CN114932299B - 等离子切割机切割弧压检测电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种等离子切割机切割弧压检测电路，其包括：逆变驱动模块，设置有第一接口和第二接口，所述第一接口和第二接口用于对外供电以形成切割电弧；MCU控制模块，设置有第三接口，所述第三接口用于接收切割弧压检测信号；分压支路，连接于所述第二接口与地线之间，以使第二接口向地线单向导通电流；所述分压支路上具有分压节点，所述分压支路基于切割弧压在分压节点上产生切割弧压检测信号，所述分压节点与第三接口相连。本申请具有通过检测信号宽度来获得切割弧压，从而判断切割状态的作用。
Description
技术领域
本申请涉及检测电路的领域，尤其是涉及一种等离子切割机切割弧压检测电路。
背景技术
逆变等离子切割机已成为现代工业的常用工具。汽车工业中，可用于定制底盘和车身制造等方面，建筑工业中，可用于切割和制造大型的横梁和金属板件等。等离子是加热到极高温度并被高度电离的气体，它将电弧功率将转移到工件上，高热量使工件熔化并被吹掉，形成等离子弧切割的工作状态。
逆变等离子切割机在切割状态转维弧状态电弧需要平稳过渡，这就需要检测切割过程中的切割状态，在切穿工件或切割完工件电弧需要平稳的过渡到维弧状态等到下一次接触工件进行切割，这样就不需要在每次切穿工件或切割完工件断弧需要重新按枪开关启动切割机。
现在市场主要采用检测切割弧压来判断切割状态，此检测电路复杂，在带高频的切割机还需要做好高频对控制电路的干扰。
发明内容
为了能够方便地判断切割状态，本申请提供一种等离子切割机切割弧压检测电路。
本申请提供的一种等离子切割机切割弧压检测电路，采用如下的技术方案：
一种等离子切割机切割弧压检测电路，包括：
逆变驱动模块，设置有第一接口和第二接口，所述第一接口和第二接口用于对外供电以形成切割电弧；
MCU控制模块，设置有第三接口，所述第三接口用于接收切割弧压检测信号，所述切割弧压检测信号包含有逆变电流的脉冲宽度信息和脉冲间隔宽度信息；
分压支路，连接于所述第二接口与地线之间，以使第二接口向地线单向导通电流；所述分压支路上具有分压节点，所述分压支路基于切割弧压在分压节点上产生切割弧压检测信号，所述分压节点与第三接相连。
通过采用上述技术方案，第一接口和第二接口提供逆变电流和逆变电压，逆变电压即切割弧压，逆变电流即切割电流，两个接口之间所产生的电弧即相当于负载。由于逆变电流为具有周期性的间断交变电流，MCU控制模块能够对逆变驱动波形的宽度进行检测，由于切割枪喷嘴与工件的距离即为等离子电弧的弧长，与负载电阻大小相关，且逆变等离子切割机外特性是下降特性（恒流源），因此，MCU控制模块基于检测到的脉冲宽度信息和脉冲间隔宽度信息，即可得到切割弧压的相对大小，从而得到当前的切割状态。综上，本申请通过简单的电路结构，能够方便地对切割状态进行判断。
可选的，所述分压支路包括串联于第二接口和地线之间的第一电阻R1、第二电阻R2和第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极朝向第二接口设置，负极朝向地线设置，所述分压节点为第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点。
可选的，所述第一二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2依次串联于第二接口和地线之间。
通过采用上述技术方案，分压支路相当于并联于工作回路上的一条高阻态支路，用于通过获取工作回路上的小电流以检测工作回路上的切割弧压。由于切割电流为交变电流，因此分压支路上设置第一二极管D1以检测单向电流，避免烧坏MCU控制模块。第一电阻R1和第二电阻R2配合在分压节点形成等比于切割弧压的切割弧压检测信号。
可选的，所述逆变驱动模块包括变压器、以及相互并联于正负输入电极之间的第一支路和第二支路，所述第一支路包括相互串联的第一开关K1和第二开关K2，所述第二支路包括相互串联的第三开关K3和第四开关K4，所述第一开关K1和第二开关K2之间的节点为第一节点，所述第三开关K3和第四开关K4之间的节点为第二节点，所述第一节点和第二节点通过所述变压器的一次侧T1相连，所述变压器的二次侧T2的两端作为所述驱动模块的输出端，所述第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4分别接收控制信号以使第一节点和第二节点不导通和高低压交替变化。
通过采用上述技术方案，第一节点为高压，第二节点为低压时，一次侧T1产生正向电流，二次侧T2产生感应电流。第一节点和第二节点均断开时，一次侧T1正向电流消失，二次侧T2仍产生感应电流。第一节点为低压，第二节点为高压时，一次侧T1产生反向电流，二次侧T2产生感应电流。第一节点和第二节点均断开时，一次侧T1反向电流消失，二次侧T2仍产生感应电流。
可选的，所述第一开关K1和第二开关K2为NMOS管，所述第一开关K1的源极和第二开关K2的漏极相连并形成第一节点，所述第一开关K1的漏极连于正输入电极，所述第二开关K2的源极连于地线；所述第三开关K3和第四开关K4为NMOS管，所述第三开关K3的源极和第四开关K4的漏极相连并形成第二节点，所述第三开关K3的漏极连于正输入电极，所述第四开关K4的源极连于地线。
可选的，所述第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4的控制信号具有相同周期，该周期分为t1、t2、t3和t4四个时段，其中，
