CN202565163U - 一种蓄电池储能斩波式焊割电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池储能斩波式焊割电源，包括按照电流流向方向而顺序连接的：主控制板电路、蓄电池充电电路、蓄电池组、斩波电路，蓄电池充电电路集成于主控制板电路上，该主控制板电路同时与蓄电池组和斩波电路连接。采用该种结构的蓄电池储能斩波式焊割电源，将电网高压电变成低压直流电能以化学能的方式存储于蓄电池里，再由蓄电池供电，采用斩波式电力电子变流电路将化学能转变成电能，输出满足焊接、切割工艺的低压直流电。即可驳接电网进行焊割作业，也可以在无电的情况下进行焊割作业，还可以选择时机错峰充电，节约用电费用，减轻电网负担。

Description

一种蓄电池储能斩波式焊割电源

技术领域

本实用新型涉及斩波式焊割电源领域，特别涉及一种具有储能蓄电池的斩波式焊割电源。

背景技术

焊割电源是一种专门为焊接/切割工艺提供电能的电源，焊接/切割的工艺决定了这种电源必须是低电压大电流的电源。而目前提供焊割电源的方式分为两种：一种是电网或发电机供电的焊割电源，该种方式采用电力电子变流技术将电网或发电机的高压工频交流电变换成满足焊接、切割工艺的低电压大直流电源。

后一种方式为内燃机自驱动焊割电源，该方式使用内燃机直接驱动低压直流发电机，发出满足焊接、切割工艺的低电压大直流电源。

而上述两种方式在进行焊接/切割时，需保证有电源产生，即需要电网的电源输出或发电机、内燃机工作时才可以进行焊接/切割作业。

发明内容

为克服上述缺陷，本实用新型的目的即在于提供一种可以在无电情况下进行焊割作业的蓄电池储能斩波式焊割电源。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型的一种蓄电池储能斩波式焊割电源，包括按照电流流向方向而顺序连接的：主控制板电路、蓄电池充电电路、蓄电池组、斩波电路，所述蓄电池充电电路集成于所述主控制板电路上，所述主控制板电路同时与蓄电池组和斩波电路连接；

其中，所述斩波电路包括：并联连接的第一、第二绝缘栅场效应电力开关器件，快恢复二极管,与所述第一、第二绝缘栅场效应电力开关器件串联连接的电感，还包括第一绝缘栅场效应电力开关器件的第一栅极电阻、第二栅极电阻，第二绝缘栅场效应电力开关器件的第三栅极电阻、第四栅极电阻，与两组绝缘栅场效应电力开关器件两电极并联的第一阻容吸收电路，与快恢复二极管并联的第二阻容吸收电路，以及并联连接的第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容。

作为本实用新型的一种改进，所述斩波电路还包括第一EMC电容、第二EMC电容；所述第一阻容吸收电路包括串联的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路包括串联的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容；所述第一、第二绝缘栅场效应电力开关器件为MOSFET器件、IGBT器件、MCT器件。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控制板电路包括按照电流流向方向而顺序连接的蓄电池充电电路，主控制板供电电路，电流给定、电流反馈和误差放大器电路，PWM调制电路，脉冲隔离、放大整形电路。 

其中，所述蓄电池充电电路由集成电路U8，MOSFET管M3，隔离降压变压器T3，光耦集成块U7，精密稳压集成块U6，快恢复整流二极管D14和整流二极管D15、D16、D17、D18等组成；

所述主控制板供电电路由稳压集成电路U3、U4和U5，电感L1、L2，快恢复二极管D10、D13,滤波电容C19、C22、C24、C25等组成；

所述电流给定电路由集成电路U2D，焊割电流整定微调电位器RT1、RT2，电流调节电位器RT3，电容C17和电阻R30、R32、R33组成；电流反馈电路由电流反馈采样分流器FL1和电阻R29组成；误差放大器电路为由电容C15及电阻R27串联后与稳压二极管ZD1，集成电路U2C并联连接，再与电阻R24串联组成；

所述PWM调制电路由集成电路U1，集成电路U2A及其周围元件组成的欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成的斜波补偿电路，快恢复二极管D2、D3和采样电阻R9以及高频滤波电容C7等组成的逆变电路一次侧中频交流电流波形采样、整流、高频滤波电路组成；

