CN108856979B - 一种电池式自保护半自动送丝焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接设备技术领域，特别涉及一种电池式自保护半自动送丝焊机，包括焊枪、焊机外壳、设置在焊机外壳内的焊机电路、供电电源和送丝电机，焊机电路的输入端连接供电电源，焊机电路的输出端连接焊枪，送丝电机用于实现送丝的自动化，所述焊机电路包括BUCK电路、BUCK驱动电路、电压电流采样电路、PWM脉宽调制电路、送丝电机驱动电路，其中，所述送丝电机驱动电路连接有供电电源和送丝电机，所述BUCK电路的连接有供电电源、BUCK驱动电路以及焊机输出端，所述BUCK驱动电路的一端连接PWM脉宽调制电路，另外一端连接BUCK电路。该送丝焊机解决了现有的半自动送丝焊机需大功率输入电源的问题，设备体积小、轻巧、便携，适合户外焊接，同时实现了半自动送丝焊接。

Description

一种电池式自保护半自动送丝焊机

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，特别涉及一种电池式自保护半自动送丝焊机。

背景技术

电焊机使用电能源，利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料，来达到使它们结合的目的，电焊机因操作简单，使用方便，速度较快，焊接后焊缝结实等优点广泛用于各个领域。

但是，现有的半自动送丝焊机需大功率输入电源,无法在缺乏外接电源的户外场地使用，另外，现有的半自动送丝焊机需配备气瓶及气体加热减压装置，整体装置笨重，不方便移动施工。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种电池式自保护半自动送丝焊机，用以解决现有的半自动送丝焊机需大功率输入电源的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电池式自保护半自动送丝焊机，包括焊枪、焊机外壳、设置在焊机外壳内的焊机电路、供电电源和送丝电机，焊机电路的输入端连接供电电源，焊机电路的输出端连接焊枪，送丝电机用于实现送丝的自动化，所述焊机电路包括BUCK电路、BUCK驱动电路、电压电流采样电路、PWM脉宽调制电路、送丝电机驱动电路，其中，所述送丝电机驱动电路连接有供电电源和送丝电机，所述BUCK电路的连接有供电电源、BUCK驱动电路以及焊机输出端，所述BUCK驱动电路的一端连接PWM脉宽调制电路，另外一端连接BUCK电路，所述电压电流采样电路的一端连接焊机电路输出端，另外一端连接PWM脉宽调制电路；

BUCK电路包括防反接电路、接口P1、接口P2、接口P3、电感L1、二极管D2和开关管Q1，其中，接口P3的一端耦接供电电源，另外一端耦接防反接电路，开关管Q1的输入端连接防反接电路，输出端连接电感L1，接口P2连接BUCK驱动电路，接口P2的引脚2连接开关管Q1的驱动端，接口P2的引脚1连接开关管Q1的输出端，二极管D2的一端连接接口P3的引脚1，另外一端连接电感L1，电感L1的一端连接开关管Q1的输出端，另外一端连接接口P1的引脚1,接口P1的引脚2连接接口P3的引脚1，接口P1还连接有焊机电路的输出端。

作为一种改进：所述供电电源为电池组。

作为一种改进：所述防反接电路包括电阻R1、二极管D1、继电器触点J1B、电容C1和电阻R2,其中，所述二极管D1的一端连接接口P3的引脚2，另外一端连接电阻R1，所述电阻R1的一端连接二极管D1，另外一端连接开关管Q1，继电器触点J1B的一端连接接口P3的引脚2，另外一端连接开关管Q1，电容C1的输入端连接开关管Q1，所述电容C1的输出端连接接口P1的引脚1,电阻R2的一端连接电容C1的输入端，另外一端连接电容C1的输出端。

作为一种改进：所述PWM脉宽调制电路包括震荡电路和方波输出电路，震荡电路由电阻R11、电阻R12、电阻R13、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和电容C6组成，所述震荡电路用于产生固定频率的锯齿波，所述方波输出电路用于将锯齿波修改为脉宽可调节的方波，并输出PWM脉宽波形。

