CN209491430U - 一种逆变多功能焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种逆变多功能焊机，其主要特征为前控制板上设有手工焊、气保焊、检气、收弧无、收弧有、初期有、药芯和实芯焊丝、三种焊丝直径，初期、焊接、收弧的选择按键及其它们的指示灯；电流、电压调节编码器；电源、过热和网压异常指示灯；焊接程序的通道号、电流和电压显示；通道、存储、调用选择按键等部分，内部设计为上、下二层，上层设有输入滤波板、前控制板、控制变压器、输入滤波共模电感、主控制板、驱动板等零部件，下层设有IGBT、整流桥、滤波电感、电解电容、快恢复二极管、散热器、饱和谐振电感、谐振电容、冷却风机、主变压器、输出电抗器等零部件，焊机控制系统采用了微处理器为核心的控制电路，可满足三种焊接方法的使用要求。

Description

一种逆变多功能焊机

技术领域

本实用新型涉及一种逆变多功能焊机，于逆变焊机技术领域。

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电路及其功能和结构设计等方面。

国内外市场上，IGBT管逆变式MIG/MAG气体保护焊机的额定电流通常在140~630A（负载持续率100~35%）的水平。大多数的此类焊机产品控制技术相对落后、性能相对差一些，其应用范围会受到一定的限制。

对于多功能的数字化先进控制技术的焊机，即还可采用手工电弧焊、碳弧气刨功能的数字化气体保护焊机，由于其适应性更强，性能更好，因而其应用的范围会更广。产品销售会更加有市场竞争力。此类焊接电源，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。市场上虽然也有采用数字化控制的多功能焊机，但其技术特征、性能、开发和制作的成本，以及销售的价格，产品的市场竞争力等都会有差异。因此，如何在低成本和高性能要求的前提下，开发多功能的数字化焊接电源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

本实用新型的目的是提供一种逆变多功能焊机，具有手工电弧焊、碳弧气刨和MIG/MAG气体保护焊三种焊接方法的功能。

另外本实用新型焊接电源，具有与外部送丝机构连接的控制线插座，可与市场上的常用送丝机构进行连接，实现气保焊功能。

本实用新型焊接电源，手工电弧焊时两组输出快速接头组件用于分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆。连接时的极性可根据电焊条的种类和要求决定连接的方式；碳弧气刨时两组输出快速接头组件用于分别连接气刨钳电缆和工件夹电缆；气保焊时，送丝机构的控制线与前面板上的插座对应连接起来，送丝机构是一个通用部件，其控制盒上有气保焊时的焊接电流和电压调节电位器，还有用于焊丝安装的点动送丝按钮；焊枪则与送丝机构的接口连接，送丝机构的焊接电缆与焊接电源的连接，取决于极性方式，连接方式分为反接和正极性连接，取决于气保焊焊丝的种类和焊接工艺的要求；一般情况下是采用反接，即电源的负极性输出快速接头连接于工件，而送丝机构的MIG/MAG焊枪则连接至焊接电源的正极性输出端。

为实现上述目的采用以下技术方案：

一种逆变多功能焊机，包括以下组成部分：

外壳部分，外壳部分包括提手、机器上盖、机箱后板、机箱前面板、机箱左侧板、机箱右侧板、底板。

后面板部分，后面板部分安装的零部件主要有：电源开关或断路器及其安装固定支架、供电电源线输入接线端子及其防护罩、冷却风机、36VAC输出气瓶供电电源插座（用于保护气体流量计的供电）等部分零部件。电源线通过输入接线端子连接到供电电网。电源开关或断路器28控制输入电源的通或断。冷却风机对焊接电源内部的一些零部件进行强迫风冷。冷却风机安装在电源的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进入，可使焊接电源内部的一些发热器件或零部件，如IGBT及其散热器、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，有利于保障内部电路工作的可靠性，也是本实用新型焊接电源实现较大电流和高负载持续率的重要原因之一。

前面板部分，前面板部分安装有：电流检测霍尔传感器、负极性输出端子或快速接头组件、正极性输出端子或快速接头组件、用于送丝机控制线连接的六芯航空插件或插座、前面板或前控制板组件等零部件。在前控制面板上设有手工焊和气保焊转换按键，以及它们的指示灯；“检气”按键及其指示灯；气保焊的“收弧无”、“收弧有”和“初期有”选择按键，以及它们的指示灯。“收弧无”方式是指按下焊枪开关，开始焊接。松开焊枪开关，则结束焊接操作。“收弧有”方式是指按下焊枪开关，开始焊接。松开焊枪开关，继续进行焊接。再次按下焊枪开关，开始进行收弧阶段焊接控制，直到松开焊枪开关结束焊接操作；气保焊的焊丝材质，即“药芯”、“实芯”焊丝选择按键，以及它们的指示灯；三种焊丝直径选择按键，以及它们的指示灯；“初期”、“焊接”和“收弧”三个焊接过程阶段的参数设定或选择按键，以及它们的指示灯；电流和电压编码器及调节旋钮；电源指示灯、过热指示灯和网压异常指示灯；焊接程序的“通道”号数码管显示器、“通道选择”、“存储”、“调用”选择按键；电流和电压数码管显示器等电路器件部分。在微处理器控制系统的作用下，还可使附图4中的电流、电压显示数码管按照设定的控制要求显示预置或实际焊接等状态时的参数。使附图4中的通道数码管按照设定的控制要求显示焊接程序或规范的编号。

控制面板比较直观，用户容易理解和操作。例如，焊机通电后，电源指示灯点亮。如果不进行气保焊，要进行手工电弧焊，则在连接好电焊钳和工件焊接电缆后，可按下焊接方法选择按键，选择“手工焊”。同时，对应的手工焊指示灯点亮。此时，通过调节电流编码器，选择好焊接电流，即可进行焊接。如要进行碳弧气刨，则须在连接好碳弧气刨钳和工件焊接电缆后，可选择“手工焊”。此时，对应的手工焊指示灯点亮。通过电流编码器选择好焊接电流，即可进行碳弧气刨作业。如果是要进行气保焊操作，则须在连接好送丝机构和工件焊接电缆后，可选择“气保焊”。此时，对应的气保焊指示灯点亮。相对于手工焊和碳弧气刨来说，选择操作项和要设定的参数要多。例如，需要根据焊丝的材质，选择对应的实芯或药芯焊丝；需要根据焊丝的实际直径选择对应的焊丝直径；需要根据焊枪开关的操作方式，按功能切换按键，选择“收弧无”或“收弧有”；若是通过按功能切换按键，选择“初期有”，则通过按“初期”按键，再利用电流和电压调节编码器即可设定焊接开始阶段的起弧电流和电压。如果是在气保焊下持续按“初期”按键5秒以上，则焊机进入“一元化”调节状态，即只要调节一个焊接参数，其它的焊接参数随之自动改变。在选择“初期有”或者“收弧有”的情况下，方可点亮收弧指示灯。当点亮收弧指示灯时，可利用电流和电压调节编码器设定焊接收弧阶段的收弧电流和电压。在选择“焊接”的情况下，可点亮焊接指示灯。当点亮焊接指示灯时，可利用送丝机构控制盒面板上的电流和电压调节电位器设定焊接阶段的焊接电流和电压。当焊机工作过程中出现过热现象时，过热指示灯会点亮。须检查焊机的冷却风扇是否运转正常，有无环境温度的现象。若没有，则是正常焊接过程中机内温度过高引起的过热。此时，焊机停止焊接工作一段时间，待风扇冷却一定时间后，过热现象会自动消除。当网压异常指示灯点亮时，可能是出现了供电电源过压或欠压，或者缺相故障。需要检查，直到排除故障方可进行操作。通道号会显示0～9的数字，可代表10组焊接程序。按通道选择按键，可在0～9之间顺序循环改变。按“调用”按键，可直接选择数字对应的焊接程序或规范参数。当通道点亮时，按“存储”按键，可把当前焊接规范参数存储到对应的通道号中保存起来，以便使用时直接调用存储或设定的焊接程序。当按下“检气”按键时，可检查气保焊时保护气体的流量或有无漏气等现象。以上是一些面板的操作控制简单描述。可对本实用新型的控制面板有一个直观的理解。

