專利名稱：場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型關(guān)于一種具有脈沖電流可調(diào)的電弧焊接裝置。
電弧焊接裝置屬通用設(shè)備，常規(guī)的電焊機(jī)普遍存在著體積重、噪聲大、效率低、焊接性能差、消耗材料多等缺點(diǎn)，近年來發(fā)展起來的晶體管逆變高頻電焊機(jī)都是采用晶體管作為主逆變功率管；由于晶體管本身特性所致，一般只能產(chǎn)生20KHZ以下高頻工作電流電壓，且大電流狀態(tài)下晶體管β值在10以下，因此存在著1.推動(dòng)功率巨大，功耗大易發(fā)熱；2.推動(dòng)功率必須隨負(fù)載的變化成正比例變化，否則不是深飽和就是不飽和，功耗增大；3.設(shè)置散熱片或熱管等冷卻裝置成本高，整機(jī)體重形大；4.過載能力差，可靠性不強(qiáng)，存在著二次擊穿的危害，設(shè)計(jì)大功率的焊機(jī)困難。除此而外，目前設(shè)計(jì)的電弧焊機(jī)絕大多數(shù)都是單種電源供電，不利于產(chǎn)業(yè)不同存在著不同的電源場合的應(yīng)用，例如煤礦、冶金、化工等礦山井下大巷運(yùn)輸是直流空架線為主電源作為電機(jī)車拖動(dòng)動(dòng)力，沒有220伏或380伏交流電源，而且直流電源可能是250伏或500伏不等，一般電焊機(jī)無法搬運(yùn)到井下使用，專設(shè)的礦山用直流晶閘管電焊機(jī)由于井下焊接(主要用于鐵軌焊接)，又不是經(jīng)常性的，故容易造成設(shè)備閑置的浪費(fèi)。
據(jù)查與本專利申請?jiān)砩陷^接近的已有技術(shù)有美國ASTRO－MATIC公司生產(chǎn)的E－300P型TIC晶體管弧焊電源及國內(nèi)發(fā)明專利申請公開文獻(xiàn)號為1023283的“礦用晶體管直流高壓逆變電焊機(jī)”，后者在電路上增設(shè)或改進(jìn)了過流熱保護(hù)電路，主控制電路中死區(qū)調(diào)正、頻率調(diào)整、軟啟動(dòng)電路、焊接電壓、電流控制電路、防觸電和空載節(jié)電控制電路，高頻引弧及其附屬電路等，并在高速大功率驅(qū)動(dòng)電路中采用以高速光耦合器G0710及V－MOS場效應(yīng)管為特點(diǎn)的新設(shè)計(jì)，上述現(xiàn)有技術(shù)因仍采用三極管做為主逆變功率推動(dòng)元件，依然存在著固有的缺陷。
本實(shí)用新型的目的是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)種種缺陷而提供一種以V－MOS場效應(yīng)管做為主逆變功率推動(dòng)元件為主要特點(diǎn)的新型輕巧高頻脈沖電焊機(jī)。
該場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)采用短溝道的新型V－MOS大功率場效應(yīng)管，做為主逆變功率元件，可省去復(fù)雜的高頻引弧裝置，僅包括有供電電源、主逆變電路、輔助逆變電源、逆變主控制電路、高速驅(qū)動(dòng)電路、大功率高頻變壓器、高頻脈沖輸出電路及其焊槍裝置。
以下結(jié)合附圖說明闡述本實(shí)用新型，并給出實(shí)施例。
圖1為場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)電原理方框圖。
圖2A為主供電電源及其抗沖擊電路圖。
圖2B為主逆變電路圖。
圖2C為輔助逆變電源電路圖。
圖2D為高速驅(qū)動(dòng)電路圖。
圖2E為焊接輸出回路及電流電壓指示電路圖。
圖2F為逆變主控制電路及其附設(shè)的控制檢測保護(hù)電路圖。
如圖所示，其主逆變電回路由場效應(yīng)管BG2～BG33、D14～D17及大功率高頻變壓器B1初級構(gòu)成，電源經(jīng)電容C7～C10電阻R5R6濾波電路后輸入主逆變電路，受高速驅(qū)動(dòng)電路高頻電壓信號觸發(fā)后，場效應(yīng)管BG2－33高速開通，數(shù)盞大功率的V－MOS場效應(yīng)管可并聯(lián)成更大功率管，正、負(fù)半周電流分別經(jīng)場效應(yīng)管BG2～BG9(并聯(lián))組合管，B1初級和BG26～BG33組合管構(gòu)成的從右到左回路，與經(jīng)BG10－BG17、組合管B1初級BG18～BG25組合管構(gòu)成的從左到右回路，使高頻變壓器B1次級上感應(yīng)出交變高頻脈沖電壓。在交變電回路上可設(shè)有電流互感器2H1和電風(fēng)冷熱機(jī)D及其附設(shè)的整流電路構(gòu)成冷卻系統(tǒng)，其特點(diǎn)是直流電機(jī)工作電壓、風(fēng)力附負(fù)載增大而增大，大功率時(shí)能保證散熱效果，小功率又可減少噪聲。
