CN112332376A - 一种电阻焊的过流保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种电阻焊的过流保护装置，包括有电阻焊焊接系统，其特征在于：电阻焊焊接系统包括有整流模块、电容组模块、电流互感器、焊接变压器、驱动电路、控制电路、过流检测电路与IGBT，整流模块的输出端与电容组模块的输入端之间相互电性连接，电容组模块的输出端通过电源线与电流互感器之间相互连接，电流互感器的输出端的输出端与过流检测电路的输入端之间相互电性连接，过流检测电路可根据电流互感器的信号判断是否发生过流，过流检测电路的输出端与控制电路的输入端相互连接。本发明提供了一种成本低，结构简单的电阻焊过流保护装置，只需添加一个简单的电流互感器，通过几个简单的电路元件即可实现对电阻焊功率器件的过流保护。

Description

一种电阻焊的过流保护装置

技术领域

本发明涉及电阻焊技术领域，尤其涉及一种针对逆变电阻焊设备数据初始化的方法。

背景技术

目前，电阻焊是一种以电阻热为能源的焊接方法，因具有工艺优良、成本低、效率高，被广泛应用在车辆制造、航空、航天、家用电器以及电子工业等领域。电阻焊的实质是利用高电流产生热量，熔化待焊部位，从而使两个工件连接在一起。

电阻点焊是将被焊接的两种不同材质或同种材质的工件压紧于上下两个电极之间，并通以焊接电流，当电流流经工作接触面及邻近区域产生的电阻热，将其加工到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。因其操作简单、焊接成本低、劳动条件较好、生产率高等优点，广泛应用于航空航天、电子、汽车、家用电器等行业。

当前电阻焊电源已经从工频交流过渡到了中频直流、中频交流的形式，在中频电源中会有电源逆变过程，会用到一种功率器件IGBT，即绝缘栅双极型晶体管，IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低。电阻焊中频电源实际上是通过PWM波形对IGBT的栅极进行驱动，控制其发射极和集电极的开通和截止，从而实现电源系统的逆变过程。当由于错误或不适当的驱动触发时，会造成IGBT的发射极和集电极过流，从而造成IGBT的损坏，当过流严重时，还会导致驱动电路以及电源系统的损坏，因此IGBT的过流保护是其控制方法的一个重要组成部分。

目前现有技术中常用的过流保护方法是通过采集流过集电极的电压降，当集电极发生过流时，该电压降会增大，根据该电压降的大小来判断是否过流，并对系统进行相关保护，阻止PWM驱动信号的输出，关断IGBT。但是这种方法的成本较高，需要针对不同IGBT的特性进行电路的匹配，否则容易引起故障，降低了系统设计的灵活性。例如，我公司电阻焊电源具有一系列的不同功率型号，每个型号采用的IGBT品牌、型号可能都不相同，如果每个系列都需要对电路进行调整无疑会增加生产的复杂度、也降低了产品通用性。

因此本发明提出一种电阻焊的过流保护装置，通过简单的方法即可实现IGBT的过流保护。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种电阻焊的过流保护装置，本发明提供了一种成本低，结构简单的电阻焊过流保护装置，只需要添加一个简单的电流互感器，通过几个简单的电路元件即可实现对电阻焊功率器件的过流保护。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种电阻焊的过流保护装置，包括有电阻焊焊接系统，其特征在于：所述电阻焊焊接系统包括有整流模块、电容组模块、电流互感器、焊接变压器、驱动电路、控制电路、过流检测电路与IGBT，所述整流模块的输出端与所述电容组模块的输入端之间相互电性连接，所述电容组模块的输出端通过电源线与所述电流互感器之间相互连接，所述电流互感器的输出端的输出端与所述过流检测电路的输入端之间相互电性连接，所述过流检测电路可以根据电流互感器的信号判断是否发生过流，所述过流检测电路的输出端与所述控制电路的输入端相互连接，所述控制电路可根据系统输入进行PWM波形的输出，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端相互连接，所述驱动电路具有过流保护电路。

进一步，所述过流保护电路设置有四条，四条过流保护电路分别用于实现对四个IGBT的过流保护，所述控制电路的过流检测信号与四条过流保护电路的输入端相互连接，四个过流保护电路具有四个输入端，过流保护电路的四个输入端分别为四路PWM信号，分别为PWM1、PWM2、PWM3与PWM4。