在t1阶段中，第一开关K1和第四开关K4接收导通信号，第二开关K2和第三开关K3接收关断信号；
在t2阶段中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均接收关断信号；
在t3阶段中，第一开关K1和第四开关K4接收关断信号，第二开关K2和第三开关K3接收导通信号；
在t4阶段中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均接收关断信号。
通过采用上述技术方案，在t1阶段，逆变驱动模块的电流方向为正输入电极→第一开关K1→变压器→第四开关K4。在t2阶段，逆变驱动模块中无电流。在t3阶段，逆变驱动模块的电流方向为正输入电极→第三开关K3→变压器→第二开关K2。在t4阶段，逆变驱动模块中无电流。
可选的，所述变压器的二次侧T2为恒流源且两端形成所述的第一接口和第二接口，所述切割弧压正相关于t1阶段和t3阶段中关断信号的宽度。
可选的，所述切割弧压满足I=U/R的关系，其中，I为逆变驱动模块输出的切割电流，U为逆变驱动模块输出的切割弧压，R为等离子电弧的弧长，正相关于切割枪喷嘴与工件的距离。
附图说明
图1用于示出本申请实施例中一种等离子切割机切割弧压检测电路。
图2用于示出本申请实施例中逆变驱动模块的电路图。
图3用于示出本申请实施例中逆变驱动模块输出电压的工作周期。
附图标记说明：
1、逆变驱动模块；11、第一支路；12、第二支路；2、MCU控制模块；3、分压支路。
具体实施方式
以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。
本申请实施例公开一种等离子切割机切割弧压检测电路。参照图1，该等离子切割机切割弧压检测电路包括逆变驱动模块、MCU控制模块和分压支路。逆变驱动模块用于将直流电逆变为交流电以提供切割电弧，分压支路用于从逆变电流中进行采样以获得切割弧压检测信号，MCU控制模块用于获取切割弧压检测信号以判断切割状态。
逆变驱动模块上设置有第一接口PWM1和第二接口PWM2，第一接口PWM1和第二接口PWM2用于对外供电以形成切割电弧。
具体的，参照图2，逆变驱动模块包括变压器、以及相互并联于正负输入电极之间的第一支路和第二支路，第一支路包括相互串联的第一开关K1和第二开关K2，第二支路包括相互串联的第三开关K3和第四开关K4，第一开关K1和第二开关K2之间的节点为第一节点，第三开关K3和第四开关K4之间的节点为第二节点，第一节点和第二节点通过变压器的一次侧T1相连，变压器的二次侧T2的两端作为驱动模块的输出端，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4分别接收控制信号以使第一节点和第二节点不导通和高低压交替变化。
其中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4可以是双极结型晶体管BJT或场效应晶体管FET或其它的开关管，但凡能够对控制信号及时响应以发生通断的电子元件即可。在本方案中，第一开关K1和第二开关K2为NMOS管，第一开关K1的源极和第二开关K2的漏极相连并形成第一节点，第一开关K1的漏极连于正输入电极，第二开关K2的源极连于地线；第三开关K3和第四开关K4为NMOS管，第三开关K3的源极和第四开关K4的漏极相连并形成第二节点，第三开关K3的漏极连于正输入电极，第四开关K4的源极连于地线。当然，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4也可以均采用PMOS管，或混用为NMOS管和PMOS管，但凡能够在第一支路或第二支路导通时不烧坏开关管即可。
第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4的控制信号具有相同周期，具体的，参照图3，该周期分为t1、t2、t3和t4四个时段，其中：
在t1阶段中，第一开关K1和第四开关K4接收导通信号，第二开关K2和第三开关K3接收关断信号；
在t2阶段中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均接收关断信号；
在t3阶段中，第一开关K1和第四开关K4接收关断信号，第二开关K2和第三开关K3接收导通信号；
在t4阶段中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均接收关断信号。
在t1和t3的时段内，流过变压器的电流方向刚好相反，也就是将直流电变成了交流电。
变压器的二次侧T2为恒流源，电流不变电阻增大时电压增大。变压器的两端形成所述的第一接口PWM1和第二接口PWM2，切割弧压正相关于t1阶段和t3阶段中关断信号的宽度。切割弧压满足I=U/R的关系，其中，I为逆变驱动模块输出的切割电流，U为逆变驱动模块输出的切割弧压，R为等离子电弧的弧长，正相关或正比于切割枪喷嘴与工件的距离。
分压支路连接于所述第二接口PWM2与地线之间，以使第二接口PWM2向地线单向导通电流；分压支路上具有分压节点，分压支路基于切割弧压在分压节点上产生切割弧压检测信号。
