CN1709628A - 全数字化智能焊接逆变焊机 - Google Patents

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尤志春
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WEITELI WELDING EQUIPMENT MANUFACTURING Co Ltd SHANGHAI
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Abstract

本发明提供一种全数字化智能焊接逆变焊机，包括：主回路电路(1)、控制回路电路(2)，所述的控制电路包括单片机最小系统(21)、脉宽调制电路(22)、驱动电路(23)、数据采集电路(24)；所述的数据采集电路(24)将采集到的数据输送给单片机最小系统(21)；所述脉宽调制电路(22)受单片机最小系统(21)控制，并输出脉冲信号；所述的驱动电路(23)将脉宽调制电路(22)输出的脉冲进行功率放大后输出。本发明的控制电路采用微电脑最小化系统设计，满足微电脑工作需要，能够在基本的硬件结构上通过改变软件达到需要的焊机功能，开发周期大大降低，主回路采用逆变电路设计，减少焊机体积，实现了焊机的轻量化。

Description

全数字化智能焊接逆变焊机
技术领域
本发明涉及一种焊机，尤其涉及一种全数字化智能焊接逆变焊机。
背景技术
现有焊机一般都是模拟控制的焊机，该类焊机受元器件的影响较大，一致性差，对焊机进行升级时困难，开发周期长，焊机工作过程中对焊接过程检测控制差，焊机的使用面窄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全数字化智能焊接逆变焊机，其能够对焊接过程进行智能控制。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种全数字化智能焊接逆变焊机，其包括：
主回路电路，其实现焊接电流由交流到直流的变换；
控制回路电路，其实现对焊接过程的控制，且控制回路输出信号控制主回路的导通；
所述的控制电路包括单片机最小系统、脉宽调制电路、驱动电路、数据采集电路；
所述的数据采集电路将采集到的数据输送给单片机最小系统；所述脉宽调制电路受单片机最小系统控制，并输出脉冲信号；所述的驱动电路将脉宽调制电路输出的脉冲进行功率放大后输出。
本发明的控制电路采用微电脑最小化系统设计，满足微电脑工作需要，能够在基本的硬件结构上通过改变软件达到需要的焊机功能，开发周期大大降低，同时该焊机能够对焊接过程进行智能控制，能够对焊接中出现的故障类型进行检测并且能够通过友好界面显示出来，供维修人员参考维修。主回路采用逆变电路设计，减少焊机体积，实现了焊机的轻量化。
附图说明
图1是本发明的全数字化智能焊接逆变焊机的主回路电路图。
图2是本发明的全数字化智能逆变焊机主控制电路图。
图3是本发明的复位电路的电路图。
图4是本发明的脉宽调制电路的电路图。
图5是本发明的驱动电路的电路图。
图6是本发明的电流采样电路。
图7是本发明的电压采样电路。
具体实施方式
本发明的焊机电路包括：
主回路电路1，其实现焊接电流由交流到直流的变换；
控制回路电路2，其实现对焊接过程的控制，且控制回路输出信号控制主回路的导通。
所述的主回路电路如图1所示：包括依次连接的输入整流滤波电路11，逆变电路12，高频变压器13，输出整流电路14。
输入整流滤波电路11包括：熔断器SR，三相转换开关K、三相桥整流器D0、合闸浪涌限制电路(主回路软启动电路)及滤波电路等组成。主回路软启动电路在电路中的作用是：主回路软启动的加入，是为了防止在合闸瞬间：1、电源开关接点熔断；2、输入保险丝熔断；3、对其它相邻电路产生干扰；4、恶化电容器和整流器的性能。
逆变电路12采用桥式逆变式，基本电路如图1中所示，三级管VT1、VT3和VT2、VT4构成前后导通桥臂，其交替导通将直流变成高频方波交流，通过高频变压器后整流输出低压直流。二极管D2、D3、D5、D6为钳位二极管，其作用为：1、把开关管关断时因变压器漏感引起的电压尖峰嵌位于输入电压E；2、把电压尖峰能量回输到输入电容C1、C3中，提高电能的利用。而开关管两端所并接的R-C-D电路为尖峰电压吸收网络，其与上述的嵌位二极管共同作用，抑制尖峰电压的影响，R-C-D网络中D的接入，既可缩短C的充电时间常数，又可减少C的放电电流，有益于开关管的功耗减少。
高频变压器在电路中起到功率变换和隔离作用。
输出整流二极管采用大功率组合整流器，如图1所示，在实际设计中考虑到二极管的容量，采用四组管子并联整流，经过电抗器滤波后通过维持电阻R7建立焊接电压。在整流电路设计安装时，注意高频变压器绕组与四组整流二极管的接线，不要造成绕组短路。在整流二极管两端并联的R-C吸收回路，让二极管快速放电。
所述的控制电路如图2所示包括单片机最小系统21、脉宽调制电路22、驱动电路23、数据采集电路24、保护电路25、参数预置与显示电路26以及送丝电路27等。
单片机最小系统由单片机80C196KC，复位电路，时钟电路，外部程序存储器AT28C64，数据存储器6264等组成。
本发明的复位电路如图3所示：其包括监控芯片MAX705，它可以输出宽度高达200ms的低电平复位脉冲，足以保证单片机80C196KC的可靠复位，另外，它还有电压监测以及看门狗的功能。为了避免出现杂散电荷和迫使RESET为错误状态的情况，在 RESET引脚连接一个下拉电阻，这样可以吸收杂散电荷到地，并保持复位信号为低电平。另外，为了避免因为干扰使电源电压上产生毛刺而引起的频繁复位，在单片机、数字IC、监控器的电源引脚与地之间各加入一个0.1μF的瓷片电容。
单片机80C196KC内部虽然具有16K字节的EPROM/ROM可以存放应用程序，但是由于单片机80C196KC采用68脚PLCC和80脚QFP封装形式，写入程序所需的专用编程器价格较高。为此，在外部扩展了一片电可擦除存储器28C64，用来存放程序，可以在仿真器上脱机调试程序。待程序通过后写到外部存储器进行联机调试，节省硬件投资。系统还外扩了一片RAM(6264)，以供调试时存放采集到的焊接数据。
脉宽调制电路如图4所示：
本发明的系统采用脉宽调制型控制方式，本系统采用单片机控制，将误误差放大器SG3525接成电压跟随器形式，误差，即误差放大器SG3525的控制电压信号，由单片机运算后给出，由误差放大器SG3525的同相输入端输入，误差放大器SG3525的接线如图4所示，图中Rf为误差放大器反馈电阻。
驱动电路如图5所示：所述驱动电路的作用是将误差放大器SG3525输出的两路PWM脉冲进行功率放大，以驱动IGBT。
M57959L是日本三菱公司为驱动IGBT而设计的厚膜集成电路，具有封闭性短路保护功能，其实质是一个隔离型放大器，采用光电耦合方法实现输入与输出的电气隔离，隔离电压高达2500V；并配置了短路/过载保护电路。
数据采集电路：
本发明的控制系统要实现三种输出特性，即恒压、恒流、脉冲三种特性，需要进行恒值控制来实现，因而必须设计好精度高、采样速度快的恒值反馈采样电路。由于线性霍尔传感器体积小、外围电路简单、频带宽、动态特性好、寿命长，并具有电磁隔离的功能而被广泛应用于逆变弧焊器中。
本发明的数据采集电路采用CHB-500S型霍尔电流传感器对焊接电流采样，其额定电流为500A，输出电流100mA，响应时间小于1μs，采用±15V供电。电弧电压采样采用的是CHV-25P型霍尔电压传感器，其最大量程为500V，输出电流25mA，线性度为0.2％，亦采用±15V供电。由CHB-500S和CHV-25P组成的电流采样电路和电压采样电路分别如图6和图7所示。霍尔电流传感器输出的微小电流信号首先经过I/V转换成电压信号，然后经运算放大器放大缓冲后送入80C196KC的ACH4通道进行A/D转换。霍尔电压传感器输出的微小电流信号经过I/V转换成所需电压信号后直接送入单片机ACH5通道进行A/D转换。
以上采集与调理电路中在模拟输入端加上RC阻容电路，可以起到低通滤波的作用，减轻噪音的影响。此外，阻容电路还有以下两个作用：1、在电压过载的条件下，串联电阻R可起到限流作用；2、模拟信号源内阻过大会降低A/D转换精度，而并联的电容C起到误差补偿作用。图中D1，D2作箝位二极管，用来防止瞬间出现损坏单片机A/D转换通道的高压。A/D转换采用10位转换精度，转换速度选取156个状态周期，本系统12MHz时为26.33μs。
恒值反馈采样电路，是单片机控制系统的前向通道，也是干扰可能的输入通道，必须采取有效的干扰措施，除了采取RC阻容电路降低噪声影响外，还采用屏蔽线传输采样信号，在PCB布局上把模拟地和数字地分开等措施。

