CN204735827U - 一种两焊接功能单管igbt逆变焊机的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，焊机内部分为左、右二侧布局，一侧布置大控制电路板；另一侧布置送丝机构，该大板上还连接有如下小控制板，开关电源PWM控制小板；IGBT驱动功率控制小板；送丝PWM控制小板；MCU微处理器控制小板；焊机输出PWM控制小板，各电路板之间通过电路连接在一起，可满足手工焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求，本实用新电路采用了MCU微处理器控制，通过它可方便地实现手工焊与气保焊转换；气保焊的点动送丝控制；提前送气和滞后闭气时间控制；输出电压和送丝等动作时序控制功能，本实用新型不仅焊接方法多功能，同时解决了单一功能焊机应用面窄的问题。

Description

一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构

技术领域

本实用新型涉及一种单管IGBT逆变的、带有手工电弧焊功能的MIG/MAG气体保护焊机，属于电焊机领域。

技术背景

目前，逆变式MIG/MAG气体保护焊机产品市场的竞争十分激烈，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焊机的功能和结构设计等方面。

国内外市场上，小型MOS管、IGBT管逆变式MIG/MAG气体保护焊机的额定电流通常在140~200A（负载持续率100~35%）的水平。大多数的此类焊机产品都是单一的MIG/MAG气体保护焊功能。其应用范围会受到一定的限制。

对于多功能的，即还可采用手工电弧焊、氩弧焊等功能的气体保护焊焊机，由于其适应性更强，因而其应用的范围会更广。产品销售会更加有市场竞争力。然而，此类焊机，不同的电路、电路板和整机结构设计，控制原理和方式不同，电路板和整机的布局和连接方式，或者连接的复杂程度不同，其产品生产的工序和制作工艺等也完全不同。这些都会影响产品的生产和运输成本。例如，市场上的一些焊机，其控制板分为几块，分别固定在机架上。每个控制板之间采用很多的连接线进行电气连接。不仅需要加工很多的控制连接线，而且，电路板占据空间大，整机的尺寸大和重量重。此外，电路板还采用很多的分离元器件模拟控制，导致电路板的尺寸也大。这样，产品的制作成本就很高，降低了产品的市场竞争力。市场上虽然也有采用数字化控制的多功能焊机，但是，其开发和制作的成本，以及销售的价格也很高，也不是国际DIY市场的主要产品。因此，如何在低成本的前提下，开发多功能的焊机是有一定技术难度的。这也是本实用新型需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，具有手工电弧焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的功能，其内部采用左右布局结构。左边主要是一块大电路板的控制部分；在该电路板上，还连接有如下小控制板：开关电源PWM控制小板；IGBT驱动功率控制小板；送丝PWM控制小板；MCU微处理器控制小板；焊机输出PWM控制小板；各电路板之间按照电路原理图的连接在一起；各块小控制板是通过插件直接焊接在大电路板上的；不像其它多数电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的连接控制线，制作工序多和生产工艺复杂，而且电路板还占据焊机空间大，整机尺寸大，重量重，因而本实用新型的电路板结构和电路设计还缩小了整个电路板和整机机箱的尺寸，降低了产品重量、生产和运输成本；焊机的右边主要是送丝机械部分，外加面板上的一些器件，如、电源开关、参数调节电位器、指示灯、风扇、进气嘴和电磁气阀、输出快速接头座、欧式焊枪接口部分，可满足手工焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，包括外部的壳体、前面板、后面板、底板以及内部的控制部分，其特征在于：控制部分包括左右两部分，其中左边部分包括一块大控制电路板，右边部分为气体保护焊用的送丝机械部分，大控制电路板与送丝机械部分之间通过中隔板分隔，这样左边部分的大控制电路板被中隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的金属外壳包围；所述的送丝机械部分的焊丝盘轴安装在中隔板上，送丝机械部分的送丝机构安装在底板上，靠近焊机前面板，并与前面板上安装的欧式气保焊焊枪座连接在一起。

在所述的大控制电路板上包括有送丝PWM控制小板、集成稳压器及散热器、MCU微处理器控制小板、焊机输出PWM控制小板、分流器、IGBT驱动功率控制小板、集成稳压器及散热器、开关电源PWM控制小板、电解电容、继电器、热敏电阻、整流桥及散热器、驱动变压器、电流环、快速恢复二极管及散热器组件、逆变主变压器、输出电流滤波电抗器、开关电源变压器，上述的这些控制小板及电器元件通过大控制电路板上线路连接。