焊机的内部分为上、下二层。上层主要布置有输入滤波板、前控制电路板、控制变压器、输入滤波共模电感、主控制板、驱动板。下层主要布置有IGBT及其驱动小板、整流桥、滤波电感、大电解电容及其固定板、IGBT散热器、快恢复二极管及其阻容保护板、快恢复二极管散热器、冷却风机、饱和谐振电感、谐振电容、逆变主变压器、输出大电流滤波电抗器、霍尔电流传感器、散热器的固定支架。

在上述结构方面分层设计，其目的是通过中间隔板把焊机的内部上层弱电控制部分与下层的强电电路部分分开。上层弱电控制部分相当于被中间隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的外壳包围。可起到隔离下层大电流强电磁干扰、限制电磁辐射、提高焊接电源工作可靠性的作用。

焊机的控制电路板设计为十块，包括前控制电路板或面板、驱动板、IGBT驱动小板、输出快恢复二极管阻容保护板、主控制板、输入滤波小板、输出滤波小板。每块控制板都有各自的电路部分，承担着不同的控制功能。例如，二块IGBT驱动小板分别焊装在两个IGBT模块的驱动控制端。每个IGBT模块中，有两个IGBT管。IGBT驱动小板上焊装有稳压管和电阻，三块输出快恢复二极管阻容保护板则安装在各自对应的快恢复二极管模块上，每个快恢复二极管模块中，有两个快恢复二极管。输出快恢复二极管阻容保护板上焊装有电容和电阻，电阻和电容是串联的。每组并联在快恢复二极管的两端，组成阻容保护电路，防止快恢复二极管因过压击穿而损坏；输入滤波小板上主要布局有电容C1～C3、保险管F1和电容C4等器件，电容C1～C3连接在焊机输入滤波电感L1的后端，在电路中起到抗高频干扰的作用。保险管F1连接到控制变压器TC1，电容C4连接到整流桥V1的后端，在电路中也起到抗高频干扰的作用。驱动板上设计有IGBT的驱动电路和逆变PWM控制电路，以及过热和过流保护控制电路和过热保护信号WD输出等部分，主要是完成IGBT开关管的驱动，PWM脉冲的产生和输出控制，以及过热和过流保护控制等工作。

焊机的各电路和零部件之间，按照本实用新型的电路原理图关系连接在一起。可满足手工焊或碳弧气刨和MIG/MAG气体保护焊三种焊接方法的使用控制要求。例如，通过本实用新型控制电路，可方便地实现：1）手工焊/气保焊的功能转换；2）手工焊输出特性和参数控制；3）MIG/MAG气保焊时的“检气”控制；提前送气、滞后闭气时间控制；焊丝材质选择控制；焊丝直径选择控制；气保焊的“收弧无”、“收弧有”和“初期有”选择控制；“初期”、“焊接”和“收弧”三个焊接过程阶段的参数设定或选择控制，以及输出特性、电压和送丝速度参数调节等控制；3）不同焊接方法下的，焊接参数或焊接程序的“通道选择”、“存储”、“调用”控制。

本实用新型焊机的控制系统采用了MCU微处理器为核心组成的控制电路。很多的控制采用了软、硬件电路数字化控制方式来实现。不仅简化了电路，还提升了产品性能和可靠性。

本实用新型焊机各部分的具体结构和控制电路原理及一些电路板上的元器件布局，见本专利说明书给出的相关附图所示及其说明。

本实用新型的控制电路板，其电子元器件主要通过自动作业的方式安装和焊接在电路板上，因而简化了电路板的生产制作工艺，降低了制造成本。同时，优化生产加工工序，制作工艺也得到了简化，更加方便生产。

对不同电流等级和负载持续率要求的本实用新型焊接电源，可通过调整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315A～500A等产品。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。因此，本实用新型焊接电源，不仅焊接方法多功能，解决了单一功能焊接电源应用面窄的问题，而且焊接电源的电路原理、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。

本实用新型焊接电源，由于具有气保焊和手工焊、含碳弧气刨三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。本实用新型焊接电源的电路原理、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本实用新型焊机的分解结构示意图；

图2是本实用新型焊机的电路原理框图（一）；

图3是本实用新型焊机的电路原理框图（二）；

图4是本实用新型焊机的焊机的前控制面板原理图；

图5是本实用新型焊机的驱动板原理图；

图6是本实用新型焊机的主控制板原理图（一）；

图7是本实用新型焊机的主控制板原理图（二）；

图8是本实用新型焊机的主控制板原理图（三）；

图9本实用新型焊机的主控制板原理图（四）；

图10是本实用新型焊机主控制电路中的欠压缺相和过压检测保护电路；

图1中各部件对应的名称如下：

序号	部件名称	序号	部件名称
				1	机器上盖	30	后铝柱B
2	控制变压器	31	风机网罩
				3	输入共模电感	32	机箱—后板
4	三相滤波板	33	风机
				5	驱动板固定板	34	机箱—底板
6	驱动板	35	后轮子
				7	控制板	36	机箱—左侧板
8	中隔板	37	前轮子
				9	主变压器	38	前铝柱A
10	输出滤波板	39	机箱—前面板
				11	谐振电容	40	机箱—前面板网罩
12	谐振电感	41	前面板
				13	输入滤波电感	42	电流调节和电压调节电位器
14	换向电感	43	前铝柱B
				15	快恢复二极管和吸收板	44	铝管B
16	快恢复二极管散热器	45	机箱输出端子固定板
				17	散热片固定支架A	46	六芯航空插件
18	后铝柱A	47	正极输出端子
				19	IGBT模块散热器	48	负极输出端子
20	三相整流模块	49	输出铜连接件
				21	滤波电容	50	霍尔传感器
22	IGBT模块	51	电容固定板
				23	桥臂电容	52	散热器固定支架
24	三相输入接线端子	53	输入铜连接件
				25	铝管A	54	散热固定绝缘板
26	气瓶供电插座	55	散热器固定支架B
				27	保险丝座	56	电解电容
28	断路器	57	电抗
				29	断路器固定支架	58	机箱右侧板

具体实施方式

附图1是利用本实用新型制成的一种IGBT逆变多功能示例焊机的结构设计示意图，多功能是指具有MIG/MAG气体保护焊、手工电弧焊、碳弧气刨三种焊接方法。本实用新型的焊接电源需要配置送丝机构部分，才能构成完整的气保焊机。外配的送丝机构是一个标准的部件。送丝机构的控制线可以通过本实用新型焊接电源前面板下方的送丝机插座进行连接。而该插座的接线方式也是与市场上绝大多数的产品是一样的，基本就是一个标准的送丝机接口。关于送丝机构部分，本说明书不作进一步的描述。仅对焊接电源进行重点说明。其主要组成部分包括：

1）外壳部分。包括提手、机器上盖1、机箱后板32、机箱前面板39、机箱左侧板36、机箱右侧板58、底板34等零部件。

2）后面板部分。本实用新型焊接电源后面板上安装的零部件主要有：电源开关或断路器28及其安装固定支架29、供电电源线输入接线端子及其防护罩24、冷却风机33、36VAC输出气瓶供电电源插座26（用于保护气体流量计的供电）等部分零部件。电源线通过输入接线端子24连接到供电电网。电源开关或断路器28控制输入电源的通或断。冷却风机33对焊接电源内部的一些零部件进行强迫风冷。冷却风机33安装在电源的后部，冷风从焊机机箱后面板后部的进气孔进入，可使焊接电源内部的一些发热器件或零部件，如IGBT及其散热器、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，有利于保障内部电路工作的可靠性，也是本实用新型焊接电源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。安装的零部件主要有：电流检测霍尔传感器50、负极性输出端子或快速接头组件48、正极性输出端子或快速接头组件47、用于送丝机控制线连接的6芯航空插件或插座46、前面板或前控制板组件41等零部件。在前控制面板41上设有手工焊（含碳弧气刨）和气保焊转换按键，以及它们的指示灯（注：点亮某一指示灯，则表明对应的选项或控制状态有效。下同）；“检气”按键及其指示灯；气保焊的“收弧无”（焊枪开关2T操作模式）、“收弧有”（焊枪开关4T操作模式）和“初期有”选择按键，以及它们的指示灯。“收弧无”（2步，2T）方式是指按下焊枪开关，开始焊接。松开焊枪开关，则结束焊接操作。“收弧有”（4步，4T）方式是指按下焊枪开关，开始焊接。松开焊枪开关，继续进行焊接。再次按下焊枪开关，开始进行收弧阶段焊接控制，直到松开焊枪开关结束焊接操作；气保焊的焊丝材质，即“药芯”、“实芯”焊丝选择按键，以及它们的指示灯；三种焊丝直径（1.0、1.2和1.6mm）选择按键，以及它们的指示灯；“初期”、“焊接”和“收弧”三个焊接过程阶段的参数设定或选择按键，以及它们的指示灯；电流和电压编码器及调节旋钮；电源指示灯、过热指示灯和网压异常指示灯；焊接程序的“通道”号数码管显示器、“通道选择”、“存储”、“调用”选择按键；电流和电压数码管显示器等部分。

