CN110170725A - 一种具有高抗干扰的液晶显示多功能igbt逆变焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机,焊机内部设计为左、右侧结构,一侧布置电路板、冷却风机等零部件；另一侧布置送丝机构部件；电路板设计为三块。一是液晶屏显示和操作控制板；可实现三种焊接方法的选择；二是主控制板；主要由上电缓冲、整流和滤波、IGBT逆变、主变压器及输出整流、滤波等组成的逆变主电路；开关电源电路；逆变PWM和IGBT驱动电路；送丝和电磁阀控制电路；输出特性控制电路组成；三是EMI输入滤波板；本发明焊机，不仅实现的焊接方法多，操作界面好，而且较好解决了焊机电磁兼容性问题。

Description

一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机

技术领域

本发明涉及一种具有高抗干扰的液晶显示的、IGBT逆变的、带有手工电弧焊和氩弧焊功能的MIG/MAG气体保护焊机，属于逆变焊机技术领域。

技术背景

目前，逆变式MIG/MAG气体保护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电路及其功能和结构设计等方面。

国外市场上，IGBT逆变式MIG/MAG气体保护焊机的额定电流通常在160~650A（负载持续率100~35%）的水平。大多数的此类焊机产品都是单一MIG/MAG气体保护焊功能的，其应用范围会受到一定的限制。另外，焊机的操作界面比较传统，参数显示是普通的数码管，参数调节采用电位器，控制电路用分离元件模拟电路组成。此外，很多的焊机因无法满足EMC电磁兼容性的要求，不能出口到很多国家（如美国、澳大利亚等）或地区（如欧盟），对焊机企业带来不利的影响。

对于具有高抗干扰性或电磁兼容性的、多功能的（即还可采用手工电弧焊、氩弧焊等功能的MIG/MAG气体保护焊）焊机，由于其性能好，适应性更强，因而其市场的范围会更广。产品销售会更加有市场竞争力。然而，此类焊机，不同的电路、电路板和整机结构设计，控制原理和方式不同，电路板和整机的布局等不同，这些都会影响产品的性能、市场竞争力。本发明采用新的控制技术，实现高抗干扰性或电磁兼容性的、多功能化的，液晶屏显示、触摸按键操作，单编码器参数设定，提升了产品的技术含量，同时，也有利于国际市场的产品竞争。因此，开发具有高抗干扰性或电磁兼容性的、多功能化的、技术含量高的逆变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

本发明焊机，具有手工电弧焊和氩弧焊及MIG/MAG气体保护焊三种焊接方法功能。其供电电源为220～240V，频率为50或60Hz。其内部采用左、右布局结构。一侧布置电路板、冷却风机等零部件；另一侧布置送丝机构等零部件。外加前后面板上的一些器件，如电源开关、操作和液晶屏显示电路板、风扇、进气嘴和电磁气阀、输出快速接头座、欧式焊枪接口等部分。对于控制板电路部分，电路板设计为三块电路板，分别是液晶屏显示和操作控制电路板、主控制板和EMI滤波板。按功能来说设计有：由输入滤波电路、上电缓冲电路、输入整流和滤波电路、电容C6~C7和C15~C16、Q3~Q7、Q4~Q6四只IGBT管和逆变主变压器及其输出快速恢复二极管整流、滤波电抗器等组成的逆变主电路；开关电源电路；逆变PWM和IGBT驱动控制电路；送丝和电磁阀等控制电路；输出特性控制电路；液晶屏显示和操作控制电路；输入EMI滤波等电路。各电路之间，按照本发明的电路原理图关系连接在一起。可满足高抗干扰性或电磁兼容性的要求，以及手工焊、氩弧焊和MIG/MAG气体保护焊三种种焊接方法的各项控制要求和状态指示。例如，通过本发明电路，可方便地实现：1）手工焊、氩弧焊和气保焊的功能转换和状态指示；2）手工焊和氩弧焊的输出特性和参数显示及状态指示等控制；3）手工焊的VRD功能控制；4）气保焊的“检丝”或“试送丝”和“气检”或“试送气”控制；焊枪开关的2T或4T模式转换控制及状态指示；提前送气、滞后闭气时间控制；平特性输出控制；电压、电流或送丝速度、电感、返烧时间和焊丝直径选择、调节等控制功能和参数单位指示等。从其电路的功能来看，主要是完成输入滤波、直流供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、三种焊接方法的逆变电路输入和输出焊接参数（如电流、电压等）控制、焊接方法选择和控制、焊枪开关操作模式、液晶屏显示控制等功能。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊、氩弧焊和MIG/MAG气保焊三种焊接方法的控制性能要求。此外，在整机和电路及电路板的设计，以及布线上采取了抗干扰等滤波措施，如输入设计了两级EMI输入滤波器等电路，因而，可满足EMC电磁兼容性的要求。这就减少了对电网的干扰，并对焊机自身工作的可靠性带来了有利的作用。所以，在同类产品中，具有明显的技术特点和性能优势。再者，本发明的各个控制电路板上的电子元器件，大尺寸的通过自动和少量人工插件的方式，安装在电路板上。而很多小尺寸的电子元器件则是通过自动贴片的方式，直接安装和焊接在电路板上。这样可以简化电路板的生产制作工艺，降低制造成本。其次，电路板之间的连接控制线尽量减少，提高了产品生产工艺和效率，整机尺寸小，重量轻。也就是说，采用本发明的设计思想和方式缩小了产品尺寸，降低了运输成本。同时，通过调整少量的零部件（如逆变主变压器、输出电抗器、IGBT型号等），即可容易形成不同规格的系列产品。因此，本发明焊机，不仅抗干扰性能强，焊接方法多功能，操作界面良好，而且焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。

本发明为一种具有高抗干扰性或电磁兼容性的液晶显示多功能IGBT逆变焊机的结构和电路设计。焊机具有具有手工电弧焊和氩弧焊及MIG/MAG气体保护焊三种焊接方法，触摸式按键，编码器调节，抗干扰性能强等特点。

本发明焊机的供电电源为220～240V，频率为50或60Hz。

本发明焊机的内部采用左、右布局结构。左边一侧布置送丝机构、送丝盘轴等零部件。焊丝盘轴安装在焊机内部的中隔板上。送丝机构安装在底板上，靠近焊机的前面板，并与前面板上安装的欧式气保焊焊枪座连接在一起。右边另一侧布置主控制板、切换控制电路板、冷却风机、电抗器等零部件。外加前、后面板上的一些电路和器件，如电源开关、液晶屏显示和操作控制电路板、风扇、进气嘴和电磁气阀、输出快速接头座、欧式焊枪接口等部分。在焊机内部，通过中隔板，把焊机的内部机械部分与主控制板部分分开。这样的结构，其主控制板部分相当于被中隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的金属外壳包围。可起到隔离电磁干扰、防止电磁辐射等作用。另外，可对电路板上的功率器件，如散热器、IGBT管、快速恢复二极管等，有较好的冷却风道，得到较好的冷却，保障焊机工作的可靠性。

