CN113579420A - 一种通过igbt逆变的氩弧焊机控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于逆变焊机控制技术领域，提供了一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，包括：电源输入模块；驱动控制模块；逆变输出模块，用于根据驱动控制模块生成的控制信号将通过电源输入模块得到的输入电压逆变输出，得到焊机的输出电流；引弧模块，与所述逆变输出模块连接，用于产生高频电弧。本发明的优点在于通过选用SG3525的PWM调制芯片，使得焊机的输出电流更加精确；通过输出电流反馈单元能够实时获知输出电流值，当输出电流值无法满足焊接需求时，及时提醒用户检查维修；通过热敏开关单元检测IGBT管的温度，防止在焊接过程中因IGBT管温度过高而烧坏整个电路，进而对用户产生不必要的损伤。

Description

一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路
技术领域
本发明涉及逆变焊机控制技术领域，尤其涉及一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路。
背景技术
焊机是指为焊接提供一定特性的电源的电器，焊接由于灵活简单方便牢固可靠、焊接后甚至与母材同等强度的优点广泛用于各个工业领域，如航空航天，船舶，汽车，容器等。
目前，国内外市场上，焊机的销量很大，应用广泛。在氩弧焊机中，焊机质量会受很多方面因素的影响，如电路板设计、控制电路、制造工艺等等，这些因素最终会影响产品的市场竞争力。
目前市场上氩弧焊机中的控制电路设计都会采用IGBT逆变的方式进行，但是选用IGBT逆变的控制电路比较复杂，使得制造工艺繁杂且对于焊机的电流输出不够精确，有时无法达到焊接所需的电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，用以解决控制电路过于复杂的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种通过IGBT逆变的焊机控制电路，包括：
电源输入模块；
驱动控制模块；
逆变输出模块，用于根据驱动控制模块生成的控制信号将通过电源输入模块得到的输入电压逆变输出，得到焊机的输出电流；
引弧模块，与所述逆变输出模块连接，用于产生高频电弧；
驱动控制模块包括驱动芯片U7以及与所述驱动芯片U7的第九引脚连接的第一信号放大单元；
驱动芯片U7的第十一引脚和第十四引脚均与所述逆变输出模块连接。
引弧模块包括电阻R55、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、二极管D51、二极管D52、二极管D53、电感L51和变压器T4；
进一步的，逆变输出模块通过电阻R55与变压器T4的第一输入端连接，变压器T4的第二输入端通过电感L51与逆变输出模块连接，变压器T4的第二输入端还通过电容C51分别与二极管D51的正极和二极管D52的负极连接，二极管D51的负极通过电容C50与二极管D52的正极连接，电阻R58并联接在电容C50的两端，二极管D51的负极还通过电阻R59连接电流输出端口，二极管D51的负极还与二极管D53的正极连接，二极管D53的负极通过电阻R60连接电流输出端口；变压器T4的第一输出端口通过电容C53连接电弧生成端口，电容C52并联接在电容C53的两端，变压器T4的第二输出端口通过电阻R57连接电弧生成端口，电容阻R56并联接在电阻R57的两端。
进一步的，所述逆变输出模块包括MOS管VT7、MOS管VT8、MOS管VT9、MOS管VT10、电阻R30、电容C24、信号输出芯片U8和IGBT管；
MOS管VT7的栅极与驱动芯片U7的第十一引脚连接，MOS管VT7的源极与MOS管VT7的漏极连接，MOS管VT7的漏极接电源；MOS管VT8的栅极与驱动芯片U7的第十一引脚连接，MOS管VT8的源极与MOS管VT10的漏极连接，MOS管VT8的漏极接电源；MOS管VT9的栅极与驱动芯片U7的第十四引脚连接，MOS管VT9的源极接地；MOS管VT10的栅极与驱动芯片U7的第十四引脚连接，MOS管VT10的源极接地；MOS管VT7的源极还与信号输出芯片U8的输入端连接，MOS管VT8的源极还通过电阻R30与信号输出芯片U8的输入端连接，电容C24并联接在电阻R30的两端，信号输出芯片U8的输出端与IGBT管连接。