顯然，高頻主逆變電路設(shè)計(jì)是否合理是高頻脈沖電焊機(jī)能否實(shí)用的關(guān)鍵，本實(shí)用新型主逆變功率元件采用短溝道的新型V－MOS場效應(yīng)管，較常用大功率雙極型晶體管構(gòu)成的逆變電路具有明顯的優(yōu)點(diǎn)1.開關(guān)速度高，場效應(yīng)管屬多數(shù)載流子導(dǎo)電，沒有存儲(chǔ)延時(shí)效應(yīng)，通常開通和關(guān)斷時(shí)間只有
＋ns左右，這樣可以使電焊機(jī)工作頻率提高到100KHZ以上，不但體積、重量進(jìn)一步減小，同時(shí)焊接質(zhì)量也可進(jìn)一步提高。2.驅(qū)動(dòng)簡單、功率小，場效應(yīng)管屬電壓控制元件，只在開通和關(guān)斷瞬間才產(chǎn)生充、放電的脈沖電流，平均驅(qū)動(dòng)功率小，且驅(qū)動(dòng)功率不受脈寬占空比、負(fù)載輕重變化而變化，使驅(qū)動(dòng)電路大為簡化，現(xiàn)有技術(shù)晶體管結(jié)構(gòu)大電流狀態(tài)下β值在10以下，推動(dòng)功率巨大、具推動(dòng)電流隨負(fù)載的變化成正比例的變化，否則或不飽和或深飽和都會(huì)使功耗增大。3.本實(shí)用新型可靠性強(qiáng)，無二次擊穿現(xiàn)象，這是晶體管無法克服的缺陷，具場效應(yīng)管易于并聯(lián)制成更大功率的功率放大管，布線方便，便于檢測。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)置是在主逆變電路中設(shè)有全橋與半橋逆變轉(zhuǎn)換電路，使電焊機(jī)可適用于多電源場合，同時(shí)還在電源與主逆變電路之間設(shè)有電源抗沖擊電路，在高速驅(qū)動(dòng)電路、輔助電源電路、逆變主控制電路等上作進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)置，更加完善與改善高頻電焊機(jī)的各種性能，這些部分分別結(jié)合圖2各電路圖說明詳細(xì)敘述。
圖2A中，主電源輸出分二組第一組為低壓組，中心電壓250V，可由250V直流直接輸入，或由220V交流橋式整流后，或110V交流倍壓整流后輸入，第二組為高壓組，中心電壓為500V，也可由380V交流三相橋式整流后輸出，圖1中D1～D12為大功率整流三極管，接觸器C1和R0為減少開機(jī)時(shí)的沖擊電流而設(shè)，電容C0、C1、過電壓保護(hù)元件、MY1、L1是減小高頻干擾，限制尖鋒電而設(shè)。
在主電源輸入到主逆變電路之間設(shè)有由限流電阻R1、可控硅SCR1、繼電器J1、輔助電源開關(guān)K1及其高頻變壓器B2次級與BG1、R4、C5、C6、L4、C27、C28、R33構(gòu)成的延時(shí)電路組成電源抗沖擊電路，當(dāng)圖2C中輔助電源開始輸出脈沖電壓后，由a、b端輸入晶閘管觸發(fā)極使SCR1迅速導(dǎo)通，主電源經(jīng)a點(diǎn)通過R1、SCR1向主逆變?yōu)V波電容C7、C8、C9、C10充電，由于有R1限流，充電電流小，SCR1可選用較小規(guī)格的晶閘管，D13隔離負(fù)脈沖，R2限制脈沖電流，C4R3增加SCR1的抗干擾能力，C6有關(guān)斷延時(shí)作用，可減少繼電器J1關(guān)斷時(shí)火花，同時(shí)可防止BG1的關(guān)斷過電壓，電源主開關(guān)通過繼電器J1導(dǎo)通送入主逆變電路，而J1需經(jīng)過R4C6、C5、BG4和圖2C中L4C27、C28C20R33的延時(shí)才導(dǎo)通，故J1閉合時(shí)C9C8C7C10電壓已達(dá)到電源電壓，即Vaa1→O2使J1閉合時(shí)無火花。該電路的特點(diǎn)是適應(yīng)電源廣、沖擊小，與已有技術(shù)比較省出了大電流開關(guān)，大功率二極管、晶閘管，減少了成本、體積、重量、發(fā)熱量等，提高了效率。
圖2B電路圖包括電源濾波電路、半橋、全橋逆變轉(zhuǎn)換電路、逆變主電路、冷卻電路，該部分是高頻電焊機(jī)的核心，直接為高頻焊槍提供大電流工作電源，其工作過程是電源從a點(diǎn)經(jīng)L2輸入，通過C7C8C9C10濾波，使工作電壓更加平穩(wěn)，C8C10為高頻電流提供通路，當(dāng)輸入為低電壓時(shí)(250V)，通過K2－1～K2－9轉(zhuǎn)換電路接成全橋逆變電路。此時(shí)C7C9并聯(lián)，BG2～BG9場效應(yīng)組合管和BG18～BG25場效應(yīng)組合管串聯(lián)后與BG10～BG17和BG26～BG33場效應(yīng)組合管串聯(lián)后再并聯(lián)，而大功率高頻變壓器B1初級兩端分別接在BG2～BG9和BG18～BG25之間。