CN112015222B - 一种电源空载电压调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源管理领域，公开了一种电源空载电压调节装置。所述电源空载电压调节装置包括空载检测单元、VRD驱动单元以及VRD控制单元；本发明通过VRD控制单元进入VRD模式，并且可以快速退出空载低压安全模式，启动电源，进入正常工作状态，以兼顾安全性与工作性能。

Description

一种电源空载电压调节装置

技术领域

本发明涉及电源管理领域，具体涉及一种电源空载电压调节装置。

背景技术

电弧焊，埋弧焊，碳弧气刨，等离子焊及切割，以及其他设备的空载电压较高，对人存在安全隐患，需对这些电能装置进行安全电压管理，在空载时进入低电压安全模式(VRD)。以弧焊电焊机为例，焊接电源的空载电压大都在60-100V之间，而大都常见的空载电压标称的是平均值或有效值，空载电压如果以峰值电压方式标称，则标称值更高，所以焊接电源的空载电压超过了人体所能承受的安全电压，存在安全隐患。而不同环境，不同地区，对人体安全电压的规定不同。例如，干燥而触电危险性较小环境下，人体安全电压规定为24V,对于潮湿且危险较大的环境下，安全电压规定为12V；各个国家各个地区对安全电压的要求又略有区别。因此不同的应用场合对焊接电源空载电压的安全性的要求不同，例如要求焊接电源空载电压低于36V、24V、20V，甚至低于12V等。焊接电源空载电压降低后，安全性得到提高，但会削弱焊接电源的起弧性能，将会影响焊接电源的整体工作性能，而空载电压越高，理论上起弧能力越强。现有技术方案无法兼顾安全性与工作性能，电源空载电压的安全性和起弧性能存在矛盾。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的空载时降低空载电压保证安全性但影响电能装置的整体工作性能的不足，提供一种电源空载电压调节装置，可以快速退出空载低压安全模式(VRD)，启动电源，进入正常工作状态，以兼顾安全性与工作性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种电源空载电压调节装置，包括空载检测单元、VRD驱动单元以及VRD控制单元；

所述空载检测单元用于检测电能装置是否进入空载状态，在电能装置进入空载状态时发送信号至VRD控制单元；

所述VRD控制单元用于在接收到空载检测单元发送的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，使电源空载电压调节装置进入空载低压安全模式；VRD控制单元还用于在电源输出端产生启动信号时，控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；

所述VRD驱动单元用于根据VRD控制单元的输出信号控制第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的导通和断开。

优选地，所述空载检测单元经VRD控制单元与VRD驱动单元连接，VRD控制单元与电源输出端连接；电源正极经第一支路与电源输出端正极连接，电源经用于降压的第二支路后与电源输出端连接；

电源空载电压调节装置还包括空载电压调节单元；设置于第二支路电源与电源输出端之间的空载电压调节单元用于调节第二支路的电源输出端的电压大小。

优选地，所述电源空载电压调节装置，还包括VRD切换单元；所述VRD切换单元分别与空载电压调节单元和VRD控制单元连接；

所述VRD切换单元用于在电能装置需要低压安全模式时控制空载电压调节单元与电源输出端连接；

在电能装置不需要低压安全模式时切断空载电压调节单元与电源输出端之间的连接，并控制VRD控制单元切断VRD驱动单元对第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的控制，使第一支路的电源正极与电源输出端正极恢复连接。

优选地，所述VRD控制单元包括反馈自锁控制单元、启动控制单元和启动监控单元；反馈自锁控制单元分别与空载检测单元和VRD驱动单元连接，启动控制单元分别与电源输出端、VRD切换单元、启动监控单元和反馈自锁控制单元连接，启动监控单元与反馈自锁控制单元连接；

所述反馈自锁控制单元用于在接收到空载检测单元的信号或启动监控单元发出的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；在接收到启动控制单元的信号时，控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出正极之间的连接；

所述启动控制单元用于在电源输出端产生启动信号或收到VRD切换单元发送的信号时，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；并在电源输出端产生启动信号但预设时间内电能装置未正常启动时，发送信号至启动监控单元；