所述脉冲隔离、放大整形电路由MOSFET管M1、M2和其对应的驱动电阻R10、R26和R25、R28以及脉冲变压器T1、T2组成；其中，由快恢复二极管D4、D5、D6，电容C8、C9，电阻R11、R12、R13、R14，稳压二极管ZD2，三极管Q1、Q2等组成一路脉冲整形处理电路；由快恢复二极管D7、D8、D9，电容C16、C18，电阻R15、R31、R34、R35，稳压二极管ZD3，三极管Q3、Q4等组成另一路脉冲整形处理电路。

作为本实用新型的更进一步改进，所述主控制板电路还包括电力开关器件的温度保护继电器TS1。

在上述结构的基础上，所述蓄电池组为一组72V/100AH的铅酸蓄电池电池、镍氢蓄电池或铁电池。

采用该种结构的蓄电池储能斩波式焊割电源，将电网高压电变成低压直流电能以化学能的方式存储于蓄电池里，再由蓄电池供电，采用斩波式电力电子变流电路将化学能转变成电能，输出满足焊接、切割工艺的低压直流电。即可驳接电网进行焊割作业，也可以在无电的情况下进行焊割作业，还可以选择时机错峰充电，节约用电费用，减轻电网负担。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施方式及附图作详细描述。

图1为本实用新型一种蓄电池储能斩波式焊割电源的电路方框图；

图2为本实用新型一种蓄电池储能斩波式焊割电源的主回路电路原理图；

图3为本实用新型一种蓄电池储能斩波式焊割电源的主控制板的电气原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型的一种蓄电池储能斩波式焊割电源，包括：蓄电池充电电路1、蓄电池组2、斩波电路3、主控制板电路4。

如图2-3所示，蓄电池组2是一组72V/100AH的铅酸蓄电池电池、镍氢蓄电池或铁电池等（图2中B1）。

斩波电路3由两组绝缘栅场效应电力开关器件Q5、Q6，快恢复二极管D19，电感L3等组成。R47、R48和R49、R50分别为两组绝缘栅场效应电力开关器件的栅极电阻，而R46和C33为两组绝缘栅场效应电力开关器件两电极（对于MOSFET器件为D和S极，对于IGBT器件为C和E极，对于MCT器件为A和K极）并联的阻容吸收电路；R51和C38为快恢复二极管D19并联的阻容吸收电路；C34、C36、C37和C39均为滤波电容；C32、C35为EMC电容；FL1为电流反馈采样分流器；TS1为电力开关器件的温度保护继电器；RT3为焊割电流调节电位器；开关S1为充电/焊割方式转换开关。

主控制板电路4由主控制板供电电路，蓄电池充电电路，电流给定、电流反馈和误差放大器电路，PWM脉宽调制电路以及脉冲隔离、放大整形电路等构成。

主控制板供电电路：从蓄电池组2取得的直流电压通过开关S1，插座A5引进主控制板4，通过稳压集成电路U3，U4和U5稳压，分别输出+24V，+15V和-15V稳定直流电压，这三组电压分别为主控制板PWM脉宽调制电路，隔离驱动电路，电流给定和电流反馈电路供电。

蓄电池充电电路：电网电压从插座PL1引入主控制电路板4后，由主控制板4上的集成电路U8，MOSFET管M3，隔离降压变压器T3，光耦集成块U7，精密稳压集成块U6，快恢复整流二极管D14和整流二极管D15，D16，D17，D18等组成的单端反激稳压电源电路将电网电压整流、滤波、逆变、隔离降压和二次整流后从插座A5输出，经过开关S1对蓄电池组充电。

电流给定、电流反馈和误差放大器电路：由集成电路U2D，焊割电流整定微调电位器RT1、RT2，电流调节电位器RT3，电容C17和电阻R30、R32、R33组成焊割电流给定电路；FL1和电阻R29组成焊割电流反馈电路；集成电路U2C和电阻R24、R27，电容C15，稳压二极管ZD1等组成误差放大器电路。

