一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机制造技术

本发明专利技术涉及一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其供电电源为单相110V~120V或220V~240V，利用微处理器控制电路系统，实现上电缓冲控制；采用多点监测的方式，可自动识别输入电源电压和进行倍压转换控制；利用开关电源控制芯片IW1819为核心组成的电路有效管理了开关电源；利用场效应管为主构建的驱动电路保障了IGBT驱动的可靠性；利用微处理器控制的显示电路系统，较好解决了显示数据精度的问题;本发明专利技术采用的控制技术和方法具有自己独特的特点。的特点。的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机
[0001]

[0002]本专利技术涉及一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其供电电源为单相110V~120V或220V~240V，50/60Hz，输入电源电压可自动识别和转换控制；焊机可在90V～260V电源电压下焊接使用，属于逆变焊机


技术介绍

[0003]目前，逆变式焊机产品市场的竞争十分激烈，不仅体现在技术的先进性和优势上，还在很大程度上取决于焊机的功能、控制电路和结构设计等方面。
[0004]国内外市场上，家用或民用小型IGBT管逆变式手弧焊机的额定电流通常在80~160A（负载持续率60~15%）的水平，供电电源为单相110V~120V或220V~240V，或者单相110V~120V和220V~240V都能同时使用；产品主要面向南美、北美等市场。但很多此类产品的故障率高，问题点多，客户投诉不少。存在的主要问题是：1）单相110V~120V和220V~240V电源自动识别和倍压转换控制电路采用模拟器件组成的电路进行控制，控制性能受电路复杂性、模拟器件的离散性和温度变化的影响，电路工作不稳定，同时，输入电压高低的检测点通常只有单一的直流母线电压高低信号，这就容易导致控制电路工作不可靠。例如，如果发生高输入电源电压下进行倍压转换，必然会出现IGBT炸管等机器故障；2）采用模拟电路控制上电缓冲电路的继电器，电路复杂且不可靠；3）采用IGBT全桥逆变电路，这种电路在焊机小电流输出范围内（如160A以下），其工作可靠性不如单端正激逆变电路，易出现IGBT炸管的问题；4）IGBT驱动电路和开关电源电路设计不合理，导致焊机易出现故障；5）采用模拟器件组成的电路，难以解决不同输入电压下焊机电流显示数据的准确性问题，预置电流和实际输出电流的偏差较大，无法满足电焊机有关电流显示数据精度的制造标准要求。即便是不存在偏差大的问题，也存在电路复杂、不简洁的现实。如何解决好上述问题，一直是电焊机设计开发人员面临的课题。
[0005]由于不同的产品，其控制电路原理图、电路板结构和整机结构设计等是不同的，因此，在产品的性能、可靠性、制作工艺和成本等方面，也会有较大的差异性，如何开发性能好、可靠性高的焊机是本专利技术需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，采用以微处理器、两个光耦、四个二极管、电阻为核心器件组成的输入电源电压检测和控制的数字电路，对焊机输入整流后的直流母线电压，以及每个大电解电容上的电压进行多点检测的方法，完成输入电压的自动识别和倍压转换电路的控制，避免了模拟电路和单点检测控制存在的短处，提高了倍压转换及其控制电路的可靠性；利用微处理器控制技术的优势，简化了上电缓冲电路中继电器的控制电路，提高了其控制电路的可靠性；采用单端正激逆变电路，
进一步保障了160A及其电流等级下逆变电路的可靠性；利用场效应管NCE4606构建的IGBT驱动电路，保障了驱动电路的可靠性；采用开关电源控制芯片IW1819为核心组成的电路，有效管理了开关电源电路的工作，保障了+12V、
‑
12V和+5V电源的稳定输出，为焊机控制电路的可靠、稳定工作提供了有力保证；采用微处理器为核心组成的显示电路，通过接收输入电压的级别检测结果控制信号，配合微处理器接收的电流数据，再利用软件处理的方式，满足了预置电流和实际输出电流的显示精度要求，符号电焊机标准的相关规定。双微处理器控制电路的采用，简化了控制系统，提高了控制电路的集成度，再加上其它一些可靠电路的设计和使用，以及双面贴片制造工艺技术的应用，很大程度上缩小了焊机的体积、重量，并提高了整机工作的可靠性。
[0007]本专利技术焊机由于具有良好的控制性能、安全性和可靠性，因而焊机有更好的市场竞争力；其良好的电路及其结构设计是本专利技术的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、技术先进性的重要保障。
