一種帶空載電壓和多種保護控制功能的IGBT逆變焊機的製作方法

2023-09-20 04:27:30 2

本發明涉及一種帶空載電壓和多種保護控制功能的igbt逆變焊機，屬於逆變焊機技術領域。

技術背景

目前，逆變焊機產品市場的競爭十分激烈，不僅體現在性能和價格的競爭優勢上，還在很大程度上取決於焊機的可靠性。而性能和可靠性是由控制電路和結構設計決定的。

國內外市場上，igbt逆變手弧焊機的額定電流通常在100～630a（負載持續率20～100%）的水平。然而，此類焊機，不同的結構和控制電路設計，其產品的性能、可靠性、生產製作工藝等也會完全不同。這些都會影響產品的銷售和市場競爭力。如何解決額定大電流輸出（如315a等）、低成本下產品的上述問題，是研發人員面臨的難題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種一種帶空載電壓和多種保護控制功能的igbt逆變焊機，焊機控制電路和結構可實現igbt單管逆變手工電弧焊或手工焊/氬弧焊作業的要求，焊機具有性能好、低成本、多種保護措施、高可靠性等優點。

為實現上述目的採用以下技術方案：

一種帶空載電壓和多種保護控制功能的igbt逆變焊機，包括外殼部分和內部部分，其特徵在於：內部部分包括上方的中隔板、底部的支架i和控制電路，

1）在中隔板上設置有pcb1電路板和三相整流橋，pcb1電路板放置到塑料護盒i中，並灌注絕緣材料該塑料護盒通過螺絲固定在焊機內部的中隔板上；三相整流橋安裝在其散熱器上，該散熱器通過四個螺絲固定在中隔板上，中隔板為金屬隔板；

2）支架i上設置有igbt逆變控制板、輸出整流pcb板i和輸出整流pcb板ii，八隻igbt管安裝在它們對應的散熱器上，三個散熱器通過螺絲固定在一塑料護盒ii上，igbt的管腳則焊接在igbt逆變控制板上，在該電路板上還安裝和焊接有igbt驅動變壓器、繼電器和四隻電容器，四隻電容器是面向塑料護盒，焊裝在igbt逆變電路板上的，igbt逆變電路板是放置在塑料護盒內，igbt逆變電路板被塑料護盒ii包圍在其中，塑料護盒ii通過壓片和螺絲固定在其下方的支架i上，塑料護盒和焊機的外殼對應面可共同組成一個保護室；有六隻輸出快速恢復整流二極體分為上下兩排，每排三隻，分別與輸出整流pcb板i和輸出整流pcb板ii焊裝在一起，在上下兩排快速恢復二極體之間，還分別設計有絕緣板，以保障快速恢復二極體管腳之間有良好的絕緣性能，速恢復整流二極體和輸出整流pcb板i和輸出整流pcb板ii通過散熱器v固定在支架i上。

2所述的pcb1電路板上設置有焊機開關電源和缺相保護控制電路，該電路包括四個電阻，一個穩壓管、三極體、光耦和二個電容，當焊機輸出較高空載電壓時，穩壓管擊穿、穩壓，光耦中的輸出級三極體導通，於是三極體導通，可使控制電路控制晶片的電平被拉至低電平，使控制晶片關閉其pwm脈衝波形，焊機逆變主電路停止輸出。

所述的控制電路是通過三塊電路控制板，分別是開關電源和缺相保護控制電路、igbt逆變控制電路和前面板控制電路，開關電源和缺相保護控制電路設置在pcb1電路板上，igbt逆變控制電路設置在igbt逆變控制板上，前面板控制電路設置在前控制pcb板上。

