CN111250828A - 高频交直流双丝mig焊机电源 - Google Patents

Abstract

本发明适用于双丝MIG焊机技术领域，提供了一种高频交直流双丝MIG焊机电源，包括：控制电路、整流逆变模块、高频变压器和输出模块；所述控制电路包括人机交互模块、电信号检测模块和控制模块。其中控制模块通过人机交互模块发送的电信号设定值及电信号检测模块发送的电信号反馈值生成第一驱动信号和第二驱动信号，使整流逆变模块根据第一驱动信号对外部交流电源信号进行整流逆变处理得到第一交流信号，经变压器变压后，通过输出模块根据第二驱动信号实现第二交流信号的整流或换流处理，得到直流输出信号和交流输出信号，从而在一台高频交直流双丝MIG焊机电源上实现交流信号和直流信号的输出，提高电源系统的稳定性。

Description

高频交直流双丝MIG焊机电源

技术领域

本发明属于双丝MIG焊机技术领域，尤其涉及一种高频交直流双丝MIG 焊机电源。

背景技术

双丝MIG焊多用于堆焊场合，双丝焊具有焊接速度高、焊丝熔敷率高、焊缝质量好等优点。两焊丝分别接电源的正负极，工件不接电弧，焊接时在两焊丝之端部形成单一的电弧。该方法阴阳极活性斑点分别在两焊丝端部，电弧热量基本上都用来熔化焊丝，而只有很少一部分电弧热直接熔化母材，因此其熔敷速度高，电能利用率高。

现有双丝MIG焊机采用双电源系统，双电源结构相同，增加了元器件数量，使结构复杂，体积庞大，且双电源结构增加了两电源之间协调控制的难度，电源系统稳定性差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高频交直流双丝MIG焊机电源，以解决现有技术中采用双电源系统造成的电源系统稳定性差的问题。

本发明实施例提供了一种高频交直流双丝MIG焊机电源，包括：

控制电路、整流逆变模块、高频变压器和输出模块；所述控制电路包括人机交互模块、电信号检测模块和控制模块；

所述人机交互模块用于获取用户输入的电信号设定值，并将所述电信号设定值发送至所述控制模块；所述电信号检测模块用于检测高频交直流双丝MIG 焊机中电弧的电信号反馈值，并将所述电信号反馈值发送至所述控制模块；所述控制模块根据所述电信号反馈值及所述电信号设定值生成第一驱动信号和第二驱动信号；

所述整流逆变模块根据所述第一驱动信号将外部交流电源信号转换为第一交流信号；

所述高频变压器将所述第一交流信号变压为第二交流信号；

所述输出模块用于根据所述第二驱动信号将所述第二交流电信号转换为直流输出信号或交流输出信号；并将所述直流输出信号或所述交流输出信号提供给所述高频交直流双丝MIG焊机中的电弧。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实施例提供了一种高频交直流双丝MIG焊机电源，包括控制电路、整流逆变模块、高频变压器和输出模块；所述控制电路包括人机交互模块、电信号检测模块和控制模块。其中控制模块通过人机交互模块发送的电信号设定值及电信号检测模块发送的电信号反馈值生成第一驱动信号和第二驱动信号，使整流逆变模块根据第一驱动信号对外部交流电源信号进行整流逆变处理得到第一交流信号，经变压器变压后，通过输出模块根据第二驱动信号实现第二交流信号的整流或换流处理，得到直流输出信号和交流输出信号，从而在一台焊机电源上实现交流信号和直流信号的输出，提高电源系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的高频交直流双丝MIG焊机电源的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的BUCK驱动单元的电路示意图；

图3是本发明实施例提供的逆变电路驱动单元的电路示意图；

图4是本发明实施例提供的整流电路驱动单元的电路示意图；

图5是本发明实施例提供的主电路(整流逆变电路、高频变压器和输出模块)的具体电路示意图；

图6是本发明实施例提供的电压信号采集单元的电路示意图；

图7是本发明实施例提供的电流信号采集单元的电路示意图；

图8是本发明实施例提供的直流正极性输出模式的部分驱动信号的时序图；

图9是本发明实施例提供的直流负极性输出模式的部分驱动信号的时序图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，图1示出了本实施例提供的高频交直流双丝MIG焊机电源100的结构示意图，其包括：控制电路110、整流逆变模块120、高频变压器T1和输出模块140；所述控制电路110包括人机交互模块112、电信号检测模块111和控制模块113；

所述人机交互模块112用于获取用户输入的电信号设定值，并将所述电信号设定值发送至所述控制模块113；所述电信号检测模块111用于检测高频交直流双丝MIG焊机中电弧的电信号反馈值，并将所述电信号反馈值发送至所述控制模块113；所述控制模块113根据所述电信号反馈值及所述电信号设定值生成第一驱动信号和第二驱动信号；

所述整流逆变模块120根据所述第一驱动信号将外部交流电源信号转换为第一交流信号；

所述高频变压器T1将所述第一交流信号变压为第二交流信号；

所述输出模块140用于根据所述第二驱动信号将所述第二交流电信号转换为直流输出信号或交流输出信号；并将所述直流输出信号或所述交流输出信号提供给所述高频交直流双丝MIG焊机中的电弧。