所述的大控制电路板上设有如下五块控制小板的接口：1）开关电源PWM控制小板的接口；2）IGBT驱动功率控制小板的接口；3）送丝PWM控制小板的接口；4）MCU微处理器控制小板的接口；5）焊机输出PWM控制小板的接口；各块控制小板通过插件直接焊接在大控制电路板上。

本实用新型的结构控制线少，焊机的生产加工工序少，制作工艺也得到了简化，更加方便安装和生产，焊机的右边主要是送丝机械部分。外加面板上的一些器件，如、电源开关、参数调节电位器、指示灯、风扇、进气嘴和电磁气阀、输出快速接头座、欧式焊枪接口等部分，可满足手工焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法的各项控制要求。例如，手工焊时的输出下降特性控制；气保焊时的提前送气、滞后闭气，以及平特性输出、电压和送丝速度调节等控制。其电路中还采用了MCU微处理器控制。通过它，可方便地实现手工焊/气保焊转换；气保焊时的点动送丝控制，焊枪开关动作后的提前送气和滞后闭气时间控制，以及输出电压和送丝等动作时序控制功能。由于采用了微处理器和软件控制，因而简化了控制电路。此外，通过调整电路板上少量的零部件（如逆变主变压器、输出电抗器、IGBT型号等），即可容易形成不同规格的系列产品。如180A/23V（35%，负载持续率，下同）、160A/22V（60%）等多种电流等级和规格型号的产品。额定电流越小的，则额定负载持续率越高。本实用新型焊机，由于具有两种焊接方法的使用功能，解决了单一功能焊机应用面窄的问题，因而比单一功能的焊机有更好的适应性，本实用新型焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。

对于大控制电路板上，主要有：交流输入单相整流桥及其散热器、滤波电解电容、IGBT及其散热器、逆变主变压器、快速恢复二极管及其散热器、电流滤波电抗器、电流信号检测分流器等零部件。电路板控制部分与焊机前、后面板上的元器件，如电流、电压和送丝速度调节电位器、风扇、电磁气阀、指示灯等，通过一些控制导线进行相互间的电路连接。另外，单控制板电路上还连接有如下五块小控制板：开关电源PWM控制小板；IGBT驱动功率控制小板；送丝PWM控制小板；MCU微处理器控制小板；焊机输出PWM控制小板。各电路板之间，按照本实用新型的电路原理图的连接在一起。各块小控制板是通过插件直接焊接在大电路板上的。不像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的连接控制线，制作工序多和生产工艺复杂，而且电路板还占据焊机空间大，整机尺寸大，重量重，因而本实用新型的电路板结构和电路设计还缩小了整个电路板和整机机箱的尺寸，降低了产品重量、生产和运输成本。控制线少，焊机的生产加工工序少，制作工艺也得到了简化，更加方便安装和生产。其电路中还采用了MCU微处理器控制。通过它，可方便地实现手工焊/气保焊转换；气保焊时的点动送丝控制，焊枪开关动作后的提前送气和滞后闭气时间控制，以及输出电压和送丝等动作时序控制功能。由于采用了微处理器和软件控制，因而简化了控制电路。从其电路的功能来看，主要是完成供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、两种焊接方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、焊接方法选择和控制、送丝速度的调节和控制等工作。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊接、MIG/MAG气保焊的控制。

对不同电流等级和负载持续率要求的本实用新型焊机，可通过调整电路板上少量的零部件规格参数，形成不同输出额定电流和负载持续率的产品，使产品系列化。例如，改变IGBT器件的电流等级和散热器尺寸；改变快速恢复二极管的型号和参数；改变逆变主变压器和输出滤波电抗器的规格和参数等，即可容易形成不同规格的系列产品。如180A/23V（35%，负载持续率，下同）、160A/22V（60%）等多种电流等级和规格型号的产品。额定电流越小的，则额定负载持续率越高。当然，这些变化，目的是使产品的制作成本与相应机器的规格参数和性能指标相匹配。这样，每种规格型号的焊机才能实现最优化的成本控制。这就提升了所开发产品的市场竞争力。

本实用新型焊机，由于具有两种焊接方法的使用功能，解决了单一功能焊机应用面窄的问题，因而比单一功能的焊机有更好的适应性。其良好的电路及其结构设计也是本实用新型的优势所在，也是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。本实用新型焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的电路和结构设计。

