CN106975820A - 一种三相电源igbt单管逆变手弧焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，焊机是三相供电电源的手工焊设备，采用IGBT单管全桥逆变控制技术，其控制电路包括欠压和过压及过热保护控制、开关电源电路、上电缓冲控制电路、微处理器控制的数字显示和控制电路部分，电路板设计为4块，除了开关电源控制电路板、输出电流的显示和控制电路板、直流母线电压识别控制电路板，以及一些大的元器件或零部件外，其余的很多元器件或零部件布局、焊装另外一块电路板上；其中，三块控制板放置在绝缘盒中，并灌注绝缘材料，可起到良好的防尘、防水、防霉和防振保护作用；焊机具有低成本和可靠性高等优点。

Description

一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机

技术领域

本发明涉及一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，属于逆变焊机技术领域。

技术背景

目前，逆变焊机产品市场的竞争十分激烈，不仅体现在价格的竞争优势上，还在很大程度上取决于焊机的电路功能和可靠性等方面。

国内外市场上，IGBT逆变手弧焊机的额定电流通常在100～630A（负载持续率20～100%）的水平。然而，此类焊机，不同的电路设计，控制原理不同，电路板连接的复杂程度不同，其产品的可靠性、生产工序和制作工艺等也会完全不同。这些都会影响产品的销售和生产成本。例如市场上的一些此类焊机，不管是哪一种类型，其电路原理图不同，制造成本等也会不同。如何解决额定电流输出下，低成本的设计和产品可靠性问题，是研发人员面临的技术难题。

针对此问题，本发明设计了新的焊机控制电路，实现了单管IGBT逆变手工电弧焊作业的要求，焊机具有低成本和高可靠性等优点。本发明手弧焊机的结构和电路设计有自己的独特之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，焊机是三相供电电源的手工焊设备，采用IGBT单管全桥逆变控制技术，其控制电路包括欠压和过压及过热保护控制、开关电源电路、上电缓冲控制电路、微处理器控制的数字显示和控制电路部分，电路板设计为4块，除了开关电源控制电路板、输出电流的显示和控制电路板、直流母线电压识别控制电路板，以及一些大的元器件或零部件外，其余的很多元器件或零部件布局、焊装另外一块电路板上；其中，三块控制板放置在绝缘盒中，并灌注绝缘材料，可起到良好的防尘、防水、防霉和防振保护作用；焊机具有低成本和可靠性高等优点。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，包括外壳部分和内部的控制电路部分，外壳部分主要包括提手、机壳和底板；其特征在于：内部控制电路部分的电路板设计为4块分别为：开关电源控制电路PCB1电路板、电路板PCB2、输出电流的显示和控制电路PCB3电路板和直流母线电压识别控制电路PCB4电路板；

1）开关电源控制电路PCB1电路板放置在塑料护盒中，并灌注绝缘材料,该塑料护盒固定在其下方的散热器上；

2）直流母线电压识别保护控制电路PCB4电路板直接焊装在输入整流桥上；

3）输出电流的显示和控制电路PCB3电路板放置在塑料护盒中，并灌注绝缘材料；该塑料护盒固定在焊机前面板上；

4）除了上述电路板，另外的一块控制电路板PCB2也放置在塑料护盒中，并灌注绝缘材料；并通过螺丝把该护盒固定在焊机的底板上；

5）挡风板的进风口部分套在风扇上；挡风板的长方形侧边板部分，利用两个塑料支撑条的压紧作用，通过四个螺丝固定到散热器上，而两个塑料支撑条固定到焊机底板上，两个塑料支撑条起到支持焊机中间的机芯电路部件的作用，挡风板、PCB2电路板及其塑料绝缘盒等构成的良好风道。

内部控制电路部分包括上电缓冲电路、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、欠压和过压及过热保护检测控制电路、电流给定电路、输出特性控制电路组成；主要是完成上电缓冲控制、直流母线电压识别控制、整流滤波、逆变、输出整流、各直流工作电源的产生、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的负反馈控制工作。

