CN206824793U - 一种迷你型逆变手弧焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种迷你型逆变手弧焊机，内部的控制电路板设计为三个部分，一是功率板，其布局的电路主要是由整流桥、电解电容、IGBT和二极管、主变压器、电流检测互感器、输出整流等组成的单端正激逆变电路，以及散热器和部分元器件；二是电源板，主要包括上电缓冲、开关电源和IGBT驱动电路；三是控制板，主要包括PWM输出特性控制、空载电压限制、过流和过热保护、长时间输出短路保护电路，设计为三块电路板的目的，不仅是考虑焊机的尺寸和重量，同时还考虑运输和售后维护的成本因素，具有设计合理，维修方便，稳定可靠的特点。

Description

一种迷你型逆变手弧焊机

技术领域

本实用新型涉及一种迷你型逆变手弧焊机，属于逆变焊机技术领域。

技术背景

手工电弧焊机的销售量很大，应用范围较广。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会完全不同。这些都会影响产品的性能、可靠性、生产效率和运输成本等，最终影响产品的市场竞争力。

目前，国内外市场上，IGBT管逆变式手工电弧焊机的额定电流通常在80~200A（负载持续率100~20%）的水平。对此类焊机产品来说，如何实现小尺寸、低重量条件下，大电流和高负载持续率输出是设计人员一直追求的目标。小尺寸、低重量可降低成本（包括生产制造和运输的成本），在相同的额定电流和负载持续率下，可提升产品的市场竞争力。这就是追求迷你型设计的动力。

此外，焊机电路的设计还决定着产品的焊接性能，如果设计不好，还会出现如下一些问题：1）电路板设计不合理，造成维修费用高。2）产品尺寸和重量过大，增加制造成本；3）防尘性能不好，导致焊机工作可靠性降低。逆变焊机长期使用后，工作现场的一些含导电性金属粉尘会吸附到IGBT管等器件引脚之间、控制电路板上，导致爬电距离减小、器件和控制电路失效；4）抗网压波动能力差。例如，当供电电网的输入电源电压较低，如180VAC以下时，即使是采用较细的电焊条，焊机也无法进行正常焊接；这就使焊机的应用范围受到了一定的限制；5）控制电路工作可靠性不高，容易造成故障，提高了焊机的返修率。因此，如何在低成本的前提下，解决好上述问题，开发出结构和性能好、可靠性高的焊机，是本实用新型解决的问题和目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种迷你型逆变手弧焊机，内部的控制电路板设计为三个部分，一是功率板，其布局的电路主要是由整流桥、电解电容、IGBT和二极管、主变压器、电流检测互感器、输出整流等组成的单端正激逆变电路，以及散热器和部分元器件；二是电源板，主要包括上电缓冲、开关电源和IGBT驱动电路；三是控制板，主要包括PWM输出特性控制、空载电压限制、过流和过热保护、长时间输出短路保护电路，设计为三块电路板的目的，不仅是考虑焊机的尺寸和重量，同时还考虑运输和售后维护的成本因素，具有设计合理，维修方便，稳定可靠的特点。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种迷你型逆变手弧焊机，包括外部部分和内部的机芯部分，内部的机芯部分包括三块电路板及其板上的电子元器件、输出滤波电抗器、热保护器；三块控制电路板分别是功率板、控制板和电源板；所述的功率板上设置单端正激逆变主电路，单端正激逆变主电路包括单相输入整流桥、电解电容滤波、二个IGBT管和快恢复二极管及逆变主变压器、电流互感器以及输出整流二极管，也包括散热器I、散热器II和输出快恢二极管的散热器部分；二个IGBT的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到功率板上；二个快恢复二极管、整流桥、逆变主变压器、电流互感器、输出整流二极管也焊接到功率板上；

电源板上设置有包括开关电源电路、上电缓冲控制电路和IGBT驱动控制电路，上电缓冲控制电路、开关电源电路和IGBT驱动控制电路通过三个长支柱固定安装在功率板的散热器I 和散热器II上；

所述的控制板上包括继电器、开关电源变压器和驱动变压器；电源板上的电缓冲控制电路、开关电源电路和IGBT驱动控制板的安装方向是与控制板上的继电器、开关电源变压器和驱动变压器均面向功率板的散热器I 和散热器II ；