在本实施例中，控制电路110包括人机交互模块112、电信号检测模块111 和控制模块113，具体的，用户可以根据实际焊接需要向人机交互模块112发送焊接指令或焊接工艺曲线，人机交互模块112根据焊接指令或焊接工艺曲线确定对应的电信号设定值。

在本实施例中，电信号检测模块111用于检测高频交直流双丝MIG焊机的电弧负载的电信号，电信号包括电压信号和电流信号，电信号检测模块111包括电压信号采集单元和电流信号采集单元。

具体的，电压信号采集单元的电路图如图6所示，电流信号采集单元的电路图如图7所示，如图6和图7所示，电压信号取自电弧上的电压ADC_V_OUT，电路调理使用差分运放U2B完成衰减比例为2.5V，得到电压反馈值Uf，电流 ADC_I使用霍尔传感器采集，经运放U2A后输出比例为200A/v，得到电流反馈值If。

在本发明的一个实施例中，高频交直流双丝MIG焊机还包括显示器，电信号检测模块111反馈的电信号反馈值及人机交互模块112发送的电信号设定值通过显示器显示出来。

在本实施例中，控制模块113根据电信号反馈值和电信号设定值得到第一驱动信号和第二驱动信号，第一驱动信号用于驱动整流逆变模块120中的开关管，第二驱动信号用于驱动输出模块140中的开关管，通过驱动输出模块140 中的开关管的开通和关断，能够使输出模块140转换为整流输出模块或换流输出模块，从而对应的输出直流输出信号和交流输出信号。

从上述实施例可知，本实施例提供了一种高频交直流双丝MIG焊机电源，包括控制电路110、整流逆变模块120、高频变压器T1和输出模块140；所述控制电路110包括人机交互模块112、电信号检测模块111和控制模块113。其中控制模块113通过人机交互模块112发送的电信号设定值及电信号检测模块 111发送的电信号反馈值生成第一驱动信号和第二驱动信号，使整流逆变模块 120根据第一驱动信号对外部交流电源信号进行整流逆变处理得到第一交流信号，经变压器变压后，通过输出模块140根据第二驱动信号实现第二交流信号的整流或换流处理，得到直流输出信号和交流输出信号，从而在一台焊机电源上实现交流信号和直流信号的输出，提高电源系统的稳定性。

在一个实施例中，所述第一驱动信号包括第一驱动子信号和第二驱动子信号；所述整流逆变电路包括整流桥电路、BUCK模块和高频逆变模块；

所述整流桥电路的第一输出端与所述BUCK模块的第一输入端连接，所述 BUCK模块的输出端与所述高频逆变模块的第一输入端连接，所述高频逆变模块的输出端与所述高频变压器T1的原边连接。

所述整流桥电路用于将外部交流电源信号转换为直流电信号，并向所述 BUCK模块提供所述直流电信号。

所述BUCK模块用于根据所述第一驱动子信号调整所述直流电信号的占空比，得到第二直流电信号，并将所述第二直流电信号发送至所述高频逆变模块；

所述高频逆变模块用于根据所述第二驱动子信号将所述第二直流电信号转换为第一交流电信号。

在本实施例中，整流桥用于将380V的外部交流电源信号转换为540V的直流电信号。BUCK模块用于根据第一驱动子信号通过控制两相交错并联BUCK 电路的占空比，调节对后续电路的供能进而调节输出的能量大小，得到第二直流电信号。高频逆变模块将第二直流电信号转换为第一交流电信号。高频变压器T1将第一交流电信号由高压小电流转换为低压大电流，具体的，高频变压器T1包括45圈原边，5圈带中心抽头的副边，可以将540V的第一交流电信号转换为60V的第二交流电信号。输出模块140根据第二驱动信号可实现 0～100KHz的直流输出信号和0～350A的500Hz的交流输出信号。

在一个实施例中，所述控制模块113包括单片机芯片和高频驱动模块；

所述单片机芯片用于根据所述电信号设定值和所述电信号反馈值生成 PWM信号，并将所述PWM信号发送至所述高频驱动模块；

所述高频驱动模块根据所述PWM信号生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

在本实施例中，单片机芯片采用型号为STM32F334C8T6的数字化控制模块113。单片机芯片包括定时计数器，单片机芯片通过定时计数器产生PWM信号。

在本实施例中，单片机芯片通过串口与人机交互模块112通信连接。

在本发明的一个实施例中，控制电路110还包括触发开关，触发开关通过 I/O接口与单片机芯片连接。触发开关用于发送开关控制信号至单片机芯片，以使单片机芯片控制高频交直流双丝MIG焊机电源的工作状态。

在一个实施例中，所述PWM信号包括第一PWM信号、第二PWM信号、第三PWM信号、第四PWM信号、第五PWM信号和第六PWM信号，所述第一驱动子信号包括驱动信号B5和驱动信号B6，所述第二驱动子信号包括驱动信号H9、驱动信号H10、驱动信号H11和驱动信号H12，所述第三驱动信号包括驱动信号B7和驱动信号B8；