Claims (6)

1、一种全数字化智能焊接逆变焊机，其特征在于，包括：
主回路电路(1)，其实现焊接电流由交流到直流的变换；
控制回路电路(2)，其实现对焊接过程的控制，且控制回路输出信号控制主回路的导通；
所述的控制电路包括单片机最小系统(21)、脉宽调制电路(22)、驱动电路(23)、数据采集电路(24)；
所述的数据采集电路(24)将采集到的数据输送给单片机最小系统(21)；所述脉宽调制电路(22)受单片机最小系统(21)控制，并输出脉冲信号；所述的驱动电路(23)将脉宽调制电路(22)输出的脉冲进行功率放大后输出。
2、根据权利要求1所述的全数字化智能焊接逆变焊机，其特征在于，所述的控制电路还包括：保护电路(25)、参数预置与显示电路(26)以及送丝电路(27)。
3、根据权利要求1所述的全数字化智能焊接逆变焊机，其特征在于，其中，所述的主回路电路包括依次连接的输入整流滤波电路(11)，逆变电路(12)，高频变压器(13)，输出整流电路(14)；
4、根据权利要求3所述的全数字化智能焊接逆变焊机，其特征在于，所述输入整流滤波电路(11)包括：熔断器SR，三相转换开关K、三相桥整流器D0、合闸浪涌限制电路及滤波电路。
5、根据权利要求1所述的全数字化智能焊接逆变焊机，其特征在于，所述的单片机最小系统(21)包括单片机、复位电路、时钟电路、外部程序存储器、数据存储器。
6、根据权利要求1所述的全数字化智能焊接逆变焊机，其特征在于，所述的数据采集电路(24)采用霍尔电流传感器对焊接电流采样。
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