CN206305587U - 一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，包括外壳部分、后面板部分、前面板部分和控制板部分；后面板部分安装有冷却风机、所述的控制板部分设计为五块，分别为开关电源电路及IGBT逆变控制板、快恢复二极管整流输出板、主控制板、高频引弧控制板、参数显示及调节控制板；开关电源电路及IGBT逆变控制板的IGBT和整流输出快恢复二极管的铝散热器采用螺丝固定在塑料绝缘隔离板上，塑料绝缘隔离板则固定在焊机底板上，它靠近后部的冷却风扇，这样就在快恢复二极管整流输出板、开关电源电路及IGBT逆变控制板之间构成了风道，本实用新型具有防水、防导电性防尘、防潮、防霉、防腐、防振的特点，并且工作稳定可靠。

Description

一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机

技术领域

本实用新型涉及一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机,属于逆变焊机技术领域。

背景技术

目前，逆变式氩弧焊和手弧焊两用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设计等方面。

国内外市场上，小型MOS管、IGBT管逆变式氩弧焊机的额定电流通常在80~200A（负载持续率100~15%）的水平。不同的产品，其控制电路原理图、电路板结构和整机结构设计等是不同的。在产品的性能、可靠性、制作工艺和成本等方面，也会有较大的差异性。过去的很多同类产品，由于抗干扰措施少，难以保障焊机的可靠性。此外，很多焊机无法做到防水、防导电性防尘、防潮、防霉、防腐、防振“六防”性能。再者，就是难以实现10米长焊枪焊接电缆条件下100%高频引弧，以及存在电网电压波动超过±15%时焊机无法正常工作的问题。因此，如何在低成本的前提下，开发性能好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

本实用新型的在于提供一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其良好的“六防”即防水、防导电性防尘、防潮、防霉、防腐、防振能力，10米长焊枪焊接电缆条件下可实现100%高频引弧，以及电网电压波动超过±20%时，焊机仍然可以正常工作，使本实用新型的性能显著优于市场上众多的同类产品，具有自己的特色。由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场适应性。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。

一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：包括外壳部分、后面板部分、前面板部分和控制板部分；外壳部分包括外壳提手和底板，后面板部分包括后塑料面板，后塑料面板安装有电源开关、冷却风机、电磁气阀及其进气接口，电源开关控制焊机电源的通或断，冷却风扇位于焊机的后部，冷风从焊机后部的进气孔进行；前面板部分包括塑料前面板，在塑料前面板上安装有：正极性输出快速接头座组件、负极性输出气电一体化接头、氩弧焊焊枪开关线插座、小面板及其上面安装的参数显示及调节控制板；所述的控制板部分设计为五块，分别为开关电源电路及IGBT逆变控制板、快恢复二极管整流输出板、主控制板、高频引弧控制板、参数显示及调节控制板；开关电源电路及IGBT逆变控制板的IGBT和整流输出快恢复二极管的铝散热器采用螺丝固定在塑料绝缘隔离板上，塑料绝缘隔离板则固定在焊机底板上，两个散热器的两边分别是开关电源电路及IGBT逆变控制板、快恢复二极管整流输出板，开关电源电路及IGBT逆变控制板放入护盒中并浇注有胶体物质，该护盒也固定在焊机底板上，通过上述组装方式构成一个整体部分，它靠近后部的冷却风扇，这样就在快恢复二极管整流输出板、开关电源电路及IGBT逆变控制板之间构成了风道。

所述的IGBT的管脚都采用管脚护套套入后，再把IGBT焊接到电路板上；所述的开关电源电路及IGBT逆变控制板、主控制板、参数显示及调节控制板均放入各自的护盒中，并浇注环氧灌封料；所述的快恢复二极管整流输出板和高频引弧控制板，表面则采取涂刷绝缘漆。

在焊机的中间部分设计有一个支架，在其上方安装有带护盒的主控制板，在支架的中间，则安装逆变主变压器，在支架的下方，则安装有高频引弧控制板，它们作为一个整体，利用支架的螺孔，通过采用螺丝固定在焊机的底板上。

所述的控制板部分的控制电路主要包括逆变主电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、输出特性控制电路和抗干扰和滤波电路。

所述的逆变主电路由电源开关、整流桥、热敏电阻、晶闸管、继电器及其控制电路、大电解电容、IGBT管、快恢复二极管和逆变主变压器组成，由正极性和负极性输出端输出焊接电流和电压；继电器会在电源开关接通，一定延时时间后动作，其触头闭合或短路热敏电阻和晶闸管，继电器的延时是由其控制电路来实现的，对大电解电容的充电，先经过晶闸管和热敏电阻支路，之后再短接晶闸管和热敏电阻，实现上电缓冲；大电解电容起着滤波的作用。

所述的逆变主电路产生+310V直流电供给由开关电源变压器、MOS管、PWM脉冲宽度调制器、快速二极管、集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管组成的开关电源电路；IGBT驱动电路包括驱动变压器、MOS场效应管、稳压管、二极管以及它们外围的电阻、电容；二个IGBT为二路驱动，每个部分的驱动电路形式是一致的，该部分电路，输入的控制信号来自输出特性控制电路中的PWM脉冲宽度调制芯片的输出，由于PWM脉冲宽度调制芯片输出的信号驱动功率小，需要经过驱动功率电路进行放大，再通过驱动变压器及其外围的驱动电路去控制二个IGBT的工作状态；PWM脉冲宽度调制芯片输出的控制，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，而PWM脉冲宽度调制信号则受焊机的电流给定电路调反馈信号决定。