本發明焊機的外殼部分主要包括提手、機殼和底板等部分。

本發明焊機的內部部分主要包括：pcb1電路板及其該電路板上的開關管及其散熱器iv6、變壓器i、電容器，pcb1電路板完成加工後，放置到塑料護盒i中，並灌注絕緣材料，可保證pcb1電路板具有防水、防黴、防振、防腐蝕、防塵的保護性能。塑料護盒i通過四個支柱及螺絲固定在其下方的中隔板上，輸入三相整流橋安裝在其散熱器i上。而該散熱器i則通過四個螺絲固定在中隔板上；由於中隔板是金屬的，外加上散熱器i，這就加強了輸入三相整流橋的散熱條件，可保障該整流橋的工作可靠性。八隻igbt模塊安裝在它們對應的散熱器ii、散熱器iii和散熱器iv上，這三個散熱器通過螺絲固定在塑料護盒ii上，igbt的管腳則焊接在igbt逆變控制板上，在igbt逆變電路板18上，還安裝和焊接有變壓器i、變壓器ii、、四隻電容器等很多的元器件，這四隻電容器是面向塑料護盒ii，焊裝在igbt逆變電路板上的，即在該電路板的焊接面。該電路板的元件面。也就是說，igbt逆變電路板是放置在塑料護盒ii內的。igbt逆變電路板被所設計的塑料護盒ii包圍在其中。塑料護盒ii通過壓片和螺絲固定在其下方的金屬支架i上。塑料護盒ii和焊機的外殼對應面可共同組成一個保護室。可起到良好的防止導電性粉塵汙染igbt及其電路板上器件的作用。同時，由於材料是塑料的，因此也就保障了上述電路部分的絕緣性能和爬電距離。這在很大程度上可提高焊機的可靠性。六隻輸出快恢復整流二極體分為上下兩排，每排三隻，分別設計有輸出整流pcb板i和輸出整流pcb板ii與各自相應的快速恢復二極體進行焊裝在一起。在上下兩排快速恢復二極體之間，還分別設計有絕緣板i和絕緣板ii，以保障快速恢復二極體管腳之間有良好的絕緣性能，進一步提高焊機的可靠性。需要說明的是：焊機中間機芯部分的輸出快恢復整流二極體26及其散熱器v25部分是通過絕緣支柱固定在焊機的支架i上的。也就是說，該部分與金屬支架i和底板等部分是處於電氣隔離或絕緣狀態的，電路上是不導通的。而散熱器v通過金屬導體（如銅排或鋁排）連接到焊機的輸出「正或+」極性端。在中隔板的上方還設置有輸入電源抗幹擾的磁環。磁環的製作方式是：一個圓形的磁環，二根導線在磁環構成的磁芯上繞制若干匝。其中，一根紅色導線的一端連接至三相輸入整流橋的「正或+」輸出端，而該導線的另外一端則連接至pcb1電路板對應的接線處；一根黑色導線的一端連接至三相輸入整流橋20的「負或-」輸出端，而該導線的另外一端則連接至pcb1電路板對應的接線處。逆變主變壓器通過螺絲固定安裝在中隔板的下方，靠近前面板部分。逆變主變壓器的次級繞組是帶中心抽頭的。其中心抽頭通過連接導線連接至焊機的輸出「負或-」極性端。其初級則按照逆變主電路的原理圖連接至igbt開關部分。上述這些主要部分共同組成焊機的機芯。

本發明焊機前面板上安裝的零部件主要有：前塑料面板、前控制pcb板、前板、焊接電流調節電位器、引弧電流調節電位器、推力電流調節電位器、正極性輸出焊接電纜耦合器或輸出快速接頭座組件、負極性輸出焊接電纜耦合器或輸出快速接頭座組件。前控制pcb板完成加工後，放置到一個塑料護盒中，並灌注絕緣材料，可保證前控制pcb板具有防水、防黴、防振、防腐蝕、防塵的保護性能。正、負極的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用於分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜。連接時的極性可根據電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。保護指示燈位於前控制pcb板上，用於指示過熱或過流狀態是否發生。例如，當內部器件溫度過高，超過溫度繼電器的動作溫度時，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點亮。另一方面，可使焊機停止焊接或輸出。後面板部分安裝的風扇45的冷卻作用會使器件的溫度降低。當降低到熱保護器的恢復動作溫度時，熱保護器恢復，焊機過熱現象消除。該指示燈熄滅。焊機可再次進行焊接。電流調節電位器用於進行輸出電流調節；引弧電流調節電位器用於進行熱引弧電流調節；推力電流調節電位器用於進行推力電流調節。前控制pcb板上的電流表則用於顯示電流參數。

本發明焊機後面板上安裝的零部件主要有：後塑料面板、冷卻風扇、三相輸入電源空氣開關、電源輸入電纜接線端子及其護套、風扇防護罩、空氣開關支架ii部分。電源線通過供電電纜接到焊機的電源電纜接線端子。電源空氣開關控制焊機電源的通或斷。冷卻風扇位於焊機的後部，冷風從焊機機箱後面板後部的進氣孔進入。同時，通過冷卻風扇產生的冷風可對焊機內部的一些發熱器件或零部件，如igbt及其散熱器、三相整流橋10及它的散熱器i、六隻快速恢復二極體及散熱器v等進行強迫風冷，使它們得到較好的冷卻，以保障焊機電路工作的可靠性。

本發明設計了新的焊機控制電路，可實現igbt單管逆變手工電弧焊或手工焊/氬弧焊作業的要求，其良好的電路及其結構設計也是本發明的優勢所在，也是滿足高效和低成本生產、高可靠性、製造技術先進性的重要保障。本發明焊機的設計有自己的獨特之處。本發明專利申請保護的內容就在於保護這種焊機的電路和結構設計。

附圖說明

圖1是本發明製成的焊機的分解結構示意圖；

圖2是本發明焊機的電路原理框圖；

圖3是焊機的igbt逆變控制板電路原理圖；

圖4是焊機的開關電源和缺相保護控制電路原理圖；

圖5是焊機前面板控制電路的原理圖；

圖6是焊機igbt逆變控制板的元器件布局圖；

圖7是焊機開關電源和缺相保護控制控制板的元器件布局圖；

圖8是焊機前控制pcb板的元器件布局圖；

附圖中各部件名稱如下：1、螺絲；2、提手；3、外殼；4、螺絲；5、變壓器i；6、散熱器vi；7、電容器；8、電路板pcb1；9、塑料護盒i；10、整流橋；11、散熱器i；12、磁環；13、中隔板；14、逆變主變壓器；15、散熱器ii；16、散熱器iii；17、電容器；18、igbt逆變控制板；19、變壓器i；20、變壓器ii；21、繼電器；22、igbt；23、塑料護盒ii；24、散熱器iv；25、散熱器v；26、輸出快恢復整流二極體；27、輸出整流pcb板i；28、絕緣板i；29、絕緣板ii；30、輸出整流pcb板ii；31、支架i；32、前控制pcb板；33、前板；34、電位器及其旋鈕；35、前塑料面板；36、正極性輸出快速接頭；37、負極性輸出快速接頭；38、底板；39、風扇防護罩；40、後塑料面板；41、開關；42、支架ii；43、輸入電纜連接端子；44、電纜連接端子的護盒；45、風扇。

