CN111633301A - 一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，涉及电压采集电路和滤波的技术领域，其包括依次电连接在一起的差分电压采集电路、反相放大电路、第一滤波电路、电压跟随电路和第二滤波电路；差分电压采集电路用于将测试点的电压滤波后转换成第一信号，第一信号为差分电压信号；反相放大电路用于将第一信号的差值反相成比例放大后形成第二信号；第一滤波电路用于将第二信号滤波后转换成第三信号；电压跟随电路用于稳定传输第三信号，并转换成第四信号；第二滤波电路用于将第四信号滤波后转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。本发明具有既能在复杂环境中使用，又能在高温环境下作业的效果。

Description

一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路及方法

技术领域

本发明涉及电压采集电路和滤波的技术领域，尤其是涉及一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路及方法。

背景技术

目前公知的国内流行稳定的逆变直流手工焊电源，直流氩弧焊电源，逆变等离子切割机电源，民用二氧化碳气体保护焊设备，参照图1，内部的电压采集电路大都使用的是分压电阻的形式进行采样，滤波电路更是使用单纯的电容滤波。

现有的滤波电路中，若电容选取过大，导致电压变化的时候滞后严重，而电容选取的过小，又会导致逆变电源高频纹波对电压采集产生很大的影响，滤波效果不明显，因此会导致产品的可靠性低、一致性受到器件分离参数的影响，用户体验度大打折扣。

上述中的现有技术方案还存在以下缺陷：特别是当作业环境温度过高，空气湿度大，空气粉尘过多时，恶劣的环境会对逆变电源的工作性能有着更高的要求，而此时使用单纯的分压电阻和电容进行采样滤波的方法，会导致逆变电源焊接性能、工作温度等随着环境的变化产生很大的影响，而分压电阻的形式进行采样有一个更大的弊端就是待机功率损耗比较大，电路本身发热比较严重就会导致电压采集精度过低，大大降低了产品的可靠性。在用户进行焊接时带来极差的焊接性能体验。

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新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，通过使用本发明提出的逆变式多功能直流弧焊机路电压采集及滤波的电路，实现了逆变电源焊接与切割过程中稳定的电压反馈，为产品的焊接性能和焊接功能提供了可靠的保证，同时提高了系统的可靠性、整机的稳定性，既能在复杂环境中使用，又是在高温环境下作业的直流弧焊设备。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，包括依次电连接在一起的差分电压采集电路、反相放大电路、第一滤波电路、电压跟随电路和第二滤波电路；