功率板与电源板部分的电路板之间还通过一些带插头的连接导线把两块电路板连接在一起，输出滤波电抗器的一端连接到焊机的正极输出快速接头，另外一端与快恢散热器连接；热保护器紧贴散热器的表面安装，其控制线与相应的电路部分连接，通过热保护器，可检测散热器的温度，与过热保护电路一起，完成过热保护控制功能；通过上述组装、连接方式，使它们构成一个整体机芯部分。

所述的外部部分包括外壳部分、前面板部分和后面板部分；

外壳部分包括外盖、底板、背带；

前面板部分的前面板上设置有正极输出快速接头、负极输出快速接头、控制板，控制板上的电源指示灯及热保护指示灯、电流调节电位器旋钮，控制板的电路板板上，布置有PWM脉宽调制芯片、一个四运算放大器、电源指示灯、热保护指示灯、电流调节电位器以及电阻和电容、稳压管和二极管，实现PWM输出特性控制、空载电压限制、过流和过热保护、长时间输出短路保护电路。

所述的上述三块电路板中，功率板的尺寸是最大的为125×106mm，电源板的尺寸是105×40mm，控制板的尺寸是最小的，为65×30mm，三块电路板都是双面板；上述三块电路板，还可分别为它们设计一个护盒，把电路板放入护盒中，并浇注环氧灌封料；三块控制板通过一些插头连接在一起，再外加上机壳、风扇，共同组成本实用新型的焊机。

后面板部分包括供电电源线及其拉不脱和冷却风扇，冷却风扇使冷风从焊机后面板的进气孔进入，使焊机内部的一些发热器件和零部件有良好的冷却效果。

本实用新型，通过配置大风量、高速（4000～5500rpm/min ）直流冷却风扇，利用良好的“风道”来改善发热功率关键零部件的冷却效率，提高了大电流（如120~150A）输出时的负载持续率（120A时，可达40%），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、逆变变压器等零部件的故障率；通过采用新型控制电路的设计来解决抗网压波动能力差和可靠性的问题。在新的控制电路作用下，当电网输入电源电压较低，如130VAC时，采用细的电焊条，焊机也可进行正常焊接；如果电源电压升高不超过270VAC，都不会影响焊机焊接性能。这就提高了焊机的抗网压波动能力，扩大了焊机的应用范围，提高了电弧稳定性。多种保护电路，提高了焊机的可靠性。

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。例如，改变IGBT器件的电流等级；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80A/23.2V（40%负载持续率，下同）、140A/25.6V（27%）、150A/26V（20%）等系列产品。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。本实用新型焊机的电路原理、电路板和整机结构设计有自己的独特之处。这也是申请本专利保护的根本目的所在。

附图说明

图1是本实用新型手弧焊机的分解结构示意图；

图2是本实用新型手弧焊机机芯部分的结构示意图；

图3是本实用新型手弧焊机三块电路板之间的接线图；

图4是本实用新型手弧焊机功率板电路原理图；

图5是本实用新型手弧焊机电源板电路原理图；

图6是本实用新型手弧焊机电源板的元器件布局图；

图7是本实用新型焊机控制板的电路原理；

图8是本实用新型焊机控制板的元器件布局图；

附图中名部件的名称如下：1、冷却风扇；2、整流桥；3、继电器；4、开关电源变压器；5、驱动变压器；6、电源板；7、快恢复二极管；8、散热器II；9、功率板；10、电流检测互感器；11、逆变主变压器；12、输出快恢复二极管散热器；13、塑料支撑脚；14、输出快恢复二极管；15、输出滤波电抗器；16、电解电容；17、IGBT及其管脚护套；18、散热器I；19、电源线及其拉不脱；20、机箱底板；21、控制板；22、电流调节电位器及旋钮；23、热保护指示灯；24、电源指示灯；25、负极输出快速接头；26、正极输出快速接头；27、机箱外盖；28、背带。