所述启动监控单元用于在接收启动控制单元的信号后，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接。

优选地，所述空载检测单元包括焊接电流传感器，焊接电流传感器的通孔设置有焊接电缆，焊接电流传感器的输出端与反馈自锁控制单元的输入端连接。

优选地，所述空载电压调节单元包括变压器、继电器、第十三电阻、第十四电阻、可调电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容以及第二电容；所述继电器开关侧为双刀单掷开关；变压器的一次侧与电源连接，变压器的二次侧两端分别与继电器开关侧第一支路和第二支路的一端连接，变压器二次侧中间端接地；继电器开关侧第一支路的另一端经第十三电阻、第一二极管、可调电阻和第三二极管后与电源输出端正极连接；继电器开关侧第二支路的另一端经第十四电阻、第二二极管和第二电容后接地；第一电容与第二电容并联；第一二极管的负极与第二二极管的负极连接；变压器二次侧中间端与第一电容接地的一端均与电源输出端负极连接。

优选地，所述VRD切换单元包括切换开关、继电器、第九二极管以及第十二极管；切换开关的一端与控制电压连接，切换开关的另一端经继电器的磁芯侧接地，第十二极管的负极和第九二极管的正极均与切换开关的另一端连接，第十二极管的正极接地，第九二极管的负极连接启动控制单元。

优选地，所述反馈自锁控制单元包括比较器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第六二极管；第九电阻的一端与空载检测单元连接，第九电阻的另一端与比较器的反相输入端连接；第十电阻的一端与基准电压连接，第十电阻的另一端与比较器的正相输入端连接；比较器的输出端经第十一电阻后与第六二极管的正极连接，第六二极管的负极与VRD驱动单元连接；第六二极管的正极与启动控制单元的第四NPN三极管的集电极连接；第六二极管的负极与启动监控单元连接；

所述启动控制单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三NPN三极管、第四NPN三极管、第四二极管以及第四电容；第一电阻的一端与电源输出端正极连接，第二电阻的一端与电源输出端负极连接；第一电阻的另一端和第二电阻的另一端均与第三NPN三极管的基极连接；第三NPN三极管的集电极经第三电阻与控制电压连接；第三NPN三极管的集电极与启动监控单元连接；第三NPN三极管的发射级接地；第三NPN三极管的集电极与第四二极管的正极连接，第四二极管的负极经第四电阻后与第四三极管的基极连接；第四二极管的负极与VRD切换单元的第九二极管的负极连接；第四NPN三极管的集电极与反馈自锁控制单元的第六二极管的正极连接；第四NPN三极管的发射级接地；第四电容并联于第四NPN三极管的集电极和发射级两端。

优选地，所述启动监控单元包括稳压二极管、第五二极管、第七二极管、第三电容、第五电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第五NPN三极管以及第六PNP三极管；第五二极管的正极与启动控制单元的第三NPN三极管的集电极连接，第五二极管的负极经第五电阻、稳压二极管和第六电阻与第五NPN三极管的基极连接，其中稳压二极管的负极与第五电阻连接；第三电容的一端与稳压二极管的负极连接，第三电容的另一端接地；第五NPN三极管的发射级接地；第五NPN三极管的集电极经第七电阻与第六PNP三极管的基极连接；第八电阻的一端与第六PNP三极管的基极连接，第八电阻的一端和第六PNP三极管的发射级均与控制电压连接；第六PNP三极管的集电极经第七二极管和第五电容接地，其中第七二极管的负极与第五电容连接；第七二极管的负极与反馈自锁控制单元的第六二极管的负极连接。

优选地，所述VRD驱动单元包括第十二电阻、第一三极管、第八二极管以及大功率继电器；第十二电阻的一端与反馈自锁控制单元的第六二极管的负极连接，第十二电阻的另一端与第一三极管的基极连接；第一三极管的发射级接地；第八二极管的正极与第一三极管的集电极连接，第八二极管的负极与控制电压连接；第一三极管的集电极经大功率继电器的磁芯侧与控制电压连接；大功率继电器的开关侧的两端分别与电源正极与电源输出端正极连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过快速启动单元迅速退出空载低压安全模式(VRD)，进入正常工作状态，以保证安全性，又不损失电能装置的整体工作性能。