與BG10～BG17和BG26～BG33場效應(yīng)組合管之間，工作時(shí)，受高速驅(qū)動(dòng)電路高頻電壓信號觸發(fā)后，V－MOS場效應(yīng)管BG2～33高速開通，正半周電流經(jīng)BG2～BG9場效應(yīng)組合管電流互感器LH1、變壓器B1初級和補(bǔ)償隔直電容C16、BG26～BG33場效應(yīng)組合管構(gòu)成一個(gè)電回路，電流從右到左通過變壓器B1；負(fù)半周電流經(jīng)BG10～BG17C16、B1初級、2H1及BG18～BG25場效應(yīng)組合管構(gòu)成另一電回路，電流從左到右通過變壓器B1，使變壓器B1次級上交變產(chǎn)生高頻脈沖電壓，供脈沖焊接輸出用。當(dāng)輸入電壓為高電壓(500V)時(shí)，經(jīng)K2－1～K2－9轉(zhuǎn)換，電路就變成半橋電路，此時(shí)原為并聯(lián)的濾波電容C7C9轉(zhuǎn)為串聯(lián)，BG2～BG9、BG26～BG33、BG10～BG17、BG18～BG25組合管全部串聯(lián)成上、下二大組，大功率高頻變壓器B1初級線圈兩端分別接在C7和C9中間與上和下二大組大功率場效應(yīng)組合管中間，同理，二大組場效應(yīng)管輪流導(dǎo)通，在變壓器B1次級上感應(yīng)出一定的高頻脈沖電壓，由于變壓器B1初級一端接在功率管組成中心，另一端接電容C7C9的中心，輸出電壓比全橋電路低一倍，但是因輸入電壓高一倍，因此輸出電壓就近似不變，這樣接法比直接用脈寬調(diào)節(jié)輸出電壓(即輸入電壓高、脈寬窄)電流沖擊小，熱功耗小，功率因素高，且諧波干擾可大大減小，圖2B中D14～D17作為電感負(fù)載能量回送，MY2～MY5、R8R9R12R14C11～C14為過壓保護(hù)元件，R7、R9、R11R13為限流輸入電阻，R15為瞬時(shí)過流取樣小電阻，當(dāng)過流時(shí)，電流經(jīng)H點(diǎn)到控制電路，封鎖了輸出脈沖起快速保護(hù)作用。
圖2C所示，本實(shí)用新型的輔助逆變電源采用單管BG35間歇自激振蕩電路與高頻變壓器B2產(chǎn)生高頻電源，還包括控制同步用的時(shí)基振蕩集成電路，由比較器組成的第一級穩(wěn)壓電源與集成穩(wěn)壓電路構(gòu)成的精密穩(wěn)壓直流電源。該電源作用是為觸發(fā)電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、檢測電路等提供穩(wěn)定的交、直電源，由于主逆變采用V－MOS場效應(yīng)管，推動(dòng)功率小，用單管完全可以滿足要求，比現(xiàn)有技術(shù)中普通的輔助電源電路簡化，避免了雙管共同導(dǎo)通現(xiàn)象，且體積小、成本低。
其簡單的工作過程結(jié)合圖敘述如下閉合K1后，主電源經(jīng)K1D18R15R16向C17充電，當(dāng)C17電壓達(dá)到BG35導(dǎo)通電壓后，BG35開始導(dǎo)通，經(jīng)變壓器B2耦合，在次級上感應(yīng)出正電壓后，通過C20R24向BG35供電使其更加導(dǎo)通，這是一個(gè)強(qiáng)烈正反饋過程，BG35迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)，隨時(shí)間變化，C20R24的充電電流逐漸下降，無法維持BG35飽和由B2的自感作用使繞組g感應(yīng)出負(fù)電壓，BG35迅速截止，當(dāng)負(fù)電壓放電完畢，BG35又導(dǎo)通，這樣不斷重復(fù)下去。為了使振蕩工作在最佳頻率，增設(shè)了由IC2(NE555)組成的同步時(shí)基振蕩電路，頻率由R26、R27、C23決定，調(diào)節(jié)其工作頻率使之高于BG2－5自然振蕩頻率，由IC2發(fā)出同步脈沖，強(qiáng)迫BG35導(dǎo)通，從而準(zhǔn)確地控制了振蕩最佳頻率。
第一級穩(wěn)壓電源由比較器IC1－1、BG34和給定電壓組成，由R25、R28給比較器反相輸入端確定一個(gè)合適的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，假定輸出電壓也增大，IC1－1同相輸入端也增大，由于IC1－1的反相輸入端電壓不變，故IC1－1輸出電壓增大，IB34電流增大，BG34效電阻減小，使R24、C20正向電流被分流，BG35導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出脈沖變窄，從而使輸出交流電壓近似不變。為了使控制電路電壓更加穩(wěn)定，增設(shè)由集成穩(wěn)壓電路IC3構(gòu)成的精密穩(wěn)壓直流電源，IC3(例如LM7812)的作用使輸出脈沖頻率不受電源影響，更加穩(wěn)定。
