逆變焊機空載脈衝寬度限制電路的製作方法

2023-06-11 09:51:56 4

逆變焊機空載脈衝寬度限制電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，該電路包括電流採樣比較電路、開關驅動脈衝採樣電路、開關驅動脈衝比較電路、給定信號拉低電路，所述電流採樣比較電路與所述開關驅動脈衝比較電路相連接，所述開關驅動脈衝比較電路與所述給定信號拉低電路相連接，所述開關驅動脈衝比較電路還與逆變焊機的開關驅動脈衝採樣電路相連接。該逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，使用簡單的電路元器件，就能夠大大減小起弧瞬間焊機輸出的電流，減小對大功率開關器件的衝擊，從而提高焊機的可靠性、安全性，並且該電路還具有環保、成本低等優點。
【專利說明】逆變焊機空載脈衝寬度限制電路

【技術領域】
[0001] 本發明涉及逆變焊機【技術領域】，尤其涉及一種逆變焊機空載脈衝寬度限制電路。

【背景技術】
[0002] 焊機是生產加工領域中的重要設備，而逆變焊機作為焊機產品的主流發展方向， 橫跨了焊接工藝、電弧及電力電子等多門學科。逆變焊機中的逆變式弧焊電源都要用到大 功率開關器件，例如：電力三極體、M0S管或IGBT (Insulated GateBipolarTransistor，絕緣 柵雙極型電晶體）。
[0003] 為提高焊機引弧性能，通常使焊機在空載時驅動大功率開關器件的脈衝寬度最 寬，再通過電流反饋信號去控制脈衝寬度的大小。但在起弧瞬間焊機輸出電流過大，有時會 造成大功率開關器件損壞，使整機可靠性下降。目前針對該難題，該領域內還沒有對應的有 效解決措施。


【發明內容】

[0004] 基於此，本發明提供一種逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，包括電流採樣比較電 路、開關驅動脈衝採樣電路、開關驅動脈衝比較電路、給定信號拉低電路，所述電流採樣比 較電路與所述開關驅動脈衝比較電路相連接，所述開關驅動脈衝比較電路與所述給定信號 拉低電路相連接，所述開關驅動脈衝比較電路還與逆變焊機的開關驅動脈衝採樣電路相連 接；
[0005] 所述的電流採樣比較電路，用於採集逆變焊機輸出電流信號，並將逆變焊機輸出 電流信號，轉換為標識逆變焊機工作狀態的高/低電平信號；
[0006] 所述開關驅動脈衝比較電路，用於輸出空載時/帶負載時將所述的開關驅動脈衝 採樣電路採集的開關驅動脈衝信號，與脈衝寬度設定電壓和所述電流採樣比較電路輸出的 高/低電平信號疊加後的信號進行比較處理，輸出對所述給定信號拉低電路的控制信號；
[0007] 所述給定信號拉低電路，用於根據開關驅動脈衝比較電路輸出的控制信號，拉低 給定信號的電壓大小，並向逆變焊機的開關驅動電路輸出限制開關驅動脈衝寬度的控制信 號。
[0008] 作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝比較電路，包括分壓電路；
[0009] 所述的分壓電路為電阻分壓電路，用於提供所述開關驅動脈衝比較電路的脈衝寬 度設定電壓。
[0010] 作為其中一個實施例，所述的分壓電路，包括第六電阻、第七電阻、第八電阻； [0011] 所述第六電阻一端與直流電源相連接，另一端與第七電阻的一端和第八電阻的一 端相連接，所述第七電阻的另一端接地，所述第八電阻的另一端輸出開關驅動脈衝比較電 路需要的電壓，並與電流採樣比較電路相連接。
[0012] 作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝比較電路，包括第二比較器；
[0013] 所述第二比較器正相輸入端與所述電流採樣比較電路輸出端及所述分壓電路相 連接，所述第二比較器的反相輸入端與所述開關驅動脈衝採樣電路相連接、所述第二比較 器的輸出端與給定信號拉低電路相連接。
[0014] 作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝比較電路，包括PI調節電路；
[0015] 所述PI調節電路，用於降低電路的穩態誤差提高電路穩定性。
[0016] 作為其中一個實施例，所述的PI調節電路，包括第十二電阻、第三電容、第四電 容；