本发明焊机的前面板上安装的零部件主要有：欧式焊枪接口组件铜头、黑色输出快速接头座组件、红色输出快速接头座组件、操作和显示控制面板。

对于操作和显示控制面板部分，从焊机的外部看该控制面板上设有一个液晶显示屏。在该显示屏的下方，设置有：1）一个气保焊（MIG）/氩弧焊（TIG）/手工焊（MMA）的焊接方法选择按键。气保焊（MIG）/氩弧焊（TIG）/手工焊（MMA）功能转换按钮用于对应的三种焊接方法的选择，并在液晶屏上指示所选择的状态；2）一个2T/4T/VRD（手工焊时的空载低电压输出）功能选择按键。2T或4T模式气保焊焊枪开关转换或VRD功能选择按钮用于焊枪开关的操作方式和VRD功能选择，并在液晶屏上指示所选择的状态。2T模式是指按下焊枪开关，开始进行气保焊焊接。松开焊枪开关则停止焊接。4T模式是指按下焊枪开关，开始进行气保焊焊接，松开焊枪开关继续保持焊接，再次按下焊枪开关，准备结束焊接，松开焊枪开关则停止焊接。VRD是指选择手工焊（MMA）状态下的空载低电压输出控制。即如果选择了MMA，才能选择VRD功能。选择VRD后，若焊机没有进行焊接操作，也就是处于空载的时候，焊机的输出电压会很低，会在20VDC以下。这样，可使焊机的使用更加安全；3）一个“检丝”或“试送丝”/“检气”或“试送气”选择按键。“检丝”或“试送丝”功能，可用于检查送丝是否正常，还可用于安装焊丝时在控制电路的作用下实现焊丝缓慢或断续送进，便于安装焊丝使之从焊枪头部伸出。“检气”或“试送气”功能，可用于检查送气是否正常，还可用于配合气体流量计的流量调节。

在液晶显示屏的右边，设有：1）一个参数选项按键；2）一个参数调节编码器。在选择手工焊（MMA）方法的情况下，可调节的参数为焊接电流。而其它的焊接参数（如引弧电流、推力电流）则通过控制软件内置设定，无需用户自己调节；在选择氩弧焊（TIG）方法的情况下，可调节的参数为焊接电流；在选择气保焊（MIG）方法的情况下，可选择设定2T（2步）或4T（4步）焊枪开关工作模式。另外，还可使用“试送丝”或“检丝”和“检气”功能。可调节的参数为焊接电压、送丝速度、焊丝直径、收弧时焊接电弧的返烧时间。

参数“选项”按键，用于选择上述每种焊接方法下对应的可调节的焊接参数；焊接参数调节旋钮，用于调节上述每种焊接方法下对应的焊接参数。

过热保护状态指示用于指示过热状态是否发生。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，一方面可通过液晶屏指示发生过热现象；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，冷却风机的作用会使发热器件的温度降低。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。过热指示也不显示。同时，焊机可再次焊接使用。这样的设计，比较方便焊机操作者的选择和使用。

本发明焊机后面板上安装的零部件主要有电源开关、带插头供电电源线、冷却风机、保护气进气嘴及电磁气阀、焊机接地螺丝和标识等部分。冷风从焊机机箱后部的进气孔进入，可使电路板上一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。这样的风道和冷却方式设计，也是本发明焊机实现较大电流的重要原因之一。

对于控制板电路部分，电路板设计为三块电路板，分别是显示和操作控制电路板、主控制板和EMI滤波板。按功能来说，主要设计有：由输入滤波电路、上电缓冲电路、输入整流和滤波电路、IGBT管和逆变主变压器及其输出快速恢复二极管整流、滤波电抗器等组成的逆变主电路；开关电源电路；逆变PWM和IGBT驱动控制电路；送丝和电磁阀等控制电路；输出特性控制电路；液晶屏显示和操作控制电路等电路。各电路之间，按照本发明的电路原理图关系连接在一起。可满足高抗干扰性或电磁兼容性的要求，手工焊、氩弧焊和MIG/MAG气体保护焊三种种焊接方法的各项控制要求和状态指示。例如，通过本发明电路，可方便地实现：1）手工焊、氩弧焊和气保焊的功能转换和状态指示；2）手工焊和氩弧焊的输出特性和参数显示及状态指示等控制；3）手工焊的VRD功能控制；4）气保焊的“检丝”或“试送丝”和“气检”或“试送气”控制；焊枪开关的2T或4T模式转换控制及状态指示；提前送气、滞后闭气时间控制；平特性输出控制；电压、电流或送丝速度、电感、返烧时间和焊丝直径选择、调节等控制功能和参数单位指示等。从其电路的功能来看，主要是完成输入电压自动识别和转换、直流供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、三种焊接方法的逆变电路输入和输出焊接参数（如电流、电压等）控制、焊接方法选择和控制、焊枪开关操作模式、液晶屏显示控制等功能。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊、氩弧焊和MIG/MAG气保焊三种焊接方法的控制性能要求。在整机和电路及电路板的设计，以及布线上采取了抗干扰等滤波措施，如输入设计了两级EMI滤波器或电路等，因而，可满足EMC电磁兼容性的要求。这就减少了对电网的干扰，并对焊机自身工作的可靠性带来了有利的作用。所以，在同类产品中，具有明显的技术特点和性能优势。再者，本发明的各个控制电路板上的电子元器件，大尺寸的通过自动和少量人工插件的方式，安装在电路板上。而很多小尺寸的电子元器件则是通过自动贴片的方式，直接安装和焊接在电路板上。这样可以简化电路板的生产制作工艺，降低制造成本。其次，电路板之间的连接控制线尽量减少，提高了产品生产工艺和效率，整机尺寸小，重量轻。

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。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，由于具有具有高抗干扰性或电磁兼容性，液晶屏显示，触摸式按键操作，三种焊接方法的使用功能，解决了操作界面差、容易干扰电网和自身抗干扰弱的问题，因而比其它的焊机有更好的性能和适应性。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。

附图说明

图1是利用本发明制成的一种示例焊机的结构示意图；

图2是本发明示例焊机结构示意图中主控制板部分的结构示意图；

图1、2中各部件名称如下：

序号	名称
		1	手柄
2	外壳
		3	门扣
4	侧盖板
		5	送丝机焊枪接口
6	送丝机
		7	极性转换接线柱I
8	极性转换接线柱II
		9	送丝盘轴
10	中隔板
		11	EMI控制板
12	电源开关
		13	电源线的固线器
14	电源线
		15	电磁气阀
16	冷却风机或风扇
		17	后部塑料面罩
18	机壳底板
		19	塑料导风罩
20	电路板固定支架
		21	主控制电路板
22	挡风板
		23	霍尔传感器
24	前部塑料面罩
		25	负极输出快速接头
26	正极输出快速接头
		27	显示和操作控制电路板
28	快恢复二极管
		29	电解电容
30	整流桥
		31	继电器
32	驱动变压器
		33	IGBT
34	辅助电源变压器
		35	主变压器
36	输出电抗器

图3是本发明焊机的电路原理框图；

图4是本发明焊机的液晶屏显示和操作控制电路原理图；

图5是本发明焊机主控制板上电源电路部分的原理图；

图6是本发明焊机主控制板上送丝控制电路部分的原理图；

图7是本发明焊机主控制板上脉宽调制（PWM）电路部分的原理图；

图8是本发明焊机主控制板上电流、电压等参数控制电路部分的原理图。

具体实施方式

如附图1、附图2所示。附图1是利用本发明制成的一种具有高抗干扰性或电磁兼容性的、液晶屏显示的、带手工电弧焊和氩弧焊功能的MIG/MAG气体保护IGBT逆变焊机的结构设计示意图。附图2是示例焊机结构示意图中主控制板21部分的结构示意图。焊机的主要组成部分包括：

1）送丝部分。主要包括：气体保护焊时用的焊丝盘轴9、送丝机构6、欧式气保焊焊枪接口铜头5和主控制板上的送丝控制电路部分。送丝机构6和送丝盘轴9安装在内部中隔板10上。送丝机构6靠近焊机前面板24。送丝机构6与前面板24上安装的欧式气保焊焊枪接口铜头5进行相应的连接。气保焊时，气保焊焊枪与欧式气保焊焊枪接口铜头5配合连接。焊丝安装到焊丝盘轴9上。焊丝安装后可送入到送丝机构6。再通过欧式气保焊焊枪接口铜头5输送到与之连接的焊枪头部。通过送丝机构6的送丝轮和压紧轮，在电路的控制下，可使焊丝从气保焊焊枪的导电嘴伸出。气保焊时，焊丝的送丝速度大小受控于电路板和对应的电位器控制。调节送丝速度即可改变焊接电流的大小。欧式气保焊焊枪接口铜头5上的保护气体接口通过一个气管连接到电磁气阀15。保护气体从焊机外部接入到电磁气阀15的气体输入口。当打开气瓶后，在焊机电路的控制作用下，可使电磁气阀15通、断，从而使保护气体接入焊枪，并从焊枪头部流出，实现对焊接区的金属保护。手工焊时，则不对送丝部分进行控制。