控制面板比较直观，用户容易理解和操作。例如，焊机通电后，电源指示灯点亮。如果不进行气保焊，要进行手工电弧焊，则在连接好电焊钳和工件焊接电缆后，可按下焊接方法选择按键，选择“手工焊”。同时，对应的手工焊指示灯点亮。此时，通过调节电流编码器，选择好焊接电流，即可进行焊接。如要进行碳弧气刨，则须在连接好碳弧气刨钳和工件焊接电缆后，可选择“手工焊”。此时，对应的手工焊指示灯点亮。通过电流编码器选择好焊接电流，即可进行碳弧气刨作业。如果是要进行气保焊操作，则须在连接好送丝机构和工件焊接电缆后，可选择“气保焊”。此时，对应的气保焊指示灯点亮。相对于手工焊和碳弧气刨来说，选择操作项和要设定的参数要多。例如，需要根据焊丝的材质，选择对应的实芯或药芯焊丝；需要根据焊丝的实际直径选择对应的焊丝直径；需要根据焊枪开关的操作方式，按功能切换按键，选择“收弧无”（2T模式）或“收弧有”（4T模式）；若是通过按功能切换按键，选择“初期有”，则通过按“初期”按键（注：在选择“初期有”的情况下，才能选择“初期”按键，点亮对应的初期指示灯。），再利用电流和电压调节编码器即可设定焊接开始阶段的起弧电流和电压。如果是在气保焊下持续按“初期”按键5秒以上，则焊机进入“一元化”调节状态，即只要调节一个焊接参数（如焊接电压），其它的焊接参数（如电流或送丝速度）随之自动改变。在选择“初期有”或者“收弧有”（4T模式）的情况下，方可点亮收弧指示灯。当点亮收弧指示灯时，可利用电流和电压调节编码器设定焊接收弧阶段的收弧电流和电压。在选择“焊接”的情况下，可点亮焊接指示灯。当点亮焊接指示灯时，可利用送丝机构控制盒面板上的电流和电压调节电位器设定焊接阶段的焊接电流和电压。当焊机工作过程中出现过热现象时，过热指示灯会点亮。须检查焊机的冷却风扇是否运转正常，有无环境温度的现象。若没有，则是正常焊接过程中机内温度过高引起的过热。此时，焊机停止焊接工作一段时间，待风扇冷却一定时间后，过热现象会自动消除。当网压异常指示灯点亮时，可能是出现了供电电源过压或欠压，或者缺相故障。需要检查，直到排除故障方可进行操作。通道号会显示0～9的数字，可代表10组焊接程序。按通道选择按键，可在0～9之间顺序循环改变。按“调用”按键，可直接选择数字对应的焊接程序或规范参数。当通道点亮时，按“存储”按键，可把当前焊接规范参数存储到对应的通道号中保存起来，以便使用时直接调用存储或设定的焊接程序。当按下“检气”按键时，可检查气保焊时保护气体的流量或有无漏气等现象。以上是一些面板的操作控制简单描述。可对本实用新型的控制面板有一个直观的理解。

如附图1所示。本实用新型焊接电源，手工电弧焊时两组输出快速接头组件47、48用于分别连接电焊钳电缆和工件夹电缆。连接时的极性可根据电焊条的种类和要求决定连接的方式。碳弧气刨时两组输出快速接头组件47、48用于分别连接气刨钳电缆和工件夹电缆。气保焊时，送丝机构的控制线与前面板上的插座对应连接起来。送丝机构是一个通用部件，其控制盒上有气保焊时的焊接电流和电压调节电位器，还有用于焊丝安装的点动送丝按钮。焊枪则与送丝机构的接口连接。送丝机构的焊接电缆与焊接电源的连接，取决于极性方式。连接方式分为反接和正极性连接。取决于气保焊焊丝的种类和焊接工艺的要求。一般情况下是采用反接，即电源的负极性输出快速接头连接于工件，而送丝机构的MIG/MAG焊枪则连接至焊接电源的正极性输出端。

本实用新型焊接电源，具有与外部送丝机构连接的控制接口46。可与市场上的常用送丝机构进行连接，实现气保焊焊接功能。

4）焊机内部上层部分。主要布置有输入滤波板4、前控制电路板41、控制变压器2、输入滤波共模电感3、（主）控制板7、驱动板6等零部件。

5）焊机内部下层部分。主要布置有IGBT（两个模块，四只IGBT）22及其驱动小板（二块）、整流桥20、滤波电感13、大电解电容（二只）56及其固定板51、IGBT散热器19、快恢复二极管（三个）及其阻容保护板（三块）15、快恢复二极管散热器16、冷却风机33、饱和谐振电感12、谐振电容11、逆变主变压器9、输出大电流滤波电抗器57、霍尔电流传感器50、散热器的固定支架52等零部件。

在结构设计方面，如附图1所示，通过中间隔板8，把焊机的内部上层弱电控制部分与下层的强电电路部分分开。上层弱电控制部分相当于被中间隔板、外壳、底板、后面板和前面板组成的外壳包围。可起到隔离下层大电流强电磁干扰、限制电磁辐射、提高焊接电源工作可靠性的作用。

6）控制电路板：焊机的控制电路板设计为十块，包括前控制电路板或面板、驱动板、IGBT驱动小板（二块）、输出快恢复二极管阻容保护板（三块）、主控制板、输入滤波小板、输出滤波小板。每块控制板都有各自的电路部分，承担着不同的控制功能。例如，二块IGBT驱动小板分别焊装在两个IGBT模块的驱动控制端。每个IGBT模块中，有两个IGBT管。IGBT驱动小板上焊装有稳压管和电阻，三块输出快恢复二极管阻容保护板则安装在各自对应的快恢复二极管模块上，每个快恢复二极管模块中，有两个快恢复二极管。输出快恢复二极管阻容保护板上焊装有电容和电阻，电阻和电容是串联的。每组并联在快恢复二极管的两端，组成阻容保护电路，防止快恢复二极管因过压击穿而损坏；输入滤波小板上主要布局有电容C1～C3、保险管F1和电容C4等器件。见附图2、3所示，电容C1～C3连接在焊机输入滤波电感L1的后端，在电路中起到抗高频干扰的作用。保险管F1连接到控制变压器TC1。电容C4连接到整流桥V1的后端，在电路中也起到抗高频干扰的作用。

见附图4所示，驱动板上设计有IGBT的驱动电路和逆变PWM控制电路，以及过热和过流保护控制电路和过热保护信号WD输出等部分，主要是完成IGBT开关管的驱动，PWM脉冲的产生和输出控制，以及过热和过流保护控制等工作。

