技術領域

本發(fā)明涉及一種具有六防和良好引弧性能的逆變氬弧焊機,屬于逆變焊機技術領域。

技術背景

目前，逆變式氬弧焊和手弧焊兩用機產(chǎn)品市場的競爭十分激烈，不僅體現(xiàn)在技術的先進性和優(yōu)勢上，還在很大程度上取決于焊機的功能和設計等方面。

國內(nèi)外市場上，小型MOS管、IGBT管逆變式氬弧焊機的額定電流通常在80~200A（負載持續(xù)率100~15%）的水平。不同的產(chǎn)品，其控制電路原理圖、電路板結構和整機結構設計等是不同的。在產(chǎn)品的性能、可靠性、制作工藝和成本等方面，也會有較大的差異性。過去的很多同類產(chǎn)品，由于抗干擾措施少，難以保障焊機的可靠性。此外，很多焊機無法做到防水、防導電性防塵、防潮、防霉、防腐、防振“六防”性能。再者，就是難以實現(xiàn)10米長焊槍焊接電纜條件下100%高頻引弧，以及存在電網(wǎng)電壓波動超過±15%時焊機無法正常工作的問題。因此，如何在低成本的前提下，開發(fā)性能好的焊機是有一定技術難度的。這也是本發(fā)明需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的在于提供一種具有六防和良好引弧性能的逆變氬弧焊機，其良好的“六防”即防水、防導電性防塵、防潮、防霉、防腐、防振能力，10米長焊槍焊接電纜條件下可實現(xiàn)100%高頻引弧，以及電網(wǎng)電壓波動超過±20%時，焊機仍然可以正常工作，使本發(fā)明的性能顯著優(yōu)于市場上眾多的同類產(chǎn)品，具有自己的特色。由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊機有更好的市場適應性。其良好的電路及其結構設計也是本發(fā)明的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術先進性的重要保障。本發(fā)明焊機的電路原理、電路板和整機結構設計有自己的獨特之處。

一種具有六防和良好引弧性能的逆變氬弧焊機，其特征在于：包括外殼部分、后面板部分、前面板部分和控制板部分；外殼部分包括外殼提手和底板，后面板部分包括后塑料面板，后塑料面板安裝有電源開關、冷卻風機、電磁氣閥及其進氣接口，電源開關控制焊機電源的通或斷，冷卻風扇位于焊機的后部，冷風從焊機后部的進氣孔進行；前面板部分包括塑料前面板，在塑料前面板上安裝有：正極性輸出快速接頭座組件、負極性輸出氣電一體化接頭、氬弧焊焊槍開關線插座、小面板及其上面安裝的參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板；所述的控制板部分設計為五塊，分別為開關電源電路及IGBT逆變控制板、快恢復二極管整流輸出板、主控制板、高頻引弧控制板、參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板；開關電源電路及IGBT逆變控制板的IGBT和整流輸出快恢復二極管的鋁散熱器采用螺絲固定在塑料絕緣隔離板上，塑料絕緣隔離板則固定在焊機底板上，兩個散熱器的兩邊分別是開關電源電路及IGBT逆變控制板、快恢復二極管整流輸出板，開關電源電路及IGBT逆變控制板放入護盒中并澆注有膠體物質(zhì)，該護盒也固定在焊機底板上，通過上述組裝方式使本發(fā)明這個部分構成一個整體部分，它靠近后部的冷卻風扇，這樣就在快恢復二極管整流輸出板、開關電源電路及IGBT逆變控制板之間構成了風道。

所述的IGBT的管腳都采用管腳護套套入后，再把IGBT焊接到電路板上；所述的開關電源電路及IGBT逆變控制板、主控制板、參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板均放入各自的護盒中，并澆注環(huán)氧灌封料；所述的快恢復二極管整流輸出板和高頻引弧控制板，表面則采取涂刷絕緣漆。

在焊機的中間部分設計有一個支架，在其上方安裝有帶護盒的主控制板，在支架的中間，則安裝逆變主變壓器，在支架的下方，則安裝有高頻引弧控制板，它們作為一個整體，利用支架的螺孔，通過采用螺絲固定在焊機的底板上。

所述的控制板部分的控制電路主要包括逆變主電路、開關電源電路、IGBT驅(qū)動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻引弧控制電路、輸出特性控制電路和抗干擾和濾波電路。

所述的逆變主電路由電源開關、整流橋、熱敏電阻、晶閘管、繼電器及其控制電路、大電解電容、IGBT管、快恢復二極管和逆變主變壓器組成，由正極性和負極性輸出端輸出焊接電流和電壓；繼電器會在電源開關接通，一定延時時間后動作，其觸頭閉合或短路熱敏電阻和晶閘管，繼電器的延時是由其控制電路來實現(xiàn)的，對大電解電容的充電，先經(jīng)過晶閘管和熱敏電阻支路，之后再短接晶閘管和熱敏電阻，實現(xiàn)上電緩沖；大電解電容起著濾波的作用。

所述的逆變主電路產(chǎn)生+310V直流電供給由開關電源變壓器、MOS管、PWM脈沖寬度調(diào)制器、快速二極管、集成穩(wěn)壓器，以及它們周圍的電阻、電容、穩(wěn)壓管組成的開關電源電路；

IGBT驅(qū)動電路包括驅(qū)動變壓器、MOS場效應管、穩(wěn)壓管、二極管以及它們外圍的電阻、電容；二個IGBT為二路驅(qū)動，每個部分的驅(qū)動電路形式是一致的，該部分電路，輸入的控制信號來自輸出特性控制電路中的PWM脈沖寬度調(diào)制芯片的輸出，由于PWM脈沖寬度調(diào)制芯片輸出的信號驅(qū)動功率小，需要經(jīng)過驅(qū)動功率電路進行放大，再通過驅(qū)動變壓器及其外圍的驅(qū)動電路去控制二個IGBT的工作狀態(tài)；PWM脈沖寬度調(diào)制芯片輸出的控制，PWM脈沖寬度調(diào)制信號是決定焊機逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號，而PWM脈沖寬度調(diào)制信號則受焊機的電流給定電路調(diào)反饋信號決定。