2）外壳部分。包括提手1、机壳2、门扣3、侧盖板4和底板18。

3）后塑料面板17部分。该后面板上安装的零部件主要有：电源开关12、供电电源线14、固线器13、冷却风扇16、保护气的气接头或进气嘴及电磁气阀15等部分。电源线14连接到供电电网。电源开关12控制焊机电源的通或断。冷却风扇16对焊机内部的一些零部件进行强迫风冷。冷却风扇16位于焊机的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进行。可使主控制板21上等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。

4）前塑料面板24部分。安装的零部件主要有：欧式焊枪接口组件铜头5、黑色输出快速接头座组件25、红色输出快速接头座组件26、航空插座、操作和显示控制面板27。

对于操作和液晶屏显示控制面板27部分，从焊机的外部看该控制面板上设有一个液晶显示屏。在该液晶屏显示屏的下方，设置有：1）一个气保焊（MIG）/氩弧焊（TIG）/手工焊（MMA）的焊接方法选择按键。气保焊（MIG）/氩弧焊（TIG）/手工焊（MMA）功能转换按钮用于对应的三种焊接方法的选择，并在液晶屏上指示所选择的状态；2）一个2T/4T/VRD（手工焊时的空载低电压输出）功能选择按键。2T或4T模式气保焊焊枪开关转换或VRD功能选择按钮用于焊枪开关的操作方式和VRD功能选择，并在液晶屏上指示所选择的状态。2T模式是指按下焊枪开关，开始进行气保焊焊接。松开焊枪开关则停止焊接。4T模式是指按下焊枪开关，开始进行气保焊焊接，松开焊枪开关继续保持焊接，再次按下焊枪开关，准备结束焊接，松开焊枪开关则停止焊接。VRD是指选择手工焊（MMA）状态下的空载低电压输出控制。即如果选择了MMA，才能选择VRD功能。选择VRD后，若焊机没有进行焊接操作，也就是处于空载的时候，焊机的输出电压会很低，会在20VDC以下。这样，可使焊机的使用更加安全；3）一个“检丝”或“试送丝”/“检气”或“试送气”选择按键。“检丝”或“试送丝”功能，可用于检查送丝是否正常，还可用于安装焊丝时在控制电路的作用下实现焊丝缓慢或断续送进，便于安装焊丝使之从焊枪头部伸出。“检气”或“试送气”功能，可用于检查送气是否正常，还可用于配合气体流量计的流量调节。

在液晶显示屏的右边，设有：1）一个参数选项按键；2）一个参数调节编码器；在选择手工焊（MMA）方法的情况下，可调节的参数为焊接电流。而其它的焊接参数（如引弧电流、推力电流）则通过控制软件内置设定，无需用户自己调节；在选择氩弧焊（TIG）方法的情况下，可调节的参数为焊接电流；在选择气保焊（MIG）方法的情况下，可选择设定2T（2步）或4T（4步）焊枪开关工作模式。另外，还可使用“试送丝”或“检丝”和“检气”功能。可调节的参数为焊接电压、送丝速度、焊丝直径、收弧时焊接电弧的返烧时间。

参数“选项”按键，用于选择上述每种焊接方法下对应的可调节的焊接参数；焊接参数调节旋钮，用于调节上述每种焊接方法下对应的焊接参数。过热保护状态指示用于指示过热状态是否发生。

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，一方面可通过液晶屏指示发生过热现象；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，冷却风机的作用会使发热器件的温度降低。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。过热指示也不显示。同时，焊机可再次焊接使用。这样的设计，比较方便焊机操作者的选择和使用。

5）主控制板21。包括由输入滤波电路、上电缓冲电路、输入整流和滤波电路、电容C6~C7和C15~C16、Q3~Q7、Q4~Q6四只IGBT管和逆变主变压器及其输出快速恢复二极管整流、滤波电抗器等组成的逆变主电路；开关电源电路（POWER部分）；逆变PWM和IGBT驱动控制电路（MIG140部分）；送丝和电磁阀等控制电路（mot部分）；输出特性控制电路（control部分）等部分。具体电路及其零部件见相关的附图3～附图7所示。

6）液晶屏显示和操作控制电路板27。该电路板部分通过图3中的CON7插头与焊机的其它电路部分进行连接。如附图3和附图4所示。液晶屏显示和操作控制电路板27上电路主要由U12微处理器、液晶屏YJ1、液晶显示驱动芯片U13、“检气”和“检丝”按键K2、TIG（氩弧焊）/MMA（手工焊）/MIG（气保焊）三种焊接方法选择按键K3、2T/4T/VRD焊枪开关操作模式和VRD功能选择按键K4、参数选项按键K6、参数调节编码器K1、控制送气的光耦U3（信号端子为SQ）、控制送丝的光耦U4（信号端子为SS）、过热和过流检测和控制电路（信号端子为OC）、电感参数调节控制电路（包括KR1～KR3及其外围元器件）、电压检测电路（信号端子为ADCV和UDP）、电流检测电路（信号端子为ADCA和IDP）、PWMU输出电压转换电路（其输出为Ug电压给定控制信号）、PWMA输出电流转换电路（其输出为Ig电流给定控制信号）等部分组成。该部分电路的作用是：1）实现TIG（氩弧焊）/MMA（手工焊）/MIG（气保焊）三种焊接方法选择和控制；2）实现2T/4T/VRD焊枪开关操作模式和VRD功能选择和控制；3）实现检气”和“检丝”的选择和控制；4）实现每种焊接方法下对应各自的焊接参数的选择和调节控制；5）利用发光二极管和液晶屏，实现焊机各种状态、参数的显示；6）实现电流、电压实时焊接参数的检测和输出转换控制。微处理器控制系统，以PWM方式输出，经过各自的转换电路，分别转换为模拟量的Ug电压给定和Ig电流给定控制信号，用于附图8中的焊机输出特性的控制；7）实现过热和过流检测和控制。

7）EMI滤波器或电路板11。如附图3所示，该电路板部分由1C1～1C2和2C1～2C5滤波电容、2MT1和2MT2滤波电感组成。1C1和1C2滤波电容分别连接在输入电源线的两端，这两个电容的中间连接点连接到焊机的机架或“地”端，并与供电系统中的地线连接。2C3滤波电容连接在输入电源线的两端。1C1～1C2和2C3滤波电容连接在2MT1滤波电感的前级电路中。2MT1滤波电感的后级电路连接有2C1～2C2和2C4滤波电容。2C1和2C2滤波电容分别连接在2MT1滤波电感后级的电源线的两端，这两个电容的中间连接点连接到焊机的机架或“地”端，并与供电系统中的地线连接。2C4滤波电容连接在2MT1滤波电感后级的电源线的两端。2MT2滤波电感的前级电路连接有2C1～2C2和2C4滤波电容，2MT2滤波电感的后级电路连接有2C5滤波电容。上述电路组成两级EMI滤波器电路，可起到抗电磁干扰的作用，是实现焊机满足电磁兼容性标准要求的重要条件之一。

