CN112994488A - 一种电磁焊电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁焊电源，包括主输出电源电路，所述主输出电源电路用于驱动焊机工作，所述主输出电源电路包括控制电路，所述控制电路用于反馈控制主输出电源电路的输出电压和电路，包括辅助输出电源电路，所述辅助输出电源电路用于控制电路的电源供电。所述主输出电源电路与所述辅助输出电源电路之间电气隔离。通过增加BUCK降压电路，将220V市电作为输入，输出恒定250V的纯净直流电。采用PWM控制方式，稳定输出电压，输出的电压不随供电网络波动而波动。通过采用辅助供电采用二级降压稳压电路，确保输出电压的稳定。先由开关电源电路产生24V直流电，然后经BUCK电路稳压至15V及5V。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别是涉及一种电磁焊电源。
背景技术
高频焊接，它主要是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，它是直缝焊管生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，会直接影响到焊管产品的整体强度、质量等级以及生产速度。
高频焊接是在高频电磁场的作用下引起介电损耗而加热，从而使接合面熔合粘接的一种焊接法，它主要是先利用涡流的原理，然后是电磁感应，最终是由电磁感应产生的电流焊上的焊接原理。高频焊接通过绕在部件上的线圈以及输入的高频电流产生磁感应现象因为出入电流频率高，根据E＝n(ΔФ/Δt)，且有Q＝I^2Rt，在崩裂的焊缝有着极高的电阻，加上极高的电流，所以产生足以融化部件焊缝处的高温，以此焊接裂缝。
叠焊机电磁焊对供电要求比较苛刻，供电电源的不稳定导致驱动的频率发生变化，导致未工作在谐振范围内，加大无功功率和发热量，从而降低效率和使用寿命。使用常规220V市电供电，多台电磁焊主板同时工作时，会导致母线电压拉低，造成电磁焊焊接效果不稳定。
目前，电磁焊通常采用220市电通过整流后得到310V直流，为全桥电路供电。电网的波动，重载及多个组件的瞬间投入，都会导致整流后的电压严重波动。同时输入电压的不稳定，会导致电网的纯净度变成差，EMI电磁干扰加剧，电磁焊控制电路的供电也将变得不稳定，从而使电磁焊的工作频率及过载点发生变动，使焊接效果变差，工作变得不稳定。
电磁焊主板异常故障时，供电电源无法立即进入保护模式，导致故障范围进一步加大，导致其他设备连带损坏。如何维持叠焊机电磁焊供电的可靠性成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电磁焊电源，采用多级稳压电路，在外界电源不稳定的情况下实现输出电源的稳定，解决了现有电源易受相邻焊机影响的问题，通过设置保护机构，在电路板损坏时，不会对其它相邻设备造成破坏，提高设备的安全性。
本发明采用的技术方案如下：
一种电磁焊电源，包括主输出电源电路，所述主输出电源电路用于驱动焊机工作，所述主输出电源电路包括控制电路，所述控制电路用于反馈控制主输出电源电路的输出电压和电路，包括辅助输出电源电路，所述辅助输出电源电路用于控制电路的电源供电。主输出电源电路输出250V9A，最大输出2250W。辅助输出电源电路包括三组输出电源，三组分别为24V，15V，5V辅助供电，三组合计功率为25W。所述主输出电源电路与所述辅助输出电源电路之间电气隔离。
进一步地，本发明公开了一种电磁焊电源的优选结构，所述主输出电源电路为非隔离式BUCK架构电源电路，所述辅助输出电源电路为隔离式Flyback架构。非隔离式BUCK架构的电路结构简单，拓扑电路器件少，节约成本的同时能够提高电源电路的可靠性，控制器通过控制Buck电路的开关MOS管并让它工作在截止或饱和区来使输入输出达到伏秒平衡，从而得到我们所期望的输出电压。同时，由于少了变压器的传递损耗，与使晶体管工作在放大区的传统LDO三端稳压器比起来损耗更低，其相较于隔离电源转换效率更高。非隔离BUCK电源可直接用电路中无需散热片。隔离式Flyback架构的稳定强，不易受外界干扰，输出稳定。
进一步地，所述主输出电源电路包括整流电路，所述整流电路的输出端连接有滤波电路，所述滤波电路的输出端连接有非隔离式BUCK线路，所以非隔离式BUCK线路输出端连接有采样电路。主输出电源电路工作频率设置值为 40.74KHZ。
进一步地，所述整流电路前端连接有EMI滤波电路，所述整流电路与所述 EMI滤波电路之间设置有负温度热敏电阻，所述负温度热敏电阻并联有开关电路，所述开关电路连接有延时电路。延时电路在负载过大时自动断电延时。EMI滤波电路用于过滤电源的杂波。