所述的高頻引弧控制電路由高壓包、引弧變壓器、火花放電器、電容、控制芯片、MOS管以及外圍的電路組成，引弧（變壓器串聯(lián)在逆變主電路的輸出負極性回路中，當焊焊槍開關閉合時，可使控制芯片產(chǎn)生輸出，控制芯片的輸出會使MOS管形成間歇式通斷，通過高壓包的升壓作用，會使電容兩端的電壓升高，當電壓升高到可擊穿達火花放電器之間的氣隙，并形成放電時，電容與引弧變壓器的初級繞組構成振蕩電路，其產(chǎn)生的振蕩高壓高頻信號經(jīng)過引弧變壓器的耦合和再次升壓作用，引入到逆變主電路的次級回路或焊接回路，此時焊槍中的鎢針與工件之間的距離適當，并且有保護氣體從焊槍中流出，實現(xiàn)氬弧焊的高頻引弧。

熱保護檢測和控制電路由熱敏電阻、運算放大器及其外圍的很多電阻、電容組成，兩個運算放大器部分的形式是一致的，兩個熱敏電阻的溫度檢測面緊貼IGBT的散熱器安裝，當散熱器的溫度過高時，對應運算放大器電路的輸出會發(fā)生翻轉，輸出高電平信號，通過二極管，一方面可使保護指示燈點亮，關閉高頻控制，另一方面，可使二極管導通，穩(wěn)壓管擊穿、穩(wěn)壓，其高電平信號可使運算放大器部分的電路輸出低電平，關閉PWM脈沖寬度調(diào)制芯片輸出，最終停止焊機的輸出，實現(xiàn)過熱保護控制功能。

所述的輸出特性控制電路由PWM脈沖寬度調(diào)制芯片、運算放大器及其外圍的電阻（、電容、二極管、穩(wěn)壓管組成，運算放大器電路部分是典型的比例積分控制電路，焊接電流給定信號通過電阻輸入到控制環(huán)節(jié)；來自分流器，并經(jīng)過運算放大器放大的電流負反饋信號輸入到控制環(huán)節(jié)。

關于本發(fā)明焊機的電路抗干擾措施，主要有以下幾個方面： 關于本發(fā)明焊機的電路抗干擾措施，主要有以下幾個方面：1）輸入濾波抗干擾措施。見附圖2，輸入濾波電路由濾波電容Ck1～組成Ck3。主要是對來自電網(wǎng)的干擾信號進行濾波，減少或降低干擾信號對本發(fā)明焊機控制電路工作的不利影響。2）輸出濾波抗干擾措施。見附圖4，輸出抗干擾濾波電路由R1~R2電阻、CC5電容；R7~R8電阻、CC4電容；D5~D9二極管、CC1~CC3電容、R3~R5電阻等組成。R1~R2電阻和CC5電容的串聯(lián)電路（可減小電流波形中的毛刺突變信號），主要是防止干擾信號損壞（附圖4中）D1~D2快速恢復二極管；R7~R8電阻和CC4電容的串聯(lián)電路，主要是防止干擾信號損壞（附圖4中）D3~D4快速恢復二極管；并聯(lián)在快速恢復二極管兩端的電阻和電容抗干擾電路則可以降低快速恢復二極管整流過程中的尖峰干擾信號。D8、R5和CC3組成的電路是防止輸出端的干擾信號損壞焊機控制電路，同時也防止自身的干擾信號對連接于輸出端的其它設備的干擾和破壞；D5~D9、R/3~R4和CC1~CC2組成的電路則是進一步防止干擾信號對焊機工作穩(wěn)定性的破壞，提高焊機的可靠性。3）集成電路芯片的抗干擾措施。此項措施，主要是在IC2~IC5的電源對地之間設置濾波或去耦電容，見附圖3中的最上部部分。這樣的做法主要是防止來自開關電源電路的干擾信號對各芯片控制電路產(chǎn)生不良的影響。4）焊槍開關控制線抗干擾措施。此項措施，主要是把焊槍開關的兩根控制線先絞在一起，之后，把兩根控制線在一個磁環(huán)上繞若干匝或圈數(shù)，最后再連接到主控制板上。這樣的做法主要是防止來自焊槍開關線的干擾信號對控制電路產(chǎn)生不良的影響。5）逆變主變輸出線的抗干擾措施。此項措施，主要是在逆變主變壓器的兩根輸出線上各套一個磁環(huán)。這樣的做法主要是防止來自逆變主變輸出線的干擾信號對控制電路產(chǎn)生不良的影響。6）快恢復二極管整流輸出板與主控制板之間連接線的抗干擾措施。此項措施，主要是把兩根控制線先絞在一起，之后，把兩根控制線在一個磁環(huán)上繞若干匝或圈數(shù)。這樣的做法主要是防止來自快恢復二極管整流輸出板的干擾信號對主控制電路產(chǎn)生不良的影響。7）開關電源電路及IGBT逆變控制板與主控制板之間連接線的抗干擾措施。此項措施，主要是把五根控制線先絞在一起，之后，把五根控制線在一個磁環(huán)上繞若干匝或圈數(shù)。這樣的做法主要是防止來自快開關電源電路及IGBT逆變控制板的干擾信號對主控制電路產(chǎn)生不良的影響。此外，在結構設計方面，還有電磁屏蔽的措施。本發(fā)明的逆變及控制電路等部分相當于被外殼、底板和后面板組成的金屬外殼包圍?？善鸬礁綦x強電磁干擾、限制電磁輻射等作用。上述措施是保證本發(fā)明電路制成的焊機產(chǎn)品工作可靠性的一個重要前提。

