CN1330995A - 电阻焊接的电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种电阻焊接电源装置包括一个大容量电容器10,用来以电荷形式储存电阻焊接能量,一个充电电路12,用于将电容器10充电到一个预定电压,用电路连接在电容器10与一对焊接电极14和16中的一个电极之间的一个开关元件Q(TR1到TRn),以及控制单元20,它在提供焊接电流时通过一个驱动电路18控制开关元件Q的开关操作,从而控制焊接电流I。如果在一个时钟CK前沿的时间点上的焊接电流小于一个设定电流值,控制单元20就从这一时间点起直到焊接电流超过设定电流值止保持使开关元件Q有效或高的控制脉冲CS,不受时钟脉冲CK的周期影响。如果焊接电流在时钟CK前沿的时间点上超过了设定电流值,控制单元20则保持控制脉冲CS无效或低,直至下一个时钟脉冲CK前沿上的时间点。

Description

电阻焊接的电源装置
技术内容
本发明一般涉及到电阻焊接的电源装置，特别涉及到一种电源装置，用来通过一个开关元件从储存焊接能量也就是电能的一个电容器向工件提供受控制的焊接电流。
背景技术
迄今为止，这种电阻焊接电源装置是采用开关晶体管作为开关元件，用脉宽调制(PWM)对开关晶体管进行开关控制。
PWM是用来以一个时钟所限定的每个固定开关周期可变地控制每个周期内有效电平(例如是高电平)的脉冲宽度的一种技术。PWM被用来实现恒流控制，让焊接电流符合一个设定的电流值，从而实现开关控制，在每个开关周期中校正焊接电流相对于设定电流值的偏差。
上述晶体管式电阻焊接电源装置经常被用于精确点焊，焊接的工件主要是诸如电子器件等等精密的小型金属件。在这种精确点焊中，必须在极短的焊接时间(例如10ms以下)内为工件准确地提供所需焊接能量，这就需要一种精确和更快的恒流控制。
然而，在恒流控制中，当遇到电流上升或意外的电流变化时，使用PWM的常规的晶体管式电阻焊接电源装置难以快速和准确地校正偏差或误差，因为开关控制在每个开关周期中会受到条件0＜TW＜TC的限制，其中的TC是开关周期的周期，而TW是每个开关周期中提供给开关晶体管的控制脉冲的脉冲宽度。
发明内容
本发明就是针对现有技术中存在的上述问题而提出的。本发明的目的是要提供一种电阻焊接电源装置，它能够实现精确和快速的恒流控制，并且确实能改善电阻焊接加工质量。
按照本发明，为实现上述目的而提供了一种电阻焊接电源装置，它有一对焊接电极，焊接电流从中流过，这一对焊接电极适合与工件形成压力接触，在工件上实现电阻焊接，该电源装置包括：
以电荷的形式储存用于电阻焊接的电能的一个电容器；用电路连接在电容器和一对焊接电极中的一个电极之间用于提供电流的开关装置；以及开关控制装置，用来在为电阻焊接提供电流的过程中控制焊接电流，对开关装置进行控制，如果在按照每个预定时间间隔所限定的一个监视时间点上的焊接电流小于一个设定电流值，开关控制装置就从运一监视时间点起直到焊接电流超过设定电流值止将开关装置保持在ON状态，如果焊接电流在监视时间点上超过设定电流值，开关控制装置则将开关装置保持在OFF状态直至下一个监视时间点。
按照本发明的电阻焊接电源装置，如果焊接电流在通常是由一个时钟给定的预定时间间隔所限定的一个监视时间点上小于设定电流值，则开关元件就从这一监视点直到焊接电流超过设定电流值为止一直保持ON状态，不受时钟周期的影响，反之，如果焊接电流在监视点上超过了设定电流值，开关元件就保持在OFF状态直至下一个监视点。运种开关控制方式能使开关元件按照不受时钟周期限制的不固定的(非周期性)定时被导通或关断，从而在最短时间内将焊接电流相对于设定电流值的偏差或误差校正到接近零，并且实现快速和精确的恒流控制。
附图说明
通过以下参照附图的详细说明就可以理解本发明的上述及其他目的，形态，特征及优点，在附图中：