进一步的，在驱动芯片U7和所述逆变输出模块连接的之间还设置有第二信号放大单元，所述第二信号放大单元包括：三极管Q7、三极管Q5、二极管Z3、电容C4、电阻R7、二极管D1、三极管Q6、三极管Q8、二极管Z4、电容C5、电阻R8、二极管D2、电阻R23和电阻R22；
驱动芯片U7的第十一引脚分别与三极管Q7的基极和三极管Q5的基极连接，三极管Q7的集电极接电源，三极管Q7的发射极通过电阻R22与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的集电极接地,三极管Q7的发射极还与二极管Z3的正极连接，二极管Z3的负极与MOS管VT7的栅极连接，二极管Z3的负极还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极连接输入电源，电容C4并联接在二极管Z3的两端，三极管Q5的发射极与MOS管VT9的栅极连接；
驱动芯片U7的第十四引脚分别与三极管Q6的基极和三极管Q8的基极连接，三极管Q6的集电极接电源，三极管Q6的发射极通过电阻R23与三极管Q8的发射极连接，三极管Q8的集电极接地,三极管Q6的发射极还与二极管Z3的正极连接，二极管Z3的负极与MOS管VT8的栅极连接，二极管Z3的负极还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极连接输入电源，电容C5并联接在二极管Z3的两端，三极管Q8的发射极与MOS管VT10的栅极连接。
进一步的，还包括档位调节与反馈模块，其包括：
档位调节单元，与所述驱动控制模块的第六引脚连接，用于获取用户的档位调节信号，并发送至驱动控制模块；
输出电流反馈单元，与所述驱动控制模块的第四引脚连接，用于获取焊机的输出电流值，并将该电流值发送至驱动控制模块。
进一步的，还包括热敏开关单元，所述热敏开关单元与所述驱动芯片U7的第八引脚连接。
进一步的，还包括输入电源检测单元，所述输入电源检测单元与所述驱动芯片U7的第八引脚连接。
进一步的，还包括辅助电源模块，用于将输入电源进行转化，使得转化后的输入电源能够为驱动芯片U7供电。
本发明与现有技术相比，至少包含以下有益效果：
(1)通过选用SG3525的PWM调制芯片，使得氩弧焊机的输出电流更加精确；
(2)通过输出电流反馈单元能够实时获知输出电流值，当输出电流值无法满足焊接需求时，及时提醒用户检查维修；
(3)通过热敏开关单元检测IGBT管的温度，防止在焊接过程中因IGBT管温度过高而烧坏整个电路，进而对用户产生不必要的损伤。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例电源输入模块和部分逆变输出模块的整体电路图；
图3是本发明实施例中驱动控制模块和部分逆变输出模块的电路图；
图4是本发明实施例中驱动控制模块内部的电路图；
图5是本发明实施例中引弧模块的电路图；
图6是本发明实施例中辅助电源模块的电路图。
具体实施方式
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，本发明一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，包括：电源输入模块、驱动控制模块、逆变输出模块、引弧模块、档位调节与反馈模块和辅助电源模块。
引弧模块与所述逆变输出模块连接，用于产生高频电弧，逆变输出模块用于根据驱动控制模块生成的控制信号将通过电源输入模块得到的输入电压逆变输出，得到焊机的输出电流。
档位调节与反馈模块包括：
档位调节单元，与所述驱动控制模块的第六引脚连接，用于获取用户的档位调节信号，并发送至驱动控制模块。
输出电流反馈单元，与所述驱动控制模块的第四引脚连接，用于获取焊机的输出电流值，并将该电流值发送至驱动控制模块。
辅助电源模块，用于将输入电源进行转化，使得转化后的输入电源能够为驱动控制模块供电。