對不同電流等級和負載持續(xù)率要求的本發(fā)明焊機，可通過調(diào)整電路板上少量的零部件數(shù)量和規(guī)格參數(shù)，形成不同輸出額定電流和負載持續(xù)率的產(chǎn)品，使產(chǎn)品系列化。例如，改變大電解電容的個數(shù)；改變整流橋參數(shù)；改變IGBT器件的電流等級和散熱器尺寸；改變快速恢復二極管的型號和參數(shù)；改變逆變主變壓器和輸出濾波電抗器的規(guī)格和參數(shù)等，即可容易形成不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。如200A/28V、180A/27.2V、160A/26.4V、140A/25.6V、120A/24.8V、100A/24V、80A/23.2V多種電流等級和規(guī)格型號的產(chǎn)品。額定電流越小的，則額定負載持續(xù)率越高。當然，這些變化，目的是使產(chǎn)品的制作成本與相應機器的規(guī)格參數(shù)和性能指標相匹配。這樣，每種規(guī)格型號的焊機才能實現(xiàn)最優(yōu)化的成本控制。這就提升了所開發(fā)產(chǎn)品的市場競爭力。

本發(fā)明焊機，由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊機有更好的市場適應性。其良好的電路及其結構設計也是本發(fā)明的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術先進性的重要保障。本發(fā)明焊機的電路原理、電路板和整機結構設計有自己的獨特之處。本發(fā)明專利申請保護的內(nèi)容就在于保護這種焊機的電路和結構設計。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明制成的一種示例焊機的結構示意圖；

附圖2是焊機的輸入整流、逆變、開關電源控制等電路原理圖；

附圖3是焊機的主控制電路原理圖；

附圖4是焊機的輸出整流、高頻耦合和采樣控制等電路原理圖；

附圖5是底層部分IGBT逆變電路PCB元器件布局圖；

附圖6是頂層部分IGBT逆變電路PCB元器件布局圖；

附圖7是輸出整流、采樣等電路PCB板元器件布局圖；

附圖8是高頻電路部分PCB板元器件布局圖；

附圖9是操作和顯示等部分面板PCB元器件布局圖；

附圖10是主控制電路PCB板元器件布局圖；

附圖11是焊機的電路原理框圖；

附圖1中各部件的名稱如下：1、提手螺絲；2、提手；3、外殼；4、快恢復二極管；5、IGBT管；6、輸入濾波抗干擾組件；7、整流器或整流橋；8、散熱器A；9、大電解電容；10、開關電源電路及IGBT逆變控制板；11、開關電源變壓器；12、IGBT驅(qū)動變壓器；13、電流檢測環(huán)或互感器；14、塑料絕緣隔離板；15、散熱器B；16、快恢復二極管整流輸出板；17、開關電源電路及IGBT逆變控制板的護盒；18、塑料后面板；19、帶插頭的供電電源線；20、電源開關；21、電磁氣閥組件；22、底板；23、冷卻風扇或風機；24、IGBT管的管腳護套；25、IGBT管；26、快恢復二極管；27、散熱器C；28、主變輸出線磁環(huán)A；29、主變輸出線磁 ；30、逆變主變壓器或主變；31、支架；32、主控制板護盒；33、主控制板；34、帶磁環(huán)的兩根連接線；35、帶磁環(huán)的五根連接線；36、MOS管及其散熱器；37、高壓包；38、高頻引弧控制板；39、參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板；40、前面小板；41、電流調(diào)節(jié)電位器及其旋鈕；42、延時閉氣時間調(diào)節(jié)電位器及其旋鈕；43、正極性輸出快速接頭座；44、氬弧焊焊槍開關線插座；45、負極性輸出氣電一體化接頭；46、塑料前面板；47、輸出升壓耦合變壓器。

具體實施方式

附圖1所示，是利用本發(fā)明制成的一種IGBT逆變氬弧焊和手弧焊機的結構示意圖。附表1 本發(fā)明充電器的結構設計圖主要零部件清單。其主要組成部分包括：

1）外殼部分。包括外殼3、提手2、底板22、外殼螺絲等。

2）后面板部分。后面板上安裝的零部件主要有：電源開關20、帶插頭供電電源線及其拉不拖（或稱為固線器）19、冷卻風機23、電磁氣閥及其進氣接口21、后塑料面板18等部分。電源線及插頭19連接到供電電網(wǎng)。電源開關20控制焊機電源的通或斷。冷卻風扇23位于焊機的后部，冷風從焊機后部的進氣孔進行?？墒闺娐凡糠值囊恍┌l(fā)熱器件或零部件，如IGBT及散熱器散熱器、快速恢復二極管及散熱器等零部件得到較好的冷卻。這樣的風道和冷卻方式設計，有利于保障焊機電路工作的可靠性，也是本發(fā)明焊機實現(xiàn)較大電流和高負載持續(xù)率的重要原因之一。

3）前面板部分。焊機塑料前面板46上安裝的零部件主要有：正極性輸出快速接頭座組件43、負極性輸出氣電一體化接頭45、氬弧焊焊槍開關線插座44、小面板40及其上面安裝的參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板39。在參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板39上，設有工作電源指示燈（白色）、熱保護狀態(tài)指示燈（黃色）、氬氣延時閉氣時間調(diào)節(jié)電位器、輸出電流調(diào)節(jié)電位器、數(shù)顯電流表，以及一些電子元器件等部分。兩組正、負極性輸出快速接頭座組件分別連接工件夾電纜和氬弧焊焊槍電纜。工作電源指示燈指示電源接通。熱保護狀態(tài)指示燈則指示過熱狀態(tài)是否發(fā)生。當內(nèi)部器件溫度過高，超過動作溫度時，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點亮；另一方面，可使焊機停止焊接或輸出。在焊機不輸出的情況下，風機的冷卻作用會使器件的溫度降低。當降低到恢復動作溫度時，焊機過熱現(xiàn)象消除。過熱指示燈熄滅。同時，焊機可再次焊接。

