CN110340490B - 一种焊接性能提升电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊接性能提升电路，焊接性能提升电路的电压提升电路包括：第一输入端和第二输入端，分别连接于一变压器的次级绕组的两端；输出端；第一电容，第一电容的一端连接至第一输入端；第一二极管，第一二极管的负极连接至第一电容的另一端，第一二极管的正极连接至第二输入端；第二电容，第二电容的一端连接至第一二极管的正极；第二二极管，第二二极管的正极连接至第一电容的另一端，第二二极管的负极连接至第二电容的另一端；第三电容，第三电容的一端连接至第二二极管的正极，第三电容的另一端连接至输出端；以及第三二极管，第三二极管的正极连接至第二二极管的负极，第三二极管的负极连接至输出端。本发明提高逆变焊机的性能。

Description

一种焊接性能提升电路

技术领域

本发明涉及电气元件，特别涉及一种焊接性能提升电路。

背景技术

手工电弧焊是应用最为广泛的一种焊接方法，它是以外部涂有药皮的焊条作为电极和和填充金属，电弧在焊条端部和被焊工件表面之间燃烧，产生的高温使药皮与焊芯及工件融化，从而实现金属材料的焊接。在焊接中，电弧随焊条移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶后便形成焊缝。在焊接过程中，经常发生焊条端部的金属熔滴和工件短路，当短路的液态金属分断时，电弧重新引燃。

为保持电弧稳定，现有的手工电弧焊机通常采用恒流或缓降的输出特性，为保证良好的引弧和电弧维持能力，要求焊机的空载(待机状态)电压比较高，通常在65V以上，为应对特种焊条(比如纤维素6010)或长距离、低网压条件下的正常施焊，空载电压还要做得更高(比如90V)，根据变压器的设计原理，次级输出电压越高，变压器的变比越小，而变压器变比越小，同样的次级输出电流的情况下，折算到初级的电流越大，根据逆变焊机的工作原理，变压器初级连接的是半导体功率器件构成的逆变电路，这个逆变电路通常为功率MOSFET或IGBT(绝缘栅双极晶体管)构成的半桥、全桥、单端正激等拓扑回路。那么初级电流越大，流过功率器件的电流也就越大，所以空载电压越高，就需要选用额定电流越大的功率器件，这使得逆变回路的成本显著上升，热损耗也更大，降低了焊机的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊接性能提升电路，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的上述技术问题。

本发明的其它特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的第一个方面，提供一种电压提升电路，应用于焊接性能提升电路，包括：

第一输入端和第二输入端，分别连接于一变压器的次级绕组的两端；

输出端；

第一电容，所述第一电容的一端连接至第一输入端；

第一二极管，所述第一二极管的负极连接至所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极连接至所述第二输入端；

第二电容，所述第二电容的一端连接至所述第一二极管的正极；

第二二极管，所述第二二极管的正极连接至所述第一电容的另一端，所述第二二极管的负极连接至所述第二电容的另一端；

第三电容，所述第三电容的一端连接至所述第二二极管的正极，所述第三电容的另一端连接至所述输出端；以及

第三二极管，所述第三二极管的正极连接至所述第二二极管的负极，所述第三二极管的负极连接至所述输出端。

可选地，还包括：

负载电阻，所述负载电阻的一端连接至所述第一输入端，所述负载电阻的另一端连接至所述输出端。

可选地，还包括：

继电器，所述继电器的一端连接至所述第二输入端，所述继电器的另一端连接至所述第一二极管的正极，其中，

逆变焊机空载时，所述继电器断开；

逆变焊机起弧后，所述继电器闭合。

可选地，所述电压提升电路提升所述第一输入端和所述输出端之间的电压，电压提升包括三个充电阶段；

第一充电阶段，所述第一输入端电压极性为正，所述第二输入端电压极性为负时，所述第一二极管导通，所述第二二极管及所述第三二极管截止，第一输入端的充电电流自所述第一电容，经由所述第一二极管流向所述第二输出端以向所述第一电容充电；