具體實施方式

如附圖1所示，是利用本發明製成的示例手工焊焊機的結構示意圖。焊機的主要組成部分包括：

1）外殼部分。零部件主要有：提手2、機殼3和底板38等部分。

2）焊機內部部分。包括：pcb1電路板8及其該電路板上的開關管及其散熱器iv6、變壓器i5、電容器7等器件。pcb1電路板8完成加工後，放置到塑料護盒i9中，並灌注絕緣材料，可保證pcb1電路板8具有防水、防黴、防振、防腐蝕、防塵的保護性能。塑料護盒i9通過四個支柱及螺絲固定在其下方的中隔板13上。輸入三相整流橋（mds，75a/1600v）10安裝在其散熱器i11上。而該散熱器i11則通過四個螺絲固定在中隔板13上。由於中隔板13是金屬的，外加上散熱器i11，這就加強了輸入三相整流橋10的散熱條件，可保障該整流橋的工作可靠性。8隻igbt模塊（22，igbt是逆變主電路中的開關器件之一）安裝在它們對應的散熱器ii15、散熱器iii16和散熱器iv24上。這三個散熱器通過螺絲固定在塑料護盒ii23上。igbt的管腳則焊接在igbt逆變控制板18上。在igbt逆變電路板18上，還安裝和焊接有變壓器i19、變壓器ii20、繼電器（gk-a-1a-24d3hd）21、igbt22（40a/1200v等，8隻）、4隻電容器17（470μf/400v）等很多的元器件。這4隻電容器17（470μf/400v）是面向塑料護盒ii，焊裝在igbt逆變電路板18上的，即在該電路板的焊接面。該電路板的元件面。也就是說，igbt逆變電路板18是放置在塑料護盒ii23內的。igbt逆變電路板18被所設計的塑料護盒ii23包圍在其中。塑料護盒ii23通過壓片和螺絲固定在其下方的金屬支架i31上。塑料護盒ii23和焊機的外殼3對應面可共同組成一個保護室。可起到良好的防止導電性粉塵汙染igbt及其電路板18上器件的作用。同時，由於材料是塑料的，因此也就保障了上述電路部分的絕緣性能和爬電距離。這在很大程度上可提高焊機的可靠性。6隻輸出快恢復整流二極體（60a/400v等）26分為上下兩排，每排3隻，分別設計有輸出整流pcb板i27和輸出整流pcb板ii30與各自相應的快速恢復二極體進行焊裝在一起。在上下兩排快速恢復二極體之間，還分別設計有絕緣板i28和絕緣板ii29，以保障快速恢復二極體管腳之間有良好的絕緣性能，進一步提高焊機的可靠性。需要說明的是：焊機中間機芯部分的輸出快恢復整流二極體26及其散熱器v25部分是通過絕緣支柱固定在焊機的支架i31上的。也就是說，該部分與金屬支架i31和底板38等部分是處於電氣隔離或絕緣狀態的，電路上是不導通的。而散熱器v25通過金屬導體（如銅排或鋁排）連接到焊機的輸出「正或+」極性端。在中隔板13的上方還設置有輸入電源抗幹擾的磁環12。磁環12的製作方式是：一個圓形的磁環，二根導線在磁環構成的磁芯上繞制若干匝。其中，一根紅色導線的一端連接至三相輸入整流橋（75a/1600v等）20的「正或+」輸出端，而該導線的另外一端則連接至pcb1電路板8對應的接線處；一根黑色導線的一端連接至三相輸入整流橋20的「負或-」輸出端，而該導線的另外一端則連接至pcb1電路板8對應的接線處。逆變主變壓器14通過螺絲固定安裝在中隔板13的下方，靠近前面板部分。逆變主變壓器14的次級繞組是帶中心抽頭的。其中心抽頭通過連接導線連接至焊機的輸出「負或-」極性端。其初級則按照逆變主電路的原理圖連接至igbt開關部分。上述這些主要部分共同組成焊機的機芯。