2、通过空载电压调节单元调节输出的空载电压的大小，以提高电源空载电压调节装置的适用性；

3、VRD控制单元包括反馈自锁控制单元、启动控制单元和启动监控单元，以实现迅速退出VRD模式，进入正常工作状态，并在误操作或启动失败时，重新进入VRD模式，提高安全性。

附图说明：

图1为本发明示例性实施例1的电源空载电压调节装置的系统结构图；

图2为本发明示例性实施例1的电源空载电压调节装置使用时系统框图；

图3为本发明示例性实施例2的电源空载电压调节装置的系统结构图；

图4为本发明示例性实施例3的电源空载电压调节装置的电路结构图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电源空载电压调节装置，包括空载检测单元、VRD驱动单元以及VRD控制单元；所述空载检测单元经VRD控制单元与VRD驱动单元连接，VRD控制单元与电源输出端连接；所述空载检测单元用于检测电能装置是否进入空载状态，在电能装置进入空载状态时发送信号至VRD控制单元；所述VRD控制单元用于在接收到空载检测单元发送的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，使电源空载电压调节装置进入空载低压安全模式；VRD控制单元还用于在电源输出端产生启动信号时，控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；所述VRD驱动单元用于根据VRD控制单元的输出信号控制第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的通断。

如图2所示，电源与电源输出端经第一支路和第二支路连接；第一支路未经过降压处理，第一支路用于在电能装置工作时，为电能装置供电保障其工作性能；第二支路需经过降压处理，第二支路用于在电能装置时，提供空载电压，降压后的电压较低，保障人们的安全。本实施例通过及时控制第一支路和第二支路的通断，兼顾安全性和工作性能。具体的控制方式为，当电能装置处于空载状态时，空载检测单元将发送信号至VRD控制单元；VRD控制单元在接收到空载检测单元发送的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，使电源空载电压调节装置进入空载低压安全模式；此时断开了电源直接与电源输出端连接的第一支路电路，电能装置的电源输出端输出的电压为经过降压处理的电压，即电源与电源输出端之间第一支路断开，仅第二支路连接，进入空载低压安全模式，提高安全性；然后在电源输出端产生启动信号时，VRD控制单元控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出正极之间的连接；此时电源输出端的电压为电源直接输出的电压，未经过降压处理，因此可以方便迅速的提高输出电压，提高启动能力；通过本实施例所述的电源空载电压调节装置，可以快速退出空载低压安全模式(VRD)，启动电源，进入正常工作状态，以兼顾安全性与工作性能。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种电源空载电压调节装置。与实施例1相比，本实施例提供的电源空载电压调节装置还包括空载电压调节单元；设置于电源与电源输出端第二支路之间的空载电压调节单元用于调节第二支路的电源输出端的电压大小。

现有的电能装置空载电压一般固定不变，本实施例通过空载电压调节单元调节电源与电源输出端之间降压比例，以实现调节电源输出端的电压大小，使得空载电压大小可调，以适用不同的使用场景，提高电源空载电压调节装置的适用性。

其中，所述电源空载电压调节装置，还包括VRD切换单元；所述VRD切换单元分别与空载电压调节单元和VRD控制单元连接；所述VRD切换单元用于在电能装置需要低压安全模式时控制空载电压调节单元与电源输出端连接；在电能装置不需要低压安全模式时切断空载电压调节单元与电源输出端之间的连接，并控制VRD控制单元切断VRD驱动单元对第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的控制，使第一支路的电源正极与电源输出端正极恢复连接。

实际应用时，可能某些使用场合需要空载低压安全模式，有些使用场合不需要低压安全模式，需要电源空载电压调节装置能够灵活切换。本实施例通过VRD切换单元在需要VRD模式时，控制电源与电源输出间第二支路连接，使电源空载电压调节装置能够顺利进入VRD模式；在不需要VRD模式时，切断第二支路电源与电源输出间的连接，并切断VRD驱动单元对第一支路的电源正极与电源输出正极之间的控制，此时电源空载电压调节装置没有VRD模式。通过VRD切换单元使电能装置既可以具有VRD模式，也可以不具有VRD模式，增加适用范围。

其中，所述VRD控制单元包括反馈自锁控制单元、启动控制单元和启动监控单元；反馈自锁控制单元分别与空载检测单元和VRD驱动单元连接，启动控制单元分别与电源输出端、VRD切换单元、启动监控单元和反馈自锁控制单元连接，启动监控单元与反馈自锁控制单元连接；