所述的高频引弧控制电路由高压包、引弧变压器、火花放电器、电容、控制芯片、MOS管以及外围的电路组成，引弧变压器串联在逆变主电路的输出负极性回路中，当焊焊枪开关闭合时，可使控制芯片产生输出，控制芯片的输出会使MOS管形成间歇式通断，通过高压包的升压作用，会使电容两端的电压升高，当电压升高到可击穿达火花放电器之间的气隙，并形成放电时，电容与引弧变压器的初级绕组构成振荡电路，其产生的振荡高压高频信号经过引弧变压器的耦合和再次升压作用，引入到逆变主电路的次级回路或焊接回路，此时焊枪中的钨针与工件之间的距离适当，并且有保护气体从焊枪中流出，实现氩弧焊的高频引弧。

热保护检测和控制电路由热敏电阻、运算放大器及其外围的很多电阻、电容组成，两个运算放大器部分的形式是一致的，两个热敏电阻的温度检测面紧贴IGBT的散热器安装，当散热器的温度过高时，对应运算放大器电路的输出会发生翻转，输出高电平信号，通过二极管，一方面可使保护指示灯点亮，关闭高频控制，另一方面，可使二极管导通，稳压管击穿、稳压，其高电平信号可使运算放大器部分的电路输出低电平，关闭PWM脉冲宽度调制芯片输出，最终停止焊机的输出，实现过热保护控制功能。

所述的输出特性控制电路由PWM脉冲宽度调制芯片、运算放大器及其外围的电阻、电容、二极管、稳压管组成，运算放大器电路部分是典型的比例积分控制电路，焊接电流给定信号通过电阻输入到控制环节；来自分流器，并经过运算放大器放大的电流负反馈信号输入到控制环节。

关于本实用新型焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：关于本实用新型焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：1）输入滤波抗干扰措施。见附图2，输入滤波电路由滤波电容Ck1～组成Ck3。主要是对来自电网的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响。2）输出滤波抗干扰措施。见附图4，输出抗干扰滤波电路由R1~R2电阻、CC5电容；R7~R8电阻、CC4电容；D5~D9二极管、CC1~CC3电容、R3~R5电阻等组成。R1~R2电阻和CC5电容的串联电路（可减小电流波形中的毛刺突变信号），主要是防止干扰信号损坏（附图4中）D1~D2快速恢复二极管；R7~R8电阻和CC4电容的串联电路，主要是防止干扰信号损坏（附图4中）D3~D4快速恢复二极管；并联在快速恢复二极管两端的电阻和电容抗干扰电路则可以降低快速恢复二极管整流过程中的尖峰干扰信号。D8、R5和CC3组成的电路是防止输出端的干扰信号损坏焊机控制电路，同时也防止自身的干扰信号对连接于输出端的其它设备的干扰和破坏；D5~D9、R/3~R4和CC1~CC2组成的电路则是进一步防止干扰信号对焊机工作稳定性的破坏，提高焊机的可靠性。3）集成电路芯片的抗干扰措施。此项措施，主要是在IC2~IC5的电源对地之间设置滤波或去耦电容，见附图3中的最上部部分。这样的做法主要是防止来自开关电源电路的干扰信号对各芯片控制电路产生不良的影响。4）焊枪开关控制线抗干扰措施。此项措施，主要是把焊枪开关的两根控制线先绞在一起，之后，把两根控制线在一个磁环上绕若干匝或圈数，最后再连接到主控制板上。这样的做法主要是防止来自焊枪开关线的干扰信号对控制电路产生不良的影响。5）逆变主变输出线的抗干扰措施。此项措施，主要是在逆变主变压器的两根输出线上各套一个磁环。这样的做法主要是防止来自逆变主变输出线的干扰信号对控制电路产生不良的影响。6）快恢复二极管整流输出板与主控制板之间连接线的抗干扰措施。此项措施，主要是把两根控制线先绞在一起，之后，把两根控制线在一个磁环上绕若干匝或圈数。这样的做法主要是防止来自快恢复二极管整流输出板的干扰信号对主控制电路产生不良的影响。7）开关电源电路及IGBT逆变控制板与主控制板之间连接线的抗干扰措施。此项措施，主要是把五根控制线先绞在一起，之后，把五根控制线在一个磁环上绕若干匝或圈数。这样的做法主要是防止来自快开关电源电路及IGBT逆变控制板的干扰信号对主控制电路产生不良的影响。此外，在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。本实用新型的逆变及控制电路等部分相当于被外壳、底板和后面板组成的金属外壳包围。可起到隔离强电磁干扰、限制电磁辐射等作用。上述措施是保证本实用新型电路制成的焊机产品工作可靠性的一个重要前提。