如圖所示，輸送到逆變主控制電路的輔助逆變直流穩(wěn)壓源是經(jīng)由BG36R30～R32、C29組成的電子濾波器后再輸出的，這樣設(shè)計(jì)即可減少供電、電壓波紋系數(shù)，又為主控制電路接觸時(shí)產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)脈沖，且電子濾波器延時(shí)較繼電器J1延時(shí)時(shí)間長，進(jìn)一步確保繼電器J1無火花接通。圖2C中L3、R21可減少電流對BG35的沖擊，DW1限制了BG35基極最高電壓，D19為BG35的基極反向保護(hù)，MY6、MY7過壓保護(hù)元件在過電壓出現(xiàn)時(shí)，BG34導(dǎo)通，BG35截止，確保電路安全，MY8R17、C16設(shè)置是抑制BG35關(guān)斷過電壓，C31為高頻濾波，R29為LED1指示管，限流電阻。
圖2D高速驅(qū)動(dòng)電路由高頻整流濾波電路、集成快速光電耦合器、整形電路、驅(qū)動(dòng)功放電路組成，以產(chǎn)生占空比可調(diào)的近似矩形波，工作電源由輔助逆變高頻電源提供，由于輔助電源有穩(wěn)壓措施，該電壓基本上是穩(wěn)定的，集成光電耦合器(本實(shí)施例選用GD223其開關(guān)延時(shí)小于200ns)收到以脈沖寬度控制專用集成電路IC6為主的逆變主控制電路發(fā)出的脈沖信號，此例中的IC614或11腳輸出高電平脈沖信號，經(jīng)時(shí)基集成電路整形，由互補(bǔ)V－MOS場效應(yīng)管BG38－1～BG38－4、BG37－1～BG37－4組成的功放電路快速向主逆變電路中功率場效應(yīng)管極間電容CG1D1～CG4D4快速充、放電；該電路輸出脈沖占空比由IC6的脈沖決定，四組驅(qū)動(dòng)電路輸入電源互相隔離，現(xiàn)以第一組驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例工作過程為例敘述如下當(dāng)IC4－1(GD223)接到IC6的11腳高電平脈沖信號后，IC4－1輸出迅速轉(zhuǎn)為低電平，當(dāng)此電壓低于某一電壓時(shí)，時(shí)基集成電路IC5－1立即輸出一個(gè)高電平，場效應(yīng)管BG38－1導(dǎo)通，電流經(jīng)BG38－1向功率場效應(yīng)管極的電容CG1D1快速充電，BG2～BG9迅速導(dǎo)通；當(dāng)IC6的11腳為低電平時(shí)，IC4－1輸出為高電平，IC5－1輸出為低電平BG37－1導(dǎo)通，CG1D0快速放電，BG2～BG9快速截止。
本電路針對以V－MOS場效應(yīng)管為功率元件的主逆變電路設(shè)計(jì)特點(diǎn)而提出的較新型設(shè)計(jì)，具有如下幾個(gè)特點(diǎn)1.信號傳遞全部采用高速開關(guān)元件，推動(dòng)開斷速度快；2.有時(shí)基集成電路整形，輸出脈沖前后沿更加陡峭；3.采用二級互補(bǔ)推挽電路故開通快，關(guān)斷也快，具有最快的開關(guān)速度，文獻(xiàn)號為1023283的發(fā)明專利申請技術(shù)雖也是采用快速光電耦合器、場效應(yīng)管，但以電阻與場效應(yīng)管推動(dòng)很難 提高開關(guān)速度，因?yàn)橐岣唑?qū)動(dòng)速度，推動(dòng)電阻必須小，而電阻功率、推動(dòng)管功率又必須大，二者很難兼顧，這樣要么推動(dòng)快，要么關(guān)斷快，很難達(dá)到最佳狀態(tài)。
圖2E、2F電路圖包括焊槍焊接輸出回路，工作電流、電壓檢測和指示電路，零電流檢測電路及其檢測高頻電源也作為輔助高頻引弧用電源，綜合控制和保護(hù)電路。其作用是指示工作狀態(tài)，提供反饋控制信號，保證高頻電焊機(jī)可靠工作，保證人身生命安全，輸出良好的焊接外特性，同時(shí)又能達(dá)到空載節(jié)能的目的。
通過逆變主控制電路中脈沖寬度控制專用集成電路IC6控制輸出的各輸入腳分別分組或一并設(shè)有由焊槍焊接回路上的電流互感器LH2、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K3－1～K3－3、電位器W1、整流濾波電路D24D25L5C34－C36、R40、電流表A構(gòu)成的輸出電流檢測控制指示電路，由并聯(lián)在焊接輸出回路上的D29、R55、C39降壓整流濾波電路及其支路上的R56R57W2和電壓表V構(gòu)成的電壓檢測指示控制電路，由焊接回路上的電流互感器LH3、比較集成電路IC8－1、IC8－2、R49～R93、C37、高頻整流濾波電路D28、C38、R54構(gòu)成的零電流檢測控制電路，由BG41、D33D34、C45C46、R80～R84組成的設(shè)在輔助穩(wěn)壓供給電源與IC6之間的緩沖起動(dòng)電路，由比較集成電路IC1－4、電位器W4及D32、LED2、C44、R65、R67、R78、R85組成的瞬時(shí)過流檢測控制電路，其過流信號取自主逆變電路，由比較集成電路IC1－2、D31、LED3、R63R64R66、熱敏電阻Rt、電位器W6組成的溫度檢測控制電路，由比較集成電路IC1－3、D35、R68～R72組成的欠壓保護(hù)電路，其欠壓信號取自主電源電壓信號，由BG40、電位器W5、R73～R75、R79組成的電源頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，由零電流檢測電路輸出的高或低電平信號V與IC6本身構(gòu)成的空載關(guān)機(jī)電路。