所述反馈自锁控制单元用于在接收到空载检测单元的信号或启动监控单元发出的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；在接收到启动控制单元的信号时，控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；

所述启动控制单元用于在电源输出端产生启动信号或收到VRD切换单元发送的信号时，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；并在电源输出端产生启动信号但预设时间内电能装置未正常启动时，发送信号至启动监控单元；

所述启动监控单元用于在接收启动控制单元的信号后，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接。

当电能装置不需要VRD模式的应用场合时，启动控制单元接收到VRD切换单元的的信号，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元切断空载检测单元与VRD驱动单元的连接，使第一支路的电源正极与电源输出端正极之间导通；当电能装置处于空载状态时，空载检测单元将发送信号至反馈自锁控制单元；反馈自锁控制单元在接收到空载检测单元发送的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，使电源空载电压调节装置进入空载低压安全模式；然后在电源输出端产生启动信号时，启动控制单元向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，以增强电能装置的启动性能；当启动信号产生但预设时间内电能装置未正常启动时，启动控制单元发送信号至启动监控单元；启动监控单元向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，以在误操作或启动失败时，重新进入VRD模式，提高安全性。

本实施例所述的VRD切换单元、空载电压调节单元、反馈自锁控制单元、启动控制单元和启动监控单元等可以采用能实现相应功能的硬件电路或软件方法来实现。本领域技术人员可以根据VRD切换单元或空载电压调节单元等单元的相关描述采用相关设计进行与本申请的整体设计匹配的适应性设计。例如空载电压调节单元可以采用变压器器等硬件方式实现，也可以采用PWM调节方式实现；启动控制单元对启动信号产生时间的计算可以采用RC电路或比较器等等硬件方式实现，也可以采用定时器等方式实现。

实施例3

如图3所示，本实施例以弧焊电焊机为例，提供一种电源空载电压调节装置的具体实施方式。

本实施例中，空载检测单元用于检测焊接电缆是否存在电流，以检测是否处于空载状态；反馈自锁控制单元具体的为电流负反馈自锁控制单元，启动控制单元具体的为短路引弧控制单元，启动监控单元具体的为短路防粘控制单元。具体的电路连接关系如下所示：

其中，空载检测单元包括焊接电流传感器T2，焊接电流传感器T2的通孔设置有焊接电缆，焊接电流传感器T2的输出端与反馈自锁控制单元的输入端连接；所述焊接电流传感器T2用于检测穿过焊接电流传感器T2的焊接电缆的电流大小，焊接电缆从焊接电流传感器T2中心穿过，T2实时检测焊接主回路电流大小并按一定比例关系将电流转换成电压V0输出到比较器IC1反相输入端。

其中，空载电压调节单元包括变压器T7、继电器RL0、第十三电阻R13、第十四电阻R14、可调电阻R15、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电容C1以及第二电容C2；所述继电器RL0开关侧为双刀单掷开关；变压器T7的一次侧与电源连接，变压器T7的二次侧两端分别与继电器RL0开关侧第一支路和第二支路的一端连接，变压器T7二次侧中间端接地；继电器RL0开关侧第一支路的另一端经第十三电阻R13、第一二极管D1、可调电阻R15和第三二极管D3后与电源输出端正极连接；继电器RL0开关侧第二支路的另一端经第十四电阻R14、第二二极管D2和第二电容C2后接地；第一电容C1与第二电容C2并联；第一二极管D1的负极与第二二极管D2的负极连接；变压器T7二次侧中间端与第一电容C1接地的一端均与电源输出端负极连接。

变压器T7输出交流电压通过继电器RL0通断控制；然后经第十三电阻R13、第十四电阻R14限流，第一二极管D1、第二二极管D2整流，第一电容C1以及第二电容C2滤波成直流电压U0，再通过可调电阻R15调节电压值；最后经过第三二极管D3后，叠加到焊接电源输出端正极U+和焊接电源输出端负极U-上。当焊接主回路无输出时，即空载时，通过调节R15，可调节焊接电源U+，U-电压高低，从而实现了空载电压可调可控目的。