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数量和规格参数，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，改变大电解电容的个数；改变整流桥参数；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200A/28V、180A/27.2V、160A/26.4V、140A/25.6V、120A/24.8V、100A/24V、80A/23.2V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，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场适应性。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

附图1是本实用新型制成的一种示例焊机的结构示意图；

附图2是焊机的输入整流、逆变、开关电源控制等电路原理图；

附图3是焊机的主控制电路原理图；

附图4是焊机的输出整流、高频耦合和采样控制等电路原理图；

附图5是底层部分IGBT逆变电路PCB元器件布局图；

附图6是顶层部分IGBT逆变电路PCB元器件布局图；

附图7是输出整流、采样等电路PCB板元器件布局图；

附图8是高频电路部分PCB板元器件布局图；

附图9是操作和显示等部分面板PCB元器件布局图；

附图10是主控制电路PCB板元器件布局图；

附图11是焊机的电路原理框图；

附图1中各部件的名称如下：1、提手螺丝；2、提手；3、外壳；4、快恢复二极管；5、IGBT管；6、输入滤波抗干扰组件；7、整流器或整流桥；8、散热器A；9、大电解电容；10、开关电源电路及IGBT逆变控制板；11、开关电源变压器；12、IGBT驱动变压器；13、电流检测环或互感器；14、塑料绝缘隔离板；15、散热器B；16、快恢复二极管整流输出板；17、开关电源电路及IGBT逆变控制板的护盒；18、塑料后面板；19、带插头的供电电源线；20、电源开关；21、电磁气阀组件；22、底板；23、冷却风扇或风机；24、IGBT管的管脚护套；25、IGBT管；26、快恢复二极管；27、散热器C；28、主变输出线磁环A；29、主变输出线磁；30、逆变主变压器或主变；31、支架；32、主控制板护盒；33、主控制板；34、带磁环的两根连接线；35、带磁环的五根连接线；36、MOS管及其散热器；37、高压包；38、高频引弧控制板；39、参数显示及调节控制板；40、前面小板；41、电流调节电位器及其旋钮；42、延时闭气时间调节电位器及其旋钮；43、正极性输出快速接头座；44、氩弧焊焊枪开关线插座；45、负极性输出气电一体化接头；46、塑料前面板；47、输出升压耦合变压器。

具体实施方式

附图1所示，是利用本实用新型制成的一种IGBT逆变氩弧焊和手弧焊机的结构示意图。附表1 本实用新型充电器的结构设计图主要零部件清单。其主要组成部分包括：

1）外壳部分。包括外壳3、提手2、底板22、外壳螺丝等。

2）后面板部分。后面板上安装的零部件主要有：电源开关20、带插头供电电源线及其拉不拖（或称为固线器）、冷却风机23、电磁气阀及其进气接口21、后塑料面板18等部分。电源线及插头19连接到供电电网。电源开关20控制焊机电源的通或断。冷却风扇23位于焊机的后部，冷风从焊机后部的进气孔进行。可使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。

3）前面板部分。焊机塑料前面板46上安装的零部件主要有：正极性输出快速接头座组件43、负极性输出气电一体化接头45、氩弧焊焊枪开关线插座44、小面板40及其上面安装的参数显示及调节控制板39。在参数显示及调节控制板39上，设有工作电源指示灯（白色）、热保护状态指示灯（黄色）、氩气延时闭气时间调节电位器、输出电流调节电位器、数显电流表，以及一些电子元器件等部分。两组正、负极性输出快速接头座组件分别连接工件夹电缆和氩弧焊焊枪电缆。工作电源指示灯指示电源接通。热保护状态指示灯则指示过热状态是否发生。当内部器件温度过高，超过动作温度时，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。当降低到恢复动作温度时，焊机过热现象消除。过热指示灯熄灭。同时，焊机可再次焊接。

4）控制板部分。设计为五块，分别为开关电源电路及IGBT逆变控制板、快恢复二极管整流输出板、主控制板、高频引弧控制板、参数显示及调节控制板。每块控制板上都有很多的元器件和零部件。

5）内部结构部分：

IGBT 5和25 的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到开关电源电路及IGBT逆变控制板10上。开关电源电路及IGBT逆变控制板10放入护盒17中，并浇注环氧灌封料；参数显示及调节控制板39放入其护盒（注：附图1中未画出此护盒）中，并浇注环氧灌封料；主控制板33也放入其主控制板护盒32中，并浇注环氧灌封料。本实用新型通过上述方式来解决焊机这三块控制板的“六防”性能问题。其它的两块控制板，即快恢复二极管整流输出板16和高频引弧控制板38，则采取涂刷绝缘漆的方式，来实现防水、防导电性防尘、防潮、防霉、防腐的性能。这些技术措施，可避免逆变焊机长期使用后工作现场的一些含导电性金属粉尘吸附到IGBT管等电子器件引脚之间、控制电路板上，不会导致爬电距离减小。使器件和控制电路不容易失效。上述措施，在很大程度上提高了焊机工作可靠性。