进一步地，所述控制电路的信号输入端与所述采样电路信号连接，所述控制电路的控制输出端与所述非隔离式BUCK线路控制连接。
进一步地，所述控制电路包括PWM控制电路，所述PWM控制电路的输出端与所述非隔离式BUCK线路控制连接，所述PWM控制电路的输入端连接有电压反馈网络。
进一步地，包括延时电路，所述延时电路与所述PWM控制电路信号相连，所述延时电路连接有过载及短路保护电路，所述过载及短路保护电路与所述延时电路信号连接。
进一步地，所述辅助输出电源电路包括全桥整流电路，所述全桥整流电路的输出端连接有反向尖峰电压吸收电路，所述反向尖峰电压吸收电路输出端连接有Flyback变压器，所述Flyback变压器连接有电压反馈网络。辅助输出电源电路工作频率为60khz。
进一步地，所述全桥整流电路的前端连接有π型滤波器，所述π型滤波器用于除去电源中的杂波；所述电压反馈网络连接有RC尖峰电压吸收电路，所述 RC尖峰电压吸收电路用于去处电源中的尖峰电压。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过增加BUCK降压电路，将220V市电作为输入，输出恒定 250V的纯净直流电。采用PWM控制方式，稳定输出电压，输出的电压不随供电网络波动而波动。
2.通过采用辅助供电采用二级降压稳压电路，确保输出电压的稳定。先由开关电源电路产生24V直流电，然后经BUCK电路稳压至15V及5V；进一步提高电源的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是250V主输出电源电路原理图；
图2是250V主输出电源控制部分电路原理图；
图3是24V输出控制电源电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如附图1-图3所示，本发明公开了一种电磁焊电源的优选实施方式，图1 是主输出电源电路图。JP1为220V交流输入，F1保险丝为保护元器件，当高频电磁焊供电模块故障时，F1迅速熔断，切断电源的供应，从而减小高频电磁焊供电模块的进一步损坏，保护用电设备和人员的安全。
C1，C2，C3，T1相互连接组成EMI滤波电路，EMI滤波电路滤除市电与高频电磁焊供电模块的相互干扰，以免造成同一用电环境下其他设备的干扰。同一电源环境下，多台设备使用也不会相互干扰，实现电源稳定输出。其中C1 用于滤除两条电源线之间噪声，也就是差模干扰；C2，C3串联后中心点接大地同于滤除两条电线与大地之间的干扰，即共模干扰；T1抑制共模干扰。
EMI滤波电路后端设置有RTH1负温度热敏电阻，RTH1负温度热敏电阻用于限制启动时的突入电流。电源刚上电时，由于电容未存电，上电瞬间，电流将非常大，瞬间电流可大于100A，多台高频电磁焊供电模块同时工作时，将对电网造成巨大得冲击。增加RTH1(8D-20)后将启动时的瞬间电流降低至 30A以内。随着电源的正常启动后，RTH1阻值随温度变大而降低，RTH1选用 8D-20。
图中的R3，R32，，C21，C30，U3，构成延时电路，上电后延时0.5秒，驱动继电器Q1吸和，将RTH1短接，减小输入阻抗，从而提高整体的效率。 D1，C17，C18，C4为全桥整流电路，将220V市电整流成较稳定的310V直流电。R4，R5为泄放电阻，电源模块断电后，用于放出C17，C18的余电，保护人员的安全。
Q1，D7，L1，C24，C26构成非隔离式BUCK线路，将较稳定的310V直流电降压至250V纯净的直流电。R2，D3为电源工作指示灯电路，同时起到C24， C6的放电作用。R23，R24为电流采样电路，将采集到的电流信号转换成电压信号，送至控制电路。
这样，就能将市电电源转化为稳定的直流电，主输出电源电路输出250V9A，最大输出2250W。具有输出过载保护功能，当输出电流大于9A时，主电路将进入过载保护模式，立即切断输出，并做延时，延时0.5秒后检测是否依然处于过载状态，过载状态下继续切断输出。当异常排除后恢复正常。
图2是主输出电源控制部分电路原理图，结合图2所示：
U1，C7，C11为控制线路及散热风扇供电电路，U1为12V电源模块，其中1，2脚为输入端，接图1整流滤波后的HV-及HV+，3，4脚外接C7滤波电容，6，7脚为隔离输出端，C11为输出端的滤波电容，输出12V0.25A的直流电。
U7为隔离电源模块，输入12V输出12V。1，2为输入端，4，5脚为输出端，C31为输出滤波电容。由于采用的是非隔离BUCK电路，MOS管驱动线路供电必须隔离供电。R8，D2为指示电路，当U7正常工作时，D2发光。