其中，VRD切换单元包括切换开关SW0、继电器RL0、第九二极管D9以及第十二极管D10；切换开关SW0的一端与控制电压连接，切换开关的另一端经继电器RL0的磁芯侧接地，第十二极管D10的负极和第九二极管D9的正极均与切换开关的另一端连接，第十二极管D10的正极接地，第九二极管D9的负极连接启动控制单元。本实施例所述控制电压为15V输出电压。

继电器RL0的开关侧常闭，当磁芯侧得电时，会控制开关侧弹开，开关侧短路。切换开关SW0闭合，即处于VRD off状态(电能装置不需要空载低压安全模式)，RL0和D9得电，则继电器RL0的开关侧常闭触点断开，空载电压调节单元无整流输出，同时D9输出高电位至启动控制单元，让反馈自锁控制单元切断空载检测单元与VRD驱动单元的连接，使第一支路的电源正极与电源输出端正极之间保持导通，焊接电源的空载电压输出不受VRD功能影响，正常输出，大约在60-90V DC之间，VRD功能被完全屏蔽。VRD ON(电能装置需要空载低压安全模式)，RL0和D9无电，D9无输出，VRD功能能正常工作，继电器RL0的开关侧的常闭触点闭合，空载电压调节单元能正常输出电压。通过本实施例所述电路实现了VRD功能有无的切换控制。

其中，反馈自锁控制单元包括比较器IC1、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第六二极管D6；第九电阻R9的一端与空载检测单元连接，第九电阻R9的另一端与比较器IC1的反相输入端连接；第十电阻R10的一端与基准电压连接，第十电阻R10的另一端与比较器IC1的同相输入端连接；比较器IC1的输出端经第十一电阻R11后与第六二极管D6的正极连接，第六二极管D6的负极与VRD驱动单元连接；第六二极管D6的正极与启动控制单元的第四NPN三极管T4的集电极连接；第六二极管D6的负极分别与启动监控单元和VRD驱动单元连接。

其中，启动控制单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第三NPN三极管T3、第四NPN三极管T4、第四二极管D4以及第四电容C4；第一电阻R1的一端与电源输出端正极连接，第二电阻R2的一端与电源输出端负极连接；第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均与第三NPN三极管T3的基极连接；第三NPN三极管T3的集电极经第三电阻R3与控制电压连接；第三NPN三极管T3的集电极与启动监控单元连接；第三NPN三极管T3的发射级接地；第三NPN三极管T3的集电极与第四二极管D4的正极连接，第四二极管D4的负极经第四电阻R4后与第四三极管T4的基极连接；第四二极管D4的负极与VRD切换单元的第九二极管D9的负极连接；第四NPN三极管T4的集电极与反馈自锁控制单元的第六二极管D6的正极连接；第四NPN三极管T4的发射级接地；第四电容C4并联于第四NPN三极管T4的集电极和发射级两端。

焊接电流传感器T2检测焊接主回路电流大小并按一定比例关系将电流转换成电压V0输出到比较器IC1的反相输入端，基准电压Ug输入到比较器IC1的同相输入端；没有焊接时(空载)，焊接电缆中流过电流为0，V0输出为0，IC1输出信号IF为高电位；当焊机在正常焊接电流范围内输出时，V>Ug，IC1输出信号IF为低电位；反馈自锁控制单元输出高电位时，VRD驱动电源控制弧焊电焊机进入VRD模式。通过比较器判断是否空载，在空载时，方便进入VRD模式。

弧焊电焊机处于VRD模式时，当焊条和工件短路进行引弧操作时，R1和R2两端短路，T3被截止，15V电源通过R3、D4、R4触发T4，T4导通，此时反馈自锁控制单元的第六二极管D6正极的电压拉低，第六二极管D6负极输出信号Uqd为低电位，VRD驱动单元无驱动信号，焊接电源主回路不受控于VRD驱动单元，第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极恢复连接，焊接电源主回路正常输出能量，焊条和工件短路滑擦引弧成功，进入正常焊接状态；正常焊接后，信号IF输出低电位，信号Uqd和VRD驱动执行单元都被自动锁定在低电位，焊接电源可保持正常焊接状态。若引弧操作后电弧熄灭，则信号IF变高电位，U+U-电压变高，T3导通，T4截止，信号Uqd变高，VRD驱动单元又将焊接控制回路中的PWM信号拉低，焊接主回路无输出(第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极断开连接)，焊接电源又恢复到空载低电压状态，等待下一次短路引弧。除此之外，不需要VRD模式时，VRD切换单元关闭VRD模式也是通过启动控制单元对反馈自锁控制单元的控制实现。切换开关VRD闭合时，第九二极管D9输出高电位，此时T4导通，第六二极管D6正极的电压拉低，VRD驱动单元无驱动信号，焊接电源主回路不受控于VRD驱动单元，第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极保持连接。启动控制电路帮助快速VRD功能有无的切换控制，同时短路引弧响应速度快，能够快速退出VRD模式，以较高的启动性能启动电焊机。