散热器B 15固定在塑料绝缘隔离板14上。快恢复二极管整流输出板16上的快速二极管的散热面紧贴散热器B 15固定。逆变主电路中的IGBT管 5和25 ，以及快恢复二极管4和26的散热面紧贴散热器A 8固定。而散热器A 8又采样螺丝固定在塑料绝缘隔离板14上。塑料绝缘隔离板14采用螺丝固定在焊机底板23上。浇注了环氧灌封料的护盒17也采用螺丝固定在焊机底板23上。该护盒17中有开关电源电路及IGBT逆变控制板10。通过上述组装、连接方式，使本实用新型逆变焊机的这个部分构成一个整体，见附图1中右上角的部分。并且，它靠近后部的冷却风扇。这样，就在快恢复二极管整流输出板16、开关电源电路及IGBT逆变控制板10之间构成了“风道”。由于各个散热器是带齿型的，来自风扇的冷却风可它们的中间通过，并能够及时带走各散热器的热量。同时，从后端出来的风还可对后端的逆变主变压器30、开关电源变压器13、HF-O引弧（升压）变压47等进行冷却。此外，由于配置了大风量、高速（4000～5500rpm/min）直流冷却风机23，“风道”的存在，可改善发热主功率关键零部件（如各IGBT、各快恢复二极管、各散热器、整流桥、逆变主变压器等）的冷却效率。也提高了焊机输出时的负载持续率。如果焊机的输出电流小，则负载持续率会更高，甚至可进行连续不断地焊接。这就较好解决了焊接时间短的问题。同时，有效降低了IGBT或快恢复二极管、逆变变压器等器件或零部件的故障率。

在焊机的中间部分，设计有一个支架31。在其上方，安装有带护盒32的主控制板33。在支架31的中间，则安装逆变主变压器或主变30。在支架31的下方，则安装有高频引弧控制板38部分。它们作为一个整体，利用支架31的螺孔，通过采用螺丝固定在焊机的底板22上。

由于多个部分采取了加强固定和防螺丝松动的措施，同时，多块电路板都使用了护盒外加灌胶的处理方法，因此防振问题得到了解决。

附图2～附图4和附图11是本实用新型焊机的电路原理图。附图5～附图10是本实用新型焊机相关电路板的元器件布局。各个电路板控制部分与焊机的其它零部件或元器件，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，按照本实用新型焊机的电路原理图关系（见附图2、附图4和附图11）连接在一起。可满足氩弧焊方法的电路输出控制。

整个控制电路主要由上电缓冲电路、逆变主电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、输出特性控制电路、抗干扰和滤波电路等功能电路组成。从其电路的功能来看，主要是完成上电缓冲、输入整流滤波、逆变、输出滤波、各直流工作电源的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制，氩弧焊方法的输出参数（电流）的负反馈控制、送气、高频引弧、滤波和抗干扰等工作。最终在控制电路的作用下，实现氩弧焊接、满足安全性性能检测和认证等要求。下面对相关的功能电路进行一些说明：

本实用新型焊机其它部分功能电路的工作原理简述如下：如附图2所示。L与N端连接到220V/50Hz等供电电源。电源开关K接通电网电源后，焊机通电。前面板上的白色电源指示灯（18）点亮。从电网来的交流电，经过ZLQ整流桥整流后变为脉动直流电。整流后的输出，先经过Q5晶闸管和RT1热敏电阻支路（也称为上电缓冲电路），之后，对EC1和EC2大电解电容（470µF或680µF/400V等）进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310V直流电，输出到后级电路。

附图2中，JDQA继电器会在电源开关K接通，一定延时时间后动作，其触头JDQB闭合或短路RT1热敏电阻和Q5晶闸管。 JDQA继电器的延时是由其控制电路来实现的。EC1和EC2大电解电容（470µF或680µF/400V等）的充电，先经过Q5晶闸管和RT1热敏电阻支路，之后再短接Q5晶闸管和RT1热敏电阻。这样的控制电路称为上电缓冲电路。

也就是说，JDQA继电器的动作时间是滞后于电源开关K合上时刻的。即JDQA继电器及其触头JDQB是延时动作的。当EC1和EC2大电解电容（470µF或680µF/400V等）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。上电缓冲电路主要是防止电源开关K接通瞬间，由于EC1和EC2大电解电容（470µF或680µF/400V等）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K。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。

见附图2和附图4，逆变主电路由电源开关K、整流桥ZLQ、RT1热敏电阻、JR1继电器及其控制电路（含Q1三极管、D4二极管、ZD2稳压管、电阻R50和R70等）、上电缓冲电路（含Q5晶闸管或SCR、Q4三极管、ZD6稳压管、电阻R5和R9等）、EC1和EC2大电解电容（470µF或680µF/400V等）、IGBT2~IGBT3管、快恢复二极管（附图2中）D1和D2、T3或HGQ电流检测环或互感器、逆变主变压器ZB、（附图4中）D1~D4快速恢复二极管等组成。由OUT（+）正极性和OUT（-）负极性输出端输出焊接电流和电压。