在焊槍焊接輸出回路上，設(shè)有高頻引弧檢測用電源同時(shí)做為輔助高頻引弧與零電流控制檢測電路用電源，由時(shí)基集成電路IC7、功率場效應(yīng)管BG39和變壓器B3組成，R58、W3、C41決定其輸出頻率，產(chǎn)生高頻低電壓電源供焊接輸出回路，變壓器B3初級由輔助電源中第一級穩(wěn)壓直流電源供電。
結(jié)合

各功能電路的工作過程分別敘述如下電流檢測和指示電路當(dāng)電焊機(jī)開始焊接時(shí)，高頻變壓器次級X、Y端電壓經(jīng)電流互感器LH2、LH3、檢測電源變壓器B3次級，與焊槍、焊條、工作構(gòu)成一個(gè)回路。其工作電流大小可由K3－1、K3－2、K3－3粗調(diào)，W1細(xì)調(diào)確定。通過LH2檢測，D24、D25整流、L5、C34、C35、C36、R40濾波將高頻電壓變?yōu)槠交绷麟妷?，由電流表A指示實(shí)際工作電流，并且經(jīng)P點(diǎn)給綜合控制集成電路IC6的4腳輸出一個(gè)控制電壓，與IC6的上腳比較，保持了良好的恒流控制特性。
電壓檢測和指示電路當(dāng)電焊機(jī)開始工作后，主變壓器B1次級X、Y端輸出一個(gè)額定高頻電壓，此電壓經(jīng)D29、R55C39降壓整流濾波調(diào)節(jié)變?yōu)槠交绷麟妷海浯笮∮呻妷篤指示。如果需要恒壓控制，調(diào)節(jié)R56、W2、R57支路中W2的阻值，可以改變Q點(diǎn)設(shè)定電壓的值，輸出電壓就恒定在設(shè)定電壓上，C40進(jìn)一步濾波，使控制電壓更穩(wěn)定。如果只需恒流，只要使Q點(diǎn)設(shè)定電壓大于圖2F中IC6的2腳電位即可。
零電流檢測控制電路及其高頻電源由時(shí)基集成電路IC7產(chǎn)生高頻振蕩信號去推動(dòng)功率場效應(yīng)管BG39，在變壓器B3次級輸出約20V左右高頻安全電壓，作為零電流檢測電源，也確保了人身安全，同時(shí)在工作中也起輔助高頻引弧作用。該高頻引弧檢測用電源主要做為零電流檢測電源用，因?yàn)橹麟娐饭ぷ黝l率已達(dá)50KHZ、電壓55V以上。其輸出頻率由R58、W3、C41決定，調(diào)節(jié)W3可以改變工作頻率，一般為200KHZ左右。圖中R61、R62、C43、MY，起過電壓保護(hù)作用，R59限流，R60防止靜電感應(yīng)電壓。當(dāng)輸出空載或工作電流小于20mA時(shí)，靈敏電流互感器LH3檢測出的電壓小，集成電路IC8－1截止，輸出為低電平，集成電路IC8－1輸出為高電平，經(jīng)F點(diǎn)送至圖2F中IC6的10腳，封鎖了輸出高頻脈沖，切斷了高速驅(qū)動(dòng)電路，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果，其空載損耗約為6W左右。當(dāng)電焊機(jī)焊槍與工件接觸后，工作電流增大，封鎖解除電焊機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。圖中R49、R50R50－1、C37為IC8－1提供一個(gè)基準(zhǔn)比較電壓，R51、R52為IC8－2提供一個(gè)基準(zhǔn)比較電壓，R48為LH3的負(fù)載，R47、D26、D27限制IC8－1輸入電壓，D28、C38、R54為高頻整流濾波電路，以便與基準(zhǔn)電壓比較，R53提供工作電流，D30起反向隔離作用。輸出回路中L16起限流作用在小電流時(shí)使電弧更加穩(wěn)定，大電流工作時(shí)用K4將其短接。
恒流控制電路由脈寬調(diào)制專用集成電路IC6內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，當(dāng)V4、5電壓超過200mV時(shí)，IC6輸出就截止，因此圖2E中K3、W1位置改變，輸出工作電流就改變。當(dāng)某種原因工作電流增大，經(jīng)反饋VP即V4電位也上升，因集成IC6的4腳電位，V4＝0，所以V4、5↑，此時(shí)IC6向截止方向變化，脈寬變窄，使輸出電壓Vxy↓，I輸出↓，從而基本保持電流不變。
恒壓控制電路原理與恒流控制類似，由W2確定恒壓電壓。當(dāng)某種原因使輸出電壓Vxy上升，經(jīng)反饋VQ↑，即V1↑，因IC6的2腳電位不變，V21↓，使IC6內(nèi)部9腳電位V9↓，脈寬變窄，Vxy↓，從而基本保持電壓不變。
