一種符合emc認(rèn)證要求的igbt逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)。焊機(jī)電路板設(shè)計(jì)為兩塊，小控制板焊接在大控制板上；整個(gè)控制電路主要由輸入濾波電路、逆變主電路、輸出濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)和整流變換電路、熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路、電流給定電路、輸出特性控制電路等九個(gè)功能電路組成。小控制板上的電路主要是輸出特性控制電路，其核心由3846 PWM脈沖寬度調(diào)制芯片及其外圍器件組成。本實(shí)用新型的EMC電磁兼容性措施，主要有：1）輸入兩級(jí)濾波，2）輸出濾波；3）IGBT開(kāi)關(guān)和輸出整流抗干擾；4）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，還有電磁屏蔽措施；可起到隔離強(qiáng)電磁干擾、限制電磁輻射等作用。
【專利說(shuō)明】
一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種符合EMC認(rèn)證要求的單管IGBT逆變的手工電弧焊機(jī)，屬于逆變焊機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]目前，逆變式手弧焊機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，不僅體現(xiàn)在技術(shù)的先進(jìn)性和優(yōu)勢(shì)上，還在很大程度上取決于焊機(jī)的功能和設(shè)計(jì)等方面。
[0003]國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上，小型MOS管、IGBT管逆變式手弧焊機(jī)的額定電流通常在80?200A(負(fù)載持續(xù)率100?15%)的水平。但大多數(shù)的此類(lèi)焊機(jī)產(chǎn)品都無(wú)法通過(guò)EMC性能檢測(cè)和認(rèn)證，很多產(chǎn)品甚至還無(wú)法通過(guò)安全性認(rèn)證，僅僅滿足手弧焊的焊接要求。其產(chǎn)品出口會(huì)受到一定的限制。無(wú)法出口到要求焊機(jī)符合EMC性能和認(rèn)證要求的國(guó)家或地區(qū)，如美國(guó)、澳大利亞、加拿大、歐盟等。
[0004]對(duì)于符合EMC和安全性等認(rèn)證的焊機(jī)，由于其性能更好，因而其銷(xiāo)售市場(chǎng)和應(yīng)用的范圍會(huì)更廣。產(chǎn)品銷(xiāo)售會(huì)更加有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，此類(lèi)焊機(jī)，不同的電路、電路板和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制原理和方式不同，電路板和整機(jī)的布局不同，其產(chǎn)品的安全性、EMC電磁兼容性、生產(chǎn)的工序和制作工藝等也會(huì)完全不同。這些都會(huì)影響產(chǎn)品的性能和成本。因此，如何在低成本的前提下，開(kāi)發(fā)性能符合上述認(rèn)證要求的焊機(jī)是有一定技術(shù)難度的.這也是本實(shí)用新型需要解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，具有手工電弧焊方法的功能，并且符合產(chǎn)品安全性、EMC性能檢測(cè)和認(rèn)證要求，焊機(jī)電路板設(shè)計(jì)為兩塊。小控制板焊接在大控制板上，整個(gè)控制電路主要由輸入濾波電路、逆變主電路、輸出濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)和整流變換電路、熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路、電流給定電路、輸出特性控制電路等九個(gè)功能電路組成，小控制板上的電路主要是輸出特性控制電路，其核心由3846 PWM脈沖寬度調(diào)制芯片及其外圍器件組成，本實(shí)用新型的EMC電磁兼容性措施，主要有:I)輸入兩級(jí)濾波;2)輸出濾波;3)IGBT開(kāi)關(guān)和輸出整流抗干擾;4)電磁屏蔽等;上述措施是保證本發(fā)明焊機(jī)產(chǎn)品能通過(guò)EMC國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)性能檢測(cè)和認(rèn)證的重要前提，此外，對(duì)不同電流等級(jí)和負(fù)載持續(xù)率要求的本實(shí)用新型焊機(jī)，可通過(guò)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(fù)載持續(xù)率的產(chǎn)品，如200A/28V( 25%，負(fù)載持續(xù)率，下同)、180A/27.2V(35%)、160A/26.4V(45%)、140A/25.6V(50%)、120A/24.8V(60%)、100A/24V(80%)、80A/23.2V( 100%)等；每種焊機(jī)可實(shí)現(xiàn)較優(yōu)化的成本控制，這就提升了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本實(shí)用新型焊機(jī)，由于具有良好的EMC電磁兼容性和安全性設(shè)計(jì)，解決了很多此類(lèi)焊機(jī)無(wú)法通過(guò)EMC認(rèn)證的問(wèn)題，因而焊機(jī)有更好的市場(chǎng)適應(yīng)性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分包括控制板和控制小板，控制小板是通過(guò)插件直接焊接在控制板上的，電路板之間就無(wú)需采用連接線進(jìn)行連接;控制板部分的電路主要包括輸入濾波電路、逆變主電路、輸出濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)和整流變換電路、熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路、電流給定電路、輸出特性控制電路這九個(gè)功能電路，完成輸入濾波、輸出濾波、抗干擾、供電電源的產(chǎn)生、PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅(qū)動(dòng)控制、手弧焊焊接方法的逆變電路輸出參數(shù)(電流)的負(fù)反饋控制工作。