其中，启动监控单元包括稳压二极管ZD1、第五二极管D5、第七二极管D7、第三电容C3、第五电容C5、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第五NPN三极管T5以及第六PNP三极管T6；第五二极管D5的正极与启动控制单元的第三NPN三极管T3的集电极连接，第五二极管D5的负极经第五电阻R5、稳压二极管ZD1和第六电阻R6与第五NPN三极管T5的基极连接，其中稳压二极管ZD1的负极与第五电阻R5连接；第三电容C3的一端与稳压二极管ZD1的负极连接，第三电容C3的另一端接地；第五NPN三极管T5的发射级接地；第五NPN三极管T5的集电极经第七电阻R7与第六PNP三极管T6的基极连接；第八电阻R8的一端与第六PNP三极管T6的基极连接，第八电阻R8的一端和第六PNP三极管T6的发射级均与控制电压连接；第六PNP三极管T6的集电极经第七二极管D7和第五电容C5接地，其中第七二极管D7的负极与第五电容C5连接；第七二极管D7的负极与反馈自锁控制单元的第六二极管D6的负极连接。

短路引弧时，第三NPN三极管T3截止，+15V电源通过第三电阻R3、第五二极管D5以及第五电阻R5给第三电容C3充电，经过一段时间，C3电压高于稳压二极管ZD1后，第五NPN三极管T5和第六PNP三极管T6被触发导通，+15V电源通过T6和D7触发VRD驱动单元，VRD驱动电源控制弧焊电焊机进入VRD模式，第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极断开连接，防止焊接输出端U+和U-之间出现长时间的短路大电流，提高安全性。

VRD驱动单元包括第十二电阻R12、第一三极管T1、第八二极管D8以及大功率继电器RL1；第十二电阻R12的一端与反馈自锁控制单元的第六二极管D6的负极连接，第十二电阻R12的另一端与第一三极管T1的基极连接；第一三极管T1的发射级接地；第八二极管D8的正极与第一三极管T1的集电极连接，第八二极管D8的负极与控制电压连接；第一三极管T1的集电极经大功率继电器RL1的磁芯侧与控制电压连接；大功率继电器RL1的开关侧的两端分别与电源正极与电源输出端正极连接。

VRD驱动单元还包括与第一三极管T1的集电极连接的PWM驱动信号端。所述PWM驱动信号用于控制焊接电源，第一三极管T1导通时，PWM驱动信号被拉低。PWM驱动信号的工作原理：第一三极管T1有两用：对于电子电源控制类焊接设备，控制回路中都是根据PWM驱动信号的有无和大小来控制焊接电源输出的有无和大小，第一三极管T1截止和导通可直接控制电子电源类焊接设备的PWM驱动信号，从而控制焊接电源输出的有无；对于不是电子电源类的焊接设备，第一三极管T1的截止和导通可用来控制电磁式开关的通断，从而控制焊接电源正极的输出有无。增加VRD驱动单元的适用范围。

VRD驱动单元通过控制第一三极管T1，以控制大功率继电器RL1，进而直接控制第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极的通断。电流负反馈自锁控制单元输出信号Uqd为高电位时，触发T1，RL1得电，常闭触点断开，此时焊接控制回路的驱动信号(PWM驱动信号等)被切断，焊接主回路无输出(第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极断开连接)。相反，如果输出信号Uqd为低电位，T1截止，RL1继电器无电，RL1常闭触点处于导通状态，焊接控制回路的驱动信号(PWM驱动信号)能正常输出，焊接主回路可正常输出(第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极保持连接)。VRD驱动单元根据电流负反馈自锁控制单元输出信号Uqd信号的高低实现了对焊接主回路输出有无的控制。

