專利名稱：一種nb系列氣體保護焊弧焊電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力半導體開關(guān)管逆變技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種NB系 列氣體保護焊弧焊電源。
背景技術(shù)：
目前，在氣體保護焊領(lǐng)域，由于其工藝所需要的大電流、大功率，國內(nèi) 外傳統(tǒng)的氣保焊電源主要以硅整流和晶閘管整流式為主，整流式電源工作相 對可靠，技術(shù)上也比較成熟，但設(shè)備體積龐大、笨重、能耗低、效率低，且 由于結(jié)構(gòu)其原因，動靜態(tài)特性方面也不夠理想。晶體管式弧焊逆變器的出現(xiàn)， 雖然提高了逆變頻率，達到20kHz的水平，且有利于提高效率、減小體積重 量，但是存在二次擊穿和需要較大的電流驅(qū)動。大功率場效應(yīng)管弧焊逆變器 只需要極微小的電流就能實現(xiàn)開關(guān)控制，而且速度更快、無二次擊穿。但是， 場效應(yīng)管也存在著一定的不足之處，其推廣應(yīng)用受到限制。具體說來，人功率場效應(yīng)管弧焊電源主要存在以下幾個方面的問題(1) 單管容量小。耐高壓(800V以上)僅有數(shù)安培，需采用多管并聯(lián)， 生產(chǎn)和調(diào)試較麻煩?；『鸽娫吹氖褂铆h(huán)境惡劣，有些焊接現(xiàn)場是二十四小時 連續(xù)作業(yè)，所以對其可靠性要求非常高。目前，硬開關(guān)逆變弧焊電源由于高 頻寄生振蕩、負載頻繁復(fù)雜變化、電磁干擾、偏磁等原因，特別是大功率焊 接條件下，弧焊電源存在可靠性的不夠的問題。(2) 管子功率損耗較大。場效應(yīng)管由于通道電阻比較大，飽和壓降--般 載3、 4V以上，導通管子功率損耗比較大。(3) 場效應(yīng)管耐高壓性能較差。(4) 不易實現(xiàn)焊接電源的大功率大電流化。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提出 一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，該電源損耗低，可靠性高，焊接速度快，焊接工藝可實現(xiàn)多參數(shù)優(yōu)化匹配，焊接質(zhì)量高，適合大功率焊接。
本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種NB系列氣體保護焊 弧焊電源，包括機箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制 電路構(gòu)成，所述主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和 整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸入電源，所述整流平滑模塊外接負載；所述電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、 焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模 塊組成，所述電流電壓檢測模塊一端與負載相連接，另一端與比較器輸入端 相連接，所述焊接參數(shù)給定模塊與比較器另一輸入端相連接，所述比較器輸 出端與單片機控制模塊相連接，所述單片機控制模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接， 所述脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動模塊相連接，所述高頻驅(qū)動模塊與高頻逆變模 塊相連接。為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述主電路包括安全保護電路，所述安全 保護電路包括網(wǎng)壓檢測模塊、電壓保護模塊組成；所述網(wǎng)壓檢測模塊一端與 三相交流電源相連接，另一端與電壓保護模塊相連接，所述電壓保護模塊與 脈寬調(diào)制模塊相連接。本實用新型的設(shè)計原理如下本實用新型采用IGBT逆變技術(shù)，其單管或 者模塊的容量比較大，耐壓1200V，且最大容量可達600A特別適合較人功率 悍接應(yīng)用場合，飽和壓降比較低，有利于減少管子功率損耗。在本實用新型 中，由二相工頻交流電經(jīng)過整流濾波模塊后成為平滑直流電后進入高頻逆變 模塊，然后通過功率變壓模塊、整流平滑模塊進入負載。