CN204013447U - 逆变焊机空载脉冲宽度限制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，该电路包括电流采样比较电路、开关驱动脉冲采样电路、开关驱动脉冲比较电路、给定信号拉低电路，所述电流采样比较电路与所述开关驱动脉冲比较电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与所述给定信号拉低电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路还与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路相连接。该逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，使用简单的电路元器件，就能够大大减小起弧瞬间焊机输出的电流，减小对大功率开关器件的冲击，从而提高焊机的可靠性、安全性，并且该电路还具有环保、成本低等优点。

Description

逆变焊机空载脉冲宽度限制电路

技术领域

本实用新型涉及逆变焊机技术领域，尤其涉及一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路。

背景技术

焊机是生产加工领域中的重要设备，而逆变焊机作为焊机产品的主流发展方向，横跨了焊接工艺、电弧及电力电子等多门学科。逆变焊机中的逆变式弧焊电源都要用到大功率开关器件，例如：电力三极管、MOS管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。

为提高焊机引弧性能，通常使焊机在空载时驱动大功率开关器件的脉冲宽度最宽，再通过电流反馈信号去控制脉冲宽度的大小。但在起弧瞬间焊机输出电流过大，有时会造成大功率开关器件损坏，使整机可靠性下降。目前针对该难题，该领域内还没有对应的有效解决措施。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，包括电流采样比较电路、开关驱动脉冲采样电路、开关驱动脉冲比较电路、给定信号拉低电路，所述电流采样比较电路与所述开关驱动脉冲比较电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与所述给定信号拉低电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路还与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路相连接；

所述的电流采样比较电路，用于采集逆变焊机输出电流信号，并将逆变焊机输出电流信号，转换为标识逆变焊机工作状态的高/低电平信号；

所述开关驱动脉冲比较电路，用于输出空载时/带负载时将所述的开关驱动脉冲采样电路采集的开关驱动脉冲信号，与脉冲宽度设定电压和所述电流采样比较电路输出的高/低电平信号叠加后的信号进行比较处理，输出对所述给定信号拉低电路的控制信号；

所述给定信号拉低电路，用于根据开关驱动脉冲比较电路输出的控制信号，拉低给定信号的电压大小，并向逆变焊机的开关驱动电路输出限制开关驱动脉冲宽度的控制信号。

作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括分压电路；

所述的分压电路为电阻分压电路，用于提供所述开关驱动脉冲比较电路的脉冲宽度设定电压。

作为其中一个实施例，所述的分压电路，包括第六电阻、第七电阻、第八电阻；

所述第六电阻一端与直流电源相连接，另一端与第七电阻的一端和第八电阻的一端相连接，所述第七电阻的另一端接地，所述第八电阻的另一端输出开关驱动脉冲比较电路需要的电压，并与电流采样比较电路相连接。

作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括第二比较器；

所述第二比较器正相输入端与所述电流采样比较电路输出端及所述分压电路相连接，所述第二比较器的反相输入端与所述开关驱动脉冲采样电路相连接、所述第二比较器的输出端与给定信号拉低电路相连接。

作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括PI调节电路；

所述PI调节电路，用于降低电路的稳态误差提高电路稳定性。

作为其中一个实施例，所述的PI调节电路，包括第十二电阻、第三电容、第四电容；

所述第十二电阻的一端与所述第四电容的一端、第二比较器的反相输入端相连接，所述第四电容的另一端与第二比较器的输出端相连接，所述第十二电阻的另一端与第三电容的一端相连接，所述第三电容的另一端与第二比较器的输出端相连接。

作为其中一个实施例，所述的电流采样比较电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一电容、第一比较器、第一二极管；

所述第一电阻的一端与直流电源相连接，另一端与所述第二电阻的一端、第三电阻的一端相连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第一比较器的反相输入端、第一电容的一端相连接，所述第一比较器的 正相输入端与所述第四电阻的一端相连接，所述第一比较器的输出端与所述第一电容的另一端、所述第一二极管的阳极相连接，所述第四电阻的另一端为焊接主回路电流信号采集输入端，所述第一二极管的阴极与所述第五电阻的一端相连接，所述第五电阻的另一端与所述开关驱动脉冲比较电路相连接。