图1是一个电路图，表示本发明一个实施例的电阻焊接电源装置的结构；
图2是一个流程图，表示在本实施例中实现的焊接电流控制程序；
图3表示在本实施例主要部分中出现的电流或信号的波形图；
图4是一个电路图，表示本发明另一个实施例的电阻焊接电源装置的结构；
图5表示一种提供电流的电路，在本实施例的电源装置中，焊接电流在一种开关状态下从这一电路中流过；
图6表示一种提供电流的电路，在本实施例的电源装置中，焊接电流在一种开关状态下从这一电路中流过；
图7表示一种提供电流的电路，在本实施例的电源装置中，焊接电流在一种开关状态下从这一电路中流过；以及
图8表示一种提供电流的电路，在本实施例的电源装置中，焊接电流在一种开关状态下从这一电路中流过。
具体实施方式
以下参照附图来解释本发明，附图以非限制性的方式表示了本发明的一个最佳实施例。
参见图1，它表示本发明一个实施例的电阻焊接电源装置的结构。电阻焊接电源装置包括一个大容量电容器10，用来以电荷形式储存电阻焊接能量，一个充电电路12，用于将电容器10充电到一个预定电压，用电路连接在电容器10与一对焊接电极14和16中的一个电极之间的一个开关元件Q，以及控制单元20，它在提供焊接电流时通过一个驱动电路18控制开关元件Q的开关操作，从而控制焊接电流I。焊接电极14和16连接到一个图中没有表示的压力机构，在焊接加工过程中与工件(W1和W2)形成压力接触。
本实施例的开关元件Q是由单个或是多个并联连接的开关晶体管构成的，例如是FET(场效应晶体管)TR1到TRn。开关元件Q有一个电流输入端连接到电容器10的正电极，还有一个电流输出端连接到焊接电极14。有一个惯性二极管D连接在开关元件Q的电流输出端和电容器10的负电极之间。
控制单元20由一个微处理器(CPU)或是专用逻辑电路构成，根据预定程序或步骤，提供各个部分的控制，诸如焊接电流顺序控制，恒流控制，以及电容器充电控制等等。控制单元20从包括例如键盘的一个输入单元22接收各种设定值，并且接收用于开关控制的例如250kHz时钟信号CK。
为了在恒流控制中测量或是反馈焊接电流I，将用做电流传感器的一个环形线圈26固定在惯性二极管D和电极14和16中一个之间延伸的导体上，让一个电流测量电路28能够根据电流传感器26的输出信号将一个焊接电流I的电流测量值(瞬时值)MI作为模拟信号实时地提供给控制单元20。如下文所述，控制单元20根据来自电流测量电路28的电流测量值产生一种非周期性控制脉冲CS，利用控制脉冲CS通过驱动电路18对开关元件Q提供一种开关(ON/OFF)控制。值得注意的是，电流测量电路28能够以比时钟信号CK更高的时钟速率向控制单元20提供数字电流测量值MI。
充电电路12通过一个降压变压器32从AC电源线30接收市电频率的单相AC电源电压E。充电电路12可以用单相整流电路构成，用来将来自变压器32的单相AC电压整流成DC电压。一个用于充电的开关电路可以装在整流电路的一个输出端子和电容器10之间，为电容器10提供精确和可变控制的充电电压。为了充电控制还可以进一步提供图中没有表示的电压测量装置，用来测量电容器10的充电电压。
图2表示在本实施例中由控制单元20提供的焊接电流控制程序，图3表示在本实施例主要部分中出现的信号或电流波形。图3进一步表示了控制脉冲波形的一个比较例，以及PWM控制中的焊接电流(I’)的波形。
在控制单元20从没有表示的一个例如工件输送系统的外部设备接收到一个起动信号ST时，就起动一个压力机构让焊接电极14和16按照预定的压力与工件(W1和W2)形成压力接触，然后开始提供焊接电流。
首先，控制单元20初始化焊接电流控制系统的各个部分(步骤A’)并且在各个预定的寄存器中设定焊接程序的各个设定值(焊接时间Tg，焊接电流值Is等等)。在这一时间点上，开关元件Q被保持在OFF状态。
