CN111625045A - 一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及逆变焊机技术领域，公开了一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其包括给定模块，用于输出给定正信号；电流负反馈模块，用于输出电流负信号；温度采集放大模块，用于输出温度采集的正信号；PI比例调节模块，用于调节给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号并输出PWM控制信号。本发明通过一种精准温度补偿传感器控制、使用低温漂运放控制技术，进而实现了因环境温度造成焊机输出电流不稳的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及逆变焊机技术领域，尤其是涉及一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路。
背景技术
在高精度焊逆变焊接电源VCC焊接中，很难解决因环境温度变化对焊机输出电流扰动影响。它是困扰逆变焊机设计一个难题。
随着逆变电焊机的广泛应用，市场竞争日益激烈，性能与成本成为竞争的两个重要因素；目前逆变一般采用温控开关或热敏电阻来控制功率器件，很难实现精准控制焊机输出电流准确的难题。因其控制精度较差，存在线性度不高的问题，很难适应高精度焊机在复杂环境条件下的使用要求，故针对此问题而发明出本电路。
本方法通过一种针对逆变焊机的环境温度变化造成焊机输出电流扰动的特点而精心设计的一种精准控制技术，从而实现了因环境温度变化而造成焊机输出电流不稳的技术难题。电路简洁、温度控制精准度高、易于实现、成本低等特点。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种精准温度补偿传感器控制、使用低温漂运放控制技术，进而实现了因环境温度造成焊机输出电流不稳的技术难题的应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：包括
给定模块，用于输出给定正信号；
电流负反馈模块，用于输出电流负信号；
温度采集放大模块，用于输出温度采集的正信号；
PI比例调节模块，用于调节所述给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号并输出控制信号至PWM控制电路。
通过采用上述技术方案，给定模块输出给定正信号，电流负反馈模块输出电流负信号，温度采集放大模块输出温度采集信号，三者经过PI比例调节模块进行调节后输出控制信号至PWM控制电路。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述给定模块包括分压部，所述分压部电连接有限流部，所述限流部电连接有滤波部；
所述限流部包括限流电阻R9；
所述滤波部包括滤波电阻R11；
所述滤波电阻R11的两端并联有滤波电容C8，所述滤波电容C8的一端接地，另一端连接在所述限流电阻R9和所述滤波电阻R11的连接点处；
所述分压部包括电源VCC，所述电源VCC正极电连接有分压电阻R8的一端，所述分压电阻R8的另一端电连接有电位器VR1的不可调端，所述电位器VR1的另一不可调端接地，所述电位器VR1的可调端与所述限流电阻R9远离所述滤波电阻R11的一端电连接；
所述滤波电阻R11和所述限流电阻R9的连接节点处电连接有电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端用于输出所述给定正信号。
通过采用上述技术方案，电源VCC、分压电阻R8和电位器VR1组成的分压电路，输出控制信号，控制信号经限流电阻R9进行限流再次输出控制信号，最后控制信号经滤波电阻R11和滤波电容C8进行滤波后，由电阻R10输出给定正信号到PI比例调节器。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电流负反馈模块包括分流部，所述分流部电连接有滤波部，所述滤波部电连接有限流部；
所述限流部包括限流电阻R12；
所述滤波部包括滤波电容C12；
所述滤波电容C12的一端接地，另一端连接于所述限流电阻R12的一端；
所述分流部包括分流器，所述分流器的P2-1端连接在所述滤波电容C12与所述限流电阻R12之间的连接点处；
所述限流电阻R12的远离所述滤波电容C12的一端用于输出所述电流负信号。
通过采用上述技术方案，分流器的P2-1端输出控制信号，该控制信号经滤波电容C12进行滤波后再次输出控制信号，最后控制信号由限流电阻R12限流至PI比例调节器。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述温度采集放大模块包括装在感应焊机内部的温度采集芯片IC3(LM35)，所述温度采集芯片IC3的信号输出端电连接有放大部，所述放大部包括电阻R13，所述电阻R13的一端与所述温度采集芯片IC3的信号输出端电连接，所述电阻R13的另一端电连接有运放ICI（LM324）的同相输入端，所述运放ICI的反相输入端电连接有电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接地，所述运放ICI的反相输入端电连接有电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端电连接有所述运放ICI的输出端；所述运放ICI的输出端用于输出所述温度采集的正信号。