所述的直流母线电压识别控制电路由二极管、稳压管、三极管、光耦，以及它们外围器件组成，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。

本发明焊机的内部部分主要包括：PCB1电路板4及其该电路板上的IGBT及其散热器5、变压器I6、稳压器及其散热器7、电阻8等器件。PCB1电路板4完成加工后，放置到塑料护盒I 9中，并灌注绝缘材料，可保证PCB1电路板4具有防水、防霉、防振、防腐蚀、防尘的保护性能。塑料护盒I 9固定在其下方的散热器I 10和散热器II 11以及散热器III 13上。输入整流桥18和IGBT17以及过热保护器16安装在它们的散热器IV 15上。PCB4电路板38则直接焊装在输入整流桥18上。继电器20、变压器III 19、变压器II 14、电容器12是焊接安装在PCB2电路板21上的。焊接在PCB2电路板21上的IGBT是分别压紧安装到散热器IV 15（该散热器上的IGBT就是IGBT 17。它是逆变主电路中的几个IGBT之一）、散热器I 10和散热器II 11上的。焊接在PCB2电路板21上的逆变主电路中的输出快恢复二极管，则是压紧安装到散热器III 13上。PCB2电路板21完成加工后，放置到塑料护盒II 22中，并灌注绝缘材料，可保证PCB2电路板21具有防水、防霉、防振、防腐蚀、防尘的保护性能。塑料护盒II 22通过两个螺丝固定在机壳底板28上。逆变主电路中的主变压器37也通过螺丝固定在机壳底板28上。上述部分，组成焊机的机芯部分。挡风板23的进风口部分套在风扇27上。挡风板23的长方形侧边板部分，利用两个塑料支撑条I和II的压紧作用，通过四个螺丝固定到散热器I 10和散热器II 11以及散热器III 13上。而两个塑料支撑条I和II是固定到焊机底板28上的。因此，这两个塑料支撑条I和II也起到支持焊机中间的焊机机芯电路部件的作用。

本发明焊机前面板上安装的零部件主要有：前塑料面板36、PCB3电路板31、前板32、焊接电流调节电位器33、正极性输出焊接电缆耦合器或输出快速接头座组件34、负极性输出焊接电缆耦合器或输出快速接头座组件35。PCB3电路板31完成加工后，放置到一个塑料护盒中，并灌注绝缘材料，可保证PCB3电路板31具有防水、防霉、防振、防腐蚀、防尘的保护性能。正、负极的输出电缆耦合器或输出快速接头座组件用于分别连接电焊钳焊接电缆和工件夹焊接电缆。连接时的极性（即工件接正还是接负极性输出）可根据电焊条的种类或焊接工艺的要求决定。（过流或过热）保护指示灯（黄色）位于PCB3电路板31上，用于指示过热或过流状态是否发生。例如，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。后面板24上安装的风扇27及其挡风板23等形成良好的冷却风道，其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，热保护器恢复，焊机过热现象消除。该指示灯熄灭。焊机可再次进行焊接。电流调节电位器用于进行输出电流调节；PCB3电路板31上的电流表则用于显示电流参数。

本发明焊机后面板上安装的零部件主要有：后塑料面板24、冷却风扇27、电源开关25、电源输入电缆26部分。电源线26通过供电电缆接到电源电网。电源开关控制焊机电源的通或断。冷却风扇27位于焊机的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进入。同时，通过挡风板23、PCB2电路板及其塑料绝缘盒22等构成的良好风道，冷却风扇产生的冷风可对焊机内部的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器（10,11和16）、快速恢复二极管及散热器13等进行强迫风冷，使它们得到较好的冷却，以保障焊机电路工作的可靠性。