具体实施方式

如图1-8所示，本实用新型主要组成部分包括：

1）前面板部分。主要有正极输出快速接头26、负极输出快速接头25、控制板21。控制板21安装在机壳底板20的前面板上。控制板21上的电源指示灯24及热保护指示灯23、电流调节电位器旋钮22等，控制板21的特征在于：在控制板上，布置有UC3842 PWM脉宽调制芯片、一个四运算放大器、电源指示灯、热保护指示灯、电流调节电位器，以及一些电阻和电容、稳压管和二极管等。按照控制电路功能区分，可分为UC3842 PWM输出特性控制、空载电压限制、过流和过热保护、长时间输出短路保护电路。

2）后面板部分。主要有供电电源线及其拉不脱19、冷却风扇1等。冷风从焊机后部的进气孔进入，可使焊机内部的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。

3）外壳部分包括外盖27、底板20和背带28。

4）内部的机芯部分，主要包括三块电路板及其板上的电子元器件和零部件，三块电路板分别是功率板、控制板和电源板，当然还有输出滤波电抗器15、热保护器和一些电路之间的连接导线。

功率板9部分的特征在于：其电路主要是单端正激逆变主电路，包括单相输入整流桥2、电解电容滤波16、二个IGBT管17和快恢复二极管7及逆变主变压器11、电流互感器10等组成的单端正激逆变电路，以及输出整流二极管14等电路器件部分。当然，还包括散热器I18、散热器II 8和输出快恢二极管的散热器12部分，二个IGBT 17的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到功率板9上。二个快恢复二极管7、整流桥2、逆变主变压器11、电流互感器10、输出整流二极管14也焊接到功率板9上。其中，二个IGBT 17、二个快恢复二极管7、整流桥2和输出整流二极管14这些器件的散热面还涂抹导热硅脂后采用它们的螺丝固定在附图1和附图2中它们对应的散热器上。塑料支撑脚13则采用螺丝固定在散热器12上，并且，在安装机芯的时候，还用螺丝把它与机箱底板20固定，起到支持机芯、绝缘的作用。为了保证二个IGBT 17、快恢复二极管7、整流桥2、逆变主变压器11和输出整流二极管14，以及三个散热器有较好的散热条件，还采用一块薄的塑料板（特别说明：在附图1和附图2中，没有表达出这个塑料板）紧贴在三个散热器的上表面利用下面提到的三个长支柱螺丝固定。这样，在该塑料板与功率板9之间也就形成了良好的“风道”。在冷却风扇1的作用下，这个“风道”的存在，可使上述IGBT等发热器件得到较好的冷却，对保障焊机的高负载持续率工作是起到了较好的作用。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。此外，在功率板9的焊接面，还焊装有少量的电子元器件。

电源板6包括上电缓冲、开关电源和驱动控制部分电路部分的特征在于：按照其控制功能区分，电路可分为开关电源电路、上电缓冲控制电路、IGBT驱动控制电路等。包括该电路板上的继电器3、开关电源变压器4和驱动变压器5等很多的电路器件。电源板6通过三个长支柱特别说明：在附图1和附图2中，没有表达出这三个支柱固定安装在功率板9的散热器I 18和散热器II 8上。电源板6的安装方向是：该控制板上的继电器3、开关电源变压器4和驱动变压器5均面向功率板9的散热器I 18和散热器II 8，在电源板6上，除了元件面焊装有上述器件或零部件外，在该板的焊接面上还焊装有大量的电子元器件。

功率板9与电源板6之间还通过一些带插头的连接导线把两块电路板的电路按照电路原理图关系连接在一起。输出滤波电抗器15的一端连接到焊机的正极输出快速接头26，另外一端与快恢散热器12连接；热保护器紧贴散热器的表面安装，其控制线与相应的电路部分连接。通过热保护器，可检测散热器的温度。与过热保护电路一起，完成过热保护控制功能。