EC1和EC2大电解电容（470µF或680µF/400V等）起着滤波的作用。+310V直流电一方面供给逆变主电路。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。ZB逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。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。另一方面，见附图2，+310V直流电供给由T1（含T1A和T1B）开关电源变压器、Q2 MOS管、U1 （3843）PWM脉冲宽度调制器、D21~23、D5~7、D17、D3等快速二极管、U2（7912）、附图3中的2Q2（7815）集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管Z2、Z3和ZD10等器件组成的开关电源电路，产生-15V、+12V、+28V（HF接口输出到附图3中的CN1和CN2高频引弧控制电路部分）、-12V、+15V电源电压。供给相应的控制电路等带电工作。对于开关电源电路部分，由于Q2 MOS管与T1A开关电源变压器的初级绕组，U1 （3843）PWM脉冲宽度调制器，以及它们周围的稳压管、二极管、很多电阻和电容等组成的电路，是属于+310V高压回路的。为确保控制电路的安全，在附图2中，采用了U5 （817）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3843 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UC3843（或TL3843）的相关使用资料或说明。这里不再重复。总之，U1输出的脉冲为一定工作频率的驱动脉冲，可使附图2中的Q2 MOS管处于通断工作状态。在T1的输出电路部分，分别获得-15V、+28V、+12V、-12V、+24V、+15V（附图3中2Q2稳压器的输出）电源电压。供给不同的器件和电路使用。例如，+24V通过FAN1插头供给风扇工作；+12V和-12V电源电压供给运算放大器控制电路等。关于开关电源这部分的工作原理，以上部分只是进行了简单的说明。如果需要了解本电路部分详细的工作情况，涉及到开关电源的很多知识。读者可查询相关的开关电路书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。

本实用新型的开关电源部分的控制电路，具有如下特点：在焊机的输入供电电源电压由额定值220V降低至140V，或高至270V时，开关电源电路仍然可产生稳定的输出电压。这就确保了焊机在140～270V电源电压仍可焊接工作。也就是说，本实用新型焊机具有较强的抗电网电压波动能力。

由上述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6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。

见附图2，IGBT的驱动电路部分由T2驱动变压器（含T2A、T2B、T2C绕组）、Q7~Q8 MOS场效应管、Z4和ZD4~ZD5稳压管、D13~D14二极管，以及它们外围的电阻、电容等组成。2个IGBT，2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CN9-5来自输出特性控制电路（见附图3）中的IC1 PWM脉冲宽度调制芯片的6脚输出端。由于IC1芯片输出的信号驱动功率小，故需要经过驱动功率电路进行放大，再通过T2驱动变压器及其外围的驱动电路去控制2个IGBT的工作状态。IC1脉冲宽度调制（PWM）芯片输出的控制信号是一组方波脉冲信号。方波脉冲信号的频率，是保障IGBT开关工作的重要参数之一。它是通过IC1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。而PWM脉冲宽度调制信号则受焊机的电流调节给定信号Ug和电流负反馈信号Ufi决定。

见附图2和附图3，通过HGQ（或T3）电流检测环或互感器检测到的信号，通过附图3的CN5接口，输入至其后级电路。该电路由电阻R5～R10、二极管D1和D82、电容C8～C9等组成。一旦出现母线过流现象，该信号可关闭IC1 PWM芯片的输出。最终通过CN9接口，控制附图2中驱动电路Q7 MOS管的工作，关闭驱动信号和停止焊机逆变主电路输出，实现过流保护。

附图4中的RF分流器，用于检测焊机的输出电流。通过J4接口，连接至附图3中的CN8接口。由于分流器检测的信号为毫伏级的，因此，通过后级的IC2运算放大器组成的电路进行信号放大，作为输出电流负反馈信号Ufi。连接至输出特性控制电路中的R43电阻的输入端。

见附图3，焊机前面板上的1RP3输出焊接电流调节电位器通过接口连接至电流给定电路。该电路主要由RP1～RP3电位器、IC4A运算放大器及其外围的电阻等组成。通过电流给定电路，由运算放大器IC4A的输出端，即R44的输出端获得电流调节给定信号Ug。电流校正电位器为RP1和RP3，可校正焊机输出的最小和最大电流。通过与给定电位器的配合，校正后可使焊机的输出电流符合铭牌中电流变化范围的要求。RP2输出的信号则可连接焊机的显示控制电路部分。该部分主要由1U2微处理器或单片机及其右边的数码管电流显示表，还有它们外围的很多电阻、电容和三极管等组成。该部分的供电+5V电源，是由+12V通过1U3（7805）稳压器电路来产生的。通过1U2微处理器组成的电路系统，可实现焊机输出电流的数字显示。

见附图3，CN3连接着TIG氩弧焊焊枪开关的控制线。当闭合焊枪开关后，光耦IC7中的二极管发光，其输出级的三极管导通。+12V输入至IC5的11脚。

首先，通过三极管Q3的导通，去控制电磁气阀控制电路。电磁气阀连接至CN4接口。电磁气阀控制电路由IC4B和IC4C运算放大器及其外围的器件组成。1RP2为面板上延时闭气时间调节电位器，它与EC7电容组成RC延时电路。三极管Q3的导通可使IC4C的8脚输出低电平，稳压管Z5击穿，三极管Q4导通，于是连接至CN4接口的电磁气阀动作。使保护气体氩气（Ar）流入焊枪，实现对焊接区的保护。