附图4所示的是焊机的前控制面板原理图。正如前面所述，在焊机的前控制面板上设有手工焊（含碳弧气刨）和气保焊转换按键，以及它们的指示灯；“检气”按键及其指示灯；气保焊的“收弧无”（焊枪开关2T操作模式）、“收弧有”（焊枪开关4T操作模式）和“初期有”选择按键，以及它们的指示灯；气保焊的焊丝材质，即“药芯”、“实芯”焊丝选择按键，以及它们的指示灯；三种焊丝直径（1.0、1.2和1.6mm）选择按键，以及它们的指示灯；“初期”、“焊接”和“收弧”三个焊接过程阶段的参数设定或选择按键，以及它们的指示灯；电流和电压编码器及调节旋钮；电源指示灯、过热指示灯和网压异常指示灯；焊接程序的“通道”号数码管显示器、“通道选择”、“存储”、“调用”选择按键；电流和电压数码管显示器等电路部分。在微处理器控制系统的作用下，可使附图4中的电流、电压显示数码管按照设定的控制要求显示预置或实际焊接等状态时的参数。使附图4中的通道数码管按照设定的控制要求显示焊接程序或规范的编号。关于这些部分是如何操作和使用的，在前面的内容部分已经进行了较为详细的说明，这里不再赘述。焊机的前控制板或面板电路采用了IC1、IC2两片8位数码管驱动芯片HD7279A、七个数码显示管，以及前面提及的各个指示灯和按键等为核心器件组成的控制电路。该控制电路与主控制板上的微处理器控制电路（见附图6）等连接在一起，利用主控制板微处理器控制等电路组成的焊机完整的控制电路系统，实现焊机的数字化控制方式，最终实现焊机的各项控制功能。

附图5、附图6和附图7所示的是焊机的主控制板部分的电路原理图。其中，附图5部分是焊机主控板上电源电路部分的原理图。附图6是主控制板上的微处理器控制电路部分的原理图。附图7是主控制板上的送丝调节和控制、送丝快速能耗制动控制、电磁气阀QF控制、36V加热器电路、焊枪开关和点动送丝按钮抗干扰和状态检测控制，气保焊时的电流给定、电流检测和负反馈及PI（比例积分）控制，手工焊或碳弧气刨时的电流给定、电流负反馈及PI（比例积分）控制，气保焊时的电压给定、电压检测和负反馈及PI（比例积分）控制，送丝机的电流和电压给定及其检测控制等电路部分的原理图。

焊机的主控制板电路系统采用了MCU微处理器为核心组成的控制电路。很多的控制采用了软、硬件电路数字化控制方式来实现。不仅简化了电路，还提升了产品性能和可靠性。

本实用新型焊机各电路部分的具体电路原理及一些电路板上的元器件布局见本专利说明书给出的相关附图所示。各电路和零部件之间，按照本实用新型的电路原理图关系连接在一起。最终在控制电路的作用下，分别实现手工电弧焊、碳弧气刨和MIG/MAG气保焊的控制要求。例如，通过本实用新型控制电路，可方便地实现：1）手工焊（含碳弧气刨）/气保焊的功能转换；2）手工焊（含碳弧气刨）输出特性和参数控制；3）MIG/MAG气保焊时的“检气”控制；提前送气、滞后闭气时间控制；焊丝材质（药芯或实芯）选择控制；焊丝直径（1.0、1.2和1.6mm）选择控制；气保焊的“收弧无”（2T模式）、“收弧有”（4T模式）和“初期有”选择控制；“初期”、“焊接”和“收弧”三个焊接过程阶段的参数设定或选择控制，以及输出特性、电压和送丝速度参数调节等控制；3）不同焊接方法下的，焊接参数或焊接程序（以不同的“通道”号来表示）的“通道选择”、“存储”、“调用”控制。

对本实用新型的控制电路板，其电子元器件主要通过自动的方式安装和焊接在电路板上，因而简化了电路板的生产制作工艺，降低了制造成本。同时，焊机生产加工工序减少，制作工艺也得到了简化，更加方便生产。这样的设计和加工工艺，可保证产品的生产具有很高的生产效率，同时，出错率和制作成本低，有利于提高产品的市场竞争力。此外，通过调整少量的零部件（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315A、350A、500A等电流等级的产品。

本实用新型焊机电路的工作原理简述如下：

如附图1-3所示。输入电源端连接至三相供电电源。通过焊机后面板上的电源开关28接通电网电源。从电网来的交流电，经过输入电感3滤波，以及电容C1~C3输入滤波电路进行滤波。上述滤波电路的主要作用是减少电网电源对逆变焊机电路的干扰，提高焊机的工作可靠性。输入电源通过保险管F1给冷却风机33、TC1控制变压器2供电。另一方面，输入电源给V1三相整流模块20供电。整流后，利用C4电容再次进行滤波。电源电压经过V1三相整流模块20整流后，变为脉动直流电。之后，通过滤波电感L2对C5~C6大电解电容进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+540V直流电。滤波电感L2、C5~C6大电解电容起到滤波的作用。+540V直流电供给由V2、V3的IGBT模块（有四只IGBT管）、TR1电流检测互感器（200:1）、L3饱和谐振电感12、C9谐振电容11、TM1逆变主变压器9和V4~V6快速恢复二极管整流器15、L5滤波电抗57、TA1电流检测霍尔传感器50、弧压滤波板等组成的逆变主电路。逆变主电路的功能或主要作用是：+540V高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。TM1逆变变压器9实现电压降压和大电流输出的变换。经V4~V6快速恢复二极管整流器整流15，把TM1逆变变压器9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L5电流滤波电抗器57进行滤波。这样，OUT+和OUT-输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的焊缝。TR1电流检测互感器（200:1）用于逆变主变压器的初级电流检测。TA1电流检测霍尔传感器50用于检测输出的电流大小，获得电流负反馈信号，并参与到焊机的输出特性控制和参数显示控制等过程中。

见附图2、3所示，弧压滤波板连接在焊机的输出两端，通过该板上的电路，获得电压负反馈信号，并参与到焊机的输出特性控制和参数显示控制等过程中。此外，见附图2、3的输出滤波板元器件布局图所示，在弧压滤波板还设有：1）电阻R1和R2。连接在焊机输出的正、负极两端。这些电阻是逆变焊机的假负载电阻。在焊机不进行焊接的时候，通过这些负载，可建立起焊机的空载电压。由于电阻的阻值较大，通过电阻的电流是比较小的。2）压敏电阻RV1～RV3。压敏电阻RV1与电容C1串联，并联在焊机输出的正、负极两端。可起到输出侧过电压保护、抗干扰的目的。压敏电阻RV2～RV3串联，其连接的中点接地机架大地。另外的两端，分别连接在焊机输出的正、负极两端，可起到过压保护的作用。3）C2和C3电容串联，其连接的中点接地机架大地。另外的两端分别连接至焊机的正、负极两端，可起到滤波、抗干扰的作用。以上这些保护和抗干扰措施的设置，进一步保障焊机控制电路工作的可靠性。

参见附图2和附图3所示，前面板或前控制电路板部分，设有手工焊（含碳弧气刨）和气保焊转换按键，以及它们的指示灯；“检气”按键及其指示灯；气保焊的“收弧无”（焊枪开关2T操作模式）、“收弧有”（焊枪开关4T操作模式）和“初期有”选择按键，以及它们的指示灯；气保焊的焊丝材质，即“药芯”、“实芯”焊丝选择按键，以及它们的指示灯；三种焊丝直径（1.0、1.2和1.6mm）选择按键，以及它们的指示灯；“初期”、“焊接”和“收弧”三个焊接过程阶段的参数设定或选择按键，以及它们的指示灯；电流编码器及调节旋钮和电压编码器及调节旋钮；电源指示灯、过热指示灯和网压异常指示灯；焊接程序的“通道”号数码管显示器、“通道选择”、“存储”、“调用”选择按键；电流和电压数码管显示器等电路部分。

见附图2、3中的右下方所示，位于前面板或前控制电路板上的电流调节电位器和电压调节电位器，也连接至焊机的主控制板电路。

参见附图4所示，焊机的前控制板采用了两片8位数码管驱动芯片HD7279A、上述各指示灯和按键为核心组成的控制电路。该控制电路与主控制板上的微处理器控制电路（见附图6）连接在一起，利用主控制板微处理器控制电路，实现焊机的数字化控制方式，最终实现焊机的各项控制功能。