所述高频驱动模块包括BUCK驱动单元、逆变电路驱动单元和整流电路驱动单元；

所述BUCK驱动单元根据所述第一PWM信号生成驱动信号B5、并根据所述第二PWM信号生成驱动信号B6；

所述逆变电路驱动单元根据所述第三PWM信号生成驱动信号H9、根据所述第四PWM信号生成驱动信号H10、根据所述第五PWM信号生成驱动信号 H11、根据所述第六PWM信号生成驱动信号H12；

所述整流电路驱动单元根据所述第五PWM驱动信号生成驱动信号B7，根据所述第六驱动信号生成驱动信号B8。

如图2所示，图2是本发明实施例提供的BUCK驱动单元的电路图，其包括驱动芯片QD1、驱动芯片QD2和DCDC1模块，还包括电阻R1和R2、电容 C1-C9。

具体的，驱动芯片QD1的输入引脚IN+通过电阻R2接收单片机芯片发送的第一PWM信号PWM4A，且驱动芯片QD1的输入引脚IN+通过C7接地；驱动芯片QD1的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C2接地；VCC2引脚分别与驱动芯片QD2的VCC2引脚及DCDC1 模块的VCC1引脚连接，且VCC2引脚还通过电容C3分别与DCDC1模块的 GND引脚及电容C9的一端连接；驱动芯片QD1的VEE2引脚分别连接电容 C9的另一端、DCDC1模块的VEE1引脚及驱动芯片QD2的VEE2引脚。驱动芯片QD1的OUTH引脚输出高电平的驱动子信号B1，OUTL引脚输出低电平的驱动子信号B2，驱动子信号B1和驱动子信号B2共同作用为BUCK模块提供驱动信号B5。

驱动芯片QD2的输入引脚IN+通过电阻R1接收单片机芯片发送的第二 PWM信号PWM3A，且驱动芯片QD2的输入引脚IN+通过C6接地；驱动芯片 QD2的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C1接地；VCC2引脚分别与驱动芯片QD1的VCC2引脚及电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电容C8的一端连接；驱动芯片QD2的VEE2引脚分别连接电容C8的另一端、DCDC1模块的VEE1引脚。驱动芯片QD2的OUTH引脚输出高电平的驱动子信号B3，OUTL引脚输出低电平的驱动子信号 B4，驱动子信号B3和驱动子信号B4共同作用为BUCK模块提供驱动信号B6。

DCDC1模块的+IN引脚分别与+15V电压及电容C5的一端连接，电容C5 的另一端接地，DCDC1模块的-IN引脚接地。DCDC1模块用于为驱动芯片QD1 和驱动芯片QD2供电。

如图3所示，图3示出了逆变电路驱动单元的电路示意图。

在本实施例中，逆变电路驱动单元包括驱动芯片QD3、驱动芯片QD4、驱动芯片QD5、驱动芯片QD6、DCDC2模块、DCDC3模块、DCDC4模块、DCDC5 模块、电阻R3-R6和电容C11-C30。

具体的，驱动芯片QD3的输入引脚IN+通过电阻R3接收单片机芯片发送的第三PWM信号PWM1A，且驱动芯片QD3的输入引脚IN+通过C17接地；驱动芯片QD3的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C11接地；VCC2引脚与DCDC2模块的VCC1引脚连接，且VCC2 引脚还通过电容C13分别与DCDC2模块的GND引脚及电容C19的一端连接；驱动芯片QD3的VEE2引脚分别连接电容C19的另一端及DCDC2模块的VEE1 引脚。驱动芯片QD3的OUTH引脚输出高电平的驱动子信号H1，OUTL引脚输出低电平的驱动子信号H2，驱动子信号H1和驱动子信号H2共同作用为高频逆变模块提供驱动信号H9。DCDC2模块的+IN引脚分别与+15V电压及电容 C15的一端连接，电容C15的另一端接地，DCDC2模块的-IN引脚接地。DCDC2 模块用于为驱动芯片QD3供电。

驱动芯片QD4的输入引脚IN+通过电阻R4接收单片机芯片发送的第四 PWM信号PWM2A，且驱动芯片QD4的输入引脚IN+通过C18接地；驱动芯片QD4的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C12接地；VCC2引脚与DCDC3模块的VCC1引脚连接，且VCC2引脚还通过电容C14分别与DCDC3模块的GND引脚及电容C20的一端连接；驱动芯片QD4的VEE2引脚分别连接电容C20的另一端及DCDC3模块的VEE1 引脚。驱动芯片QD4的OUTH引脚输出高电平的驱动子信号H3，OUTL引脚输出低电平的驱动子信号H4，驱动子信号H3和驱动子信号H4共同作用为高频逆变模块提供驱动信号H10。DCDC3模块的+IN引脚分别与+15V电压及电容C16的一端连接，电容C16的另一端接地，DCDC3模块的-IN引脚接地。 DCDC3模块用于为驱动芯片QD4供电。