附图说明

图1是利用本实用新型制成的一种示例焊机的结构示意图；

图2是本实用新型焊机的大电路板部分的元器件布局图；

图3-1是本实用新型焊机的大电路板控制电路的原理图1；

图3-2是本实用新型焊机的大电路板控制电路的原理图2；

图4是本实用新型焊机的开关电源PWM控制小板原理图；

图5是本实用新型焊机的IGBT驱动功率控制小板原理图；

图6是本实用新型焊机的焊接输出PWM控制小板原理图；

图7是本实用新型焊机的送丝PWM控制小板原理图；

图8是本实用新型焊机的MCU微处理器控制小板原理图；

附图中各部件名称如下：1 组合螺丝；2 B型手柄；3 螺母；4 外壳；5 自攻螺丝；6 组合铰链；7 门扣；8中隔板；9 送丝盘轴；10 拉不脱；11 焊接电缆耦合器；12 控制电路板A；13 送丝机；14 指示灯；15 点动开关；16 电流/电压/送丝速度调节旋钮；17 气保焊/手工焊转换开关；18前面板；19 黑色快速接头座；20 红色快速接头座；21 欧式焊枪接口；22 螺丝/平垫/螺帽；23底板；24 脚垫；25 圆头螺丝；26 冷却风扇；27 电磁气阀；28后面板；29 风扇防护罩；30组合螺丝；31 电源开关；32 拉不脱；33 电源线及插头；34 9Z24及散热片；35 控制板B；36 7812及散热片；37 电解电容；38 控制板C；39 分流器；40 控制板D；41 7815及散热器；42 控制板E；43 散热片；44 电解电容；45 继电器；46 热敏电阻；47 整流桥及散热片；48 CBB电容；49 驱动变压器；50 电流环；51 快恢二极管及散热片；52 滤波电抗；53 开关电源变压器。

具体实施方式

如图1所示，一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，其主要组成部分包括：

1）送丝部分。主要包括：气体保护焊时用的焊丝盘轴9、送丝机构13、欧式气保焊焊枪接口21和单板上的送丝控制电路部分。送丝盘轴9安装在内部中隔板8上。送丝机构13安装在底板23上，靠近焊机前面板18。送丝机构13上的导电部分与前面板18上安装的欧式气保焊焊枪座21进行相应的连接。气保焊时，气保焊焊枪与欧式气保焊焊枪座21配合连接，焊丝安装到焊丝盘轴9上。焊丝可通过送丝机构13输送到焊枪头部。焊丝可安装、送入到送丝机构13。通过它的送丝轮和压紧轮，可使焊丝后在电路的控制下，从气保焊焊枪的导电嘴伸出。气保焊时，焊丝的送丝速度大小受控于电路板和对应的电位器控制。调节送丝速度即可改变焊接电流的大小。欧式气保焊焊枪座21上的保护气体接口通过一个气管连接到电磁气阀27。保护气体从焊机外部接入到电磁气阀27的气体输入口。当打开气瓶后，在焊机电路的控制作用下，可使电磁气阀27通、断，从而使保护气体接入焊枪，并从焊枪头部流出，实现对焊接区的金属保护。手工焊时，则不对送丝部分进行控制。

2）外壳4包括手柄（2）、侧门的组合铰链6和门扣7等。

3）后面板28，焊机底板的后面板28上安装的零部件主要有：电源开关31、供电电源线及插头33、电源线拉不脱，32、风机防护罩29、冷却风扇26、保护气的进气嘴及电磁气阀27、流量计电源插座等部分。电源线及插头33连接到供电电网。电源开关31控制焊机电源的通或断。冷却风扇26对焊机内部的一些零部件进行强迫风冷。气瓶中的CO₂保护气体可采用流量计的加热器进行干燥处理，去除水分，防止焊接时焊缝形成气孔焊接缺陷。加热器的电源可连接至输出流量计电源插座来实现。冷却风扇26位于焊机的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进行。可使左侧电路部分的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器散热器、快速恢复二极管及散热器51等零部件得到较好的冷却。这样的风道和冷却方式设计，有利于保障焊机电路工作的可靠性，也是本实用新型焊机实现较大电流和高负载持续率的重要原因之一。

