專利名稱：數(shù)碼陣列晶體管焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接電源，尤其涉及一種用于金屬材料弧焊過程的焊接電源，屬于成型技術(shù)中焊接設(shè)備及方法類技術(shù)領(lǐng)域。
晶體管焊接電源經(jīng)歷了從模擬式晶體管焊接電源，到二次開關(guān)式晶體管焊接電源，再到一次開關(guān)式晶體管焊接電源的發(fā)展過程。一次開關(guān)式焊接電源常稱為逆變焊接電源。模擬式晶體管焊接電源由于主回路功率晶體管的功耗問題，只能用于小電流范圍的焊接。二次開關(guān)式晶體管焊接電源的主回路一般采用并聯(lián)晶體管布置，如“開關(guān)式場效應(yīng)管弧焊電源的研究”(《電焊機》1989,2)中介紹的即為這類焊接電源，每個晶體管要求工作于同一電控狀態(tài)。如果該型焊接電源設(shè)定于定頻率調(diào)脈寬電控方式，則在小電流焊接范圍時，因脈寬很窄，其電控精度要求很高；同樣，當(dāng)該型焊接電源設(shè)定于定脈寬調(diào)頻率電控方式，則在小電流焊接范圍的頻率與大電流焊接范圍的頻率相差甚大，對焊接過程的影響比較明顯。因此，二次開關(guān)式晶體管焊接電源通常采用定頻率調(diào)脈寬電控方式。設(shè)定二次開關(guān)式焊接電源主回路有N個晶體管并聯(lián)，每一晶體管支路的控制精度誤差為α，焊接回路電流由于由N個并聯(lián)晶體管均分，則總電流的誤差為N α，這對電弧的穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響。另外，二次開關(guān)焊接電源工作在額定電流范圍內(nèi)的下限值時，控制脈寬變得很窄，精度更差，對電弧的影響更大。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中上述二次開關(guān)式晶體管焊接電源的缺點，設(shè)計提供一種新型的數(shù)碼陣列晶體管焊接電源，減小由各種原因產(chǎn)生的精度誤差，并可利用微機進(jìn)行數(shù)值化控制。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中采用了數(shù)碼陣列的晶體管組，在焊接主回路中并聯(lián)的功率晶體管組位于二次側(cè)，以2a×K數(shù)碼陣列布置，即各個晶體管按流過的電流依次為2a×K方式并聯(lián)排列，其中a為晶體管編號(0,1,2…),K為所設(shè)計的單位電流值，即為焊接電源電流容量的第20管的設(shè)計電流基本值。根據(jù)焊接要求及特性控制要求，選擇晶體管組中n(n≤a+1)個晶體管開通，其余a+1-n個晶體管開斷。晶體管陣列可以采用開關(guān)晶體管、晶閘管、場效應(yīng)管或IGBT管。焊接電源主回路中晶體管的大小是不一樣的，每一個晶體管作為一電子開關(guān)，對某一特定管子而言，當(dāng)其開通時，流過的電流是恒定的，即晶體管陣列中的每一晶體管對應(yīng)流過一恒定電流。而各晶體管流過的電流呈幾何級數(shù)關(guān)系，它們之間的相位相互之間是錯開的，構(gòu)成不間斷的疊加脈寬，通過晶體管陣列中不同晶體管的開通和關(guān)斷組合，就可得到所需要的焊接電流。
這種晶體管焊接電源具有數(shù)字編碼的特點，實現(xiàn)了主電路的數(shù)字化，可以采用微機控制。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。
如圖所示，本發(fā)明的數(shù)碼陣列晶體管焊接電源主要包括三相降壓整流濾波電路、2a×K晶體管陣列及信號反饋、控制等電路，三相降壓整流濾波電路1的輸出連接晶體管陣列2的輸入端，晶體管陣列2的輸出端經(jīng)電抗器3連接電流反饋電路4，電壓反饋電路6的輸入端連接整流濾波電路1和電流反饋電路4，電流反饋電路4和電壓反饋電路6的輸出均經(jīng)信號整理電路5、A/D轉(zhuǎn)換電路7連接到微機CPU，微機的輸出經(jīng)光電隔離電路11和晶體管驅(qū)動電路12連接到晶體管陣列2。
三相降壓整流濾波電路1將三相線電壓整流濾波后，得到平坦的直流空載電壓提供給晶體管陣列2，晶體管陣列2將輸出的直流脈沖電流經(jīng)電抗器3平波后，輸出穩(wěn)定的直流電供給焊接電弧。晶體管陣列2輸出電流的大小由輸入電路8和電流電壓反饋回路共同決定，反饋回路由電流反饋電路4、電壓反饋電路6、信號整理電路5和A/D轉(zhuǎn)換電路7組成。微機9可以是單片機或PC機，通過對輸入信號譯碼，確定晶體管陣列2中哪幾路需導(dǎo)通，哪幾路要關(guān)斷。微機對給定和反饋信號進(jìn)行運算，結(jié)果得出差值信號，再由此差值信號分配成控制信號，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM脈沖，再經(jīng)過光電隔離電路11和晶體管驅(qū)動電路12控制晶體管陣列，實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