驱动芯片QD5的输入引脚IN+通过电阻R5接收单片机芯片发送的第五 PWM信号PWM2B，且驱动芯片QD5的输入引脚IN+通过C28接地；驱动芯片QD5的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C22接地；VCC2引脚与DCDC4模块的VCC1引脚连接，且VCC2引脚还通过电容C23分别与DCDC4模块的GND引脚及电容C29的一端连接；驱动芯片QD5的VEE2引脚分别连接电容C29的另一端及DCDC4模块的VEE1 引脚。驱动芯片QD5的OUTH引脚输出高电平的驱动子信号H7，OUTL引脚输出低电平的驱动子信号H8，驱动子信号H7和驱动子信号H8共同作用为高频逆变模块提供驱动信号H11。DCDC4模块的+IN引脚分别与+15V电压及电容C25的一端连接，电容C25的另一端接地，DCDC4模块的-IN引脚接地。 DCDC4模块用于为驱动芯片QD5供电。

驱动芯片QD6的输入引脚IN+通过电阻R6接收单片机芯片发送的第六 PWM信号PWM 1B，且驱动芯片QD6的输入引脚IN+通过C27接地；驱动芯片QD6的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C21接地；VCC2引脚与DCDC5模块的VCC1引脚连接，且VCC2引脚还通过电容C24分别与DCDC5模块的GND引脚及电容C30的一端连接；驱动芯片QD6的VEE2引脚分别连接电容C30的另一端及DCDC5模块的VEE1 引脚。驱动芯片QD6的OUTH引脚输出高电平的驱动子信号H5，OUTL引脚输出低电平的驱动子信号H6，驱动子信号H5和驱动子信号H6共同作用为高频逆变模块提供驱动信号H12。DCDC5模块的+IN引脚分别与+15V电压及电容C26的一端连接，电容C26的另一端接地，DCDC5模块的-IN引脚接地。 DCDC5模块用于为驱动芯片QD6供电。

在本实施例中，如图4所示，图4示出了本发明实施例提供的整流电路驱动单元的电路示意图，其包括驱动芯片QD7和驱动芯片QD8，DCDC6模块和 DCDC7模块。

具体的，驱动芯片QD7的输入引脚IN+通过电阻R7接收单片机芯片发送的第五PWM信号PWM 2B，且驱动芯片QD7的输入引脚IN+通过C39接地；驱动芯片QD7的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C32接地；VCC2引脚与DCDC6模块的VCC1引脚连接，且VCC2 引脚还通过电容C33分别与DCDC6模块的GND引脚及电容C41的一端连接；驱动芯片QD7的VEE2引脚分别连接电容C41的另一端及DCDC6模块的VEE1 引脚。驱动芯片QD7的OUTH引脚输出的高电平驱动子信号和OUTL引脚输出的低电平驱动子信号组成驱动信号B7。DCDC6模块的+IN引脚分别与+15V 电压及电容C35的一端连接，电容C35的另一端接地，DCDC6模块的-IN引脚接地。DCDC6模块用于为驱动芯片QD7供电。

驱动芯片QD8的输入引脚IN+通过电阻R8接收单片机芯片发送的第六 PWM信号PWM 1B，且驱动芯片QD8的输入引脚IN+通过C37接地；驱动芯片QD8的输入引脚IN-及GND1引脚均接地；VCC1引脚连接3V3信号，且通过电容C31接地；VCC2引脚与DCDC7模块的VCC1引脚连接，且VCC2引脚还通过电容C34分别与DCDC7模块的GND引脚及电容C42的一端连接；驱动芯片QD8的VEE2引脚分别连接电容C42的另一端及DCDC7模块的VEE1 引脚。驱动芯片QD8的OUTH引脚输出的高电平驱动子信号和OUTL引脚输出的低电平驱动子信号组成驱动信号B8。DCDC7模块的+IN引脚分别与+15V 电压及电容C36的一端连接，电容C36的另一端接地，DCDC7模块的-IN引脚接地。DCDC7模块用于为驱动芯片QD8供电。

在一个实施例中，如图5所示，图5示出了主电路(整流逆变模块120、高频变压器T1和输出模块140)的电路示意图。

在一个实施例中，如图5所示，所述整流桥电路包括整流桥和电容C10。整流桥获取三相电，并将三相交流电整流为直流电信号，通过整流桥电路的第一输出端和第二输出端输出直流电信号，且电容C10连接与整流桥电路的第一输出端和第二输出端之间。

在一个实施例中，如图5所示，所述BUCK模块包括第一开关管TR1、第二开关管TR2、第一二极管D1和第一电感L1；

所述第一开关管TR1的漏极和所述第二开关管TR2的漏极分别作为所述 BUCK模块的第一输入端与所述整流桥电路的第一输出端连接，所述第一开关管TR1的源极、所述第二开关管TR2的源极、所述第一二极管D1的阴极分别与所述第一电感L1的第一端连接，所述第一二极管D1的阳极作为所述BUCK 模块的第二输入端与所述整流桥电路的第二输出端连接；所述第一电感L1的第二端为所述BUCK模块的输出端；