如附图1所示。本发明焊机，手工电弧焊时两组输出快速接头座组件（25、26）用于分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆。连接时的极性可根据电焊条的种类和要求决定连接的方式。红色，代表正输出；黑色，代表负输出；氩弧焊时，氩弧焊枪连接至负极性输出快速接头座组件（25），而正极性输出快速接头座组件（26）则连接至被焊的工件。焊枪的气管通过外部连接的气管连接至供气系统；气保焊时焊枪连接到欧式焊枪接口组件铜头（5）。黑色输出快速接头座组件（25）通常用于连接工件夹焊接电缆。这种连接方式称为反接或反极性连接。当然，由于红色接线柱（8）、黑色接线柱（7）分别连接到电路板逆变主电路输出的正、负极性端，利用这两个接线柱，通过焊机内部连接导线的接线位置交换，可实现焊接输出的正极性连接方式转换。究竟是采用反接或反极性连接，还是采用正极性连接方式，取决于气保焊焊丝的种类和焊接工艺的要求。

本发明焊机的电路板上的器件，如果是插件式的电子元器件或零部件，主要采用自动和人工插件、焊接的方式来完成电路板加工。而对电路板上大量的贴片式电子元器件，则全部采用自动贴片和焊接的方式来完成电路板加工。试想，如果所有的元器件和零部件都不是贴片式的，那么电路板的尺寸必然很大。这就会加大焊机的尺寸和重量；如果像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的控制连接线，那么制作工序必然会多，生产工艺也会复杂。本发明充分考虑了上述影响因素。通过反复设计，使电路板尺寸小，结构紧凑，连接控制线少，故本发明焊机的电路板生产加工工序少，制作工艺也大为简化，更加方便生产。这样的设计和加工工艺，可保证产品的生产具有很高的生产效率，同时，出错率和制作成本低，有利于提高产品的市场竞争力。

此外，在结构设计方面，如附图1所示，通过中隔板，把焊机的内部左侧机械部分与右侧的主板电路部分分开。右侧的主控制板电路等部分相当于被中隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的外壳包围。可起到隔离大电流强电磁干扰，限制电磁辐射，提高焊机可靠性的作用。

附图3~附图8共同构成了焊机完整的控制电路原理图。各控制电路板板，外加一些连接控制线和零部件，按照电路原理图连接在一起。从本发明相关电路的控制功能来看，主要是完成输入滤波、各电路直流稳压供电电源的产生、焊接方法选择和控制、“检丝”或“试送丝”、“检气”或“试送气”操作、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动和逆变控制、输出整流变换，以及三种焊接方法对应的逆变电路输出参数（电流或送丝速度、电压）控制等工作。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊（MMA）、氩弧焊（TIG）和MIG/MAG气保焊的各项控制要求。此外，在整机和电路及电路板的设计，以及布线上采取了抗干扰等滤波措施，如输入设计了两级EMI滤波器或电路等，因而，可满足EMC电磁兼容性的要求。这就减少了对电网的干扰，并对焊机自身工作的可靠性带来了有利的作用。

本发明焊机电路的工作原理简述如下：

如附图1和附图3所示。焊机的主电路主要由电源输入开关（12）S1、两级EMI滤波电路、上电缓冲电路、整流器（30）DB1、倍压或滤波电解电容（29）、电容C6~C7和C15~C16、四个IGBT管（33）Q3和Q7及Q4和Q6、主变压器（35）T1、主变初级电流检测互感器L3、六个MU6030快速恢复二极管（28）D7～D12、输出电流滤波电感（36）L2、输出霍尔电流检测传感器23（currentsensor），以及一些输入和输出电阻、输入和输出滤波电容、抗干扰电容和电阻等部分零部件和电子元器件组成。

参见附图3，220V～240V输入电源电压连接至供电电源开关（12）S1。通过焊机后面板上的电源开关（12）S1接通电网电源。从电网来的交流电，先经过由1C1～1C2和2C1～2C5滤波电容、2MT1和2MT2滤波电感组成的两级EMI滤波器电路。1C1和1C2滤波电容分别连接在输入电源线的两端，这两个电容的中间连接点连接到焊机的机架或“地”端，并与供电系统中的地线连接。2C3滤波电容连接在输入电源线的两端。1C1～1C2和2C3滤波电容连接在2MT1滤波电感的前级电路中。2MT1滤波电感的后级电路连接有2C1～2C2和2C4滤波电容。2C1和2C2滤波电容分别连接在2MT1滤波电感后级的电源线的两端，这两个电容的中间连接点连接到焊机的机架或“地”端，并与供电系统中的地线连接。2C4滤波电容连接在2MT1滤波电感后级的电源线的两端。2MT2滤波电感的前级电路连接有2C1～2C2和2C4滤波电容，2MT2滤波电感的后级电路连接有2C5滤波电容。之后，再经过由电阻R1~R2和R1-1~R2-1、电容C2~C3组成的输入滤波电路。上述两级EMI滤波器电路和输入滤波电路，可减少电网电源对逆变焊机电路的干扰，提高焊机的工作可靠性。起到抗电磁干扰或保障焊机电磁兼容性的作用，是实现焊机满足电磁兼容性标准要求的重要条件之一。

参见附图3，经过滤波后的输入交流电再经过由RR1和RR2热敏电阻、继电器K1和场效应管Q1、二极管D2、稳压管D3等元器件组成的上电缓冲电路部分后，再经整流器（30）DB1整流后变为脉动直流电。并对C8~C9电解电容（29）进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的高压直流电。

参见附图3，对C8~C9电解电容（29），这些电解电容起到滤波的作用，可使整流桥（30）DB1整流后的直流母线电压比较高。

参见附图3，电源电压经过整流器（30）DB1整流，C8~C9电解电容滤波后，获得的高压直流电一方面供给由电容C6~C7和C15~C16、Q3和Q7及Q4和Q6四只 IGBT管33（如K75T60等）、T1逆变主变压器（35）和D7~D12（如MU6030等）快速恢复二极管28、L2输出电流滤波电抗器或电感36、输出霍尔电流检测传感器23（current sensor，400A/4v）等组成的逆变主电路。其功能主要为：高压直流母线电压转换为中频（几十KHz）交流电。T1逆变主变压器35实现电压降压和大电流输出的变换。D7~D12（如MU6030等）快速恢复二极管28则是把逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于焊接过程的稳定，因此，采用L2输出电流滤波电抗器或电感36进行滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的焊缝。

另一方面，参见附图3，通过插头CON1，高压直流母线电压供给开关电源电路（附图3中，有POWER字母的绿色电路部分）。具体的开关电源的原理图见附图5。关于开关电源这部分的工作原理，这里作一个简要说明。开关电源电路由T3开关电源变压器、Q30 MOS管、D83和D85~D87快速二极管、U16（UC3845集成PWM电路）和U18~U20集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容等器件组成的开关电源电路，产生+5V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给其它相应的控制电路等带电工作。输入电源连接至高压直流母线电压+310V。因而，开关电源U16 PWM控制的UC3845及其外围电阻、电容组成的电路属于高压回路。为确保控制电路的安全，在附图5中，采用了U17的PC817光电耦合器进行隔离。开关电源PWM控制小板的核心控制芯片是U16，即UC3845 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UC3845的相关使用资料或说明。这里不再重复。总之，U16芯片的6脚输出的脉冲为一定工作频率的驱动脉冲，可使附图5中的Q30 MOS管处于通断工作状态。在T3开关电源变压器的电压输出电路部分，分别获得+5V、+15V、+24V、-15V电源电压。供给其它的控制电路工作使用。此外，由开关电源部分的电路及原理图可知，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几个电源电压。其电路取电来自主回路中的高压直流母线电压+310V。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。