控制板部分的電路與焊機(jī)前面板、后面板上的電流調(diào)節(jié)電位器、指示燈、電源開(kāi)關(guān)、風(fēng)扇通過(guò)一些控制導(dǎo)線進(jìn)行相互間的電路連接。
[0008]所述的控制板上的布置有IGBT及其散熱片、CBB475K/400V電容、470uF/400V大電解電容、PCB電路板、2C3電容、2MTI電感、2MT2電感、驅(qū)動(dòng)變壓器、電流互感器、整流橋及其散熱器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、24V繼電器、集成穩(wěn)壓器7815、M0S管IRFZ24N、M0S管IRF9Z24N、輸出濾波電抗器、快速恢復(fù)二極管或整流管及其散熱器、逆變主變壓器;控制板上設(shè)有控制小板的接口MKl，控制小板是通過(guò)插件直接焊接在控制板上。
[0009]所述的小控制電路板上布局有輸出特性控制電路，輸出特性控制電路由U2PffM脈沖寬度調(diào)制芯片、Ul四個(gè)運(yùn)算放大器以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極管組成。
[0010]所述的控制電路上設(shè)有輸入兩級(jí)濾波電路、輸出濾波電路、IGBT開(kāi)關(guān)和輸出整流抗干擾電路。
[0011]所述的前面板部分安裝有:兩組輸出快速接頭座組件、工作電源指示燈、熱保護(hù)狀態(tài)指示燈、電流輸出調(diào)節(jié)電位器。
[0012]所述的后面板上安裝有:電源開(kāi)關(guān)、帶插頭供電電源線、冷卻風(fēng)機(jī)，冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行;可使電路板上的一些發(fā)熱器件或零部件有良好的冷卻效果。
[0013]本實(shí)用新型焊機(jī)的電路板設(shè)計(jì)為兩塊。一塊大控制板，一塊小控制板。后者通過(guò)連接件焊接在前者上。整個(gè)控制電路主要由輸入濾波電路、逆變主電路、輸出濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)和整流變換電路、熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路、電流給定電路、輸出特性控制電路等九個(gè)功能電路組成。小控制板上的電路，主要是輸出特性控制電路。其核心是3846 PffM脈沖寬度調(diào)制芯片及其外圍器件組成的電路。從其電路的功能來(lái)看，主要是完成輸入濾波、輸出濾波、抗干擾、供電電源的產(chǎn)生、PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅(qū)動(dòng)控制、手弧焊焊接方法的逆變電路輸出參數(shù)(電流)的負(fù)反饋控制等工作。最終在控制電路的作用下，實(shí)現(xiàn)手工電弧焊接、滿足EMC性能檢測(cè)和認(rèn)證等要求。
[0014]關(guān)于本實(shí)用新型焊機(jī)的EMC電磁兼容性設(shè)計(jì)措施，主要有以下幾個(gè)方面:I)輸入兩級(jí)濾波措施。一方面，主要是對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，減少或降低干擾信號(hào)對(duì)本發(fā)明焊機(jī)控制電路工作的不利影響。另一方面，焊機(jī)電路產(chǎn)生的干擾信號(hào)，通過(guò)該濾波電路時(shí)，也會(huì)得到控制，可減少或降低來(lái)自焊機(jī)的干擾信號(hào)對(duì)供電電網(wǎng)的不利影響;2)輸出濾波措施。由輸出電流濾波電感L、濾波電容C45和C46組成?？梢种齐娏鞑▌?dòng)，減小電流波形中的毛刺突變信號(hào)；3)IGBT開(kāi)關(guān)和輸出整流抗干擾措施。主要是通過(guò)在IGBT器件和快速恢復(fù)二極管的兩端并聯(lián)電阻和電容，組成抗干擾電路來(lái)降低或控制逆變變換中的尖峰干擾信號(hào)；4)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，還有電磁屏蔽的措施?？刂瓢辶⒅惭b在焊機(jī)底板上。相當(dāng)于被外殼、底板和后面板、前面板組成的金屬外殼包圍?？善鸬礁綦x強(qiáng)電磁干擾、限制電磁輻射等作用。
[0015]上述措施是保證基于本發(fā)明電路制成的焊機(jī)產(chǎn)品能夠通過(guò)EMC國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)性能檢測(cè)和認(rèn)證的重要前提。需要注意的是:不是有上述濾波電路就可以解決EMC問(wèn)題的。還涉及濾波電路中元器件和零部件的參數(shù)、材料、布置位置等設(shè)計(jì)和選擇問(wèn)題。例如，濾波電感的磁芯材料和繞組匝數(shù)的選擇；電容參數(shù)的選擇;濾波器布置的位置等，都會(huì)對(duì)EMC性能檢測(cè)產(chǎn)生影響。