作为其中一个实施例，所述的给定信号拉低电路包括第四二极管、第十三电阻、给定信号输入端、控制信号输出端；

所述第四二极管阴极与开关驱动脉冲比较电路相连接，阳极与所述第十三电阻的一端及控制信号输出端相连接，所述第十三电阻的另一端与给定信号输入端相连接。

与传统的技术相比，本实用新型针对逆变焊机空载时驱动大功率开关的脉冲宽度进行限制的问题，提供了逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，通过开关驱动脉冲采样电路、开关驱动脉冲比较电路、给定信号拉低电路、电流采样比较电路实现，通过开关驱动脉冲比较电路，根据开关驱动脉冲采样电路采集的开关驱动脉冲信号，及电流采样比较电路采集的电流信号，输出对给定信号拉低电路的控制信号；通过给定信号拉低电路，根据开关驱动脉冲比较电路输出的控制信号，拉低给定信号的电压大小，并输出脉冲宽度限制信号。该逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，使用简单的电路元器件，就能够大大减小起弧瞬间焊机输出的电流，减小对大功率开关器件的冲击，从而提高焊机的可靠性、安全性。

附图说明

图1为本实用新型所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路的原理框图。

图2为本实用新型所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路其中一种实施例电路结构图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本实用新型的技术方案，进行清楚和完整的描述。

参图1所示，其中图1为所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路的原理框图。

本实用新型提供了一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路100，包括电流采样比较电路130、开关驱动脉冲比较电路110、给定信号拉低电路120，所述电流采样比较电路130与所述开关驱动脉冲比较电路110相连接，所述开关驱动脉冲比较电路110与所述给定信号拉低电路120相连接，所述开关驱动脉冲比较电路110还与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路140相连接；

所述的电流采样比较电路130，用于采集逆变焊机输出电流信号，并将逆变焊机输出电流模拟信号，转换为标识逆变焊机工作状态的高/低电平的数字信号；

所述开关驱动脉冲比较电路110，用于输出空载时将所述的开关驱动脉冲采样电路140采集的开关驱动脉冲信号，与所述电流采样比较电路130输出的逆变焊机工作状态信号进行比较处理，输出对所述给定信号拉低电路120的控制信号；但当带负载时电流采样比较电路130输出高电平信号时，开关驱动脉冲比较电路输出高电平信号，给定信号拉低电路失效，开关驱动脉冲宽度的控制信号只与给定信号和电流反馈信号有关。

所述给定信号拉低电路120，用于根据开关驱动脉冲比较电路110输出的控制信号，拉低输入至所述给定信号拉低电路120的给定信号的电压大小，并向逆变焊机的开关驱动电路输出限制开关驱动脉冲宽度的控制信号。

作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路110，包括分压电路；所述的分压电路为电阻分压电路，用于根据所述开关驱动脉冲信号、给定信号的电压大小提供所述开关驱动脉冲比较电路需要的电压。

在该实施例中，所述分压电路的电阻分压情况，由所述开关驱动脉冲采样电路中输入的脉冲信号的电压大小，及给定信号拉低电路的给定信号的电压大小决定。所述分压电路的电阻分压情况，进一步决定所述给定信号拉低电路中对给定信号电压拉低的幅度。在该实施例中，通过分压电路的直流电源电压大小、电阻参数等设计符合电路需求的分压电路。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的分压电路，包括第六电阻R₆、第七电阻R₇、第八电阻R₈。所述第六电阻R₆一端与直流电源相连接，另一端与 第七电阻R₇的一端和第八电阻R₈的一端相连接，所述第七电阻R₇的另一端接地，所述第八电阻R₈的另一端输出开关驱动脉冲比较电路110需要的电压，并与电流采样比较电路相连接。

在该实施例中，所述直流电源VCC的大小为逆变焊机电源提供的正常直流电源电压，优选为15伏；所述分压电路的输出端与开关驱动脉冲比较电路110中比较器U₂的反相输入端2相连接，所述开关驱动脉冲采样电路的输出端与开关驱动脉冲比较电路110中比较器U₂的正相输入端3相连接；为保证电路开关驱动脉冲比较电路110输出正确的控制信号，所述分压电路连接的直流电源VCC大小及分压电路中电阻参数的设置需要满足一定的要求。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路110，包括第二比较器U_2A。所述第二比较器U_2A正相输入端3与所述电流采样比较电路输出端及所述分压电路相连接，所述第二比较器U₂的反相输入端2与所述开关驱动脉冲采样电路相连接、所述第二比较器U₂的输出端1与给定信号拉低电路120相连接。

在该实施例中，所述的开关驱动脉冲比较电路110，通过第二比较器U₂对开关驱动脉冲采样电路采集的开关驱动脉冲信号，与分压电路输出和电流采样比较电路输出进行叠加后的信号进行比较处理，进一步输出控制给定信号拉低电路120的控制信号。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲比较电路110，包括PI调节电路。所述PI调节电路，用于降低电路的稳态误差提高电路稳定性。