通过上述组装、连接方式，使它们构成一个整体机芯部分。以上机芯部分，再外加上机壳、风扇、前面板等部分，共同组成本实用新型的焊机。

上述三块电路板中，功率板9的尺寸是最大的，为125×106mm。该电路板上的易损件是IGBT；电源板6的尺寸是105×40mm。该电路板是的易损件是IGBT的驱动电路部分的器件；控制板21的尺寸是最小的，为65×30mm。三块电路板都是双面板。众所周知，逆变焊机工作的时候，受各种因素的影响，少量的焊机会出现IGBT炸管或损坏的情况。在这个情况下，往往伴随着IGBT的驱动电路部分的器件也会损坏。维修时，IGBT的更换操作是很简单的，而其驱动电路部分，采用的是大量贴片器件。哪些元器件坏了，对懂技术的人员来说，相对简单一些。但是，对不懂的人来说，要维修好驱动部分的电路，往往受检测等手段的限制，难以实现。因此，整个更换电源板6可能是比较好的选择。试想：如果把功率板9与电源板6设计为一块大电路板，如果1）IGBT炸管很严重，烧坏了电路板，导致该电路板制造厂家根本无法维修，只能彻底更换整个电路板，那厂家维修的成本是相当于高的；2）IGBT炸管或损坏不是很严重，用户或经销商或维修人员可以更换IGBT，但他们维修不了IGBT的驱动电路等部分，仍然需要更换整个电路板。同样会使制造厂家维修的成本是相当于高。这还不包括产品返修包装、运输等成本。由此可见，把电路板设计为三块，对于今后产品的维护是有很多好处的。这也是本实用新型电路板设计为三块的原因。

针对上述三块控制板，还可分别为它们设计一个护盒，把电路板放入护盒中，并浇注环氧灌封料。通过上述方式可解决焊机的防尘、防水、防霉、防腐蚀、防潮、防振性能问题。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管等器件引脚之间；水和湿气等进入控制电路板上。不会导致爬电距离减小。器件和控制电路不容易失效。这就一定程度上可提高焊机工作可靠性。

本实用新型焊机，电路板之间的控制连接线少，不仅制作工序和生产工艺简单，而且电路板还占据空间小，使整机尺寸小、重量轻。焊机最大外形尺寸为220×120×135mm，重量只有2.3kg。这就降低了产品生产和运输成本，提高了产品市场竞争力。

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、手工焊方法的逆变电路输出参数（电流、电压）控制、保护控制等工作。最终在控制电路的作用下，实现手工电弧焊的各项控制要求。

见附图6，电源板的元器件布局设计在该板的元件面和焊接面，也就是说，双面都有元器件。在其焊接面上，设计有一些贴片器件，如Q6 （AO4606）、光耦U5、电阻R1～R2和R59～R66、电容C1～C3和C20～C21、稳压管Z2～Z3和ZD2及TVS1、二极管D6～D9和D28、三极管Q3～Q4等。这些贴片器件利用SMT工艺焊接加工。在其元件面上，主要是一些大尺寸的元器件和零部件，如MC驱动变压器；JDQ继电器和RT1 PTC热敏器件；开关电源变压器B3；开关电源控制芯片U10；电解电容EC3～EC5、C17、C19和C32；过热保护器件连接插座RT、风扇接口插座FAN、插座KZ等八个连接插座。通过这些插座，与其它电路板和零部件（如风扇、过热保护器）进行电路连接。电路板的设计原理图见附图5所示。

见附图8，控制板的元器件也布局设计在该板的元件面和焊接面。在其焊接面，有电流调节电位器RP1、过热D1和电源D2指示灯。其余的电子元器件，除了电解电容C8、插座CN1（与电源板的插座KZ连接）和微调电位器VR2外，都采用贴片器件，并利用SMT工艺焊接在其元件面上。电路板的设计原理图见附图7所示。

根据上述设计说明可见，由于大量器件采用了先进的SMT工艺加工，因此，电路板的生产效率高，一次性合格率几乎可高达100%。这就可降低生产的成本。提升了产品的市场竞争力。