緩沖起動(dòng)電路由BG41、D33、D34、C45、C46、R80、R84組成，其主要作用減小開機(jī)沖擊或封鎖解除后重新起動(dòng)電流沖擊，防止高頻變壓器B1瞬時(shí)進(jìn)入磁飽和，確保功率場效應(yīng)管的安全，是高頻電焊機(jī)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。開機(jī)時(shí)由Vc45電壓不能突變，IC6的9腳電位也只能慢慢上升，從而脈寬也只能慢慢增大，電流也只能逐漸增大，減少了沖擊。當(dāng)某種原因IC6的10腳為高電平時(shí)，BG41迅速導(dǎo)通，Vc45迅速下降，當(dāng)封鎖解除后Vc45電壓只能緩慢上升，無電流沖擊。
變頻控制電路也由BG40、W5、R73－R75組成，當(dāng)電流電壓在小范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，BG40的等效電阻也跟隨變化，比如電源電壓上升，BG40柵極電壓上升，漏極電流增大，等效電阻減小，與R49、W5支路并聯(lián)，使C48充電電流增大，充放電過程變快，工作頻率上升，在主電路初次級漏感上壓降增大，這樣在不改變脈寬的條件下能保持輸出電壓近似不變。這種做法比單純調(diào)節(jié)占空比的優(yōu)點(diǎn)是(1)諧波小，干擾??；(2)效率高性能穩(wěn)定。圖中W5可以改變主電路工作頻率，調(diào)節(jié)W5使其工作在最佳頻率上。
瞬時(shí)過流檢測控制電路由IC1－4、W4、D32、LED2、C44、R65、R67、R68、R85組成，R65、R66確定基準(zhǔn)電壓，W4調(diào)節(jié)電流反饋電壓。工作正常時(shí)IC1－4反相端電壓高于同相端電壓，IC1－4截止，輸出低電平，此環(huán)節(jié)不起作用。當(dāng)主電路元件損壞，碰線等原因發(fā)生短路時(shí)，圖2F中VH↑，IC4－4由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，經(jīng)D32、LED2使IC6的10腳為高電平，封鎖了輸出脈沖，確保了安全，同時(shí)由面板上發(fā)光管LED2紅光指示，便于檢修。
溫度檢測控制電路由IC1－2、D31、LED3、R63、R64、R66、R6、W6組成，能避免功率場效應(yīng)管因過熱而燒毀。正常工作時(shí)IC1－2截止輸出低電平，此環(huán)節(jié)不起作用。當(dāng)工作電流超過額定值，或占空比大于60％，或因冷卻風(fēng)扇停轉(zhuǎn)都會(huì)使功率管溫度上升。當(dāng)工作溫度超過額定值時(shí)，Rt阻值下降，反相輸入端電壓下降，IC1－2由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，經(jīng)D31、LED3使IC6的10腳為高電平，封鎖了輸出脈沖，確保了安全，同時(shí)由面板上發(fā)光管LED3黃光指示。
欠壓保護(hù)電路由IC1－3、D35、R68～R72組成，電壓正常時(shí)，此環(huán)節(jié)不起作用，當(dāng)欠壓時(shí)，IC1－3反相輸入端電壓低于同相端，IC1－3輸出高電平由R72、D35經(jīng)IC6的10腳，封鎖了輸出脈沖。其作用一是使嚴(yán)重欠電壓電路停止工作，確保焊接質(zhì)量；作用二是關(guān)斷時(shí)能快速封鎖輸出脈沖，保證主關(guān)斷電路可靠工作。
空載關(guān)機(jī)電路由零電路檢測電路輸出的電平信號VF和IC6組成，空載時(shí)VF為高電平，即IC6的10腳為高電平，輸出脈沖被封鎖，有載時(shí)VF為低電平，封鎖解除電路恢復(fù)正常。這樣既可保證人身安全又能達(dá)到明顯的節(jié)能效果。
權(quán)利要求1.一種場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于僅包括供電電源、主逆變電路、輔助逆變電源、逆變主控制電路、高速驅(qū)動(dòng)電路、大功率高頻變壓器、高頻脈沖輸出電路及其焊槍裝置、主逆變電路其逆變功率元件采用短溝道的V-MOS場效應(yīng)管BG2-BG33、數(shù)盞大功率的場效應(yīng)管可并聯(lián)成更大功率管，電源經(jīng)C7～C10、R5、R6濾波電路后，輸入由V-MOS場效應(yīng)管BG2～BG33、隔離二極管D14～D17，大功率高頻變壓器B1初級構(gòu)成的逆變電回路，受高速驅(qū)動(dòng)電路高頻電壓信號觸發(fā)后，V-MOS場效應(yīng)管BG2-33高速開通，正、負(fù)半周電流分別經(jīng)BG2-BG9組合管，B1初級，BG26～BG33組合管構(gòu)成的從右到左回路，與經(jīng)BG10-BG12、B1初級及BG10～BG25組合管構(gòu)成的從左到右回路，使大功率高頻變壓器B1次級上感應(yīng)出交變高頻脈沖電壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于主逆變電路中設(shè)有K2－1～K2－，雙位轉(zhuǎn)換開關(guān)，將逆變電路從全橋電路轉(zhuǎn)為半橋電路，此時(shí)，原為并聯(lián)的濾波電容C7、C9轉(zhuǎn)為串聯(lián)，BG2～BG9、BG26～BG33、BG10～BG17、BG18～BG25組合管全部串聯(lián)成上、下二大組，大功率高頻變壓器B1初級線圈兩端分別接在C7和C，中間與上和下二大組大功率場效應(yīng)組合管中間，供電直流電源輸入電壓為全橋電路的一倍。