CN210817875U - 初级反馈控制焊接电源电路及应用其的逆变电焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了初级反馈控制焊接电源电路及应用其的逆变电焊机，包括：逆变单元，所述逆变单元的输入端与直流电连接；降压整流滤波单元，所述降压整流滤波单元的输入端与所述逆变单元的输出端连接，所述降压整流滤波单元的输出端与外部焊接电极连接；反馈单元，所述反馈单元与所述降压整流滤波单元的输入端连接；比较控制单元，设置有第一比较输入端、第二比较输入端以及控制输出端，所述第一比较输入端与所述反馈单元连接，所述第二比较输入端与基准电压连接，所述控制输出端与所述逆变单元的控制端连接。通过从降压整流滤波单元的输入端获取反馈信号，能够降低焊接环境对反馈信号的干扰，进而令最终输出的直流电，即负载电流更加稳定，提高焊接的可靠性。

Description

初级反馈控制焊接电源电路及应用其的逆变电焊机

技术领域

本实用新型涉及电源领域，尤其涉及焊接电源电路及应用其的电焊机。

背景技术

焊接作为实现连接的常用加工手段，具有连接性能好、焊接结构刚度大、整体性好的优点，而焊接设备中，逆变电焊机由于具有体积小、操作简单、工作效率高等优点而被广泛使用。

逆变电焊机一般的输出特性为恒流输出，为了使输出电流恒定，需要采用电流负反馈，现有技术中，电流反馈信号采样自负载电流，通常为焊接电极的输出电流，然而焊接电极的输出电流容易受到来自焊接环境的干扰，导致输出电流不稳定，影响焊接效果。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供初级反馈控制焊接电源电路及应用其的逆变电焊机，其能够避免来自焊接环境的干扰，使输出电流更加稳定。

本实用新型解决其技术问题提供的一种技术方案是：

初级反馈控制焊接电源电路，包括：

逆变单元，所述逆变单元的输入端与直流电连接；

降压整流滤波单元，所述降压整流滤波单元的输入端与所述逆变单元的输出端连接，所述降压整流滤波单元的输出端与外部焊接电极连接；

反馈单元，所述反馈单元与所述降压整流滤波单元的输入端连接；

比较控制单元，设置有第一比较输入端、第二比较输入端以及控制输出端，所述第一比较输入端与所述反馈单元连接，所述第二比较输入端与基准电压连接，所述控制输出端与所述逆变单元的控制端连接。

优选地，所述反馈单元包括电流互感器以及整流模块，所述电流互感器与所述降压整流滤波单元的输入端耦合，所述电流互感器的输出端与所述整流模块的输入端连接，所述整流模块的输出端与所述第一比较输入端连接。

优选地，还包括斜波补偿单元，所述比较控制单元包括有振荡模块，所述斜波补偿单元与所述振荡模块连接以产生斜波信号，所述斜波补偿单元分别与所述整流模块的输出端以及所述第一比较输入端连接。

优选地，所述斜波补偿单元包括三极管Q5、电阻R10以及电阻R12；

所述三极管Q5的集电极与外部电源连接，所述三极管 Q5的基极与所述振荡模块连接，所述三极管Q5的发射端与所述电阻R10的一端连接；

所述电阻R10的另一端分别与所述整流模块的输出端、所述第一比较输入端以及所述电阻R12的一端连接；

所述电阻R12的另一端接地。

优选地，还包括电压补偿单元以及叠加单元，所述电压补偿单元与所述比较控制单元连接以产生电压补偿信号，所述叠加单元的输入端分别与所述电压补偿单元以及基准电压连接，所述叠加单元的输出端与所述第二比较输入端连接。

优选地，所述比较控制单元包括比较器以及互补输出模块，所述比较器正相输入端与所述第一比较输入端连接，所述比较器反相输入端与所述第二比较输入端连接，所述互补输出模块与所述比较器的输出端连接以产生互补的两个PWM 控制信号，所述互补输出模块与所述逆变单元的控制端连接。

优选地，所述互补输出模块包括T触发器，所述T触发器的输入端与所述比较器的输出端连接，所述T触发器的正相输出端以及T触发器的反相输出端均与所述逆变单元的控制端连接。

优选地，所述电压补偿单元包括开关管Q7、开关管Q8、电感L1、二极管D15以及可调电阻R15；

所述开关管Q7的输入端分别与所述开关管Q8的输入端以及外部电源连接，所述开关管Q7的控制端与所述T触发器的正相输出端连接，所述开关管Q7的输出端分别与所述开关管Q8的输出端、二极管D15的阴极以及所述可调电阻 R15的一端连接；