进一步，所述驱动电路的输出端与所述IGBT之间通过电性连接，四个过流保护电路的输出端分别与四个IGBT(V1、V2、V3、V4)的栅极相互连接，所述驱动电路根据PWM波形分别控制四个IGBT(V1、V2、V3、V4)的栅极，并将DC540V逆变为交流电。

进一步，所述驱动电路通过CN3与V1相互连接，驱动电路通过CN4与V2相互连接，驱动电路通过CN5与V3相互连接，驱动电路通过CN6与V4相互连接，同一时间只有两个IGBT导通。

进一步，所述控制电路接收到过流检测信号后，可以关断PWM输出，并对外输出报警信号；当驱动电路接收到过流检测信号后，通过过流保护电路关断驱动信号。

进一步，所述过流检测电路的输出端还与所述驱动电路之间相互连接，所述过流检测电路可以根据电流互感器的信号判断是否发生过流，当发生过流时输出过流检测信号给所述控制电路和驱动电路。

进一步，所述过流保护电路包括有U2、U1，下拉电阻R9以及一个定时电路，该定时电路包括有NPN型三极管Q1、P沟道的MOS管Q5、电阻R6、电阻R7、下拉电阻R8与电容C2。

进一步，所述整流模块用于将AC380V整流为DC540V的直流电，电容组模块用于对直流电进行滤波。

本发明的优点在于：本发明提供了一种电阻焊的过流保护装置，具有以下有点：

1、本发明提供了一种成本低，结构简单的电阻焊过流保护装置，只需要添加一个简单的电流互感器，通过几个简单的电路元件即可实现对电阻焊功率器件的过流保护。

2、本发明增加了一个定时电路，避免了当过流发生在IGBT刚导通时立马关断IGBT容易引发过压导致其损坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明过流保护装置的系统框图。

图2为本发明中过流保护电路的总体电路图。

图3为为本发明中过流保护电路的一部分电路图。

图4为本发明在定时时间t后检测到过流保护信号的时序图。

图5为本发明在定时时间t前检测到过流保护信号的时序图。

其中：

1、整流模块； 2、电容组模块； 3、电流互感器；

4、焊接变压器； 5、驱动电路； 6、控制电路；

7、过流检测电路

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

图1为本发明过流保护装置的系统框图，图2为本发明中过流保护电路的总体电路图，图3为为本发明中过流保护电路的一部分电路图，图4为本发明在定时时间t后检测到过流保护信号的时序图，图5为本发明在定时时间t前检测到过流保护信号的时序图。如说明书附图1所示的一种电阻焊的过流保护装置，包括有电阻焊焊接系统，其特征在于：所述电阻焊焊接系统包括有整流模块1、电容组模块2、电流互感器3、焊接变压器4、驱动电路5、控制电路6、过流检测电路7与IGBT，所述整流模块1的输出端与所述电容组模块2的输入端之间相互电性连接，整流模块1用于将AC380V整流为DC540V的直流电，电容组模块2用于对直流电进行滤波，所述电容组模块2的输出端通过电源线与所述电流互感器3之间相互连接，电流互感器3是一种套装的非接触式的测量电流的传感器，所述电流互感器3的输出端的输出端与所述过流检测电路7的输入端之间相互电性连接，所述过流检测电路7可以根据电流互感器3的信号判断是否发生过流，当发生过流时输出过流检测信号给控制电路6和驱动电路5，所述过流检测电路7的输出端与所述控制电路6的输入端相互连接，所述控制电路6可根据系统输入进行PWM波形的输出，所述控制电路6的输出端与所述驱动电路5的输入端相互连接，当控制电路6接收到过流检测信号后，可以关断PWM输出，并对外输出报警信号；当驱动电路5接收到过流检测信号后，通过过流保护电路关断驱动信号；从而实现对IGBT的过流保护；在工作时，整流模块1将AC380V整流为DC540V的直流电；电容组模块2对直流电进行滤波，使得直流电波形更加平滑；控制电路6根据系统输入进行PWM波形的输出。