本实用新型焊机上述各部分电路的工作原理简述如下：见附图4和附图5所示，焊机通电后，从电网J2和J3来的电网交流电，先经过BG1整流桥2整流后变为脉动直流电。由J1端子对地之间输出。通过附图5中电源板6上的继电器JDQA 3的触头JDQB的导通，再经RT1热敏电阻，之后，对EC1~EC2电解电容（680µF/400V）16进行充电。EC1~EC2电解电容上的电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310V直流电。EC1~EC2电解电容起到滤波的作用。+310V直流电一方面供给由IGBT1、IGBT2管17、D1~D2快速恢复二极管、T2逆变主变压器、T3初级母线电流检测互感器、D3～D5输出快速恢复整流二极管等组成的单端正激逆变主电路。其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。T2逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。D3~D5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OUT+对地之间输出供给焊接回路。另一方面，通过插头的连通，来自J1对地端子的+310V电源还供给由B3开关电源变压器4（有四个绕组，分别是N1、N2、N3、N4。N1（B3A）是初级绕组，其它的（B3B、B3C）是次级绕组）、TVS1和Z2~Z3稳压管、D16~D17和D21~D23二极管、U10开关电源控制芯片（TOP264VG），以及它们周围的电阻（R1、R2等）、电容（EC3~EC4、C3、C34、C19~C21等）等器件组成的开关电源电路，产生+12V、+15V、-12V电源电压，供给其它的控制电路等带电工作。由于B3开关电源变压器4的初级绕组N1，以及它们周围的TVS1稳压管、D16二极管等组成的电路，是连接至+310V的，属于高压回路。为确保控制电路的安全，采用了U5 EL817光电耦合器进行隔离。开关电源的核心控制芯片是U10，即TOP264VG芯片。关于开关电源这部分电路的工作原理，要进一步详细了解的话，需要去了解开关电源和TOP264VG开关电源控制芯片的相关工作原理和知识。介于篇幅的关系，这里仅仅是作了一个简要的说明。总之，开关电源控制电路部分，可在B3的2个电压输出电路部分，分别获得+12V、+15V、-12V电源电压。供给其它不同的器件和电路使用。例如，+12V供给风扇FAN；+15V供给驱动控制电路和控制板电路等。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3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。

本实用新型开关电源电路，有如下的优点：在电网电压波动的情况下，即使是在130VAC~270VAC电压波动范围，开关电源电路仍然能够产生稳定的+12V、+15V、-12V电源电压。这就可以保证焊机其它控制电路的正常工作。实验表明：在本实用新型的控制电路作用下，当电网输入电源电压较低，如130VAC时，即使是采用细的电焊条，焊机也可进行正常焊接；如果电源电压升高不超过270VAC，都不会影响焊机焊接性能。这就提高了焊机的抗网压波动能力，扩大了焊机的应用范围。这就较好解决了“抗网压波动能力差”的问题。

附图5中，JDQA继电器的动作时间是滞后于电源开关合上时刻的。即JDQA继电器是延时动作的。当EC1~EC2电解电容上的充电电压稳定后，该继电器才动作，其触头JDQB闭合RT1热敏电阻的支路，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。上电缓冲电路主要是由继电器JDQA、三极管Q2，以及这些器件外围的一些电阻（如R50、R70等）、稳压管（如ZD2）、二极管（如D28）和电解电容C32等组成。主要是防止电源开关接通瞬间，由于EC1~EC2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。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间串入RT1热敏电阻的方法来限制浪涌电流的。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5中，MC驱动变压器（分为初级MCA，次级MCB和MCC）及其外围的D6～D9二极管，电阻R59~R66、稳压管ZD4~ZD5、三极管Q3和Q6、MCA左边的芯片Q6（AO4606）及其外围器件等组成IGBT1和IGBT2的驱动电路。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，输入的控制信号通过控制插头KZ的6、5、4端分别对应连接至附图7中的IC1芯片（UC3842）输出的1、2、3端。由于附图7中的IC1芯片（UC3842）输出的信号，驱动功率小，故需要经过IGBT的驱动控制电路进行放大，再通过MC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。附图5中，驱动电路输入的控制信号是由附图7中的IC1脉冲宽度调制（PWM）芯片（UC3842）输出的控制信号。这些信号是一组方波脉冲信号。方波脉冲信号有一个固定的频率。是保障IGBT开关工作的重要参数之一。该时间是通过IC1芯片（UC3842）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IC1芯片（UC3842）的相关使用资料或说明。介于篇幅的关系，这里不再重复说明。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7是本实用新型焊机的控制板电路原理图。附图7中，IC1芯片（UC3842）是PWM脉冲宽度控制芯片；U2是四运算放大器芯片。附图7中，左边的“4”连接至附图5中KZ插头的3，即IF端子，实际上就是连接至逆变主电路中逆变主变压器的初级电流互感器T3输出端。通过该互感器，可检测逆变主变压器的初级电流，获得焊机输出控制所需要的电流反馈控制信号Ufi。附图7中的“5”连接至附图5中KZ插头的2，即RT热敏电阻的端子，实际上就是连接至过热保护控制电路部分。RT过热保护器安装在功率板上IGBT的铝散热器上。