作为一种改进：所述方波输出电路包括有接口P5、接口P4,其中，接口P5用于输入PWM脉宽给定信号，接口P4将PWM脉宽波形输出至BUCK驱动电路。

作为一种改进：所述方波输出电路还包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C、与非门施密特触发器U2A、与非门施密特触发器U2B、与非门施密特触发器U2C、与非门施密特触发器U2D，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C的反相输入端耦接三极管Q4的集电极和三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极通过二极管D5连接接口P5、通过电阻R10连接与非门施密特触发器U2C，运算放大器的输出端通过电阻R4连接与非门电路U2B输入端，与非门施密特触发器U2B的输出端耦接接口P4的引脚1。

作为一种改进：所述送丝电机驱动电路包括控制器U1、开关管VT2、接口P10，控制器U1可产生电机的PWM信号，并控制开关管VT2实现送丝电机的恒定转速运行，所述开关管通过接口P10连接送丝电机。

本发明的有益效果：

1.解决现有的半自动送丝焊机需大功率输入电源的问题；

2.设备体积小、轻巧、便携，适合户外焊接，同时实现了半自动送丝焊接；

3.焊丝药芯在焊接过程中产生的气体能保护焊接熔池，无需配备气瓶及气体加热减压装置。

附图说明

图1为焊机电路整体连接框图；

图2为BUCK电路连接示意图；

图3为PWM脉宽调制电路连接示意图；

图4为送丝电机驱动电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合具体情况说明本发明的示例性实施例：

具体实施方式一：在本实施例中，开关管Q1为场效应管，供电电源为电池组。

请参考图1，一种电池式自保护半自动送丝焊机，包括焊枪、焊机外壳、设置在焊机外壳内的焊机电路、供电电源和送丝电机，焊机电路的输入端连接供电电源，焊机电路的输出端连接焊枪，送丝电机用于实现送丝的自动化，所述焊机电路包括BUCK电路、BUCK驱动电路、电压电流采样电路、PWM脉宽调制电路、送丝电机驱动电路，其中，送丝电机驱动电路连接有供电电源和送丝电机，BUCK电路的连接有供电电源、BUCK驱动电路以及焊机输出端，BUCK驱动电路的一端连接PWM脉宽调制电路，另外一端连接BUCK电路，电压电流采样电路的一端连接焊机电路输出端，另外一端连接PWM脉宽调制电路；

请参考图2，BUCK电路包括防反接电路、接口P1、接口P2、接口P3、电感L1、二极管D2和场效应管Q1，其中，接口P3的一端耦接供电电源，另外一端耦接防反接电路，场效应管Q1的源极连接防反接电路，漏极连接电感L1，接口P2连接BUCK驱动电路，接口P2的引脚2连接开关管Q1的栅极，接口P2的引脚1连接开关管Q1的漏极，二极管D2的一端连接接口P3的引脚1，另外一端连接电感L1，电感L1的一端连接开关管Q1的漏极，另外一端连接接口P1的引脚1,接口P1的引脚2连接接口P3的引脚1，接口P1还连接有焊机电路的输出端。

防反接电路包括电阻R1、二极管D1、继电器触点J1B、电容C1和电阻R2,其中，所述二极管D1的一端连接接口P3的引脚2，另外一端连接电阻R1，所述电阻R1的一端连接二极管D1，另外一端连接场效应管Q1，继电器触点J1B的一端连接接口P3的引脚2，另外一端连接场效应管Q1，电容C1的输入端连接场效应管Q1，所述电容C1的输出端连接接口P1的引脚1,电阻R2的一端连接电容C1的输入端，另外一端连接电容C1的输出端。

防反接电路的具体原理为：二极管D1及继电器触点J1B可实现电池组防反接功能，防止电池极性接反而损坏电路。当电池极性接反，二极管D1截止，继电器触点J1B断开，电池组无法给后续电路供电，有效地保护了其他电路。电阻R1、二极管D1、继电器触点J1B可实现软启动，在开机瞬间通过二极管D1、电阻R1给电容C1充电，等电容C1电压充到一定电压后，闭合继电器触点J1B从而实现软启动，在本实施例中，电阻R2为电容C1的放电电阻，D2为续流二极管，L1为滤波电感。

