CN202846002U

CN202846002U - 一种铝基板igbt逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构

Info

Publication number: CN202846002U
Application number: CN201220460623.3U
Authority: CN
Inventors: 朱宣辉; 孙敏; 魏继昆; 陈法庆
Original assignee: Zhejiang Kende Mechanical and Electrical CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Kende Mechanical and Electrical CO Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-09-11

Abstract

本实用新型涉及一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，具体是一种采用贴片式单管IGBT组成的双单端逆变主电路及其控制电路构成的直流手工电弧焊机；焊机的多个贴片式单管IGBT以及快速恢复整流二极管等电路布置在一块铝基的电路板上；其它控制电路布置在另外一块控制电路板上；焊机的两块电路板采用了大量的贴片电子元器件和SMT工艺方法进行自动加工，因而使焊机具有结构紧凑、加工工艺方法先进、生产效率高、制作成本低等优势。

Description

一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构

技术领域

本实用新型涉及一种逆变式弧焊机，具体是一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构。

背景技术

当前，电焊机产品市场的竞争十分激烈，对产品的性能要求也越来越高，不仅体现在技术的先进性和优势上，还在很大程度上取决于生产制造工艺的先进性、生产效率的高低、生产成本的多少，产品的一致性和可靠性等方面，特别是出口到欧盟、美国等国际市场的产品，除了要求满足电焊机的各项涉及安全和电参数的性能指标（即满足相关产品认证，如欧盟GS或CE认证，美国UL认证等）外，还要求电焊机具有较高的抗干扰性能（即满足电磁兼容性或EMC认证的要求）；否则，产品是不允许进入这些国家或地区的，然而，目前的情况是：很多企业生产的电焊机，能满足电焊机的各项涉及安全和电参数的性能指标（即满足相关产品认证，如欧盟GS或CE认证，美国UL认证等），但却无法使电焊机具有较高的抗干扰性能（即满足电磁兼容性或EMC认证的要求），能通过EMC认证的电焊机产品是少之又少，因此，具有高的抗干扰性能，即满足电磁兼容性或EMC认证的要求，是本逆变焊机的重要特征之一，也是由本实用新型焊机的电路和结构设计所决定的。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，具体是一种采用贴片式单管IGBT组成的双单端逆变主电路及其控制电路构成的直流手工电弧焊机；焊机的多个贴片式单管IGBT以及快速恢复整流二极管等电路布置在一块铝基的电路板上；其它控制电路布置在另外一块控制电路板上；焊机的两块电路板采用了大量的贴片电子元器件和SMT工艺方法进行自动加工，因而使焊机具有结构紧凑、加工工艺方法先进、生产效率高、制作成本低等优势。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，包括铝基板、控制电路板、抗干扰的输入和输出滤波器，以及焊接或安装在两块电路板上的焊机电子控制电路部分；其特征在于：电路板设计分为两个部分，一个部分为铝基板，另一个部分电路板为焊机的控制电路；控制电路包括电源电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调节电路、电流给定和负反馈信号控制电路、以及输入整流、滤波电路。

在所述的铝基板上布置有焊机逆变主电路的单管IGBT、快速恢复二极管以及电阻、电容、电感、稳压管；电阻、电容、稳压管主要构成IGBT和快速恢复二极管的保护电路，以保证它们的可靠工作；铝基板上的器件与其铝板之间在电气上是不连通的，两者之间有绝缘，器件通过与铝基板紧贴安装起到散热作用。

控制电路的电路板除了主变压器T1、电解电容、运算放大器、PWM控制芯片采用手工装配和焊接外，其它电子元器件都采用了SMT贴片器件；铝基板上的电子元器件都采用了SMT贴片器件。

本实用新型焊机经过多年的研究和开发，积累了大量的技术和开发经验，解决了焊机电磁兼容性和安全性认证，以及铝基板的大电流控制及其散热和电路工作可靠性等问题，最终使产品成功走向了国际市场，满足各家庭的使用要求。

附图说明

图1是本实用新型焊机的结构示意图；

图2是本实用新型焊机的铝基板上元器件布局图；

图3是本实用新型焊机的控制板元件面器件布置图；

图4是本实用新型焊机的控制板焊接面器件布置图。

焊机结构中各部件名称如下：1、焊机的背带，2、焊机的外壳，3、圆头带平垫十字自攻螺丝，4、控制电路板，5、滤波电解电容，6、铝基板，7、共模（滤波）电感，8、散热片，9、逆变变压器，10、输入滤波器，11、滤波器支架，12、输出滤波组件，13、输出滤波电抗器，14、电流调节电位器，15、指示灯，16、焊机的输出快速接头，17、焊机底板，18、冷却直流电风扇，19、圆头十字螺丝，20、电源输入电缆，21、电源输入电缆线。

具体实施方式

如图1-4所示，一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，包括铝基板6、控制电路板4、抗干扰的输入和输出滤波器，以及焊接或安装在两块电路板上的焊机电子控制电路部分；电路板设计分为两个部分，一个部分为铝基板，另一个部分电路板为焊机的控制电路；控制电路包括电源电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调节电路、电流给定和负反馈信号控制电路、以及输入整流、滤波等电路；所述的铝基板6与控制电路板4通过两组插针焊接在一起，构成电路连通；还有逆变变压器9、滤波电解电容5安装并焊接在控制电路板4上；滤波器支架11固定在焊机底板17后面板的上方，其位置高于控制电路板4，输入滤波器10则固定在滤波器支架11上。

