CN211889368U - 逆变式拉弧焊电源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种逆变式拉弧焊电源，包括第一PWM驱动电路，第二PWM驱动电路，采样电路，处理器，用于向第一工件和第二工件输出焊接电流的主电路，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路；处理器获取焊接电流采样电路采集的第一反馈电流信号和电弧电压采样电路采集的反馈电压信号，通过第一PWM驱动电路调整主电路的电流值，从而使得焊点在预热阶段能够充分预热，促进燃弧阶段电弧的形成，同时在燃弧阶段可以调整燃弧电流大小及时间来释放合适的热量，避免第一工件和第二工件端点熔化不足或熔化过度的情况，进一步提高异种金属焊点的质量。处理器通过第二PWM驱动电路输出对应的PWM信号，使得第一工件和第二工件获得优质焊点。

Description

逆变式拉弧焊电源

技术领域

本申请涉及弧焊技术领域，特别是涉及一种逆变式拉弧焊电源。

背景技术

科学技术的不断进步对各类工程机械构件的性能，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久性等提出了更高的要求。在许多情况下，单纯的一种金属材料已经不能满足工程使用要求，异种金属构件成为高性能机械结构的关键部分。异种金属的焊接不仅能充分利用各组成材料的优异性能，还大大降低了整体生产成本，显著提高了经济效益，在电子元器件、电池、传感器等领域中得以广泛应用。各种金属因为组织性能的差异(如熔点、膨胀系数、热导率、比热容等差异)，加大了异种金属焊接的难度。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的异种金属细线焊接效率低。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高异种金属焊接效率的逆变式拉弧焊电源。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种逆变式拉弧焊电源，包括第一PWM驱动电路，第二PWM驱动电路，处理器，用于向第一工件和第二工件输出焊接电流的主电路，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路；

还包括焊接电流采样电路、电弧电压采样电路和拉弧电流采样电路；焊接电流采样电路分别连接处理器和主电路；电弧电压采样电路分别连接处理器和主电路；拉弧电流采样电路分别连接拉弧电路和处理器；

处理器通过第一PWM驱动电路连接主电路；处理器通过第二PWM驱动电路连接拉弧电路。

在其中一个实施例中，主电路包括依次连接的第一整流滤波电路、逆变电路、高频变压器和第二整流滤波电路；

第一整流滤波电路用于连接交流电源；第二整流滤波电路的第一输出端连接第一工件，第二输出端连接第二工件；逆变电路通过第一PWM驱动电路连接处理器。

在其中一个实施例中，拉弧电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、储能电容、MOS管、回流二极管、弹性件和线圈；