驱动板部分，见附图5，设计有IGBT的驱动电路、软启动控制和逆变PWM控制电路，以及过热和过流保护控制电路和过热保护信号WD输出等部分，主要是完成IGBT开关管的驱动，软启动控制、PWM脉冲的产生和输出控制，以及过热和过流保护控制等工作。

驱动控制电路部分：在来自主控制板GD-给定信号的作用下，产生驱动IGBT开关工作的四路驱动控制信号，按照控制指令，控制IGBT的通、断状态。改变GD-给定信号，即可改变PWM芯片输出的脉冲宽度，最终实现焊机的逆变和焊接参数的控制。附图5中，TR1～TR2驱动变压器，以及它们周围的Q1～Q8场效应管、二极管、电阻、电容、XS4和J8等器件组成逆变主电路中V2～V3 IGBT的驱动电路。V2~V3 IGBT管的四路驱动部分的电路形式基本是一致的。由于附图5中的UC3846集成PWM芯片的11脚和14脚输出PWM信号驱动功率小，故需要经过IGBT的驱动电路进行功率放大。通过其输出GA和EA、GB和EB、GC和EC、GD和ED连接后，再去控制V2～V3 IGBT管的通或断工作状态。

PWM控制电路部分：附图5中的UC3846集成PWM芯片及其周围的电阻、电容等器件组成附图2、3中的V2~V3 IGBT管的逆变PWM控制电路。UC3846集成PWM芯片的11脚（输出AOUT）和14脚（输出BOUT）输出控制信号是两组PWM方波脉冲信号。其方波的频率是固定的，有几十KHz。它由该芯片连接的电阻和电容参数决定。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。它是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过UC3846集成PWM芯片的外围器件参数设置而确定的。至于如何确定，查看UC3846芯片的相关使用资料或说明即可了解。这里不再重复。

软启动控制部分：见附图5所示。IC1B部分的电路是电压比较器。当焊机刚刚接通供电电源时，+5V和+15V电源产生。由于有C5电解电容的存在，+15V电源会通过电阻R7对C5进行充电。刚接通电源的时候，C5上没有电压，因此，IC1B输出高电平，V4二极管导通。可使UC3846的16脚关断控制端（SHUTD）电平为高电平，于是UC3846的11、14脚没有PWM信号输出。此时，焊机也没有空载电压或电流输出。随着C5充电过程的进行，C5上的电压逐渐增大。当超过+5V电压时，IC1B输出低电平，V4二极管截止。可使UC3846的16脚关断控制端（SHUTD）电平为低电平。于是，UC3846的11、14脚允许有PWM信号输出。此时，焊机也可以有空载电压或电流输出。以上控制过程就是本实用新型焊机实现软启动控制的过程。

过热保护控制部分：见附图4。过热保护器RBHQ通过插头连接至驱动板电路。过热保护器RBHQ是常闭型的。它安装在IGBT的散热器上。见附图4，过热保护器RBHQ连接在运算放大器IC1的3脚和10脚上，一端接地。IC1A部分的电路是电压比较器。IC1C部分的电路是电压跟随器。由于过热保护器RBHQ是常闭型的，当没有出现过热现象，即过热保护器RBHQ没有动作时，IC1C的输出信号WD是低电平，而IC1A的输出也是低电平，V3二极管处于截止状态。在焊机工作过程中，当发生过热现象时，过热保护器RBHQ动作，其常闭型的触头变化为断开的。此时，IC1A和IC1C的输出变为高电平。V3二极管导通，使UC3846 PWM信号关断，停止输出脉冲。这样，逆变主电路中的IGBT也将关闭，停止逆变过程。焊机也就没有输出电流。因此，焊机也就无法再进行焊接。同时，附图6中的微处理器（STM8S208R8）控制系统通过检测到的WD高电平信号，得知出现过热现象。之后，在控制软件的控制下，会发出停止送丝、停止送气、点亮过热保护指示灯等控制动作。当IGBT的散热器在风扇的冷却作用下，温度降低后，过热保护器RBHQ会重新恢复闭合状态。之后，控制电路中，IC1C的输出信号WD变为低电平，而IC1A的输出也变为低电平，V3二极管处于截止状态。使UC3846 PWM信号可以输出PWM脉冲。这样，逆变主电路中的IGBT也将可以开始进行逆变过程。焊机也就可以有输出电流。因此，焊机就能够进行再次焊接。附图6中，微处理器（STM8S208R8）控制系统通过检测到的WD低电平信号，得知过热现象消除，使过热保护指示灯熄灭。之后，在控制软件的控制下，会根据焊接操作指令发出送丝、送气等控制动作。

过流保护控制部分：附图4中，TR1电流检测互感器（200:1）的输出TA和TB、V1~V2和V6~V7、等器件组成过流保护控制电路。过流信号来自附图2、3中逆变主变压器的初级电流检测互感器TR1的输出TA和TB。TR1电流检测器可检测逆变主电路中主变压器的初级电流信号。主要是检查逆变主电路是否发生过流现象。过流信号经V1~V2和V6~V7整流等变换后，其产生的输出信号为检流信号。该输出信号送至附图4中的UC3846控制电路部分。如果出现过流现象，其电平可控制UC3846的关闭控制端，使UC3846停止输出PWM控制信号，也就是停止逆变主电路的输出，从而实现过流保护控制。

主控制电路板部分，其原理图见附图5、附图6和附图7所示。其中，附图5部分是焊机主控板上电源电路部分的原理图。附图6是主控制板上的微处理器控制电路部分的原理图。附图7是主控制板上的送丝调节和控制、送丝快速能耗制动控制、电磁气阀QF控制、36V加热器电路、焊枪开关和点动送丝按钮抗干扰和状态检测控制，气保焊时的电流给定、电流检测和负反馈及PI（比例积分）控制，手工焊或碳弧气刨时的电流给定、电流负反馈及PI（比例积分）控制，气保焊时的电压给定、电压检测和负反馈及PI（比例积分）控制，送丝机的电流和电压给定及其检测控制等电路部分的原理图。

送丝机构电路部分，见附图2、3电路原理框图中的下方和附图7中的上方电路部分所示。包括送丝电机MG1、电磁气阀QF、焊枪开关AN1、点动送丝按钮AN2、焊接电压调节电位器RP4、焊接电流调节电位器RP5等零部件和元器件。送丝机构电路的1～6号控制线，通过送丝机的控制电缆连接至焊机前面板下方的控制线插座，实际上就是与主控制板电路进行连接。

主控制板上的电源电路部分， TC1控制变压器次级输出的几组电源，分别供给主控制板中的电源部分。交流双18V电源，通过V2～V3、V/17～V18二极管整流，再通过N9和N5稳压器等器件组成的稳压电路，产生+VA、+VCC、+15V、-15V直流电源电压，供给相应的控制电路等带电工作；交流17V电源通过V8～V11二极管整流，再通过N14稳压器等器件组成的稳压电路，产生一组+15V直流电源电压，供给相应的控制电路等带电工作；交流8V电源，通过V4～V7二极管整流，再通过N13和N6稳压器等器件组成的稳压电路，分别产生+5V、+5V2直流电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。

主控制板上的36V加热器电路部分，其原理图见附图7左下方部分所示。来自控制变压器输出级的36VAC电源，作为加热器的输入电源。经过VR1和VR2（自恢复保险丝），再连接至焊机后面板部分的加热器电源插座26。通过该插座，可用于气保焊时对CO2流量计的加热部分进行加热，即对来自气瓶的CO2保护气体进行去除水分的干燥处理。

