贴IGBT的散热器安装。

见附图4，电流给定电路由运算放大器U3、输出电流调节电位器RP1、电流校正电位器RP3和RP4，以及外围的电阻、电容等器件组成。通过电流给定电路，由运算放大器IC3A的输出端，获得电流调节给定信号Ug。电流校正电位器RP3和RP4，可校正焊机输出的最大和最小电流。通过与给定电位器的配合，可使焊机的输出电流符合铭牌中电流变化范围的要求。AD端信号则连接至微处理器控制的显示电路，最终焊接电流由数码管SMG显示。

见附图4，输出特性控制电路由U5 PWM脉冲宽度调制芯片（UC3846）、U3运算放大器，以及这些器件外围的很多电阻、电容和二极管等器件组成。

见附图4，输出电压抑制电路由电阻R20、R40和R43、电容C25和EC2、光耦U4、稳压管Z3、三极管Q1等器件组成。VF接口，通过导线连接着焊机的输出。当焊机的输出电压过高时，稳压管Z3会击穿、稳压。光耦U4中的发光二极管U4A会发光，于是，其输出级的三极管U4B导通，使三极管Q1导通。从而通过电阻R20，去控制输出特性控制电路中U5 PWM脉冲宽度调制芯片（UC3846）的输出PWM脉冲宽度，最终限制焊机的输出电压。

见附图4，输出电流的显示和控制电路由微处理器U2（STM8）、数码管SMG及其外围的一些电阻、电容等器件组成。来自开关电源电路的+15V通过U1（78M05）稳压器电路产生+5V电源，供给微处理器电路工作使用。J3接口，为微处理器的程序烧写接口。通过它，采用程序烧写器，把微处理器的控制软件写入单片机中。在微处理器系统电路的控制下，可采样来自AD的电流给定信号。根据给定的信号大小，在控制软件的作用下，把相应的电流值通过数码管SMG进行显示。由于给定的电流值与实际输出的电流值是可以通过电位器校正准确的，因此，调节的电流给定值实际上也是输出电流值。此外，由于采用了微处理器电路控制系统，因此，很容易实现焊机输出电流的预置。也就是说，在没有进行焊接时，调节和显示在电流表中的电流值就是焊接时的实际电流。无需通过试焊来确定输出电流。这样就极大方便了用户的操作。

见附图5，母线保护电路由二极管1D2，稳压管1D1、Z1～Z2和1Z1～1Z3，三极管1Q1、Q1和Q2，光耦U1和U2，以及它们外围的器件组成。通过BHQ1和BHQ2插头，可使光耦U2的输出端连接到附图4中的BH保护电路中。不同的输入电压，通过附图2中整流桥BR1的整流和电解电容的滤波，会产生不同的VCC母线直流电压。即VCC电压来自附图2中的整流桥BR1的输出端。24V电源，来自开关电源电路。该电路通过检测VCC电压，并进行相应的控制。无论是在220V，还是在380V输入电源电压下，当出现欠压现象，即在接入220V电网，而输入电压低于150V，或者在接入380V电网，而输入电压在300V～260V之间时，焊机附图4中的OT保护状态指示灯（黄色）均会点亮，指示焊机发生欠压。只有欠压现象消除后，该指示灯才会熄灭，并且焊机方可焊接使用。即当对应的VCC电压使1D1、1Z1稳压管击穿、稳压，三极管1Q1导通时，光耦U1中的发光二极管不发光，其输出级的三极管截止。此时，三极管Q1导通，Q2截止，类似地，会使光耦U2中输出级的三极管导通。由于BHQ1和BHQ2插头是并联连接在（常开型）过热保护器上的，因此，此时相当于过热保护器动作状态，即相当于其常开触点变换为闭合状态，故焊机的控制电路会使PWM脉冲关闭。焊机停止输出电流；当对应的VCC电压使1Z2、1Z3稳压管击穿、稳压，光耦U1中的发光二极管发光，其输出级的三极管导通时，三极管Q1截止，Q2导通，会使光耦U2中输出级的三极管截止。此时，焊机才能有输出电流。

本发明焊机手工电弧焊输出特性的控制过程简述如下：

焊机后面板的开关合上接通供电电源极短的时间后（此期间，焊机电路进行上电缓冲控制， JDQ1A继电器有一定的延时控制），焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的白色电源指示LED灯亮，指示焊机带电。