與此同時，單片機 控制模塊根據(jù)電流電壓檢測模塊檢測到負載的電流、電壓信號與焊接參數(shù)給 定模塊給定的參數(shù)進行比較，經(jīng)過單片機控制模塊的模糊控制算法運算，發(fā) 給脈寬調(diào)制模塊一個信號，脈寬調(diào)制模塊根據(jù)單片機控制模塊的算法產(chǎn)生兩 路PWM信號，這兩路PWM信號通過高頻驅(qū)動模塊放大去控制高頻逆變模塊 的開關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過功 率變壓模塊轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的焊接電流，再經(jīng)過整 流平滑模塊得到更加平滑的焊接電流；網(wǎng)壓檢測模塊檢測二相工頻電壓，把 檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊，如出現(xiàn)過壓、欠壓的現(xiàn)象，電壓保護 模塊將送給脈寬調(diào)制模塊一個信號，產(chǎn)生低電平通過高頻驅(qū)動模塊關(guān)斷高頻 逆變模塊的開關(guān)管，保護主電路安全工作。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1、 本實用新型采用先進的高頻IGBT逆變技術(shù)，可靠性高，高效率達88%， 節(jié)能，比可控硅式節(jié)電最高達30%，空載損耗為其十分之一以下，重量輕，體積小。2、 本實用新型以單片機為控制核心，易于實現(xiàn)多特性和多功能以及多種 焊接材料的轉(zhuǎn)換， 一元化調(diào)節(jié)、自動匹配焊接參數(shù)，操作簡單、快捷。3、 本實用新型采用專利動特性及波控技術(shù)，電弧挺度大，焊接過程穩(wěn)定， 飛濺少，成形美觀，優(yōu)化參數(shù)匹配，焊速可提高100 200%。


圖l是本實用新型的電路方框圖； 圖2是本實用新型的主電路原理圖；圖3是本實用新型的脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊的電路原理圖； 圖4是本實用新型的單片機控制模塊中單片機及其外圍電路的電路原理圖；圖5是本實用新型的單片機控制模塊中熔滴過渡控制電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型做進一步的詳細說明，但本實用 新型的實現(xiàn)方式并不限于此。如圖1所示，本實用新型所述一種NB系列氣體保護焊弧焊電源包括機箱 和內(nèi)置電路，內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路構(gòu)成。主電路由依次 連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和整流平滑模 塊104組成，整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相連接，整流平滑模塊104 與負載相連接。電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊lll、焊接參數(shù)給定 模塊112、比較器115、單片機控制模塊113、脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動模 塊108，其中，電流電壓檢測模塊lll一端與負載相連接，另-端與比較器115 輸入端相連接，焊接參數(shù)給定模塊112與比較器115另一輸入端相連接，比較 器115輸出端與單片機控制模塊113相連接，單片機控制模塊113與脈寬調(diào)制模 塊107相連接，脈寬調(diào)制模塊107與高頻驅(qū)動模塊108相連接，高頻驅(qū)動模塊108 與高頻逆變模塊102相連接。主電路還包括安全保護電路，該電路包括網(wǎng)壓檢 測模塊105、電壓保護模塊106;網(wǎng)壓檢測模塊105—端與接入的三相交流電源
相連接，另一端與電壓保護模塊106相連接，電壓保護模塊106與脈寬調(diào)制模
塊107相連接。網(wǎng)壓檢測模塊105檢測三相交流輸入電壓，為常用的電壓檢測 裝置。電壓保護模塊106為一常用的比較器，實現(xiàn)欠壓或者過壓保護。焊接參 數(shù)給定模塊112由兩個電位器組成，給定焊接電壓和送絲速度。比較器115采 用TL082比較器，對外環(huán)檢測信號與焊接給定參數(shù)進行比較。電流電壓檢測 模塊lll為電流電壓傳感器，與負載連接。
如圖2所示，在主電路中，三相交流輸入電源接整流濾波模塊101的整流 塊BR1，然后連接濾波環(huán)節(jié)L1、 C5、 C6、 C7、 C8、 R3、 R4，再連接高頻逆 變模塊102的逆變橋TR, TR2， C11 C14， R5 R8輸出接功率變壓模塊103 的高頻功率變壓器T1初級，變壓器次級串接整流平滑模塊104的飽和RC吸收 電路，再經(jīng)過高頻全波整流電路D1 D4快速二極管組、穩(wěn)弧吸收模塊濾波環(huán) 節(jié)L2、 R9、 C9、 CIO、后輸出直流電，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成功率主電路，高頻逆變 模塊102的包括兩個兩單元的IGBT TR, TR2。同時，電流電壓檢測模塊lll 為傳感器HALL，與負載連接。