[0008]本专利技术涉及一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其供电电源为单相110V~120V或220V~240V电源可自动识别和转换控制，焊机可在90V～260V电网电源电压条件下焊接使用，具有很宽的电压波动适应性，或者说较强的抗电网电压波动能力；可使用的输入电源电压波动范围超过了电焊机标准规定的额定电源电压
±
10
℅
的范围。
[0009]本专利技术焊机的外壳部分，包括外壳、提手、折弯成“L”型的金属底板（含底板和后面板）、外壳和提手的紧固螺丝。
[0010]本专利技术焊机底板的后面板上安装的零部件主要有电源关、供电电源输入线及其固定的拉不脱（也称为固线器）、后塑料面板、冷却风扇。电源输入线一端连接到供电电网，另一端连接到电源开关，而电源开关的后级则采用两根导线连接到焊机内部的主电路板。电源开关控制焊机电源的通或断。底板的后面板上开了很多的通风孔，便于冷风在机内冷却风扇的作用下进入焊机，并对焊机的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。
[0011]本专利技术焊机前塑料面板上安装的零部件主要有两组输出快速接头座组件、前面板金属小板、操作控制板以及显示控制板的组件；两组输出快速接头座组件分为（红色）正极性输出的快速接头组件和（黑色）负极性输出的快速接头组件；前塑料面板的底部通过紧固螺丝安装在底板上；前面板金属小板通过紧固螺丝安装在前塑料面板上；在操作控制板以及显示控制板的组件上，设有电源指示灯、过热保护指示灯、输出电流调节电位器、数码管显示电流表，还有很多的电子元器件部分。
[0012]本专利技术焊机的内部，安装的零部件主要是主电路板、输出滤波电抗器、负极性快速接头组件的内部连接焊接电缆；该电缆连接在负极性快速接头组件与主电路板的负极性输出端之间；输出滤波电抗器连接在快恢复二极管的散热器与焊机输出正极性快速接头组件之间；在主电路板上，有电源板、整流桥、单端正激逆变电路中的快恢复二极管、IGBT管、管脚护套、铝散热片I、铝散热片II、逆变主变压器、大电解电容、输出快恢二极管的铝散热片、输出快恢复二极管，除此之外，主电路板和电源板上还有很多的电子元器件或零部件；整流桥的四个脚、单端正激电路中快恢复二极管的二个脚分别套上热缩套管，并将它们的散热面涂导热硅脂后，再通过螺丝把它们紧贴其铝散热片I 对应的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；根据焊机输出电流的大小，把一个或二个IGBT管的散热面涂导热硅脂，并分别套上管脚护套，之后，再通过螺丝把IGBT管紧贴其铝散热片I对应的散热表面进行安装，
并焊接在主电路板上；类似和对应地，把另外的一个或二个IGBT管的散热面涂导热硅脂，并分别套上管脚护套，之后，再通过螺丝把IGBT管紧贴其铝散热片II对应的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；单端正激电路中另一个快恢复二极管的二个脚分别套上热缩套管，并将它的散热面涂导热硅脂后，再通过螺丝把它们紧贴其铝散热片II 对应的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；4个输出整流快恢复二极管的散热面涂导热硅脂，并分别套上管脚护套，之后，再通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其特征在于：焊机包括外壳部件和内部的电路板和安装的零部件；外壳部分包括外壳、提手、折弯成“L”型的金属底板、外壳和提手的紧固螺丝；焊机底板的后面板上安装的零部件主要有电源关、后塑料面板、冷却风扇；焊机前塑料面板上安装有两组输出快速接头座组件、前面板金属小板、操作控制板以及显示控制板的组件；焊机内部设有主电路板、输出滤波电抗器、负极性快速接头组件的内部连接焊接电缆；该电缆连接在负极性快速接头组件与主电路板的负极性输出端之间；输出滤波电抗器连接在快恢复二极管的散热器与焊机输出正极性快速接头组件之间；在主电路板上，有电源板、整流桥、单端正激逆变电路中的快恢复二极管、IGBT管、管脚护套、铝散热片I、铝散热片II、逆变主变压器、大电解电容、输出快恢二极管的铝散热片、输出快恢复二极管，除此之外，主电路板和电源板上还有很多的电子元器件或零部件；整流桥的四个脚、单端正激电路中快恢复二极管的二个脚分别套上热缩套管，并将它们紧贴其铝散热片I 