附图5中KZ的插头KZ-1，还连接至焊机的输出端OUT（+），以采样焊机的输出电压反馈信号，实际上就是连接至附图7中的“6”。D1（黄色）为过热保护指示灯，D2为电源指示灯，安装在焊机前面板上。当焊机控制电路产生+15V后，D2电源指示灯点亮，指示焊机带电工作。+5V电源电压来自IC1（UC3842）的8脚，是由该芯片的内部参考电源（Vre）输出的电压。可供给相关的电路使用。RP1是焊机的电流调节电位器。VR2是焊机输出电流的校正调节电位器。U2A运算放大器及其外围器件组成控制电路。由附图7可见，RP1电流调节电位器给出的Ug电流给定信号通过R15输入到运算放大器控制电路的输入一端；电流互感器T3检测到的信号，通过D9等整流变换后，获得输出电流控制的负反馈Ufi信号。该电流负反馈Ufi信号则通过R10、D12等输入到运算放大器控制电路的另一输入端，与Ug电流给定信号进行比较。之后，经过控制环节，U2A运算放大器输出的Uk控制信号决定着IC1（UC3842）芯片输出的PWM脉冲信号的时间宽度。当Ug电流给定信号和电流负反馈Ufi信号发生变化时，就会使PWM脉冲信号的时间宽度发生改变，最终通过逆变主电路，实现焊机输出电压和电流的变化，以满足手工电弧焊接的性能控制要求。

附图7中，“5”对“地”之间是连接过热保护器RT的。热保护器RT紧贴IGBT散热器安装。在焊机输出过程中，当IGBT散热器发生过热现象时，或者当焊机内部的热保护器RT发生大的状态变化时，U2C运算放大器的输出状态发生变化，一方面使D1过热保护指示灯（黄色）点亮，另一方面使三极管Q3导通，限制电流给定信号。控制电路会关闭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。在冷却风扇的作用下，当IGBT散热器的温度下降到一定程度后，或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。

附图7中，“6”对“地”之间是采样焊机输出电压反馈信号的。在焊机使用过程中，如果出现电焊条与被焊工件之间长时间短路或输出短路现象时，“6”对“地”之间的电压是很低的。U2B运算放大器是一个电压比较器。它的同相输入端通过R23是连接+5V的。此时，由于“6”对“地”之间的电压小于+5V，因此，U2B运算放大器的输出U2B-7为高电平，因此，三极管Q3导通，限制电流给定信号。控制电路会关闭PWM芯片的脉冲输出，使焊机停止输出电流。焊接过程中（通常只有几个毫秒的）正常瞬时短路是不会引起上述控制过程的，主要原因是电解电容C8的存在。只有出现长时间的非正常短路，才会限制输出电流。如果“6”对“地”之间的电压是很高的，则会击穿稳压管Z1，使Z1稳压。于是，R3电阻上有较高电压，三极管Q5会导通。会把IC1（UC3842）的“1”脚电平拉低。这样，IC1（UC3845）芯片输出的PWM脉冲信号关闭。这样，也就控制了焊机的输出电压。以上就是空载电压限制和长时间短路保护电路的工作原理。

附图7中，“4”对“地”之间是采样焊机输出电压反馈信号的。如果检测到的反馈电流信号出现过流现象，会使U2A运算放大器输出低电平，通过二极管D10的箝位作用，同样会把IC1（UC3842）的“1”脚电平拉低。这样，IC1（UC3845）芯片输出的PWM脉冲信号关闭。这样，也就实现了焊机的过流保护。