其次，D13二极管截止；IC5的6脚输出高电平，IC5的12脚输出低电平。光耦IC8中二极管发光，其输出级的三极管导通。使稳压管Z1击穿、稳压，三极管Q5导通。从而使后级的高频引弧电路工作。

见附图3和附图4，高频引弧控制电路由2T1高压包、HF-O引弧（升压）变压器、火花放电器FD、电容2C9～2C11、3Q4 MOS管、2IC2芯片、MOS管2Q1，以及外围的好多器件组成。OUT（+）和OUT（-）是焊机的正、负输出端。HF-O引弧（升压）变压器串联在逆变主电路的输出负极性回路中。当TIG焊焊枪开关闭合时，正如上面所述，三极管Q5导通，可使2IC2芯片产生输出。2IC2芯片的输出会使MOS管2Q1形成间歇式通断。通过2T1高压包的升压作用，会使电容2C9～2C11两端的电压升高。当电压升高到可击穿达火花放电器FD之间的气隙，并形成放电时，电容2C9～2C11与HF-O引弧（升压）变压器的初级绕组构成振荡电路，其产生的振荡高压高频信号经过HF-O引弧（升压）变压器的耦合和再次升压作用，引入到逆变主电路的次级回路或焊接回路。由于此时焊枪中的钨针与工件之间的距离适当，并且有Ar（氩气）保护气体从焊枪中流出，因此可实现氩弧焊的高频引弧，即钨针与工件之间的气隙被高频高压振荡信号击穿，最终引燃电弧，在其它控制电路的作用下，最终按照给定焊接电流的大小形成电弧电流。之后就可以进行正常氩弧焊接操作。

由于有输出电流产生，因此（附图4中）分流器RF检测到信号。该信号通过附图2中的IC2放大电路后，在R48电阻的输入端有电流信号，可使IC3B运算放大器输出高电平。可使D3导通，IC6光耦中二极管发光，其输出级三极管导通，于是Q5三极管截止。2IC2芯片停止输出控制信号，后级的高频引弧电路停止产生高频引弧脉冲。也就是说，进入正常焊接后，高频引弧信号自动停止产生。除非焊接电弧断弧后，才会重复上述控制过程。

按下氩弧焊焊枪开关，如果没有引弧成功，即焊机没有产生输出大电流。则D8和D3是不导通或截止的。通过附图3中的起弧异常电路（含IC5、电阻R53～R54、电容C16等）的作用，延时几秒后，IC5的4脚输出高电平，D15导通。焊机前面板上的保护指示灯1LED1点亮，IC6光耦中二极管发光，其输出级三极管导通，于是Q5三极管截止。2IC2芯片停止输出控制信号，后级的高频引弧电路停止产生高频引弧脉冲。

另一方面，IC5的4脚输出的高电平，通过D15（导通），可使D7二极管导通，稳压管Z3击穿、稳压，其高电平信号可使IC4D运算放大器部分的电路输出低电平，于是可关闭IC1芯片的PWM信号输出。最终停止焊机的输出。

本实用新型的高频引弧控制电路，具有如下特点：可产生较高电压的高频振荡引弧信号。即使是在10米长焊枪焊接电缆和正常的电极与工件之间的间隙条件下，仍然可实现100%高频引弧成功率。此性能明显优于市场上众多的同类产品的引弧性能。

见附图3，热保护检测和控制电路由RM1和RM2热敏电阻、运算放大器IC3C和IC3D及其外围的很多电阻、电容等组成。两个运算放大器部分的形式是一致的。安装RM1和RM2两个热敏电阻时，让它的温度检测面紧贴IGBT的散热器安装。当散热器的温度过高时，对应运算放大器电路的输出会发生翻转，输出高电平信号。通过二极管D4或D5，一方面可使1LED1保护指示灯点亮，关闭高频控制等。另一方面，类似上面的部分，可使D7二极管导通，稳压管Z3击穿、稳压，其高电平信号可使IC4D运算放大器部分的电路输出低电平，关闭IC1芯片的PWM信号输出。最终停止焊机的输出。实现过热保护控制功能。在冷却风机的作用下，当过热现象消除时，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。

见附图3，输出特性控制电路由IC1 PWM脉冲宽度调制芯片、IC4D运算放大器及其外围的电阻（R22、R24）、电容（C13和C14）、二极管D6、稳压管Z4器件组成的。IC4D运算放大器电路部分是典型的比例积分（PI）控制电路。前面已经描述过，焊接电流给定信号Ug通过电阻R44输入到PI控制环节；来自分流器，并经过IC2放大的电流负反馈信号Ufi电阻R45输入到PI控制环节。

本实用新型焊机氩弧焊输出特性的控制过程简述如下：

焊机后面板的开关K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。前面板上的白色电源指示1LED2灯亮，指示焊机带电。