4）前面板18，焊机前面板18上安装的零部件主要有：黑色输出快速接头座组件19、红色输出快速接头座组件20、点动送丝开关按钮15、手工焊和气体保护焊方法转换开关17、工作电源及热保护状态指示灯14，分为二个。绿色或白色为焊机输出工作指示；黄色或红色为过热状态指示）、手工焊时的电流输出调节电位器、气保焊时的输出电流和电压及送丝速度调节电位器16、欧式焊枪接口组件21、极性转换使用的焊接电缆耦合器11等部分。两组输出快速接头座组件19、20用于手工电弧焊时分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆；焊接电缆耦合器11可分别插入到两组输出快速接头座组件19、20中，用于焊接正极性或反极性转换；点动送丝按钮15为点动送丝控制，用于安装焊丝时实现焊丝缓慢、断续送进，便于装配焊丝；手工焊和气体保护焊功能转换开关17用于两种焊接方法的选择。工作电源指示灯（绿色或白色）指示电源接通。热保护状态指示灯（黄色或红色）则指示过热状态是否发生。当内部器件温度过高，超过温度继电器的动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使该指示灯点亮；另一方面，可使焊机停止焊接或输出。在焊机不输出的情况下，风机的冷却作用会使器件的温度降低。当降低到热保护器的恢复动作温度时，保护器恢复，焊机过热现象消除。过热指示灯熄灭。同时，焊机可再次焊接。手工焊时，采用对应的电位器进行电流输出调节；气保焊时，输出的电流大小可通过相应的送丝电位器进行调节。输出焊接电压则通过相应的电压电位器进行调节。当然，根据产品制作的需要，前面板18上还可设置电流表、电压表、电子电抗器调节电位器等部件，以扩展产品的功能或性能。

5）底板23，含焊机的脚垫24。

6）大控制电板板12包括9Z24及散热器34、送丝PWM控制小板或控制板B35、集成稳压器7812及散热器36、EC8电解电容37、MCU微处理器控制小板、焊机输出PWM控制小板或控制板B38、分流器39、IGBT驱动功率控制小板或控制板D40、集成稳压器7815及散热器41、开关电源PWM控制小板或控制板E42、D30及散热器43、470uF/400V电解电容44、24V继电器45、热敏电阻46、整流桥及散热器47、CBB475K/400V电容48、驱动变压器49、电流环50、快速恢复二极管及散热器组件（51）、逆变主变压器、输出电流滤波电抗器52、开关电源变压器53等部分。

在在控制电跌板12和每块小电路板上，还有很多的电子元器件，如电阻、电容等。电路板控制部分与焊机前、后面板上的元器件，如电流、电压和送丝速度调节电位器16、风扇26、电磁气阀27、指示灯14、点动送丝开关按钮15等，通过一些控制导线进行相互间的电路连接。各电路板之间，器件或零部件之间，按照本实用新型的电路板和原理图连接关系连接在一起，可满足手工焊和MIG/MAG气体保护焊两种焊接方法功能的电路输出特性控制。

如图2所示，在控制电路板12上设有如下小控制板的接口：1）开关电源PWM控制小板或控制板E42的接口标识为DK；2）IGBT驱动功率控制小板或控制板D40的接口标识为QD；3）送丝PWM控制小板或控制板B35的接口标识为SS；4）MCU微处理器控制小板的接口标识为MCU；5）焊机输出PWM控制小板或控制板B38的接口标识为KZ。各控制小电路板，就是按照上述接口标识和电路原理图连接在一起的。各块控制小板是通过插件直接焊接在大电路板上的。这样，各电路板之间就无需采用连接线进行连接。

此外，在结构设计方面，通过中隔板8，把焊机的内部左侧机械部分与右侧的电路部分分开。右侧的逆变及控制电路等部分相当于被中隔板8、外壳4、底板23、后面板28和前面板18组成的金属外壳包围。可起到隔离大电流强电磁干扰，限制电磁辐射，提高焊机可靠性的作用。

本实用新型不像其它多电路板结构的焊机那样，电路板之间有很多的控制连接线，不仅制作工序多和生产工艺复杂，而且电路板还占据空间大，使整机尺寸大、重量重。而采用本实用新型的电路板结构和电路设计，则可缩小电路板和整机的尺寸，降低产品重量、生产和运输成本。因控制线少，焊机生产加工工序少，制作工艺也大大简化，更加方便生产。另外，在电路中还采用了MCU微处理器控制。通过它，不仅简化了电路，而且可方便地实现手工焊/气保焊转换；气保焊时的点动送丝控制，焊枪开关动作后的提前送气和滞后闭气时间控制，以及输出电压和送丝等动作时序控制功能。

   从电路的控制功能来看，主要是完成供电电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制和逆变、两种焊接方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、焊接方法选择和控制、送丝速度的调节和控制等工作。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊、MIG/MAG气保焊的各项控制要求。