所述第一开关管TR1的栅极接收所述驱动信号B5；所述第二开关管TR2 的栅极接收所述驱动信号B6。

在一个实施例中，所述BUCK模块还包括第一下拉电阻Rgs1和第二下拉电阻Rgs5；

所述第一下拉电阻Rgs1串联在所述第一开关管TR1的源极和栅极之间；

所述第二下拉电阻Rgs5串联在所述第二开关管TR2的源极和栅极之间。

在本实施例中，如图5所示，BUCK模块还包括电阻RE1、RE4、RG1和 RG5。

其中，电阻RE1的一端和电阻RG1的一端分别连接第一开关管TR1的栅极，电阻RG1的另一端连接驱动芯片QD1的OUTH引脚，电阻RE1的另一端连接驱动芯片QD1的OUTL引脚，从而使驱动芯片QD1为第一开关管TR1提供驱动信号B5。电阻RE4的一端和电阻RG5的一端分别连接第二开关管TR2 的栅极，电阻RG5的另一端连接驱动芯片QD2的OUTH引脚，电阻RE4的另一端连接驱动芯片QD2的OUTL引脚，从而使驱动芯片QD2为第二开关管TR2 提供驱动信号B6。

在本发明的一个实施例中，BUCK模块的第一开关管TR1和第二开关管 TR2均采用IGBT场效应管。

在一个实施例中，如图5所示，所述高频逆变模块包括第三开关管TR3、第四开关管TR4、第五开关管TR5和第六开关管TR6；

所述第三开关管TR3的栅极接收所述驱动信号H9、所述第四开关管TR4 的栅极接收所述驱动信号H10，所述第五开关管TR5的栅极接收所述驱动信号 H11，所述第六开关管TR6的栅极接收所述驱动信号H12；

所述第三开关管TR3的漏极、所述第四开关管TR4的漏极分别与所述 BUCK模块的输出端连接，所述第三开关管TR3的源极与所述第五开关管TR5 的漏极连接，所述第四开关管TR4的源极与所述第六开关管TR6的漏极连接，所述第五开关管TR5的源极和所述第六开关管TR6的源极分别作为所述高频逆变模块的第二输入端与所述整流桥电路的第二输出端连接，所述第三开关管 TR3的源极与所述高频变压器T1原边的第一端连接，所述第四开关管TR4的源极与所述高频变压器T1原边的第二端连接。

在一个实施例中，如图5所示，所述高频逆变模块还包括第三下拉电阻 Rgs7、第四下拉电阻Rgs6、第五下拉电阻Rgs10和第六下拉电阻Rgs10；

所述第三下拉电阻Rgs7的第一端与所述第三开关管TR3的栅极连接，所述第三下拉电阻Rgs7的第二端与所述第三开关管TR3的源极连接；

所述第四下拉电阻Rgs6的第一端与所述第四开关管TR4的栅极连接，所述第四下拉电阻Rgs6的第二端与所述第四开关管TR4的源极连接；

所述第五下拉电阻Rgs10的第一端与所述第五开关管TR5的栅极连接，所述第五下拉电阻Rgs10的第二端与所述第五开关管TR5的源极连接；

所述第六下拉电阻Rgs10的第一端与所述第六开关管TR6的栅极连接，所述第六下拉电阻Rgs10的第二端与所述第六开关管TR6的源极连接。

在本实施例中，高频逆变电路使用全桥逆变电路拓扑，采用ZVS软开关控制时序，高频逆变电路中的第三开关管TR3和第四开关管TR4为上桥臂的两个开关管，占比固定为50％。第五开关管TR5和第六开关管TR6为下桥臂两个开关管，占空比可调。传统的全桥逆变使用硬开关控制时序，开关损耗、尖峰和干扰都很大。这些开关的尖峰会使焊机的电压电流反馈采样有较大误差，从而影响焊机输出工艺的精确控制。所以本发明实施例使用zvs软开关的技术来避免因开关尖峰引起的电压电流反馈采样的误差。

在本发明的一个实施例中，高频逆变电路的第三开关管TR3至第六开关管 TR6采用IGBT场效应管。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，高频逆变模块还包括电阻RG2、 RG3、RG7、RG8、RE2、RE3、RE5和RE6。

具体的，RG2和RE2的一端分别连接第三开关管TR3的栅极，RG2的另一端连接驱动芯片QD3的OUTH引脚，RE2的另一端连接驱动芯片QD3的 OUTL引脚，从而使驱动芯片QD3为第三开关管TR3提供驱动信号H9。

RG3和RE3的一端分别连接第四开关管TR4的栅极，RG3的另一端连接驱动芯片QD4的OUTH引脚，RE3的另一端连接驱动芯片QD4的OUTL引脚，从而使驱动芯片QD4为第四开关管TR4提供驱动信号H10。