在该实施例中，由于开关驱动脉冲比较电路110的后级电路为给定信号拉低电路120，在给定信号拉低电路120设置有用于拉低给定信号电压的第四二极管D₄，为了提高电路的稳定性，在所述的第二比较器U₂上设置了PI调节电路。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的PI调节电路，包括第十二电阻R₁₂、第三电容C₃、第四电容C₄。所述第十二电阻R₁₂的一端与所述第四电容C₄的一端、第二比较器U₂的反相输入端相连接，所述第四电容C₄的另一端与第二比较器U₂的输出端相连接，所述第十二电阻R₁₂的另一端与第三电容C₃的一端相连接，所述第三电容C₃的另一端与第二比较器U₂的输出端相连接。

在该实施例中，所述的PI调节电路通过电容过滤脉冲，通过积分电路降低电路系统的稳态误差，进一步提高了电路的稳定性。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的电流采样比较电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第一比较器U_1A、第一电容C₁及第一二极管D₁。

在所述的电流采样比较电路中，所采集的引弧成功后焊接主回路的电流信号通过第四电阻R₄的一端输入，所述第四电阻R₄的另一端与第一比较器U_1A的正相输入端3相连接，所述第一电阻R₁的一端与直流电源VCC相连接，所述第一电阻R₁的另一端分别与第二电阻R₂的一端、第三电阻R₃的一端相连接，所述第三电阻R₃的另一端接地，所述第二电阻R₂的另一端与第一电容C₁的一端、跟随器U_1A的反相输入端2相连接，所述第一电容C₁的另一端与第一比较器U_1A的输出端1、第一二极管D₁的阳极相连接，所述第一二极管D₁的阴极与第五电阻R₅的一端相连接，所述第五电阻R₅的另一端与所述开关驱动脉冲比较电路110第二比较器U₂的正相输入端3相连接。

在该实施例中，所述的电流采样比较电路采集焊接主回路的电流信号，经过相关处理，并进一步输入到开关驱动脉冲比较电路110的比较器U₂的反相输入端2进行处理；当焊接主回路引弧成功，所述的电流采样比较电路将相应的电流信号反馈给开关驱动脉冲比较电路110，使得所述开关驱动脉冲比较电路110输出高电平进一步使第四二极管D₄截止，所述给定信号拉低电路120中的电压将不再被拉低，焊接主回路处于正常工作状态。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的开关驱动脉冲采样电路，用于采集开关驱动脉冲信号。所述的开关驱动脉冲采样电路包括第二二极管D₂、第三二极管D₃，第九电阻R₉、第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁，第二电容C₂，跟随器U_1B。在所述的开关驱动脉冲采样电路中，开关驱动脉冲信号通过所述的第二二极管D₂阳极端4与第三二极管D₃阳极端5分别输入，所述的第二二极管D₂与第三二极管D₃的阴极与所述的第九电阻R₉的一端相连接，所述的第九电阻R₉的另一端与第二电容C₂的一端、第十电阻R₁₀的一端以及跟随器U_1B的正相输入端3相连接，所述的第二电容C₂的另一端以及第十电阻R₁₀的另一 端接地，所述的跟随器U_1B的输出端1与第十一电阻R₁₁的一端相连接，所述第十一电阻R₁₁的另一端与开关驱动脉冲比较电路110相连接。

在该实施例中，所述的开关驱动脉冲采样电路采集开关脉冲信号，经过相关处理，并进一步输入到开关驱动脉冲比较电路110的比较器U₂的反相输入端2进行处理。

如图2所示，作为其中一个实施例，所述的给定信号拉低电路120包括第四二极管D₄、第十三电阻R₁₃、给定信号输入端6、控制信号输出端7。

所述第四二极管D₄阴极与开关驱动脉冲比较及PI调节电路110相连接，阳极与第十三电阻R₁₃的一端及控制信号输出端7相连接，所述第十三电阻R₁₃的另一端与给定信号输入端6相连接。

在该实施例中，所述的给定信号拉低电路120，是通过开关驱动脉冲比较电路110的控制信号，控制第四二极管D₄的导通状态，当开关驱动脉冲比较电路110输出低电平时，第四二极管D₄导通，所述给定信号拉低电路120中A点的电压被拉低，控制信号输出端7将输出被拉低后的信号，进一步实现对逆变焊机空载脉冲宽度的限制。

作为本实用新型其中一个优选的实施例，本实用新型所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路100的具体实施过程如下：