3）前面板部分。其零部件主要有：前塑料面板35、前控制pcb板32、前板33、焊接電流調節電位器34、引弧電流調節電位器、推力電流調節電位器、正極性輸出焊接電纜耦合器或輸出快速接頭座組件36、負極性輸出焊接電纜耦合器或輸出快速接頭座組件37。前控制pcb板32完成加工後，放置到一個塑料護盒中，並灌注絕緣材料，可保證前控制pcb板32具有防水、防黴、防振、防腐蝕、防塵的保護性能。正、負極的輸出電纜耦合器或輸出快速接頭座組件用於分別連接電焊鉗焊接電纜和工件夾焊接電纜。連接時的極性（即工件接正還是接負極性輸出）可根據電焊條的種類或焊接工藝的要求決定。（過流或過熱）保護指示燈位於前控制pcb板32上，用於指示過熱或過流狀態是否發生。例如，當內部器件溫度過高，超過溫度繼電器的動作溫度時，在控制電路的作用下，一方面可使該指示燈點亮。另一方面，可使焊機停止焊接或輸出。後面板部分安裝的風扇45的冷卻作用會使器件的溫度降低。當降低到熱保護器的恢復動作溫度時，熱保護器恢復，焊機過熱現象消除。該指示燈熄滅。焊機可再次進行焊接。電流調節電位器用於進行輸出電流調節；引弧電流調節電位器用於進行熱引弧電流調節；推力電流調節電位器用於進行推力電流調節。前控制pcb板32上的電流表則用於顯示電流參數。

4）後面板部分。零部件主要有：後塑料面板40、冷卻風扇45、三相輸入電源空氣開關41、電源輸入電纜接線端子43及其護套44、風扇防護罩39、空氣開關支架ii42部分。電源線通過供電電纜接到焊機的電源電纜接線端子43。電源空氣開關41控制焊機電源的通或斷。冷卻風扇45位於焊機的後部，冷風從焊機機箱後面板後部的進氣孔進入。同時，通過冷卻風扇產生的冷風可對焊機內部的一些發熱器件或零部件，如igbt22及其散熱器（15、16和24）、三相整流橋10及它的散熱器i11、6隻快速恢復二極體26（每隻管60a/400v等規格）及散熱器v25等進行強迫風冷，使它們得到較好的冷卻，以保障焊機電路工作的可靠性。

本發明焊機電路的工作原理簡述如下：

如附圖2所示。三相380v，50/60hz供電電源通過開關s1輸入到焊機的輸入端。電源開關接通電網電源後，焊機通電。前面板上的白色電源指示燈點亮。從電網來的交流電，經三相整流橋整流後，變為脈動直流電。對大電解電容（470μf/400v）進行充電，電壓逐漸升高，最後變為較為穩定的直流電vcc，再輸出到後級電路。附圖2中的左上部分表示的是4隻電容。也就是附圖3中的c5～c8這4隻電容。實際上，附圖2中三相整流橋與這4隻電容之間，是有上電緩衝電路部分的。即有附圖3中的rt1熱敏電阻、繼電器j1的觸頭j1b。只是附圖2中簡化了，沒有畫出了。如附圖3、附圖2所示。上電緩衝限流熱敏電阻rt1和繼電器j1（其觸點標識為j1b），以及該繼電器的控制電路（包括三極體q1；穩壓管z1；電容c1；電阻r1～r2），共同組成焊機的上電緩衝控制電路。j1繼電器會在電源開關接通，一定延時時間後動作，其觸頭j1閉合或短路rt1熱敏電阻。附圖2中沒有表達出上述電阻rt1、繼電器及其控制電路。j1繼電器的動作時間是滯後於電源開關s1合上時刻的，即j1繼電器是延時動作的。j1繼電器的延時是由其控制電路來實現的。470μf/400v大電解電容起著濾波的作用。470μf/400v大電解電容的充電，先經過rt1熱敏電阻，之後再短接rt1熱敏電阻。當470μf/400v大電解電容上的充電電壓穩定後，該繼電器才動作，其觸頭閉合rt1熱敏電阻，使本發明焊機正常逆變工作時，大電流是從繼電器的觸頭流過的。這樣的控制電路稱為上電緩衝電路。主要是防止電源開關接通瞬間，由於470μf/400v大電解電容上沒有電壓，相當於短路，會形成較大的浪湧電流，燒壞電源開關。而上電緩衝電路的作用，就是通過合閘瞬間串入rt1熱敏電阻，來限制浪湧電流的。並且，rt1熱敏電阻的阻值，是隨其溫度上升而增大的。因此，上電緩衝電路可起到較好的保護作用。

470μf/400v大電解電容濾波電路和上述上電緩衝控制電路部分設計在附圖1中的igbt逆變控制板18。

全橋逆變主電路由電源開關s1、三相整流橋、rt1熱敏電阻、j1繼電器及其觸點、470μf/400v大電解電容濾波電路、8個igbt（附圖3中的t1b、t1c、t2a、t2b、qt3a、t3b、t4a和t4b）、逆變主變壓器t、兩組d（60apu04，6隻）快速恢復二極體等構成的輸出整流電路等部分組成。由輸出正極和輸出負極端輸出焊接電流和電壓。由附圖1、附圖2和附圖3可見，逆變主電路中的一些器件（igbt、電解電容等）也是設計在附圖1中的igbt逆變控制板18上的。