[0016]對(duì)不同電流等級(jí)和負(fù)載持續(xù)率要求的本實(shí)用新型焊機(jī)，可通過(guò)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(fù)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(gè)數(shù);改變整流橋參數(shù);改變IGBT器件的電流等級(jí)和散熱器尺寸;改變快速恢復(fù)二極管的型號(hào)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(25%，負(fù)載持續(xù)率，下同)、180A/27.2V(35%)、160A/26.4V(45%)、140A/25.6V(50%)、120A/24.8V(60%)、100A/24V(80%)、80A/23.2V(100%)多種電流等級(jí)和規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品。額定電流越小的，則額定負(fù)載持續(xù)率越高。當(dāng)然，這些變化，目的是使產(chǎn)品的制作成本與相應(yīng)機(jī)器的規(guī)格參數(shù)和性能指標(biāo)相匹配。這樣，每種規(guī)格型號(hào)的焊機(jī)才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的成本控制。這就提升了所開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0017]本實(shí)用新型焊機(jī)，由于具有良好的EMC電磁兼容性和安全性設(shè)計(jì)，解決了很多此類(lèi)焊機(jī)無(wú)法通過(guò)EMC認(rèn)證的問(wèn)題，因而焊機(jī)有更好的市場(chǎng)適應(yīng)性。其良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。
【附圖說(shuō)明】
[0018]附圖1是本實(shí)用新型爆炸圖；
[0019]附圖2是本實(shí)用新型焊機(jī)的電路原理圖；
[0020]附圖3是本實(shí)用新型焊機(jī)大控制電路板的PCB元器件布局圖；
[0021]附圖4是本實(shí)用新型焊機(jī)小控制電路板的PCB元器件布局圖；
[0022]附圖5為本實(shí)用新型控制板的示意圖；
[0023]附圖中各部件的名稱如下:1、手柄螺絲;2、手柄;3、外殼螺絲;4、外殼;5、控制板；6、電源線;7、固線器;8、電源開(kāi)關(guān);9、風(fēng)機(jī)防護(hù)罩;10、底板;11、冷卻風(fēng)扇；12、工作電源指示燈；13、保護(hù)狀態(tài)指示燈；14、電位器；15、黑色快速接頭座組件；16、紅色快速接頭座組件；17、1681'散熱片；18、0884751(/400￥電容；19、1681'散熱片；20、電解電容；21、？08電路板；22、275VAC電容;23、輸入電感;24輸入電感;25、驅(qū)動(dòng)變壓器;26、電流互感器;27、整流橋;28、整流橋散熱片;29、開(kāi)關(guān)電源變壓器;30、繼電器;31、三端穩(wěn)壓器;32、M0S管IRFZ24N; 33、M0S管IRF9Z24N;34、控制小板;35、輸出濾波電抗器;36、整流管散熱片；37、整流管;38、逆變主變壓器；39、IGBT管。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1-4所示，一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)主要組成部分包括:
[0025]I)外殼部分;包括外殼4、手柄2、手柄螺絲I和外殼螺絲3等。
[0026]2)后面板部分上安裝的零部件主要有:電源開(kāi)關(guān)8、供電電源線及插頭6、固線器7、風(fēng)機(jī)防護(hù)罩9、冷卻風(fēng)扇11等部分；電源線及插頭6連接到供電電網(wǎng)，電源開(kāi)關(guān)8控制焊機(jī)電源的通或斷，冷卻風(fēng)扇11位于焊機(jī)的后部，冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后面板后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行?？墒棺髠?cè)電路部分的一些發(fā)熱器件或零部件，如IGBT及散熱器散熱器、快速恢復(fù)二極管及散熱器等零部件得到較好的冷卻。這樣的風(fēng)道和冷卻方式設(shè)計(jì)，有利于保障焊機(jī)電路工作的可靠性，也是本實(shí)用新型焊機(jī)實(shí)現(xiàn)較大電流和高負(fù)載持續(xù)率的重要原因之一。
[0027]3)前面板部分，在焊機(jī)前面板上安裝的零部件主要有:黑色輸出快速接頭座組件15、紅色輸出快速接頭座組件16、工作電源指示燈12及熱保護(hù)狀態(tài)指示燈13、手工焊電流輸出調(diào)節(jié)電位器I)等部分。兩組輸出快速接頭座組件15、16用于手工電弧焊時(shí)分別連接電焊鉗電纜和工件夾電纜;工作電源指示燈12指示電源接通。熱保護(hù)狀態(tài)指示燈13則指示過(guò)熱狀態(tài)是否發(fā)生。當(dāng)內(nèi)部器件溫度過(guò)高，超過(guò)動(dòng)作溫度時(shí)，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點(diǎn)亮；另一方面，可使焊機(jī)停止焊接或輸出。在焊機(jī)不輸出的情況下，風(fēng)機(jī)的冷卻作用會(huì)使器件的溫度降低。當(dāng)降低到恢復(fù)動(dòng)作溫度時(shí)，焊機(jī)過(guò)熱現(xiàn)象消除。過(guò)熱指示燈熄滅。同時(shí)，焊機(jī)可再次焊接。當(dāng)然，根據(jù)產(chǎn)品制作的需要，前面板18上還可設(shè)置電流表、電壓表等部件，以擴(kuò)展產(chǎn)品的功能或性能。