第二充电阶段，所述第二输入端电压极性为正，所述第一输入端电压极性为负时，所述第二二极管导通，所述第一二极管及所述第三二极管截止，第二输入端的充电电流自所述第二电容，经由所述第二二极管流及所述第一电容流向所述第一输出端，以通过所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压差及所述第一电容向所述第二电容充电；

第三充电阶段，所述第一输入端电压极性为正，所述第二输入端电压极性为负时，所述第三二极管导通，所述第一二极管及所述第二二极管截止，第一输入端的充电电流自所述第一电容，经由所述第三电容、第三二极管及第二电容流向所述第二输出端，以通过所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压差、所述第一电容及第二电容向所述第三电容充电。

根据本发明的又一方面，还提供一种焊接性能提升电路，包括：

逆变回路，所述逆变回路的输入端连接至网压输入；

输出回路，所述输出回路的输入端连接至所述逆变回路的输出端，所述输出回路的输出端提供焊接输出；

如上所述的电压提升电路，连接至所述输出回路以提高所述焊接输出的电压。

可选地，所述输出回路包括：

变压器，所述变压器包括连接所述逆变回路的初级绕组及相对于所述初级绕组设置的第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一输入端和第二输入端，分别连接于所述第二次级绕组的两端。

可选地，所述输出回路还包括：

第四二极管；

第五二极管；

第六二极管；以及

第七二极管，

其中，所述第四二极管和第五二极管的正极连接至所述第一次级绕组远离所述第二次级绕组的一端，所述第四二极管和第五二极管耦合至所述电压提升电路的输出端；

所述第六二极管和第七二极管的正极连接至所述第二次级绕组远离所述第一次级绕组的一端，所述第六二极管和第七二极管耦合至所述电压提升电路的输出端。

可选地，所述输出回路还包括：

电抗器，所述四二极管和第五二极管、所述六二极管和第七二极管通过所述电抗器耦合至所述电压提升电路的输出端。

可选地，还包括：

控制电路，分别控制所述逆变回路及所述电压提升电路。

可选地，所述逆变回路为半桥逆变电路或全桥逆变电路。

本发明提供的焊接性能提升电路相比现有技术具有如下优势：

通过电压提升电路的设计，解决空载电压太高带来的诸多弊端，能够在不提升空载电压的情况下，提升焊机的性能，满足特种焊条的焊接需求，同时可以解决长距离、低网压情况下施焊断弧的问题，成本增加非常少，经济效益明显。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是这里的详细说明以及附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为本发明一实施例的焊接性能提升电路的示意性框图；

图2为本发明一实施例的焊接性能提升电路的电路示意图。

图3至图5为本发明具体实施例的电压提升电路的三个充电阶段的电路示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的结构、部件、步骤、方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、部件或者操作以避免模糊本发明的各方面。

首先参考图1，图1为本发明一实施例的焊接性能提升电路的示意图。焊接性能提升电路100包括逆变回路1、输出回路3及电压提升电路4。所述逆变回路1的输入端连接至网压输入。

如图1所示，焊接性能提升电路还可以包括控制电路2。控制电路2分别控制所述逆变回路1及所述电压提升电路4。

所述逆变回路1可以是半桥逆变电路、全桥逆变电路或其他逆变拓扑电路。本实施例中，逆变回路1由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)与电容构成半桥逆变电路，半桥逆变电路具有自动校正偏磁的能力，因此可靠性较高。本发明并非以此为限制。