如附圖3、附圖2所示。經過整流和大電解電容濾波後的vcc直流高電壓供給由igbt、逆變主變壓器t、兩組d（60apu04，6隻）快速恢復二極體等組成的全橋逆變主電路。其功能主要為：高壓直流電轉換為中頻（幾十khz）交流電。逆變變壓器t實現電壓降壓和大電流輸出的變換。兩組d（60apu04，6隻）快速恢復二極體則是把逆變變壓器輸出的中頻交流電變換為直流電。逆變初級的電流檢測互感器（200:1）用於檢測逆變主變初級的電流大小，實現逆變初級或母線過流的反饋控制。附圖2中輸出端部分連接的22r/5w電阻和472/2kv電容為阻容串聯保護電路，用於保護快恢復二極體，防止其過壓擊穿。實際上，在輸出整流pcb板i（附圖1中的27）和輸出整流pcb板ii（附圖1中的30）上，這樣的阻容串聯保護電路在電路板的兩端分別設置一組。這樣，兩塊整流pcb板上就有四組阻容串聯保護電路；正、負極輸出端對地（機架）連接的y1電容（103m）為抗幹擾電容，以保障輸出控制迴路不受來自焊接迴路的幹擾信號的影響。

附圖2中的ga338d793a電路部分實際上就是附圖1中的igbt逆變控制板18部分。也就是附圖3的部分。附圖3部分的電路，按照其功能來說，主要分為三個部分。一是igbt的驅動電路；二是上電緩衝控制電路；三是逆變主電路的一部分。

附圖2中的ga338d791a電路部分實際上就是附圖1中的電路板pcb1部分。也就是附圖4的部分。附圖4部分的電路，按照其功能來說，主要分為二個部分。一是開關電源電路部分；二是三相輸入電源缺相保護控制電路部分。

附圖2中的ga338d792a電路部分實際上就是附圖1中的前控制pcb板32部分。也就是附圖5的部分。附圖5部分的電路，按照其功能來說，主要分為五個部分。一是焊接電流給定、引弧電流給定、推力電流給定電路等部分；二是微處理器控制的焊接電流參數顯示控制電路；三是焊機輸出特性控制電路；四是過熱保護和缺相保護控制部分；五是空載電壓和短路保護等控制部分。

見附圖5，輸出特性控制電路由u2pwm脈衝寬度調製晶片（uc3846）、運算放大器，以及這些器件外圍的很多電阻、電容和二極體等器件組成。

見附圖2和附圖5所示。附圖2中的電流檢測互感器（200:1）連接至附圖5中下部的d83~d84、d86~d87組成的整流橋輸入端。通過電流檢測、整流變換，最後輸出電流負反饋信號ufi，連接至u2（uc3846）pwm為核心的焊機輸出特性控制電路中，作為負反饋控制信號，參與焊機的輸出電流控制過程。

關於附圖4中的開關電源控制電路部分。該開關電源電路由開關電源變壓器、1q1開關管、ic2pwm脈衝寬度調製器（tl3842），1d5~1d6二極體，1d8、1d16和1d17快速二極體、1ic5（79l15）和1q5（7815）集成穩壓器，以及它們周圍的電阻、電容、光耦、晶閘管等器件組成。開關電源電路產生+15v、-15v、+24v電源電壓，供給相應的控制電路等帶電工作。對於開關電源電路部分，由於1q1開關管與開關電源變壓器的初級繞組，以及它們周圍的穩壓管、二極體、快速二極體、很多電阻和電容等組成的電路，是屬於高壓迴路的。為確保控制電路的安全，在附圖4中，採用了1ic2光電耦合器進行隔離。開關電源pwm控制板的核心控制晶片是tl3842pwm脈衝寬度調節器。其外圍的電阻、電容可設定其工作的相關參數。至於如何確定，需要查看tl3842的相關使用資料或說明。這裡不再重複。總之，3842pwm脈衝寬度調節器輸出的脈衝為一定工作頻率的驅動脈衝，可使附圖4中的1q1管處於通斷工作狀態。在開關電源變壓器的電壓輸出電路部分，分別獲得+15v、+24v、-15v電源電壓。供給不同的器件和電路使用。例如，+24v通過1cn2～1cn4插頭分別供給風扇、繼電器等工作；1cn8接口的+15v、-15v電源電壓連接到附圖5中的cn6接口，供給其控制電路等。

關於開關電源這部分的工作原理，以上部分只是進行了簡單的說明。如果需要了解本電路部分詳細的工作情況，涉及到開關電源的很多知識。讀者可查詢相關的開關電路書籍或資料作進一步的了解。這裡不再詳細說明。

由開關電源部分的電路及原理可知，本發明沒有採用一般的控制變壓器和相關的電壓變換電路來產生上述多個電源電壓。開關變壓器的體積和尺寸、重量遠小於一般的控制變壓器，這就降低本發明焊機的成本，提升了焊機的技術附加值。

附圖3中，驅動變壓器t1（分為t1a、t1b和t1c）和t2（分為t2a、t2b和t2c），q2~q5三極體，d2~d9二極體、z2~z8穩壓管、u1和u2驅動晶片，以及它們外圍的電阻、電容等器件組成igbt的驅動電路部分。8個igbt，每個igbt的驅動電路形式是一致的。該部分電路，輸入的控制信號通過附圖3中cn2插頭引入，它們來自附圖5中cn8插頭部分，即輸出特性等控制電路中的u2pwm脈衝寬度調製晶片（uc3846）的aout和bout輸出端。由於u2晶片輸出的信號驅動功率小，故需要經過驅動功率電路進行放大，再通過驅動變壓器及其外圍的驅動電路去控制8個igbt的工作狀態。u2脈衝寬度調製（pwm）晶片（uc3846）輸出的控制信號是兩組方波脈衝信號。兩組方波脈衝信號在時間上有一個固定的時間差，專業上也稱為死區時間。是保障igbt兩組開關交替工作的重要參數之一。該時間是通過uc3846晶片的外圍器件（rt端的電阻；ct端的電容）參數設置而確定的。至於如何確定，需要查看uc3846的相關使用資料或說明。這裡不再重複。這裡需要說明的是：pwm脈衝寬度調製信號是決定焊機逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號。而pwm脈衝寬度調製信號則受焊機的電流調節控制給定信號ug和電流負反饋信號ufi決定。