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于主電源輸入到主逆變電路之間設(shè)有由限流電阻R1、可控硅SCR1、繼電器J1、輔助電源開關(guān)K1、高頻變壓器B2次級及其BG1、R4、C5、C6、L4、L27、L28、R33構(gòu)成的延時(shí)電路組成電源抗沖擊電壓電流電路。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于高速驅(qū)動(dòng)電路由高頻整流濾波電路、集成快速光電耦合器、整形電路、驅(qū)動(dòng)功放電路組成，工作電源由輔助逆變高頻電源提供，集成快速光電耦合器收到以脈沖寬度控制專用集成電路IC6為主的逆變主控制電路發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)時(shí)基集成電路整形，由互補(bǔ)V－MOS場效應(yīng)管BG38－1～BG38－4、BG37－1～BG37－4組成的功放電路快速向主逆變電路中功率場效應(yīng) 管極間電容CG1D1～CG4D4快速充放電，四組驅(qū)動(dòng)電路輸入電源互相隔離。
5.按照權(quán)利要求3所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于高速驅(qū)動(dòng)電路由高頻整流濾波電路、集成快速光電耦合器、整形電路、驅(qū)動(dòng)功放電路組成，工作電源由輔助逆變高頻電源提供，集成快速光電耦合器收到以脈沖寬度控制專用集成電路IC6為主的逆變主控制電路發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)時(shí)基集成電路整形，由互補(bǔ)V－MOS場效應(yīng)管BG38－1～BG38－4、BG37－1～BG37－4組成的功放電路快速向主逆變電路中功率場效應(yīng) 管極間電容CG1D1～CG4D4快速充放電，四組驅(qū)動(dòng)電路輸入電源互相隔離。
6.按照權(quán)利要求1或2或5所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征是輔助逆變電源采用單管BG35間歇自激振蕩電路與高頻變壓器B2產(chǎn)生高頻電源，還包括控制同步用的時(shí)基振蕩集成電路，由比較器組成的第一級穩(wěn)壓電源與集成穩(wěn)壓電路構(gòu)成的精密穩(wěn)壓直流電源，穩(wěn)壓直流電源經(jīng)由BG36及R30～R32、C29組成的電子濾波器后輸送到逆變主控制電路，且該電子濾波器延時(shí)較繼電器J1延時(shí)時(shí)間長。
7.按照權(quán)利要求1或2或5所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于通過逆變主控制電路中脈沖寬度控制專用集成電路IC6控制輸出的各輸入腳分組分別或一并設(shè)有由焊槍焊接回路上的電流互感器LH2、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K3－1～K3－3、電位器W1、整流濾波電路D24D25L5C34－C36R40、電流表A構(gòu)成的輸出電流檢測、控制指示電路，由焊接回路上的電流互感器LH3、L6、比較集成電路IC8－1、IC8－2、R49～R53、C37高頻整流濾波電路D28、C38R54構(gòu)成的零電流檢測控制電路，由并聯(lián)在焊接輸出回路上的D29、R53C39降壓整流濾波電路及其支路上的R56、R57可變電位器W2和電壓表V構(gòu)成電壓檢測和指示控制電路，由BG41、D33D34、C45C46、R80～R84組成的設(shè)在輔助穩(wěn)壓 供給電源與IC6之間的緩沖起動(dòng)電路，由比較集成電路IC1－4、電位器W4及D32、LED2、C44R65、R67、R78、R85組成的瞬時(shí)過流檢測控制電路，其過流信號取自主逆變電路，由比較集成電路IC1－2、D31、LED3、R63R64、R66熱敏電阻Rt、電位器W6組成的溫度檢測控制電路，由比較集成電路IC1－3、D35、R68～R72組成的欠壓保護(hù)電路，其欠壓信號取自主電源電壓信號，由BG40、可變電位器W5、R73～R75R79組成的電源頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路。