所述开关管Q8的控制端与所述T触发器的反向输出端连接；

所述可调电阻R15的调节端与所述叠加单元的输入端连接，所述可调电阻R15的另一端以及二极管D15的阳极接地。

优选地，所述叠加单元包括运算放大器U2、电阻R13、电阻R4以及电阻R8；

所述电阻R13的一端与基准电压连接，所述电阻R13的另一端分别与所述电阻R4的一端、所述电阻R8的一端以及所述运算放大器U2的反相输入端连接；

所述电阻R4的另一端与所述电压补偿单元连接；

所述运算放大器U2的正相输入端接地，所述运算放大器U2的输出端分别与所述电阻R8的另一端以及所述第二比较输入端连接。

本实用新型提供的另一种技术方案是：

逆变电焊机：包括上述的焊接电源电路，还包括整流滤波电路以及焊接电极，所述整流滤波电路的输入端与外部市电连接，所述整流滤波电路的输出端与所述逆变单元的输入端连接，所述降压整流滤波单元的输出端与所述焊接电极连接。

本实用新型的有益效果是：反馈单元与降压整流滤波单元的输入端连接，反馈单元产生反馈信号传输至第一比较输入端，比较控制单元比较反馈信号以及基准电压以生成PWM 控制信号，比较控制单元传输PWM信号至逆变单元，以控制逆变单元产生合适的交流电，交流电经降压整流滤波单元处理后转变为合适焊接的直流电，通过从降压整流滤波单元的输入端获取反馈信号，相对从负载电流处获取的方式，能够降低焊接环境对反馈信号的干扰，进而令最终输出的直流电，即负载电流更加稳定，提高焊接的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型其中一种实施方式的原理框图；

图2是比较控制单元、整流模块、斜波补偿单元、电压补偿单元以及叠加单元的电路图；

图3是逆变单元、降压整流滤波单元以及电流互感器的电路图；

图4是没有电压补偿情况下负载电流与PWM控制信号占空比的关系图；

图5是有电压补偿情况下负载电流与PWM控制信号占空比的关系图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型的较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1至图3，本实用新型提供的初级反馈控制焊接电源电路，包括：

逆变单元10，逆变单元10的输入端与直流电连接；

降压整流滤波单元20，降压整流滤波单元20的输入端与逆变单元10的输出端连接，降压整流滤波单元20的输出端与外部焊接电极连接；

反馈单元30，反馈单元30与降压整流滤波单元20的输入端连接；

比较控制单元40，设置有第一比较输入端、第二比较输入端以及控制输出端，第一比较输入端与反馈单元30连接，第二比较输入端与基准电压连接，控制输出端与逆变单元10 的控制端连接。

反馈单元30与降压整流滤波单元20的输入端连接，反馈单元30产生反馈信号传输至第一比较输入端，比较控制单元40比较反馈信号以及基准电压以生成PWM控制信号，比较控制单元40传输PWM信号至逆变单元，以控制逆变单元10产生合适的交流电，交流电经降压整流滤波单元20处理后转变为合适焊接的直流电，通过从降压整流滤波单元20 的输入端获取反馈信号，相对从负载电流处获取的方式，能够降低焊接环境对反馈信号的干扰，进而令最终输出的直流电，即负载电流更加稳定，提高焊接的可靠性。

参考图3，降压整流滤波单元20一般包括变压器T1、二极管D1、二极管D2、电感L0以及电阻Rf，变压器T1的初级线圈与逆变单元10的输出端连接，变压器T2的次级线圈与二极管D1以及二极管D2构成全波整流电路，电感L0 与电阻Rf构成RL滤波电路，全波整流电路的输出端与RL 滤波电路连接，RL滤波电路与外部焊接电极连接。

根据变压器T1的工作原理，变压器T1的初级线圈电流与次级线圈电流是具有比例关系的，而变压器T1的次级线圈电流经过整流滤波后，最终的负载电流即焊接电流与变压器T1的初级线圈电流亦具有比例关系，具体为负载电流的平均值与变压器T1的初级线圈电流的峰值成比例。因此，反馈单元30通过与降压整流滤波单元20的输入端即变压器T1的初级线圈连接生成反馈信号，反馈信号能够反映负载电流的变化，从而实现与负载端采样生成反馈信号相似的效果，同时反馈信号受到焊接环境干扰的影响较小，有利于稳定负载电流。