在控制电路的作用下，焊机内部的U5 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。当操作者调节好前面板上焊接电流的给定电位器信号Ug，并进行焊接时，通过电流检测环DLH或T5电流互感器，由电流检测和整流变换电路可检测到逆变主电路中的变压器初级电流信号，即电流负反馈信号Ufi。该电流负反馈信号Ufi，与焊接电流给定信号Ug进行比较。比较后的差值信号，通过附图4中的输出特性控制电路，进行PI（比例和积分）调节控制。其输出的结果控制U5 PWM芯片的脉冲宽度或占空比输出。通过IGBT的驱动电路，控制逆变主电路中IGBT的通断时间，最终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Ug不变时，随着焊机电路检测到的负反馈Ufi电流信号增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定Ug信号与Ufi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。当焊机输出电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使U5 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。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接的基本要求。

关于焊机其它部分电路的工作过程，由于以上部分已经进行了许多说明。这里就不再详细赘述了。

关于过热保护控制，下面进行一些说明。常开型的温度继电器WJ连接在附图4中左上角的BH接口。温度继电器WJ紧贴IGBT的散热器安装。在焊机输出过程中，当IGBT的散热器发生过热现象时，温度继电器WJ闭合。过热保护指示OT（黄色）灯点亮，指示焊机发生过热保护。同时，三极管Q2导通，可关闭U5 PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。在冷却风机的作用下，当过热现象消除时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示OT灯熄灭。这就实现了焊机过热保护。

关于本发明焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：

1）输入滤波。见附图2，输入滤波电路由电阻R和滤波电容CC1、CC2组成。主要是对来自电网的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本焊机控制电路工作的不利影响。

2）输出滤波。见附图2，输出滤波电路由滤波电容CC3和CC4组成。可抑制波形中的毛刺突变或干扰信号。

上述措施是保证本焊机电路制成的焊机产品工作可靠性的重要措施之一。

以上是本发明焊机各个电路部分以及手弧焊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3和附图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，本发明电路有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现焊机手弧焊方法输出控制，而且，所设计的控制电路和焊机的整机结构，都是使本发明焊机产品符合安全性认证要求，具有良好控制性能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。

此外，本发明的电路板之间连接简单，电路板上器件很多是采用自动贴片机和插件机完成加工的，其制作工序和生产工艺大为简化，降低产品重量、生产和运输成本。

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)

1.一种全网电源通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，其特征在于：包括外壳、后面板、冷却风扇、前面板、输出快速接头座组件、工作电源及保护状态指示灯、电流输出调节电位器、控制电路板和内部连接导线；焊机的控制电路板设计为四块，一块PCB1电源板，一块PCB2功率控制板，一块PCB3控制板，一块PCB4母线保护板电路控制板，PCB1控制板上主要是开关电源控制电路部分；PCB2控制板部分包括IGBT及其散热器和驱动控制电路、快恢复二极管及其散热器组成的输出整流电路、电源电压自动识别和转换控制电路、上电缓冲控制电路部分；PCB3控制板上是微处理器及其数码管、电流给定电位器组成的电路部分，以及输出特性控制电路部分，输出特性控制电路部分的核心是3846 PWM脉冲宽度调制芯片及其外围器件组成的电路； PCB4控制板上，则主要是母线保护控制电路部分；上述各控制板通过连接导线与焊机的开关、风扇、逆变主变压器连接为一个整体，整个控制电路主要是完成上电缓冲电路、220V和380V电源电压自动识别和转换控制电路、逆变主电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、欠压和过热保护检测和控制电路、母线保护控制、电流给定电路、输出特性控制电路组成。

2.如权利要求1所述的一种全网电源通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，其特征在于：所述的电源电压自动识别和转换控制电路部分，由光耦、三极管、稳压管、二极管、晶闸管、继电器以及这些器件外围的电阻电容器组成，用于自动检测输入的电源电压，通过稳压管的击穿和稳压，使一个三极管导通，进而去使光耦的输出级三极管导通；同时，使晶闸管导通，而该晶闸管控制着另一个三极管和继电器的动作，通过继电器动作自动切换电380V或220V输入。

3.如权利要求1所述的一种全网电源通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，其特征在于：所述的欠压保护控制电路包括二极管、光耦、电阻、三极管组成，欠压保护控制电路用于检测电源电压， 通过光耦中的二极管是否发光，来控制输出级的三极管是否导通，再通过通过三极管和二极管的箝位作用，使稳压管不会出现击穿、稳压的情况，导致另外一个三极管截止，同时倍压控制继电器不动作。

4.如权利要求1所述的一种全网电源通用的IGBT单管逆变式手弧焊机，其特征在于：所述的母线保护控制电路包括二极管、稳压管、三极管、光耦以及外围器件，母线保护控制电路通过插头，使后级光耦的输出端是并联连接在过热保护器上的，不同的输入电压，会产生不同的VCC母线直流电压，通过检测VCC电压，并进行相应的控制。