所述差分电压采集电路用于将测试点的电压滤波后转换成第一信号，第一信号为差分电压信号；

所述反相放大电路用于将第一信号的差值反相成比例放大后形成第二信号；

所述第一滤波电路用于将第二信号滤波后转换成第三信号；

所述电压跟随电路用于稳定传输第三信号，并转换成第四信号；

所述第二滤波电路用于将第四信号滤波后转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，通过差分电压采集电路采集测试点的电压，测试点的电压为差分电压，并将采集到的电压经由差分电压采集电路滤波转换为第一信号，第一信号为差分电压信号；第一信号由反相放大电路进行差值反相成比例放大后转换成第二信号；第二信号由第一滤波电路进行滤波后转换成第三信号，第三信号为两路信号；第三信号由电压跟随电路进行缓冲、稳定传输，并转换成第四信号，第四信号由第二滤波电路滤波后转换成能够输入单片机采样引脚AD的信号UFB；由于差分电压采集电路的分立元器件较少，电路的采集精度不易受到环境的影响。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述差分电压采集电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1，所述第一电阻R1的一端电连接第一输入端Vin1，另一端耦接所述第三电阻R3，所述第三电阻R3远离所述第一电阻R1的一端耦接所述反相放大电路的正相输入端12；所述第二电阻R2的一端电连接第二输入端Vin2，或者接地，另一端耦接所述第四电阻R4，所述第四电阻R4远离所述第二电阻R2的一端耦接所述反相放大电路的负相输入端13；所述第一电容C1的一端电连接在所述第一电阻R1与所述第三电阻R3之间，另一端电连接在所述第二电阻R2和所述第四电阻R4之间。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，采用单通道采集单点电路电压，并且根据电路纹波频率选择合适的电阻电容进行滤波，电压经由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1滤波后，输入反相放大电路；同时由于电路中分立元器件较少，电路的采集精度不易受到环境的影响，例如：当环境温度升高时，会导致采样电阻的阻值降低，而差分采样会将这种影响衰减到最低，从而忽略这个温度变化对采样的影响，采集精度相对较高，避免了用户在使用焊接电源进行焊接与切割的过程中对电压采集的差异变化很大，避免了环境对电压采集产生极差的焊接与切割体验，有效延长了逆变电源的使用寿命，并且避免了待机损耗过高，浪费电量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述反相放大电路的正相输入端12耦接所述第三电阻R3远离所述第一电阻R1的一端，所述正相输入端12与所述第一输入端Vin1之间耦接有第五电阻R5，所述第五电阻R5的另一端接地；所述反相放大电路的负相输入端13耦接第二输入端Vin2，所述反相放大电路的反馈网络中的电阻为第六电阻R6。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，反相放大电路的正相输入端12和负相输入端13将差分电压采集电路转换后的第一信号输入后，做差值反相成比例放大；同时第一电阻R1、第三电阻R3和第五电阻R5构成对第一输入端Vin1电压的预分压处理；第二电阻R2的右端接第二输入端Vin2，或者直接接GND，因为运算放大器虚短的特点，反相放大电路的正相输入端12同向负相输入端13的电压相等，又因为运算放大器虚断的特点，负相输入端13流进反相放大电路的电流为0，第二输入端Vin2可以看成GND，所以从负相输入端13途经第四电阻R4和第二电阻R2流向第二输入端Vin2的电流和负相输入端13从第六电阻R6流向反相放大电路的输出端14的电流的值相等，可以计算出14脚的电压。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一滤波电路包括第七电阻R7和第四电容C4，所述第七电阻R7的一端电连接所述反相放大电路的输出端14，另一端耦接所述电压跟随电路的正相输入端3，所述第四电容C4的一端耦接在所述第七电阻R7与所述正相输入端3之间，另一端接地。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，第七电阻R7和第四电容C4形成滤波电路，第二信号经由第一滤波电路后流入电压跟随电路，第七电阻R7起到稳压的作用。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一滤波电路还包括第八电阻R8和第二电容C2，所述第八电阻R8耦接在第七电阻R7与所述正相输入端3之间，且所述第四电容远离地的一端电连接在所述第八电阻R8与所述正相输入端3之间；所述第二电容C2的一端电连接在所述第七电阻R7和所述第八电阻R8之间，另一端电连接在所述电压跟随电路的输出端1。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，第二电容C2同样对第二信号滤波，使得电压跟随电路的输出端14反馈至负相输入端2的电压是稳定的，第八电阻R8便于稳压。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电压跟随电路的负相输入端2电连接在所述电压跟随电路的输出端1；所述电压跟随电路中运算放大器的接线端4耦接有第三电容C3，所述第三电容C3的另一端接地，所述第三电容C3与所述电压跟随电路中运算放大器的接线端4之间接入15V正电压，所述电压跟随电路中运算放大器的接线端11接地。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，第三电容C3进一步实现滤波，稳定电压跟随电路输出的电压，即稳定输出的第四信号。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二滤波电路包括并联在一起的第十电阻R10和第五电容C5，所述第十电阻R10和所述第五电容C5的一端耦接在所述电压跟随电路的输出端1和信号UFB之间，另一端接地。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，第十电阻R10和第五电容C5便于对第四信号进行滤波处理，以输入能够输入单片机采样引脚AD的信号UFB。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电压跟随电路的输出端1与所述第十电阻R10、所述第五电容C5并联远离地的一端之间电连接有第九电阻R9。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，第九电阻R9进一步稳定第四信号，同时第九电阻R9和第十电阻R10进行分压。

本发明的目的之二是提供一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的方法，通过使用本发明提出的逆变式多功能直流弧焊机路电压采集及滤波的方法，实现逆变电源焊接与切割过程中稳定的电压反馈，为产品的焊接性能和焊接功能提供了可靠的保证。

一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的方法，所述方法如下，

S1：将测试点的电压滤波后转换成第一信号，第一信号为差分电压；

S2：第一信号的差值反相成比例放大后形成第二信号；

S3：第二信号滤波后转换成第三信号；

S4：第三信号稳定传输，并转换成第四信号；

S5：第四信号滤波后转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，通过上述方法便于工作人员实现逆变电源焊接与切割过程中稳定的电压反馈。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：S3中在第二信号滤波后转换成第三信号的过程中，分别滤波成两路信号，便于S4中稳定传输第三信号并转换成第四信号。

通过采用上述技术方案，在实际运用中，滤波成两路信号，便于在S4中对第三信号进行稳定传输第三信号，并转换成第四信号。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过差分电压采集电路、反相放大电路、第一滤波电路、电压跟随电路和第二滤波电路的设置，由于差分电压采集电路的分立元器件较少，电路的采集精度不易受到环境的影响，避免了用户在使用焊接电源进行焊接与切割的过程中对电压采集的差异变化很大，避免了环境对电压采集产生极差的焊接与切割体验，有效延长了逆变电源的使用寿命，并且避免了待机损耗过高，浪费电量；

