CN114192934A - 一种氩弧焊控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氩弧焊控制电路，属于电焊领域，一种氩弧焊控制电路，包括主电路板，主电路板包括右侧电路板、左侧电路板和前电路板，右侧电路板上分布有、EMC滤波模块、缓启动模块、全桥驱动模块、开关电源、PWM控制电路、一次IGBT散热器、电解电容模组、二次快恢复二极管散热器、主变压器和高频引弧模块，它通过按键控制电路实现多种工作模式，且在氩焊模式时可调节各种参数，在手工焊模式时有自适应加推力功能以及脉冲功能，同时具有PFC功能、等离子切割功能和2T/4T功能，大大提高了产品的稳定性，并在原有产品基础之上新增了微型直流气泵，对风机智能分级调速。
Description
技术领域
本发明涉及电焊领域，更具体地说，涉及一种氩弧焊控制电路。
背景技术
由于科学技术的不断进步，铝的优良性能不断地被认识和利用，铝的应用日渐广泛，由过去主要应用于军工、航空航天、电力导体、机械，扩展至各行业，在交通、包装、建筑、耐用消费上的应用取得明显的进展，交流TIG焊机的使用不在局限于工业领域，现正逐渐深入民用领域，为了满足新兴用户群的需要，迫切需要使用新技术、新理念研发出可靠性高、性价比高且适合普通消费群的产品。
针对铝及其合金的特殊物理性质，对焊接设备及工艺提出了特殊要求，为了获得优质焊缝，人们不断开发了各种各样的焊铝设备及工艺，交流TIG焊因焊接过程稳定，易于控制，焊接质量好等优点而得到广泛应用，但随着铝合金在工业中应用越来越广泛，人们对其焊接方法提出了更高的要求。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种氩弧焊控制电路，它可以实现通过按键控制电路实现多种工作模式，且在氩焊模式时可调节各种参数，在手工焊模式时有自适应加推力功能以及脉冲功能，同时具有PFC功能、等离子切割功能和2T/4T功能，大大提高了产品的稳定性，并在原有产品基础之上新增了微型直流气泵，对风机智能分级调速。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种氩弧焊控制电路，包括主电路板，所述主电路板包括右侧电路板、左侧电路板和前电路板，所述右侧电路板上分布有、EMC滤波模块、缓启动模块、全桥驱动模块、开关电源、PWM控制电路、一次IGBT散热器、电解电容模组、二次快恢复二极管散热器、主变压器和高频引弧模块，所述左侧电路板上分布有二次驱动电源模块、二次驱动模块、一对MOS管散热器、稳弧脉冲模块、和电抗器，所述右侧电路板和左侧电路板之间电性连接有风机，所述前电路板上分布有数码管、编码电位器、多个按键和多个指示灯。
进一步的，所述开关电源电性连接有软启动模块，所述软启动模块电性连接有一次整流模块，所述一次整流模块通过FFC电路和滤波电路电性连接有一次逆变模块，所述一次逆变模块电性连接有主变压器，所述主变压器模块电性连接有二次整流模块，所述二次整流模块电性连接有二次逆变模块，所述二次逆变模块电性连接有电抗器，所述电抗器电性连接有钨棒，所述软启动模块、FFC电路和滤波电路均与PWM控制电路电性连接，所述PWM控制电路电性连接有风扇模块，所述一次逆变模块通过一次逆变驱动模块与PWM控制电路电性连接，所述主变压器通过电流采样模块和PWM控制电路电性连接，所述电抗器通过高频引弧模块和PWM控制电路电性连接，所述电抗器和钨棒之间加设有稳弧脉冲模块，所述PWM控制电路电性连接有数字控制模块，所述数字控制模块通过二次逆变驱动电性连接有二次逆变模块，所述数字控制模块电性连接有稳弧脉冲，将PFC电路设计为模块化电路，根据客户需求可临时选择增减，本次设计PFC电路将延用Z221等机型上的两级CCM模式PFC电路，该电路在此机器上经过验证证明该PFC电路性能稳定，电路简单、价格低，而且欧美市场对电磁干扰有强制性标准限制，增加PFC电路将能实现突破这方面限制，另外增加PFC电路还有谐波干扰小、功率因数高、电网适应能力强、焊接电弧稳定等优点。