附图3中，由RR1和RR2热敏电阻、继电器K1和场效应管Q1、二极管D2、稳压管D3等元器件组成的上电缓冲电路部分。K1继电器的动作时间是滞后于电源开关（12）S1合上时刻的。即K1继电器是延时动作的。当C8~C9电解电容（29）上的充电电压稳定后，K1继电器才动作，其触头闭合RR1和RR2热敏电阻，使本发明焊机正常逆变工作时，大电流是从K1继电器的触头3-4之间流过的。这样的电路，称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关接通瞬间，由于C8~C9电解电容（29）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（12）S1。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间串入RR1和RR2热敏电阻，来限制浪涌电流的。并且，RR1和RR2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。此上电缓冲部分电路是通过如下的控制方式实现的：附图3中，+24V电压的形成会滞后于焊机供电电源开关S1（12）合上的时刻。电容C5上的电压是在+24V电压加上后逐步增加的。因为，R6和C5构成积分电路。当电容C5上的电压升高到一定值时，MOS管Q1才能导通。这样，K1继电器才会动作。

见附图3和附图7，T2驱动变压器、U13集成PWM芯片（SG3525A）及其周围的二极管、稳压管、电阻、电容等组成Q3和Q7及Q4和Q6 IGBT管的逆变PWM、驱动电路和过流及过热保护控制电路部分。Q3和Q7及Q4和Q6 IGBT管，两路驱动部分的电路形式基本是一致的。由于U13芯片的11脚和14脚输出PWM信号驱动功率小，故需要经过Q26~Q29、U14和U15等器件组成的驱动控制电路进行功率放大。再通过T2驱动隔离变压器去控制Q3和Q7及Q4和Q6 IGBT管的通或断工作状态。附图7中，U13芯片的11脚和14脚输出控制信号是两组PWM方波脉冲信号。其方波的频率是固定的，有几十KHz。它由该芯片的RT、CT脚连接的电阻和电容参数（如R171和C83等）决定。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。它是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过U13芯片的外围器件（如R171和C83等）参数设置而确定的。至于如何确定，查看U13芯片的相关使用资料或说明即可了解。这里不再重复。这里需要说明的是：U13芯片输出的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。它的脉冲宽度取决于：1）手工焊（MMA）控制状态时，由焊接电流给定信号与输出电流反馈信号共同决定。控制的对象或目标是输出电流大小。空载时，反馈信号很小。控制电路产生一个占空比较大的PWM脉冲信号，使Q3和Q7及Q4和Q6 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电位器，并进行焊接时，控制电路通过附图3中的霍尔传感器（currentsensor，400A/4v），可检测到输出电流信号。一方面，获得焊机电流表显示的输出电流信号。在其它控制电路（主要是附图3和附图4部分的操作和显示控制电路）的作用下实现电流数字显示。另一方面，检测到的电流信号，在其它控制电路（主要是附图3和附图8部分的输出特性控制电路）的作用下，经过信号放大等处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与焊接电流给定信号进行比较。比较后的差值信号，进行PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果控制焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，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不变时，随着焊机电路检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与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。当电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出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。2）氩弧焊（TIG）控制状态时，其控制过程与上述手工焊的很类似。只是不进行16V以下的外拖阶段控制，而是使焊机的输出特性为恒流下降特性。3）气保焊控制状态时，由焊接电压给定信号与输出电压反馈信号等共同决定。控制的对象或目标是输出电压大小。采用电压负反馈PI控制。空载时，与手工焊控制类似，仍然是输出较大的PWM脉冲宽度信号，获得空载电压。带负载后，则与手工焊的控制有所不同。气保焊，焊机的输出特性控制是平特性，而不是恒流带外拖的下降特性。其特点是：负载电流变化较大，而输出电压变化很小，保持相对稳定。只有当电压给定信号发生改变时，输出的电压才会出现较大变化。以上控制过程，是通过相应的控制电路来实现的。

见附图3和附图7中，L3是一个主变初级电流检测互感器或电流检测器，可检测逆变主电路中，主变压器的初级电流信号。其输出LP1和LP2送至逆变PWM脉宽调制和IGBT驱动等控制电路（附图3中有MIG140的绿色部分，具体电路见附图7所示）。主要是检查逆变主电路是否发生过流现象。如果出现过流，附图7中的过流指示灯VD点亮；VS1（SCR晶闸管）导通，D77二极管的阴极电位被拉低至低电平（GND），三极管Q24截止，Q25导通，U13芯片11和14脚输出的PWM信号关闭，焊机逆变主电路中的Q3和Q7及Q4和Q6 四只IGBT管（33）的驱动控制信号关闭，焊机关闭输出。同时，面板的液晶屏上会指示发生过热现象；OC/OT端也发出相应信号。

见附图3和附图7中，逆变PWM脉宽调制和IGBT驱动等控制电路部分（附图3中有MIG140的绿色部分，具体电路见附图7所示），其输出G1和E1、G2和E2分别为两组PWM脉冲信号，分别去控制逆变主电路中Q3和Q7及Q4和Q6 两组IGBT开关管的通、断状态。该PWM信号的脉冲宽度受PWM-GD输入给定信号控制。有无PWM信号，则取决于PWM-STOP和Tc。例如，附图3中的Tc连接CON8接口的信号是过热信号。CON8接口连接至常开型的温度继电器。而温度继电器又紧贴在Q3、Q7 IGBT或D7~D12输出快速恢复二极管的铝合金散热器上。当温度继电器动作时，表明主功率器件发生过热现象。此时，附图7中，Tc电位被拉低至低电平（GND），同时，控制电路将关闭PWM信号；OC/OT端发出相应信号给面板显示和操作控制接口电路，通过显示和操作控制电路的检测和控制，使面板上的液晶屏指示发生过热现象。防止焊机因过热而烧坏。在冷却风机的作用下，当铝合金散热器的温度下降到一定程度后，焊机内部的过热现象消除，热保护器恢复时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示消除。这就实现了焊机过热保护。PWM-STOP则来自电流、电压和输出特性控制电路（见附图8所示）部分。当焊机不输出电压或电流时，PWM-STOP信号可关闭PWM信号，使逆变主电路中Q3和Q7及Q4和Q6 两组IGBT开关管处于关断状态。