主控制板上的电磁气阀QF控制电路部分，其原理图见附图7左方中间部分所示。送丝机电路部分的2和6号线控制着气保焊时电磁气阀QF的动作与否。电磁气阀QF控制电路由二极管V35、V36、V37，RT3（自恢复保险丝）、KD2继电器触头、电感L4、电容C86和电磁气阀QF组成。该电磁气阀位于气保焊时使用的送丝机构上。从该原理图可以看到，交流双27V电源，经过二极管V36、V37整流，变换为直流电。当KD2继电器触头闭合时，可使电磁气阀QF动作。在连接好外部供气气路等情况下，焊枪中将有保护气体流出。气体的流量通过调节流量计即可改变，并使之满足焊接的保护要求。KD2继电器控制电路部分，见附图6中的右边。KD2继电器由附图6中的微处理器的38脚输出电平进行控制。当38脚输出高电平时，三极管Q6导通，KD2继电器动作，其附图7中的继电器触头KD2闭合，使电磁气阀QF动作。这样就可实现向焊接区输送保护气体。反之，当附图6中的微处理器的38脚输出低电平时，三极管Q6截止，KD2继电器不会动作。继电器触头KD2断开，使电磁气阀QF不会动作。这样就无法向焊接区输送保护气体。附图6中的微处理器控制系统，通过检测“检气”按键是否按下，即可发出对电磁气阀QF的动作控制指令，完成“检气”操作控制；通过检测气保焊时的焊枪开关是否按下，微处理器控制系统在控制程序的作用下，可发出对电磁气阀QF的动作控制指令，实现气保焊焊接所要求的提前送气、滞后闭气的控制要求。这里所说的“提前”和“滞后”时间，是相对于焊接时而确定的。“提前”和“滞后”的时间，也是控制系统可以设定的。

主控制板上的送丝调节和控制电路，其原理图见附图7左上方部分所示。见附图2、3，焊机的送丝控制电路部分。送丝机电路中的1和6号线连接着送丝电机MG1的两端。当送丝电机转动时，带动焊丝输送到焊枪。附图7中，送丝调节和控制电路由（位于送丝机构上的）送丝电机MG1、晶闸管Q10、Q13和Q8、光控双向晶闸管N28、运算放大器N15D,三极管Q5、Q9、Q11～Q12和Q15～Q17，以及它们外围的很多电阻、电容等元器件组成。如果晶闸管Q10、Q13导通，送丝电压就可以加至送丝电机，就可使送丝电机运转。晶闸管Q10、Q13是受触发脉冲波形控制的。改变触发脉冲的相位或控制角大小，就可改变输入至送丝电机两端的电压值大小，也就可改变送丝电机的转速，实现对送丝速度的调节或控制。当然，送丝速度是受控于送丝机构上的电流给定电位器或前控制面板上的初期和收弧电流给定电位器，或点动送丝速度给定大小的。不同的方式下，送丝速度的快慢是不一样的。

在送丝调节和控制电路、附图6微处理器控制系统电路的作用下，用于产生送丝电机的工作电压，最终控制送丝电机MG1的停止或转动速度。送丝速度控制和调速的简单过程说明如下：交流双27V电源，作为送丝机控制电路的电源，通过RT4～RT7，供给送丝机控制电路，作为晶闸管Q10、Q13调速控制电路的主电源。附图7中的N20-7（即附图6中，来自微处理器控制系统N20数字-模拟转换器7脚的）控制信号为送丝速度控制信号。当有一定的N20-7控制信号时，通过N15D运算放大器电路的后级控制电路，可使光控双向晶闸管N28-B产生一定控制角或导通角的触发脉冲，使送丝控制电路中的晶闸管Q10、Q13按照一定的控制角或导通角导通，于是，送丝电机MG1获得一定的送丝速度。当没有N20-7控制信号时，送丝电机MG1就停止转动。改变N20-7控制信号，即可改变送丝速度。在气保焊焊接时，改变焊接电流的给定，附图6中的微处理器控制系统就可检测到该给定值大小。通过电路控制和N20数字-模拟转换器的转换，就可改变N20-7控制信号。这样，就实现了调节送丝速度或改变焊接电流大小的目的。点动送丝控制时，附图6中的微处理器控制系统也可检测到点动送丝按键的闭合状态。之后，与上述控制过程类似，仍然会产生一定的N20-7控制信号，这样即可实现点动送丝操作控制。

主控制板上的送丝快速能耗制动控制电路部分，其原理图见附图7左上方部分所示。送丝快速能耗制动控制电路由N32光耦、三极管Q18、场效应管Q14、电阻R175（0.5Ω/8W）和R170～R174、电容C81和C82等组成。当要停止送丝时，在关闭N20-7控制信号信号时，N32光耦中的输出级N32-B会截止或不导通。此时，Q18三极管截止，场效应管Q14导通，使电阻R175（0.5Ω/8W）并联到送丝电机MG1的两端，利用电阻能耗制动的原理，快速实现送丝电机MG1的制动，防止焊丝伸出焊枪头部保护气罩的尺寸太多，影响焊接的正常操作。并防止焊丝在焊接结束时插入熔池，形成粘丝等不良现象。

主控制板上的送丝机的电流和电压给定及其检测控制电路部分，其原理图见附图7右上方部分所示。由送丝机构上的焊接电流RP5和焊接电压RP4、运算放大器N27A和N27B、N31A和N31B，以及它们周围的电阻、电容、二极管等元器件组成。送丝机构上的焊接电流RP5和焊接电压RP4给定信号，通过焊机的送丝机控制线插头接口，连接至主控制板。该部分电路的作用是：在焊接过程中，1）把送丝机上的焊接电流RP5信号通过电路转换，转变为电流给定信号输入至附图6中微处理器控制系统的ATM 58端子，实现对送丝机焊接阶段的电流控制给定信号的采样。2）把送丝机上的焊接电压RP4信号通过电路转换，转变为电压给定信号输入至附图6中微处理器控制系统的ATM 59端子，实现对送丝机焊接阶段的电压控制给定信号的采样。附图6中微处理器控制系统获得的电流和电压给定信号，一方面供给显示电路，显示焊机预置的焊接阶段的电流和电压给定数值，另一方面，还会通过N18和N20数字-模拟转换器的7脚分别输出焊接阶段的焊接电压给定Ug信号和焊接电流给定Ig信号。而附图6中微处理器控制系统通过N19数字-模拟转换器的7脚输出的则是手工焊或碳弧气刨时的焊接电流给定Ig-MMA信号。注意：以上提及的这些给定信号，是一个按不同的焊接过程所对应控制的给定信号。而在明确的控制阶段，其给定信号才是明确的。见下面的补充说明：

主控制板上的微处理器控制系统通过数字-模拟转换器输出的控制给定信号，取决于焊机输出控制时所处的不同焊接过程阶段的参数设定。微处理器系统在焊接操作前，便可完成对上述这些阶段参数的给定值采样。并把采样的结果转换为数字量用于相应的数-模转换控制之中。例如，手工电弧焊或碳弧气刨时，如果是在引弧或起弧阶段，也就是焊机面板上所设定的初期阶段，则附图6中微处理器控制系统会首先通过N19数字-模拟转换器的7脚输出对应初期或引弧阶段的焊接电流给定Ig-MMA信号。该给定信号大小是由焊机控制面板上，按照初期或引弧阶段设定的焊接电流参数决定的。之后，进入焊接阶段，此时，微处理器控制系统会通过N19数字-模拟转换器的7脚输出对应焊接阶段的焊接电流给定Ig-MMA信号，该给定信号大小也是由焊机控制面板上，按照焊接阶段设定的焊接电流参数决定的。类似地，微处理器控制系统会通过N18和N20数字-模拟转换器的7脚分别输出初期、焊接和收弧阶段的焊接电压给定Ug信号和焊接电流给定Ig信号。总之，微处理器控制系统通过数字-模拟转换器输出的给定信号，取决于不同阶段的焊接过程控制和对应焊接过程阶段的各个参数设定。这些输出的参数给定信号，是参与不同阶段焊接电流或电压负反馈控制的重要决定因素。