RG7和RE5的一端分别连接第五开关管TR5的栅极，RG7的另一端连接驱动芯片QD5的OUTH引脚，RE5的另一端连接驱动芯片QD5的OUTL引脚，从而使驱动芯片QD5为第五开关管TR5提供驱动信号H11。

RG8和RE6的一端分别连接第六开关管TR6的栅极，RG8的另一端连接驱动芯片QD6的OUTH引脚，RE6的另一端连接驱动芯片QD6的OUTL引脚，从而使驱动芯片QD6为第六开关管TR6提供驱动信号H12。

在一个实施例中，如图5所示，所述输出模块140包括第七开关管S1、第八开关管S2、第九开关管S3、第十开关管S4、第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元和第四滤波单元；

所述第七开关管S1的漏极与所述高频变压器T1副边的同名端连接，所述第七开关管S1的源极与所述第八开关管S2的源极连接，所述第八开关管S2 的漏极与所述第十开关管S4的漏极连接，所述第十开关管S4的源极与所述第九开关管S3的源极连接，所述第九开关管S3的漏极与所述高频变压器T1副边的异名端连接；

所述第一滤波单元并联在所述第七开关管S1的源极和漏极之间；所述第二滤波单元并联在所述第八开关管S2的源极和漏极之间；所述第三滤波单元并联在所述第九开关管S3的源极和漏极之间；所述第四滤波单元并联在所述第十开关管S4的源极和漏极之间；

所述第七开关管S1的栅极及所述第八开关管S2的栅极分别接收所述驱动信号B7；所述第九开关管S3的栅极及所述第十开关管S4的栅极分别接收所述驱动信号B8；

所述高频变压器T1副边的中间抽头为所述输出模块140的第一输出端；所述第八开关管S2的漏极为所述输出模块140的第二输出端。

在本实施例中，如图5所示，第一滤波单元包括电阻Rx1和电容Cx1，电阻Rx1和电容Cx1串联在第七开关管S1的源极和漏极之间。第二滤波单元包括电阻Rx2和电容Cx2，电阻Rx2和电容Cx2串联在第八开关管S2的源极和漏极之间。第三滤波单元包括电阻Rx3和电容Cx3，电阻Rx3和电容Cx3串联在第九开关管S3的源极和漏极之间。第四滤波单元包括电阻Rx4和电容Cx4，电阻Rx4和电容Cx4串联在第十开关管S4的源极和漏极之间。

在一个实施例中，所述输出模块140还包括第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第三稳压二极管Z3、第四稳压二极管Z4、第七下拉电阻Rgs3、第八下拉电阻Rgs8、第九下拉电阻Rgs12和第十下拉电阻Rgs10；

所述第七下拉电阻Rgs3的第一端及所述第一稳压二极管Z1的第一端均与所述第七开关管S1的源极连接，所述第七下拉电阻Rgs3的第二端及所述第一稳压二极管Z1的第二端均与所述第七开关管S1的栅极连接；所述第八下拉电阻Rgs8的第一端及所述第二稳压二极管Z2的第一端均与所述第八开关管S2 的源极连接，所述第八下拉电阻Rgs8的第二端及所述第二稳压二极管Z2的第二端均与所述第八开关管S2的栅极连接；所述第一稳压二极管Z1的第二端与所述第二稳压二极管Z2的第二端连接；

所述第九下拉电阻Rgs12的第一端及所述第三稳压二极管Z3的第一端均与所述第九开关管S3的源极连接，所述第九下拉电阻Rgs12的第二端及所述第三稳压二极管Z3的第二端均与所述第九开关管S3的栅极连接；所述第十下拉电阻Rgs10的第一端及所述第四稳压二极管Z4的第一端均与所述第十开关管S4的源极连接，所述第十下拉电阻Rgs10的第二端及所述第四稳压二极管 Z4的第二端均与所述第十开关管S4的栅极连接；所述第三稳压二极管Z3的第二端与所述第四稳压二极管Z4的第二端连接。

在本实施例中，通过控制输出模块140的驱动脉冲可实现0～350A的500Hz 交流焊接和0～100kHz直流焊接。

具体的，图8示出了输出模块140输出直流输出信号时对应的正极性输出模式的脉冲时序图。图9示出了输出模块140输出直流输出信号时对应的负极性输出模块140的脉冲时序图。如图8和图9所示，驱动原理如下：

驱动信号B5、驱动信号B6分别为BUCK模块的驱动脉冲；H9、H10分别为高频逆变模块的控制时序；B7、B8分别为输出模块140的驱动脉冲。只需变换B7和B8的时序即可实现交流和直流的输出模式变换。在图8正极性模式下输出端out1为正，out2为负。图9负极性模式下输出端输出端out1为负， out2为正.将两种模式交替变换，可实现交流输出模式。

在本实施例中，第七开关管S1至第十开关管S4采用耗尽型N-MOS场效应管。

在本发明的一个实施例中，输出模块140还包括电阻RG4、RG8、RG6和 RG10。具体的，RG4的一端与第七开关管S1的栅极连接，RG8的一端与第八开关管S2的栅极连接，RG4的另一端及RG8的另一端均与驱动芯片QD7的 B7点连接，RG6的一端与第九开关管S3的栅极连接，RG10的一端与第十开关管S4的栅极连接，RG6的另一端及RG10的另一端均与驱动芯片QD8的B8 点连接。