进一步的，所述PWM控制电路采用电流模式下的UC3846，所述UC3846通过外部整流电路电性连接有预留电流霍尔反馈、电流反馈、峰值电流、给定、PI调节、模拟输出电压反馈和PWM输出，PWM控制芯片采用电流模式UC3846，该芯片已在多款焊机上使用，具有动态响应速度快、逐波限流等特点，电流反馈采用的是电流互感环，不但实现了峰值电流限制还实现了初级电流反馈，设计简单实用，初次级实现了电气隔离。
进一步的，所述电源开关上电性连接的变压器由偏置绕组和一对初级绕组构成。
进一步的，所述二次全桥驱动供电电路采用型号为TLP250的高速隔离驱动光耦，为实现交流方波氩弧焊的各种功能，二次逆变驱动较复杂，故不能用驱动变压器驱动四组场效应管，这里选用公司现有的高速隔离驱动光耦，型号为TLP250，因每个隔离驱动光耦输出需要一组电源，共需要三组电源便可满足四组场效应管驱动，驱动功率大约6W，为减少物料，增加物料的通用性，将一次逆变的脉冲驱动变压器用成反激式变压器，这样无需增加新物料，提高物料的使用率，驱动功率为10W，通过计算，完全符合反激式工作要求。
进一步的，所述稳弧脉冲电路由一次输出、电压源和多个MOSFET管电性连接而成，通常交流氩弧焊机为了提高电流过零点时电弧的再次引燃率，会在一次逆变之后和二次逆变之前增加一个电感，通过电流在换向时产生很大的di/dt，从而在电感上产生大的电压尖峰来再次燃弧，这种方法虽简单，但产生的电压尖峰在不同电流是稳弧电压不同，电流大时对二次逆变场效应管冲击太大，而且吸收电路的损耗功率将更大，本次设计将采用一种全新的稳弧电路来解决磁问题。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过按键控制电路实现多种工作模式，且在氩焊模式时可调节各种参数，在手工焊模式时有自适应加推力功能以及脉冲功能，同时具有PFC功能、等离子切割功能和2T/4T功能，大大提高了产品的稳定性，并在原有产品基础之上新增了微型直流气泵，对风机智能分级调速。
(2)将PFC电路设计为模块化电路，根据客户需求可临时选择增减，本次设计PFC电路将延用Z221等机型上的两级CCM模式PFC电路，该电路在此机器上经过验证证明该PFC电路性能稳定，电路简单、价格低，而且欧美市场对电磁干扰有强制性标准限制，增加PFC电路将能实现突破这方面限制，另外增加PFC电路还有谐波干扰小、功率因数高、电网适应能力强、焊接电弧稳定等优点。
(3)PWM控制芯片采用电流模式UC3846，该芯片已在多款焊机上使用，具有动态响应速度快、逐波限流等特点，电流反馈采用的是电流互感环，不但实现了峰值电流限制还实现了初级电流反馈，设计简单实用，初次级实现了电气隔离。
(4)为实现交流方波氩弧焊的各种功能，二次逆变驱动较复杂，故不能用驱动变压器驱动四组场效应管，这里选用公司现有的高速隔离驱动光耦，型号为TLP250，因每个隔离驱动光耦输出需要一组电源，共需要三组电源便可满足四组场效应管驱动，驱动功率大约6W，为减少物料，增加物料的通用性，将一次逆变的脉冲驱动变压器用成反激式变压器，这样无需增加新物料，提高物料的使用率，驱动功率为10W，通过计算，完全符合反激式工作要求。
(5)通常交流氩弧焊机为了提高电流过零点时电弧的再次引燃率，会在一次逆变之后和二次逆变之前增加一个电感，通过电流在换向时产生很大的di/dt，从而在电感上产生大的电压尖峰来再次燃弧，这种方法虽简单，但产生的电压尖峰在不同电流是稳弧电压不同，电流大时对二次逆变场效应管冲击太大，而且吸收电路的损耗功率将更大，本次设计将采用一种全新的稳弧电路来解决磁问题。
附图说明
图1为本发明的前面板布局图；
图2为本发明的右侧电路板布局图；
图3为本发明的左侧电路板布局图；
图4为本发明的前电路板布局图；
图5为本发明的主电路板整体前视图；
图6为本发明的带PFC的方波交流TIG电源的结构示意图；
图7为本发明的PWM电路设计图；
图8为本发明的一次逆变模块部分电源开关电路设计图；
图9为本发明的二次驱动供电反激式开关电源电路图；
图10为本发明的稳弧脉冲电路图。