MOS管的栅极通过第二PWM驱动电路连接处理器，漏极分别连接第一限流电阻的一端和储能电容的一端，源极通过第二限流电阻连接线圈的一端；

第一限流电阻的另一端用于连接直流电源的正极；储能电容的另一端分别连接直流电压的负极，回流二极管的正极连接线圈的另一端；回流二极管的负极连接MOS管源极。

在其中一个实施例中，弹性件包括弹片。

在其中一个实施例中，还包括连接处理器的故障检测电路。

在其中一个实施例中，故障检测电路包括过热检测电路；

过热检测电路连接处理器。

在其中一个实施例中，故障检测电路包括过流检测电路；过流检测电路连接处理器。

在其中一个实施例中，处理器为DSP控制器。

在其中一个实施例中，还包括与处理器连接的键盘和显示器。

在其中一个实施例中，显示器为LCD显示器。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请提供的逆变式拉弧焊电源，包括第一PWM驱动电路，第二PWM驱动电路，采样电路，处理器，用于向第一工件和第二工件输出焊接电流的主电路，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路；处理器获取焊接电流采样电路采集的第一反馈电流信号和电弧电压采样电路采集的反馈电压信号，通过第一PWM驱动电路调整逆变电路的占空比而控制焊接电流，从而使得焊点在预热阶段能够充分预热，促进燃弧阶段电弧的形成，同时在燃弧阶段可以调整燃弧电流大小及时间来释放合适的热量，避免第一工件和第二工件端点熔化不足或熔化过度的情况，进一步提高异种金属焊点的质量。处理器获取拉弧电流采样电路采集的第二反馈电流信号，通过第二PWM驱动电路向拉弧电路输出对应的PWM信号而控制线圈电流，从而控制线圈吸力，调整第一工件和第二工件的分合状态，使得第一工件和第二工件分离、燃弧、熔融端点缓慢贴合、焊接接头均匀成形，从而获得优质焊点。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中逆变式拉弧焊电源的第一示意性结构框图；

图2为一个实施例中主电路的结构框图；

图3为一个实施例中拉弧电路的结构框图；

图4为一个实施例中逆变式拉弧焊电源的第二示意性结构框图；

图5为一个实施例中逆变式拉弧焊电源的第三示意性结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“输出”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种逆变式拉弧焊电源，包括处理器20，用于向第一工件和第二工件输出焊接电流的主电路30，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路40；还包括第一PWM驱动电路50和第二PWM驱动电路60；

还包括焊接电流采样电路101、电弧电压采样电路103和拉弧电流采样电路105；焊接电流采样电路101分别连接处理器20和主电路30；电弧电压采样电路103分别连接处理器20和主电路30；拉弧电流采样电路105分别连接拉弧电路40和处理器20；

处理器20通过第一PWM驱动电路50连接主电路；处理器20通过第二PWM驱动电路60连接拉弧电路。

其中，采样电路可以为本领域任意一种采样电路，在此不做具体限定。具体地，焊接电流采样电路用于采集主电路的第一反馈电流信号，电弧电压采样电路用于采集主电路的反馈电压信号，拉弧电流采样电路用于采集拉弧电路的第二反馈电流信号。拉弧电路可以为本领域任意一种能够控制第一工件和第二工件分合的电路，在此不做具体限定。

具体而言，主电路用于向第一工件和第二工件输出焊接电流。需要说明的是，第一工件、第二工件和主电路之间构成电回路。拉弧电路可以通过本领域任意一种手段控制第一工件和第二工件分合。

处理器获取焊接电流采样电路采集的第一反馈电流信号和电弧电压采样电路采集的反馈电压信号。处理器采用电流反馈和电压反馈相结合的反馈方式，对主电路输出的电流值的大小进行控制。根据第一反馈电流信号和反馈电压信号，调制出相应占空比的第一PWM信号，并通过第一PWM驱动电路将第一PWM信号传输给逆变电路。具体地，可以采用PID控制、PI控制等方式进行信号调制，也可以采用其他方式进行信号调制。需要说明的是，第一PWM信号调制为本领域常用技术手段。

处理器通过采用电流反馈方式，通过第二PWM驱动电路输出对应的PWM信号，从而使得拉弧电路的电流值发生变化，进而控制第一工件和第二工件的分合状态。需要说明的是，处理器根据拉弧电流采样电路采集的电流值，输出不同占空比的PWM信号为本领域常用技术手段。进一步地，分合状态包括分离状态和接触状态，可以为第一工件和第二工件的相对位置距离的表征。从而，处理器可以精确控制拉弧动作，进而控制第一工件和第二工件分离的时刻、分离的距离以及维持分离状态的时间。在焊点成形阶段可以控制工件缓慢贴合，使得焊点均匀成形。在一个具体示例中，处理器采用dsPIC33FGS610芯片，第一PWM信号频率设定为100kHz，主电路的工作频率达100kHz，占空比调节分辨率为1/2400，该反馈控制环的控制周期为10us，系统响应迅速，电流精准性可以得到有效控制。在其中一个实施例中，处理器为DSP控制器。