的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；可根据焊机输出电流的大小，把一个或二个IGBT管的散热面涂导热硅脂，并分别套上管脚护套，之后，再把IGBT管紧贴其铝散热片I的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；类似和对应地，把另外的一个或二个IGBT管的散热面涂导热硅脂，并分别套上管脚护套，之后，再把IGBT管紧贴其铝散热片II的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；单端正激电路中另一个快恢复二极管的二个脚分别套上热缩套管，并将它的散热面涂导热硅脂后，再把它们紧贴其铝散热片II 的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；4个输出整流快恢复二极管的散热面涂导热硅脂，并分别套上管脚护套，之后，再把4个快恢复二极管紧贴其铝散热片的散热表面进行安装，并焊接在主电路板上；过热保护器的散热面涂导热硅脂后，再把它紧贴IGBT管的铝散热片的散热表面进行安装；在铝散热片I与输出快恢复二极管的铝散热片的中间部位，大电解电容焊装在主电路板上；在铝散热片II 的下方、输出快恢复二极管的铝散热片的右侧部位，逆变主变压器焊装在主电路板上；三个铝散热器通过螺丝固定在主电路板上，安装后，铝散热片I与铝散热片II 的器件安装散热面基本上在一个平面内，它们的齿形部分面向下方的大电解电容，而4个输出整流快恢复二极管铝散热片的齿形部分面向上方的大电解电容，这样就形成了冷却风道，有利于风道上的各个器件或零部件进行有效的冷却；电源板通过插接件连接、并焊接在主电路板的上方；在电源板与铝散热片I之间用一支柱支撑着电源板；该支柱的端部螺丝旋入铝散热片I上对应的螺纹孔中，采用螺丝压住电源板，并与该电路板下方、支柱的另一端螺纹孔连接，使电源板稳固；在主电路板的下方，焊接有两个支撑件，可利用螺丝把主电路板固定在底板上，另外，还利用一个塑料支撑柱，其一端连接在输出快恢二极管的铝散热片上，其另一端固定在底板上，从而可使主电路板与底板上稳固连接；焊机的电路板设计为四块，分别是主电路板、电源板、显示控制板、操作控制板，显示控制板、操作控制板可组合为一体，成为显示和操作控制板的组件；焊机主电路板的控制电路，分为输入电压检测电路、逆变主电路、IGBT驱动电路；而对于逆变主电路部分，又细分为上电缓冲电路、输入整流、倍压转换电路、单端正激逆变电路、直流母线电流检测、逆变变压器降压、输出整流、滤波电路几个部分；焊机电源板的控制电路，它分为开关电源电路、微处理器控制电路、程序烧写接口电路、上电缓冲电路的控制电路、输入电源电压的自动识别结果检测和倍压转换电路的控制电路，关闭PWM输出的控制信号输出、输入电压级别检测结果的控制信号输出电路，以及控制系统的报错指示及其检测接口电路；焊机操作控制板的控制电路，分为电流给
定电路、最大和最小电流校正电路、电流反馈电路、电流给定与电流负反馈的积分运算控制电路、PWM控制电路、短路保护和推力电流控制电路、欠压保护控制电路、过流保护控制电路、过热保护控制电路、电源和过热保护指示电路；焊机显示板的控制电路，分为微处理器控制的数码管显示电路、微处理器的电源电路和程序烧写接口电路；焊机整个控制电路主要是完成上电缓冲控制、输入电源电压自动识别和倍压转换电路控制、整流、滤波、IGBT单端正激逆变、主变压器降压和电流变换、输出整流和滤波；控制电路板直流工作电源电压的产生、PWM脉冲宽度调节、IGBT管驱动控制、逆变电路输出电流参数的负反馈控制，过热、过流和欠压保护控制工作。2.如权利要求1所述的一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其特征在于：输入电源电压的自动识别结果检测和倍压转换电路的控制电路由二极管D10~D13、热敏电阻NTC和插座J2、插座J3、电阻R1和R2、电解电容1EC1、光耦U1和U2组成；电源的一个输入端连接二极管D13的阳极、二极管D12的阴极，以及热敏电阻RT1和继电器触点JDQB的一端，二极管D13的阴极连接插座J2的7脚、二极管D11的阴极，二极管D12和二极管D10的阳极连接插座J2的1脚；输入电源的另一个输入端连接热敏电阻NTC、整流桥BG1的输入电源一端、继电器触点JDQ1B的一端，热敏电阻NTC的另一端连接二极管D11的阳极、二极管D10的阴极；触点JDQ1B的另一端连接电阻R6、电阻R8、大电解电容EC1的正极和大电解电容EC2的负极、插座J2的3脚，电阻R6的另一端连接大电解电容EC2的正极、连接整流桥BG1的正极性输出端或+VCC端，电阻R8的另一端连接大电解电容EC1的