[0017] 所述第十二電阻的一端與所述第四電容的一端、第二比較器的反相輸入端相連 接，所述第四電容的另一端與第二比較器的輸出端相連接，所述第十二電阻的另一端與第 三電容的一端相連接，所述第三電容的另一端與第二比較器的輸出端相連接。
[0018] 作為其中一個實施例，所述的電流採樣比較電路，包括第一電阻、第二電阻、第三 電阻、第四電阻、第五電阻，第一電容、第一比較器、第一二極體；
[0019] 所述第一電阻的一端與直流電源相連接，另一端與所述第二電阻的一端、第三電 阻的一端相連接，所述第三電阻的另一端接地，所述第二電阻的另一端與所述第一比較器 的反相輸入端、第一電容的一端相連接，所述第一比較器的正相輸入端與所述第四電阻的 一端相連接，所述第一比較器的輸出端與所述第一電容的另一端、所述第一二極體的陽極 相連接，所述第四電阻的另一端為焊接主迴路電流信號採集輸入端，所述第一二極體的陰 極與所述第五電阻的一端相連接，所述第五電阻的另一端與所述開關驅動脈衝比較電路相 連接。
[0020] 作為其中一個實施例，所述的給定信號拉低電路包括第四二極體、第十三電阻、給 定信號輸入端、控制信號輸出端；
[0021] 所述第四二極體陰極與開關驅動脈衝比較電路相連接，陽極與所述第十三電阻的 一端及控制信號輸出端相連接，所述第十三電阻的另一端與給定信號輸入端相連接。
[0022] 與傳統的技術相比，本發明針對逆變焊機空載時驅動大功率開關的脈衝寬度進行 限制的問題，提供了逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，通過開關驅動脈衝採樣電路、開關驅 動脈衝比較電路、給定信號拉低電路、電流採樣比較電路實現，通過開關驅動脈衝比較電 路，根據開關驅動脈衝採樣電路採集的開關驅動脈衝信號，及電流採樣比較電路採集的電 流信號，輸出對給定信號拉低電路的控制信號；通過給定信號拉低電路，根據開關驅動脈衝 比較電路輸出的控制信號，拉低給定信號的電壓大小，並輸出脈衝寬度限制信號。該逆變焊 機空載脈衝寬度限制電路，使用簡單的電路元器件，就能夠大大減小起弧瞬間焊機輸出的 電流，減小對大功率開關器件的衝擊，從而提高焊機的可靠性、安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路的原理框圖。
[0024] 圖2為本發明所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路其中一種實施例電路結構 圖。

【具體實施方式】
[0025] 為更進一步闡述本發明所採取的技術手段及取得的效果，下面結合附圖及較佳實 施例，對本發明的技術方案，進行清楚和完整的描述。
[0026] 參圖1所示，其中圖1為所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路的原理框圖。
[0027] 本發明提供了一種逆變焊機空載脈衝寬度限制電路100,包括電流採樣比較電路 130、開關驅動脈衝比較電路110、給定信號拉低電路120,所述電流採樣比較電路130與所 述開關驅動脈衝比較電路110相連接，所述開關驅動脈衝比較電路110與所述給定信號拉 低電路120相連接，所述開關驅動脈衝比較電路110還與逆變焊機的開關驅動脈衝採樣電 路140相連接；
[0028] 所述的電流採樣比較電路130，用於採集逆變焊機輸出電流信號，並將逆變焊機輸 出電流信號，轉換為標識逆變焊機工作狀態的高/低電平信號；
[0029] 所述開關驅動脈衝比較電路110,用於輸出空載時將所述的開關驅動脈衝採樣電 路140採集的開關驅動脈衝信號，與脈寬設定電壓和所述電流採樣比較電路130輸出的高 /低電平信號疊加後的信號進行比較處理，輸出對所述給定信號拉低電路120的控制信號； 但當帶負載時電流採樣比較電路130輸出高電平信號時，開關驅動脈衝比較電路輸出高電 平信號，給定信號拉低電路失效，開關驅動脈衝寬度的控制信號只與給定信號和電流反饋 號有關。
[0030] 所述給定信號拉低電路120,用於根據開關驅動脈衝比較電路110輸出的控制信 號，拉低輸入至所述給定信號拉低電路120的給定信號的電壓大小，並向逆變焊機的開關 驅動電路輸出限制開關驅動脈衝寬度的控制信號。
[0031] 作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝比較電路110,包括分壓電路；所述的 分壓電路為電阻分壓電路，用於根據所述開關驅動脈衝信號、給定信號的電壓大小提供所 述開關驅動脈衝比較電路需要的電壓。
