專利名稱：便攜式igbt逆變電弧焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變電弧焊機，尤其是一種便攜式IGBT逆變電弧焊機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的小型弧焊機一般是采用功率場效應(yīng)管(以下簡稱場管)作為主開關(guān) 器件的，因此該逆變式弧焊機存在以下幾點不足。其一是受單個場管無法產(chǎn)生 很大電流所限，該焊機需用多個場管并聯(lián)，從而增加了焊機出現(xiàn)故障的可能性。 其二是由于逆變頻率較高，使得場管和快恢復(fù)二極管發(fā)熱較高，且受主變壓器 結(jié)構(gòu)所限其熱量無法快速散出，雖逆變頻率較高，但同等電流同等暫載率的焊 機，散熱器和風(fēng)機要很大，從而難以實現(xiàn)體積小型化。其三是由于場管較多， 散熱器和風(fēng)機體積都較大等原因，在同等參數(shù)下其成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可靠性高、體積小、成本低的便攜式IGBT逆變電
弧焊機。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是， 一種便攜式IGBT逆變電弧 焊機，該便攜式IGBT逆變電弧焊機包括，
主電路及與其連接的控制電路和輔助電源電路，
主電路順序依次包括輸入整流濾波電路，逆變電路，高頻主變壓器，二次 輸出整流電路，主電路將50Hz市電通過整流成為直流，再通過逆變成為高頻交 流，再二次整流成為直流供焊接所用，
控制電路包括P麗調(diào)節(jié)電路、IGBT驅(qū)動電路、電流反饋電路、電流給定電路，用戶設(shè)定的焊接電流值即電流給定，電流給定與分流器釆樣得到的電流反 饋信號一起進入電流調(diào)節(jié)器進行比較得到誤差電壓，誤差電壓控制P麗調(diào)節(jié)電
路產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號，該脈沖通過IGBT驅(qū)動電路來驅(qū)動主電路的絕緣門 極雙極晶體管IGBT，再通過主電路獲得焊接電流，其特征在于，
該逆變電路采用全橋硬開關(guān)結(jié)構(gòu)，其中絕緣門極雙極晶體管IGBT Gl、 G3 和G2、 G4構(gòu)成順序?qū)ǖ臉虮?，它們交替?dǎo)通將直流變成高頻方波交流，通過 高頻主變壓器后整流輸出低壓直流，IGBT兩端所并聯(lián)的電阻電容為尖峰電壓吸 收網(wǎng)絡(luò)，
該高頻主變壓器在電路中起到功率傳遞和電氣隔離的作用，該高頻主變壓 器使用微晶合金鐵心，初、次極線圈之間設(shè)有耐高壓、耐高溫絕緣層， P麗調(diào)節(jié)電路采用雙端輸出電流控制型脈寬調(diào)制器芯片U2。 作為優(yōu)選，所述P麗調(diào)節(jié)芯片即雙端輸出電流控制型脈寬調(diào)制器芯片U2， 其型號為KA3846，該KA3846采用峰值電流控制方式，實現(xiàn)逐個脈沖控制。
作為優(yōu)選，IGBT驅(qū)動電路是逆變電路中的絕緣門極雙極晶體管IGBT與控制 電路之間的接口，以實現(xiàn)對P麗信號的隔離、放大和保護。
本發(fā)明由于逆變電路采用了常用的全橋硬開關(guān)結(jié)構(gòu)，由絕緣門極雙極晶體 管IGBTG1、 G3和G2、 G4構(gòu)成順序?qū)ǖ臉虮?，IGBT作為第三代功率器件，綜 合了場效應(yīng)管和大功率三極管GTR的優(yōu)點，具有單個容量大、開關(guān)損耗小、耐 壓高、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動容易等優(yōu)點，得益于IGBT的優(yōu)點本發(fā)明不需多管并聯(lián)， 進而提高了焊機的可靠性，又由于發(fā)熱量低無需很大的散熱器和風(fēng)機，大大縮 小了整機的體積。由于本發(fā)明的高頻主變壓器使用微晶合金鐵心，初次極采用 耐高壓、耐高溫的絕緣材料，具有功率密度大、散熱容易、易于安裝等優(yōu)點， 由于直流變交流為即時逆變，在這個過程中交流的頻率很高， 一般有幾十千赫茲，由于頻率很高使得主變壓器的匝數(shù)很少鐵心也很小，進而使焊機體積小、 重量輕，同時變壓器的損耗也很小能夠提高整機效率。本發(fā)明由于雙端輸出的