图中标号说明：
1、数码管；2、编码电位器；3、按键；4、指示灯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅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，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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：
请参阅图1-4，一种氩弧焊控制电路，包括主电路板，主电路板包括右侧电路板、左侧电路板和前电路板，右侧电路板上分布有、EMC滤波模块、缓启动模块、全桥驱动模块、开关电源、PWM控制电路、一次IGBT散热器、电解电容模组、二次快恢复二极管散热器、主变压器和高频引弧模块，左侧电路板上分布有二次驱动电源模块、二次驱动模块、一对MOS管散热器、稳弧脉冲模块、和电抗器，右侧电路板和左侧电路板之间电性连接有风机，前电路板上分布有数码管1、编码电位器2、多个按键3和多个指示灯4，采用公司现有的数码管1驱动驱动芯片TM1620可同时控制数码管1显示和指示灯4显示，TM1620可同时驱动3位8段共阴极数码管1和24个LED灯，功能强大，应用简单。
请参阅图6-7，开关电源电性连接有软启动模块，软启动模块电性连接有一次整流模块，一次整流模块通过FFC电路和滤波电路电性连接有一次逆变模块，一次逆变模块电性连接有主变压器，主变压器模块电性连接有二次整流模块，二次整流模块电性连接有二次逆变模块，二次逆变模块电性连接有电抗器，电抗器电性连接有钨棒，软启动模块、FFC电路和滤波电路均与PWM控制电路电性连接，PWM控制电路电性连接有风扇模块，一次逆变模块通过一次逆变驱动模块与PWM控制电路电性连接，主变压器通过电流采样模块和PWM控制电路电性连接，电抗器通过高频引弧模块和PWM控制电路电性连接，电抗器和钨棒之间加设有稳弧脉冲模块，PWM控制电路电性连接有数字控制模块，数字控制模块通过二次逆变驱动电性连接有二次逆变模块，数字控制模块电性连接有稳弧脉冲，将PFC电路设计为模块化电路，根据客户需求可临时选择增减，本次设计PFC电路将延用Z221等机型上的两级CCM模式PFC电路，该电路在此机器上经过验证证明该PFC电路性能稳定，电路简单、价格低，而且欧美市场对电磁干扰有强制性标准限制，增加PFC电路将能实现突破这方面限制，另外增加PFC电路还有谐波干扰小、功率因数高、电网适应能力强、焊接电弧稳定等优点。
请参阅图8，一次逆变模块部分电路器件包括电源开关、缓启动、一次整流、PFC电路电容滤波、全桥逆变、全桥驱动、主变压器、二次整流、PWM控制电路，辅助开关电源，电源开关的选择：流过电源开关的电流Imax为20A，而Ieff为16A，故选择公司现使用的型号：RL2-321-P-2-BK/BK-P2保护膜125VAC/16A无铅，缓启动电路设计与器件选择：缓启动电路采用继电器加正温度系数热敏电阻，通过单片机定时器精确实现延时开启。由于电流Imax为20A，故选择公司现使用的继电器型号：T9AS1D12-24(24V/30A)，为保证开机时继电器吸合前冲击电流不超过16A，选择与继电器并联的热敏电阻型号为：XKMZ1-15P(100+25％)无铅，两个并联使总电阻为50欧(环境温度)，一次整流器件选择：根据输入电流选择公司现使用的整流桥型号为：GBPC5010无铅，PFC电路设计和器件选择：根据焊机的输出功率，设计PFC电路的输出的最大功率为6.8KW，升压后直流母线电压为390V，电解电容选择：经过PFC电路升压，直流母线电压为390V，故选择公司现使用的电解电容型号为：CD-680uF-450V(85℃)，考虑到直流母线电压纹波不能太大，选用四个并联，全桥逆变器件选择：选择公司现使用的IGBT型号为FGH60N60SMD共4个组成全桥，IGBT规格型号为：60A/600V，每个IGBT并联RC吸收电路，全桥逆变驱动选择：采用隔离脉冲驱动变压器驱动4个IGBT，故选择公司现使用的驱动变压器型号为：PQ2020(15比15)无铅，此驱动方案简洁、可靠性高，二次整流管选择：二次整流采用全桥半波整流，每组采用四个快恢复二极管并联，单个快恢复二极管选用20A/200V，故选择公司现使用的驱动变压器型号为：D92-02(铁皮)FUJI，此二极管已应用到多款焊机中，性能好、可靠性高，PWM电路设计与器件选择：PWM控制电路采用电流模式下的UC3846，UC3846通过外部整流电路电性连接有预留电流霍尔反馈、电流反馈、峰值电流、给定、PI调节、模拟输出电压反馈和PWM输出，PWM控制芯片采用电流模式UC3846，该芯片已在多款焊机上使用，具有动态响应速度快、逐波限流等特点，电流反馈采用的是电流互感环，不但实现了峰值电流限制还实现了初级电流反馈，设计简单实用，初次级实现了电气隔离，散热器选择：为实现物料的通用性，本次设计中一次逆变部分的散热器全部借用MIG160(N219)，从而减少了新增物料，辅助开关电源设计说明：辅助开关电源共有两个电源输出，一个15V电源和一个24V电源，主变压器设计：主变压器采用环形磁芯63*35*36绕制，匝数为23：4，导线面积4.9mm2，环形变压器优点：散热快、漏感小，缺点是绕组绕制工艺复杂。
电源开关上电性连接的变压器由偏置绕组和一对初级绕组构成。
请参阅图9，二次逆变模块部分电路器件包括二次全桥逆变、二次全桥驱动供电、二次全桥驱动，稳弧脉冲电路，高压引弧装置，二次全桥逆变：二次逆变电路有电流大，开关频率低等特点，故采用低耐压低内阻的场效应管，目前公司使用的有250V耐压的场效应管，其内阻为40毫欧，使用时将10个并联，而采用IR公司的型号为IRFP4468场效应管(耐压100V/内阻2.7毫欧)，通过实验测试，用4个IRFP4468并联，温升比较理想，二次全桥驱动供电：二次全桥驱动供电电路采用型号为TLP250的高速隔离驱动光耦，为实现交流方波氩弧焊的各种功能，二次逆变驱动较复杂，故不能用驱动变压器驱动四组场效应管，这里选用公司现有的高速隔离驱动光耦，型号为TLP250，因每个隔离驱动光耦输出需要一组电源，共需要三组电源便可满足四组场效应管驱动，驱动功率大约6W，为减少物料，增加物料的通用性，将一次逆变的脉冲驱动变压器用成反激式变压器，这样无需增加新物料，提高物料的使用率，驱动功率为10W，通过计算，完全符合反激式工作要求，且反激式开关电源采用初级电压反馈，不仅减少了原器件，还使初次级电压完全隔离，二次全桥驱动：选用公司现有的高速隔离驱动光耦，型号为TLP250，该芯片驱动能力强，性能稳定，高压引弧装置：该电路采用公司现有机器上的高压引弧装置，不仅降低电路的复杂性，而且该电路性能稳定。通过电抗器将高频高压耦合到焊机输出端。
请参阅图10，稳弧脉冲电路由一次输出、电压源和多个MOSFET管电性连接而成，通常交流氩弧焊机为了提高电流过零点时电弧的再次引燃率，会在一次逆变之后和二次逆变之前增加一个电感，通过电流在换向时产生很大的di/dt，从而在电感上产生大的电压尖峰来再次燃弧，这种方法虽简单，但产生的电压尖峰在不同电流是稳弧电压不同，电流大时对二次逆变场效应管冲击太大，而且吸收电路的损耗功率将更大，本次设计将采用一种全新的稳弧电路来解决此问题。
本发明通过按键3控制电路实现多种工作模式，且在氩焊模式时可调节各种参数，在手工焊模式时有自适应加推力功能以及脉冲功能，同时具有PFC功能、等离子切割功能和2T/4T功能，大大提高了产品的稳定性，并在原有产品基础之上新增了微型直流气泵，对风机智能分级调速。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种氩弧焊控制电路，包括主电路板，其特征在于：所述主电路板包括右侧电路板、左侧电路板和前电路板，所述右侧电路板上分布有、EMC滤波模块、缓启动模块、全桥驱动模块、开关电源、PWM控制电路、一次IGBT散热器、电解电容模组、二次快恢复二极管散热器、主变压器和高频引弧模块，所述左侧电路板上分布有二次驱动电源模块、二次驱动模块、一对MOS管散热器、稳弧脉冲模块、和电抗器，所述右侧电路板和左侧电路板之间电性连接有风机，所述前电路板上分布有数码管(1)、编码电位器(2)、多个按键(3)和多个指示灯(4)。