输出回路3的输入端连接至所述逆变回路1的输出端，所述输出回路3的输出端提供焊接输出。所述输出回路3包括变压器T1。变压器T1包括连接所述逆变回路1的初级绕组N1及相对于所述初级绕组N1设置的第一次级绕组N2和第二次级绕组N3。变压器T1的次级绕组带有中心抽头。所述输出回路3还包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6及第七二极管D7。第四二极管D4至第七二极管D7为快恢复二极管。所述第四二极管D4和第五二极管D5的正极连接至所述第一次级绕组N2远离所述第二次级绕组N3的一端，所述第四二极管D4和第五二极管D5耦合至所述电压提升电路4的输出端。所述第六二极管D6和第七二极管D7的正极连接至所述第二次级绕组N3远离所述第一次级绕组N2的一端，所述第六二极管D6和第七二极管D7耦合至所述电压提升电路4的输出端。所述输出回路3还包括电抗器L1。所述四二极管D4和第五二极管D5、所述六二极管D6和第七二极管D7通过所述电抗器L1耦合至所述电压提升电路4的输出端。输出回路3构成全波整流电路，输出回路3把逆变回路1产生的高频交流信号变换为适合焊接的低压直流电。电抗器L1用于改善动态性能。

电压提升电路4包括第一输入端和第二输入端、输出端、第一电容C1、第一二极管D1、第二电容C2、第二二极管D2、第三电容C3及第三二极管D3。

第一输入端和第二输入端分别连接于变压器T1的第二次级绕组N3的两端。其中，第二输入端相比第二输入端远离第一次级绕组N2。第一电容C1的一端连接至第一输入端。所述第一二极管D2的负极连接至所述第一电容C1的另一端，所述第一二极管D2的正极连接至所述第二输入端。所述第二电容C2的一端连接至所述第一二极管D1的正极。所述第二二极管D2的正极连接至所述第一电容C1的另一端，所述第二二极管D2的负极连接至所述第二电容C2的另一端。第三电容C3的一端连接至所述第二二极管D2的正极，所述第三电容C3的另一端连接至所述输出端。第三二极管D3的正极连接至所述第二二极管D2的负极，所述第三二极管D3的负极连接至所述输出端。电压提升电路4还包括负载电阻R1。所述负载电阻R1的一端连接至所述第一输入端，所述负载电阻R1的另一端连接至所述输出端。

具体而言，所述电压提升电路4提升所述第一输入端和所述输出端之间的电压。该电压提升包括三个充电阶段。

在第一充电阶段中，所述第一输入端电压极性为正，所述第二输入端电压极性为负时，所述第一二极管D1导通，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3截止，第一输入端的充电电流自所述第一电容C1，经由所述第一二极管D1流向所述第二输出端以向所述第一电容C1充电，如图3所示。

在第二充电阶段中，所述第二输入端电压极性为正，所述第一输入端电压极性为负时，所述第二二极管D2导通，所述第一二极管D1及所述第三二极管D3截止，第二输入端的充电电流自所述第二电容C2，经由所述第二二极管D2流及所述第一电容C1流向所述第一输出端，以通过所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压差及所述第一电容C1向所述第二电容C2充电，如图4所示。

在第三充电阶段中，所述第一输入端电压极性为正，所述第二输入端电压极性为负时，所述第三二极管D3导通，所述第一二极管D1及所述第二二极管D2止，第一输入端的充电电流自所述第一电容C1，经由所述第三电容C3、第三二极管D3及第二电容C2流向所述第二输出端，以通过所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压差、所述第一电容C1及第二电容C2向所述第三电容C3充电，如图5所示。由此，通过三个充电阶段提升所述第一输入端和所述输出端之间的电压。

下面将以一个具体实现描述上述充电阶段。

在本实施例中，逆变回路1的逆变频率为50K,变压器T1的匝比为12：4，变比为3，在输入网压为220v条件下，变压器T1级绕组的输出电压为(220X 1.414)/(2X 3)＝51.8V，变压器T1次级带中心抽头，输出回路3把逆变回路产生的高频交流信号变换为适合焊接的低压直流电。