如图3所示，逆变输出模块包括MOS管VT7、MOS管VT8、MOS管VT9、MOS管VT10、电阻R30、电容C24、信号输出芯片U8和IGBT管。
MOS管VT7的栅极与驱动芯片U7的第十一引脚连接，MOS管VT7的源极与MOS管VT7的漏极连接，MOS管VT7的漏极接电源；MOS管VT8的栅极与驱动芯片U7的第十一引脚连接，MOS管VT8的源极与MOS管VT10的漏极连接，MOS管VT8的漏极接电源；MOS管VT9的栅极与驱动芯片U7的第十四引脚连接，MOS管VT9的源极接地；MOS管VT10的栅极与驱动芯片U7的第十四引脚连接，MOS管VT10的源极接地；MOS管VT7的源极还与信号输出芯片U8的输入端连接，MOS管VT8的源极还通过电阻R30与信号输出芯片U8的输入端连接，电容C24并联接在电阻R30的两端，信号输出芯片U8的输出端与IGBT管连接。
驱动控制模块发出的驱动信号经MOS管VT7、MOS管VT8、MOS管VT9和MOS管VT10进行信号放大后通过信号输出芯片U8输出至IGBT管中，并且通过驱动控制模块输出的PWM波调节IGBT管的通断，使得间歇振荡的频率低且脉冲宽度窄，这样不但空载损耗小，而且变压器不易饱和。由于采用以脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而可获得较好的恒流特性和优异的焊接工艺效果。
如图3和图4所示，驱动控制模块包括驱动芯片U7、第一信号放大单元、第二信号放大单元和信号检测单元，驱动芯片的型号为SG3525AJ(16)。
其中，第一信号放大单元包括电阻R2、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R10、电容C3、电阻R19、电容C6、电阻R17、电阻R3、电阻R24、运算放大器U2、电容C11、电阻R9、电阻R1、电阻R25、电阻R29、电容C10、二极管D4、三极管Q4、电容C9、电容C7、电阻R20、电容C1、电阻R4、电阻R13、电阻R14、电容C12、电阻R26、电阻R11、三极管Q9和电阻R27。
电阻R3的一端与档位调节单元连接，运算放大器的输出端连接驱动芯片U7的第九引脚。
用户通过转动档位调节单元中的电位器调节焊机的输出电流档位，电位器阻值发生变化后，通过运算放大器U2的信号放大，使得驱动芯片U7获知用户的档位调节情况，随后改变PWM波的输出频率使得焊机的输出电流值改变。
在驱动芯片U7和所述逆变输出模块连接的之间还设置有第二信号放大单元，第二信号放大单元包括：三极管Q7、三极管Q5、二极管Z3、电容C4、电阻R7、二极管D1、三极管Q6、三极管Q8、二极管Z4、电容C5、电阻R8、二极管D2、电阻R23和电阻R22；
驱动芯片U7的第十一引脚分别与三极管Q7的基极和三极管Q5的基极连接，三极管Q7的集电极接电源，三极管Q7的发射极通过电阻R22与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的集电极接地,三极管Q7的发射极还与二极管Z3的正极连接，二极管Z3的负极与MOS管VT7的栅极连接，二极管Z3的负极还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极连接输入电源，电容C4并联接在二极管Z3的两端，三极管Q5的发射极与MOS管VT9的栅极连接；
驱动芯片U7的第十四引脚分别与三极管Q6的基极和三极管Q8的基极连接，三极管Q6的集电极接电源，三极管Q6的发射极通过电阻R23与三极管Q8的发射极连接，三极管Q8的集电极接地,三极管Q6的发射极还与二极管Z3的正极连接，二极管Z3的负极与MOS管VT8的栅极连接，二极管Z3的负极还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极连接输入电源，电容C5并联接在二极管Z3的两端，三极管Q8的发射极与MOS管VT10的栅极连接。
驱动芯片U7输出的PWM波使得三极管开启或关断，产生更高电压的PWM波输出。
如图3和图4所示，信号检测单元包括二极管Z1、电阻R5、可控硅Q1、二极管D3、二极管Z2、电阻R21、电阻R12、电容C8、电阻R6、三极管Q2和三极管Q3。