如附图3和附图4所示。液晶屏显示和操作控制电路板（27），该电路板部分通过图3中的CON7插头与焊机的其它电路部分进行连接。该电路板上电路主要由U12微处理器、液晶屏YJ1、液晶显示驱动芯片U13、“检气”和“检丝”按键K2、TIG（氩弧焊）/MMA（手工焊）/MIG（气保焊）三种焊接方法选择按键K3、2T/4T/VRD焊枪开关操作模式和VRD功能选择按键K4、参数选项按键K6、参数调节编码器K1、控制送气的光耦U3（信号端子为SQ）、控制送丝的光耦U4（信号端子为SS）、过热和过流检测和控制电路（信号端子为OC）、电感参数调节控制电路（包括KR1～KR3继电器及其外围元器件）、电压检测电路（信号端子为ADCV和UDP）、电流检测电路（信号端子为ADCA和IDP）、PWMU输出电压转换电路（其输出为Ug电压给定控制信号）、PWMA输出电流转换电路（其输出为Ig电流给定控制信号）等部分组成。该部分电路的作用是：1）实现TIG（氩弧焊）/MMA（手工焊）/MIG（气保焊）三种焊接方法选择和控制。微处理器控制系统，通过检测按键K3状态，实现三种焊接方法的转换、控制。每按一次K3按键，改变一种焊接方法。多次按键操作时，依次、循环改变不同的焊接方法；2）实现2T/4T/VRD焊枪开关操作模式和VRD功能选择和控制。微处理器控制系统，通过检测按键K4状态，实现二种（2T和4T）焊枪开关操作模式和VRD功能转换。在选定气保焊方法的情况下，每按一次K4按键，2T或4T焊枪开关操作模式就改变一次。多次按键操作时，依次和循环改变。VRD（焊机不焊接时的低空载电压输出）功能，仅仅是针对手工焊方法而设定。即只有在选择手工焊方法的情况下，才能通过K4按键，选择VRD功能。当选定手工焊方法，但不选择VRD功能时，焊机空载时则输出较高的空载电压；3）实现“检气”和“检丝”的选择和控制。在选择气保焊方法的情况下，微处理器控制系统，通过检测按键K2状态，实现“检气”或“检丝”的转换。每按一次K2按键，改变一种检测方式；4）实现每种焊接方法下对应各自的焊接参数的选择和调节控制。在每种所选定的焊接方法下，通过参数选项按键K6和参数调节编码器K1，可改变该焊接方法对应的焊接参数。例如，在选定手工焊或氩弧焊的情况下，对应的焊接参数只有焊接电流。调节编码器K1，即可改变焊接时输出电流的大小。在选择气保焊方法的情况下，可选择的焊接参数有：焊丝直径（0.6、0.8和1.0mm三种焊丝）、电感（可在1～8之间选择，电感参数的改变，会影响气保焊焊接时的电弧特性，从而会改变焊接过程、稳定性、飞溅大小和焊缝成型等）、微调焊接电压（可在标准值的±5V之间改变。焊接电压与焊接电流或送丝速度是采用一元化调节方式设定的，即改变送丝速度或焊接电流，对应的焊接电压标准值即可随之改变。而微调焊接电压，可起到在标准值的基础上，进行增加或减少的作用。也有利于用户根据实际的焊接条件，对焊接参数进行适当的调整）和返烧时间（可在0～1S之间改变。返烧时间的大小，可改变焊机气保焊收弧阶段的控制状态。不同的返烧时间，会对焊接过程快结束的阶段，也就是收弧阶段的焊缝弧坑填充、焊丝头部去小球、电弧再引燃等产生影响。）；5）利用发光二极管和液晶屏，实现焊机各种状态、参数的显示。在微处理器控制系统的控制下，利用液晶屏及其控制电路，可显示：三种焊接方法中所定的焊接方法符号（如TIG、MMA、MIG）；手工焊时的焊接电流及其符号（A），或焊接电流及其符号（A）和VRD功能符号；氩弧焊时的焊接电流及其符号（A）；气保焊时的焊接电流及其符号（A）、电压及其符号（V）等参数及其符号；6）实现电流、电压实时焊接参数的检测和输出转换控制。微处理器控制系统，通过检测给定的焊接参数，最终以PWM方式输出控制参数，经过各自的转换电路，分别转换为模拟量的Ug电压给定和Ig电流给定控制信号，用于附图8中的焊机输出特性的控制；7）实现过热和过流检测和控制。微处理器控制系统，通过检测OC或ICS信号，判断焊机是否出现过热或过流现象，同时会发出相应的控制信号，进行相应的控制和显示。例如，附图3中的Tc连接CON8接口的信号是过热信号。CON8接口连接至常开型的温度继电器。而温度继电器又紧贴在Q3~Q7 IGBT或D7~D12输出快速恢复二极管的铝合金散热器上。当温度继电器动作时，表明主功率器件发生过热现象。此时，附图7中，Tc电位被拉低至低电平（GND），同时，控制电路将关闭PWM信号PWM-STOP；OC/OT端发出相应信号给面板显示和操作控制接口电路，通过显示和操作控制电路的检测和控制，使面板上的液晶屏指示发生过热现象。防止焊机因过热而烧坏。在冷却风机的作用下，当铝合金散热器的温度下降到一定程度后，焊机内部的过热现象消除，热保护器恢复时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示消除。这就实现了焊机过热保护。

见附图8所示。PWM-GD输出的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。它的脉冲宽度取决于：1）手工焊时，由焊接电流给定信号Ig与输出电流反馈信号If+等共同决定。控制的对象或目标是输出电流大小。空载时，反馈信号很小。控制电路产生一个占空比较大的PWM-GD脉冲信号，使Q3和Q7及Q4和Q6 两组IGBT处于最大导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好Ig给定电流并进行焊接时，控制电路通过输出霍尔电流检测传感器23（current sensor，400A/4v）检测到输出电流If+反馈信号。经过U5A及其外围电路处理后，一方面，通过电路转换为“Current”获得焊机电流表显示的输出电流信号，并实现电流数字显示表的显示。另一方面，检测放大后的电流反馈信号与焊接电流给定Ig信号进行比较。比较后的差值信号，经过后级运算放大器U6B等组成的电流PI（比例+积分）控制电路，其输出的结果PWM-GD控制焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，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Ig信号不变时，随着检测到的电流反馈If+信号增加，并且达到给定Ig的设定值后，焊接电流给定信号与电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过控制后，使焊机输出PWM-GD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。当电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出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。2）气保焊控制状态时，由焊接电压给定Ug信号与输出电压反馈信号Uf+等共同决定。控制的对象或目标是输出电压大小。采用运算放大器U5C等构成的电路进行电压负反馈PI控制。空载时，与手工焊控制类似，仍然是输出较大的PWM脉冲宽度信号，获得空载电压。带负载后，则与手工焊的控制有所不同。气保焊，焊机的输出特性控制是平特性，而不是恒流带外拖的下降特性。其特点是：负载电流变化较大，而输出电压变化很小，保持相对稳定。只有当电压给定信号发生改变时，输出的电压才会出现较大变化。以上控制过程，是通过相应的控制电路来实现的。从附图8中可以看出，改变电感给定电位器的给定值，di/dtb和di/dta会变化，这将影响PWM-GD信号，最终会改变焊接电弧的特性。

对于附图3（图中有mot字母的部分）和附图6的送丝和电磁阀等控制电路部分，来自开关电源电路的电压为+15V、+24V电压。额定电压为24V的送丝电机连接在MOT+和MOT-之间，送丝电机属于附图1中送丝机6的一个组成部分。当MOT+和MOT-两个端子间有输出电压时，连接至此接口的送丝电机运转，可实现送丝控制。否则，送丝机不会转动，也不会送丝。SWA和SWB为焊枪开关检测信号。当焊枪开关松开或未合上时，稳压管D19击穿，Q3三极管导通，光耦U2芯片中的发光二极管发光，其输出级三极管导通，使GUN CHECK为低电平（GND电平）。反之，当焊枪开关合上时，GUN CHECK为高电平。GUN CHECK控制信号连接至附图4中。附图4的微处理器控制系统，通过检测GUN CHECK控制信号的电平高低，即可知道气保焊时的焊枪开关是否合上。送丝控制U4芯片是PWM脉冲宽度调制器，其外围有很多的二极管、电阻和电容等器件。U4芯片的8和11脚输出端产生固定频率的方波脉冲信号。频率和死区时间由R46和C33决定。U4芯片的8脚和11脚输出的PWM控制信号经过D33和D34、Q13等组成的电路后去控制Q14 MOS管。通过控制Q14 MOS管的通断时间，从而控制送丝电机的转速。PWM控制脉冲的宽度是由给定的送丝速度值Ig确定的。改变Ig给定的大小即可改变脉宽，最终改变送丝速度的大小。也就是说，Ig代表着气保焊时的送丝速度或电流控制。气保焊焊接时，当改变Ig的数值时，送丝速度或焊接电流随之改变。D37二极管组为续流二极管，消除送丝电机的反电势对Q14的不利影响。R58、Q2 MOS管及其控制电路，构成送丝电机的能耗制动控制电路。附图6中的SS/EN连接到附图4中的SS端。这是实现“检丝”或“试送丝”，或者手动或点动送丝的控制信号。当SS/EN或附图4中的SS端子信号为高电平时，Q2 MOS管导通，接通电阻R58，使电机绕组上储存的能量快速通过R58释放，对送丝电机实行能耗制动控制，从而使送丝电机快速停止转动，停止送丝。这样，焊丝就不致于会伸出焊枪头部气体保护罩太多，影响焊接的正常操作。反之，当SS/EN或附图4中的SS端子信号为低电平时，Q2 MOS管不导通。并且，有一定的Ig给定值，这样就会使送丝电机转动，进行送丝动作。当检测到的焊机输出电流在正常范围时，ICS端子的信号电平为+15V。不会对送丝控制进行限制；当检测到的焊机输出电流过大，超出设定限值时，ICS端子的信号电平为低电平-15V。此时，可使送丝电机停止转动，不进行送丝。这就实现了对焊机的保护。附图6中，电磁气阀连接在GAS与GND两端。GAS/EN连接到附图4中的SQ端。这是控制电磁阀的送气控制信号。当GAS/EN或SQ端的控制电平为高时，Q9导通，稳压管D18会击穿、稳压，使Q8导通，连接至GAS端口的电磁气阀动作。反之，则使电磁气阀关闭。这就可实现保护气的通、断控制。