当逆变电路3工作时，第二次级绕组N3两端的电压方向是不断变化的，当连接第二次级绕组N3的所述第一输入端电压极性为正，连接第二次级绕组N3的所述第二输入端电压极性为负时，电流充电流向为连接第二次级绕组N3的所述第一输入端、第一电容C1、第一二极管D1到连接第二次级绕组N3的所述第二输入端，这时在第一电容C1上产生的电压UC1为第二次级绕组N3输出电压的峰值UN3的根号2倍

当第二次级绕组N3输出电压极性发生转换，连接第二次级绕组N3的所述第一输入端电压极性为负，连接第二次级绕组N3的所述第二输入端电压极性为正时，电流充电流向为连接第二次级绕组N3的所述第二输入端、第二电容C2、第二二极管D2、第一电容C1到连接第二次级绕组N3的所述第一输入端。由于第一电容C1的电压UC1串联在充电回路中，第一电容C1的电压UC1加上UN3电压后，给第二电容C2充电，第二电容C2两端电压UC2为两倍的第二次级绕组N3输出电压的峰值UN3的根号2倍

第二电容C2两端电压UC2比第一电容C1的电压UC1电压高一倍。

当第二次级绕组N3输出电压再次发生极性转换时，连接第二次级绕组N3的所述第一输入端电压极性为正，连接第二次级绕组N3的所述第二输入端电压极性为负，此时的充电线路为连接第二次级绕组N3的所述第一输入端、所述第一电容C1、所述第三电容C3、第三二极管D3、第二电容C2到连接第二次级绕组N3的所述第二输入端。由于第一电容C1和第二电容C2串在充电回路中，因此，第三电容C3点电压为UC2+UN3-UC1,因

因此

最终加在负载电阻R1上的电压为：

按变压器T1的变比计算的变压器T1的第二次级绕组N3输出电压UN3＝51.8v,因此最终加在负载电阻R1上的直流电压为219V，这个电压最终叠加到了焊接的输出端。

考虑到，219V电压太高，存在触电隐患，因此，电压提升电路4还可以包括一继电器JD1。所述继电器JD1的一端连接至所述第二输入端，所述继电器JD1的另一端连接至所述第一二极管D1的正极。继电器JD1用于控制电压提升电路4的工作过程，在焊机空载状态下，继电器JD1断开，电压提升电路4不工作，焊机的输出空载电压由变压器T1的次级绕组N2,N3及第四二极管D4至第七二极管D7构成的全波整流电路决定，此时电压为51.8V,没有触电隐患。当焊机起弧后进入正常焊接状态，继电器JD1吸合，电压提升电路4开始工作，因电弧的物理特性决定了电弧两端的电压，手工电弧焊机的电弧电压由以下公式决定：U＝20+0.04*I,I为焊接电流。因电压提升电路4的电压是靠电容和二极管传递过去的，内阻很大，因此能提供的电流很有限，焊机的输出电流取决于第四二极管D4至第七二极管D7构成的全波整流输出的电流，电压提升电路输出的能量，可用于特种焊条(例如纤维素6010)提高电弧维持能力。

通过实际验证，运用该技术后，即使变压器的变比为12：4，理论空载电压为51.8V,在焊接纤维素焊条6010时，电弧非常稳定，甚至可以把弧长拉高到15毫米的条件下保证电弧不断，效果显著。常规焊机要到达相同的焊接效果，变压器的变比一般要做到12：7，这时的空载电压在90V左右，那么同样输出200A的电流，流过功率器件的电流峰值比采用本技术方案的产品大1.7倍，功率器件用量要加倍，因此成本显然要高很多，和采用本技术方案的产品相比，性价比明显降低，缺乏竞争力。

由此，本发明通过电压提升电路的设计，解决空载电压太高带来的诸多弊端，能够在不提升空载电压的情况下，提升焊机的性能，满足特种焊条的焊接需求，同时可以解决长距离、低网压情况下施焊断弧的问题，成本增加非常少，经济效益明显。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种焊接性能提升电路，其特征在于，包括：