2.进一步地，通过第八电阻R8和第二电容C2的设置，进一步对第二信号进行滤波处理，稳定输入电压跟随电路的电压；

3.进一步地，通过第九电阻R9和第十电阻R10的设置，对第四信号进行分压处理。

附图说明

图1是现有技术的电路原理图。

图2是本实施例中差分电压采集电路和反相放大电路的电路原理图。

图3是第一滤波电路、电压跟随电路和第二滤波电路的电路原理图。

图中，100、差分电压采集电路；200、反相放大电路；300、第一滤波电路；400、电压跟随电路；500、第二滤波电路。

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2和图3，为本发明公开的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，包括依次电连接在一起的差分电压采集电路100、反相放大电路200、第一滤波电路300、电压跟随电路400和第二滤波电路500；差分电压采集电路100用于将测试点的电压转换成能够输入反相放大电路200的第一信号；反相放大电路200用于将第一信号的差值反相放大，输出第二信号，且第二信号能够输入第一滤波电路300；第一滤波电路300用于将第二信号转换成能够输入电压跟随电路400的第三信号；电压跟随电路400用于将第三信号转换成能够输入第二滤波电路500的第四信号；第二滤波电路500用于将第四信号转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。

差分电压采集电路100包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1，第一电阻R1的一端电连接第一输入端Vin1，另一端耦接第三电阻R3，第三电阻R3远离第一电阻R1的一端耦接反相放大电路200的正相输入端12；第二电阻R2的一端电连接第二输入端Vin2，或者接地，另一端耦接第四电阻R4，第四电阻R4远离第二电阻R2的一端耦接反相放大电路200的负相输入端13；第一电容C1的一端电连接在第一电阻R1与第三电阻R3之间，另一端电连接在第二电阻R2和第四电阻R4之间。

反相放大电路200的正相输入端12耦接第三电阻R3远离第一电阻R1的一端，正输相入端12与第一输入端Vin1之间耦接有第五电阻R5,第五电阻R5的另一端接地；反相放大电路200的负相输入端13耦接第二输入端Vin2，反相放大电路200的反馈网络中的电阻为第六电阻R6。

第一滤波电路300包括第七电阻R7、第八电阻R8、第四电容C4和第二电容C2，第七电阻R7和第八电阻R8依次耦接在反相放大电路200的输出端14和电压跟随电路400的正相输入端3；第四电容C4的一端耦接在第八电阻R8与正相输入端3之间，另一端接地，第二电容C2的一端电连接在第七电阻R7和第八电阻R8之间，另一端电连接在电压跟随电路400的输出端1。

电压跟随电路400的负相输入端2电连接电压跟随电路400的输出端1；电压跟随电路400中运算放大器的接线端4耦接有第三电容C3，第三电容C3的另一端接地，第三电容C3与电压跟随电路400中运算放大器的接线端4之间接入15V正电压，电压跟随电路400中运算放大器的接线端11接地。

第二滤波电路500包括第九电阻R9，以及并联在一起的第十电阻R10和第五电容C5，第九电阻R9的一端电连接电压跟随电路400的输出端1，另一端电连接第十电阻R10和第五电容C5并联的一端，第十电阻R10、第五电容C5并联的另一端耦接接地，第十电阻R10和第五电容C5并联靠近第九电阻R9的一端转换成信号UFB。

本实施例中所选择的电阻、电容、集成电路皆为精确度非常高的贴片器件，而反相放大电路200和电压跟随电路400中的运算放大器采用常用的双运算放大器LM358进行搭建，由于器件选择精度较高，降低了电路电压采集收到分立器件参数差异的影响。

本实施例的实施原理为：测试点的电压由第一输入端Vin1输入，第一电阻R1、第三 电阻R3和第五电阻R5构成了对第一输入端Vin1电压的预分压处理，此时反相放大电路200 的正相输入端12的电压为

，而第二电阻 R2的右端接第二输入端Vin2，或者直接接GND；因为运算放大器虚短的特点，所以正相输入 端12和负相输入端13电压相等，即

，又因为运算放大器虚断的特点，负相输入 端13流入反相放大电路的电流为0，第二输入端Vin2可以看成GND，所以从负相输入端13途 经第四电阻R4和第二电阻R2流向第二输入端Vin2的电流和负相输入端13从第六电阻R6流 向反相放大电路200输出端14电流的值相等,即

，将以上两个公式计算，可以计算出输 出端14的电压，本发明逆变式多功能直流弧焊机差分电路电压采集和滤波的方法一般情况 下，会将

，

来使用，此时

。

电压从输出端14出来以后，会进入一个滤波器，电阻R7、R8和电容C2、C4的选取根 据所需检测电路的纹波频率选取，滤波完成后会经过电阻R9、R10进行合适的比例分压，一 般电阻R9的阻值不需选取太大，不易影响实际的电压采集精度，经过电容C5滤波，完成整个 电压信号的采集和滤波处理，最后送进单片机的AD采样引脚进行电压转换处理，本实施例 逆变式多功能直流弧焊机差分电路电压采集和滤波的方法中，会使得电阻