[0028]4)控制板部分，包括控制板5和該控制板上的很多零部件，例如，IGBT及其散熱片和散熱片02、CBB475K/400V電容、470uF/400V大電解電容、PCB電路板21、2C3電容、2MT1電感、2MT2電感、驅(qū)動(dòng)變壓器、電流互感器或電流環(huán)26、整流橋27及其散熱器28、開(kāi)關(guān)電源變壓器29、24V繼電器30、集成穩(wěn)壓器7815、M0S管IRFZ24N和IRF9Z24N、控制小板34、輸出濾波電抗器35、快速恢復(fù)二極管或整流管37及其散熱器36、逆變主變壓器38等部分。
[0029]在控制板5和控制小板34上，還有很多的電子元器件，如電阻、電容等，電路板控制部分與焊機(jī)前、后面板上的元器件，如電流調(diào)節(jié)電位器14、風(fēng)扇11、指示燈12和13、電源開(kāi)關(guān)8等，通過(guò)一些控制導(dǎo)線進(jìn)行相互間的電路連接，各電路板之間，器件或零部件之間，按照本實(shí)用新型焊機(jī)的電路原理圖關(guān)系(見(jiàn)附圖2)連接在一起，可滿足手工焊接方法功能的電路輸出特性控制。
[°03°]如附圖2所示，在控制板5上設(shè)有控制小板34的接口MKl;兩塊控制電路板就是按照相應(yīng)的接口標(biāo)識(shí)和電路原理圖連接在一起的，控制小板34是通過(guò)插件直接焊接在大電路板或控制板5上的，這樣電路板之間就無(wú)需采用連接線進(jìn)行連接。
[0031]附圖2是本實(shí)用新型焊機(jī)的電路原理圖，整個(gè)控制電路主要由輸入濾波電路、逆變主電路、輸出濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)和整流變換電路、熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路、電流給定電路、輸出特性控制電路等九個(gè)功能電路組成。從其電路的功能來(lái)看，主要是完成輸入濾波、輸出濾波、抗干擾、供電電源的產(chǎn)生、PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅(qū)動(dòng)控制、手弧焊焊接方法的逆變電路輸出參數(shù)(電流)的負(fù)反饋控制等工作。最終在控制電路的作用下，實(shí)現(xiàn)手工電弧焊接、滿足EMC性能檢測(cè)和認(rèn)證等要求。下面對(duì)相關(guān)的功能電路進(jìn)行一些說(shuō)明:
[0032]見(jiàn)附圖2，輸入濾波電路由濾波電感2MT1和2MT2、濾波電容2C1?2C5、電阻2R1組成。
[0033]見(jiàn)附圖2，逆變主電路由電源開(kāi)關(guān)S1、輸入濾波電路、BDI整流橋、PTCI熱敏電阻、JRl繼電器、C12、C13、C60、C61大電解電容、G1~G4 IGBT管、Tl逆變主變壓器、D8?Dll和D23?D24快速恢復(fù)二極管、輸出濾波電路等組成全橋逆變主電路。由0UT(+)正極性和OUT(-)負(fù)極性輸出端輸出焊接電流和電壓。
[0034]見(jiàn)附圖2，輸出濾波電路由輸出電流濾波電感L、濾波電容C45和C46組成。
[0035]見(jiàn)附圖2，開(kāi)關(guān)電源電路由T4開(kāi)關(guān)電源變壓器、Ml MOS管、IC2 (3843)PWM脈沖寬度調(diào)制器，D15?16、D12和D14快速二極管、IC4(7915)和IC5(7815)集成穩(wěn)壓器，以及它們周?chē)碾娮?、電容、穩(wěn)壓管ZD3和ZD4等器件組成。
[0036]見(jiàn)附圖2，1681'的驅(qū)動(dòng)電路由了3驅(qū)動(dòng)變壓器、0649 MOS場(chǎng)效應(yīng)管、D4~D7快速二極管，以及它們外圍的電阻、電容等組成。
[0037]見(jiàn)附圖2，電流檢測(cè)和整流變換電路由電流檢測(cè)環(huán)或T2電流互感器、D19~D22、運(yùn)算放大器IC1C、電阻R45和R50?R52等組成。
[0038]見(jiàn)附圖2，熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路由熱敏電阻RT2D、運(yùn)算放大器IClA和IClB及其外圍的很多電阻、電容和二極管等器件、三極管Q5、光耦I(lǐng)C8、LEDY、CN2及其與之連接的焊機(jī)面板過(guò)熱指示LED燈(黃色)等組成。LEDY (黃色)為焊接在電路板上的過(guò)熱保護(hù)指示LED燈。安裝熱敏電阻RT2D時(shí)，讓它的溫度檢測(cè)面緊貼IGBT的散熱器。
[0039]見(jiàn)附圖2，電流給定電路由運(yùn)算放大器IC1D、與CNl連接的輸出電流調(diào)節(jié)電位器、電流校正電位器RPl和RP2、電阻R46?R49、電容C66?C67等組成。
[0040 ]見(jiàn)附圖2，輸出特性控制電路由U2 PffM脈沖寬度調(diào)制芯片(3846 )、UI四個(gè)運(yùn)算放大器，以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極管等器件組成。
[0041]本實(shí)用新型焊機(jī)上述各部分功能電路的工作原理簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)SI接通電網(wǎng)電源后，焊機(jī)通電。前面板上的電源指示燈點(diǎn)亮。從電網(wǎng)來(lái)的交流電，先經(jīng)過(guò)兩級(jí)輸入濾波電路，再經(jīng)BDl整流橋整流后變?yōu)槊}動(dòng)直流電。整流后的輸出，先經(jīng)過(guò)PTCl熱敏電阻，之后，對(duì)Cl2、Cl3、C60、C61電解電容(470UF/400V)進(jìn)行充電，電壓逐漸升高，最后變?yōu)檩^為穩(wěn)定的+310V直流電，由A、B間輸出到后級(jí)電路。