通过本系统可实现将焊接电源空载电压自动降低到安全电压10-36V，且空载电压可调，以满足不同情势对安全的需求。同时短路滑擦引弧时，可实现焊接电源从VRD状态自动切换进入正常焊接状态，并在焊接过程中一直自锁屏蔽VRD模式，保证焊接正常进行，直至焊接结束，焊接电源又自动恢复到低电压安全模式(VRD)状态，等待下一次引弧操作。本系统同时设置了焊条自动防粘功能，当人为或意外导致焊接电源正负极短路，短暂持续一段时间后，焊接电源输出将被自动切断，防止了可能造成的安全事故及设备损坏等。本系统也设置了VRD功能有无控制功能，VRD OFF时，VRD功能被屏蔽，焊接电源正常输出空载电压；VRD ON，焊接电源进入低空载安全电压模式。适应不同操作者的使用习性。

空载检测单元对焊接主回路是否有电流输出进行判断，如果没有电流输出，检测单元输出高电位，如有电流输出，检测单元输出低电位；空载电压调节单元输出10-36VDC直流电压隔离叠加在焊接电源正负极；VRD控制单元接收到空载检测单元信号，如果主回路无电流输出(也就是没有焊接需求时)，VRD控制单元则输出高电位给VRD驱动单元，VRD驱动单元可控制主回路控制单元，使主回路无电压输出(第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极断开连接)，焊接电源正负极输出端电压为安全电压单元输出的电压10-36V可调。如果主回路有电流输出(焊接电缆有电流)，空载检测单元输出低电位，VRD控制单元对VRD驱动单元输出低电位，VRD驱动单元对焊接电源主回路无控制能力,焊接电源主回路不受控于VRD驱动单元(第一支路的焊接电源正极与焊接电源输出端正极保持连接)。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源空载电压调节装置，其特征在于，包括空载检测单元、VRD驱动单元以及VRD控制单元；

所述空载检测单元用于检测电能装置是否进入空载状态，在电能装置进入空载状态时发送信号至VRD控制单元；

所述VRD控制单元用于在接收到空载检测单元发送的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接，使电源空载电压调节装置进入空载低压安全模式；VRD控制单元还用于在电源输出端产生启动信号时，控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；

所述VRD驱动单元用于根据VRD控制单元的输出信号控制第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的导通和断开；

所述VRD控制单元包括反馈自锁控制单元、启动控制单元和启动监控单元；反馈自锁控制单元分别与空载检测单元和VRD驱动单元连接，启动控制单元分别与电源输出端、启动监控单元和反馈自锁控制单元连接，启动监控单元与反馈自锁控制单元连接；

所述反馈自锁控制单元用于在接收到空载检测单元的信号或启动监控单元发出的信号时，控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；在接收到启动控制单元的信号时，控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出正极之间的连接；

所述启动控制单元用于在电源输出端产生启动信号时，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接；并在电源输出端产生启动信号但预设时间内电能装置未正常启动时，发送信号至启动监控单元；

所述启动监控单元用于在接收启动控制单元的信号后，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元切断第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接。

2.根据权利要求1所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述空载检测单元经VRD控制单元与VRD驱动单元连接，VRD控制单元与电源输出端连接；电源正极经第一支路与电源输出端正极连接，电源经用于降压的第二支路后与电源输出端连接；

电源空载电压调节装置还包括空载电压调节单元；设置于第二支路电源与电源输出端之间的空载电压调节单元用于调节第二支路的电源输出端的电压大小。

3.根据权利要求2所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，还包括VRD切换单元；所述VRD切换单元分别与空载电压调节单元和VRD控制单元连接；

所述VRD切换单元用于在电能装置需要低压安全模式时控制空载电压调节单元与电源输出端连接；

在电能装置不需要低压安全模式时切断空载电压调节单元与电源输出端之间的连接，并控制VRD控制单元切断VRD驱动单元对第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的控制，使第一支路的电源正极与电源输出端正极恢复连接。

4.根据权利要求3所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述VRD切换单元与启动控制单元连接；