参考图3，作为逆变单元10的优选实施方式，逆变单元 10采用全桥逆变电路，比较控制单元40通过与全桥逆变电路中四个开关管的控制端连接，相对半桥逆变电路，全桥逆变电路的输出功率更高，更适合用于进行焊接。作为进一步优选是方式，全桥逆变电路中的开关管使用IGBT管，IGBT 管具有响应速度快、效率高等优点。在比较控制单元40的控制输出端不能够直接驱动IGBT管的情况下，控制输出端可以是通过IGBT驱动芯片与逆变单元10的控制端连接。

参考图1至图3，作为反馈单元30的优选实施方式，反馈单元30包括电流互感器31以及整流模块32，电流互感器 31与降压整流滤波单元20的输入端耦合，电流互感器31的输出端与整流模块32的输入端连接，整流模块32的输出端与第一比较输入端连接。

电流互感器31采样降压整流滤波单元20的输入端电流，具体为采样变压器T1的初级线圈电流，变压器T1的初级线圈电流是由逆变单元10输出的交流电，采样的电流信号亦为交流信号，需要整流模块32对采样的电流信号处理，形成反馈信号传输至比较器42的第一输入端，进而比较器42根据反馈信号与基准电压比较生成PWM信号。反馈单元 30亦可以是包括霍尔电流传感器与整流桥的实施方式，通过霍尔电流传感器采样变压器T1的初级线圈电流信号，电流信号经整流桥整流后形成反馈信号；反馈单元30还可以是包括分流器、放大模块以及整流桥的实施方式，通过分流器采样电流信号，经过放大模块放大并在整流桥整流后形成反馈信号。

参考图2，作为优选的实施方式，还包括斜波补偿单元 50，比较控制单元40包括有振荡模块41，斜波补偿单元50 与振荡模块41连接以产生斜波信号，斜波补偿单元50分别与整流模块32的输出端以及第一比较输入端连接。

在电流PWM控制模式下，当比较控制单元40输出的PWM 信号的占空比超过50％时可能会出现振荡问题，导致PWM信号不稳定。为了防止振荡发生，通过斜波补偿单元50与振荡模块41连接产生斜波信号，同时斜波补偿单元50与整流模块32的输出端连接，使得斜波信号与反馈信号叠加，实现对反馈信号的斜波补偿，叠加后的信号传输至第一比较输入端，以此通过斜波补偿的方式，能够抑制振荡的发生，令输出的PWM信号更加稳定。

振荡模块41能够产生工作频率信号即时钟信号，振荡模块41一般包括振荡器、定时电容CT以及定时电阻RT。

参考图2，作为斜波补偿单元50的优选实施方式，斜波补偿单元50包括三极管Q5、电阻R10以及电阻R12；

三极管Q5的集电极与外部电源连接，三极管Q5的基极与振荡模块41连接，三极管Q5的发射端与电阻R10的一端连接；

电阻R10的另一端分别与整流模块32的输出端、第一比较输入端以及电阻R12的一端连接；

电阻R12的另一端接地。

三极管Q5的基极与振荡模块41连接，具体为与定时电容CT的一端连接，由于振荡模块41产生时钟信号时，定时电容CT上会产生同频率的斜坡信号，三极管Q5对定时电容 CT上的斜波信号进行放大，然后经过电阻R10与电阻R12分压，最终斜波信号与反馈信号叠加，实现斜波补偿。

参考图4，在基准电压不变，即第二比较输入端的电压不变的情况下，由于变压器T1初级励磁电流和斜波补偿的作用下，实际的负载电流与设定的电流值之间存在误差，并且该误差会随着比较控制单元40输出的PWM信号的占空比变化而改变，具体为实际的负载电流随着PWM信号的占空比增大而减少。

参考图2，为了解决上述问题，使实际的负载电流输出恒定，还包括电压补偿单元60以及叠加单元70，电压补偿单元60与比较控制单元40连接以产生电压补偿信号(图2 中Ub)，叠加单元70的输入端分别与电压补偿单元60以及基准电压(图2中Ua)连接，叠加单元70的输出端与第二比较输入端连接。

电压补偿单元60根据比较控制单元40输出的PWM信号产生电压补偿信号，叠加单元70将电压补偿信号与基准电压叠加后输入第二比较输入端。由于电压补偿信号受PWM信号影响，因此PWM信号的占空比改变时，电压补偿信号亦会相应变化，使得电压补偿信号与基准电压叠加后输入第二比较输入端，第二比较输入端的电压随PWM信号占空比变化而改变，从而改变设定的电流值曲线，参考图5，在电压补偿单元60以及叠加单元70的作用下，设定的电流曲线随PWM 信号的占空比增加而提高，最终使得实际的负载电流值稳定。