焊机的开关电源控制电路部分、输出电流的显示和控制电路部分、直流母线电压识别控制电路部分，以及一些大的元器件或零部件外，其余的很多元器件或零部件是布局、焊装在PCB2电路板上的，上述的各个零部件、各控制板电路，包括焊机的其它零部件之间，按照本发明的电路原理图关系连接在一起，完成电焊机的各项控制要求。

本发明设计了新的焊机结构和控制电路，实现了三相380V供电电源下采用单管IGBT输出大电流手工电弧焊作业的要求，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。本发明焊机的结构和电路设计有自己的独特之处。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路原理图（一）；

图3是本发明的电路原理图（二）；

图4是本发明的电路原理图（三）；

图5是本发明的电路原理图（四）；

附图中各部件的名称如下：1、螺丝；2、提手；3、外壳，4、PCB1电路板；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电路板；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电路板；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电路板。

具体实施方式

如附图1所示，是利用本发明制成的示例焊机的结构示意图。焊机的主要组成部分包括：

1）外壳部分。零部件主要有：提手2、机壳3和底板28等部分。

2）焊机内部部分。包括：PCB1电路板4及其该电路板上的IGBT及其散热器5、变压器I6、稳压器及其散热器7、电阻8等器件。PCB1电路板4完成加工后，放置到塑料护盒I 9中，并灌注绝缘材料，可保证PCB1电路板4具有防水、防霉、防振、防腐蚀、防尘的保护性能。塑料护盒I 9固定在其下方的散热器I 10和散热器II 11以及散热器III 13上。输入整流桥18和IGBT17（该IGBT是逆变主电路中的开关器件之一）以及过热保护器16安装在它们的散热器IV 15上。PCB4电路板38则直接焊装在输入整流桥18上。继电器20、变压器III 19、变压器II14、电容器12是焊接安装在PCB2电路板21上的。焊接在PCB2电路板21上的IGBT是分别压紧安装到散热器IV 15（该散热器上的IGBT就是IGBT 17。它是逆变主电路中的几个IGBT之一）、散热器I 10和散热器II 11上的。焊接在PCB2电路板21上的逆变主电路中的输出快恢复二极管，则是压紧安装到散热器III 13上。PCB2电路板21完成加工后，放置到塑料护盒II22中，并灌注绝缘材料，可保证PCB2电路板21具有防水、防霉、防振、防腐蚀、防尘的保护性能。塑料护盒II 22通过两个螺丝固定在机壳底板28上。逆变主电路中的主变压器37也通过螺丝固定在机壳底板28上。上述部分，组成焊机的机芯部分。挡风板23的进风口部分套在风扇27上。挡风板23的长方形侧边板部分，利用两个塑料支撑条I和II的压紧作用，通过四个螺丝固定到散热器I 10和散热器II 11以及散热器III 13上。而两个塑料支撑条I和II是固定到焊机底板28上的。因此，这两个塑料支撑条I和II也起到支持焊机中间的焊机机芯电路部件的作用。

3）前面板部分。其零部件主要有：前塑料面板36、PCB3电路板31、前板32、焊接电流调节电位器33、正极性输出焊接电缆耦合器或输出快速接头座组件34、负极性输出焊接电缆耦合器或输出快速接头座组件35。PCB3电路板31完成加工后，放置到一个塑料护盒中，并灌注绝缘材料，可保证PCB3电路板31具有防水、防霉、防振、防腐蚀、防尘的保护性能。正、负极的输出电缆耦合器或输出快速接头座组件用于分别连接电焊钳焊接电缆和工件夹焊接电缆。连接时的极性（即工件接正还是接负极性输出）可根据电焊条的种类或焊接工艺的要求决定。（过流或过热）保护指示灯（黄色）位于PCB3电路板31上，用于指示过热或过流状态是否发生。例如，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。后面板24上安装的风扇27及其挡风板23等形成良好的冷却风道，其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，热保护器恢复，焊机过热现象消除。该指示灯熄灭。焊机可再次进行焊接。电流调节电位器用于进行输出电流调节；PCB3电路板31上的电流表则用于显示电流参数。