负极、整流桥BG1的负极性输出端、插座J2的5脚；主电路板的插座J2与电源板的插座J3中1脚、3脚、5脚、7脚四个脚相互连接；插座J3的7脚连接大电解电容1EC1的正极，大电解电容1EC1的负极连接插座J3的1脚和9脚和GND1地端；插座J3的5脚连接电阻R1，电阻R1的另一端连接光耦U1中发光二极管U1A的阴极，发光二极管U1A的阳极连接光耦U2中发光二极管U2A的阴极以及插座J3的3脚，发光二极管U2A的阳极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接至+VCC；对于输入电源电压的自动识别结果检测和倍压转换电路的控制电路光耦U1中三极管U1B的集电极接+5V，其发射极连接并联的电阻R26、电阻R27和电容C7以电阻R25，电阻R25的另一端连接微处理器U2的3脚；光耦U2中三极管U2B的集电极接+5V，其发射极连接并联的R23、R24和C6以及R22，R22的另一端连接微处理器U2的20脚；微处理器U2通过检测其3脚、20脚的电平高低状态，即可知道微处理器U2和光耦U1的动作状态，从而也就知道焊机输入端连接的供电电源电压是属于110V~120V级别的，还是属于220V~240V级别的；根据输入电压检测电路的自动监测结果，决定着逆变主电路部分的继电器JDQ1动作状态，进而确定焊机不同工作状态。3.如权利要求1所述的一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其特征在于：所述的IGBT的驱动电路分为低压侧电路和高压侧电路，低压侧电路和高压侧电路通过驱动变压器T6进行电气隔离；低压侧电路由IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、电阻R28、R29、R61，电容C1、C3组成；通过插座KZ与操作控制电路的插座J1连接，通过PWM芯片IC1的6脚或J1插座的4脚输出的方波脉冲宽度信号控制着IGBT的低压侧电路；+12V电压与电路的地之间并联有抗干扰的滤波电容C34和电解电容EC3、EC4；对高压侧驱动电路部分，驱动变压器T6B次级的异名端分别连接二极管D8和二极管D9的阳极、电阴R61，电阻R61的另一端连接电阻R62，二极管D8的阴极连接电阻R62的另一端、三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极连接快恢复二极管D1的阳极，二极管D9的阴极连接电阻R66、电阻R65，电阻R66的另一端连接IGBT2的G极、稳压
管ZD4的阴极、电阻R13，稳压管ZD4的阳极和电阻R13的另一端连接IGBT2的S端；电阻R65的另一端连接IGBT1的G极、稳压管ZD7的阴极、电阻R41；稳压管ZD7的阳极和电阻R41的另一端连接IGBT1的S端和快恢复二极管D1的阴极，驱动变压器T6B次级的同名端也连接在IGBT1和IGBT2的S端；驱动变压器T6C次级的异名端分别连接二极管D6和二极管D7的阳极、电阻R60，电阻R60的另一端连接电阻R59，二极管D6的阴极连接电阻R59的另一端、三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接IGBT3的S端或快恢复二极管D1的阴极，二极管D7的阴极连接电阻R63、电阻R64，电阻R64的另一端连接IGBT3的G极、稳压管ZD5的阴极、电阻R15，稳压管ZD5的阳极和电阻R15的另一端连接IGBT3的S端或快恢复二极管D1的阴极；电阻R63的另一端连接IGBT4的G极、稳压管ZD8的阴极、电阻R40；稳压管ZD8的阳极和电阻R40的另一端连接IGBT3和IGBT4的S端或快恢复二极管D1的阴极，驱动变压器T6C次级的同名端也连接在IGBT3和IGBT4的S端；IGBT1和IGBT2的D端连接快恢复二极管D2的阳极；IGBT3和IGBT4的D端连接+VCC；IGBT3和IGBT4的S端连接快恢复二极管D1的阴极；驱动电路的PWM脉冲宽度调制控制信号来自操作控制电路的PWM芯片IC1的6脚输出，PWM方波脉冲宽度信号控制着IGBT的低压侧电路，通过驱动变压器及其后级的高压侧驱动电路，最终控制逆变主电路中的两组IGBT开关管。4.如权利要求1所述的一种多电源电压双微处理器控制逆变手弧焊机，其特征在于：所述的开关电源电路由开关电源变压器B1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙敏，魏继昆，陈法庆，朱宣辉，朱宣东，
申请(专利权)人：浙江肯得机电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：