本实用新型焊机手工电弧焊输出特性的简要控制过程简述如下：

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IGBT处于交替导通状态，最终使单端正激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T3电流互感器，可检测到输出电流信号。经过信号处理，并以此作为电流负反馈控制Ufi信号，与焊接电流给定Ug信号进行比较。比较后的差值信号，进行运算放大器UA2电路控制调节，再输入到焊机输出PWM控制电路，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满足手工电弧焊接的要求。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，通过运算放大器UA2电路控制后，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Ug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。当电压下降到一定数值以下时，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Ug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。

本实用新型焊机的上述控制电路，通过实际性能测试，性能良好。即使是没有受过焊接培训的非专业人员操作焊机进行手工电弧焊接，在其操作手法差、电弧长度忽长忽短的情况下，只要电弧长度拉长不超过5mm以上范围，焊接电弧仍然稳定。不容易出现电弧熄灭或断弧现象。这就提高了电弧稳定性。解决了“拉弧性能不好易断弧”的问题。

以上是本实用新型焊机各个电路板部分的简要控制过程说明。由于本实用新型已经给出了附图1~附图8的详细结构设计和电路原理图及各电路板的元器件布局设计图，因此，对于有焊机结构和电路阅读能力（或具备相关知识）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。不仅实现了焊机的手工焊方法输出等控制，而且，所设计的控制电路，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 (3)

1.一种迷你型逆变手弧焊机，包括外部部分和内部的机芯部分，内部的机芯部分包括三块电路板及其板上的电子元器件、输出滤波电抗器、热保护器；三块控制电路板分别是功率板、控制板和电源板；所述的功率板上设置单端正激逆变主电路，单端正激逆变主电路包括单相输入整流桥、电解电容滤波、二个IGBT管和快恢复二极管及逆变主变压器、电流互感器以及输出整流二极管，也包括散热器I、散热器II和输出快恢二极管的散热器部分；二个IGBT的管脚都采用管脚护套套入后，再焊接到功率板上；二个快恢复二极管、整流桥、逆变主变压器、电流互感器、输出整流二极管也焊接到功率板上；

电源板上设置有包括开关电源电路、上电缓冲控制电路和IGBT驱动控制电路，上电缓冲控制电路、开关电源电路和IGBT驱动控制电路通过三个长支柱固定安装在功率板的散热器I 和散热器II上；

所述的控制板上包括继电器、开关电源变压器和驱动变压器；电源板上的电缓冲控制电路、开关电源电路和IGBT驱动控制板的安装方向是与控制板上的继电器、开关电源变压器和驱动变压器均面向功率板的散热器I 和散热器II ；

功率板与电源板部分的电路板之间还通过一些带插头的连接导线把两块电路板连接在一起，输出滤波电抗器的一端连接到焊机的正极输出快速接头，另外一端与快恢散热器连接；热保护器紧贴散热器的表面安装，其控制线与相应的电路部分连接，通过热保护器，可检测散热器的温度，与过热保护电路一起，完成过热保护控制功能；通过上述组装、连接方式，使它们构成一个整体机芯部分。

2.如权利要求1所述的一种迷你型逆变手弧焊机，其特征在于：所述的外部部分包括外壳部分、前面板部分和后面板部分；

外壳部分包括外盖、底板、背带；

前面板部分的前面板上设置有正极输出快速接头、负极输出快速接头、控制板，控制板上的电源指示灯及热保护指示灯、电流调节电位器旋钮，控制板的电路板板上，布置有PWM脉宽调制芯片、一个四运算放大器、电源指示灯、热保护指示灯、电流调节电位器以及电阻和电容、稳压管和二极管，实现PWM输出特性控制、空载电压限制、过流和过热保护、长时间输出短路保护电路。

3.如权利要求2所述的一种迷你型逆变手弧焊机，其特征在于：所述的上述三块电路板中，功率板的尺寸是最大的，为125×106mm，电源板的尺寸是105×40mm，控制板的尺寸是最小的，为65×30mm，三块电路板都是双面板；上述三块电路板，还可分别为它们设计一个护盒，把电路板放入护盒中，并浇注环氧灌封料；三块控制板通过一些插头连接在一起，再外加上机壳、风扇，共同组成焊机。