附圖5中，cn2插頭是連接到+24v電源的。cn1插頭則是連接到焊機輸出端的，其中cn1-1是焊機輸出的「負或-」極性端，cn1-2是焊機輸出的「正或+」極性端。

見附圖5，給定電路由輸出電流調節電位器rp3、推力電流調節電位器rp1（arcforce）、熱引弧電流調節電位器rp2(hotstart),以及外圍的電阻、電容等器件組成。最大輸出電流校正電位器為rp13。最小輸出電流校正電位器為rp14。通過與給定電流電位器的配合，可使焊機的輸出電流符合銘牌中電流變化範圍的要求。

見附圖5，輸出電流的顯示和數據校正控制電路由微處理器u8、數碼管u11及其外圍的一些電阻、電容等器件組成。其原理是：在微處理器系統電路的控制下，可採樣來自rp3電位器的焊接電流給定控制信號，根據給定電流的信號大小，在微處理器控制軟體的作用下，把相應的電流值通過數碼管u11進行顯示。由於給定的電流值與實際輸出的電流值是可以通過電位器rp15校正準確的，因此，調節的電流給定值實際上也是輸出電流值。此外，由於採用了微處理器電路控制系統，因此，很容易實現焊機輸出電流的預置。也就是說，在沒有進行焊接時，調節和顯示在電流表中的電流值就是焊接時的實際電流。無需通過試焊來確定輸出電流。這樣就極大方便了用戶的操作。

附圖5中，對於手工焊時的電弧推力控制電路，它由電阻r10～r11、r1～r2，rp1推力電流給定電位器、校正電位器rp11、光耦u23、穩壓管vd31，電容c2和c14，cn1和cn2插頭及其連接的電路部分組成。由於cn1插頭是連接到焊機輸出端的，而cn2插頭是連接到+24v電源的，當焊機焊接時輸出的電壓較高時，穩壓管vd31不會擊穿和穩壓，二極體d81也是截止的。這樣，光耦u23中的三極體是截止的。因此，rp1推力電流給定電位器的信號無法加到其後級控制電路。相反，當焊機焊接時輸出的電壓較低（例如低於14v）時，穩壓管vd31會擊穿和穩壓，二極體d81導通。光耦u23中的三極體導通。因此，+15v加給rp1推力電流給定電位器，其產生的推力電流給定信號可加到其後級控制電路，會使焊機的輸出電流增加。這就實現了低輸出電壓下電流增加，也就是焊機手工焊時外特性控制時推力電流控制的過程。

附圖5中，對於空載電壓控制電路，它由電阻r15、r17、r61和r90，穩壓管vd36，三極體q5，光耦u13，電容c15和c31組成。當焊機輸出較高空載電壓時，穩壓管vd36擊穿、穩壓，光耦u13中的輸出級三極體導通，於是三極體q5導通。可使u2（uc3846）pwm晶片的1腳電平被拉至低電平，使u2（uc3846）關閉其pwm脈衝波形，焊機逆變主電路停止輸出。當焊機輸出較低空載電壓時，穩壓管vd36不會擊穿和穩壓，光耦u13中的輸出級三極體截止，於是三極體q5截止。可使u2（uc3846）晶片輸出pwm脈衝波形，焊機逆變主電路產生輸出。這樣就實現了焊機空載電壓的控制。

附圖5中，cn4可連接至「vrd」開關。cn4插頭短接時，為設定了「vrd」功能。也就是焊機長時間不焊接時的「低電壓輸出控制」功能。通常，此時的空載電壓只有十幾二十伏。起到較好的安全保護作用。關於這個部分的控制，讀者可結合電路原理圖，自行進行分析。介於篇幅的關係，這裡就不說明了。

附圖5中，u5晶片是一種雙向模擬開關。在集成電路內有4個獨立的能控制數字及模擬信號傳送的模擬開關。每個開關有一個輸人端和一個輸出端，它們可以互換使用。還有一個選通端（又稱控制端）。當選通端為高電平時，開關導通；當選通端為低電平時，開關截止。

附圖5中，cn5插頭是為連接手工焊（mma）/氬弧焊（tig）功能設置開關而設計的。也就是說，本控制電路既可用於單功能的手工焊（mma）控制，又可用於手工焊（mma）/氬弧焊（tig）兩功能焊機的控制。

如果cn5插頭的「1」腳和「2」腳是連通的，也就是說功能設置開關是閉合的，此時，處於氬弧焊控制；如果cn5插頭的「1」腳和「2」腳是斷開的，也就是說功能設置開關是不閉合的，此時，處於手弧焊控制。