通过采用上述技术方案，由装在感应焊机内部温度的精确传感器IC3(LM35)芯片信号经过R13同相比例放大器IC1、R14、R15到PI比例调节器。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述PI比例调节模块（4）包括PI比例调节器，所述给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号输入所述PI比例调节器的同相输入端，所述PI比例调节器的同相输入端电连接有钳位部，所述PI比例调节器的同相输入端电连接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端电连接有电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端电连接所述PI比例调节器的输出端，所述PI比例调节器的同相输入端电连接有电容C4的一端，所述电容C4的另一端电连接所述PI比例调节器的输出端，所述PI比例调节器的反相输入端接地，所述PI比例调节器的输出端用于输出控制信号，所述PI比例调节器的4脚和9脚电连接。
通过采用上述技术方案，给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号，经钳位二极管D1和钳位二极管D2进行电位的限制，再经由到由电容C4、电容C5、电阻R7和PI比例调节器加法运算放大器的同相输入端，经过PI比例调节器(IC1)的10脚输出到控制信号。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述钳位部包括钳位二极管D1和钳位二极管D2，所述钳位二极管D1的负极电连接所述PI比例调节器的同相输入端，所述钳位二极管D1的正极接地，所述钳位二极管D2的负极与所述钳位二极管D1的正极电连接，所述钳位二极管D1的正极与所述钳位二极管D1的负极电连接。
通过采用上述技术方案，钳位二极管D1和钳位二极管D2反向并联且与负载并联，利用钳位二极管D1和钳位二极管D2的正向导通特性，一次只能有一个二极管导通，而另一个处于截止状态，那么它的正反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.5-0.7以下，从而起到保护电路的目的；当二极管负极接地时，则正极端电路的电位比地高时，二极管会导通将其电位拉下来，即正极端电路被钳位零电位或零电位以下；当二极管正极接地时，则负极端电路的电位比地高时，二极管会截止，其电位将不会受二极管的任何作用。来限制PI比例调节器的同相输入端的电位，将周期性变化的波形的顶部或底部保持在一个设定的直流电平上。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述PI比例调节器的1脚电连接有电容C9的一端，所述电容C9的另一端电连接所述PI比例调节器的8脚和电容C1的一端，所述电容C1的另一端电连接所述PI比例调节器的2脚。
通过采用上述技术方案，电容C9和电容C1用于滤波，稳定电路。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述PI比例调节器的11脚电连接有电源VCC的正极，所述电源VCC的正极电连接有电容C7的正极，所述电容C7的负极电连接VEE；所述PI比例调节器的7脚接地，所述PI比例调节器的7脚电连接有电容C10的一端，所述电容C10的另一端接地。
通过采用上述技术方案，电容C7和电容C10均起到滤波稳压的效果。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本装置经多次实验证均达到较为满意的温度控制效果，较容易实现了因环境温度造成焊机输出电流不稳的技术难题，实现了该温度控制领域一个大的技术突破，目前该技术成功应用在中高端的逆变焊机电源VCC制造的设计中，取得了较为满意的效果；
2.本装置经过反复验证，具有重复性好，可靠性高，温度控制精确度高，电路简单的特点；
3.该装置和传统老方法相比较，在逆变弧焊方面实现温度补偿控制的一大突破，尤其解决了弧焊机在精准温度控制技术一个难题。
附图说明
图1是本发明提供的流程图；
图2是本发明提供的电路图。
附图标记：1、给定模块；2、电流负反馈模块；3、温度采集放大模块；4、PI比例调节模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，包括
给定模块1，用于输出给定正信号；
电流负反馈模块2，用于输出电流负信号；
温度采集放大模块3，用于输出温度采集的正信号；
PI比例调节模块4，用于调节给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号并输出控制信号至PWM控制电路。
参照图2，给定模块1包括分压部，分压部电连接有限流部，限流部电连接有滤波部；限流部包括限流电阻R9；滤波部包括滤波电阻R11；滤波电阻R11的两端并联有滤波电容C8，滤波电容C8的一端接地，滤波电容C8的另一端连接在限流电阻R9和滤波电阻R11的连接点处。