上述逆变式拉弧焊电源，包括第一PWM驱动电路，第二PWM驱动电路，采样电路，处理器，用于向第一工件和第二工件输出焊接电流的主电路，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路；处理器获取焊接电流采样电路采集的第一反馈电流信号和电弧电压采样电路采集的反馈电压信号，通过第一PWM驱动电路调整逆变电路的占空比而控制焊接电流，使得焊点在预热阶段能够充分预热，促进燃弧阶段电弧的形成，同时在燃弧阶段可以调整燃弧电流大小及时间来释放合适的热量，避免第一工件和第二工件端点熔化不足或熔化过度的情况，进一步提高异种金属焊接的焊点的质量。处理器获取拉弧电流采样电路采集的第二反馈电流信号，通过第二PWM驱动电路输出对应的PWM信号而控制线圈电流，从而控制线圈吸力，调整第一工件和第二工件的分合状态，使得第一工件和第二工件分离、燃弧、熔融端点缓慢贴合、焊接接头均匀成形，从而获得优质焊点。

在其中一个实施例中，如图2所示，主电路30包括依次连接的第一整流滤波电路301、逆变电路303、高频变压器305和第二整流滤波电路307；

第一整流滤波电路301用于连接交流电源；第二整流滤波电路307的第一输出端连接第一工件，第二输出端连接第二工件；逆变电路连接处理器。

其中，第一整流滤波电路和第二整流滤波电路可以为本领域任意一种具有整流滤波功能电路，在此不做具体限定。

具体地，交流电源输出的交流电经第一整流滤波电路后，变成直流电；直流电经过逆变电路变成交流电，后经过高频变压器和第二整流滤波电路向第一工件和第二工件输出焊接电流。

逆变电路接收第一PWM驱动电路输出的第一PWM信号，从而控制输出电流值的大小。在一个具体示例中，第一PWM信号频率设定为100kHz，逆变电路的工作频率达100kHz，占空比调节分辨率为1/2400，该反馈控制环的控制周期为10us，系统响应迅速，电流精准性可以得到有效控制。

在其中一个实施例中，如图3所示，拉弧电路40包括第一限流电阻401、第二限流电阻403、储能电容407、MOS管409、回流二极管411、弹性件413和线圈415；

MOS管409的栅极和源极均通过第二PWM驱动电路连接处理器，漏极分别连接第一限流电阻401的一端和储能电容407的一端，源极分通过第二限流电阻403连接线圈415的一端；

第一限流电阻401的另一端用于连接直流电源的正极；储能电容407的另一端分别连接直流电源的负极，回流二极管411的正极连接线圈415的另一端；回流二极管411的负极连接MOS管的源极。

具体地，直流电源通过第一限流电阻给储能电容充电，处理器通过调节MOS管的占空比控制线圈电流，从而控制线圈对弹片的吸力以控制工件柔顺分离、分离时间、分离距离、并且可以缓慢减少吸力控制工件缓慢贴合，使焊接接头均匀成形，防止工件贴合时冲击过大产生飞溅。回流二极管用于防止线圈产生的回流对IC器件造成损坏。在其中一个实施例中，弹性件包括弹片。

在一个具体示例中，主电路与拉弧电路的MOS管导通频率均为100kHz，由处理器控制其占空比。焊接启动后，拉弧电路先开始工作，0.4ms后主电路才开始工作，保证工件在合适电流的情况下分离，产生电弧。拉弧电路电流先上升后下降，上升时间2ms，下降时间3ms，峰值电流为35A，电流上升阶段使工件缓慢分离，电流下降阶段使工件端点缓慢贴合、形成优质焊点；主电路导通后电流逐渐上升，上升时间2ms、峰值120A，使工件得到充分预热，随后恒流控制1ms，在此期间工件分离，产生电弧释放热量熔化工件端点，然后电弧电流下降至50A，下降时间1ms，使工件端点熔化量合适，主电路通电总时间4ms。

在其中一个实施例中，如图4所示，提供了一种逆变式拉弧焊电源，包括采样电路10，处理器20，用于向第一工件和第二工件输出高频电流的主电路30，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路40；还包括第一PWM驱动电路50和第二PWM驱动电路60；