如图1所示，焊机由带开关的电流调节电位器14、电风扇18、铝基板6、控制电路板4、输入EMI滤波器10、滤波电解电容5、逆变变压器9、输出滤波电抗器13、输出滤波组件12、焊机的输出快速接头16、电源输入电缆20等组成；焊机工作时，通过电源输入电缆20接入供电电源（220V或者230V，50/60Hz），从最小顺时针旋转焊机电流调节电位器14，则打开开关，接通控制电路板4上的电源，同时，设定焊接电流的大小；此时，控制电路板4上的开关电源部分可产生+24V等电路工作需要的直流电源，可使电路工作，使焊机输出空载电压，进入准备焊接的状态。

焊机采用双单端逆变主电路，它由控制电路板4上的单相整流和滤波电路、铝基板6上的IGBT和快速恢复二极管整流电路，以及输入EMI滤波器10、逆变变压器9、输出滤波电抗器13、输出滤波组件12等组成；本焊机电路没有采用控制电源变压器作为电源的变压器，而是采用逆变主变压器附加次级绕组的形式来产生控制电路所需要的直流＋15V电压；方法是：通过逆变变压器T1的次级绕组获得交流电压，该交流电压经过整流后变为直流电压；通过三端集成稳压器及其附属电路，获得稳定的＋15V直流电压；该电压供给控制电路，使这些电路能够正常工作。

在控制电路的作用下，可获得几十KHz的脉冲宽度调制PWM信号，通过该信号可使铝基板组件6上的IGBT处于高频通、断的控制状态；因此，可在逆变主变压器9的初级绕组中产生高频交变电流和电压；通过逆变主变压器9的降压作用，获得一定的高频交流电压和电流，经铝基板组件6上的快速恢复二极管的整流，输出滤波电抗器13、输出滤波组件12滤波作用，从而在焊机的输出快速接头16两端获得满足焊接要求的直流电压和电流；温度保护继电器安装在铝基板组件6上，当其温度达到其动作温度时，在电路的控制下，过热指示灯15会亮；同时，驱动IGBT工作的脉冲宽度调制信号会使电焊机的输出电流和电压很低，从而保护焊机不会因为过热或过流而损坏IGBT；电流检测互感器可检测主变压器的初级电流，输出电流大，则检测到电流信号也较大，该电流检测信号作为电流负反馈信号与电流调节电位器14产生的电流给定信号进行比较，通过电路的控制，可获得驱动IGBT工作的脉冲宽度调制信号；该信号的频率是固定的，可达几十KHz左右，但是，脉冲的宽度则是会改变的，其变化规律是：焊接时，当电流调节电位器14产生的电流给定信号增大时，输出的焊接电流也会随之增加；反之，则会减小；当电流调节电位器14产生的电流给定信号不变时，随着焊接电流的增加，电流负反馈信号增大，由于它的极性与给定信号的极性相反，因此，通过电路的控制，会使驱动IGBT工作的脉冲宽度减小，于是IGBT的脉冲宽度也随之减小，IGBT的导通时间缩短，这就会使输出的电压降低；即在给定不变的情况下，焊接电流增大，输出电压降低，这也就是获得了所谓的满足手工电弧焊要求的下降外特性。

脉冲宽度调节控制电路主要由可调的电流调节电位器14、运算放大器和脉冲宽度调制器，以及它们周围的很多SMT贴片工艺的电阻、电容、三极管等元器件组成。主要作用是控制电焊机的输出特性；当电流调节电位器14产生的电流给定信号增大时，输出的焊接电流也会随之增加；反之，则会减小；当电流调节电位器14产生的电流给定信号不变时，随着焊接电流的增加，电流负反馈信号增大，由于它的极性与给定信号的极性相反，因此，通过电路的控制，会使驱动IGBT工作的脉冲宽度减小，于是IGBT的脉冲宽度也随之减小，IGBT的导通时间缩短，这就会使输出的电压降低，通过上述控制作用，可使焊接电源的输出特性满足电弧焊工艺的要求。

本焊机的电路及其结构设计是本实用新型具有良好的使用安全性和EMC抗干扰性能，能够通过德国莱茵TUV的GS、EMC认证，符合EN60974-1:2005、EN60974-10:2007标准要求的根本，也是其优势所在；同时，可满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。

Claims

1.一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，包括铝基板（6）、控制电路板（4）、抗干扰的输入和输出滤波器，以及焊接或安装在两块电路板上的焊机电子控制电路部分；其特征在于：电路板设计分为两个部分，一个部分为铝基板（6），另一个部分控制电路板（4）为焊机的控制电路；控制电路包括电源电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调节电路、电流给定和负反馈信号控制电路、以及输入整流、滤波电路。

2.如权利要求1所述的一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，其特征在于：在所述的铝基板上布置有焊机逆变主电路的单管IGBT、快速恢复二极管以及电阻、电容、电感、稳压管；电阻、电容、稳压管主要构成IGBT和快速恢复二极管的保护电路，以保证它们的可靠工作；铝基板上的器件与其铝板之间在电气上是不连通的，两者之间有绝缘，器件通过与铝基板紧贴安装起到散热作用。

3.如权利要求2所述的一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，其特征在于：控制电路的电路板除了主变压器T1、电解电容、运算放大器、PWM控制芯片采用手工装配和焊接外，其它电子元器件都采用了SMT贴片器件；铝基板上的电子元器件都采用了SMT贴片器件。

4.如权利要求2所述的一种铝基板IGBT逆变式弧焊机控制电路及电路板的结构，其特征在于：所述的铝基板（6）与控制电路板（4）通过两组插针焊接在一起，构成电路连通；逆变变压器（9）、滤波电解电容（5）安装并焊接在控制电路板（4）上；滤波器支架（11）固定在焊机底板（17）后面板的上方，其位置高于控制电路板（4）；滤波器（10）则固定在滤波器支架（11）上。