分压部包括电源VCC，电源VCC正极电连接有分压电阻R8的一端，分压电阻R8的另一端电连接有电位器VR1的不可调端，电位器VR1的另一不可调端接地，电位器VR1的可调端与限流电阻R9远离滤波电阻R11的一端电连接；滤波电阻R11和限流电阻R9的连接节点处电连接有电阻R10的一端，电阻R10的另一端用于输出给定正信号。
电流负反馈模块2包括分流部，分流部电连接有滤波部，滤波部电连接有限流部；限流部包括限流电阻R12；滤波部包括滤波电容C12；滤波电容C12的一端接地，滤波电容C12的另一端与限流电阻R12的一端电连接；分流部包括分流器，分流器的P2-1端连接在滤波电容C12与限流电阻R12的连接点处；限流电阻R12的一端电连接在滤波电容C12与分流器的P2-1之间的连接点处；限流电阻R12的另一端用于输出电流负信号。
温度采集放大模块3包括装在感应焊机内部的温度采集芯片IC3(LM35)，温度采集芯片IC3的信号输出端电连接有放大部，放大部包括电阻R13，电阻R13的一端与温度采集芯片IC3的信号输出端电连接，电阻R13的另一端电连接有运放ICI（LM324）的同相输入端，运放ICI的反相输入端电连接有电阻R15的一端，电阻R15的另一端接地，运放ICI的反相输入端电连接有电阻R14的一端，电阻R14的另一端电连接有运放ICI的输出端；运放ICI的输出端用于输出温度采集正信号。
PI比例调节模块4包括PI比例调节器，由给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号输入PI比例调节器的同相输入端，PI比例调节器的同相输入端电连接有钳位部，PI比例调节器的同相输入端电连接有电容C5的正极，电容C5的负极电连接有电阻R7的一端，电阻R7的另一端电连接PI比例调节器的输出端，PI比例调节器的同相输入端电连接有电容C4的正极，电容C4的负极电连接PI比例调节器的输出端，PI比例调节器的反相输入端接地，PI比例调节器的输出端用于输出控制信号至PWM控制电路，PI比例调节器的同相输入端和9脚电连接。
钳位部包括钳位二极管D1和钳位二极管D2，钳位二极管D1的负极电连接PI比例调节器的同相输入端，钳位二极管D1的正极接地，钳位二极管D2的负极与钳位二极管D1的正极电连接，钳位二极管D1的正极与钳位二极管D1的负极电连接。钳位二极管D1和钳位二极管D2反向并联且与负载并联，利用钳位二极管D1和钳位二极管D2的正向导通特性，一次只能有一个二极管导通，而另一个处于截止状态，那么它的正反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.5-0.7以下，从而起到保护电路的目的。当二极管负极接地时，则正极端电路的电位比地高时，二极管会导通将其电位拉下来，即正极端电路被钳位零电位或零电位以下。当二极管正极接地时，则负极端电路的电位比地高时，二极管会截止，其电位将不会受二极管的任何作用。来限制PI比例调节器的同相输入端的电位，将周期性变化的波形的顶部或底部保持在一个设定的直流电平上。
PI比例调节器的1脚电连接有电容C9的一端，电容C9的另一端电连接PI比例调节器的8脚和电容C1的一端，电容C1的另一端电连接PI比例调节器的2脚。电容C9和电容C1用于滤波，稳定电路。PI比例调节器的11脚电连接有电源VCC的正极，电源VCC的正极电连接有电容C7的正极，电容C7的负极电连接VEE。PI比例调节器的7脚接地，PI比例调节器的7脚电连接有电容C10的正极，电容C10的负极接地。电容C7和电容C10均起到滤波稳压的效果。
本发明中所提供的温度采集芯片IC3，是由NationalSemiconductor(美国国家半导体公司)所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系式为，也即是0℃时输出为0V；每升高1℃，输出电压增加10mV。在常温下，LM35外围不需要额外的校准处理即可达到±0.25℃的准确率，为了提高温度变化电压变化的灵敏度，用运算放大器（IC1），将温度每升高1℃所带来的电压10mv电压变化进行了放大处理。
本发明中所提供的在信号处理中的PI比例调节器（IC2）中采用的是Intersil公司具有动态较零和斩波稳零式高精度的ICL7650，具有输入偏置电流小、失调小、增益高、响应快、飘移低、性能稳定价格低廉等特点。
本实施例的实施原理为：给定模块1输出给定正信号，电流负反馈模块2输出电流负信号，温度采集放大模块3输出温度采集信号，三者经过PI比例调节模块4进行调节后输出控制信号至PWM控制电路。电源VCC、分压电阻R8和电位器VR1组成的分压电路，输出控制信号，控制信号经限流电阻R9进行限流再次输出控制信号，最后控制信号经滤波电阻R11和滤波电容C8进行滤波后，由电阻R10输出给定正信号到PI比例调节器。分流器的P2-1端输出控制信号，该控制信号经滤波电容C12进行滤波后再次输出控制信号，最后控制信号由限流电阻R12限流至PI比例调节器。由装在感应焊机内部温度的精确传感器IC3(LM35)芯片信号经过R13同相比例放大器IC1、R14、R15到PI比例调节器。由给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号，经钳位二极管D1、D2到由C4、C5、R7、比例调节器(IC1)加法运算放大器的同相输入端，经过比例调节器(IC1)的10脚输出到脉宽调制（PWM）控制电路。通过把精准温度检测电路、低温漂运放电路与焊机控制电路参数进行合理结合设计，使逆变焊机的控制电路具有了低温漂，抗干扰性能强的优点，通过对焊机在不同的动态温度环境中的测试结果是：焊机输出电流恒定在±1A的范围内，达到了预期设计效果。该控制方案是在不同的动态温度环境中保持输出电流恒定在±1A的范围内最优方案。且整套成本较低、电路易于实现、稳定好，具有较好的市场应用前景。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：包括