本实用新型焊机上述各部分电路的工作原理简述如下：如附图1、附图3所示。通电后，电源开关31接通电网电源。从电网来的交流电，先经过RT1热敏电阻，再经电路板12上的B1整流桥47整流后变为脉动直流电。之后，对EC4~5电解电容（470μF/400V）44进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310V直流电。EC4~5电解电容起到滤波的作用。+310V直流电一方面供给由QI1~QI4IGBT管、T2逆变主变压器和D-1~D-5快速恢复二极管、L滤波电抗52、RF分流器等组成的逆变电路。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。T2逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。D-1~D-5快速恢复二极管则是把逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于焊接过程的稳定，因此，采用电流滤波电抗器52进行滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的焊缝。另一方面，供给由T1开关电源变压器53、VT4MOS管、D30快速二极管、U3~U6集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容等器件组成的开关电源电路，产生+5V、+12V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。关于开关电源这部分的工作原理，这里作一个简要说明。附图4是开关电源PWM控制小板的原理图。DK表示大板上开关电源PWM控制小板的接口标识，其后缀数字代表端子号（本文中，其它的表达方式与此类似，下面不再重复说明）。这个控制小板与大板上对应接口标识的部分相连接。此外，由于VT4MOS管与T1开关电源变压器的初级绕组，以及它们周围的Z2稳压管、D28二极管、R53~R61等组成的电路，通过J1插头连接至+310V。属于高压回路。因而，开关电源PWM控制小板的UC3843及其外围电阻、电容组成的电路也属于高压回路。为确保控制电路的安全，在附图4中，采用了PC817光电耦合器进行隔离。开关电源PWM控制小板的核心控制芯片是U1，即UC3843 PWM脉冲宽度调节器。其外围的电阻、电容可设定其工作的相关参数。至于如何确定，需要查看UC3846的相关使用资料或说明。这里不再重复。总之，DK-8输出的脉冲为一定工作频率的驱动脉冲，可使附图3中的VT4MOS管处于通断工作状态。在T1的4个电压输出电路部分，分别获得+5V、+12V、+15V、+24V、-15V电源电压。供给不同的器件和电路使用。例如，+24V供给送丝控制电路和风扇控制电路；+5V供给MCU微处理器控制电路等。由开关电源部分的电路及原理可知，本实用新型没有采用一般的控制变压器和相关的电压变换电路来产生上述5个电源电压。其电路取电来自主回路中的+310V。开关变压器的体积和尺寸、重量远小于一般的控制变压器，这就降低本实用新型焊机的成本，提升了焊机的技术附加值。

如图3所示，JDQ继电器45的动作时间是滞后于电源开关31合上时刻的。即JDQ继电器45是延时动作的。当EC4~5电解电容上的充电电压稳定后，该继电器才动作，其触头闭合RT1热敏电阻，使本实用新型焊机正常逆变工作时，大电流是从继电器的触头流过的。这样的电路，称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关31接通瞬间，由于EC4~5电解电容上没有电压，相当于短路，会形成较大的浪涌电流，烧坏电源开关31。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间串入RT1热敏电阻，来限制浪涌电流的。并且，RT1热敏电阻的阻值，是随其温度上升而增大的。因此，上电缓冲电路可起到较好的保护作用。

    附图3中，T3驱动变压器及其外围的D24快速二极管、电阻R46和R45、电容C12等组成IGBT的驱动电路一部分。4个IGBT，4路驱动，每个部分的驱动电路形式是一致的。该部分电路，输入的控制信号MC1、MC2来自大电路板12上QD接口标识处连接的IGBT驱动功率控制小板。IGBT驱动功率控制小板的原理图为附图5。由于UC3846芯片输出的信号，驱动功率小，故需要经过驱动功率控制小板的电路进行放大，再通过T3驱动变压器及其外围的驱动电路去控制4个IGBT的工作状态。附图5中，输入的控制信号为KZ-14和KZ-15（KZ表示大板上的接口标识，数字代表端子号。本文中，其它的表达方式与此类似，下面不再重复说明）。它们来自附图6的焊接输出PWM控制小板。是由附图6中的U6脉冲宽度调制（PWM）芯片（UC3846）输出的控制信号。这些信号是两组方波脉冲信号。两组方波脉冲信号在时间上有一个固定的时间差，专业上也称为死区时间。是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过UC3846芯片的外围器件参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看UC3846的相关使用资料或说明。这里不再重复。这里需要说明的是：PWM脉冲宽度调制信号是决定焊机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。