4）控制板部分。設計為五塊，分別為開關電源電路及IGBT逆變控制板、快恢復二極管整流輸出板、主控制板、高頻引弧控制板、參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板。每塊控制板上都有很多的元器件和零部件。

5）內(nèi)部結構部分：

IGBT 5和25 的管腳都采用管腳護套套入后，再焊接到開關電源電路及IGBT逆變控制板10上。開關電源電路及IGBT逆變控制板10放入護盒17中，并澆注環(huán)氧灌封料；參數(shù)顯示及調(diào)節(jié)控制板39放入其護盒（注：附圖1中未畫出此護盒）中，并澆注環(huán)氧灌封料；主控制板33也放入其主控制板護盒32中，并澆注環(huán)氧灌封料。本發(fā)明通過上述方式來解決焊機這三塊控制板的“六防”性能問題。其它的兩塊控制板，即快恢復二極管整流輸出板16和高頻引弧控制板38，則采取涂刷絕緣漆的方式，來實現(xiàn)防水、防導電性防塵、防潮、防霉、防腐的性能。這些技術措施，可避免逆變焊機長期使用后工作現(xiàn)場的一些含導電性金屬粉塵吸附到IGBT管等電子器件引腳之間、控制電路板上，不會導致爬電距離減小。使器件和控制電路不容易失效。上述措施，在很大程度上提高了焊機工作可靠性。

散熱器B 15固定在塑料絕緣隔離板14上?？旎謴投O管整流輸出板16上的快速二極管的散熱面緊貼散熱器B 15固定。逆變主電路中的IGBT管 5和25 ，以及快恢復二極管4和26的散熱面緊貼散熱器A 8固定。而散熱器A 8又采樣螺絲固定在塑料絕緣隔離板14上。塑料絕緣隔離板14采用螺絲固定在焊機底板23上。澆注了環(huán)氧灌封料的護盒17也采用螺絲固定在焊機底板23上。該護盒17中有開關電源電路及IGBT逆變控制板10。通過上述組裝、連接方式，使本發(fā)明逆變焊機的這個部分構成一個整體，見附圖1中右上角的部分。并且，它靠近后部的冷卻風扇。這樣，就在快恢復二極管整流輸出板16、開關電源電路及IGBT逆變控制板10之間構成了“風道”。由于各個散熱器是帶齒型的，來自風扇的冷卻風可它們的中間通過，并能夠及時帶走各散熱器的熱量。同時，從后端出來的風還可對后端的逆變主變壓器30、開關電源變壓器13、HF-O引?。ㄉ龎海┳儔?7等進行冷卻。此外，由于配置了大風量、高速（4000～5500rpm/min）直流冷卻風機23，“風道”的存在，可改善發(fā)熱主功率關鍵零部件（如各IGBT、各快恢復二極管、各散熱器、整流橋、逆變主變壓器等）的冷卻效率。也提高了焊機輸出時的負載持續(xù)率。如果焊機的輸出電流小，則負載持續(xù)率會更高，甚至可進行連續(xù)不斷地焊接。這就較好解決了焊接時間短的問題。同時，有效降低了IGBT或快恢復二極管、逆變變壓器等器件或零部件的故障率。

在焊機的中間部分，設計有一個支架31。在其上方，安裝有帶護盒32的主控制板33。在支架31的中間，則安裝逆變主變壓器或主變30。在支架31的下方，則安裝有高頻引弧控制板38部分。它們作為一個整體，利用支架31的螺孔，通過采用螺絲固定在焊機的底板22上。

由于多個部分采取了加強固定和防螺絲松動的措施，同時，多塊電路板都使用了護盒外加灌膠的處理方法，因此防振問題得到了解決。

附圖2～附圖4和附圖11是本發(fā)明焊機的電路原理圖。附圖5～附圖10是本發(fā)明焊機相關電路板的元器件布局。各個電路板控制部分與焊機的其它零部件或元器件，通過一些控制導線進行相互間的電路連接。各電路板之間，器件或零部件之間，按照本發(fā)明焊機的電路原理圖關系（見附圖2、附圖4和附圖11）連接在一起?？蓾M足氬弧焊方法的電路輸出控制。

整個控制電路主要由上電緩沖電路、逆變主電路、開關電源電路、IGBT驅(qū)動電路、電流檢測和整流變換電路、熱保護檢測和控制電路、電流給定電路、電磁閥控制電路、高頻引弧控制電路、輸出特性控制電路、抗干擾和濾波電路等功能電路組成。從其電路的功能來看，主要是完成上電緩沖、輸入整流濾波、逆變、輸出濾波、各直流工作電源的產(chǎn)生、PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅(qū)動控制，氬弧焊方法的輸出參數(shù)（電流）的負反饋控制、送氣、高頻引弧、濾波和抗干擾等工作。最終在控制電路的作用下，實現(xiàn)氬弧焊接、滿足安全性性能檢測和認證等要求。下面對相關的功能電路進行一些說明：

本發(fā)明焊機其它部分功能電路的工作原理簡述如下：如附圖2所示。L與N端連接到220V/50Hz等供電電源。電源開關K接通電網(wǎng)電源后，焊機通電。前面板上的白色電源指示燈（18）點亮。從電網(wǎng)來的交流電，經(jīng)過ZLQ整流橋整流后變?yōu)槊}動直流電。整流后的輸出，先經(jīng)過Q5晶閘管和RT1熱敏電阻支路（也稱為上電緩沖電路），之后，對EC1和EC2大電解電容（470μF或680μF/400V等）進行充電，電壓逐漸升高，最后變?yōu)檩^為穩(wěn)定的+310V直流電，輸出到后級電路。