[0042]JRl繼電器會(huì)在電源開(kāi)關(guān)SI接通，一定延時(shí)時(shí)間后動(dòng)作，其觸頭閉合或短路PTCl熱敏電阻。JRl繼電器的延時(shí)是由其控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。C12、C13、C60、C61大電解電容的充電，先經(jīng)過(guò)PTCl熱敏電阻，之后再短接PTCl熱敏電阻。這樣的控制電路稱為上電緩沖電路。
[0043]C12、C13、C60、C61大電解電容起著濾波的作用。+310V直流電一方面供給由G1~G4IGBT管、Tl逆變主變壓器和D8?Dll、D23?D24快速恢復(fù)二極管、L輸出濾波電抗等組成的全橋逆變主電路。其功能主要為:高壓直流電轉(zhuǎn)換為中頻(幾十KHz)交流電。Tl逆變變壓器實(shí)現(xiàn)電壓降壓和大電流輸出的變換。D8?Dll、D23?D24快速恢復(fù)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。由于它變換后的電流波形是脈動(dòng)的，不穩(wěn)定，不利于焊接過(guò)程的穩(wěn)定，因此，采用電流濾波電抗器L進(jìn)行濾波。這樣，輸出的電流波形就會(huì)變得穩(wěn)定。有利于獲得高質(zhì)量的焊縫。
[0044]另一方面，+310V直流電供給由T4開(kāi)關(guān)電源變壓器、Ml MOS管、IC2 (3843)PWM脈沖寬度調(diào)制器、D15?16、D12、D14快速二極管、IC4(7915)、IC5(7815)集成穩(wěn)壓器，以及它們周?chē)碾娮?、電容、穩(wěn)壓管ZD3和ZD4等器件組成的開(kāi)關(guān)電源電路，產(chǎn)生+5V、+15V、+24V、-15V電源電壓，供給相應(yīng)的控制電路等帶電工作。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源電路部分，由于Ml MOS管與T4開(kāi)關(guān)電源變壓器的初級(jí)繞組，以及它們周?chē)腪D4穩(wěn)壓管、D15?D16 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?？刂齐娐返陌踩?，在附圖2中，采用了IC3 (817)光電耦合器進(jìn)行隔離。開(kāi)關(guān)電源PWM控制小板的核心控制芯片是IC2，即3843 PffM脈沖寬度調(diào)節(jié)器。其外圍的電阻、電容可設(shè)定其工作的相關(guān)參數(shù)。至于如何確定，需要查看UC3843(或TL3843)的相關(guān)使用資料或說(shuō)明。這里不再重復(fù)?？傊?，IC2輸出的脈沖為一定工作頻率的驅(qū)動(dòng)脈沖，可使附圖2中的Ml MOS管處于通斷工作狀態(tài)。在T4的4個(gè)電壓輸出電路部分，分別獲得+5V、+ 15V、+24V、-15V電源電壓。供給不同的器件和電路使用。例如，+24V通過(guò)CN3插頭供給風(fēng)扇工作;+15V和-15V電源電壓供給運(yùn)算放大器控制電路等。關(guān)于開(kāi)關(guān)電源這部分的工作原理，以上部分只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。如果需要了解本電路部分詳細(xì)的工作情況，涉及到開(kāi)關(guān)電源的很多知識(shí)。讀者可查詢相關(guān)的開(kāi)關(guān)電路書(shū)籍或資料作進(jìn)一步的了解。這里不再詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]由開(kāi)關(guān)電源部分的電路及原理可知，本實(shí)用新型沒(méi)有采用一般的控制變壓器和相關(guān)的電壓變換電路來(lái)產(chǎn)生上述4個(gè)電源電壓。其電路取電來(lái)自主回路中的+310V。開(kāi)關(guān)變壓器的體積和尺寸、重量遠(yuǎn)小于一般的控制變壓器，這就降低本實(shí)用新型焊機(jī)的成本，提升了焊機(jī)的技術(shù)附加值。
[0046]前面已經(jīng)描述，附圖2中，JRl繼電器的動(dòng)作時(shí)間是滯后于電源開(kāi)關(guān)SI合上時(shí)刻的。即JRl繼電器是延時(shí)動(dòng)作的。當(dāng)C12、C13、C60、C61大電解電容上的充電電壓穩(wěn)定后，該繼電器才動(dòng)作，其觸頭閉合PTCl熱敏電阻，使本實(shí)用新型焊機(jī)正常逆變工作時(shí)，大電流是從繼電器的觸頭流過(guò)的。這樣的電路，稱為上電緩沖電路。主要是防止電源開(kāi)關(guān)SI接通瞬間，由于C12、C13、C60電解電容上沒(méi)有電壓，相當(dāng)于短路，會(huì)形成較大的浪涌電流，燒壞電源開(kāi)關(guān)SI。而上電緩沖電路的作用，就是通過(guò)合閘瞬間串入PTCl熱敏電阻，來(lái)限制浪涌電流的。并且，PTCl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(hù)作用。