[0032] 在該實施例中，所述分壓電路的電阻分壓情況，由所述開關驅動脈衝採樣電路中 輸入的脈衝信號的電壓大小，及給定信號拉低電路的給定信號的電壓大小決定。所述分壓 電路的電阻分壓情況，進一步決定所述給定信號拉低電路中對給定信號電壓拉低的幅度。 在該實施例中，通過分壓電路的直流電源電壓大小、電阻參數等設計符合電路需求的分壓 電路。
[0033] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的分壓電路，包括第六電阻心、第七電阻 R7、第八電阻R8。所述第六電阻R6 -端與直流電源相連接，另一端與第七電阻R7的一端和 第八電阻R8的一端相連接，所述第七電阻R 7的另一端接地，所述第八電阻R8的另一端輸出 開關驅動脈衝比較電路110需要的電壓，並與電流採樣比較電路相連接。
[0034] 在該實施例中，所述直流電源VCC的大小為逆變焊機電源提供的正常直流電源電 壓，優選為15伏；所述分壓電路的輸出端與開關驅動脈衝比較電路110中比較器隊的反相 輸入端2相連接，所述開關驅動脈衝採樣電路的輸出端與開關驅動脈衝比較電路110中比 較器U 2的正相輸入端3相連接；為保證電路開關驅動脈衝比較電路110輸出正確的控制信 號，所述分壓電路連接的直流電源VCC大小及分壓電路中電阻參數的設置需要滿足一定的 要求。
[0035] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝比較電路110,包括第二 比較器U 2A。所述第二比較器U2A正相輸入端3與所述電流採樣比較電路輸出端及所述分壓 電路相連接，所述第二比較器U 2的反相輸入端2與所述開關驅動脈衝採樣電路相連接、所 述第二比較器U2的輸出端1與給定信號拉低電路120相連接。
[0036] 在該實施例中，所述的開關驅動脈衝比較電路110，通過第二比較器U2對開關驅動 脈衝採樣電路採集的開關驅動脈衝信號，與分壓電路輸出和電流採樣比較電路輸出進行疊 加後的信號進行比較處理，進一步輸出控制給定信號拉低電路120的控制信號。
[0037] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝比較電路110,包括PI調 節電路。所述PI調節電路，用於降低電路的穩態誤差提高電路穩定性。
[0038] 在該實施例中，由於開關驅動脈衝比較電路110的後級電路為給定信號拉低電路 120,在給定信號拉低電路120設置有用於拉低給定信號電壓的第四二極體仏，為了提高電 路的穩定性，在所述的第二比較器U 2上設置了 PI調節電路。
[0039] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的PI調節電路，包括第十二電阻R12、第三 電容C 3、第四電容C4。所述第十二電阻R12的一端與所述第四電容C4的一端、第二比較器U 2 的反相輸入端相連接，所述第四電容(；的另一端與第二比較器隊的輸出端相連接，所述第 十二電阻R12的另一端與第三電容C 3的一端相連接，所述第三電容C3的另一端與第二比較 器隊的輸出端相連接。
[0040] 在該實施例中，所述的PI調節電路通過電容過濾脈衝，通過積分電路降低電路系 統的穩態誤差，進一步提1? 了電路的穩定性。
[0041] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的電流採樣比較電路包括第一電阻凡、第 二電阻r 2、第三電阻r3、第四電阻r4、第五電阻r5、第一比較器U 1A、第一電容Ci及第一二極 管D!。
[0042] 在所述的電流採樣比較電路中，所採集的引弧成功後焊接主迴路的電流信號通過 第四電阻R4的一端輸入，所述第四電阻R4的另一端與第一比較器U1A的正相輸入端3相連 接，所述第一電阻&的一端與直流電源VCC相連接，所述第一電阻&的另一端分別與第二 電阻R 2的一端、第三電阻R3的一端相連接，所述第三電阻R3的另一端接地，所述第二電阻 馬的另一端與第一電容Q的一端、跟隨器U 1A的反相輸入端2相連接，所述第一電容Q的另 一端與第一比較器U1A的輸出端1、第一二極體Di的陽極相連接，所述第一二極體Di的陰極 與第五電阻R 5的一端相連接，所述第五電阻1?5的另一端與所述開關驅動脈衝比較電路110 第二比較器U 2的正相輸入端3相連接。