2.根据权利要求1所述的一种氩弧焊控制电路，其特征在于：所述开关电源电性连接有软启动模块，所述软启动模块电性连接有一次整流模块，所述一次整流模块通过FFC电路和滤波电路电性连接有一次逆变模块，所述一次逆变模块电性连接有主变压器，所述主变压器模块电性连接有二次整流模块，所述二次整流模块电性连接有二次逆变模块，所述二次逆变模块电性连接有电抗器，所述电抗器电性连接有钨棒，所述软启动模块、FFC电路和滤波电路均与PWM控制电路电性连接，所述PWM控制电路电性连接有风扇模块，所述一次逆变模块通过一次逆变驱动模块与PWM控制电路电性连接，所述主变压器通过电流采样模块和PWM控制电路电性连接，所述电抗器通过高频引弧模块和PWM控制电路电性连接，所述电抗器和钨棒之间加设有稳弧脉冲模块，所述PWM控制电路电性连接有数字控制模块，所述数字控制模块通过二次逆变驱动电性连接有二次逆变模块，所述数字控制模块电性连接有稳弧脉冲。
3.根据权利要求2所述的一种氩弧焊控制电路，其特征在于：所述一次逆变模块部分电路器件包括电源开关、缓启动、一次整流、PFC电路电容滤波、全桥逆变、全桥驱动、主变压器、二次整流、PWM控制电路，辅助开关电源，所述PWM控制电路采用电流模式下的UC3846，所述UC3846通过外部整流电路电性连接有预留电流霍尔反馈、电流反馈、峰值电流、给定、PI调节、模拟输出电压反馈和PWM输出。
4.根据权利要求3所述的一种氩弧焊控制电路，其特征在于：所述电源开关上电性连接的变压器由偏置绕组和一对初级绕组构成。
5.根据权利要求2所述的一种氩弧焊控制电路，其特征在于：所述二次逆变模块部分电路器件包括二次全桥逆变、二次全桥驱动供电、二次全桥驱动，稳弧脉冲电路，高压引弧装置，所述二次全桥驱动供电电路采用型号为TLP250的高速隔离驱动光耦。
6.根据权利要求5所述的一种氩弧焊控制电路，其特征在于：所述稳弧脉冲电路由一次输出、电压源和多个MOSFET管电性连接而成。
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| CN202111651442.9A Pending CN114192934A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种氩弧焊控制电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114192934A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101157154A (zh) * | 2007-11-15 | 2008-04-09 | 华南理工大学 | 基于arm的嵌入式数字化多功能逆变式软开关弧焊电源 |
| CN201677116U (zh) * | 2010-02-09 | 2010-12-22 | 上海沪通焊接电器制造有限公司 | 绝缘栅双极型晶体管逆变交直流氩弧焊机 |
| CN201856022U (zh) * | 2010-07-02 | 2011-06-08 | 广东火电工程总公司 | 一种软开关igbt双逆变式方波交直流钨极氩弧焊电源 |
| CN102806407A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-12-05 | 晋江市炜锋焊接设备有限公司 | 一种逆变焊机 |
-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111651442.9A patent/CN114192934A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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