[0047]附圖2中，T3驅(qū)動(dòng)變壓器、Q6~Q9MOS場(chǎng)效應(yīng)管、D4~D7快速二極管，以及它們外圍的電阻、電容等組成IGBT的驅(qū)動(dòng)電路部分。4個(gè)IGBT，4路驅(qū)動(dòng)，每個(gè)部分的驅(qū)動(dòng)電路形式是一致的。該部分電路，輸入的控制信號(hào)A5、A7來(lái)自U2 P麗脈沖寬度調(diào)制芯片(UC3846)的A OUT和B OUT輸出端。由于U2芯片輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率小，故需要經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)功率電路進(jìn)行放大，再通過(guò)T3驅(qū)動(dòng)變壓器及其外圍的驅(qū)動(dòng)電路去控制4個(gè)IGBT的工作狀態(tài)。U2脈沖寬度調(diào)制(PWM)芯片(UC3846)輸出的控制信號(hào)是兩組方波脈沖信號(hào)。兩組方波脈沖信號(hào)在時(shí)間上有一個(gè)固定的時(shí)間差，專業(yè)上也稱為死區(qū)時(shí)間。是保障IGBT兩組開(kāi)關(guān)交替工作的重要參數(shù)之一。該時(shí)間是通過(guò)UC3846芯片的外圍器件(RT端的R21和R22;CT端的C7)參數(shù)設(shè)置而確定的。至于如何確定，需要查看UC3846的相關(guān)使用資料或說(shuō)明。這里不再重復(fù)。這里需要說(shuō)明的是:PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)是決定焊機(jī)逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號(hào)。而PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)則受焊機(jī)的電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)Ug和電流負(fù)反饋信號(hào)Ufi決定。
[0048]見(jiàn)附圖2，通過(guò)電流檢測(cè)環(huán)或T2電流互感器，最后由電流檢測(cè)和整流變換電路輸出電流負(fù)反饋信號(hào)Uf i。連接至輸出特性控制電路中的A24。
[0049]見(jiàn)附圖2，輸出電流調(diào)節(jié)電位器通過(guò)CNl連接至電流給定電路。通過(guò)電流給定電路，由運(yùn)算放大器IClD的輸出端，S卩A21端獲得電流調(diào)節(jié)給定信號(hào)Ug。電流校正電位器RPl和RP2，可校正焊機(jī)輸出的最大和最小電流。通過(guò)與給定電位器的配合，可使焊機(jī)的輸出電流符合銘牌中電流變化范圍的要求。
[0050]本實(shí)用新型焊機(jī)手工電弧焊輸出特性的控制過(guò)程簡(jiǎn)述如下:
[0051]焊機(jī)后面板的開(kāi)關(guān)合上接通供電電源極短的時(shí)間后(此期間，焊機(jī)電路進(jìn)行上電緩沖控制，有一定的延時(shí)控制)，焊機(jī)內(nèi)部的上述各控制板帶電工作。前面板上的電源指示LED燈亮，指示焊機(jī)帶電。焊機(jī)內(nèi)部的U2 PffM脈沖寬度控制電路產(chǎn)生一個(gè)占空比較大的脈沖信號(hào)，使IGBT的驅(qū)動(dòng)電路工作，使兩組IGBT處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，最終使逆變主電路輸出空載電壓。當(dāng)操作者調(diào)節(jié)好前面板上焊接電流的給定電位器信號(hào)Ug，并進(jìn)行焊接時(shí)，通過(guò)電流檢測(cè)環(huán)或T2電流互感器，由電流檢測(cè)和整流變換電路可檢測(cè)到逆變主電路中的變壓器初級(jí)電流信號(hào)，即電流負(fù)反饋信號(hào)Ufi。該電流負(fù)反饋信號(hào)Ufi，與焊接電流給定信號(hào)Ug進(jìn)行比較。比較后的差值信號(hào)，通過(guò)附圖2中的輸出特性控制電路，進(jìn)行PI(比例和積分)調(diào)節(jié)控制。其輸出的結(jié)果控制U2 PTOi芯片的脈沖寬度或占空比輸出。通過(guò)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，控制逆變主電路中IGBT的通斷時(shí)間，最終決定焊機(jī)輸出電流和電壓的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。并使焊機(jī)的輸出特性為恒流帶外拖的下降特性。進(jìn)一步地說(shuō)，當(dāng)焊接電流給定信號(hào)Ug不變時(shí)，隨著焊機(jī)電路檢測(cè)到的負(fù)反饋Ufi電流信號(hào)增加，并且，達(dá)到給定的設(shè)定值后，焊接電流給定Ug信號(hào)與Ufi電流負(fù)反饋控制信號(hào)的差值會(huì)隨電流增加而減小，通過(guò)PI控制后，使焊機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比減小，焊機(jī)的輸出電壓降低。這一過(guò)程，也就是所謂的電流截止負(fù)反饋控制。即只有當(dāng)電流達(dá)到焊接電流電位器的設(shè)定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著電流微小的增加，電壓降低會(huì)很多。當(dāng)焊機(jī)輸出電壓下降到16V以下時(shí)，隨著電壓的降低，控制電路可使U2 PWM芯片的脈沖寬度或占空比增加，使焊接電流按照設(shè)定的參數(shù)增大，最終形成恒流帶外拖的下降特性。當(dāng)焊接電流給定信號(hào)變化時(shí)，電流截止負(fù)反饋設(shè)定值不同，但其它的控制過(guò)程是類(lèi)似的。這樣，在電位器設(shè)定的最小和最大之間，就可獲得無(wú)數(shù)條下降特性曲線。這樣的控制，也是滿足手工電弧焊接的基本要求。關(guān)于U2 PffM(3846)這部分電路的工作原理，以上部分只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。如果需要了解本電路部分詳細(xì)的工作情況，涉及到3846芯片的很多知識(shí)。讀者可查詢相關(guān)的書(shū)籍或資料作進(jìn)一步的了解。這里不再詳細(xì)說(shuō)明。