電流控制型脈寬調(diào)制器芯片KA3846采用的是峰值電流模式控制法，該電流型控 制方式的優(yōu)點， 一是逐個脈沖控制，動態(tài)響應(yīng)快、輸出精度高、穩(wěn)定性好；二 是具有瞬態(tài)的保護能力，可以有效防止IGBT過流；三是能防止高頻主變壓器偏 磁的發(fā)生，如果嚴重偏磁會使IGBT甚至主變壓器損壞。本發(fā)明正是由于采用了 KA3846，整機的工作可靠性才得以提高。綜上所述，本發(fā)明工作可靠、體積小 巧、成本較低。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明的整機電路原理圖，包括主電路及其相關(guān)電路方框；
圖2是圖1中所示主電路的電路圖3是圖1中所示控制電路中的PWM調(diào)節(jié)原理圖4是圖1中所示控制電路中的IGBT驅(qū)動電路原理圖5是圖1中所示控制電路中電流反饋及電流給定電路原理圖6是圖1中所示輔助電源電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明便攜式IGBT逆變電弧焊機包括主電路及與其連接的控 制電路和輔助電源電路，在圖1中，主電路是指控制電路、驅(qū)動模塊和輔助電 源電路方框以外的電路，驅(qū)動模塊即IGBT驅(qū)動電路。
如圖2所示，主電路順序依次包括輸入整流濾波電路，逆變電路，高頻主 變壓器，二次輸出整流電路。主電路是焊機中最基本、最重要的部分，其主要 功能是將市電交流電變換成焊接所用直流。主電路是實現(xiàn)逆變的主體，逆變過程是將50Hz市電通過整流成為直流，再通過逆變成為高頻交流，二次整流成為 直流，其中直流變交流為即時逆變，在這個過程中交流的頻率很高， 一般有幾 十千赫茲，由于頻率很高使得主變壓器的匝數(shù)很少鐵心也很小，進而使焊機體 積小、重量輕，同時變壓器的損耗也很小能夠提高整機效率。
如圖2所示，輸入整流濾波電路包括電源開關(guān)、整流橋、合閘浪涌限制電 路、濾波電路連接構(gòu)成。其主要作用是為逆變電路提供較平穩(wěn)的直流電壓。
如圖2所示，逆變電路采用常用的全橋硬開關(guān)結(jié)構(gòu)。IGBT Gl、 G3和G2、 G4構(gòu)成順序?qū)ǖ臉虮?，它們交替?dǎo)通將直流變成高頻方波交流，通過高頻主 變壓器后整流輸出低壓直流。IGBT兩端所并聯(lián)的電阻電容為尖峰電壓吸收網(wǎng)絡(luò)， 其作用是把開關(guān)管關(guān)斷時因主變壓器漏感引起的尖峰電壓吸收掉，可以防止 IGBT過壓損壞。本發(fā)明所采用的主開關(guān)器件為IGBT，絕緣門極雙極晶體管IGBT 作為第三代功率器件，綜合了場效應(yīng)管和大功率三極管GTR的優(yōu)點，具有單個 容量大、開關(guān)損耗小發(fā)熱量低、耐壓高、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動容易等優(yōu)點。得益 于它的優(yōu)點本發(fā)明不需多管并聯(lián)，進而提高了焊機的可靠性，又由于發(fā)熱量低 無需很大的散熱器和風(fēng)機，大大縮小了整機的體積。
如圖2所示，高頻主變壓器在電路中起到功率傳遞和電氣隔離的作用。在 焊機中其傳遞功率大發(fā)熱高，又要有很高的絕緣性，是至關(guān)重要且成本比重很 高的部件。本發(fā)明的高頻主變壓器使用微晶合金鐵心，初次極采用耐高壓、耐 高溫的絕緣材料，具有功率密度大、散熱容易、易于安裝等優(yōu)點。
如圖2所示，二次輸出整流電路是將低壓的高頻交流電整流為直流，之后 便可用于焊接了 。由于交流頻率很高使用了快恢復(fù)二極管。
控制電路，其實現(xiàn)對焊接過程的控制，所述的控制電路包括P麗調(diào)節(jié)、IGBT 驅(qū)動電路、電流反饋電路、電流給定電路。電流給定是用戶設(shè)定的焊接電流值，它與分流器采樣得到的電流反饋信號一起進入電流調(diào)節(jié)器進行比較得到誤差電
壓，誤差電壓控制P觀調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號，該脈沖通過IGBT驅(qū) 動電路驅(qū)動主電路的IGBT，再通過主電路獲得焊接電流。本發(fā)明控制電路按所 含內(nèi)容分述如下