PWM脉宽调制电路：集成电路U1、U2A和U2B组成了电流型PWM电路，其中，集成电路U2A及其周围元件组成欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成斜波补偿电路，快恢复二极管D2、D3和采样电阻R9以及高频滤波电容C7等组成逆变电路一次侧中频交流电流波形采样﹑整流﹑高频滤波电路。

脉冲隔离、放大整形电路：MOSFET管M1、M2和其对应的驱动电阻R10、R26和R25、R28以及脉冲变压器T1、T2组成脉冲放大和隔离电路，脉冲变压器T1次级由快恢复二极管D4、D5、D6，电容C8、C9，电阻R11、R12、R13、R14，稳压二极管ZD2，三极管Q1、Q2等组成其中一路脉冲整形处理电路；脉冲变压器T2次级由快恢复二极管D7、D8、D9，电容C16、C18，电阻R15、R31、R34、R35，稳压二极管ZD3，三极管Q3、Q4等组成其中另一路脉冲整形处理电路。

焊割电流给定和反馈的实现：

由整定微调电位器RT1、RT2和电流调节电位器RT3给出一个电压信号值，这个电压信号通过U2D、R32、R33反向后变为负的信号值，通过电阻R30加到电流误差比较点B点；电流反馈信号电压通过分流器FL1采样后送到插座A3，经电阻R29后到达电流误差比较点B点，两信号电压在B点进行比较，其结果通过集成电路U2C等组成的PI调节器放大处理后通过R24送到U1的5脚；一次侧逆变电流信号经过快恢复二极管D2，D3整流，经采样电阻R9以及高频滤波电容C7滤波后得到的反应一次测电流的直流脉冲电压信号，一路由R8送至U1的16脚，构成过流保护电路。另一路经R21送到U1的4脚，与U1的5脚送来的误差信号在U1内部进行比较，得到PWM信号，通过死区形成，分频锁相后从U1的14脚和11脚输出相位差180度且具有一定死区时间的PWM信号。

其中U2B将U1的8脚的锯齿波信号射极跟随放大后通过R17，R18，C11，C12组成的阻容网络后送到U1的4脚，用来为一次侧电流的直流脉冲电压信号作斜波补偿，以稳定PWM调制过程。

焊割工作的实现：

焊割作业时，开关S1掷焊割位置。此时给定电路有给定信号电压，使得误差比较点有负的信号电压，该电压通过U2C的误差放大，使集成电路U1的5脚变为高电压，PWM最大宽度输出，焊割电流迅速建立起来，电流反馈信号电压也立即采集送到，当焊割给定信号电压和焊割反馈信号电压达到动平衡时焊割机维持稳定的焊割电流输出。

过热保护的实现：

当焊割机工作时，两组绝缘栅场效应电力开关器件Q5、Q6和恢复整流二极管D19会因损耗而发热，器件温度升高，轻者缩短器件寿命，重者立即损坏器件，所以需要过热保护。当器件温度升到限定值时，安装在两组绝缘栅场效应电力开关器件Q5、Q6和恢复整流二极管D19的散热器上的温度继电器TS1会闭合，使得A点电位被拉至零，PWM停止输出，焊割机停止工作，直到器件温度冷却下来。

蓄电池组充电功能的实现：

为蓄电池组充电时，开关S1掷充电位置，并将插座PL1接入电网，电网电压就送到了主控制电路板4的充电电路输入端，这个电流电压经过整流二极管D15、D16、D17、D18工频整流，电容C27滤波后成为较为平稳的直流电压。由集成电路U8 和MOSFET管M3，隔离降压变压器T3，光耦集成块U7，精密稳压集成块U6，快恢复整流二极管D14等组成的电流型单端反激稳压电源通过逆变，隔离降压，整流，稳压后输出到插座A5，对蓄电池组充电。其中，电阻R42和电容C29组成定时电容，决定集成电路U8输出的PWM频率；电阻R38，电容C23，二极管D12组成RDC缓冲电路，为MOSFET管M3关断时分布参数和漏感产生的尖峰电压提供缓冲通路；电阻R40和R39组成分压电路和精密稳压集成块U6，光耦集成电路U7组成隔离采样稳压电路，稳压值设定为蓄电池组充满时的电压值。当蓄电池组电量用过后，输出电压会降低，这时需要进行充电，充电开始时，电流会很大，为了保护蓄电池组和充电电路，设有限流电路。图3中，采样电阻R44，滤波电阻R43和滤波电容C30组成限流电路，MOSFET管导通时，有斜梯形波电流流过采样电阻R44，在上面产生电压，选择合适的电阻阻值，使得电流过大时，通过电阻R44送到集成电路U10的3脚，PWM脉冲就会在这个电流点关断，起到限流和过流保护的目的。当蓄电池组充满电后，输出电压较高，这时充电电流就自动变得很小，起对到蓄电池组小电流浮充电的作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围的内。