[0052]關(guān)于過(guò)熱保護(hù)控制，下面進(jìn)行一些說(shuō)明。在焊機(jī)輸出過(guò)程中，當(dāng)IGBT的散熱器發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)，或當(dāng)熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路中的(緊貼IGBT的散熱器安裝的)熱敏電阻RT2D檢測(cè)到IGBT的散熱器過(guò)熱時(shí)，通過(guò)熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路中的運(yùn)算放大器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，使三極管Q5導(dǎo)通，焊接在電路板上的過(guò)熱保護(hù)指示LEDY燈點(diǎn)亮；與CN2連接的焊機(jī)面板過(guò)熱指示LED燈(黃色)點(diǎn)亮。同時(shí)，IC8中的發(fā)光二極管發(fā)光，其內(nèi)部的三極管導(dǎo)通。光耦I(lǐng)C8的輸出信號(hào)，連接至輸出特性控制電路。通過(guò)該電路，可關(guān)閉U2 Pmi芯片的脈沖輸出，使焊機(jī)停止輸出電流。在冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，當(dāng)過(guò)熱現(xiàn)象消除時(shí)，控制電路才能繼續(xù)輸出PWM控制信號(hào)。同時(shí)過(guò)熱指示燈(黃色)熄滅。這就實(shí)現(xiàn)了焊機(jī)過(guò)熱保護(hù)。
[0053]關(guān)于本實(shí)用新型焊機(jī)的EMC電磁兼容性設(shè)計(jì)措施，主要有以下幾個(gè)方面:
[0054]I)輸入兩級(jí)濾波措施。見(jiàn)附圖2，輸入濾波電路由濾波電感2MTI和2MT2、濾波電容2C1?2C5、電阻2R1組成。采用了兩級(jí)濾波的方式。一方面，主要是對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，減少或降低干擾信號(hào)對(duì)本發(fā)明焊機(jī)控制電路工作的不利影響，確保焊機(jī)可靠工作。另一方面，焊機(jī)電路產(chǎn)生的干擾信號(hào)，通過(guò)該濾波電路時(shí)，也會(huì)得到控制，可減少或降低來(lái)自焊機(jī)的干擾信號(hào)對(duì)供電電網(wǎng)的不利影響。需要注意的是:不是有上述濾波電路就可以解決EMC問(wèn)題的。還涉及濾波電路中元器件和零部件的參數(shù)、材料、布置位置等設(shè)計(jì)和選擇問(wèn)題。例如，濾波電感的磁芯材料和繞組匝數(shù)的選擇;電容參數(shù)的選擇;濾波器布置的位置等，都會(huì)對(duì)EMC性能檢測(cè)產(chǎn)生影響。
[0055]2 )輸出濾波措施。見(jiàn)附圖2，輸出濾波電路由輸出電流濾波電感L、濾波電容C45和C46組成?？梢种齐娏鞑▌?dòng)，減小電流波形中的毛刺突變信號(hào)。
[0056]3)IGBT開(kāi)關(guān)和輸出整流抗干擾措施。見(jiàn)附圖2，逆變主電路工作過(guò)程中，IGBT開(kāi)關(guān)器件在通斷控制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾信號(hào)。這些干擾信號(hào)是通過(guò)并聯(lián)在IGBT器件兩端的電阻和電容(如1?22、021;1?25、024;(:15~(:16等)抗干擾電路來(lái)加以降低或控制的。而并聯(lián)在快速恢復(fù)二極管器件08~011、023~024兩端的電阻和電容(如1?27、026;1?26、025<44等)抗干擾電路則可以降低快速恢復(fù)二極管整流過(guò)程中的尖峰干擾信號(hào)。
[0057]此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，還有電磁屏蔽的措施。本實(shí)用新型的控制板(5)立著安裝在底板上。逆變及控制電路等部分相當(dāng)于被外殼(4)、底板和后面板(10)、前面板組成的金屬外殼包圍?？善鸬礁綦x強(qiáng)電磁干擾、限制電磁輻射等作用。
[0058]上述措施是保證基于本發(fā)明電路制成的焊機(jī)產(chǎn)品能夠通過(guò)EMC國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)性能檢測(cè)和認(rèn)證的重要前提。
[0059]以上是本實(shí)用新型焊機(jī)各個(gè)電路部分以及手弧焊方法的簡(jiǎn)要控制過(guò)程說(shuō)明。由于本實(shí)用新型已經(jīng)給出了附圖2的詳細(xì)電路原理圖，因此，對(duì)于有電路閱讀能力(或具備相關(guān)電路知識(shí))的人來(lái)說(shuō)，是完全可以讀懂的。電路圖就是一種無(wú)聲的語(yǔ)言。但是，對(duì)于沒(méi)有電路閱讀能力(或不具備相關(guān)電路知識(shí))的人來(lái)說(shuō)，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑒于篇幅的關(guān)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(guān)的工作原理和過(guò)程。