二极管Z1的正极与输入电源检测单元连接，二极管D3的负极连接热敏开关单元，通过采集输入电源值判断焊机电源的工作状态，进而控制焊机的电流输出，防止发生意外；热敏开关单元采集IGBT的温度信息，并反馈至驱动芯片U7中，使得驱动芯片U7能够及时控制输出电流，保护整体电路。
如图3和图4所示，档位调节单元包括电阻R39、电容C29、电位器VR4、电阻R35、三极管Q2、电阻R36、二极管Z5和接口CON5。
接口CON5用于连接旋钮，用户能够通过旋转旋钮改变电位器VR4的阻值，进而使得驱动芯片U7接收到用户的档位调节信息。
输出电流反馈单元包括电阻R21、接口CON6、电阻R37、电容C33、电容C32、二极管Z6和电容C31。接口CON6的输入端连接逆变输出模块的电流输出端，接口CON6的输出端口1通过电阻R9与运算放大器的第二引脚连接，输出电流反馈单元将采集的输出电流经运算放大器后发送至驱动芯片U7的第九引脚，驱动芯片U7能够根据采集的输出电流大小调节PWM波的输出频率，进而使焊机的输出电流值更加精确。
如图5所示，引弧模块包括电阻R55、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、二极管D51、二极管D52、二极管D53、电感L51和变压器T4；
逆变输出模块通过电阻R55与变压器T4的第一输入端连接，变压器T4的第二输入端通过电感L51与逆变输出模块连接，变压器T4的第二输入端还通过电容C51分别与二极管D51的正极和二极管D52的负极连接，二极管D51的负极通过电容C50与二极管D52的正极连接，电阻R58并联接在电容C50的两端，二极管D51的负极还通过电阻R59连接电流输出端口，二极管D51的负极还与二极管D53的正极连接，二极管D53的负极通过电阻R60连接电流输出端口；变压器T4的第一输出端口通过电容C53连接电弧生成端口，电容C52并联接在电容C53的两端，变压器T4的第二输出端口通过电阻R57连接电弧生成端口，电容阻R56并联接在电阻R57的两端。
引弧模块是为氩弧焊实现高频(焊枪钨极与工件)非接触式引弧而设计的。手工焊时，逆变输出模块是不会产生高频引弧的，通过交流电压的输入高频升压变压器T4的会形成振荡现象，变压器输出端就能得到高频高压产生电弧，实现引弧焊接。
如图6所示，辅助电源模块包括电阻R73、电阻R74、电阻R75、电容C46、二极管D17、接口626、电容C44、电阻R68、电阻R67、电阻R69、变压器T2-2、二极管D19、电容C50、变压器T2-1、二极管D19和电容C48。
从P1端口输出电源，通过变压器T2-1获得24V电源，用于驱动IGBT管的逆变，还通过变压器T2-2获得12V电源，用于为驱动芯片U7进行供电。
本发明通过选用SG3525的PWM调制芯片，使得焊机的输出电流更加精确；通过输出电流反馈单元能够实时获知输出电流值，当输出电流值无法满足焊接需求时，及时提醒用户检查维修；通过热敏开关单元检测IGBT管的温度，防止在焊接过程中因IGBT管温度过高而烧坏整个电路，进而对用户产生不必要的损伤。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，包括：
电源输入模块；
驱动控制模块；
逆变输出模块，用于根据驱动控制模块生成的控制信号将通过电源输入模块得到的输入电压逆变输出，得到焊机的输出电流；
引弧模块，与所述逆变输出模块连接，用于产生高频电弧；
驱动控制模块包括驱动芯片U7以及与所述驱动芯片U7的第九引脚连接的第一信号放大单元；
驱动芯片U7的第十一引脚和第十四引脚均与所述逆变输出模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，引弧模块包括电阻R55、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电容C50、电容C51、电容C52、电容C53、二极管D51、二极管D52、二极管D53、电感L51和变压器T4；
