CN108566099A - 一种全网通输入逆变数字化焊机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全网通输入逆变数字化焊机，属于焊接电路技术领域。它解决了现有电焊机没有实现真正意义上的全电压的问题。本全网通输入逆变数字化焊机，包括依次连接的电源输入、一次整流滤波电路、逆变电路、主变压器降压隔离、二次整流滤波电路和整机输出，一次整流滤波电路和MCU控制系统之间连接有电压区间判断电路，MCU控制系统包括逻辑判断单元IC4、电压检测IC5和转换控制器IC6，电压区间判断电路通过依次串联的分压电阻R1、R2、R3、R4，经过比较器IC1、IC2、IC3中的基准电压V1、V2、V3进行比较，并由逻辑判断单元IC4判断输入并将信号传输至转换控制器IC6，其中MCU控制系统中的电压检测IC5负责采集处理，转换控制器IC6和逆变电路之间设置有升降压电路。本发明具有全电压通用的优点。

Description

一种全网通输入逆变数字化焊机

技术领域

本发明属于焊接电路技术领域，涉及一种电焊机，特别涉及一种全网通输入逆变数字化焊机。

背景技术

现有的逆变焊接设备是将三相交流电经整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由功率开关元件一般为IGBT或场效应管组成的逆变电路将该直流电变为15至100kHz的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流或再次逆变输出所需频率的交流电。

传统的电焊机只能工作在一种电网电源或者有人工开关实现电网电压的手动切换，而国际上各个国家之间的电网电压往往不同，因此针对复杂的电网环境无法通用的正常工作，单一的电网电源无法实现在多种输入电源供电场合下，单相供电，造成电网不平衡，影响其设备工作。

目前关于全电压输入方面的电焊机，例如专利网上所公布的专利号为CN201410345137.0的全电压输入的电焊机及其控制系统，该篇专利中主要通过BUCK降压电路对高电压进行降压处理，采用该控制系统的电焊机由于缺少升压拓扑结构实际上在低压情况下是无法稳定工作的，并没有实现真正意义上的全电压。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种全网通输入的逆变焊机，该焊机可以在单相或三相AC90V～575V间任意使用，满足全世界客户的需求。

世界各国的商用交流电源的电压各有其值，范围从90V到575V，具体数据为：90V、115V、200V、208V、220V、230V、240V、380V、400V、410V、440V、460V、575V。

作为通过驳接商用交流电源获得电能的逆变电焊机或电镀、电冶等电源要适应如此宽的电压范围，需要有合适的电路拓扑结构和相应的控制软件来完成。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种全网通输入逆变数字化焊机，包括依次连接的电源输入、一次整流滤波电路、逆变电路、主变压器降压隔离、二次整流滤波电路和整机输出，所述的逆变电路和整机输出之间连接有电压电流反馈、MCU控制系统和PWM控制IC7，其特征在于，所述的一次整流滤波电路和MCU控制系统之间连接有电压区间判断电路，所述的MCU控制系统包括逻辑判断单元IC4、电压检测IC5和转换控制器IC6，所述的电压区间判断电路通过依次串联的分压电阻R1、R2、R3、R4，经过比较器IC1、IC2、IC3中的基准电压V1、V2、V3 进行比较，并由逻辑判断单元IC4判断输入并将信号传输至转换控制器IC6，其中MCU控制系统中的电压检测IC5负责采集处理，所述的转换控制器IC6和逆变电路之间设置有升降压电路，所述的升降压电路包括由绝缘栅电力半导体器件Q2、电感L2 、二极管 D2组成的BOOST升压电路，和由绝缘栅电力半导体器件Q1组成的BUCK降压电路。

本全网通输入电源逆变数字化焊机采用ST半导体公司高性能ARM处理器STM32F051R8T6而开发的控制软件，实现了逆变电焊机或电镀、电冶等其他逆变电源的逆变器前级供电电源的数字化控制，为这些逆变器提供全网压范围的适应能力。