附图1中，本实用新型焊机通过前面板18上的手工电弧焊/气保焊转换开关17，可选择焊机的输出控制和工作状态。如果选择手工电弧焊，则焊机输出为下降的外特性控制工作状态，以满足手工焊工艺要求；如果选择气保焊，则焊机输出外特性为平特性控制工作状态，以满足气保焊工艺要求。未焊接的时候，按压点动送丝按钮开关15，可使焊机送丝机构13实现慢速送丝，便于安装焊丝到焊枪。气保焊时，按压焊枪上的开关，即可实现送气、送丝、引弧、焊接电压等控制。逆变和焊机输出电流参数、电压和送丝速度的控制是通过电路板的控制电路、电流/电压和送丝速度的给定电位器16等来实现的。为便于进一步理解，再进行一些如下的说明：

如图3中，SSJ接口连接24V送丝电机。送丝电机属于附图1中送丝机13的一个组成部分。当送丝电机转动时，带动焊丝输送到焊枪。实现焊接前的焊丝安装和焊接时的送丝动作。附图3中，9Z24 VT2 MOS管、D22~D23二极管、电阻RD1~RD2和R40~R43、SS接口等是送丝控制电路的一部分。另一部分的电路见附图7，它是本实用新型焊机的送丝PWM控制小板原理图。该控制小板通过插件直接焊接在附图2中本实用新型焊机大电路板上的SS接口处。SS表示大板上送丝PWM控制小板的接口标识，其后缀数字代表端子号（本文中，其它的表达方式与此类似，下面不再重复说明）。电路板之间，按照本实用新型的电路板和原理图连接关系（见附图3和附图7）连接在一起。送丝PWM控制小板上U1芯片TL494是PWM脉冲宽度调制器。其外围有很多的二极管、电阻和电容等器件。其8和11脚输出端产生固定频率的方波脉冲信号。输出的控制信号由SS-3接至附图3中送丝电路部分的VT2 MOS管。控制该MOS管的通断时间，从而控制送丝电机的速度。驱动控制脉冲的宽度是由给定的送丝速度值确定的。送丝控制分为点动送丝控制和焊接送丝控制。

点动送丝控制：由MCU微处理器控制小板电路（见附图8）、附图3中Q2及其外围电路（含SS-7接口线）和送丝PWM控制小板（见附图7）等共同实现。当选择MIG/MAG气保焊时，即焊机前面板上的焊接方法选择开关合上，接通“地”。此时，ZM-IN处于低电平状态。STM8微处理器中的程序按照MIG/MAG气保焊方法进行控制。附图8中，当按下点动送丝按钮开关AN时，+5V高电平信号通过DD-IN输送给STM8微处理器。经STM8微处理器的程序控制后，STM8的13脚输出高电平，使附图8中的Q2导通，L3变低电平信号，开启送丝控制；STM8的20脚输出高电平，使附图8中的Q4导通，L1变低电平信号，进行点动送丝控制。最后，使附图3中的Q2导通，SS-7获得高电平信号。通过送丝PWM控制小板电路（见附图7）控制，使TL494的8和11脚输出端产生固定频率的、一定占空比的方波脉冲信号，最终实现一定送丝速度下的点动送丝控制，便于用户安装焊丝到焊枪中。点动送丝的速度不是很快的，因为过快的送丝，不便于焊丝的安装。通常，要小于焊接时的送丝速度很多。

焊接送丝控制：由MCU微处理器控制小板电路（见附图8）、附图3中Q1~Q2、VT1、VT2、X2接口及其外围电路和送丝PWM控制小板（见附图7）等共同实现。当选择MIG/MAG气保焊时，即焊机前面板上的焊接方法选择开关合上，接通“地”。此时，ZM-IN处于低电平状态。STM8微处理器中的程序按照MIG/MAG气保焊方法进行控制。附图3和附图8中，当焊枪开关GUN合上时，高电平信号使光电耦合器U2（EL817S）的三极管导通。低电平信号输送给STM8微处理器的10脚。经STM8微处理器的程序控制后，STM8的14脚输出高电平，使附图8中的Q3导通，L2变低电平信号，使附图3中连接到DCF接口的焊机电磁气阀动作，实现提前送（保护）气控制。经一定时间的延时，STM8的13脚输出高电平，使附图8中的Q2导通，L3变低电平信号，开启送丝控制。