采样电路10包括焊接电流采样电路101、电弧电压采样电路103和拉弧电流采样电路105；焊接电流采样电路101分别连接处理器20和主电路30；电弧电压采样电路103分别连接处理器20和主电路30；拉弧电流采样电路105分别连接拉弧电路40和处理器20；

处理器20通过第一PWM驱动电路50连接主电路；处理器20通过第二PWM驱动电路60连接拉弧电路。

还包括连接处理器20的故障检测电路70；

其中，故障检测电路可以为本领域任意一种可以进行故障检测的电路。

在一个具体示例中，故障检测电路包括过流检测电路，过流检测电路连接处理器。其中，过流检测电路可以采用本领域任意一种具有过流检测功能的电路，具体地，反馈电流、反馈电压在输入处理器后先进行ADC转换成数字信号，然后进行高速数字化运算处理。同时，若过流检测电路检测到反馈电流值超过设定的电流上限值，则立即停止焊接过程，避免过流损坏焊接电源元器件。

在另一个示例中，故障检测电路包括过热检测电路；过热检测电路连接处理器。其中，过热检测电路可以采用本领域任意一种具有过热检测功能的电路。若过热检测电路检测到温度超过设定值时，将产生一个高电平信号传输到处理器。处理器接收到该信号时停止焊接，避免温度过高损坏电源。

在一个实施例中，提供了一种逆变式拉弧焊电源，如图5所示，包括采样电路10，处理器20，用于向第一工件和第二工件输出高频电流的主电路30，以及用于控制第一工件与第二工件分合的拉弧电路40；还包括第一PWM驱动电路50和第二PWM驱动电路60；

采样电路10包括焊接电流采样电路101、电弧电压采样电路103和拉弧电流采样电路105；焊接电流采样电路101分别连接处理器20和主电路30；电弧电压采样电路103分别连接处理器20和主电路30；拉弧电流采样电路105分别连接拉弧电路40和处理器20；

处理器20通过第一PWM驱动电路50连接主电路；处理器20通过第二PWM驱动电路60连接拉弧电路。

还包括与处理器连接的键盘80和显示器90。

其中，所述键盘用于输入主电路电流、焊接时间、拉弧电路电流、拉弧时间及提前拉弧时间；所述LCD显示屏用于显示输入参数的设定值及实时显示电流。该显示器可能包括能够导致图形或其他视觉信息显示的任何平面、表面、或其它工具。进一步地，该显示器可能包括将图像或视觉信息投影到平面或曲面上的任何类型的投影仪。例如，该显示器可能包括一个或多个电视机、计算机显示器、头戴式显示器、广播参考监视器、液晶显示器(LCD)屏幕、基于发光二极管(LED)的显示器、LED背光LCD显示器、阴极射线管(CRT)显示器、电致发光(ELD)显示器、电子纸/墨水显示器、等离子显示面板、有机发光二极管(OLED)显示器、薄膜晶体管(TFT)显示器、高性能定址(HPA)显示器、表面传导电子发射显示器、量子点显示器、干涉调制器显示器、体扫描显示器、碳纳米管显示器、变焦镜显示器、发射波长显示器、激光显示器、全息显示器、光场显示器、墙壁、三维显示器、电子墨水显示器、以及用于输出视觉信息的任何其它电子设备。该显示器可能包括触摸屏或者是触摸屏的一部分。在其中一个实施例中，显示器为LCD显示器。

在一个实施例中，提供了一种逆变式拉弧焊电源，包括第一PWM驱动电路，第二PWM驱动电路，处理器，主电路和拉弧电路。还包括焊接电流采样电路、电弧电压采样电路和拉弧电流采样电路；所述焊接电流采样电路分别连接所述处理器和所述主电路；所述电弧电压采样电路分别连接所述处理器和所述主电路；所述拉弧电流采样电路分别连接所述拉弧电路和所述处理器；