通过将世界各国的商用交流电源的电压分为三组，低压组：90V、115V、200V、208V、220V、230V和240V；中压组：380V、400V、410V、440V、460V和高压组：575V。对于低压组电压90V、115V、200V、208V、220V、230V和240V等电压，该电路采用三相桥式整流级联BOOST斩波并联升压电路和单组逆变器拓扑结构；对于中压组：380V、400V、410V、440V、460V等电压，该电路采用三相桥式整流和单组逆变器拓扑结构；对于高压组575V电网电压，该电路采三相桥式整流级联BUCK串联斩波降压电路和单组变器拓扑结构。

在上述的一种全网通输入逆变数字化焊机中，所述的电压检测IC5和电压区间判断电路上还连接有稳压控制电路IC8，所述的PWM控制IC7采用开关稳压模式，将引入本电路输出电压反馈信号进行稳压反馈调节控制。

在上述的一种全网通输入逆变数字化焊机中，所述的整机输出中连接有电流检测，并将检测信号反馈给PWM控制IC7。

在上述的一种全网通输入逆变数字化焊机中，所述的MCU控制系统采用的是ARM处理器STM32F051R8T6。

在上述的一种全网通输入逆变数字化焊机中，所述的MCU控制系统通过连接控制面板实现控制。

与现有技术相比，本全网通输入逆变数字化焊机通过对世界商用电压中的低电压组输入进行升压，中电压组进行直通，高电压组进行降压真正意义上实现了全电压通用的优点。

附图说明

图1是本逆变数字化焊机的电路原理图。

图2是本逆变数字化焊机的结构框图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2所示，本发明具体实现的硬件原理和方法如下：商业电压通过电源进线U、V、W 三根或其中两根电源线引入本设备，通过空气开关K1送到整流桥BD1整流，整流后的电压存储在电容器C4上， C4滤除了整流后的大量纹波，使得电容器C4上的电压基本平稳。

整流后的直流电压经过分压电阻R1、R2、R3、R4采样，分别通过比较器IC1、IC2、IC3和基准电压V1、V2、V3 进行比较，得出比较结果，由MCU控制系统的逻辑判断单元IC4判断输入本设备的商用电源电压属于我们规定的低压组90V~290V；中压组300V~500V和高压组500V以上的中的哪一个电压区间，从而告知MCU控制系统的转换控制器IC6。

MCU控制系统的转换控制器IC6得知电压区间后，确定主电路是采用升压稳压模式，直通模式还是降压稳压模式。

升压稳压模式和降压稳压模式采用PWM开关稳压模式，引入本电路输出电压反馈信号进行稳压反馈调节控制。MCU控制系统中电压反馈信号由电压检测IC5负责采集处理，处理后的电压信号送转换器控制IC6的误差比较、放大、调节和PWM调制单元，转化控制器IC6会根据输入本设备的商用电压区别的输出控制信号如直通高电压信号、截止低电压信号和脉宽调制PWM信号，采用MCU处理器STM32F051R8T6实现这一逻辑功能如下：

商业电网电压整流后通过分压电阻（R1、R2、R3、R4）分压后和基准电压（V1、V2、V3）进行比较，将结果数据送到MCU控制系统中逻辑判断单元IC4进行逻辑判断，判断是属于高、中、低三组电压中的哪一组。

判断后会输出相应的控制指令，使得执行器件绝缘栅电力半导体器件Q1、Q2工作在直通、断开和PWM开关等状态，以此达到为逆变器提供稳定电压的目的（见表一）。

表一

MCU控制系统输出的PWM信号是脉冲宽度被调制了的信号，输出电压是受到脉冲的占宽比影响，其电压反馈、误差比较放大和PWM控制IC7产生调制是这样的： MCU控制系统通过电压检测IC5检测其输出电压，通过A/D 转换，和标准值进行比较，得出误差数据值，通过MCU反馈控制和误差放大调节PID积分和PWM产生于调制程序，使得PWM的脉冲宽度根据输出电压的误差而调节变化，最终输出稳定电压送至逆变电路。