附圖2中，JDQA繼電器會在電源開關K接通，一定延時時間后動作，其觸頭JDQB閉合或短路RT1熱敏電阻和Q5晶閘管。 JDQA繼電器的延時是由其控制電路來實現(xiàn)的。EC1和EC2大電解電容（470μF或680μF/400V等）的充電，先經(jīng)過Q5晶閘管和RT1熱敏電阻支路，之后再短接Q5晶閘管和RT1熱敏電阻。這樣的控制電路稱為上電緩沖電路。

也就是說，JDQA繼電器的動作時間是滯后于電源開關K合上時刻的。即JDQA繼電器及其觸頭JDQB是延時動作的。當EC1和EC2大電解電容（470μF或680μF/400V等）上的充電電壓穩(wěn)定后，該繼電器才動作，其觸頭閉合RT1熱敏電阻，使本發(fā)明焊機正常逆變工作時，大電流是從繼電器的觸頭流過的。上電緩沖電路主要是防止電源開關K接通瞬間，由于EC1和EC2大電解電容（470μF或680μF/400V等）上沒有電壓，相當于短路，會形成較大的浪涌電流，燒壞電源開關K。而上電緩沖電路的作用，就是通過合閘瞬間串入RT1熱敏電阻，來限制浪涌電流的。并且，RT1熱敏電阻的阻值，是隨其溫度上升而增大的。因此，上電緩沖電路可起到較好的保護作用。

見附圖2和附圖4，逆變主電路由電源開關K、整流橋ZLQ、RT1熱敏電阻、JR1繼電器及其控制電路（含Q1三極管、D4二極管、ZD2穩(wěn)壓管、電阻R50和R70等）、上電緩沖電路（含Q5晶閘管或SCR、Q4三極管、ZD6穩(wěn)壓管、電阻R5和R9等）、EC1和EC2大電解電容（470μF或680μF/400V等）、IGBT2~IGBT3管、快恢復二極管（附圖2中）D1和D2、T3或HGQ電流檢測環(huán)或互感器、逆變主變壓器ZB、（附圖4中）D1~D4快速恢復二極管等組成。由OUT（+）正極性和OUT（-）負極性輸出端輸出焊接電流和電壓。

EC1和EC2大電解電容（470μF或680μF/400V等）起著濾波的作用。+310V直流電一方面供給逆變主電路。其功能主要為：高壓直流電轉換為中頻（幾十KHz）交流電。ZB逆變變壓器實現(xiàn)電壓降壓和大電流輸出的變換。快速恢復二極管則是把逆變變壓器輸出的中頻交流電變換為直流電。另一方面，見附圖2，+310V直流電供給由T1（含T1A和T1B）開關電源變壓器、Q2 MOS管、U1 （3843）PWM脈沖寬度調(diào)制器、D21~23、D5~7、D17、D3等快速二極管、U2（7912）、附圖3中的2Q2（7815）集成穩(wěn)壓器，以及它們周圍的電阻、電容、穩(wěn)壓管Z2、Z3和ZD10等器件組成的開關電源電路，產(chǎn)生-15V、+12V、+28V（HF接口輸出到附圖3中的CN1和CN2高頻引弧控制電路部分）、-12V、+15V電源電壓。供給相應的控制電路等帶電工作。對于開關電源電路部分，由于Q2 MOS管與T1A開關電源變壓器的初級繞組，U1 （3843）PWM脈沖寬度調(diào)制器，以及它們周圍的穩(wěn)壓管、二極管、很多電阻和電容等組成的電路，是屬于+310V高壓回路的。為確保控制電路的安全，在附圖2中，采用了U5 （817）光電耦合器進行隔離。開關電源PWM控制小板的核心控制芯片是U1，即3843 PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)器。其外圍的電阻、電容可設定其工作的相關參數(shù)。至于如何確定，需要查看UC3843（或TL3843）的相關使用資料或說明。這里不再重復?？傊琔1輸出的脈沖為一定工作頻率的驅(qū)動脈沖，可使附圖2中的Q2 MOS管處于通斷工作狀態(tài)。在T1的輸出電路部分，分別獲得-15V、+28V、+12V、-12V、+24V、+15V（附圖3中2Q2穩(wěn)壓器的輸出）電源電壓。供給不同的器件和電路使用。例如，+24V通過FAN1插頭供給風扇工作；+12V和-12V電源電壓供給運算放大器控制電路等。關于開關電源這部分的工作原理，以上部分只是進行了簡單的說明。如果需要了解本電路部分詳細的工作情況，涉及到開關電源的很多知識。讀者可查詢相關的開關電路書籍或資料作進一步的了解。這里不再詳細說明。

本發(fā)明的開關電源部分的控制電路，具有如下特點：在焊機的輸入供電電源電壓由額定值220V降低至140V，或高至270V時，開關電源電路仍然可產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。這就確保了焊機在140～270V電源電壓仍可焊接工作。也就是說，本發(fā)明焊機具有較強的抗電網(wǎng)電壓波動能力。

由上述開關電源部分的電路及原理可知，本發(fā)明沒有采用一般的控制變壓器和相關的電壓變換電路來產(chǎn)生上述6個電源電壓。其電路取電來自主回路中的+310V。開關變壓器的體積和尺寸、重量遠小于一般的控制變壓器，這就降低本發(fā)明焊機的成本，提升了焊機的技術附加值。