對於氬弧焊控制，u5-6（即u5晶片的6腳，下列表述類似，不再重複）、u5-12和u5-13的電平為高電平（+15v），因此，u5-1與u5-2、u5-8與u5-9、u5-10與u5-11是導通的.並且u5-8與u5-9、u5-10與u5-11為低電平。因此，1）三極體q6是截止的。這樣，rp1的電弧推力電流（arcforce）信號就不可能加至後級電路；2）rp2的熱引弧（hotstart）電流信號就不可能加至後級電路；3）rp12的氬弧焊起始電流（startcurrent）信號可加至後級電路；4）光耦u14中的二極體發光，其輸出級三極體導通，短接vd35穩壓管。由於它與穩壓管vd34是串聯的。這樣，就會使得氬弧焊控制狀態時長時間短路保護電路（short-circuitprotection）實現保護動作的電壓點與手工焊控制狀態時是不同的，要比手工焊狀態的低很多。通常，氬弧焊狀態時只有幾伏，而手工焊狀態時接近10伏。

例如，氬弧焊控制狀態，在長時間短路保護電路中，當來自cn1的輸出電壓較低，低於保護點電壓時，vd34穩壓管由擊穿、穩壓狀態變化為截止狀態，此時u3光耦中的三極體是截止的，於是vd37穩壓管會擊穿、穩壓，d3二極體導通，三極體q1導通，從而關閉u2（uc3846）pwm波形的輸出，最終關閉焊機逆變主電路輸出，實現長時間短路保護。相反，如果來自cn1的輸出電壓較高，高於保護點電壓時，vd34穩壓管擊穿、穩壓，此時u3光耦中的三極體導通，於是，由於電阻r96很小，c1會快速放電，其兩端電壓會受r96限制，vd37穩壓管會截止，d3二極體不導通，三極體q1截止，u2（uc3846）輸出pwm波形，最終使焊機逆變主電路輸出。

對於手工焊控制，上述一些電路控制的過程是與氬弧焊不同的，有的電路控制結果甚至是相反的。由於上述氬弧焊控制過程等說明已經較為詳細了，讀者可參考它，結合電路原理圖，對手工焊的一些相關控制過程自行進行分析。介於篇幅的關係，這裡就不說明了。

對於附圖5中的高壓電流抑制電路部分，其設計思想是：當焊接電弧拉得過長，也就是電弧電壓升得很高時，vd32穩壓管會擊穿、穩壓，u4光耦中的三極體導通，可使u5-4和u5-3電平拉低至「地」電平。通過r18和u5-5電平的變化使焊機逆變主電路輸出電流迅速減小。

見附圖5，缺相和熱保護的動作控制電路由常閉型溫度繼電器，電阻r51、r81、r56～r58和r72～r73，電容c37，三極體q3及保護指示led2（黃色）燈等器件，以及下面所述的缺相保護控制電路部分共同構成。

對於熱保護控制來說，常閉型溫度繼電器可以緊貼igbt的散熱器、輸出快恢二極體散熱器等溫度檢測部位進行安裝。例如，在焊機輸出過程中，當igbt的散熱器發生過熱現象時，常閉型溫度繼電器動作。此時，控制電路可使三極體q3截止或不導通，於是二極體d15導通，三極體q1導通，u2（uc3846）pwm晶片的1腳電平被拉低至低電平，會使u2（uc3846）關閉其pwm脈衝波形，焊機逆變主電路停止輸出電流。同時，可使保護led2（黃色）指示燈點亮，指示焊機發生過熱保護。在冷卻風機的作用下，當過熱現象消除時，控制電路才能繼續輸出pwm控制信號。同時保護指示燈led2熄滅。這就實現了焊機過熱保護。

在附圖5中，由電阻r64、r66～r71和r98，電容c35～c36，以及運算放大器u30和熱敏電阻組成的兩路電路也是過熱保護控制電路。pct1和pct2插頭可分別連接兩個熱敏電阻。熱敏電阻可以緊貼需要進行溫度檢測或控制的器件安裝。當器件溫度過高時，熱敏電阻的阻值變化後，可使運算放大器輸出高電平，於是，二極體d13或d14導通。保護指示燈led2也會點亮，指示焊機發生過熱保護。同時，也會使u2（uc3846）關閉其pwm脈衝波形，焊機逆變主電路停止輸出電流。在冷卻風機的作用下，當此類過熱現象消除時，控制電路才能繼續輸出pwm控制信號。同時保護指示燈led2熄滅。這也就實現了焊機的過熱保護。

關於附圖4中的三相輸入電源缺相保護控制電路，該部分主要由光耦1ic3和1ic4、二極體1d9～1d14、電阻1r21～1r32、穩壓管1vd3～1vd5和1d15等器件組成。通過1cn5插頭，連接至三相輸入電源。當三相供電電源中的某一相出現缺相現象時，通過光耦1ic3和1ic4、三極體1q3和1q4及其外圍的電路控制作用，可使光耦1ic4動作。此時，控制電路仍然可使三極體q3截止或不導通，二極體d15和三極體q1導通，u2（uc3846）pwm晶片的1腳電平被拉至低電平，使u2（uc3846）關閉其pwm脈衝波形，焊機逆變主電路停止輸出電流。同時，保護led2（黃色）指示燈點亮，指示焊機發生缺相保護現象。當缺相現象消除後，控制電路才能繼續輸出pwm控制信號。同時保護指示燈led2熄滅。從而實現焊機的缺相保護控制功能。