当连接好氩弧焊所需的焊枪、保护气体等必要装置后，即可开始焊接操作。首先，使焊枪钨针与工件间保持适当的距离，通常是几个毫米。当按下焊枪开关后，在控制电路的作用下，电磁气阀DF动作，向焊接区输送保护气体。同时，附图3中的IC1 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，最终使逆变主电路输出空载电压。之后，在高频引弧控制电路的作用下，实现高频非接触式引弧。焊机的输出电流，由操作者调节好的前面板上焊接电流给定电位器信号Ug决定。焊接时，通过分流器RF可检测到逆变主电路的输出电流信号，通过IC2运算放大器电路放大处理，形成电流负反馈信号Ufi。该电流负反馈信号Ufi，会与焊接电流给定信号Ug进行比较。比较后的差值信号，通过附图3中IC4D部分的输出特性控制电路，进行PI（比例和积分）调节控制。其输出的结果控制IC1 PWM芯片的脉冲宽度或占空比输出。通过IGBT的驱动电路，控制逆变主电路中IGBT的通断时间，最终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的下降特性。进一步地说，当焊接电流给定信号Ug不变时，随着焊机电路检测到的负反馈Ufi电流信号增加，并且，达到给定的设定值后，焊接电流给定Ug信号与Ufi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IC1 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。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。如果松开焊枪开关准备不进行焊接时，会使焊机关闭输出。同时，由于1RP2、EC7的延时作用，DF电磁阀会滞后一些时间停止动作，这就实现了氩弧焊的滞后闭气控制。以上的控制过程，也是满足氩弧焊焊接的基本要求。

关于本实用新型焊机的电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：

1）输入滤波抗干扰措施。见附图2，输入滤波电路由滤波电容Ck1～组成Ck3。主要是对来自电网的干扰信号进行滤波，减少或降低干扰信号对本实用新型焊机控制电路工作的不利影响。

2）输出滤波抗干扰措施。见附图4，输出抗干扰滤波电路由R1~R2电阻、CC5电容；R7~R8电阻、CC4电容；D5~D9二极管、CC1~CC3电容、R3~R5电阻等组成。R1~R2电阻和CC5电容的串联电路（可减小电流波形中的毛刺突变信号），主要是防止干扰信号损坏（附图4中）D1~D2快速恢复二极管；R7~R8电阻和CC4电容的串联电路，主要是防止干扰信号损坏（附图4中）D3~D4快速恢复二极管；并联在快速恢复二极管两端的电阻和电容抗干扰电路则可以降低快速恢复二极管整流过程中的尖峰干扰信号。D8、R5和CC3组成的电路是防止输出端的干扰信号损坏焊机控制电路，同时也防止自身的干扰信号对连接于输出端的其它设备的干扰和破坏；D5~D9、R/3~R4和CC1~CC2组成的电路则是进一步防止干扰信号对焊机工作稳定性的破坏，提高焊机的可靠性。

3）集成电路芯片的抗干扰措施。此项措施，主要是在IC2~IC5的电源对地之间设置滤波或去耦电容，见附图3中的最上部部分。这样的做法主要是防止来自开关电源电路的干扰信号对各芯片控制电路产生不良的影响。

4）焊枪开关控制线抗干扰措施。此项措施，主要是把焊枪开关的两根控制线先绞在一起，之后，把两根控制线在一个磁环上绕若干匝或圈数，最后再连接到主控制板CN3的插座上。这样的做法主要是防止来自焊枪开关线的干扰信号对控制电路产生不良的影响。

5）逆变主变输出线的抗干扰措施。此项措施，主要是在逆变主变压器的两根输出线上各套一个磁环。这样的做法主要是防止来自逆变主变输出线的干扰信号对控制电路产生不良的影响。

6）快恢复二极管整流输出板与主控制板之间连接线的抗干扰措施。此项措施，主要是把两根控制线先绞在一起，之后，把两根控制线在一个磁环上绕若干匝或圈数。这样的做法主要是防止来自快恢复二极管整流输出板的干扰信号对主控制电路产生不良的影响。

7）开关电源电路及IGBT逆变控制板与主控制板之间连接线的抗干扰措施。此项措施，主要是把五根控制线先绞在一起，之后，把五根控制线在一个磁环上绕若干匝或圈数。这样的做法主要是防止来自快开关电源电路及IGBT逆变控制板的干扰信号对主控制电路产生不良的影响。

此外，在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。本实用新型的逆变及控制电路等部分相当于被外壳、底板和后面板组成的金属外壳包围。可起到隔离强电磁干扰、限制电磁辐射等作用。

上述措施是保证本实用新型电路制成的焊机产品工作可靠性的一个重要前提。

以上是本实用新型焊机各个电路部分以及氩弧焊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2和附图4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，本实用新型电路有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现焊机氩弧焊方法输出等控制，而且，所设计的控制电路和焊机的整机结构，都是使本实用新型焊机产品符合安全性认证要求，具有良好控制性能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。

此外，本实用新型的电路板之间连接简单，电路板上器件很多是采用自动贴片机和插件机完成加工的，其制作工序和生产工艺大为简化，降低产品重量、生产和运输成本。

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，在不脱离本实用新型构思的前提下，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 (10)