如圖3所示，脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動模塊108 t要由脈寬調(diào)制模塊 107的誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A、脈寬調(diào)制控制芯片SG3525及其 外圍電路，以及高頻驅(qū)動模塊108的兩個相同的脈沖變壓器M1和M2、芯片 2SK1417、 M74HC4049和CD4011及外圍輔助電路相互連接組成。其屮，CN6 接溫控模塊，CN5接電流電流傳感器，與過壓、欠壓以及單片機關(guān)斷信號的 信號線和三個與門邏輯電路以及反相器芯片ULN2003A相連接，通過 ULN2003A的16腳與脈寬調(diào)制控制芯片SG3525的10腳相接。單片機控制模塊 113的輸出端與脈寬調(diào)制控制芯片SG3525的引腳2相連接，作為芯片SG3525 的輸入信號，在SG3525內(nèi)部與誤差信號比較，使脈寬調(diào)制控制芯片SG3525 輸出相應(yīng)的兩路PWM信號。該四路兩兩互補的PWM信號分別進入高頻驅(qū)動 模塊SC0724M，作為逆變橋開關(guān)管TR, TR2的驅(qū)動信號。所述單片機控制模 塊主要由單片機W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838、 反相器74LHC240、 ULN2003A及其外圍電路組成。
如圖4所示，單片機控制模塊113中的單片機及其外圍電路主要由單片機 W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838、反相器74LHC240、 ULN2003A及其外圍電路組成。單片機W77E58系統(tǒng)作為電流模糊控制的核
心，采樣電流與給定信號的偏差在單片機內(nèi)部進行模糊控制運算過程，輸出
信號作為脈寬調(diào)制模塊107中控制芯片SG3525的腳2輸入信號，該信號同注入
的電流比較，確定驅(qū)動信號的大小，從而控制電源的輸出。其屮，單片機 W77E58中的I/ O端口P0口與數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC5620和TLC0838相連，完成
模擬信號給定、采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620的12、 11 引腳的模擬信號分別比例放大，與傳感器反饋回來的電流電壓進行比較產(chǎn)生 控制信號。再通過脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動模塊108對焊接電流和弧壓進 行控制。
如圖5所示，單片機控制模塊113中的熔滴過渡控制電路通過模擬電路的 方式來選擇電源的外特性以及控制熔滴過渡。當采用MAG焊和C02氣保焊 時，繼電器的控制端上CSO-為低電平信號，從而UPWM1與PWMU導通，此 時電源的外特性為恒壓特性，它是通過給定焊接電壓(UREF)與反饋的實際 電壓(UFB)進行比較，其偏差在通過運算放大器以及電容電阻組成的模擬 的PI控制電路進行運算，計算出用于控制SG3525的PWMU。當反饋的實際焊 接電壓大于給定電壓時，亦即U1B的5腳輸入為一個正的偏差，7引腳上的輸 出就會相應(yīng)地減小，從而輸入到SG3525中的UPWM1信號減小，占空比減小， 焊機的輸出端的電壓就會降低，從而達到輸出恒壓特性的要求，、反饋的實 際焊接電壓小于給定電壓時，情況類似，不再贅述。若采用的是手工焊 (MMW)模式，則CSO-為高電平信號，UPWM1與PWMI導通，此時電源 的外特性為恒流特性，其控制恒流輸出的原理同上。
上述電路中，圖2中的電流電壓檢測模塊111為傳感器HALL2，同比較器 115連接、再與單片機控制模塊113的單片機W77E58通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838 連接。單片機控制模塊113輸出端同脈寬調(diào)制模塊107的控制芯片SG3525的引 腳2相連，脈寬調(diào)制控制芯片SG3525的輸出端11、 14腳分別與高頻驅(qū)動模塊 108的兩個驅(qū)動環(huán)節(jié)5、 16管腳相連，驅(qū)動環(huán)節(jié)的輸出分別與高頻逆變模塊102 的四個開關(guān)管的G、 E極相連，上述環(huán)節(jié)構(gòu)成外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路。
應(yīng)用本實用新型時，三相工頻交流電經(jīng)過整流濾波模塊101后成為平滑 直流電后進入高頻逆變模塊102，單片機控制模塊113根據(jù)電流電壓檢測模 塊111檢測到負載的電流、電壓信號與脈沖參數(shù)給定模塊112給定的參數(shù)進 行比較，經(jīng)過單片機控制模塊113的模糊控制算法運算，發(fā)給脈寬調(diào)制模塊
107 —個信號，脈寬調(diào)制模塊107根據(jù)單片機控制模塊113設(shè)定的算法產(chǎn)生