R15，R20，R21，R34，C8，C13，C14，C19，C25，U2构成PWM控制电路。R3，R6，C20，R17，C27为电压反馈网络，通过电位器调节输出电压，范围是120V～276V。R15，R16构成分压网络，分得2.5V，分别为U2(PWMK 控制IC)内部两个比较器IN-端2，15脚提供基准电压。
当输出电压大于设置值时，1脚上的电压大于2脚上的参考电压，8脚输出的波形的占空比将加大，反之减小。15，16脚为内部2运放的输入端，用于过载保护。15脚连接至2.5V参考电压，与16脚协同工作。当输出过载时，16脚将采集到的一个高电平，使得IC保护，不停地重启，直到电路恢复正常。
3脚为相位校准增益控制引脚，通过R21，C13连接至反向输入端。4脚为死区时间控制引脚，当电源开机和重启时，4脚电压从5V变化至0V，使得占空比从100％变到0％。5，6脚外接震荡电容和震荡电阻，F＝1.1/(R*C)，设计频率为40.74KHZ。
8，9，10，11脚为内部驱动三极管集电极和发射极，9，10脚接地，8脚为驱动引脚，11未使用。12脚为U2的12V供电引脚。13脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式。14脚为U2内部基准电压，提供5V的基准电压。
U4，R25，R26，R31，R27，C25，C26，R12构成过载及短路保护电路。 R31，R27构成分压网络，给运放U4提供0.45V的基准电压，当输出端电流大于9A时，此时的ISEN网络处的电压为0.45V，经过容R25，C25滤波器滤除高频杂波后送至U4的2脚，此时2脚的电压大于3脚电压，U4运放输出低电平，送至延时电路，同时，IC保护。
R22，C10，U5，C15，C23，R11，D4，R9，R10，C9构成延时电路，当2 脚输入低电平时，3脚输出一个高电平，延时0.5秒后恢复低电平。R11与D4 为指示电路，当电路保护是D4发光。R28，R29，U6，R18，C22，D8，R30， R19，Q2，Q3，Q4构成隔离式驱动电路。
R28，R29为U6高速光耦输入端的上拉引脚，3脚输入高电平时，6脚由于上拉电阻R18的存在，所以输出高电平，图腾柱电路Q3，Q4低电平输出，反之输出高电平。
图3是24V输出控制电源电路原理图。
此电路为反激式Flyback开关电源电路。输出电压24V，额定输出功率25W, 过载点为(110％-135％)，此电路为电磁焊主板控制部分及电源、焊头散热风扇供电。
F2为保护电路，当电源损坏后，立即熔断，保护电源，防止其进一步的损坏。
RTH2为突入电流抑制元器件，抑制上电时的瞬时电流。
C34,C33,C35,T2构成EMI滤波器，滤除电网对电源的相互干扰信号，以免造成同一用电环境下其他设备的干扰。D10,C39为整流滤波电路，将220V交流电整流成310V直流电。
R42为起动电阻，310V经过R42流向U8的脚HV，经内部恒流电路给6脚 VCC充电，当C52,C51上的电压达到8.4V时，IC一次启动。5脚DRV输出PWM 信号驱动Q6导通，T1开始储能，并且T1的2，3引脚VCC绕组开始工作，U8 将内部切断一次启动电路，由VCC绕组供电。
C51,R43,C51,D19为VCC供电整流电路。R47,R52，C56为保护电路。
R51,R50,C55,D20,R49构成过载保护电路，R50,C55为RC滤波电路，当流过R51上的瞬时电流大于0.66A时，即3叫CS叫上的电压大于0.5V,IC将过载保护，切断输出，降低占空比，进入打嗝模式，降低电源恢复正常后，正常输出。R49为补偿电阻，在264V高电压输入时，补偿过载采样电路，使得过载点恒定在一个范围内。
C36,C41,D11,D14构成反向尖峰电压吸收电路，当Q6截止时，绝大部分能量经T3耦合至次级绕组，T8的主绕组的电位由上正下负变为下正上负，D14正向导通，当剩磁的电压大于150V,D11将反向导通，峰值电压由D11及C36，C41 吸收，将反向电压钳制到150V左右，防止反向过高的电压击穿开关管Q6。
T3为Flyback变压器。当Q6 MOS管导通时，T3变压器将电场转换成磁场，存储到变压器中，当Q6 MOS管截止时，T2变压器的磁场转换成电场，再通过D12,C42，C43的整流滤波后输出24V纯净的直流电。
C42,L2,C43构成π型滤波器，更好的滤除杂波，降低纹波。C32,R7,R14为RC 尖峰电压吸收电路，防止反向电压击穿D12。D13为过压保护二极管，当反馈电路异常时，D13迅速反向导通，将输出最大电压钳制到30V,同时稳压二极管的反向电流急剧加大，触发前级过载保护，使得U8进入打嗝模式。R37，D15为指示电路，电路正常时LED发光。