参考图2，作为优选的实施方式，比较控制单元40包括比较器42以及互补输出模块43，比较器42的正相输入端与第一比较输入端连接，比较器42的反相输入端与第二比较输入端连接，互补输出模块43与比较器42的输出端连接以产生互补的两个PWM控制信号，互补输出模块43与逆变单元10的控制端连接。

由于逆变单元10中同桥臂的两个开关管在工作时，是通过其一开关管导通并且另一开关管截止的方式，实现对直流电的逆变。通过比较器42比较反馈单元30输入的反馈信号电压以及基准电压以生成PWM控制信号后，PWM控制信号传输至互补输出模块43产生两个互补的PWM控制信号，两个互补的PWM控制信号分别控制逆变单元10中同桥臂的两个开关管，以满足逆变单元工作的控制需求，实现对直流电逆变的过程。比较控制单元40亦可以是包括DSP芯片的实施方式，反馈单元30将反馈信号传输至DSP芯片，DSP芯片根据反馈信号进行计算后输出合适的PWM信号至逆变单元 10；比较控制单元40还可以是其他能够根据反馈信号调整输出PWM信号的器件或电路。

参考图2，作为互补输出模块43的优选实施方式，互补输出模块43包括T触发器，T触发器的输入端与比较器42 的输出端连接，T触发器的正相输出端以及T触发器的反相输出端均与逆变单元10的控制端连接。振荡模块41能够与 T触发器的时钟信号输入端连接，以控制T触发器输出信号的频率。

参考图2，作为电压补偿单元60的优选实施方式，电压补偿单元60包括开关管Q7、开关管Q8、电感L1、二极管 D15以及可调电阻R15；

开关管Q7的输入端分别与开关管Q8的输入端以及外部电源连接，开关管Q7的控制端与T触发器的正相输出端连接，开关管Q7的输出端分别与开关管Q8的输出端、二极管 D15的阴极以及可调电阻R15的一端连接；

开关管Q8的控制端与T触发器的反向输出端连接；

可调电阻R15的调节端与叠加单元70的输入端连接，可调电阻R15的另一端与二极管D15的阳极接地。

开关管Q7、开关管Q8、电感L1以及二极管D15形成双开关管BUCK电路，可调电阻R15作为双开关管BUCK电路负载，可调电阻R15上的电压形成电压补偿信号。正相输出端与反相输出端分别输出互补的PWM信号，开关管Q7与开关管Q8在比较控制单元40输出互补的PWM信号控制下工作，使可变电阻R15上的电压补偿信号与PWM信号相关联，同时由于逆变单元10亦是受比较控制单元40PWM信号的控制，逆变单元10的输出电流亦是与PWM信号相关联，并且降压整流滤波单元20的输入电压与输出电压Uf之间存在比例关系，因此，电压补偿信号与输出电压Uf之间是成比例的。

通过电压补偿信号能够反映输出信号的变化，并将电压补偿信号叠加在基准电压上，实现调节设定的电流值曲线。另外能够通过调节可调电阻R15的调节端，以调节电压补偿信号的电压上升斜率，当电压补偿信号的电压上升斜率与斜波补偿单元50输出的斜波信号的斜率相同时，即可使负载电流恒定，不随PWM信号占空比的变化而改变。

参考图2，作为叠加单元70的优选实施方式，叠加单元 70包括运算放大器U2、电阻R13、电阻R4以及电阻R8；

电阻R13的一端与基准电压连接，电阻R13的另一端分别与电阻R4的一端、电阻R8的一端以及运算放大器U2的反相输入端连接；

电阻R4的另一端与电压补偿单元60连接；

运算放大器U2的正相输入端接地，运算放大器U2的输出端分别与电阻R8的另一端以及第二比较输入端连接。

运算放大器U2、电阻R13、电阻R4以及电阻R8构成加法器，能够将基准电压与电压补偿信号按比例进行相加后输出，加法器的结构简单，容易实现。

比较控制单元40优选采用电流型PWM电源控制器3846 芯片。

本实用新型提供的逆变电焊机：包括上述实施例中的焊接电源电路，还包括整流滤波电路以及焊接电极，整流滤波电路的输入端与外部市电连接，整流滤波电路的输出端与逆变单元10的输入端连接，降压整流滤波单元20的输出端与焊接电极连接。

整流滤波电路将市电转换为直流电输入逆变单元10，比较控制单元40控制逆变单元10输出合适的交流电，经降压整流滤波单元20的处理后形成焊接直流电输出至焊接电极进行焊接工作，反馈单元30的反馈信号取自整流滤波单元的输入端，能够降低焊接环境干扰，是的输出的焊接直流电更加稳定。