圖2為本發(fā)明功率晶體管組的數(shù)碼陣列布置示意圖。
如圖所示，功率晶體管組以2a×K數(shù)碼陣列布置，晶體管組可以采用開關(guān)晶體管、晶閘管、場效應(yīng)管或IGBT管。系數(shù)K為設(shè)計單位電流值，是晶體管組中第20管的設(shè)計電流基本值，由各種電弧焊方法額定電流設(shè)計值而定。每一個晶體管為一電子開關(guān)，對應(yīng)流過一恒定電流，而各晶體管流過的電流呈幾何級數(shù)關(guān)系，它們之間的相位相互之間是錯開的，構(gòu)成不間斷的疊加脈寬，通過晶體管陣列中不同晶體管的開通和關(guān)斷組合，就可得到所需要的焊接電流。
例如，對一個八路的數(shù)碼陣列晶體管焊接電源來說，設(shè)每路電流值分別固定為20、21、22、23、24、25、26、27A(對應(yīng)的開關(guān)分別記為0#、1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#)，則額定電流為255A，系數(shù)K為1。通過這八路開關(guān)的通、斷組合，焊接主回路可輸出1～255A的任意整數(shù)電流。如果要求焊接電流為50A，那么只需要數(shù)碼陣列中的開關(guān)1#、4#、5#開通，其它開關(guān)關(guān)閉，就可得到大小為21+24+25=50A的電流。
圖3為本發(fā)明晶體管陣列中0#、1#、2#晶體管的相位關(guān)系示意圖。
如圖所示，數(shù)碼陣列晶體管中的晶體管導(dǎo)通，在同一周期內(nèi)是按序排列的一串脈沖。當(dāng)?shù)谝宦?0#)開通而其它兩路全關(guān)閉的情況下，主電路產(chǎn)生1A的平均電流；當(dāng)僅開通第二(1#)或第三路(2#)時，主電路就分別產(chǎn)生2A和4A電流，如果開通第一路(0#)和第二路(1#)，主回路就可以得到3A的平均電流，該二路晶體管開通的頻率相同，相位錯開，構(gòu)成不間斷的疊加脈寬；其余類推。
本發(fā)明數(shù)碼陣列晶體管焊接電源中的晶體管是按需要選擇工作的，這與模擬式及開關(guān)式晶體管焊接電源有本質(zhì)區(qū)別，模擬式及開關(guān)式焊接電源中的晶體管要么同時工作，要么同時不工作。
本發(fā)明的這種晶體管焊接電源具有數(shù)字編碼的特點，實現(xiàn)了主電路的數(shù)字化，故特別適合用數(shù)字化電路來控制。數(shù)字化電路可以采用單片機、PC機等控制。
本發(fā)明的設(shè)計中，由于晶體管陣列中的晶體管額定電流是不相同的，而是從小到大以幾何級排列，小電流時只需開通小管子，克服了大功率晶體管在小電流范圍內(nèi)線性差的缺點，提高了控制精度，即數(shù)碼陣列晶體管具有較好的靜態(tài)特性。同時，本發(fā)明由于晶體管通斷迅速，主電路時間常數(shù)較小，并能通過微機控制電路由一定的算法來控制電流變化率(di/dt)，具有較好的動態(tài)性能。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)碼陣列晶體管焊接電源，其特征在于主要包括三相降壓整流濾波電路、2a×K晶體管陣列及信號反饋、控制等電路，三相降壓整流濾波電路(1)的輸出連接晶體管陣列(2)的輸入端，晶體管陣列(2)的輸出端經(jīng)電抗器(3)連接電流反饋電路(4)，電壓反饋電路(6)的輸入端連接整流濾波電路(1)和電流反饋電路(4)，電流反饋電路(4)和電壓反饋電路(6)的輸出均經(jīng)信號整理電路(5)、A/D轉(zhuǎn)換電路(7)連接到微機(9)，微機(9)通過對輸入信號譯碼，確定晶體管陣列(2)中晶體管的開斷，控制信號經(jīng)光電隔離電路(11)和晶體管驅(qū)動電路(12)連接到晶體管陣列(2)，實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
2.如權(quán)利要求1所說的數(shù)碼陣列晶體管焊接電源，其特征在于晶體管陣列(2)以2a×K數(shù)碼陣列布置，其中a為晶體管編號(0,1,2…)，系數(shù)K為設(shè)計單位電流值，是晶體管組中第20管的設(shè)計電流基本值，各晶體管流過的電流顯幾何級數(shù)關(guān)系，互相之間的相位錯開。
3.如權(quán)利要求1所說的數(shù)碼陣列晶體管焊接電源，其特征在于晶體管陣列(2)中的晶體管可以采用開關(guān)晶體管、晶閘管、場效應(yīng)管或IGBT管。
全文摘要
一種數(shù)碼陣列晶體管焊接電源,主要包括三相降壓整流濾波電路、文檔編號B23K9/23GK1319472SQ0110562
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月8日
發(fā)明者李鑄國, 吳毅雄, 樊亞軍, 包曄峰, 石忠賢 申請人:上海交通大學(xué)