附图6中，气保焊时，通过检测GUN CHECK焊枪开关电平信号，以及结合SS/EN或SS、GAS/EN或SQ、Ig和ICS信号，就可实现送气、送丝和焊接过程等控制。送气、送丝和电流给定Ig信号的控制还与附图4中的2T/4T状态控制信号有着密切的关系。下面作进一步的说明。

参见附图6和附图4。选择MIG气保焊和2T焊枪操作方式，当焊枪开关SWA和SWB合上时，GUN CHECK为高电平。一方面，使GAS/EN或附图4中的SQ信号为高电平。Q9导通，稳压管D18击穿、稳压，Q8场效应管导通，GAS端子接通+24V，电磁气阀动作，可以使保护气体输送到焊枪端头的焊接区进行保护。另一方面，由于有送丝给定Ig信号，在U4芯片TL494及其外围电路的作用下，U4芯片TL494的8和11脚输出的方波脉冲PWM控制信号经过D33和D34、Q13等组成的电路后去控制Q14 MOS管。通过控制Q14 MOS管的通、断时间，从而控制送丝电机的转速，带动焊丝送进。之后，电弧被引燃，焊接过程开始进行。焊接过程中，PWM控制脉冲的宽度是由给定的送丝速度值Ig确定的。改变给定的大小即可改变脉宽，最终改变送丝速度的大小。实际上就是改变焊接电流的大小。当松开焊枪开关后，SS/EN或附图4中的SS端子信号变为高电平时，Q2 MOS管导通，接通电阻R58，使电机绕组上储存的能量快速通过R58释放，对送丝电机实行能耗制动控制，从而使送丝电机快速停止转动，停止送丝。这样，焊丝就不致于会伸出焊枪头部气体保护罩太多，影响焊接的正常操作。同时，使GAS/EN或（附图4中）SQ变为低电平，Q9截止或不导通，稳压管D18不会击穿、稳压，Q8场效应管不导通，GAS端子不会接通+24V，电磁气阀不动作，保护气体无法输送。

参见附图6和附图4。当选择MIG气保焊和4T焊枪操作方式时，当焊枪开关SWA和SWB合上时，GUN CHECK为高电平。一方面，使GAS/EN或附图4中的SQ信号为高电平。Q9导通，稳压管D18击穿、稳压，Q8场效应管导通，GAS端子接通+24V，电磁气阀动作，使保护气体输送到焊接区进行保护。另一方面，由于有送丝给定Ig信号，在U4芯片TL494及其外围电路的作用下，U4芯片TL494的8和11脚输出的方波脉冲PWM控制信号去控制Q14 MOS管。通过控制Q14 MOS管的通、断时间，从而控制送丝电机的转速，带动焊丝送进。之后，电弧被引燃，焊接过程开始进行。当松开焊枪开关后，尽管GUN CHECK信号变为低电平，但是，GAS/EN或附图4中的SQ信号仍为高电平，电磁气阀继续保持动作，向焊接区输送保护气体。同时，仍然有送丝给定Ig信号，并在其控制下保持送丝。焊接过程中，改变给定Ig的大小即可改变送丝速度或焊接电流的大小。焊接过程仍然会进行。当焊枪开关SWA和SWB再次合上时，GUN CHECK变为高电平。送气和送丝及焊接过程继续保持。当再次松开焊枪开关后，GUN CHECK信号变为低电平。Ig信号被关闭，停止送丝。同时，附图6中的Q2会导通，对焊丝送进进行能耗制动控制。GAS/EN或附图4中的SQ信号变为低电平，Q9截止。Q8不会立即截止，因为有电容C27的存在，电容C27会逐步放电，也就会使连接在GAS与地之间的电磁气阀滞后关闭，从而实现滞后闭气控制。最终，保护气体停止输送。焊接过程结束。

见附图6和附图4。“检丝”或“试送丝”，或者手动或点动送丝控制：当选择了控制面板上的MIG，也就是MIG/MAG气保焊，并且当按下前面显示和操作控制板上的“检丝”或“试送丝”按键，也就是附图4中的“检丝”或“试送丝”按键K2时，SS/EN或（附图4中）SS输出低电平信号，以进行“检丝”或“试送丝”操作控制。此时，附图6中的场效应管Q2不会导通，送丝电机能耗制动电路断开。同时，GAS/EN或（附图4中）SQ为低电平，使Q9不导通，稳压管D18不会击穿、稳压，Q8场效应管不导通，GAS端子无法接通+24V，电磁气阀不动作，保护气体无法输送。与此同时，有一定的送丝给定设定值Ig输入到U4 TL494的IN输入端，在U4 TL494及其外围电路的作用下，U4 TL494的8和11脚输出一定的方波脉冲PWM控制信号，经过D33和D34、Q13等组成的电路后去控制Q14 MOS管。通过控制Q14 MOS管的通断时间，从而使送丝电机按照设定的控制转速转动，带动焊丝送进。从而实现点动送丝过程控制。点动送丝操作可使焊丝从焊枪头部伸出一定长度，大约10mm左右即可。在点动送丝期间，电磁阀不动作，焊机也不输出电压或电流。点动送丝控制主要是便于用户安装焊丝到焊枪中。点动送丝的速度不是很快的，因为过快的送丝，不便于焊丝的安装。通常，要小于焊接时的送丝速度很多。

对本发明专利而言，在选择MIG/MAG气保焊方法的情况下，可选择的焊接参数有：焊丝直径、电感、微调焊接电压和返烧时间。1）焊丝直径参数，有0.6、0.8和1.0mm三种。不同的送丝速度给定值会影响送丝控制电路PWM的信号输出。也就是说，可使送丝电机的转速发生改变。众所周知，细的焊丝熔化快，要求的送丝速度也要随之大一些。反之，粗的焊丝熔化慢，送丝速度就相应要慢一些。焊丝直径的选择控制，就是为满足上述要求而设定的电路，是使粗细丝焊接控制电路更好适应的一种良好控制方式。也便于用户焊接操作使用。2）电感参数可在1～8之间选择。电感参数的改变，会影响气保焊焊接时的电弧特性，从而会改变焊接过程、稳定性、飞溅大小和焊缝成型等。3）微调焊接电压可在标准值的±5V之间改变。焊接电压与焊接电流或送丝速度是采用一元化调节方式设定的，即改变送丝速度或焊接电流，对应的焊接电压标准值即可随之改变。而微调焊接电压，可起到在标准值的基础上，进行增加或减少的作用。也有利于用户根据实际的焊接条件，对焊接参数进行适当的调整。4）返烧时间参数可在0～1S之间改变。返烧时间的大小，可改变焊机气保焊收弧阶段的控制状态。不同的返烧时间，会对焊接过程快结束的阶段，也就是收弧阶段的焊缝弧坑填充、焊丝头部去小球、电弧再引燃等产生影响。总之，上述参数的改变，控制电路可通过调整送丝控制电路的PWM信号和焊机输出特性及驱动电路的PWM信号，最终改变焊机的送丝速度（实际上就是改变焊接电流）、输出电压等来改变电弧特性，最终来实现不同焊接过程的。