实施例2：图1为本发明过流保护装置的系统框图，图2为本发明中过流保护电路的总体电路图，图3为为本发明中过流保护电路的一部分电路图，图4为本发明在定时时间t后检测到过流保护信号的时序图，图5为本发明在定时时间t前检测到过流保护信号的时序图，如说明书附图2所示的一种电阻焊的过流保护装置，所述过流保护电路设置有四条，四条过流保护电路分别用于实现对四个IGBT的过流保护，所述控制电路6的过流检测信号与四条过流保护电路的输入端相互连接，四个过流保护电路具有四个输入端，过流保护电路的四个输入端分别为四路PWM信号，分别为PWM1、PWM2、PWM3与PWM4，所述驱动电路5的输出端与所述IGBT之间通过电性连接，四个过流保护电路的输出端分别与四个IGBT(V1、V2、V3、V4)的栅极相互连接，所述驱动电路5根据PWM波形分别控制四个IGBT(V1、V2、V3、V4)的栅极，并将DC540V逆变为交流电，所述驱动电路5通过CN3与V1相互连接，驱动电路5通过CN4与V2相互连接，驱动电路5通过CN5与V3相互连接，驱动电路5通过CN6与V4相互连接，同一时间只有两个IGBT导通，即V1和V4导通，V2和V3不导通，或V1和V4不导通，V2和V3导通，从而实现了电源的逆变输出。

实施例3：图1为本发明过流保护装置的系统框图，图2为本发明中过流保护电路的总体电路图，图3为为本发明中过流保护电路的一部分电路图，图4为本发明在定时时间t后检测到过流保护信号的时序图，图5为本发明在定时时间t前检测到过流保护信号的时序图，如图2-图5所示的一种电阻焊的过流保护装置，所述控制电路6接收到过流检测信号后，可以关断PWM输出，并对外输出报警信号；当驱动电路5接收到过流检测信号后，通过过流保护电路关断驱动信号，过流检测电路7的输出端还与所述驱动电路5之间相互连接，所述过流检测电路7可以根据电流互感器3的信号判断是否发生过流，当发生过流时输出过流检测信号给所述控制电路6和驱动电路5，所述过流保护电路包括有U2、U1，下拉电阻R9以及一个定时电路，该定时电路包括有NPN型三极管Q1、P沟道的MOS管Q5、电阻R6、电阻R7、下拉电阻R8与电容C2，如说明书附图2与图3所示，控制电路6输出的PWM波形信号与A连接，过流检测电路7输出的过流检测信号与B连接，F为IGBT的驱动信号，与相应IGBT的栅极连接；PWM信号与Q1的基极连接，同时与U1的一个输入端连接；Q1的发射极与地连接，Q1的集电极与R7的一端连接；R7的另一端与Q5的栅极连接，同时还与C2、R6的一端连接；C2和R6并联；并与Q5的栅极和源极连接；R6、C2、Q5的源极与+5V电源连接；Q5的漏极与R6和U2的一个输入端连接；R6的另一端与地连接；U2的另一个输入端与过流检测电路7输出的过流检测信号B连接，还与R9的一端连接；R9的另一端与地连接；U2的输出与U1的另一个输入端连接；U1的输出F为IGBT的驱动信号，与相应IGBT的栅极连接，但是当错误的或不适当的驱动触发发生在IGBT刚导通时，此时会检测到过流保护信号，当立马关断IGBT时会引起过电压的发生，从而也会造成IGBT的故障和损坏。因此，本发明除了成本低，结构简单的有益效果外，另一个有益效果是增加了一个定时电路，通过定时电路实现了当过流发生在IGBT刚导通时并不会关断驱动信号，而是在定时时间过后再关断驱动信号；当过流发生在定时时间之后时，可以立马关断IGBT的驱动信号。

工作方式：

本发明中的过流保护电路工作过程具体为：

1、当PWM波形为低时，不触发IGBT导通，此时即使检测到过流保护信号，IGBT依然保持不导通。

具体为，当PWM波形A为低电平时Q1不导通，E处电压为高电平+5V，此时Q5不导通，U2输入C由于有R6下拉电阻的作用为低电平，如果此时检测到过流检测信号，即B为高，则U2的输入B为高，与门U2输出D为0；此时异或门U1的输入分别是A为0和D为0，此时U1输出为0，IGBT依然保持不导通，