请参考图3，PWM脉宽调制电路包括震荡电路和方波输出电路，震荡电路由电阻R11、电阻R12、电阻R13、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和电容C6组成，所述震荡电路用于产生固定频率的锯齿波，方波输出电路用于将锯齿波修改为脉宽可调节的方波，并输出PWM脉宽波形。方波输出电路包括有接口P5、接口P4,其中，接口P5用于输入PWM脉宽给定信号，接口P4将PWM脉宽波形输出至BUCK驱动电路；方波输出电路还包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C、与非门施密特触发器U2A、与非门施密特触发器U2B、与非门施密特触发器U2C、与非门施密特触发器U2D，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C的反相输入端耦接三极管Q4的集电极和三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极通过二极管D5连接接口P5、通过电阻R10连接与非门施密特触发器U2C，运算放大器的输出端通过电阻R4连接与非门电路U2B输入端，与非门施密特触发器U2B的输出端耦接接口P4的引脚1。

焊机功率输出调节原理：通过接口P5输入PWM脉宽给定信号,该信号由焊接参数设定信号与焊机输出端电压电流采样信号通过比例积分微分获得，BUCK驱动电路的一端连接PWM脉宽调制电路，另外一端连接BUCK电路。

焊接参数设定信号(该设定参数决定焊机输出电压电流大小)与焊机输出端电压电流采样电路的反馈信号(焊机实际输出电压电流大小)比例积分微分后，从P5输入来控制PWM脉宽(即方波占空比)的大小，并输出方波信号控制BUCK驱动电路，BUCK驱动电路将信号隔离放大后，通过接口P2控制场效应管Q1，场效应管Q1的开通关闭时间的比例(占空比)，决定焊机输出的电压电流大小。如果设定值大于实际值，PWM脉宽增大；如果实际值大于设定值，PWM脉宽减小。PWM脉宽增大，场效应管Q1开通时间增大，输出电压电流增大。PWM脉宽减小，场效应管Q1开通时间减小，输出电压电流减小。通过不断采样焊机输出端电压电流信号，来闭环控制PWM脉宽信号，实现焊机输出端电压电流的稳定。

请参考图4，送丝电机驱动电路包括控制器U1、开关管VT2、接口P10，控制器U1可产生电机的PWM信号，并控制开关管VT2实现送丝电机的恒定转速运行，开关管通过接口P10连接送丝电机。

送丝电机驱动电路电机转速控制原理：控制器U1产生电机的PWM信号，控制送丝机电路的开关管VT2，实现某个送丝速度设定值的恒定转速运行。送丝速度设定值变大，控制器U1产生的电机PWM信号占空比变大，送丝电机转速提高；送丝速度设定值变小，占空比变小，电机转速下降。控制器U1通过采集电机的电流电压反馈信号与送丝速度设定信号，来闭环控制PWM信号，实现电机在某个送丝速度设定值下恒定转速运行。

具体实施方式二：开关管Q1可为IGBT、三极管等。

该焊机的具体工作原理：该焊机包含BUCK电路、BUCK驱动电路、电压电流采样电路、PWM脉宽调制电路、送丝电机驱动电路。首先通过接口P5输入PWM脉宽给定信号,该信号由焊接参数设定信号与焊机输出端电压电流采样信号通过比例积分微分获得。

其次，焊接参数设定信号(该设定参数决定焊机输出电压电流大小)与焊机输出端电压电流采样电路的反馈信号(焊机实际输出电压电流大小)比例积分微分后，从接口P5的输入来控制PWM脉宽(即方波占空比)的大小，并输出方波信号控制BUCK驱动电路，BUCK驱动电路将信号隔离放大后，通过接口P2控制开关管Q1，开关管Q1的开通关闭时间的比例(占空比)，决定焊机输出的电压电流大小。如果设定值大于实际值，PWM脉宽增大；如果实际值大于设定值，PWM脉宽减小。PWM脉宽增大，开关管Q1开通时间增大，输出电压电流增大。PWM脉宽减小，开关管Q1开通时间减小，输出电压电流减小。通过不断采样焊机输出端电压电流信号，来闭环控制PWM脉宽信号，实现焊机输出端电压电流的稳定。

另外，可通过送丝驱动电路来设定送丝速度，控制器U1产生电机的PWM信号，控制送丝机电路的开关管VT2，实现某个送丝速度设定值的恒定转速运行。送丝速度设定值变大，控制器U1产生的电机PWM信号占空比变大，送丝电机转速提高；送丝速度设定值变小，占空比变小，电机转速下降。控制器U1通过采集电机的电流电压反馈信号与送丝速度设定信号，来闭环控制PWM信号，实现电机在某个送丝速度设定值下恒定转速运行。