如圖3所示，P麗調(diào)節(jié)電路采用了 P麗調(diào)節(jié)芯片U2，其型號為KA3846。這 是一種雙端輸出的電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。KA3846采用的是峰值電流模式 控制法，電流型控制方式有以下優(yōu)點 一是逐個脈沖控制，動態(tài)響應(yīng)快、輸出 精度高、穩(wěn)定性好。二是具有瞬態(tài)的保護能力，可以有效防止IGBT過流。三是 能防止卨頻主變壓器偏磁的發(fā)生。如果嚴重偏磁會使IGBT甚至主變壓器損壞。 本發(fā)明正是由于采用了 KA3846，整機的工作可靠性得以提高。
如圖4所示，IGBT驅(qū)動電路是IGBT與控制電路之間的接口 (參閱圖1驅(qū)動 模塊即IGBT驅(qū)動電路)，實現(xiàn)對PWM信號的隔離、放大和保護，驅(qū)動電路對IGBT 的正常工作起著非常重要的作用。本發(fā)明使用的是驅(qū)動變壓器Tl，它可有效地 防止IGBT直通損壞，且價格便宜，進而提高了可靠性，降低了成本。
如圖5所示，電流反饋、電流給定電路，本發(fā)明是手工焊機，外特性屬恒 流需反饋電流量，此焊機的電流取樣器件是分流器，它成本低響應(yīng)速度快。
如圖6所示，輔助電源電路，其提供控制電路所需的低壓直流電源。本發(fā) 明的輔助電源采用的是單端反激開關(guān)電源。
權(quán)利要求
1.一種便攜式IGBT逆變電弧焊機，該便攜式IGBT逆變電弧焊機包括，主電路及與其連接的控制電路和輔助電源電路，主電路順序依次包括輸入整流濾波電路，逆變電路，高頻主變壓器，二次輸出整流電路，主電路將50Hz市電通過整流成為直流，再通過逆變成為高頻交流，再二次整流成為直流供焊接所用，控制電路包括PWM調(diào)節(jié)電路、IGBT驅(qū)動電路、電流反饋電路、電流給定電路，用戶設(shè)定的焊接電流值即電流給定，電流給定與分流器采樣得到的電流反饋信號一起進入電流調(diào)節(jié)器進行比較得到誤差電壓，誤差電壓控制PWM調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號，該脈沖通過IGBT驅(qū)動電路來驅(qū)動主電路的絕緣門極雙極晶體管IGBT，再通過主電路獲得焊接電流，其特征在于，該逆變電路采用全橋硬開關(guān)結(jié)構(gòu)，其中絕緣門極雙極晶體管IGBT G1、G3和G2、G4構(gòu)成順序?qū)ǖ臉虮?，它們交替?dǎo)通將直流變成高頻方波交流，通過高頻主變壓器后整流輸出低壓直流，IGBT兩端所并聯(lián)的電阻電容為尖峰電壓吸收網(wǎng)絡(luò)，該高頻主變壓器在電路中起到功率傳遞和電氣隔離的作用，該高頻主變壓器使用微晶合金鐵心，初、次極線圈之間設(shè)有耐高壓、耐高溫絕緣層，PWM調(diào)節(jié)電路采用雙端輸出電流控制型脈寬調(diào)制器芯片U2。
2. 如權(quán)利要求1所述的便攜式IGBT逆變電弧焊機，其特征在于，所述PWM 調(diào)節(jié)芯片即雙端輸出電流控制型脈寬調(diào)制器芯片U2，其型號為KA3846，該KA3846 采用峰值電流控制方式，實現(xiàn)逐個脈沖控制。
3. 如權(quán)利要求1所述的便攜式IGBT逆變電弧焊機，其特征在于，IGBT驅(qū)動 電路是逆變電路中的絕緣門極雙極晶體管IGBT與控制電路之間的接口 ，以實現(xiàn) 對P麗信號的隔離、放大和保護。
全文摘要
一種可靠性高、體積小、成本低的便攜式IGBT逆變電弧焊機，其包括主電路及與其連接的控制電路和輔助電源電路，主電路順序依次包括輸入整流濾波電路，逆變電路，高頻主變壓器，二次輸出整流電路；控制電路包括PWM調(diào)節(jié)電路、IGBT驅(qū)動電路、電流反饋電路、電流給定電路；特點是該逆變電路采用全橋硬開關(guān)結(jié)構(gòu)，其中絕緣門極雙極晶體管IGBT G1、G3和G2、G4構(gòu)成順序?qū)ǖ臉虮?，它們交替?dǎo)通將直流變成高頻方波交流，通過高頻主變壓器后整流輸出低壓直流，IGBT兩端所并聯(lián)的電阻電容為尖峰電壓吸收網(wǎng)絡(luò)；該高頻主變壓器使用微晶合金鐵心，初、次極線圈之間設(shè)有耐高壓、耐高溫絕緣層；PWM調(diào)節(jié)電路采用雙端輸出電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。
文檔編號B23K9/10GK101579776SQ20091012605
公開日2009年11月18日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者徐愛平, 磊 潘, 波 蕭 申請人:深圳市佳士科技發(fā)展有限公司