1.一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：包括外壳部分、后面板部分、前面板部分和控制板部分；外壳部分包括外壳提手和底板，后面板部分包括后塑料面板，后塑料面板安装有电源开关、冷却风机、电磁气阀及其进气接口，电源开关控制焊机电源的通或断，冷却风扇位于焊机的后部，冷风从焊机后部的进气孔进行；前面板部分包括塑料前面板，在塑料前面板上安装有：正极性输出快速接头座组件、负极性输出气电一体化接头、氩弧焊焊枪开关线插座、小面板及其上面安装的参数显示及调节控制板；所述的控制板部分设计为五块，分别为开关电源电路及IGBT逆变控制板、快恢复二极管整流输出板、主控制板、高频引弧控制板、参数显示及调节控制板；开关电源电路及IGBT逆变控制板的IGBT和整流输出快恢复二极管的铝散热器采用螺丝固定在塑料绝缘隔离板上，塑料绝缘隔离板则固定在焊机底板上，两个散热器的两边分别是开关电源电路及IGBT逆变控制板、快恢复二极管整流输出板，开关电源电路及IGBT逆变控制板放入护盒中并浇注有胶体物质，该护盒也固定在焊机底板上，通过上述组装方式构成一个整体部分，它靠近后部的冷却风扇，这样就在快恢复二极管整流输出板、开关电源电路及IGBT逆变控制板之间构成了风道。

2.如权利要求1所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：所述的IGBT的管脚都采用管脚护套套入后，再把IGBT焊接到电路板上；所述的开关电源电路及IGBT逆变控制板、主控制板、参数显示及调节控制板均放入各自的护盒中，并浇注环氧灌封料；所述的快恢复二极管整流输出板和高频引弧控制板，表面则采取涂刷绝缘漆。

3.如权利要求2所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：在焊机的中间部分设计有一个支架，在其上方安装有带护盒的主控制板，在支架的中间，则安装逆变主变压器，在支架的下方，则安装有高频引弧控制板，它们作为一个整体，利用支架的螺孔，通过采用螺丝固定在焊机的底板上。

4.如权利要求1所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：所述的控制板部分的控制电路主要包括逆变主电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、高频引弧控制电路、输出特性控制电路和抗干扰和滤波电路。

5.如权利要求4所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：所述的逆变主电路由电源开关、整流桥、热敏电阻、晶闸管、继电器及其控制电路、大电解电容、IGBT管、快恢复二极管和逆变主变压器组成，由正极性和负极性输出端输出焊接电流和电压；继电器会在电源开关接通，一定延时时间后动作，其触头闭合或短路热敏电阻和晶闸管，继电器的延时是由其控制电路来实现的，对大电解电容的充电，先经过晶闸管和热敏电阻支路，之后再短接晶闸管和热敏电阻，实现上电缓冲；大电解电容起着滤波的作用。

6.如权利要求5所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：所述的逆变主电路产生+310V直流电供给由开关电源变压器、MOS管、PWM脉冲宽度调制器、快速二极管、集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管组成的开关电源电路。

7.如权利要求4所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：IGBT驱动电路包括驱动变压器、MOS场效应管、稳压管、二极管以及它们外围的电阻、电容；二个IGBT为二路驱动，每个部分的驱动电路形式是一致的，该部分电路，输入的控制信号来自输出特性控制电路中的PWM脉冲宽度调制芯片的输出，由于PWM脉冲宽度调制芯片输出的信号驱动功率小，需要经过驱动功率电路进行放大，再通过驱动变压器及其外围的驱动电路去控制二个IGBT的工作状态；PWM脉冲宽度调制芯片输出的控制，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，而PWM脉冲宽度调制信号则受焊机的电流给定电路调反馈信号决定。

8.如权利要求4所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：所述的高频引弧控制电路由高压包、引弧变压器、火花放电器、电容、控制芯片、MOS管以及外围的电路组成，引弧变压器串联在逆变主电路的输出负极性回路中，当焊焊枪开关闭合时，可使控制芯片产生输出，控制芯片的输出会使MOS管形成间歇式通断，通过高压包的升压作用，会使电容两端的电压升高，当电压升高到可击穿达火花放电器之间的气隙，并形成放电时，电容与引弧变压器的初级绕组构成振荡电路，其产生的振荡高压高频信号经过引弧变压器的耦合和再次升压作用，引入到逆变主电路的次级回路或焊接回路，此时焊枪中的钨针与工件之间的距离适当，并且有保护气体从焊枪中流出，实现氩弧焊的高频引弧。

9.如权利要求4所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：热保护检测和控制电路由热敏电阻、运算放大器及其外围的很多电阻、电容组成，两个运算放大器部分的形式是一致的，两个热敏电阻的温度检测面紧贴IGBT的散热器安装，当散热器的温度过高时，对应运算放大器电路的输出会发生翻转，输出高电平信号，通过二极管，一方面可使保护指示灯点亮，关闭高频控制，另一方面，可使二极管导通，稳压管击穿、稳压，其高电平信号可使运算放大器部分的电路输出低电平，关闭PWM脉冲宽度调制芯片输出，最终停止焊机的输出，实现过热保护控制功能。

10.如权利要求4所述的一种具有六防和良好引弧性能的逆变氩弧焊机，其特征在于：所述的输出特性控制电路由PWM脉冲宽度调制芯片、运算放大器及其外围的电阻、电容、二极管、稳压管组成，运算放大器电路部分是典型的比例积分控制电路，焊接电流给定信号通过电阻输入到控制环节；来自分流器，并经过运算放大器放大的电流负反馈信号输入到控制环节。