在本发明的一个实施例中，输出模块140的第一输出端与焊机电弧的一极连接，输出模块140的第二输出端与焊机电弧的另一极连接。

在本发明的一个实施例中，高频交直流双丝MIG焊机电源还包括保护模块和过温检测电路，过温检测电路检测三相工频电路电压，BUCK模块的电流、散热器温度，并把信号传回保护模块，如果发生故障，保护模块会将保护信号传回控制模块113，控制模块113会发出低电平信号使主电路停止工作保护电源安全。

从上述实施例可知，交流380V经过三相整流桥电路输出直流540v至两相交错BUCK模块，通过控制BUCK模块驱动信号的占空比，可调节对后续电路的供能。通过BUCK模块斩波之后的电流经高频逆变模块，逆变成高频交流电，高频交流电经过高频变压器T1流向高频整流/换流输出模块。通过调整整流/换流输出模块的控制时序可实现交流500Hz或直流100kHz的焊接。

本发明实施例采用全桥移相软开关的高频逆变模块，产生高达100kHz高频交流；输出模块140实现交流、直流焊接模式的变换。具体的，三相工频交流电路经过三相整流桥电路后成为平滑的直流电后进入BUCK模块，然后通过高频逆变模块、高频变压器T1、输出整流/换流模块进入电弧负载；与此同时，控制电路110内的STM32数字化控制模块113根据电信号检测模块111检测焊接过程中的电压电流参数与人机交互模块112给定的电压电流值，通过控制模块113中的单神经元控制算法运算得出一个信号，传给STM32芯片内嵌的移相脉宽调制模块，该模块会产生50kHz的高频四路移相PWM信号并传输给高频驱动模块，控制整流逆变电路得到50kHz高频高压电，高频高压电经过高频变压器T1会转换成符合焊接工艺要求的电参数，然后再通过整流换流输出模块，与此同时STM32还会给输出模块140发出控制信号控制mosfet开关管的通断，来得到需要的直流电或交流电，通过这个过程来控制电源输出的电压和电流。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，包括：

控制电路、整流逆变模块、高频变压器和输出模块；所述控制电路包括人机交互模块、电信号检测模块和控制模块；

所述人机交互模块用于获取用户输入的电信号设定值，并将所述电信号设定值发送至所述控制模块；所述电信号检测模块用于检测高频交直流双丝MIG焊机中电弧的电信号反馈值，并将所述电信号反馈值发送至所述控制模块；所述控制模块根据所述电信号反馈值及所述电信号设定值生成第一驱动信号和第二驱动信号；

所述整流逆变模块根据所述第一驱动信号将外部交流电源信号转换为第一交流信号；

所述高频变压器将所述第一交流信号变压为第二交流信号；

所述输出模块用于根据所述第二驱动信号将所述第二交流电信号转换为直流输出信号或交流输出信号；并将所述直流输出信号或所述交流输出信号提供给所述高频交直流双丝MIG焊机中的电弧。

2.如权利要求1所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述第一驱动信号包括第一驱动子信号和第二驱动子信号；所述整流逆变电路包括整流桥电路、BUCK模块和高频逆变模块；

所述整流桥电路的第一输出端与所述BUCK模块的第一输入端连接，所述BUCK模块的输出端与所述高频逆变模块的第一输入端连接，所述高频逆变模块的输出端与所述高频变压器的原边连接；

所述整流桥电路用于将外部交流电源信号转换为直流电信号，并向所述BUCK模块提供所述直流电信号；

所述BUCK模块用于根据所述第一驱动子信号调整所述直流电信号的占空比，得到第二直流电信号，并将所述第二直流电信号发送至所述高频逆变模块；

所述高频逆变模块用于根据所述第二驱动子信号将所述第二直流电信号转换为第一交流电信号。

3.如权利要求2所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述控制模块包括单片机芯片和高频驱动模块；

所述单片机芯片用于根据所述电信号设定值和所述电信号反馈值生成PWM信号，并将所述PWM信号发送至所述高频驱动模块；

所述高频驱动模块根据所述PWM信号生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。

4.如权利要求3所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述PWM信号包括第一PWM信号、第二PWM信号、第三PWM信号、第四PWM信号、第五PWM信号和第六PWM信号，所述第一驱动子信号包括驱动信号B5和驱动信号B6，所述第二驱动子信号包括驱动信号H9、驱动信号H10、驱动信号H11和驱动信号H12，所述第三驱动信号包括驱动信号B7和驱动信号B8；

所述高频驱动模块包括BUCK驱动单元、逆变电路驱动单元和整流电路驱动单元；

所述BUCK驱动单元根据所述第一PWM信号生成驱动信号B5、并根据所述第二PWM信号生成驱动信号B6；

所述逆变电路驱动单元根据所述第三PWM信号生成驱动信号H9、根据所述第四PWM信号生成驱动信号H10、根据所述第五PWM信号生成驱动信号H11、根据所述第六PWM信号生成驱动信号H12；