逆变输出模块通过电阻R55与变压器T4的第一输入端连接，变压器T4的第二输入端通过电感L51与逆变输出模块连接，变压器T4的第二输入端还通过电容C51分别与二极管D51的正极和二极管D52的负极连接，二极管D51的负极通过电容C50与二极管D52的正极连接，电阻R58并联接在电容C50的两端，二极管D51的负极还通过电阻R59连接电流输出端口，二极管D51的负极还与二极管D53的正极连接，二极管D53的负极通过电阻R60连接电流输出端口；变压器T4的第一输出端口通过电容C53连接电弧生成端口，电容C52并联接在电容C53的两端，变压器T4的第二输出端口通过电阻R57连接电弧生成端口，电容阻R56并联接在电阻R57的两端。
3.根据权利要求1所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，所述逆变输出模块包括MOS管VT7、MOS管VT8、MOS管VT9、MOS管VT10、电阻R30、电容C24、信号输出芯片U8和IGBT管；
MOS管VT7的栅极与驱动芯片U7的第十一引脚连接，MOS管VT7的源极与MOS管VT7的漏极连接，MOS管VT7的漏极接电源；MOS管VT8的栅极与驱动芯片U7的第十一引脚连接，MOS管VT8的源极与MOS管VT10的漏极连接，MOS管VT8的漏极接电源；MOS管VT9的栅极与驱动芯片U7的第十四引脚连接，MOS管VT9的源极接地；MOS管VT10的栅极与驱动芯片U7的第十四引脚连接，MOS管VT10的源极接地；MOS管VT7的源极还与信号输出芯片U8的输入端连接，MOS管VT8的源极还通过电阻R30与信号输出芯片U8的输入端连接，电容C24并联接在电阻R30的两端，信号输出芯片U8的输出端与IGBT管连接。
4.根据权利要求3所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，在驱动芯片U7和所述逆变输出模块连接的之间还设置有第二信号放大单元，所述第二信号放大单元包括：三极管Q7、三极管Q5、二极管Z3、电容C4、电阻R7、二极管D1、三极管Q6、三极管Q8、二极管Z4、电容C5、电阻R8、二极管D2、电阻R23和电阻R22；
驱动芯片U7的第十一引脚分别与三极管Q7的基极和三极管Q5的基极连接，三极管Q7的集电极接电源，三极管Q7的发射极通过电阻R22与三极管Q5的发射极连接，三极管Q5的集电极接地,三极管Q7的发射极还与二极管Z3的正极连接，二极管Z3的负极与MOS管VT7的栅极连接，二极管Z3的负极还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极连接输入电源，电容C4并联接在二极管Z3的两端，三极管Q5的发射极与MOS管VT9的栅极连接；
驱动芯片U7的第十四引脚分别与三极管Q6的基极和三极管Q8的基极连接，三极管Q6的集电极接电源，三极管Q6的发射极通过电阻R23与三极管Q8的发射极连接，三极管Q8的集电极接地,三极管Q6的发射极还与二极管Z3的正极连接，二极管Z3的负极与MOS管VT8的栅极连接，二极管Z3的负极还与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极连接输入电源，电容C5并联接在二极管Z3的两端，三极管Q8的发射极与MOS管VT10的栅极连接。
5.根据权利要求1所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，还包括档位调节与反馈模块，其包括：
档位调节单元，与所述驱动控制模块的第六引脚连接，用于获取用户的档位调节信号，并发送至驱动控制模块；
输出电流反馈单元，与所述驱动控制模块的第四引脚连接，用于获取焊机的输出电流值，并将该电流值发送至驱动控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，还包括热敏开关单元，所述热敏开关单元与所述驱动芯片U7的第八引脚连接。
7.根据权利要求1所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，还包括输入电源检测单元，所述输入电源检测单元与所述驱动芯片U7的第八引脚连接。
8.根据权利要求1所述的一种通过IGBT逆变的氩弧焊机控制电路，其特征在于，还包括辅助电源模块，用于将输入电源进行转化，使得转化后的输入电源能够为驱动芯片U7供电。
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