所述启动控制单元用于在电源输出端产生启动信号或收到VRD切换单元发送的信号时，向反馈自锁控制单元发送信号，让反馈自锁控制单元控制VRD驱动单元恢复第一支路的电源正极与电源输出端正极之间的连接。

5.根据权利要求4所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述空载检测单元包括焊接电流传感器，焊接电流传感器的通孔设置有焊接电缆，焊接电流传感器的输出端与反馈自锁控制单元的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述空载电压调节单元包括变压器、继电器、第十三电阻、第十四电阻、可调电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容以及第二电容；所述继电器开关侧为双刀单掷开关；变压器的一次侧与电源连接，变压器的二次侧两端分别与继电器开关侧第一支路和第二支路的一端连接，变压器二次侧中间端接地；继电器开关侧第一支路的另一端经第十三电阻、第一二极管、可调电阻和第三二极管后与电源输出端正极连接；继电器开关侧第二支路的另一端经第十四电阻、第二二极管和第二电容后接地；第一电容与第二电容并联；第一二极管的负极与第二二极管的负极连接；变压器二次侧中间端与第一电容接地的一端均与电源输出端负极连接。

7.根据权利要求6所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述VRD切换单元包括切换开关、继电器、第九二极管以及第十二极管；切换开关的一端与控制电压连接，切换开关的另一端经继电器的磁芯侧接地，第十二极管的负极和第九二极管的正极均与切换开关的另一端连接，第十二极管的正极接地，第九二极管的负极连接启动控制单元。

8.根据权利要求7所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述反馈自锁控制单元包括比较器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第六二极管；第九电阻的一端与空载检测单元连接，第九电阻的另一端与比较器的反相输入端连接；第十电阻的一端与基准电压连接，第十电阻的另一端与比较器的正相输入端连接；比较器的输出端经第十一电阻后与第六二极管的正极连接，第六二极管的负极与VRD驱动单元连接；第六二极管的正极与启动控制单元的第四NPN三极管的集电极连接；第六二极管的负极与启动监控单元连接；

所述启动控制单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三NPN三极管、第四NPN三极管、第四二极管以及第四电容；第一电阻的一端与电源输出端正极连接，第二电阻的一端与电源输出端负极连接；第一电阻的另一端和第二电阻的另一端均与第三NPN三极管的基极连接；第三NPN三极管的集电极经第三电阻与控制电压连接；第三NPN三极管的集电极与启动监控单元连接；第三NPN三极管的发射级接地；第三NPN三极管的集电极与第四二极管的正极连接，第四二极管的负极经第四电阻后与第四三极管的基极连接；第四二极管的负极与VRD切换单元的第九二极管的负极连接；第四NPN三极管的集电极与反馈自锁控制单元的第六二极管的正极连接；第四NPN三极管的发射级接地；第四电容并联于第四NPN三极管的集电极和发射级两端。

9.根据权利要求8所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述启动监控单元包括稳压二极管、第五二极管、第七二极管、第三电容、第五电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第五NPN三极管以及第六PNP三极管；第五二极管的正极与启动控制单元的第三NPN三极管的集电极连接，第五二极管的负极经第五电阻、稳压二极管和第六电阻与第五NPN三极管的基极连接，其中稳压二极管的负极与第五电阻连接；第三电容的一端与稳压二极管的负极连接，第三电容的另一端接地；第五NPN三极管的发射级接地；第五NPN三极管的集电极经第七电阻与第六PNP三极管的基极连接；第八电阻的一端与第六PNP三极管的基极连接，第八电阻的一端和第六PNP三极管的发射级均与控制电压连接；第六PNP三极管的集电极经第七二极管和第五电容接地，其中第七二极管的负极与第五电容连接；第七二极管的负极与反馈自锁控制单元的第六二极管的负极连接。

10.根据权利要求9所述的电源空载电压调节装置，其特征在于，所述VRD驱动单元包括第十二电阻、第一三极管、第八二极管以及大功率继电器；第十二电阻的一端与反馈自锁控制单元的第六二极管的负极连接，第十二电阻的另一端与第一三极管的基极连接；第一三极管的发射级接地；第八二极管的正极与第一三极管的集电极连接，第八二极管的负极与控制电压连接；第一三极管的集电极经大功率继电器的磁芯侧与控制电压连接；大功率继电器的开关侧的两端分别与电源正极与电源输出端正极连接。

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