兩路PWM信號，這兩路PWM信號通過高頻驅(qū)動模塊108放大去控制高頻 逆變模塊102的開關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高 壓電再經(jīng)過功率變壓模塊103轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的焊 接電流，再經(jīng)過整流平滑模塊104得到焊接電流。網(wǎng)壓檢測模塊105檢測二 相工頻電壓，把檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊106，如出現(xiàn)過/k、欠 壓的現(xiàn)象，電壓保護模塊106將送給脈寬調(diào)制模塊107--個信號，產(chǎn)生低電 平通過高頻驅(qū)動模塊108關(guān)斷高頻逆變模塊102的開關(guān)管，保護主電路安全 工作。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1、一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，包括機箱和內(nèi)置電路，其特征是，所述內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路構(gòu)成，所述主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸入電源，所述整流平滑模塊外接負載；所述電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊組成，所述電流電壓檢測模塊一端與負載相連接，另一端與比較器輸入端相連接，所述焊接參數(shù)給定模塊與比較器另一輸入端相連接，所述比較器輸出端與單片機控制模塊相連接，所述單片機控制模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接，所述脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動模塊相連接，所述高頻驅(qū)動模塊與高頻逆變模塊相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，其特征是， 所述主電路包括安全保護電路，所述安全保護電路包括網(wǎng)壓檢測模塊、電壓 保護模塊組成；所述網(wǎng)壓檢測模塊一端與三相交流電源相連接，另一端與電 壓保護模塊相連接，所述電壓保護模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，其特征是， 所述單片機控制模塊主要由單片機及其外圍電路、熔滴過渡控制電路組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，其特征是， 所述單片機及其外圍電路主要由單片機W77E58、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器TLC5620、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0838、反相器74LHC240、 ULN2003A及其外圍電路組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，其特征是， 所述脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A、脈寬調(diào)制 控制芯片SG3525及其外圍電路組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，其特征是， 所述高頻驅(qū)動模塊主要由兩個脈沖變壓器M1和M2、芯片2SK1417、 M74HC4049和CD4011及外圍電路組成。
專利摘要本實用新型公開了一種NB系列氣體保護焊弧焊電源，包括機箱和內(nèi)置電路，內(nèi)置電路包括主電路、電流閉環(huán)控制電路構(gòu)成，主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成；電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、焊接參數(shù)給定模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊組成。本實用新型采用先進的高頻IGBT逆變技術(shù)，可靠性高，高效率達88％，節(jié)能，重量輕，體積小，易于實現(xiàn)多特性和多功能以及多種焊接材料的轉(zhuǎn)換，一元化調(diào)節(jié)、自動匹配焊接參數(shù)，操作簡單、快捷。本實用新型電弧挺度大，焊接過程穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀，優(yōu)化參數(shù)匹配，焊速可提高100～200％。
文檔編號B23K9/10GK201030468SQ200620154530
公開日2008年3月5日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者凌德怡, 王振民, 陳毅丹, 黃石生 申請人:華南理工大學