2、当PWM波形为高时，触发IGBT导通，在定时时间t之后检测到过流保护信号，IGBT驱动信号马上截止。

具体为，t1时刻PWM波形A为高电平，此时Q1导通，经过定时时间t后，在t2时刻C处变为高电平，t3时刻检测到过流检测信号，即U2的输入B为高，此时与门U2输出D为1；此时异或门U1的输入分别是A为1和D为1，此时U1输出F为0，IGBT驱动信号截止(如说明书附图4所示)。

3、当PWM波形为高时，触发IGBT导通，在定时时间t之前检测到过流保护信号，IGBT依然保持导通，定时时间t后，驱动信号马上截止。

具体为，t1时刻PWM波形A为高电平，此时Q1导通，t2时刻检测到过流检测信号B为高，但没有达到定时时间t，此时C依然为低，U2输出D也依然为低，U1的输出F依然保持高，即IGBT依然保持导通；t3时刻达到定时时间t，Q5导通，C变为高，U2输出D变为高，U1输出F变为低，即定时时间t后，驱动信号马上截止。

本发明还设置有定时电路，可以实现定时电路定时的功能，其工作过程具体为：

定时电路可提供一个定时时间为t的输出功能，即当A为高电平时经过时间t后C变为高电平；

具体来说，当A为高电平时，Q1导通，R7与地连接，C2和R7构成一个RC放电电路，由于C2两端电压不能突变，E处电压缓慢下降到接近0V，当E处电压经过时间t下降到小于等于Q5阈值电压时，Q5导通，C变为高电平；定时时间可以通过调整C2的容值和R7、R6的阻值来进行调整；

进一步的，R6的阻值大于等于10倍的R7，这样可以在Q1导通后保证+5V经R6、R7分压后E处电压最终接近0V。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种电阻焊的过流保护装置，包括有电阻焊焊接系统，其特征在于：所述电阻焊焊接系统包括有整流模块、电容组模块、电流互感器、焊接变压器、驱动电路、控制电路、过流检测电路与IGBT，所述整流模块的输出端与所述电容组模块的输入端之间相互电性连接，所述电容组模块的输出端通过电源线与所述电流互感器之间相互连接，所述电流互感器的输出端的输出端与所述过流检测电路的输入端之间相互电性连接，所述过流检测电路可以根据电流互感器的信号判断是否发生过流，所述过流检测电路的输出端与所述控制电路的输入端相互连接，所述控制电路可根据系统输入进行PWM波形的输出，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端相互连接，所述驱动电路具有过流保护电路。

2.根据权利要求1所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述过流保护电路设置有四条，四条过流保护电路分别用于实现对四个IGBT的过流保护，所述控制电路的过流检测信号与四条过流保护电路的输入端相互连接，四个过流保护电路具有四个输入端，过流保护电路的四个输入端分别为四路PWM信号，分别为PWM1、PWM2、PWM3与PWM4。

3.根据权利要求2所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述驱动电路的输出端与所述IGBT之间通过电性连接，四个过流保护电路的输出端分别与四个IGBT(V1、V2、V3、V4)的栅极相互连接，所述驱动电路根据PWM波形分别控制四个IGBT(V1、V2、V3、V4)的栅极，并将DC540V逆变为交流电。

4.根据权利要求3所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述驱动电路通过CN3与V1相互连接，驱动电路通过CN4与V2相互连接，驱动电路通过CN5与V3相互连接，驱动电路通过CN6与V4相互连接，同一时间只有两个IGBT导通。

5.根据权利要求4所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述控制电路接收到过流检测信号后，可以关断PWM输出，并对外输出报警信号；当驱动电路接收到过流检测信号后，通过过流保护电路关断驱动信号。

6.根据权利要求2所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述过流检测电路的输出端还与所述驱动电路之间相互连接，所述过流检测电路可以根据电流互感器的信号判断是否发生过流，当发生过流时输出过流检测信号给所述控制电路和驱动电路。

7.根据权利要求2所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述过流保护电路包括有U2、U1，下拉电阻R9以及一个定时电路，该定时电路包括有NPN型三极管Q1、P沟道的MOS管Q5、电阻R6、电阻R7、下拉电阻R8与电容C2。

8.根据权利要求1所述的一种电阻焊的过流保护装置，其特征在于：所述整流模块用于将AC380V整流为DC540V的直流电，电容组模块用于对直流电进行滤波。

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