[0060]通過(guò)上述說(shuō)明可見(jiàn)，本實(shí)用新型電路有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和方法。不僅可實(shí)現(xiàn)焊機(jī)手弧焊焊接方法輸出等控制，而且，所設(shè)計(jì)的控制電路和焊機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)，都是使本實(shí)用新型焊機(jī)產(chǎn)品符合EMC和安全性認(rèn)證要求，具有良好控制性能等技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(shù)先進(jìn)性的重要保障。本實(shí)用新型專利申請(qǐng)保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種焊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0061]此外，本實(shí)用新型的電路板之間連接簡(jiǎn)單，電路板上器件很多是采用自動(dòng)貼片機(jī)和插件機(jī)完成加工的，其制作工序和生產(chǎn)工藝大為簡(jiǎn)化，降低產(chǎn)品重量、生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。
[0062]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的焊機(jī)結(jié)構(gòu)和電路板及控制功能對(duì)本實(shí)用新型所作的詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只限于這些說(shuō)明。對(duì)本實(shí)用新型所述技術(shù)領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應(yīng)該視為屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括外殼部分、前面板部分、后面板部分和控制板部分，其特征在于:所述的控制板部分包括控制板和控制小板，控制小板是通過(guò)插件直接焊接在控制板上的，電路板之間就無(wú)需采用連接線進(jìn)行連接；控制板部分的電路主要包括輸入濾波電路、逆變主電路、輸出濾波電路、開(kāi)關(guān)電源電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)和整流變換電路、熱保護(hù)檢測(cè)和控制電路、電流給定電路、輸出特性控制電路這九個(gè)功能電路，完成輸入濾波、輸出濾波、抗干擾、供電電源的產(chǎn)生、PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)、IGBT管驅(qū)動(dòng)控制、手弧焊焊接的逆變電路輸出參數(shù)的負(fù)反饋控制工作。2.如權(quán)利要求1所述的一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:其特征在于:所述的控制板部分的電路與焊機(jī)前面板、后面板上的電流調(diào)節(jié)電位器、指示燈、電源開(kāi)關(guān)、風(fēng)扇通過(guò)一些控制導(dǎo)線進(jìn)行相互間的電路連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的控制板上的布置有IGBT及其散熱片、CBB475K/400V電容、470uF/400V大電解電容、PCB電路板、2C3電容、2MT1電感、2MT2電感、驅(qū)動(dòng)變壓器、電流互感器、整流橋及其散熱器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、24V繼電器、集成穩(wěn)壓器7815、M0S管IRFZ24N、M0S管IRF9Z24N、輸出濾波電抗器、快速恢復(fù)二極管或整流管及其散熱器、逆變主變壓器;控制板上設(shè)有控制小板的接口MKl，控制小板是通過(guò)插件直接焊接在控制板上。4.如權(quán)利要求1所述的一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的控制小板上布局有輸出特性控制電路，輸出特性控制電路由U2 PWM脈沖寬度調(diào)制芯片、Ul四個(gè)運(yùn)算放大器以及這些器件外圍的電阻、電容和二極管組成。5.如權(quán)利要求1所述的一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的控制電路上設(shè)有輸入兩級(jí)濾波電路、輸出濾波電路、IGBT開(kāi)關(guān)和輸出整流抗干擾電路。6.如權(quán)利要求1所述的一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的前面板部分安裝有:兩組輸出快速接頭座組件、工作電源指示燈、熱保護(hù)狀態(tài)指示燈、電流輸出調(diào)節(jié)電位器。7.如權(quán)利要求1所述的一種符合EMC認(rèn)證要求的IGBT逆變手弧焊機(jī)的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的后面板上安裝有:電源開(kāi)關(guān)、帶插頭供電電源線、冷卻風(fēng)機(jī)，冷風(fēng)從焊機(jī)機(jī)箱后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行;可使電路板上的一些發(fā)熱器件有良好的冷卻效果。
【文檔編號(hào)】B23K9/095GK205496751SQ201521107228
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日
【發(fā)明人】蔡慶樂(lè), 魏繼昆, 陳法慶, 朱宣輝, 朱宣東
【申請(qǐng)人】浙江肯得機(jī)電股份有限公司