具体的，分压支路包括串联于第二接口PWM2和地线之间的第一电阻R1、第二电阻R2和第一二极管D1，第一二极管D1的正极朝向第二接口PWM2设置，负极朝向地线设置，分压节点为第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点。在不同的实施例中，第一二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2可以有不同的排列方式，作为示例的，在本实施例中，第一二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2依次串联于第二接口PWM2和地线之间。
MCU控制模块的主体为MCU，其上设置有第三接口PWM_IN，第三接口PWM_IN与分压节点相连以接收切割弧压检测信号，切割弧压检测信号包含有逆变电流的脉冲宽度信息和脉冲间隔宽度信息。
本申请的实施原理：
第一接口PWM1和第二接口PWM2提供逆变电流和逆变电压，逆变电压即切割弧压，逆变电流即切割电流，两个接口之间所产生的电弧即相当于负载。由于逆变电流为具有周期性的间断交变电流，MCU控制模块能够对逆变驱动波形的宽度进行检测。由于切割枪喷嘴与工件的距离即为等离子电弧的弧长，当电弧越长时，则对应的电阻越大，电弧越短时，对应的电阻越小。逆变等离子切割机外特性是下降特性（恒流源），因此，基于切割弧压所满足的I=U/R的关系，由于I不变，U越大时代表R越大。对于切割弧压U，由于脉冲宽度和弧压成正比例关系，因此MCU控制模块基于检测到的脉冲宽度信息和脉冲间隔宽度信息，即可得到切割弧压的相对大小，从而得到当前的切割状态。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，包括：
逆变驱动模块，设置有第一接口和第二接口，所述第一接口和第二接口用于对外供电以形成切割电弧；
MCU控制模块，设置有第三接口，所述第三接口用于接收切割弧压检测信号，所述切割弧压检测信号包含有逆变电流的脉冲宽度信息和脉冲间隔宽度信息；
分压支路，连接于所述第二接口与地线之间，以使第二接口向地线单向导通电流；所述分压支路上具有分压节点，所述分压支路基于切割弧压在分压节点上产生切割弧压检测信号，所述分压节点与第三接口相连。
2.根据权利要求1所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述分压支路包括串联于第二接口和地线之间的第一电阻、第二电阻和第一二极管，所述第一二极管的正极朝向第二接口设置，负极朝向地线设置，所述分压节点为第一电阻和第二电阻之间的节点。
3.根据权利要求2所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述第一二极管、第一电阻和第二电阻依次串联于第二接口和地线之间。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述逆变驱动模块包括变压器、以及相互并联于正负输入电极之间的第一支路和第二支路，所述第一支路包括相互串联的第一开关和第二开关，所述第二支路包括相互串联的第三开关和第四开关，所述第一开关和第二开关之间的节点为第一节点，所述第三开关和第四开关之间的节点为第二节点，所述第一节点和第二节点通过所述变压器的一次侧相连，所述变压器的二次侧的两端作为所述驱动模块的输出端，且所述变压器的二次侧的两端形成所述第一接口和第二接口，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关分别接收控制信号以使第一节点和第二节点不导通和高低压交替变化。
5.根据权利要求4所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述第一开关和第二开关为NMOS管，所述第一开关的源极和第二开关的漏极相连并形成第一节点，所述第一开关的漏极连于正输入电极，所述第二开关的源极连于地线；所述第三开关和第四开关为NMOS管，所述第三开关的源极和第四开关的漏极相连并形成第二节点，所述第三开关的漏极连于正输入电极，所述第四开关的源极连于地线。
6.根据权利要求5所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的控制信号具有相同周期，该周期分为t1、t2、t3和t4四个时段，其中，
在t1阶段中，第一开关和第四开关接收导通信号，第二开关和第三开关接收关断信号；
在t2阶段中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均接收关断信号；
在t3阶段中，第一开关和第四开关接收关断信号，第二开关和第三开关接收导通信号；
在t4阶段中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均接收关断信号。
7.根据权利要求6所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述变压器的二次侧为恒流源，所述切割弧压正相关于t1阶段和t3阶段中关断信号的宽度。
8.根据权利要求7所述的等离子切割机切割弧压检测电路，其特征在于，所述切割弧压满足I=U/R的关系，其中，I为逆变驱动模块输出的切割电流，U为逆变驱动模块输出的切割弧压，R为等离子电弧的弧长，正相关于切割枪喷嘴与工件的距离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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