上述实施例只是本实用新型的优选方案，本实用新型还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。

Claims (10)

1.初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于，包括：

逆变单元(10)，所述逆变单元(10)的输入端与直流电连接；

降压整流滤波单元(20)，所述降压整流滤波单元(20)的输入端与所述逆变单元(10)的输出端连接，所述降压整流滤波单元(20)的输出端与外部焊接电极连接；

反馈单元(30)，所述反馈单元(30)与所述降压整流滤波单元(20)的输入端连接；

比较控制单元(40)，设置有第一比较输入端、第二比较输入端以及控制输出端，所述第一比较输入端与所述反馈单元(30)连接，所述第二比较输入端与基准电压连接，所述控制输出端与所述逆变单元(10)的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：所述反馈单元(30)包括电流互感器(31)以及整流模块(32)，所述电流互感器(31)与所述降压整流滤波单元(20)的输入端耦合，所述电流互感器(31)的输出端与所述整流模块(32)的输入端连接，所述整流模块(32)的输出端与所述第一比较输入端连接。

3.根据权利要求2所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：还包括斜波补偿单元(50)，所述比较控制单元(40)包括有振荡模块(41)，所述斜波补偿单元(50)与所述振荡模块(41)连接以产生斜波信号，所述斜波补偿单元(50)分别与所述整流模块(32)的输出端以及所述第一比较输入端连接。

4.根据权利要求3所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：所述斜波补偿单元(50)包括三极管Q5、电阻R10以及电阻R12；

所述三极管Q5的集电极与外部电源连接，所述三极管Q5的基极与所述振荡模块(41)连接，所述三极管Q5的发射端与所述电阻R10的一端连接；

所述电阻R10的另一端分别与所述整流模块(32)的输出端、所述第一比较输入端以及所述电阻R12的一端连接；

所述电阻R12的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：还包括电压补偿单元(60)以及叠加单元(70)，所述电压补偿单元(60)与所述比较控制单元(40)连接以产生电压补偿信号，所述叠加单元(70)的输入端分别与所述电压补偿单元(60)以及基准电压连接，所述叠加单元(70)的输出端与所述第二比较输入端连接。

6.根据权利要求5所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：所述比较控制单元(40)包括比较器(42)以及互补输出模块(43)，所述比较器(42)正相输入端与所述第一比较输入端连接，所述比较器(42)反相输入端与所述第二比较输入端连接，所述互补输出模块(43)与所述比较器(42)的输出端连接以产生互补的两个PWM控制信号，所述互补输出模块(43)与所述逆变单元(10)的控制端连接。

7.根据权利要求6所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：所述互补输出模块(43)包括T触发器，所述T触发器的输入端与所述比较器(42)的输出端连接，所述T触发器的正相输出端以及T触发器的反相输出端均与所述逆变单元(10)的控制端连接。

8.根据权利要求7所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：所述电压补偿单元(60)包括开关管Q7、开关管Q8、电感L1、二极管D15以及可调电阻R15；

所述开关管Q7的输入端分别与所述开关管Q8的输入端以及外部电源连接，所述开关管Q7的控制端与所述T触发器的正相输出端连接，所述开关管Q7的输出端分别与所述开关管Q8的输出端、二极管D15的阴极以及所述可调电阻R15的一端连接；

所述开关管Q8的控制端与所述T触发器的反向输出端连接；所述可调电阻R15的调节端与所述叠加单元(70)的输入端连接，所述可调电阻R15的另一端以及二极管D15的阳极接地。

9.根据权利要求5所述的初级反馈控制焊接电源电路，其特征在于：所述叠加单元(70)包括运算放大器U2、电阻R13、电阻R4以及电阻R8；

所述电阻R13的一端与基准电压连接，所述电阻R13的另一端分别与所述电阻R4的一端、所述电阻R8的一端以及所述运算放大器U2的反相输入端连接；

所述电阻R4的另一端与所述电压补偿单元(60)连接；

所述运算放大器U2的正相输入端接地，所述运算放大器U2的输出端分别与所述电阻R8的另一端以及所述第二比较输入端连接。

10.逆变电焊机，其特征在于：包括如权利要求1至权利要求9任一所述的焊接电源电路，还包括整流滤波电路以及焊接电极，所述整流滤波电路的输入端与外部市电连接，所述整流滤波电路的输出端与所述逆变单元(10)的输入端连接，所述降压整流滤波单元(20)的输出端与所述焊接电极连接。

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