4）后面板部分。零部件主要有：后塑料面板24、冷却风扇27、电源开关25、电源输入电缆26部分。电源线26通过供电电缆接到电源电网。电源开关控制焊机电源的通或断。冷却风扇27位于焊机的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进入。同时，通过挡风板23、PCB2电路板及其塑料绝缘盒22等构成的良好风道，冷却风扇产生的冷风可对焊机内部的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器（10,11和16）、快速恢复二极管及散热器13等进行强迫风冷，使它们得到较好的冷却，以保障焊机电路工作的可靠性。

除了附图3焊机的开关电源控制电路部分（对应附图1中PCB1电路板）、输出电流的显示和控制电路部分（对应附图1中PCB3电路板）、直流母线电压识别控制电路部分（对应附图1中PCB4电路板），以及一些大的元器件或零部件（如逆变主变压器、四个滤波电解电容、散热器等）外，其余的很多元器件或零部件是布局、焊装在附图1中PCB2电路板上的。上述的各个零部件、各控制板电路，包括焊机的其它零部件之间，按照本发明的电路原理图关系连接在一起。完成电焊机的各项控制要求。

本发明焊机电路的工作原理简述如下：

如附图2所示。电网电源通过开关输入到焊机的输入端。AC1~AC3端连接到三相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，经三相整流桥整流后，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。

上电缓冲限流热敏电阻RT1和继电器JDQ1A（其触点为JDQ1B），以及该继电器的控制电路（包括：三极管Q6、Q7；光耦U4；电容EC6；电阻R24，以及它们周围的一些器件，见附图2中的左边电路部分），共同组成焊机的上电缓冲控制电路。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大电解电容起着滤波的作用。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。

全桥逆变主电路由电源开关、输入整流桥、RT1热敏电阻、JDQ1A继电器及其触点JDQ1B、EC1~EC4大电解电容滤波电路、IGBT1~IGBT4管、逆变主变压器B、DD1~DD6快速恢复二极管等构成的输出整流电路等部分组成。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，直流母线电压VCC供给由IGBT1~IGBT4管、逆变主变压器B和DD1~DD6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。逆变变压器B实现电压降压和大电流输出的变换。DD1~DD6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。逆变初级电流检测互感器T5用于检测逆变主变初级的电流大小，实现逆变初级或母线过流的反馈控制；输出端分别连接的CC3和CC4电容为抗干扰电容，以保障控制回路不受来自焊接回路的干扰信号的影响。下面结合各个部分的控制电路原理图，对相关的电路工作原理进行说明：

见附图2，二极管D10和电阻R21、光耦U4、电阻R24～R25和R27～R28、三极管Q6等组成欠压和过压保护控制电路。当检测到的电源电压低于一定值时，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D11的箝位作用。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一定值时，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、继电器JDQ1造成控制的不良影响。这就实现了焊机的“过压”保护控制。

附图2和附图5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5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。

附图3部分是附图1中PCB1电路板部分的原理图。也就是焊机的开关电源控制电路部分。该开关电源电路由T1开关电源变压器、VT1 IGBT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VT1MOS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5，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5中）D1~D4二极管、电阻（附图5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5，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5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5，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5，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5，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5，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。也就是附图1中PCB3电路板部分的原理图。其原理是：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。这样就极大地方便了用户的操作。