所述整流电路驱动单元根据所述第五PWM驱动信号生成驱动信号B7，根据所述第六驱动信号生成驱动信号B8。

5.如权利要求4所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，

所述BUCK模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第一电感；

所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的漏极分别作为所述BUCK模块的第一输入端与所述整流桥电路的第一输出端连接，所述第一开关管的源极、所述第二开关管的源极、所述第一二极管的阴极分别与所述第一电感的第一端连接，所述第一二极管的阳极作为所述BUCK模块的第二输入端与所述整流桥电路的第二输出端连接；所述第一电感的第二端为所述BUCK模块的输出端；

所述第一开关管的栅极接收所述驱动信号B5；所述第二开关管的栅极接收所述驱动信号B6。

6.如权利要求5所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述BUCK模块还包括第一下拉电阻和第二下拉电阻；

所述第一下拉电阻串联在所述第一开关管的源极和栅极之间；

所述第二下拉电阻串联在所述第二开关管的源极和栅极之间。

7.如权利要求4所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述高频逆变模块包括第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；

所述第三开关管的栅极接收所述驱动信号H9、所述第四开关管的栅极接收所述驱动信号H10，所述第五开关管的栅极接收所述驱动信号H11，所述第六开关管的栅极接收所述驱动信号H12；

所述第三开关管的漏极、所述第四开关管的漏极分别与所述BUCK模块的输出端连接，所述第三开关管的源极与所述第五开关管的漏极连接，所述第四开关管的源极与所述第六开关管的漏极连接，所述第五开关管的源极和所述第六开关管的源极分别作为所述高频逆变模块的第二输入端与所述整流桥电路的第二输出端连接，所述第三开关管的源极与所述高频变压器原边的第一端连接，所述第四开关管的源极与所述高频变压器原边的第二端连接。

8.如权利要求7所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述高频逆变模块还包括第三下拉电阻、第四下拉电阻、第五下拉电阻和第六下拉电阻；

所述第三下拉电阻的第一端与所述第三开关管的栅极连接，所述第三下拉电阻的第二端与所述第三开关管的源极连接；

所述第四下拉电阻的第一端与所述第四开关管的栅极连接，所述第四下拉电阻的第二端与所述第四开关管的源极连接；

所述第五下拉电阻的第一端与所述第五开关管的栅极连接，所述第五下拉电阻的第二端与所述第五开关管的源极连接；

所述第六下拉电阻的第一端与所述第六开关管的栅极连接，所述第六下拉电阻的第二端与所述第六开关管的源极连接。

9.如权利要求4所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述输出模块包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元和第四滤波单元；

所述第七开关管的漏极与所述高频变压器副边的同名端连接，所述第七开关管的源极与所述第八开关管的源极连接，所述第八开关管的漏极与所述第十开关管的漏极连接，所述第十开关管的源极与所述第九开关管的源极连接，所述第九开关管的漏极与所述高频变压器副边的异名端连接；

所述第一滤波单元并联在所述第七开关管的源极和漏极之间；所述第二滤波单元并联在所述第八开关管的源极和漏极之间；所述第三滤波单元并联在所述第九开关管的源极和漏极之间；所述第四滤波单元并联在所述第十开关管的源极和漏极之间；

所述第七开关管的栅极及所述第八开关管的栅极分别接收所述驱动信号B7；所述第九开关管的栅极及所述第十开关管的栅极分别接收所述驱动信号B8；

所述高频变压器副边的中间抽头为所述输出模块的第一输出端；所述第八开关管的漏极为所述输出模块的第二输出端。

10.如权利要求9所述的高频交直流双丝MIG焊机电源，其特征在于，所述输出模块还包括第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管、第四稳压二极管、第七下拉电阻、第八下拉电阻、第九下拉电阻和第十下拉电阻；

所述第七下拉电阻的第一端及所述第一稳压二极管的第一端均与所述第七开关管的源极连接，所述第七下拉电阻的第二端及所述第一稳压二极管的第二端均与所述第七开关管的栅极连接；所述第八下拉电阻的第一端及所述第二稳压二极管的第一端均与所述第八开关管的源极连接，所述第八下拉电阻的第二端及所述第二稳压二极管的第二端均与所述第八开关管的栅极连接；所述第一稳压二极管的第二端与所述第二稳压二极管的第二端连接；

所述第九下拉电阻的第一端及所述第三稳压二极管的第一端均与所述第九开关管的源极连接，所述第九下拉电阻的第二端及所述第三稳压二极管的第二端均与所述第九开关管的栅极连接；所述第十下拉电阻的第一端及所述第四稳压二极管的第一端均与所述第十开关管的源极连接，所述第十下拉电阻的第二端及所述第四稳压二极管的第二端均与所述第十开关管的栅极连接；所述第三稳压二极管的第二端与所述第四稳压二极管的第二端连接。

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