見附圖2，IGBT的驅(qū)動電路部分由T2驅(qū)動變壓器（含T2A、T2B、T2C繞組）、Q7~Q8 MOS場效應管、Z4和ZD4~ZD5穩(wěn)壓管、D13~D14二極管，以及它們外圍的電阻、電容等組成。2個IGBT，2路驅(qū)動，每個部分的驅(qū)動電路形式是一致的。該部分電路，輸入的控制信號CN9-5來自輸出特性控制電路（見附圖3）中的IC1 PWM脈沖寬度調(diào)制芯片的6腳輸出端。由于IC1芯片輸出的信號驅(qū)動功率小，故需要經(jīng)過驅(qū)動功率電路進行放大，再通過T2驅(qū)動變壓器及其外圍的驅(qū)動電路去控制2個IGBT的工作狀態(tài)。IC1脈沖寬度調(diào)制（PWM）芯片輸出的控制信號是一組方波脈沖信號。方波脈沖信號的頻率，是保障IGBT開關工作的重要參數(shù)之一。它是通過IC1芯片的外圍器件參數(shù)設置而確定的。至于如何確定，需要查看相關使用資料或說明。這里不再重復。這里需要說明的是：PWM脈沖寬度調(diào)制信號是決定焊機逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號。而PWM脈沖寬度調(diào)制信號則受焊機的電流調(diào)節(jié)給定信號Ug和電流負反饋信號Ufi決定。

見附圖2和附圖3，通過HGQ（或T3）電流檢測環(huán)或互感器檢測到的信號，通過附圖3的CN5接口，輸入至其后級電路。該電路由電阻R5～R10、二極管D1和D82、電容C8～C9等組成。一旦出現(xiàn)母線過流現(xiàn)象，該信號可關閉IC1 PWM芯片的輸出。最終通過CN9接口，控制附圖2中驅(qū)動電路Q7 MOS管的工作，關閉驅(qū)動信號和停止焊機逆變主電路輸出，實現(xiàn)過流保護。

附圖4中的RF分流器，用于檢測焊機的輸出電流。通過J4接口，連接至附圖3中的CN8接口。由于分流器檢測的信號為毫伏級的，因此，通過后級的IC2運算放大器組成的電路進行信號放大，作為輸出電流負反饋信號Ufi。連接至輸出特性控制電路中的R43電阻的輸入端。

見附圖3，焊機前面板上的1RP3輸出焊接電流調(diào)節(jié)電位器通過接口連接至電流給定電路。該電路主要由RP1～RP3電位器、IC4A運算放大器及其外圍的電阻等組成。通過電流給定電路，由運算放大器IC4A的輸出端，即R44的輸出端獲得電流調(diào)節(jié)給定信號Ug。電流校正電位器為RP1和RP3，可校正焊機輸出的最小和最大電流。通過與給定電位器的配合，校正后可使焊機的輸出電流符合銘牌中電流變化范圍的要求。RP2輸出的信號則可連接焊機的顯示控制電路部分。該部分主要由1U2微處理器或單片機及其右邊的數(shù)碼管電流顯示表，還有它們外圍的很多電阻、電容和三極管等組成。該部分的供電+5V電源，是由+12V通過1U3（7805）穩(wěn)壓器電路來產(chǎn)生的。通過1U2微處理器組成的電路系統(tǒng)，可實現(xiàn)焊機輸出電流的數(shù)字顯示。

見附圖3，CN3連接著TIG氬弧焊焊槍開關的控制線。當閉合焊槍開關后，光耦IC7中的二極管發(fā)光，其輸出級的三極管導通。+12V輸入至IC5的11腳。

首先，通過三極管Q3的導通，去控制電磁氣閥控制電路。電磁氣閥連接至CN4接口。電磁氣閥控制電路由IC4B和IC4C運算放大器及其外圍的器件組成。1RP2為面板上延時閉氣時間調(diào)節(jié)電位器，它與EC7電容組成RC延時電路。三極管Q3的導通可使IC4C的8腳輸出低電平，穩(wěn)壓管Z5擊穿，三極管Q4導通，于是連接至CN4接口的電磁氣閥動作。使保護氣體氬氣（Ar）流入焊槍，實現(xiàn)對焊接區(qū)的保護。

其次，D13二極管截止；IC5的6腳輸出高電平，IC5的12腳輸出低電平。光耦IC8中二極管發(fā)光，其輸出級的三極管導通。使穩(wěn)壓管Z1擊穿、穩(wěn)壓，三極管Q5導通。從而使后級的高頻引弧電路工作。

見附圖3和附圖4，高頻引弧控制電路由2T1高壓包、HF-O引?。ㄉ龎海┳儔浩?、火花放電器FD、電容2C9～2C11、3Q4 MOS管、2IC2芯片、MOS管2Q1，以及外圍的好多器件組成。OUT（+）和OUT（-）是焊機的正、負輸出端。HF-O引?。ㄉ龎海┳儔浩鞔?lián)在逆變主電路的輸出負極性回路中。當TIG焊焊槍開關閉合時，正如上面所述，三極管Q5導通，可使2IC2芯片產(chǎn)生輸出。2IC2芯片的輸出會使MOS管2Q1形成間歇式通斷。通過2T1高壓包的升壓作用，會使電容2C9～2C11兩端的電壓升高。當電壓升高到可擊穿達火花放電器FD之間的氣隙，并形成放電時，電容2C9～2C11與HF-O引?。ㄉ龎海┳儔浩鞯某跫壚@組構成振蕩電路，其產(chǎn)生的振蕩高壓高頻信號經(jīng)過HF-O引?。ㄉ龎海┳儔浩鞯鸟詈虾驮俅紊龎鹤饔茫氲侥孀冎麟娐返拇渭壔芈坊蚝附踊芈?。由于此時焊槍中的鎢針與工件之間的距離適當，并且有Ar（氬氣）保護氣體從焊槍中流出，因此可實現(xiàn)氬弧焊的高頻引弧，即鎢針與工件之間的氣隙被高頻高壓振蕩信號擊穿，最終引燃電弧，在其它控制電路的作用下，最終按照給定焊接電流的大小形成電弧電流。之后就可以進行正常氬弧焊接操作。