，电 容

。

一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的方法，具体方法如下，

S1：将测试点的电压滤波后转换成第一信号，第一信号为差分电压；

S2：对第一信号进行差值反相放大后形成第二信号；

S3：对第二信号滤波成两路信号后转换成第三信号；

S4：对第三信号进行缓冲、稳定传输，并转换成第四信号；

S5：对第四信号滤波后转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。

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，均应涵盖于本晚上发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：包括依次电连接在一起的差分电压采集电路(100)、反相放大电路(200)、第一滤波电路(300)、电压跟随电路(400)和第二滤波电路(500)；

所述差分电压采集电路(100)用于将测试点的电压滤波后转换成第一信号，第一信号为差分电压信号；

所述反相放大电路(200)用于将第一信号的差值反相成比例放大后形成第二信号；

所述第一滤波电路(300)用于将第二信号滤波后转换成第三信号；

所述电压跟随电路(400)用于稳定传输第三信号，并转换成第四信号；

所述第二滤波电路(500)用于将第四信号滤波后转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。

2.根据权利要求1所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述差分电压采集电路(100)包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1，所述第一电阻R1的一端电连接第一输入端Vin1，另一端耦接所述第三电阻R3，所述第三电阻R3远离所述第一电阻R1的一端耦接所述反相放大电路(200)的正相输入端12；所述第二电阻R2的一端电连接第二输入端Vin2，或者接地，另一端耦接所述第四电阻R4，所述第四电阻R4远离所述第二电阻R2的一端耦接所述反相放大电路(200)的负相输入端13；所述第一电容C1的一端电连接在所述第一电阻R1与所述第三电阻R3之间，另一端电连接在所述第二电阻R2和所述第四电阻R4之间。

3.根据权利要求2所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述反相放大电路(200)的正相输入端12耦接所述第三电阻R3远离所述第一电阻R1的一端，所述正输相入端12与所述第一输入端Vin1之间耦接有第五电阻R5，所述第五电阻R5的另一端接地；所述反相放大电路(200)的负相输入端13耦接第二输入端Vin2，所述反相放大电路(200)的反馈网络中的电阻为第六电阻R6。

4.根据权利要求3所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述第一滤波电路(300)包括第七电阻R7和第四电容C4，所述第七电阻R7的一端电连接所述反相放大电路(200)的输出端14，另一端耦接所述电压跟随电路(400)的正相输入端3，所述第四电容C4的一端耦接在所述第七电阻R7与所述正相输入端3之间，另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述第一滤波电路(300)还包括第八电阻R8和第二电容C2，所述第八电阻R8耦接在第七电阻R7与所述正相输入端3之间，且所述第四电容远离地的一端电连接在所述第八电阻R8与所述正相输入端3之间；所述第二电容C2的一端电连接在所述第七电阻R7和所述第八电阻R8之间，另一端电连接在所述电压跟随电路(400)的输出端1。

6.根据权利要求1所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述电压跟随电路(400)的负相输入端2电连接在所述电压跟随电路(400)的输出端1；所述电压跟随电路(400)中运算放大器的接线端4耦接有第三电容C3，所述第三电容C3的另一端接地，所述第三电容C3与所述电压跟随电路(400)中运算放大器的接线端4之间接入15V正电压，所述电压跟随电路(400)中运算放大器的接线端11接地。

7.根据权利要求1所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述第二滤波电路(500)包括并联在一起的第十电阻R10和第五电容C5，所述第十电阻R10和所述第五电容C5的一端耦接在所述电压跟随电路(400)的输出端1和信号UFB之间，另一端接地。

8.根据权利要求7所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的电路，其特征在于：所述电压跟随电路(400)的输出端1与所述第十电阻R10、所述第五电容C5并联远离地的一端之间电连接有第九电阻R9。

9.一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的方法，其特征在于：所述方法如下，

S1：将测试点的电压滤波后转换成第一信号，第一信号为差分电压信号；

S2：第一信号的差值反相成比例放大后形成第二信号；

S3：第二信号滤波后转换成第三信号；

S4：第三信号稳定传输，并转换成第四信号；

S5：第四信号滤波后转换成能够输入单片机的采样引脚AD的信号UFB。

10.根据权利要求9所述的一种新型多功能弧焊机的差分电压采集和滤波的方法，其特征在于：S3中在第二信号滤波后转换成第三信号的过程中，分别滤波成两路信号，便于S4中稳定传输第三信号并转换成第四信号。

Images