电压提升电路，包括：

第一输入端和第二输入端，分别连接于一变压器的次级绕组的两端；

输出端；

第一电容，所述第一电容的一端连接至第一输入端；

第一二极管，所述第一二极管的负极连接至所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极连接至所述第二输入端；

第二电容，所述第二电容的一端连接至所述第一二极管的正极；

第二二极管，所述第二二极管的正极连接至所述第一电容的另一端，所述第二二极管的负极连接至所述第二电容的另一端；

第三电容，所述第三电容的一端连接至所述第二二极管的正极，所述第三电容的另一端连接至所述输出端；以及

第三二极管，所述第三二极管的正极连接至所述第二二极管的负极，所述第三二极管的负极连接至所述输出端；

逆变回路，所述逆变回路的输入端连接至网压输入；

输出回路，所述输出回路的输入端连接至所述逆变回路的输出端，所述输出回路的输出端提供焊接输出，包括：

变压器，所述变压器包括连接所述逆变回路的初级绕组及相对于所述初级绕组设置的第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一输入端和第二输入端，分别连接于所述第二次级绕组的两端；

第四二极管；

第五二极管；

第六二极管；以及

第七二极管，

其中，所述第四二极管和第五二极管的正极连接至所述第一次级绕组远离所述第二次级绕组的一端，所述第四二极管和第五二极管耦合至所述电压提升电路的输出端；

所述第六二极管和第七二极管的正极连接至所述第二次级绕组远离所述第一次级绕组的一端，所述第六二极管和第七二极管耦合至所述电压提升电路的输出端；

其中，所述电压提升电路连接至所述输出回路以提高所述焊接输出的电压。

2.如权利要求1所述的焊接性能提升电路，其特征在于，还包括：

负载电阻，所述负载电阻的一端连接至所述第一输入端，所述负载电阻的另一端连接至所述输出端。

3.如权利要求1所述的焊接性能提升电路，其特征在于，还包括：

继电器，所述继电器的一端连接至所述第二输入端，所述继电器的另一端连接至所述第一二极管的正极，其中，

逆变焊机空载时，所述继电器断开；

逆变焊机起弧后，所述继电器闭合。

4.如权利要求1所述的焊接性能提升电路，其特征在于，所述电压提升电路提升所述第一输入端和所述输出端之间的电压，电压提升包括三个充电阶段；

第一充电阶段，所述第一输入端电压极性为正，所述第二输入端电压极性为负时，所述第一二极管导通，所述第二二极管及所述第三二极管截止，第一输入端的充电电流自所述第一电容，经由所述第一二极管流向第二输出端以向所述第一电容充电；

第二充电阶段，所述第二输入端电压极性为正，所述第一输入端电压极性为负时，所述第二二极管导通，所述第一二极管及所述第三二极管截止，第二输入端的充电电流自所述第二电容，经由所述第二二极管流及所述第一电容流向第一输出端，以通过所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压差及所述第一电容向所述第二电容充电；

第三充电阶段，所述第一输入端电压极性为正，所述第二输入端电压极性为负时，所述第三二极管导通，所述第一二极管及所述第二二极管截止，第一输入端的充电电流自所述第一电容，经由所述第三电容、第三二极管及第二电容流向第二输出端，以通过所述第一输入端和所述第二输入端之间的电压差、所述第一电容及第二电容向所述第三电容充电。

5.如权利要求1所述的焊接性能提升电路，其特征在于，所述输出回路还包括：

电抗器，所述四二极管和第五二极管、所述六二极管和第七二极管通过所述电抗器耦合至所述电压提升电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的焊接性能提升电路，其特征在于，还包括：

控制电路，分别控制所述逆变回路及所述电压提升电路。

7.根据权利要求1所述的焊接性能提升电路，其特征在于，所述逆变回路为半桥逆变电路或全桥逆变电路。

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