由于有輸出電流產(chǎn)生，因此（附圖4中）分流器RF檢測到信號。該信號通過附圖2中的IC2放大電路后，在R48電阻的輸入端有電流信號，可使IC3B運算放大器輸出高電平?？墒笵3導通，IC6光耦中二極管發(fā)光，其輸出級三極管導通，于是Q5三極管截止。2IC2芯片停止輸出控制信號，后級的高頻引弧電路停止產(chǎn)生高頻引弧脈沖。也就是說，進入正常焊接后，高頻引弧信號自動停止產(chǎn)生。除非焊接電弧斷弧后，才會重復上述控制過程。

按下氬弧焊焊槍開關，如果沒有引弧成功，即焊機沒有產(chǎn)生輸出大電流。則D8和D3是不導通或截止的。通過附圖3中的起弧異常電路（含IC5、電阻R53～R54、電容C16等）的作用，延時幾秒后，IC5的4腳輸出高電平，D15導通。焊機前面板上的保護指示燈1LED1點亮，IC6光耦中二極管發(fā)光，其輸出級三極管導通，于是Q5三極管截止。2IC2芯片停止輸出控制信號，后級的高頻引弧電路停止產(chǎn)生高頻引弧脈沖。

另一方面，IC5的4腳輸出的高電平，通過D15（導通），可使D7二極管導通，穩(wěn)壓管Z3擊穿、穩(wěn)壓，其高電平信號可使IC4D運算放大器部分的電路輸出低電平，于是可關閉IC1芯片的PWM信號輸出。最終停止焊機的輸出。

本發(fā)明的高頻引弧控制電路，具有如下特點：可產(chǎn)生較高電壓的高頻振蕩引弧信號。即使是在10米長焊槍焊接電纜和正常的電極與工件之間的間隙條件下，仍然可實現(xiàn)100%高頻引弧成功率。此性能明顯優(yōu)于市場上眾多的同類產(chǎn)品的引弧性能。

見附圖3，熱保護檢測和控制電路由RM1和RM2熱敏電阻、運算放大器IC3C和IC3D及其外圍的很多電阻、電容等組成。兩個運算放大器部分的形式是一致的。安裝RM1和RM2兩個熱敏電阻時，讓它的溫度檢測面緊貼IGBT的散熱器安裝。當散熱器的溫度過高時，對應運算放大器電路的輸出會發(fā)生翻轉，輸出高電平信號。通過二極管D4或D5，一方面可使1LED1保護指示燈點亮，關閉高頻控制等。另一方面，類似上面的部分，可使D7二極管導通，穩(wěn)壓管Z3擊穿、穩(wěn)壓，其高電平信號可使IC4D運算放大器部分的電路輸出低電平，關閉IC1芯片的PWM信號輸出。最終停止焊機的輸出。實現(xiàn)過熱保護控制功能。在冷卻風機的作用下，當過熱現(xiàn)象消除時，控制電路才能繼續(xù)輸出PWM控制信號。同時過熱指示燈（黃色）熄滅。

見附圖3，輸出特性控制電路由IC1 PWM脈沖寬度調(diào)制芯片、IC4D運算放大器及其外圍的電阻（R22、R24）、電容（C13和C14）、二極管D6、穩(wěn)壓管Z4器件組成的。IC4D運算放大器電路部分是典型的比例積分（PI）控制電路。前面已經(jīng)描述過，焊接電流給定信號Ug通過電阻R44輸入到PI控制環(huán)節(jié)；來自分流器，并經(jīng)過IC2放大的電流負反饋信號Ufi電阻R45輸入到PI控制環(huán)節(jié)。

本發(fā)明焊機氬弧焊輸出特性的控制過程簡述如下：

焊機后面板的開關K合上接通供電電源極短的時間后（此期間，焊機電路進行上電緩沖控制，有一定的延時控制），焊機內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。前面板上的白色電源指示1LED2燈亮，指示焊機帶電。

當連接好氬弧焊所需的焊槍、保護氣體等必要裝置后，即可開始焊接操作。首先，使焊槍鎢針與工件間保持適當?shù)木嚯x，通常是幾個毫米。當按下焊槍開關后，在控制電路的作用下，電磁氣閥DF動作，向焊接區(qū)輸送保護氣體。同時，附圖3中的IC1 PWM脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個占空比較大的脈沖信號，使IGBT的驅(qū)動電路工作，最終使逆變主電路輸出空載電壓。之后，在高頻引弧控制電路的作用下，實現(xiàn)高頻非接觸式引弧。焊機的輸出電流，由操作者調(diào)節(jié)好的前面板上焊接電流給定電位器信號Ug決定。焊接時，通過分流器RF可檢測到逆變主電路的輸出電流信號，通過IC2運算放大器電路放大處理，形成電流負反饋信號Ufi。該電流負反饋信號Ufi，會與焊接電流給定信號Ug進行比較。比較后的差值信號，通過附圖3中IC4D部分的輸出特性控制電路，進行PI（比例和積分）調(diào)節(jié)控制。其輸出的結果控制IC1 PWM芯片的脈沖寬度或占空比輸出。通過IGBT的驅(qū)動電路，控制逆變主電路中IGBT的通斷時間，最終決定焊機輸出電流和電壓的大小，實現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準確控制。并使焊機的輸出特性為恒流的下降特性。進一步地說，當焊接電流給定信號Ug不變時，隨著焊機電路檢測到的負反饋Ufi電流信號增加，并且，達到給定的設定值后，焊接電流給定Ug信號與Ufi電流負反饋控制信號的差值會隨電流增加而減小，通過PI控制后，使焊機輸出IC1 PWM芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負反饋控制。即只有當電流達到焊接電流電位器的設定值后才起作用的反饋控制。當焊接電流給定信號變化時，電流截止負反饋設定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設定的最小和最大之間，就可獲得無數(shù)條下降特性曲線。如果松開焊槍開關準備不進行焊接時，會使焊機關閉輸出。同時，由于1RP2、EC7的延時作用，DF電磁閥會滯后一些時間停止動作，這就實現(xiàn)了氬弧焊的滯后閉氣控制。以上的控制過程，也是滿足氬弧焊焊接的基本要求。