如图2所示，开关驱动脉冲信号经第二二极管D₂阳极端4、第三二极管D₃阳极端5和第九电阻R₉、第十电阻R₁₀分压送至由运算放大器组成的跟随器U_1B的正相输入端3，再经第十一电阻R₁₁与由第六电阻R₆、第七电阻R₇、第八电阻R₈等组成的基准电压进行比较；当经处理后的开关驱动脉冲信号大于基准电压时，由第十二电阻R₁₂、第三电容C₃、第四电容C₄和比较器U₂等组成的PI调节电路输出低电平信号，该低电平信号使第四二极管D₄导通，使给定信号拉低电路120中的给定信号输入端6中输入的给定信号拉低，使开关驱动脉冲宽度变小；一旦引弧成功，由第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第一电容C₁、跟随器U_1A、第一二极管D₁和第五电阻R₅等组成的电流采样比较电路输出高电平，该高电平送至由第十二电阻R₁₂、第三电容C₃、第四电容C₄和比较器U_2A等组成的PI调节电路的正相输入端，使得PI调节电路输出高电 平，该高电平信号使第四二极管D₄截止，对给定信号拉低电路120中的给定信号输入端6中输入的给定信号不起作用，从而不影响正常焊接输出。

本实用新型提供了一种用于在逆变焊机空载时对驱动脉冲宽度限制的电路，仅仅通过简单、常用电子元器件的设计，便可以解决上述技术难题；通过本实用新型的技术能够大大减小起弧瞬间焊机输出电流，减小对大功率开关器件的冲击，从而提高焊机的可靠性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，包括电流采样比较电路、开关驱动脉冲比较电路、给定信号拉低电路，所述电流采样比较电路与所述开关驱动脉冲比较电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与所述给定信号拉低电路相连接，所述开关驱动脉冲比较电路与逆变焊机的开关驱动脉冲采样电路相连接；

所述的电流采样比较电路，用于采集逆变焊机输出电流信号，并将逆变焊机输出电流信号，转换为标识逆变焊机工作状态的高/低电平信号；

所述开关驱动脉冲比较电路，用于输出空载时/带负载时将所述的开关驱动脉冲采样电路采集的开关驱动脉冲信号，与脉冲宽度设定电压和所述电流采样比较电路输出的高/低电平信号叠加后的信号进行比较处理，输出对所述给定信号拉低电路的控制信号；

所述给定信号拉低电路，用于根据开关驱动脉冲比较电路输出的控制信号，拉低给定信号的电压大小，并向逆变焊机的开关驱动电路输出限制开关驱动脉冲宽度的控制信号。

2.根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的电流采样比较电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一电容、第一比较器、第一二极管；

所述第一电阻的一端与直流电源相连接，另一端与所述第二电阻的一端、第三电阻的一端相连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第一比较器的反相输入端、第一电容的一端相连接，所述第一比较器的正相输入端与所述第四电阻的一端相连接，所述第一比较器的输出端与所述第一电容的另一端、所述第一二极管的阳极相连接，所述第四电阻的另一端为焊接主回路电流信号采集输入端，所述第一二极管的阴极与所述第五电阻的一端相连接，所述第五电阻的另一端与所述开关驱动脉冲比较电路相连接。

3.根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括第二比较器；

所述第二比较器正相输入端与所述电流采样比较电路输出端及所述分压电路相连接，所述第二比较器的反相输入端与所述开关驱动脉冲采样电路相连接、 所述第二比较器的输出端与给定信号拉低电路相连接。

4.根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的开关驱动脉冲比较电路，包括分压电路；

所述的分压电路为电阻分压电路，用于提供所述开关驱动脉冲比较电路的脉冲宽度设定电压。

5.根据权利要求4所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的分压电路，包括第六电阻、第七电阻、第八电阻；

所述第六电阻一端与直流电源相连接，另一端与第七电阻的一端和第八电阻的一端相连接，所述第七电阻的另一端接地，所述第八电阻的另一端输出开关驱动脉冲比较电路需要的电压，并与电流采样比较电路相连接。

6.根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，

所述的开关驱动脉冲比较电路，包括PI调节电路；

所述PI调节电路，用于降低电路的稳态误差提高电路稳定性。

7.根据权利要求6所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的PI调节电路，包括第十二电阻、第三电容、第四电容；

所述第十二电阻的一端与所述第四电容的一端、第二比较器的反相输入端相连接，所述第四电容的另一端与第二比较器的输出端相连接，所述第十二电阻的另一端与第三电容的一端相连接，所述第三电容的另一端与第二比较器的输出端相连接。

8.根据权利要求1所述的逆变焊机空载脉冲宽度限制电路，其特征在于，所述的给定信号拉低电路包括第四二极管、第十三电阻、给定信号输入端、控制信号输出端；

所述第四二极管阴极与开关驱动脉冲比较电路相连接，阳极与所述第十三电阻的一端及控制信号输出端相连接，所述第十三电阻的另一端与给定信号输入端相连接。