8.按照權(quán)利要求4所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于通過逆變主控制電路中脈沖寬度控制專用集成電路IC6控制輸出的各輸入腳分組分別或一并設(shè)有由焊槍焊接回路上的電流互感器LH2、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K3－1～K3－3、電位器W1，整流濾波電路D24D25L5C34－C36R40、電流表A構(gòu)成的輸出電流檢測、控制指示電路，由焊接回路上的電流互感器LH3、L6、比較集成電路IC8－1IC8－2、R49～R53、C37、高頻整流濾波電路D28、C38R54構(gòu)成的零電流檢測控制電路，由并聯(lián)在焊接輸出回路上的D29、R55C39降壓整流濾波電路及其支路上的R56、R57可變電位器W2和電壓表V構(gòu)成電壓檢測和指示控制電路，由BG41、D33D34、C45C46、R80～R84組成的設(shè)在輔助穩(wěn)壓電供給電源與IC6之間的緩沖起動(dòng)電路，由比較集成電路IC1－4、電位器W4及D32、LED2、C44R65、R67、R78R85組成的瞬時(shí)過流檢測控制電路，其過流信號取自主逆變電路，由比較集成電路IC1－2、D3、LED3、R63R64、R66熱敏電阻Rt、電位器W6組成的溫度檢測控制電路，由比較集成電路IC1－3、D35、R68～R72組成的欠壓保護(hù)電路，其欠壓信號取自主電源電壓信號，由BG40、可變電位器W5、R93～R75R79組成的電源頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路。
9.按照權(quán)利要求6所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征在于通過逆變主控制電路中脈沖寬度控制專用集成電路IC6控制輸出的各輸入腳分組分別或一并設(shè)有由焊槍焊接回路上的電流互感器LH2、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K3－1～K3－3、電位器W1，整流濾波電路D24D25L5C34－C36R40、電流表A構(gòu)成的輸出電流檢測、控制指示電路，由焊接回路上的電流互感器LH3、L6、比較集成電路IC8－1IC8－2、R49～R53、C37高頻整流濾波電路D28、C36R54構(gòu)成的零電流檢測控制電路，由并聯(lián)在焊接輸出回路上的D29、R55C39降壓整流濾波電路及其支路上的R56、R57可變電位器W2和電壓表V構(gòu)成電壓檢測和指示控制電路，由BG41、D33D34、C45C46、R80～R84組成的設(shè)在輔助穩(wěn)壓電供給電源與IC6之間的緩沖起動(dòng)電路，由比較集成電路IC1－4、電位器W4及D32、LED2、C44R65、R67、R78、R85組成的瞬時(shí)過流檢測控制電路，其過流信號取自主逆變電路，由比較集成電路IC1－2、D31LED3、R63R64、R66、熱敏電阻Rt、電位器W6組成的溫度檢測控制電路，由比較集成電路IC1－3、D35、R68～R72組成的欠壓保護(hù)電路，其欠壓信號取自主電源電壓信號，由BG40、可變電位器W5、R93～R75R79組成的電源頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路。
10.按照權(quán)利要求1或2或5或8或9所述的場效應(yīng)管高頻脈沖電焊機(jī)，其特征是設(shè)有高頻引弧檢測用電源同時(shí)做為輔助高頻引弧與零電流控制檢測電路用電源，由時(shí)基集成電路IC7、功率場效應(yīng)管BG3，和變壓器B3組成，R58、W3、C41決定其輸出頻率，產(chǎn)生高頻低壓電源供焊槍焊接輸出回路，變壓器B3初級由輔助中第一級穩(wěn)壓直流電源供電，由零電流檢測電路輸出的高或低電平信號VF與IC6本身構(gòu)成的空 載關(guān)機(jī)電路。
專利摘要本實(shí)用新型關(guān)于高頻脈沖電焊機(jī)的新設(shè)計(jì)，該電焊機(jī)僅包括供電電源，主逆變電路，輸送逆變電源、逆變主控制電路、高速驅(qū)動(dòng)電路、焊接輸出回路及焊槍裝置，主逆變電路采用V-MOS場效應(yīng)管作為大功率的功率放大元件，具有驅(qū)動(dòng)速度快、逆變效率高、開關(guān)頻率達(dá)50KHE以上，節(jié)能效果明顯，省去了專門的高頻引弧裝置，可設(shè)成多電源輸入，應(yīng)用范圍廣、體積小、重量輕。
文檔編號B23K9/09GK2081774SQ9022421
公開日1991年7月31日 申請日期1990年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月21日
發(fā)明者劉希真, 陳策 申請人:陳策, 劉希真