然后，在接收到一个时钟CK时(步骤A2)，控制单元20响应时钟CK的前沿将从电流测量电路28获取的焊接电流I的测量值MI与一个电流设定值Is相比较(步骤A4)。
在这一比较中，如果电流测量值MI小于电流设定值Is(IM＜Is)，控制单元20就设定控制脉冲CS有效，例如是高(步骤A5)。当控制脉冲CS变高时，开关元件Q导通，允许DC焊接电流I流经从电容器10的正电极，开关元件Q，焊接电极14，工件(W1和W2)，焊接电极16到电容器10的负电极延伸的路径或电路。焊接电流I是基于电容器10的放电，并且随着时间流逝而瞬时增大。
在如上所述将控制脉冲CS设定为高之后，控制单元20连续监视来自电流测量电路28的焊接电流测量值MI，不考虑时钟CK的周期(步骤A6→A3→A4→A5→A6)，当焊接电流测量值MI超过电流设定值Is时，控制脉冲CS回到低(A4→A7)。因此，如图3所示，紧接着开始提供电流之后，焊接电流I就会基本上线性上升，直至焊接电流I超过电流设定值Is。在电流上升期间，控制脉冲CS保持在高，不受时钟CK的周期影响(中断)。在焊接电流I完成上升，而控制脉冲CS回到低之后，控制单元20等待后续输入的时钟CK的上升(步骤A8→A2)。
当控制脉冲CS变低时，开关元件Q被关断，使电容器10停止放电。而焊接电流I持续通过从焊接电极14开始经由工件(W1和W2)，焊接电极16及惯性二极管D返回到焊接电极14的电路。值得注意的是，流经这一电路的焊接电流I是由负载电路的电感产生的惯性电流，因而会随着时间的流逝而减小。
如果在控制脉冲CS处于低时接收到下一个时钟CK，控制单元20就按照时钟CK前沿的定时将焊接电流I与设定电流值Is相比较(步骤A4)。
在运一比较中，如果电流测量值MI超过电流设定值Is(IM＞Is)，控制单元20就保持控制脉冲CS低(步骤A7)并等待接收下一个时钟脉冲CK(步骤A8→A2)。这样，焊接电流就会至少在这一时钟周期内单调地持续下降。
与此相反，如果电流测量值MI小于电流设定值Is(IM＜Is)，就按照上述方式将控制脉冲设定为高(步骤A5)。这样就能让开关元件Q在时钟周期中按照时钟CK前沿的定时导通，从而使焊接电流I增大。控制单元20连续增加焊接电流I，同时保持控制脉冲CS为高(从而保持开关元件Q的ON状态)，与时钟CK的周期无关(步骤A6→A3→A4→A5→A6)。在焊接电流I超过设定电流值Is的时刻，控制单元20让控制脉冲CS回到低，关断开关元件Q(步骤A4→A7)。然后，控制单元20等待接收下一个时钟CK(步骤A8→A2)。
按照本实施例的恒流控制方式，如果焊接电流I在时钟CK前沿的时间点上小于设定电流值Is，从这一时间点起到焊接电流I超过设定电流值Is为止，用于开关元件Q的控制脉冲CS保持有效或高，不受时钟CK的周期影响，反之，如果焊接电流I在时钟CK前沿上超过设定电流值Is，控制脉冲CS就保持无如图3所示，本实施例中的控制脉冲CS是由如上所述的开关控制来产生的，因此，不固定定时的上升和下降不会受到时钟CK的周期的限制。然而，借助于这种非周期性控制脉冲CK，就能够精确地应付焊接电流I相对于设定电流值Is的偏差或误差，从而实现比PWM更快和更好的恒流控制。特别是在出现大的偏差时，例如在刚刚开始提供电流之后，或者是由于工件(W1和W2)的急剧阻抗变化，能够线性地或是在最短时间内将偏差校正到基本为零，这样，即使是在诸如精确点焊这样的短暂焊接时间内也能提供一种稳定和可靠的恒流控制，从而确保完美地完成焊接。
以下参见图4，它表示本发明另一个实施例的电阻焊接电源装置的结构。在图4中，与上述第一实施例(图1)的电源装置的组成元件具有基本上相同特征或功能的各部分采用了相同的标号。