Claims (10)

1.一种蓄电池储能斩波式焊割电源，包括按照电流流向方向而顺序连接的：主控制板电路、蓄电池充电电路、蓄电池组、斩波电路，所述蓄电池充电电路集成于所述主控制板电路上，其特征在于：所述主控制板电路同时与蓄电池组和斩波电路连接；

其中，所述斩波电路包括：并联连接的第一、第二绝缘栅场效应电力开关器件，快恢复二极管,与所述第一、第二绝缘栅场效应电力开关器件串联连接的电感，还包括第一绝缘栅场效应电力开关器件的第一栅极电阻、第二栅极电阻，第二绝缘栅场效应电力开关器件的第三栅极电阻、第四栅极电阻，与两组绝缘栅场效应电力开关器件两电极并联的第一阻容吸收电路，与快恢复二极管并联的第二阻容吸收电路，以及并联连接的第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容。

2.根据权利要求1所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述斩波电路还包括第一EMC电容、第二EMC电容；所述第一阻容吸收电路包括串联的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路包括串联的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容；所述第一、第二绝缘栅场效应电力开关器件为MOSFET器件、IGBT器件、MCT器件。

3.根据权利要求2所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述主控制板电路包括按照电流流向方向而顺序连接的蓄电池充电电路，主控制板供电电路，电流给定、电流反馈和误差放大器电路，PWM调制电路，脉冲隔离、放大整形电路。

4.根据权利要求3所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述蓄电池充电电路由集成电路U8，MOSFET管M3，隔离降压变压器T3，光耦集成块U7，精密稳压集成块U6，快恢复整流二极管D14和整流二极管D15、D16、D17、D18等组成。

5.根据权利要求3所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述主控制板供电电路由稳压集成电路U3、U4和U5，电感L1、L2，快恢复二极管D10、D13,滤波电容C19、C22、C24、C25等组成。

6.根据权利要求3所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述电流给定电路由集成电路U2D，焊割电流整定微调电位器RT1、RT2，电流调节电位器RT3，电容C17和电阻R30、R32、R33组成；电流反馈电路由电流反馈采样分流器FL1和电阻R29组成；误差放大器电路为由电容C15及电阻R27串联后与稳压二极管ZD1，集成电路U2C并联连接，再与电阻R24串联组成。

7.根据权利要求3所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述PWM调制电路由集成电路U1，集成电路U2A及其周围元件组成的欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成的斜波补偿电路，快恢复二极管D2、D3和采样电阻R9以及高频滤波电容C7等组成的逆变电路一次侧中频交流电流波形采样、整流、高频滤波电路组成。

8.根据权利要求3所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述脉冲隔离、放大整形电路由MOSFET管M1、M2和其对应的驱动电阻R10、R26和R25、R28以及脉冲变压器T1、T2组成；其中，由快恢复二极管D4、D5、D6，电容C8、C9，电阻R11、R12、R13、R14，稳压二极管ZD2，三极管Q1、Q2等组成一路脉冲整形处理电路；由快恢复二极管D7、D8、D9，电容C16、C18，电阻R15、R31、R34、R35，稳压二极管ZD3，三极管Q3、Q4等组成另一路脉冲整形处理电路。

9.根据权利要求4-8任一项所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述主控制板电路还包括电力开关器件的温度保护继电器TS1。

10.根据权利要求9所述的蓄电池储能斩波式焊割电源，其特征在于：所述蓄电池组为一组72V/100AH的铅酸蓄电池电池、镍氢蓄电池或铁电池。

Images