主控制板上的焊枪开关和点动送丝按钮抗干扰和状态检测控制电路部分，其原理图见附图7左下方部分所示。由点动送丝按键AN2、焊枪开关AN1、运算放大器N21A和N21B，以及它们外围的一些器件组成。两个运算放大器器组成电压比较器。送丝机电路中的3号线，即RA接口信号，代表着点动送丝按键AN2和焊枪开关AN1是否按下的信号。ATM 37和ATM 33分别连接至附图6中的微处理器控制系统电路中。微处理器控制系统通过检测，即可知道是否按下了点动送丝按键AN2或焊枪开关AN1。如果是按下了点动送丝按键，则正如前面所述，控制电路会使送丝机构进行送丝控制。点动送丝用于安装焊丝，或使焊丝输送。如果是检测到焊枪开关合上，则控制电路会使电磁气阀动作，首先向焊接区输送保护气体，接着使送丝机构进行送丝控制，控制电路产生GD-给定PWM信号，焊机输出空载电压。一旦焊丝与工件接触，则电弧被引燃。后期的控制过程，与气保焊设定的收弧有、收弧无等有直接的关系。例如，以有初期、焊接和收弧过程设定的例子来说明，其焊接过程先进行初期或引弧阶段的焊接参数（电流或送丝速度、电压）控制。之后，进入焊接阶段的焊接参数控制。最后，则根据焊枪开关断开后，进入收弧阶段的焊接参数控制。焊接结束时，还有保护气体的滞后时间阶段控制。在附图7该部分电路中，电感L3、电容C83和C84都是为提高焊机抗干扰能力而设置的，防止外界的干扰信号对控制电路产生不利的影响。

选择气保焊方法时，在系统控制信号N20-7和ATM 35的作用下，多路电子控制开关N2的12与14脚是接通的，也就是使反馈控制处于气保焊的控制状态之下。

主控制板上的气保焊时的电压给定、电压检测和负反馈及PI（比例积分）控制电路部分，其原理图见附图7右下方部分所示。附图2、3中，弧压滤波板连接至焊机输出的正极性端、负极性端之间。其输出的电压采样信号接至主控制板。在附图7中，电压采样信号连接到电感L1部分。N29B运算放大器电路部分为电压跟随器。N29A运算放大器电路部分则为积分电路。N25、N17为光耦，不仅起到电气隔离的作用，还有一定的其它控制作用。例如，当焊机的输出电压，击穿稳压管ZD6，使N25中的发光二极管N25-A发光，于是，N25中的输出级三极管N25-B导通。N24为线性光耦HCNR200。采用该光耦，不仅可使焊机的输出高压回路与控制低压电路进行电气隔离，还可以保障信号的传输有较好的线性度。也就是在N22D运算放大器电路部分的输入端有较好的、与焊机输出电压成比例的电压检测反馈信号。N22D运算放大器电路输出的信号，分为两路。一是通过R127送至附图6中微处理器控制系统ATM 60的实时电压信号采样端子。微处理器控制系统获得的实时电压信号用于实际焊接电压的显示和其它电路的控制。另外一路是通过R85送至N22A组成的电压跟随器的同相输入端。N22A电压跟随器输出的信号，为参与气保焊焊接时焊接电压负反馈控制的Uf信号。而参与气保焊焊接时焊接电压负反馈控制的Ug给定信号，则来自附图6中微处理器控制系统N18数字-模拟转换器的7脚输出。它代表着初期、焊接和收弧阶段的焊接电压给定Ug信号。究竟是什么的电压给定信号，取决于不同阶段的焊接过程控制和对应各个焊接过程阶段的电压参数设定。这些电压参数给定信号是参与不同阶段焊接电流或电压负反馈控制的重要决定因素。为便于描述，以焊接电压的给定Ug信号统称。该信号通过电阻R56连接至N11A组成的运算放大器电路的反相输入端。N11A运算放大器电路输出的信号，则通过电阻R46输出，与加在R85的电压负反馈控制的Uf信号极性是相反的，两者以并联叠加的形式输送至N3D气保焊电压负反馈控制的PI环节。通过该PI控制环节，实现对焊接输出电压的无静差准确控制。附图7中，N23-8连接至附图6中左边N23（MAX5436B，数字电位计）的8脚；N23-9连接至附图6中左边N23数字电位计的9脚。附图7中的KD1继电器触头，则受控于附图6中的继电器KD1。而KD1继电器的动作和N23数字电位计的接入方式，则取决于不同的焊丝的直径选择。选择直径1.0mm的焊丝，KD1动作；选择直径1.2和1.6mm的焊丝，KD1不动作。通过KD1继电器触头的开、闭状态和N23数字电位计的接入方式改变，可改变PI控制环节的参数，最终改变焊机的输出特性。最终使焊机在不同的焊丝直径下焊接时都有良好的焊接适应性，并保障焊缝的质量。

主控制板上的气保焊时的电流给定、电流检测和负反馈及PI（比例积分）控制电路部分，其原理图见附图7右边部分所示。来自焊机输出端的霍尔传感器的电流负反馈检测信号，经后级N22C运算放大器组成的电路处理后，分为几个支路。

其中一路是通过R109送至附图6中微处理器控制系统ATM 61的实时电流信号采样端子。微处理器控制系统获得的实时电流信号用于实际焊接电流的显示和其它电路的控制。

另外一路是通过R60送至运算放大器N12A组成的电压跟随器电路的同相输入端。附图7中，N1-B为光耦的输出级三极管，其输入级发光二极管N1-A在附图6中的中间上方。其控制是：焊接过程完成后，松开焊枪开关，该光耦的输入级发光二极管N1-A发光，其输出级三极管N1-B导通。使R32电阻连接至低电平。这样，可对气保焊时N3B运算放大器部分电路组成的输出电流PI反馈控制环节产生控制影响。

另外一路是通过R61送至运算放大器N15B的反相输入端。运算放大器N15B及其周围元器件组成的电路，其作用是实现短路保护。众所周知，气保焊时，焊接电源的输出是平特性，其输出短路的时候，电流是非常大的。如果长时间短路，势必会造成严重的问题，因此，必须采取短路保护的措施。其控制过程是：当发生长时间短路，超过几个到几十毫秒级别的短路时间，如0.5秒的短路，此时，焊机的输出短路电流很大。可达几百安培。焊机输出回路中的霍尔电流传感器输出的信号很大，即输入到R61的信号很大，于是N15B运算放大器输出低电平，使二极管V14导通，通过R20拉低“GD-给定”控制信号。由于“GD-给定”控制信号电平低，因此，附图4中的UC3846输出的PWM脉冲近乎于关闭。这样，就防止了大电流长时间短路造成设备故障的问题。附图7中，N23为光耦的输出级三极管，其输入级发光二极管在附图6中的中间上方。当控制系统通电，有+5V电压时，N23光耦的输入级发光二极管发光，其输出级三极管导通。使R79A电阻连接至低电平，起到分压的作用。

另外一路是通过R108送至运算放大器N22B组成的电压比较器电路的同相输入端。附图7中，N17-B为光耦的输出级三极管，其输入级为发光二极管N17A。当焊机没有输出电流时，输入到R108的电流检测信号几乎没有，于是，N22B输出低电平。N17光耦的输入级发光二极管N17A发光，其输出级三极管N17-B导通。从而对附图7中N3D气保焊电压PI控制环节的输出侧产生影响。

选择手工焊方法时，在系统控制信号N20-7和ATM 35的作用下，多路电子控制开关N2的13与14脚是接通的，也就是使反馈控制处于手工焊的电流负反馈PI控制之下。

主控制板上的手工焊或碳弧气刨时的电流给定、电流负反馈及PI（比例积分）控制电路部分，其原理图见附图7右边部分所示。来自焊机输出端的霍尔传感器的电流负反馈检测信号，经后级N22C运算放大器组成的电路处理后，分为几个支路。其中一路是通过R35送至运算放大器N3A的反相输入信号端，作为该支路手工电弧焊或碳弧气刨时输出电流控制的电流负反馈信号If。手工电弧焊或碳弧气刨时输出电流控制的电流给定信号Ig-MMA来自微处理器控制系统，也就是通过N19数字-模拟转换器的7脚输出的对应焊接阶段的电流给定信号。该给定信号大小是由焊机控制面板上，按照初期或引弧和焊接阶段设定的电流参数决定的。若是初期或引弧阶段，则是初期或引弧阶段的给定电流参与焊机手工电弧焊或碳弧气刨时的输出电流控制；若是焊接阶段，则是焊接阶段的给定电流参与焊机手工电弧焊或碳弧气刨时的输出电流控制。N19-7脚输出的电流给定信号接至N11B运算放大器组成电压跟随器电路的输入端，之后，输入至运算放大器N3A的同相输入信号端。N3A及其外围的器件组成手工电弧焊或碳弧气刨时输出电流控制的PI（比例+积分）运算放大器。此时，该PI控制输出的信号为R19两端输出的信号，也就是附图4中的“GD-给定”控制信号。它决定着附图4中UC3846的PWM脉冲宽度，最终决定着焊机输出的焊接电流大小。