關于本發(fā)明焊機的電路抗干擾措施，主要有以下幾個方面：

1）輸入濾波抗干擾措施。見附圖2，輸入濾波電路由濾波電容Ck1～組成Ck3。主要是對來自電網(wǎng)的干擾信號進行濾波，減少或降低干擾信號對本發(fā)明焊機控制電路工作的不利影響。

2）輸出濾波抗干擾措施。見附圖4，輸出抗干擾濾波電路由R1~R2電阻、CC5電容；R7~R8電阻、CC4電容；D5~D9二極管、CC1~CC3電容、R3~R5電阻等組成。R1~R2電阻和CC5電容的串聯(lián)電路（可減小電流波形中的毛刺突變信號），主要是防止干擾信號損壞（附圖4中）D1~D2快速恢復二極管；R7~R8電阻和CC4電容的串聯(lián)電路，主要是防止干擾信號損壞（附圖4中）D3~D4快速恢復二極管；并聯(lián)在快速恢復二極管兩端的電阻和電容抗干擾電路則可以降低快速恢復二極管整流過程中的尖峰干擾信號。D8、R5和CC3組成的電路是防止輸出端的干擾信號損壞焊機控制電路，同時也防止自身的干擾信號對連接于輸出端的其它設備的干擾和破壞；D5~D9、R/3~R4和CC1~CC2組成的電路則是進一步防止干擾信號對焊機工作穩(wěn)定性的破壞，提高焊機的可靠性。

3）集成電路芯片的抗干擾措施。此項措施，主要是在IC2~IC5的電源對地之間設置濾波或去耦電容，見附圖3中的最上部部分。這樣的做法主要是防止來自開關電源電路的干擾信號對各芯片控制電路產(chǎn)生不良的影響。

4）焊槍開關控制線抗干擾措施。此項措施，主要是把焊槍開關的兩根控制線先絞在一起，之后，把兩根控制線在一個磁環(huán)上繞若干匝或圈數(shù)，最后再連接到主控制板CN3的插座上。這樣的做法主要是防止來自焊槍開關線的干擾信號對控制電路產(chǎn)生不良的影響。

5）逆變主變輸出線的抗干擾措施。此項措施，主要是在逆變主變壓器的兩根輸出線上各套一個磁環(huán)。這樣的做法主要是防止來自逆變主變輸出線的干擾信號對控制電路產(chǎn)生不良的影響。

6）快恢復二極管整流輸出板與主控制板之間連接線的抗干擾措施。此項措施，主要是把兩根控制線先絞在一起，之后，把兩根控制線在一個磁環(huán)上繞若干匝或圈數(shù)。這樣的做法主要是防止來自快恢復二極管整流輸出板的干擾信號對主控制電路產(chǎn)生不良的影響。

7）開關電源電路及IGBT逆變控制板與主控制板之間連接線的抗干擾措施。此項措施，主要是把五根控制線先絞在一起，之后，把五根控制線在一個磁環(huán)上繞若干匝或圈數(shù)。這樣的做法主要是防止來自快開關電源電路及IGBT逆變控制板的干擾信號對主控制電路產(chǎn)生不良的影響。

此外，在結構設計方面，還有電磁屏蔽的措施。本發(fā)明的逆變及控制電路等部分相當于被外殼、底板和后面板組成的金屬外殼包圍。可起到隔離強電磁干擾、限制電磁輻射等作用。

上述措施是保證本發(fā)明電路制成的焊機產(chǎn)品工作可靠性的一個重要前提。

以上是本發(fā)明焊機各個電路部分以及氬弧焊方法的簡要控制過程說明。由于本發(fā)明已經(jīng)給出了附圖2和附圖4的詳細電路原理圖，因此，對于有電路閱讀能力（或具備相關電路知識）的人來說，是完全可以讀懂的。電路圖就是一種無聲的語言。但是，對于沒有電路閱讀能力（或不具備相關電路知識）的人來說，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑒于篇幅的關系，本文只能闡述主要的部分，以使讀者能夠更好地理解相關的工作原理和過程。

通過上述說明可見，本發(fā)明電路有自己獨特的設計思路和方法。不僅可實現(xiàn)焊機氬弧焊方法輸出等控制，而且，所設計的控制電路和焊機的整機結構，都是使本發(fā)明焊機產(chǎn)品符合安全性認證要求，具有良好控制性能等技術優(yōu)勢的根本原因所在，也是滿足產(chǎn)品高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造工藝技術先進性的重要保障。本發(fā)明專利申請保護的內(nèi)容就在于保護這種焊機的結構設計。

此外，本發(fā)明的電路板之間連接簡單，電路板上器件很多是采用自動貼片機和插件機完成加工的，其制作工序和生產(chǎn)工藝大為簡化，降低產(chǎn)品重量、生產(chǎn)和運輸成本。

以上內(nèi)容是結合具體的焊機結構和電路板及控制功能對本發(fā)明所作的詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只限于這些說明。對本發(fā)明所述技術領域的其他技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應該視為屬于本發(fā)明保護的范疇。