最后，使附图3中的Q2导通，SS-7获得高电平信号。通过送丝PWM控制小板电路（见附图7）控制，使TL494的8和11脚输出端产生固定频率的、一定占空比的方波脉冲信号，最终实现一定送丝速度下的送丝控制。送丝速度的快、慢取决于焊机面板上调节送丝速度的电位器的给定信号大小。当增大送丝给定信号时，TL494的输出脉宽增加，送丝速度加快；当减小送丝给定信号时，TL494的输出脉宽减小，送丝速度减慢。焊接时，送丝速度的快慢决定着焊接电流的大小。关于TL494芯片的外围器件参数设置、频率确定、如何调节脉冲宽度等方面的问题，需要查看TL494的相关使用资料或说明。这里不再重复。

本实用新型焊机手工电弧焊和气体保护焊的简要控制过程简述如下：

对于手工电弧焊，当本实用新型焊机前面板的焊接方法选择开关选择手工焊时，焊机进行手工电弧焊控制。焊机后面板的开关合上接通供电电源极短的时间后（此期间，焊机电路进行上电缓冲控制，有一定的延时控制），焊机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯亮，指示焊机带电。焊机内部的IGBT PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好前面板上焊接电流的电位器，并进行焊接时，控制电路通过分流器39，可检测到输出电流信号。一方面，获得焊机电流表显示的输出电流信号。在其它控制电路的作用下实现电流数字显示表的显示。另一方面，检测到的电流信号，经过信号放大等处理，并以此作为电流负反馈控制信号，与焊接电流给定信号进行比较。比较后的差值信号，输入到焊机输出PWM控制电路，进行PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果控制焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电流和电压的大小，实现输出电流参数的准确控制。并使焊机的输出特性为恒流带外拖的下降特性。进一步地说，当焊接电流给定信号不变时，随着焊机电路检测到的电流增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定信号与电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过PI控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比减小，焊机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制。即只有当电流达到焊接电流电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，电压降低会很多。当电压下降到16V以下时，随着电压的降低，控制电路可使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比增加，使焊接电流按照设定的参数增大，最终形成恒流带外拖的下降特性。当焊接电流给定信号变化时，电流截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在电位器设定的最小和最大之间，就可获得无数条下降特性曲线。这样的控制，也是满足手工电弧焊接的基本要求。关于电流的反馈和PWM及输出特性控制过程，可参见其它相关的控制原理说明作进一步的了解。在焊机输出过程中，当焊机中主要零部件（如变压器、散热器）发生过热现象时，或当焊机内部的热保护器工作时，控制电路会关闭焊机输出PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。同时，焊机停止焊接输出，并使过热指示灯（黄色）点亮。在冷却风机的作用下，当主要零部件的温度下降到一定程度后，当焊机内部的过热现象消除，热保护器恢复时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了焊机过热保护。

对于MIG/MAG气体保护焊，当本实用新型焊机前面板的焊接方法选择开关选择MIG/MAG焊时，焊机进行气保焊控制。当然，气保焊的控制，远比手工焊复杂。不仅要控制输出的平特性，还要控制电磁气阀、点动送丝和焊接送丝等。对电磁气阀的控制，其目的是实现提前送气、滞后闭气。提前是相对于焊接送丝而言，也就是在焊接前要先动作电磁阀，输送保护气，以免开始焊接的焊缝质量受到破坏。滞后也是相对于焊接送丝而言，也就是在焊接过程完成之后，才能关闭电磁阀，使保护气滞后焊接一些时间才能停止，以免焊接结束时的焊缝质量受到破坏。

当焊机后面板的开关合上接通供电电源极短的时间后（此期间，焊机电路进行上电缓冲控制，有一定的延时控制），焊机内部的各控制板带电工作。前面板上的电源指示LED灯亮，指示焊机带电。

按下点动送丝按钮时，送丝机构开始转动，带动焊丝送进。主要是以设定的送丝速度开始送丝，其送丝速度不太慢，也不太快，便于用户安装焊丝。点动送丝操作可使焊丝从焊枪头部伸出一定长度，大约10mm左右即可。在点动送丝期间，电磁阀不动作，焊机也不输出电压或电流。

当按下焊枪开关后，焊机内部的IGBT PWM脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好前面板上焊接电压和送丝速度的电位器，并进行焊接时，控制电路可检测到输出电流和电压信号。电压信号经过处理，并以此作为电压负反馈控制信号，与焊接电压给定信号进行比较。比较后的差值信号，输入到焊机输出PWM控制电路，进行PI（比例和积分）调节控制，其输出的结果控制焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电压的大小，并使焊机的输出特性为平特性。进一步地说，当焊接电压给定信号不变时，随着焊机电路分流器检测到的电流增加、电压降低，并且，输出电压达到给定的焊接电压设定值后，焊接电压给定信号与电压负反馈控制信号的差值会随电压减小而增加，通过PI控制后，使焊机输出PWM芯片的脉冲宽度或占空比增大，焊机的输出电流增加。这一过程，也就是所谓的电压截止负反馈控制。即只有当电压达到焊接电压电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流的增加，电压降低会很小。基本保持稳定的状态。最终形成恒压输出特性。当焊接电压给定信号变化时，电压截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在电压电位器设定的最小和最大之间，就可获得无数条平特性曲线。这样的控制，也是满足MIG/MAG焊接的基本要求之一。