[0043] 在該實施例中，所述的電流採樣比較電路採集焊接主迴路的電流信號，經過相關 處理，並進一步輸入到開關驅動脈衝比較電路110的比較器u2的反相輸入端2進行處理； 當焊接主迴路引弧成功，所述的電流採樣比較電路將相應的電流信號反饋給開關驅動脈衝 比較電路110，使得所述開關驅動脈衝比較電路110輸出高電平進一步使第四二極體d 4截 止，所述給定信號拉低電路120中的電壓將不再被拉低，焊接主迴路處於正常工作狀態。
[0044] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的開關驅動脈衝採樣電路，用於採集開關 驅動脈衝信號。所述的開關驅動脈衝採樣電路包括第二二極體D 2、第三二極體D3，第九電阻 R9、第十電阻R1(l、第十一電阻Rn，第二電容〇2，跟隨器U 1B。在所述的開關驅動脈衝採樣電路 中，開關驅動脈衝信號通過所述的第二二極體D2陽極端4與第三二極體D 3陽極端5分別輸 入，所述的第二二極體D2與第三二極體D3的陰極與所述的第九電阻R 9的一端相連接，所述 的第九電阻R9的另一端與第二電容C2的一端、第十電阻R 1(l的一端以及跟隨器U1B的正相輸 入端3相連接，所述的第二電容(：2的另一端以及第十電阻R 1(l的另一端接地，所述的跟隨器 U1B的輸出端1與第i 電阻Rn的一端相連接，所述第i 電阻Rn的另一端與開關驅動脈 衝比較電路110相連接。
[0045] 在該實施例中，所述的開關驅動脈衝採樣電路採集開關脈衝信號，經過相關處理， 並進一步輸入到開關驅動脈衝比較電路110的比較器u 2的反相輸入端2進行處理。
[0046] 如圖2所示，作為其中一個實施例，所述的給定信號拉低電路120包括第四二極體 D4、第十三電阻R13、給定信號輸入端6、控制信號輸出端7。
[0047] 所述第四二極體D4陰極與開關驅動脈衝比較及PI調節電路110相連接，陽極與 第十三電阻R 13的一端及控制信號輸出端7相連接，所述第十三電阻R13的另一端與給定信 號輸入端6相連接。
[0048] 在該實施例中，所述的給定信號拉低電路120,是通過開關驅動脈衝比較電路110 的控制信號，控制第四二極體D 4的導通狀態，當開關驅動脈衝比較電路110輸出低電平時， 第四二極體D4導通，所述給定信號拉低電路120中A點的電壓被拉低，控制信號輸出端7將 輸出被拉低後的信號，進一步實現對逆變焊機空載脈衝寬度的限制。
[0049] 作為本發明其中一個優選的實施例，本發明所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電 路100的具體實施過程如下：
[0050] 如圖2所示，開關驅動脈衝信號經第二二極體D2陽極端4、第三二極體D3陽極端5 和第九電阻R 9、第十電阻R1(l分壓送至由運算放大器組成的跟隨器U1B的正相輸入端3,再經 第十一電阻R n與由第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8等組成的基準電壓進行比較；當 經處理後的開關驅動脈衝信號大於基準電壓時，由第十二電阻R 12、第三電容C3、第四電容C4 和比較器U2等組成的PI調節電路輸出低電平信號，該低電平信號使第四二極體D4導通，使 給定信號拉低電路120中的給定信號輸入端6中輸入的給定信號拉低，使開關驅動脈衝寬 度變小；一旦引弧成功，由第一電阻札、第二電阻馬、第三電阻馬、第四電阻&、第一電容Q、 跟隨器U 1A、第一二極體Di和第五電阻R5等組成的電流採樣比較電路輸出高電平，該高電平 送至由第十二電阻R 12、第三電容C3、第四電容C4和比較器U2A等組成的PI調節電路的正相 輸入端，使得PI調節電路輸出高電平，該高電平信號使第四二極體仏截止，對給定信號拉 低電路120中的給定信號輸入端6中輸入的給定信號不起作用，從而不影響正常焊接輸出。
[0051] 本發明提供了一種用於在逆變焊機空載時對驅動脈衝寬度限制的電路，僅僅通過 簡單、常用電子元器件的設計，便可以解決上述技術難題；通過本發明的技術能夠大大減小 起弧瞬間焊機輸出電流，減小對大功率開關器件的衝擊，從而提高焊機的可靠性。