给定模块（1），用于输出给定正信号；
电流负反馈模块（2），用于输出电流负信号；
温度采集放大模块（3），用于输出温度采集的正信号；
PI比例调节模块（4），用于调节所述给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号并输出控制信号至PWM控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述给定模块（1）包括分压部，所述分压部电连接有限流部，所述限流部电连接有滤波部；
所述限流部包括限流电阻R9；
所述滤波部包括滤波电阻R11；
所述滤波电阻R11的两端并联有滤波电容C8，所述滤波电容C8的一端接地，另一端连接在所述限流电阻R9和所述滤波电阻R11的连接点处；
所述分压部包括电源VCC，所述电源VCC正极电连接有分压电阻R8的一端，所述分压电阻R8的另一端电连接有电位器VR1的不可调端，所述电位器VR1的另一不可调端接地，所述电位器VR1的可调端与所述限流电阻R9远离所述滤波电阻R11的一端电连接；
所述滤波电阻R11和所述限流电阻R9的连接节点处电连接有电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端用于输出所述给定正信号。
3.根据权利要求1所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述电流负反馈模块（2）包括分流部，所述分流部电连接有滤波部，所述滤波部电连接有限流部；
所述限流部包括限流电阻R12；
所述滤波部包括滤波电容C12；
所述滤波电容C12的一端接地，另一端连接于所述限流电阻R12的一端；
所述分流部包括分流器，所述分流器的P2-1端连接在所述滤波电容C12与所述限流电阻R12之间的连接点处；
所述限流电阻R12的远离所述滤波电容C12的一端用于输出所述电流负信号。
4.根据权利要求1所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述温度采集放大模块（3）包括装在感应焊机内部的温度采集芯片IC3(LM35)，所述温度采集芯片IC3的信号输出端电连接有放大部，所述放大部包括电阻R13，所述电阻R13的一端与所述温度采集芯片IC3的信号输出端电连接，所述电阻R13的另一端电连接有运放ICI（LM324）的同相输入端，所述运放ICI的反相输入端电连接有电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接地，所述运放ICI的反相输入端电连接有电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端电连接有所述运放ICI的输出端；所述运放ICI的输出端用于输出所述温度采集的正信号。
5.根据权利要求1所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述PI比例调节模块（4）包括PI比例调节器，所述给定正信号、电流负信号和温度采集的正信号输入所述PI比例调节器的同相输入端，所述PI比例调节器的同相输入端电连接有钳位部，所述PI比例调节器的同相输入端电连接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端电连接有电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端电连接所述PI比例调节器的输出端，所述PI比例调节器的同相输入端电连接有电容C4的一端，所述电容C4的另一端电连接所述PI比例调节器的输出端，所述PI比例调节器的反相输入端接地，所述PI比例调节器的输出端用于输出控制信号，所述PI比例调节器的4脚和9脚电连接。
6.根据权利要求5所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述钳位部包括钳位二极管D1和钳位二极管D2，所述钳位二极管D1的负极电连接所述PI比例调节器的同相输入端，所述钳位二极管D1的正极接地，所述钳位二极管D2的负极与所述钳位二极管D1的正极电连接，所述钳位二极管D1的正极与所述钳位二极管D1的负极电连接。
7.根据权利要求5所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述PI比例调节器的1脚电连接有电容C9的一端，所述电容C9的另一端电连接所述PI比例调节器的8脚和电容C1的一端，所述电容C1的另一端电连接所述PI比例调节器的2脚。
8.根据权利要求5所述的一种应用于逆变焊机高精度电流控制的温度补偿电路，其特征在于：所述PI比例调节器的11脚电连接有电源VCC的正极，所述电源VCC的正极电连接有电容C7的正极，所述电容C7的负极电连接VEE；所述PI比例调节器的7脚接地，所述PI比例调节器的7脚电连接有电容C10的一端，所述电容C10的另一端接地。
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