气保焊时，送丝控制电路系统是一个独立的反馈控制系统，其控制过程是要保证送丝的稳定。对一个给定送丝的电位器设置，送丝速度也是一一对应的。当送丝给定变化时，送丝速度也随之改变。本实用新型也采用电机电压截止负反馈来控制送丝，构成一个等速送丝控制系统。其主要是保证一个给定下，送丝电机电压的稳定。也是采用了比较先进的送丝PWM脉冲宽度调速系统来实现的。关于电压和送丝反馈及其PWM及输出特性控制过程，可参见其它相关的控制原理说明作进一步的了解。

焊接过程中，焊接电压要与送丝速度有一个相互配合的关系。不是随便选择的两个参数都可以实现稳定焊接的。因此，焊机操作人员，要根据焊接的情况，调整焊接电压和送丝速度。

同样地，在焊机输出过程中，当焊机中主要零部件（如变压器、散热器）发生过热现象时，或当焊机内部的热保护器工作时，控制电路会关闭焊机输出PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。同时，焊机停止焊接输出，并使过热指示灯（黄色）点亮。在冷却风机的作用下，当主要零部件的温度下降到一定程度后，焊机内部的过热现象消除，热保护器恢复时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了焊机过热保护。

以上是本实用新型焊机各个电路板部分以及两种焊接方法的简要控制过程说明。由于本实用新型已经给出了附图3~附图8的详细电路原理图，因此，对于有电路阅读能力（或具备相关电路知识）的人来说，是完全可以读懂的。电路图就是一种无声的语言。但是，对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本文只能阐述主要的部分，以使读者能够更好地理解相关的工作原理和过程。

通过上述说明可见，本实用新型有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现焊机的两种焊接方法输出等控制，而且，所设计的微处理器控制电路和其它的控制电路，包括它们的电路板和相互之间的连接关系，以及焊机的整机结构设计，都是使本实用新型焊机产品具有控制性能良好、焊机结构紧凑等技术优势的根本原因所在，也是满足产品高效和低成本生产、高可靠性、制造工艺技术先进性的重要保障。本实用新型专利申请保护的内容就在于保护这种焊机的结构设计。

以上内容是结合具体的焊机结构和电路板及控制功能对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对本实用新型所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干其它的推演和变换，这些都应该视为属于本实用新型保护的范畴。

Claims (3)

1.一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，包括外部的壳体、前面板、后面板、底板以及内部的控制部分，其特征在于：控制部分包括左右两部分，其中左边部分包括一块大控制电路板，右边部分为气体保护焊用的送丝机械部分，大控制电路板与送丝机械部分之间通过中隔板分隔，这样左边部分的大控制电路板被中隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的金属外壳包围；所述的送丝机械部分的焊丝盘轴安装在中隔板上，送丝机械部分的送丝机构安装在底板上，靠近焊机前面板，并与前面板上安装的欧式气保焊焊枪座连接在一起。

2.如权利要求1所述的一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，其特征在于：在所述的大控制电路板上包括有送丝PWM控制小板、集成稳压器及散热器、MCU微处理器控制小板、焊机输出PWM控制小板、分流器、IGBT驱动功率控制小板、集成稳压器及散热器、开关电源PWM控制小板、电解电容、继电器、热敏电阻、整流桥及散热器、驱动变压器、电流环、快速恢复二极管及散热器组件、逆变主变压器、输出电流滤波电抗器、开关电源变压器，上述的这些控制小板及电器元件通过大控制电路板上线路连接。

3.如权利要求2所述的一种两焊接功能单管IGBT逆变焊机的结构，其特征在于：所述的大控制电路板上设有如下五块控制小板的接口：1）开关电源PWM控制小板的接口；2）IGBT驱动功率控制小板的接口；3）送丝PWM控制小板的接口；4）MCU微处理器控制小板的接口；5）焊机输出PWM控制小板的接口；各块控制小板通过插件直接焊接在大控制电路板上。