R33,R36,R38,R41为假负载，当输出完全空载时，由这四个电阻作为负载，提高空载是的输出稳定性。
D16,R44,R45,U9A,R48,C53,SHR1,R13,R39,R40构成电压反馈网络。R45为分流电阻，当U9未工作是，提供最小电流，保证SHR1能正常工作。R48，C53 为SHR1的补偿网络。调节电位器R40,可将输出电压调节至20.6V至28.3V之间。当输出电压大于设定值时，SHR1参考引脚上的电压大于2.5V,SHR1迅速导通， U9A发光。反馈至前级U9B导通，使得U8减小占空比，从而减小输出电压。反之输出电压低时，U9未工作，U8将加大输出占空比，从而加大输出电压。
JP4,JP5为两块降压模块，通过BUCK降压电路，将24V,降至5V和15V。 C44,C45,C46,C7为滤波电容，降低输出纹波。
24V输出控制电源电路具有输出过载，过压，短路保护。输出过载，短路状态下切断输出，进入打嗝模式。输出过压时，由稳压二极管钳制到30V，同时触发过载保护。15V及5V控制输出电路，通过两组BUCK降压模块，将24V分别降至15V和5V，降压模块的最大输出电流可达3A，同时具有过载，短路过热保护。
这样，通过增加BUCK降压电路，将220V市电作为输入，输出恒定250V的纯净直流电。采用PWM控制方式，稳定输出电压，输出的电压不随供电网络波动而波动。通过采用辅助供电采用二级降压稳压电路，确保输出电压的稳定。先由开关电源电路产生24V直流电，然后经BUCK电路稳压至15V及5V。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电磁焊电源，其特征在于：包括主输出电源电路，所述主输出电源电路用于驱动焊机工作，所述主输出电源电路包括控制电路，所述控制电路用于反馈控制主输出电源电路的输出电压和电路，包括辅助输出电源电路，所述辅助输出电源电路用于控制电路的电源供电；所述主输出电源电路与所述辅助输出电源电路之间电气隔离。
2.如权利要求1所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述主输出电源电路为非隔离式BUCK架构电源电路，所述辅助输出电源电路为隔离式Flyback架构。
3.如权利要求2所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述主输出电源电路包括整流电路，所述整流电路的输出端连接有滤波电路，所述滤波电路的输出端连接有非隔离式BUCK线路，所以非隔离式BUCK线路输出端连接有采样电路。
4.如权利要求3所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述整流电路前端连接有EMI滤波电路，所述整流电路与所述EMI滤波电路之间设置有负温度热敏电阻，所述负温度热敏电阻并联有开关电路，所述开关电路连接有延时电路。
5.如权利要求2所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述控制电路的信号输入端与所述采样电路信号连接，所述控制电路的控制输出端与所述非隔离式BUCK线路控制连接。
6.如权利要求5所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述控制电路包括PWM控制电路，所述PWM控制电路的输出端与所述非隔离式BUCK线路控制连接，所述PWM控制电路的输入端连接有电压反馈网络。
7.如权利要求6所述的一种电磁焊电源，其特征在于：包括延时电路，所述延时电路与所述PWM控制电路信号相连，所述延时电路连接有过载及短路保护电路，所述过载及短路保护电路与所述延时电路信号连接。
8.如权利要求2所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述辅助输出电源电路包括全桥整流电路，所述全桥整流电路的输出端连接有反向尖峰电压吸收电路，所述反向尖峰电压吸收电路输出端连接有Flyback变压器，所述Flyback变压器连接有电压反馈网络。
9.如权利要求8所述的一种电磁焊电源，其特征在于：所述全桥整流电路的前端连接有π型滤波器，所述π型滤波器用于除去电源中的杂波；所述电压反馈网络连接有RC尖峰电压吸收电路，所述RC尖峰电压吸收电路用于去处电源中的尖峰电压。
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2021
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