以上是本发明各电路板部分及三种焊接方法的简要控制过程说明。因阐述电路原理比较复杂。以上仅给出控制的思想和结果。但由于本发明已给出了详细电路原理图，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。关于其它的控制，大家可以结合电路图进行分析和理解。

通过上述说明可见，本发明有自己独特的设计思路和方法。其供电电源为220～240V，频率为50或60Hz。不仅可实现焊机的三种焊接方法输出等控制，而且，所设计的控制电路和焊机的结构设计，都是使本发明焊机产品具有对电网干扰小、自身抗干扰性强、控制性能和面板操作界面良好、焊机结构紧凑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和电路设计。

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 (5)

1.一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机，其特征在于：其特征在于：焊机的内部采用左、右布局结构，在焊机内部通过中隔板把焊机的内部机械部分与主控制板部分分开；左边一侧布置送丝机构和送丝盘轴，焊丝盘轴安装在焊机内部的中隔板上，送丝机构安装在底板上，靠近焊机的前面板，并与前面板上安装的欧式气保焊焊枪座连接在一起；右边另一侧布置主控制板、冷却风机和电抗器；外加前、后面板上的电源开关、液晶屏显示和操作控制电路板、风扇、进气嘴和电磁气阀、输出快速接头座、欧式焊枪接口；主控制板部分相当于被中隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的金属外壳包围；可起到隔离电磁干扰、防止电磁辐射，同时可对电路板上的功率器件有较好的冷却风道；对于焊机的主控制板电路部分，电路板设计为三块电路板，分别是EMI滤波板、液晶屏显示和操作控制电路板和主控制板。

2.如权利要求1所述的一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机，其特征在于：所述的液晶屏显示和操作控制电路板通过插头与焊机内部的电路部分连接，液晶屏显示和操作控制电路板主要包括微处理器、液晶屏、液晶显示驱动芯片、“检气”和“检丝”按键、氩弧焊/手工焊/气保焊三种焊接方法选择按键、2T/4T/VRD焊枪开关操作模式和VRD功能选择按键、参数选项按键、参数调节编码器、110V电压指示灯、220V电压指示灯、控制送气的光耦、控制送丝的光耦、过热和过流检测和控制电路、电感参数调节控制电路、电压检测电路、电流检测电路、PWMU输出电压转换电路、PWMA输出电流转换电路、功率放大芯片IC2、声音提示或语音控制芯片；实现氩弧焊/手工焊/气保焊三种焊接方法选择和控制；实现2T/4T/VRD焊枪开关操作模式和VRD功能选择和控制；实现检气”和“检丝”的选择和控制；实现每种焊接方法下对应各自的焊接参数的选择和调节控制；利用发光二极管和液晶屏，实现焊机各种状态、参数的显示；实现电流、电压实时焊接参数的检测和输出转换控制；微处理器以PWM方式输出，经过各自的转换电路，分别转换为模拟量的Ug电压给定和Ig电流给定控制信号，用于焊机输出特性的控制；实现过热和过流检测和控制；并实现操作时的提示声音控制；功率放大芯片IC2、扬声器、声音提示或语音控制芯片组成电路组成操作声音提示或语音控制电路；扬声器通过插头进行连接，声音提示或语音控制芯片IC1通过接口端子与微处理器进行串口通信和控制，在声音提示或语音控制芯片中，存储有对应地址的操作提示声音或语音，通过该部分的电路控制以及扬声器，发出对应操作选项的提示语音。

3.如权利要求1所述的一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机，其特征在于：所述的EMI滤波板包括若干滤波电容和二级滤波滤波电感，1C1和1C2两个滤波电容分别连接在输入电源线的两端，这两个电容的中间连接点连接到焊机的机架或“地”端，并与供电系统中的地线连接；2C3这个滤波电容连接在输入电源线的两端，上述的1C1、1C2和2C3滤波电容连接在2MT1滤波电感的前级电路中；2MT1滤波电感的后级电路连接有2C1、2C2和2C4三个滤波电容，2C1和2C2滤波电容分别连接在2MT1滤波电感后级的电源线的两端，这两个电容的中间连接点连接到焊机的机架或“地”端，并与供电系统中的地线连接，2C4这个滤波电容连接在2MT1滤波电感后级的电源线的两端；2MT2滤波电感的前级电路连接有2C1、2C2和2C4三个滤波电容，2MT2滤波电感的后级电路连接有2C5这个滤波电容，之后再经过由电阻、电容组成的输入滤波电路；上述两级EMI滤波器电路和输入滤波电路，可减少电网电源对逆变焊机电路的干扰，提高焊机的工作可靠性。

4.如权利要求1所述的一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机，其特征在于：所述的主控制板包括由输入滤波电路、上电缓冲电路、输入整流和滤波电路、逆变主电路、开关电源电路、逆变PWM和IGBT驱动控制电路、送丝和电磁阀控制电路及输出特性控制电路；

输入电源电压连接至供电电源开关S1，通过焊机后面板上的电源开关S1接通电网电源，再经过由电阻、电容组成的输入滤波电路，该电路的主要作用是减少电网电源对逆变焊机电路的干扰，提高焊机的工作可靠性；

输入交流电经过由热敏电阻、继电器K1和场效应管Q1、二极管D2、稳压管D3元器件组成的上电缓冲电路部分后，再经整流器DB1整流后变为脉动直流电，并对C8~C9电解电容进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的高压直流电；

经过整流器整流，电解电容滤波后，获得的高压直流电一方面供给由电容和四只 IGBT管、逆变主变压器和快速恢复二极管、输出电流滤波电抗器或电感、输出霍尔电流检测传感器组成的逆变主电路；逆变主电路将高压直流母线电压转换为中频交流电，逆变主变压器实现电压降压和大电流输出的变换，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，它变换后的电流波形是脉动的，不稳定不利于焊接过程的稳定，采用L2输出电流滤波电抗器或电感进行滤波，这样输出的电流波形就会变得稳定，有利于获得高质量的焊缝；

高压直流母线电压供给开关电源电路，开关电源电路由开关电源变压器、MOS管、快速二极管、集成PWM电路和集成稳压器以及它们周围的电阻、电容器件组成，开关电源电路产生+5V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给其它相应的控制电路等带电工作；

驱动变压器、集成PWM芯片及其周围的二极管、稳压管、电阻、电容和IGBT管的逆变PWM和IGBT驱动控制电路部分，集成PWM芯片芯片输出PWM信号驱动功率小，需要经过驱动控制电路进行功率放大，再通过驱动变压器去控制IGBT管的通或断工作状态；集成PWM芯片输出控制信号是两组PWM方波脉冲信号，其方波的频率是固定的，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，它是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数，该时间是通过芯片的外围器件参数设置而确定的，芯片输出的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，它的脉冲宽度取决于手工焊控制状态时，由焊接电流给定信号与输出电流反馈信号共同决定；控制的对象或目标是输出电流大小；空载时，反馈信号很小；控制电路产生一个占空比较大的PWM脉冲信号，使两组IGBT处于交替导通状态，另一方面，检测到的电流信号，经过信号放大等处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与焊接电流给定信号进行比较，比较后的差值信号，进行比例和积分调节控制，其输出的结果控制焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，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。

5.如权利要求1所述的一种具有高抗干扰的液晶显示多功能IGBT逆变焊机，其特征在于：所述的输出特性控制电路经过信号放大处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与焊接电流给定信号进行比较，比较后的差值信号，进行比例和积分调节控制，其输出的结果控制焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，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不变时，随着焊机电路检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过比例和积分控制后，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；，随着电流微小的增加，电压降低会很多；当电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出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；负载电流变化较大，而输出电压变化很小，保持相对稳定；只有当电压给定信号发生改变时，输出的电压才会出现较大变化，以上控制过程，是通过相应的控制电路来实现的。