連接至附圖5中cn7插頭的過熱保護常閉型溫度繼電器的兩根控制線，與來自缺相保護電路1cn6插頭的連接至附圖5中cn7插頭的控制線在接線方式是串聯的。當沒有出現常閉型溫度繼電器動作和缺相現象時，三極體q3是導通的。這樣，保護指示燈led2是不會點亮的。若d13和d14也是截止或不導通的，即下面的過熱保護電路也沒有出現過熱輸出控制，此時d15二極體是處於截止狀態的。這就不會造成焊機逆變主電路停止輸出的問題。當然，前提是其它電路也是正常的。

很多三相輸入電源的逆變焊機，其過熱保護只有一個，甚至根本沒有缺相保護控制。例如，只採用一個溫度繼電器安裝在igbt散熱器或輸出快恢復二極體的散熱器上。無法實現多處溫度監測點的溫度控制。而本發明採用了以上多個過熱保護電路，以及缺相保護電路的設計方法，這就進一步保障和提高了焊機工作的可靠性。

本發明電路用於手工電弧焊時輸出特性的控制過程簡述如下：

焊機後面板的開關s1合上接通供電電源極短的時間後（此期間，焊機電路進行上電緩衝控制，j1繼電器有一定的延時控制），焊機內部的上述各控制板帶電工作。前面板上的白色電源指示led燈亮，指示焊機帶電。

在控制電路的作用下，焊機內部的u2（uc3846）pwm脈衝寬度控制電路產生一個佔空比較大的脈衝信號，使igbt的驅動電路工作，使igbt處於交替導通狀態，最終使逆變主電路輸出空載電壓。當操作者調節好前面板上焊接電流的給定電位器，並進行焊接時，通過電流檢測環或電流互感器（200:1），由電流檢測和整流變換電路可檢測到逆變主電路中的變壓器初級電流信號，即電流負反饋信號ufi。該電流負反饋信號ufi，與焊接電流控制給定信號ug進行比較。比較後的差值信號，通過輸出特性控制電路，進行pi（比例和積分）調節控制。其輸出的結果控制u2（uc3846）pwm晶片的脈衝寬度或佔空比輸出。通過igbt的驅動電路，控制逆變主電路中igbt的通斷時間，最終決定焊機輸出電流和電壓的大小，實現輸出電流參數的準確控制。並使焊機的輸出特性為恆流帶外拖的下降特性。進一步地說，當焊接電流控制給定信號ug不變時，隨著焊機電路檢測到的負反饋ufi電流信號增加，並且，達到給定的設定值後，焊接電流控制給定ug信號與ufi電流負反饋控制信號的差值會隨電流增加而減小，通過pi控制後，使焊機輸出pwm晶片的脈衝寬度或佔空比減小，焊機的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負反饋控制。即只有當電流達到焊接電流電位器的設定值後才起作用的反饋控制。此後，隨著電流微小的增加，電壓降低會很多。當焊機輸出電壓下降到16v以下時，隨著電壓的降低，控制電路可使u2（uc3846）pwm晶片的脈衝寬度或佔空比增加，使焊接電流按照設定的參數增大，最終形成恆流帶外拖的下降特性。外拖部分電流可提高推力電流電位器進行調節；焊接時的引弧電流則通過引弧電流電位器進行調節。當焊接電流給定信號變化時，電流截止負反饋設定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設定的最小和最大之間，就可獲得無數條下降特性曲線。這樣的控制，也是滿足手工電弧焊接的基本要求。

本發明電路用於氬弧焊時輸出特性的控制過程與上述過程是十分類似的，只是其輸出特性不是恆流帶外拖的下降特性，而是恆流下降特性。即低電壓輸出時，電流是不隨著電壓降低而增加的，是保持基本不變的。

關於焊機其它部分電路的工作過程，由於以上部分已經進行了許多說明。這裡就不再詳細贅述了。

以上是本發明焊機各電路部分及焊接方法的簡要控制過程說明。因闡述電路原理比較複雜。以上僅給出控制的一些主要方法、思想和結果。但由於本發明已給出了詳細的電路原理圖，因此對於有電路閱讀能力（或具備相關電路知識）的人來說，是完全可以讀懂的。電路圖也是一種無聲的語言。但對於沒有電路閱讀能力（或不具備相關電路知識）的人來說，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑑於篇幅的關係，本專利說明書只能闡述主要的部分，以使專利說明書閱讀人能夠更好地理解相關的工作原理和過程。

通過上述說明可見，本發明焊機的電路設計新穎，有自己獨特的設計思路和方法。可實現igbt單管逆變手弧焊或手工焊/氬弧焊作業的要求。焊機具有低成本和高可靠性等優點。本發明焊機的設計有自己的獨特之處。也是申請本專利保護的根本目的所在。

以上內容是結合具體的焊機結構和電路控制功能對本發明所作的詳細說明，不能認定本發明的具體實施只限於這些說明。對本發明所述技術領域的其他技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干其它的推演和變換，這些都應該視為屬於本發明保護的範疇。