需要进一步说明的是：前面已经提及，附图4中UC3846输出的PWM脉冲宽度调制信号是决定焊机逆变主电路气保焊时的输出电压和手工焊时的输出电流大小的信号。它的脉冲宽度取决于：1）手工焊（控制状态）时，由不同阶段（如初期或引弧、焊接阶段）的电流给定信号与输出电流负反馈信号等共同决定。控制的对象或目标是焊机的不同焊接阶段的输出电流大小。空载时，负反馈信号很小。控制电路产生一个占空比较大的PWM脉冲信号，使逆变主电路中的四只IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。当操作者调节好给定电流（如初期或引弧电流，焊接电流），并进行焊接时，控制电路通过附图2、3中的电流检测霍尔传感器检测到焊机输出的电流负反馈信号。在附图7中，电流负反馈信号与电流给定信号进行比较。经过附图7中的手工焊PI控制后，产生对应的“GD-给定”信号，可输送至附图4中的GD-给定端子。其结果控制焊机附图4中UC3846 PWM芯片的脉冲宽度或占空比，决定焊机输出电流的大小，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，随着检测到的电流负反馈信号增加，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，通过控制后，使焊机附图4中UC3846 PWM输出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，控制电路会根据设置推力电流大小，使焊机UC3846 PWM芯片输出的脉冲宽度或占空比相应增加，使焊接电流按照设定的推力电流参数增大，也就是产生推力电流，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焊接的基本要求。2）碳弧气刨（控制状态）时，其控制过程与方法，与上述所述的手工焊控制过程是一样的。3）气保焊控制状态时，焊机输出的电压由不同阶段（如初期或引弧、焊接、收弧阶段）的焊接电压给定信号与输出电压反馈信号等共同决定。空载时，与手工焊或氩弧焊控制类似，仍然是输出较大的附图4中UC3846 PWM脉冲宽度信号，获得空载电压。带负载后，则与手工焊的控制有所不同。气保焊时，焊机的输出特性控制是平特性，而不是恒流带外拖的下降特性。其特点是：负载电流变化较大，而输出电压变化很小，保持相对稳定。只有当电压给定信号发生改变时，输出的电压才会出现较大变化。关于气保焊时的电流、电压、送气等控制，在之前的部分已经有较为详细的说明的，这里就不再重复赘述了。

关于本实用新型的欠压（含缺相）和过压保护。附图8是本实用新型焊机的主控制电路中的欠压（含缺相）和过压检测保护电路。电路主要由运算放大器N8A、N7B、N8B、场效应管Q3、光耦N10、程控管U4等组成。程控管U4及其外围器件组成稳压电路，其获得的C25两端的电压作为运算放大器的工作电压。三个运算放大器N8A、N7B、N8B部分的电路都是电压比较器。DC+和DC-来自附图2、3中整流桥V1的输出直流母线电压。当焊机的供电电压过低、过高或供电电源缺相时，最终都会对DC+和DC-之间的电压产生影响。当出现过低、过高或供电电源缺相任何一种情况时，可使场效应管Q3导通。光耦N10的输出级三极管导通，使附图6中的微处理器控制系统都能够检测到低电平的欠压（含缺相）或过压保护信号，最终发出控制指令，关闭焊机的PWM输出等控制动作，并点亮网压异常指示灯，显示故障出现。当故障排除后，场效应管Q3截止。光耦N10的输出级三极管不导通，附图6中的微处理器控制系统检测到高电平的欠压（含缺相）或过压保护信号，最终发出控制指令，可使产生焊机的PWM输出等控制动作，并熄灭网压异常指示灯。

以上是本实用新型各控制电路部分及三种焊接方法的简要控制过程说明。因阐述电路原理比较复杂。以上内容仅给出一些主要的控制过程和结果。但由于本实用新型已给出了详细电路原理图，因此，对于有电路阅读能力（或具备相关电路知识）的人来说，是可以读懂的。因为电路图也是一种无声的语言。但对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使本说明书解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本专利说明书只能阐述主要的部分，以使专利说明书阅读人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。不仅可实现焊机的三种焊接方法输出等控制，而且，所设计的控制电路和焊机的结构设计，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和电路设计。

以上内容是结合具体的焊接电源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 (5)

1.一种逆变多功能焊机，包括外壳部分、后面板部分、前面板部分和内部的电路部分，其特征在于：前面板上设有手工焊、气保焊、检气、收弧无、收弧有、初期有、药芯和实芯焊丝、三种焊丝直径，初期、焊接、收弧的选择按键及其它们的指示灯；电流、电压调节编码器；电源、过热和网压异常指示灯；焊接程序的通道号、电流和电压显示；通道、存储、调用选择按键部分；

所述内部电路部分为上下分层结构，上层为弱电控制部分，下层为强电电路部分，中间通过隔板把焊机的内部上层弱电控制部分与下层的强电电路部分分开，其中上层弱电控制部分相当于被隔板、外壳、后面板和前面板组成的外壳包围；

上层的弱电控制部分包括弧压滤波板、前控制电路板、控制变压器、输入滤波共模电感、主控制板和驱动板；

下层部分包括IGBT及其驱动小板、整流桥、滤波电感、大电解电容及其固定板、快恢复二极管及其阻容保护板、饱和谐振电感、谐振电容、逆变主变压器、输出大电流滤波电抗器和霍尔电流传感器。

2.如权利要求1所述的一种逆变多功能焊机，其特征在于：所述的驱动板上设置有IGBT的驱动电路和逆变PWM控制电路，以及过热和过流保护控制电路和过热保护信号WD输出部分，完成IGBT开关管的驱动，PWM脉冲的产生和输出控制，以及过热和过流保护控制；驱动板在主控制板给定信号的作用下，产生驱动IGBT开关工作的四路驱动控制信号，按照控制指令，控制IGBT的通、断状态；改变主控制板给定信号，即可改变PWM芯片输出的脉冲宽度，实现焊机的逆变和焊接参数的控制。

3.如权利要求1所述的一种逆变多功能焊机，其特征在于：所述的弧压滤波板连接在焊机的输出两端，通过该板上的电路，获得电压负反馈信号，并参与到焊机的输出特性控制和参数显示控制。

4.如权利要求1所述的一种逆变多功能焊机，其特征在于：所述的前控制电路板部分，设有手工焊和气保焊转换按键，以及它们的指示灯；“检气”按键及其指示灯；气保焊的收弧无、收弧有和初期有选择按键，以及它们的指示灯；气保焊的焊丝材质选择按键，以及它们的指示灯；三种焊丝直径选择按键，以及它们的指示灯；初期、焊接和收弧三个焊接过程阶段的参数设定或选择按键，以及它们的指示灯；电流编码器及调节旋钮和电压编码器及调节旋钮；电源指示灯、过热指示灯和网压异常指示灯；焊接程序的通道号数码管显示器、通道选择、存储、调用选择按键；电流和电压数码管显示器。

5.如权利要求1所述的一种逆变多功能焊机，其特征在于：所述的控制变压器次级输出的几组电源，分别供给主控制板中的电源部分，交流双18V电源，通过二极管整流，再通过稳压器组成的稳压电路，产生+VA、+VCC、+15V、-15V直流电源电压，供给相应的控制电路等带电工作；交流17V电源通过二极管整流，再通过稳压器等器件组成的稳压电路，产生一组+15V直流电源电压，供给相应的控制电路带电工作；交流8V电源，通过二极管整流，再通过稳压器器件组成的稳压电路，分别产生+5V、+5V2直流电源电压，供给相应的控制电路带电工作。