主电路包括依次连接的第一整流滤波电路、逆变电路、高频变压器和第二整流滤波电路；第一整流滤波电路用于连接交流电源；第二整流滤波电路的第一输出端连接第一工件，第二输出端连接第二工件；逆变电路通过第一PWM驱动电路连接处理器。

拉弧电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、储能电容、MOS管、回流二极管、弹性件和线圈；MOS管的栅极和源极均通过第二PWM驱动电路连接处理器，漏极分别连接第一限流电阻的一端和储能电容的一端，源极通过第二限流电阻连接线圈的一端；第一限流电阻的另一端用于连接直流电源的正极；储能电容的另一端分别连接直流电源的负极，回流二极管的正极连接线圈的另一端；回流二极管的负极连接MOS管的源极。

还包括连接处理器的故障检测电路。

上述逆变式拉弧焊电源，逆变电路接收第一PWM驱动电路输出的第一PWM信号，从而控制输出电流值的大小。在一个具体示例中，第一PWM信号频率设定为100kHz，逆变电路的工作频率达100kHz，占空比调节分辨率为1/2400，该反馈控制环的控制周期为10us，系统响应迅速，电流精准性可以得到有效控制。处理器通过调节MOS管的占空比控制线圈电流，从而控制线圈对弹片的吸力以控制工件柔顺分离、分离时间、分离距离、并且可以缓慢减少吸力控制工件缓慢贴合，使焊接接头均匀成形，防止工件贴合时冲击过大产生飞溅。故障检测电路包括过流检测电路和过热检测电路。过流检测电路检测到反馈电流值超过设定的电流上限值，则立即停止焊接过程，避免过流损坏焊接电源元器件。若过热检测电路检测到温度超过设定值时，将产生一个高电平信号传输到处理器。处理器接收到该信号时停止焊接，避免温度过高损坏电源。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种逆变式拉弧焊电源，其特征在于，包括第一PWM驱动电路，第二PWM驱动电路，处理器，用于向第一工件和第二工件输出焊接电流的主电路，以及用于控制所述第一工件与所述第二工件分合的拉弧电路；

还包括焊接电流采样电路、电弧电压采样电路和拉弧电流采样电路；所述焊接电流采样电路分别连接所述处理器和所述主电路；所述电弧电压采样电路分别连接所述处理器和所述主电路；所述拉弧电流采样电路分别连接所述拉弧电路和所述处理器；

所述处理器通过所述第一PWM驱动电路连接所述主电路；所述处理器通过所述第二PWM驱动电路连接所述拉弧电路。

2.根据权利要求1所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述主电路包括依次连接的第一整流滤波电路、逆变电路、高频变压器和第二整流滤波电路；

所述第一整流滤波电路用于连接交流电源；所述第二整流滤波电路的第一输出端连接所述第一工件，第二输出端连接所述第二工件；所述逆变电路通过所述第一PWM驱动电路连接所述处理器。

3.根据权利要求1所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述拉弧电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、储能电容、MOS管、回流二极管、弹性件和线圈；

所述MOS管的栅极和源极均通过所述第二PWM驱动电路连接所述处理器，漏极分别连接所述第一限流电阻的一端和储能电容的一端，源极通过所述第二限流电阻连接线圈的一端；

所述第一限流电阻的另一端用于连接直流电源的正极；所述储能电容的另一端分别连接所述直流电源的负极，所述回流二极管的正极连接所述线圈的另一端；所述回流二极管的负极连接所述MOS管的源极。

4.根据权利要求3所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述弹性件包括弹片。

5.根据权利要求1所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，还包括连接所述处理器的故障检测电路。

6.根据权利要求5所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述故障检测电路包括过热检测电路；

所述过热检测电路连接所述处理器。

7.根据权利要求5或6所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述故障检测电路包括过流检测电路；

所述过流检测电路连接所述处理器。

8.根据权利要求1所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述处理器为DSP控制器。

9.根据权利要求1所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，还包括与所述处理器连接的键盘和显示器。

10.根据权利要求9所述的逆变式拉弧焊电源，其特征在于，所述显示器为LCD显示器。

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