附图4部分是附图1中PCB4电路板部分的原理图。也就是焊机的直流母线电压识别控制电路部分。见附图4，直流母线电压识别保护电路由稳压管1D15、1VD4～1VD5和1VD3，三极管1Q3和1Q4，光耦1IC3和1IC4，以及它们外围的器件组成。通过1CN6插头，可使光耦1IC4的输出端连接到附图5中的BH保护电路中。不同的输入电压，通过整流桥的整流和电解电容的滤波，会产生不同的VCC母线直流电压。C插头处的24V电源，来自开关电源电路。该电路通过检测三相整流输出的直流母线电压VCC进行相应的控制。在380V输入电源电网下，当出现欠压现象，即输入电压在300V～260V之间时，焊机附图5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1D15、1VD3稳压管没有击穿、不稳压，光耦1IC3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1Q3导通，1Q4截止。类似地，会使光耦1IC4中输出级的三极管导通。由于1CN6插头是连接在（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1D15、1VD3稳压管击穿、稳压，光耦1IC3中的发光二极管发光，其输出级的三极管导通时，三极管1Q3截止，1Q4导通，会使光耦1IC4中输出级的三极管截止。此时，焊机才能有输出电流。

除了附图3焊机的开关电源控制电路部分（对应附图1中PCB1电路板）、输出电流的显示和控制电路部分（对应附图1中PCB3电路板）、直流母线电压识别控制电路部分（对应附图1中PCB4电路板），以及一些大的元器件或零部件（如逆变主变压器、四个滤波电解电容、散热器等）外，其余的很多元器件或零部件是布局、焊装在附图1中PCB2电路板上的。上述的各个零部件、各控制板电路，包括焊机的其它零部件之间，按照本发明的电路原理图关系连接在一起。完成电焊机的各项控制要求。

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5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。

以上是本发明各电路部分及焊接方法的简要控制过程说明。因阐述电路原理比较复杂。以上仅给出控制的一些主要方法、思想和结果。但由于本发明已给出了详细的电路原理图，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。电路图也是一种无声的语言。但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，本专利说明书只能阐述主要的部分，以使专利说明书阅读人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，本实发明电路设计新颖，有自己独特的设计思路和方法。可实现单管IGBT逆变手工电弧焊作业的要求。焊机具有低成本和高可靠性等优点。本发明焊机的设计有自己的独特之处。也是申请本专利保护的根本目的所在。

以上内容是结合具体的焊机结构和电路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专利保护的范畴。

Claims (3)

1.一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，包括外壳部分和内部的控制电路部分，外壳部分主要包括提手、机壳和底板；其特征在于：内部控制电路部分的电路板设计为4块分别为：开关电源控制电路PCB1电路板、PCB2电路板、输出电流的显示和控制电路PCB3电路板和直流母线电压识别控制电路PCB4电路板；

1）开关电源控制电路PCB1电路板放置在塑料护盒中，并灌注绝缘材料,该塑料护盒固定在其下方的散热器上；

2）直流母线电压识别保护控制电路PCB4电路板直接焊装在输入整流桥上；

3）输出电流的显示和控制电路PCB3电路板放置在塑料护盒中，并灌注绝缘材料；该塑料护盒固定在焊机前面板上；

4）除了上述电路板，另外的一块PCB2电路板也放置在塑料护盒中，并灌注绝缘材料；并通过螺丝把该护盒固定在焊机的底板上；

5）挡风板的进风口部分套在风扇上；挡风板的长方形侧边板部分，利用两个塑料支撑条的压紧作用，通过四个螺丝固定到散热器上，而两个塑料支撑条固定到焊机底板上，两个塑料支撑条起到支持焊机中间的机芯电路部件的作用，挡风板、PCB2电路板及其塑料绝缘盒等构成的良好风道。

2.如权利要求1所述的一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，其特征在于：内部控制电路部分包括上电缓冲电路、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、欠压和过压及过热保护检测控制电路、电流给定电路、输出特性控制电路组成；主要是完成上电缓冲控制、直流母线电压识别控制、整流滤波、逆变、输出整流、各直流工作电源的产生、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的负反馈控制工作。

3.如权利要求1所述的一种三相电源IGBT单管逆变手弧焊机，其特征在于：所述的直流母线电压识别控制电路由二极管、稳压管、三极管、光耦，以及它们外围器件组成，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。