[0052] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，包括電流採樣比較電路、開關驅 動脈衝比較電路、給定信號拉低電路，所述電流採樣比較電路與所述開關驅動脈衝比較電 路相連接，所述開關驅動脈衝比較電路與所述給定信號拉低電路相連接，所述開關驅動脈 衝比較電路與逆變焊機的開關驅動脈衝採樣電路相連接； 所述的電流採樣比較電路，用於採集逆變焊機輸出電流信號，並將逆變焊機輸出電流 信號，轉換為標識逆變焊機工作狀態的高/低電平信號； 所述開關驅動脈衝比較電路，用於輸出空載時/帶負載時將所述的開關驅動脈衝採樣 電路採集的開關驅動脈衝信號，與脈衝寬度設定電壓和所述電流採樣比較電路輸出的高/ 低電平信號疊加後的信號進行比較處理，輸出對所述給定信號拉低電路的控制信號； 所述給定信號拉低電路，用於根據開關驅動脈衝比較電路輸出的控制信號，拉低給定 信號的電壓大小，並向逆變焊機的開關驅動電路輸出限制開關驅動脈衝寬度的控制信號。
2. 根據權利要求1所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的開關 驅動脈衝比較電路，包括分壓電路； 所述的分壓電路為電阻分壓電路，用於提供所述開關驅動脈衝比較電路的脈衝寬度設 定電壓。
3. 根據權利要求2所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的分壓 電路，包括第六電阻、第七電阻、第八電阻； 所述第六電阻一端與直流電源相連接，另一端與第七電阻的一端和第八電阻的一端相 連接，所述第七電阻的另一端接地，所述第八電阻的另一端輸出開關驅動脈衝比較電路需 要的電壓，並與電流採樣比較電路相連接。
4. 根據權利要求1所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的開關 驅動脈衝比較電路，包括第二比較器； 所述第二比較器正相輸入端與所述電流採樣比較電路輸出端及所述分壓電路相連接， 所述第二比較器的反相輸入端與所述開關驅動脈衝採樣電路相連接、所述第二比較器的輸 出端與給定信號拉低電路相連接。
5. 根據權利要求1所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的開關 驅動脈衝比較電路，包括PI調節電路； 所述PI調節電路，用於降低電路的穩態誤差提高電路穩定性。
6. 根據權利要求5所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的PI調 節電路，包括第十二電阻、第三電容、第四電容； 所述第十二電阻的一端與所述第四電容的一端、第二比較器的反相輸入端相連接，所 述第四電容的另一端與第二比較器的輸出端相連接，所述第十二電阻的另一端與第三電容 的一端相連接，所述第三電容的另一端與第二比較器的輸出端相連接。
7. 根據權利要求1所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的電流 採樣比較電路，包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻，第一電容、第一比 較器、第一二極體； 所述第一電阻的一端與直流電源相連接，另一端與所述第二電阻的一端、第三電阻的 一端相連接，所述第三電阻的另一端接地，所述第二電阻的另一端與所述第一比較器的反 相輸入端、第一電容的一端相連接，所述第一比較器的正相輸入端與所述第四電阻的一端 相連接，所述第一比較器的輸出端與所述第一電容的另一端、所述第一二極體的陽極相連 接，所述第四電阻的另一端為焊接主迴路電流信號採集輸入端，所述第一二極體的陰極與 所述第五電阻的一端相連接，所述第五電阻的另一端與所述開關驅動脈衝比較電路相連 接。
8.根據權利要求1所述的逆變焊機空載脈衝寬度限制電路，其特徵在於，所述的給定 信號拉低電路包括第四二極體、第十三電阻、給定信號輸入端、控制信號輸出端； 所述第四二極體陰極與開關驅動脈衝比較電路相連接，陽極與所述第十三電阻的一端 及控制信號輸出端相連接，所述第十三電阻的另一端與給定信號輸入端相連接。
【文檔編號】H03K5/22GK104065362SQ201410301714
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】舒振宇, 劉新春 申請人:上海滬工焊接集團股份有限公司