全球不同商用电网驳接时具体的工作状态描述如下：

1、当输入本设备的商用电网电源电压属于我们规定的低压组（90V~290V）时，商用电网电压通过分压电阻分压后和基准电压进行比较，通过逻辑判断单元IC4判断输入商用电网电压为低压组，于是输出相应的控制指令，使得执行器件绝缘栅电力半导体器件Q1工作在直通状态，而绝缘栅电力半导体器件Q2则工作在BOOST 升压PWM状态，绝缘栅电力半导体器件Q2和电感L2二极管D2组成BOOST升压电路。

这样，较低的商用电网电压通过直通的Q1和Q2的PWM升压稳压后，变成较高的稳定电压提供给逆变电路，使得整个电源设备可以工作在全球商用电网电压的低压组。

2、输入本设备的商用电网电源电压属于我们规定的中压组（300V~500V）时，商用电网电压通过分压电阻分压后和基准电压进行比较，结果数据送到逻辑判断单元IC4判断输入商用电网电压为中压组，于是输出相应的控制指令，使得执行器件绝缘栅电力半导体器件 Q1工作在直通状态，而绝缘栅电力半导体器件 Q2则工作在断开状态。

这样，使得较合适的中等电压值商用电网电压通过直通的 Q1后提供给逆变电路，整个电路无需对中压组商用电网电压作升压、降压和稳压处理，电源设备可以稳定的工作在全球商用电网电压的中压组。

3、当输入本设备的商用电网电源电压属于我们规定的高压组：即500V以上电压时，商用电网电压通过分压电阻分压后和基准电压进行比较，结果数据送到逻辑判断单元IC4判断为输入商用电网电压为高电压组，于是输出相应的控制指令，该指令使得执行器件绝缘栅电力半导体器件 Q1工作在 BUCK PWM降压状态，而绝缘栅电力半导体器件 Q2则工作在断开状态。

这样，使得较高的商用电网电压通过PWM降压状态的绝缘栅电力半导体器件Q1后提供给逆变电路，相当于变成较低的稳定电压提供给逆变电路，使得整个电源设备可以工作在全球商用电压的高压组。

综上所述：采用本MCU控制系统和绝缘栅电力半导体器件电力变换系统组成的全电压范围逆变式电焊机，可以通过硬件采样和执行，软件判别、运算和控制达到适合90V到575V，50Hz到60Hz的商用电全电压运行的效果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种全网通输入逆变数字化焊机，包括依次连接的电源输入、一次整流滤波电路、逆变电路、主变压器降压隔离、二次整流滤波电路和整机输出，所述的逆变电路和整机输出之间连接有电压电流反馈、MCU控制系统和PWM控制IC7，其特征在于，所述的一次整流滤波电路和MCU控制系统之间连接有电压区间判断电路，所述的MCU控制系统包括逻辑判断单元IC4、电压检测IC5和转换控制器IC6，所述的电压区间判断电路通过依次串联的分压电阻R1、R2、R3、R4，经过比较器IC1、IC2、IC3中的基准电压V1、V2、V3进行比较，并由逻辑判断单元IC4判断输入并将信号传输至转换控制器IC6，其中MCU控制系统中的电压检测IC5负责采集处理，所述的转换控制器IC6和逆变电路之间设置有升降压电路，所述的升降压电路包括由绝缘栅电力半导体器件Q2、电感L2 、二极管 D2组成的BOOST升压电路，和由绝缘栅电力半导体器件Q1组成的BUCK降压电路。

2.根据权利要求1所述的一种全网通输入逆变数字化焊机，其特征在于，所述的电压检测IC5和电压区间判断电路上还连接有稳压控制电路IC8，所述的PWM控制IC7采用开关稳压模式，将引入本电路输出电压反馈信号进行稳压反馈调节控制。

3.根据权利要求1所述的一种全网通输入逆变数字化焊机，其特征在于，所述的整机输出中连接有电流检测，并将检测信号反馈给PWM控制IC7。

4.根据权利要求1所述的一种全网通输入逆变数字化焊机，其特征在于，所述的MCU控制系统采用的是ARM处理器STM32F051R8T6。

5.根据权利要求1或4所述的一种全网通输入逆变数字化焊机，其特征在于，所述的MCU控制系统通过连接控制面板实现控制。