在本实施例的电阻焊接电源装置中，如图4所示有四个开关元件Q1，Q2，Q3和Q4连接在电容器10与焊接电极14和16中的一个之间。在提供焊接电流时，开关元件Q1到Q4有选择地开关操作，以极性切换方式控制焊接电流I。可以用单个或是多个并联连接的开关晶体管例如FET(TR1到TRn)构成每一个开关元件Q1到Q4。
第一开关元件Q1的一端用电路连接到焊接电极14，另一端用电路连接到电容器10的正端。第二开关元件Q2的一端用电路连接到焊接电极16，另一端用电路连接到电容器10的负端。第三开关元件Q3的一端用电路连接到焊接电极16，另一端用电路连接到电容器10的正端。第四开关元件Q4的一端用电路连接到焊接电极14，另一端用电路连接到电容器10的负端。对应着每一个开关元件有一个分别与开关元件Q1，Q2，Q3和Q4的电流极性相反并联连接的二极管D1，D2，D3和D4。
第一到第四开关元件Q1，Q2，Q3和Q4分别由第一到第四控制脉冲CS1，CS2，CS3和CS4独立地执行开关(ON/OFF)控制，控制脉冲是由控制单元20通过驱动电路18提供的。
在提供正电流的模式下，焊接电流I从正方向通过工件(W1和W2)，控制单元20按照预定的定时提供第一和第二开关元件Q1和Q2的ON/OFF控制，同时将第三和第四开关元件Q3和Q4保持在OFF状态。
例如图5和图6所示，在提供正电流的模式期间，可以对第一开关元件Q1执行ON/OFF控制，同时将第三和第四开关元件Q3和Q4保持在OFF状态，而第二开关元件Q2处在ON状态。在这种情况下，控制单元20可以按照与上述实施例(图2)相同的控制程序为第一开关元件Q1产生控制脉冲CP1。
在提供负电流的模式下，焊接电流I从负方向通过工件(W1和W2)，按照预定的定时对第三和第四开关元件Q3和Q4执行ON/OFF控制，同时将第一和第二开关元件Q1和Q2保持在OFF状态。
例如图7和图8所示，在提供负电流的模式期间，可以对第三开关元件Q3执行ON/OFF控制，同时将第一和第二开关元件Q1和Q2保持在OFF状态，而第四开关元件Q4处在ON状态。在这种情况下，控制单元20可以按照与上述实施例(图2)相同的控制程序为第三开关元件Q3产生控制脉冲CP3。
本实施例的电源装置可用于提供两点同时接合的电阻焊接(串焊)，并且可以实现高速，精确，稳定和可靠的恒流控制，确保良好地完成焊接。另外，有效的切换可以延长元件的使用寿命。
按照如上文所述的本发明的电阻焊接电源装置，可以实现精确和高速的恒流控制，并且改善电阻焊接的加工质量。
尽管上文具体表示和描述了本发明最佳实施例的细节，应该指出的是本发明的原理可以有各种各样的体现方式，附带的权利要求书的用意是要覆盖除了现有技术所限的范围之外的各种方式。

Claims (3)

1.一种电阻焊接电源装置具有一对焊接电极，焊接电流从中流过，所述一对焊接电极适合与工件形成压力接触，对所述工件实行电阻焊接，所述电源装置包括：
以电荷的形式储存用于电阻焊接的电能的一个电容器；
用电路连接在所述电容器和所述一对焊接电极中的一个电极之间用于提供电流的开关装置；以及
开关控制装置，用来在为电阻焊接提供电流的过程中控制上所述焊接电流，对所述开关装置进行控制，如果在按照每个预定时间间隔所限定的一个监视时间点上的所述焊接电流小于一个设定电流值，所述开关控制装置就从所述监视时间点起直到所述焊接电流超过所述设定电流值止将所述开关装置保持在ON状态，如果所述焊接电流在所述监视时间点上超过所述设定电流值，所述开关控制装置则将所述开关装置保持在OFF状态直至下一个监视时间点。
2.按照权利要求1的电阻焊接电源装置，其特征是所述开关控制装置包括用来测量所述焊接电流的瞬时值的电流测量装置。
3.按照权利要求1或2的电阻焊接电源装置，其特征是所述开关控制装置包括一个时钟电路，用来产生给定所述监视时间点的时钟信号。
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