使用过程中用户只需将焊枪接焊机输出端负极，工件接焊机输出端正极，将药芯自保护焊丝安装至送丝电机上，安装好焊枪及工件接地夹即可实现在小功率输入电源下的药芯自保护焊接。

该送丝焊机通过BUCK电路、BUCK驱动电路、电压电流采样电路、PWM脉宽调制电路，实现在使用小功率输入电源的焊接，解决了现有的半自动送丝焊机需大功率输入电源的问题，同时可实现设备体积小、轻巧、便携，适合户外焊接，送丝电机驱动电路可实现电机在不同焊接参数下的转速的稳定控制。

该焊机的药芯自保护焊接功能由自保护焊丝实现，具体为将焊枪接焊机输出负极，工件接焊机输出正极，将药芯自保护焊丝安装至送丝机构上，安装好焊枪及工件接地夹即可实现药芯自保护焊接，从而无需配备气瓶及气体加热减压装置，解决了气瓶及气体加热减压装置移动不方便等问题。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的具体实施方式进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种电池式自保护半自动送丝焊机，包括焊枪、焊机外壳、设置在焊机外壳内的焊机电路、供电电源和送丝电机，焊机电路的输入端连接供电电源，焊机电路的输出端连接送丝焊枪，送丝电机用于实现送丝的自动化，其特征在于，所述焊机电路包括BUCK电路、BUCK驱动电路、电压电流采样电路、PWM脉宽调制电路、送丝电机驱动电路，其中，所述送丝电机驱动电路连接有供电电源和送丝电机，所述BUCK电路的连接有供电电源、BUCK驱动电路以及焊机输出端，所述BUCK驱动电路的一端连接PWM脉宽调制电路，另外一端连接BUCK电路，所述电压电流采样电路的一端连接焊机电路输出端，另外一端连接PWM脉宽调制电路；

BUCK电路包括防反接电路、接口P1、接口P2、接口P3、电感L1、二极管D2和开关管Q1，其中，接口P3的一端耦接供电电源，另外一端耦接防反接电路，开关管Q1的输入端连接防反接电路，输出端连接电感L1，接口P2连接BUCK驱动电路，接口P2的引脚2连接开关管Q1的驱动端，接口P2的引脚1连接开关管Q1的输出端，二极管D2的一端连接接口P3的引脚1，另外一端连接电感L1，电感L1的一端连接开关管Q1的输出端，另外一端连接接口P1的引脚1,接口P1的引脚2连接接口P3的引脚1，接口P1还连接有焊机电路的输出端；

所述供电电源为电池组；

所述防反接电路包括电阻R1、二极管D1、继电器触点J1B、电容C1和电阻R2,其中，所述二极管D1的一端连接接口P3的引脚2，另外一端连接电阻R1，所述电阻R1的一端连接二极管D1，另外一端连接开关管Q1，继电器触点J1B的一端连接接口P3的引脚2，另外一端连接开关管Q1，电容C1的输入端连接开关管Q1，所述电容C1的输出端连接接口P1的引脚1,电阻R2的一端连接电容C1的输入端，另外一端连接电容C1的输出端；

所述PWM脉宽调制电路包括震荡电路和方波输出电路，震荡电路由电阻R11、电阻R12、电阻R13、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和电容C6组成，所述震荡电路用于产生固定频率的锯齿波，所述方波输出电路用于将锯齿波修改为脉宽可调节的方波，并输出PWM脉宽波形；

所述方波输出电路包括有接口P5、接口P4,其中，接口P5用于输入PWM脉宽给定信号，接口P4将PWM脉宽波形输出至BUCK驱动电路；

所述方波输出电路还包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C、与非门施密特触发器U2A、与非门施密特触发器U2B、与非门施密特触发器U2C、与非门施密特触发器U2D，运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C的反相输入端耦接三极管Q4的集电极和三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极通过二极管D5连接接口P5、通过电阻R10连接与非门施密特触发器U2C，运算放大器的输出端通过电阻R4连接与非门电路U2B输入端，与非门施密特触发器U2B的输出端耦接接口P4的引脚1。

2.根据权利要求1所述的一种电池式自保护半自动送丝焊机，其特征在于，所述送丝电机驱动电路包括控制器U1、开关管VT2、接口P10，控制器U1可产生电机的PWM信号，并控制开关管VT2实现送丝电机的恒定转速运行，所述开关管通过接口P10连接送丝电机。