一種mos場效應管逆變焊機的整機結構的製作方法

2023-04-23 17:23:41

一種mos場效應管逆變焊機的整機結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型設計了一種MOS場效應管逆變式手工電弧焊機，一種MOS場效應管逆變焊機的整機結構，包括焊機機蓋（2）、電路板組件、焊機機底（27）和直流風機（26），其特徵在於：所述的電路板組件包括平行設置的上層電路板組件（4）和下層電路板組件（11），上、下層電路板組件之間通過上層絕緣板（9）隔離，直流風機（26）設置在上、下層電路板組件之間間隙的後側並固定在焊機機底（27）後面板的散熱窗處，本實用新型在保證散熱性能的前提下儘量減少電路板尺寸，因而可使焊機整機的結構合理，上層控制電路板部分採用表面貼片元器件，經SMT工藝加工製作，安裝和生產效率高，體積小，重量輕。
【專利說明】一種MOS場效應管逆變焊機的整機結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種MOS場效應管逆變式弧焊機是電子控制的一類電焊機產品，屬焊接設備和【技術領域】。
技術背景
[0002]當前，電焊機產品市場的競爭十分激烈，不僅體現在技術的先進性和優勢上，還在很大程度上取決於焊機的電路和結構設計、生產效率的高低、生產成本的多少，產品的一致性和可靠性等方面。
[0003]目前，採用多個MOS單管全橋逆變主電路和控制電路構成的逆變焊機種類是比較多的，它們的電路和焊機的結構形式也是多種多樣的，不同的電路和焊機的結構設計思路，整機的布置和設計方式、外觀是不同的，不僅如此，焊機的性能指標(包括負載持續率、溫升等)也可能會表現出一定的差距，由於具體電路及其結構設計方面的不同，因而焊機的裝配、生產效率、生產成本等也會明顯不同。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提供一種MOS場效應管逆變焊機的整機結構，控制電路板部分採用表面貼片元器件，經SMT工藝加工製作的，使用MOS場效應管的逆變直流弧焊機及其整機結構設計，故其電路板尺寸小，因而可使焊機整機的結構合理，安裝和生產效率高，體積小，重量輕，同時，可增加每個貨櫃運輸的數量，降低運輸的成本。
[0005]為實現上述目的採用以下技術方案:
[0006]一種MOS場效應管逆變焊機的整機結構，包括焊機機蓋、電路板組件、焊機機底和直流風機，其特徵在於:在所述的焊機機底的前面板上設有與電路板組件連接的電流調節電位器、過熱保護指示燈、電源工作指示燈和數顯表，所述的電路板組件包括平行設置的上層電路板組件和下層電路板組件，上、下層電路板組件之間通過上層絕緣板隔離，直流風機設置在上、下層電路板組件之間間隙的後側並固定在焊機機底後面板的散熱窗處，所述的下層電路板組件上設有八個快速恢復二極體組、兩個逆變高頻主變壓器以及單相整流橋、繼電器、PT熱敏電阻和NTC熱敏電阻，兩個逆變高頻主變壓器布置在電路板的中間，八個快速恢復二極體組布置在電路板上兩個逆變高頻主變壓器的兩側；上層電路板組件主要設置有八個MOS場效應管，每側設置四個，同時，每側的MOS場效應管組共用一個鋁散熱器；一個驅動脈衝變壓器，在此驅動脈衝變壓器的兩側，設置有由貼片電阻、電容、二極體、穩壓管組成的四路形式相同的驅動電路，分別驅動四組MOS場效應管組，在該電路板上還設有二個大的電解電容，一個電流互感器，一個開關電源變壓器，PWM脈衝寬度調製器集成電路及其外圍電路的電子元器件，運算放大器其外圍電路的電子元器件。
[0007]所述的繼電器、單相整流橋、濾波電解電容、MOS場效應管和二個高頻變壓器，以及快恢復二極體組組成焊機的逆變主電路；PT熱敏電阻和NTC熱敏電阻、繼電器及其控制電路構成上電緩衝電路。[0008]本實用新型焊機上層電路板的主要作用是:逆變和電焊機的輸出特性控制，逆變的概念就是把直流電變換為交流電，下層電路板組件的主要作用是:逆變器的輸出整流，即將逆變高頻主變壓器的交流電流和電壓，另一個作用是:輸入整流和濾波，即將電網供給的交流電壓，通過單相整流橋變成直流輸出電壓，並經過兩個電解電容濾波後，成為穩定的直流電壓，再供給逆變主電路，設置繼電器、PTC和NTC熱敏電阻的目的是構成上電緩衝電路，防止浪湧電流燒壞焊機的供電電源開關。
[0009]本實用新型焊機內部的電路板，設計上分為上、下二塊電路板，每塊電路板有自己的結構形式，通過改變上層電路板MOS場效應管型號或電流等級，並結合調整上層電路板上可調電位器的參數值，即可改變焊機的額定輸出電流或功率的大小，從而製成符合國家和國際標準的系列逆變電焊機廣品，也就是製成100A、120A、140A等額定電流等級的逆變手工電弧焊機產品，上、下層電路板組件之間通過上層絕緣板隔離，直流風機設置在上、下層電路板組件之間間隙的後側並固定在焊機機底後面板的散熱窗處，在保證散熱性能的前提下儘量減少電路板尺寸，因而可使焊機整機的結構合理，上層控制電路板部分採用表面貼片元器件，經SMT工藝加工製作，安裝和生產效率高，體積小，重量輕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型焊機的組成爆炸圖；
[0011]圖2為本實用新型驅動和主電路原理圖；
[0012]圖3為本實用新型電源部分電路原理圖；
[0013]圖4為本實用新型電路原理圖。
[0014]附圖1中部件的名稱如下:1、背帶；2、焊機機蓋；3、驅動脈衝變壓器；4、上層電路板組件；5、濾波電解電容；6、電流互感器；7、PWM脈衝寬度調製器集成電路；8、開關電源變壓器；9、上板絕緣板；10、逆變高頻主變壓器；11、下層電路板組件；12、M0S場效應管；13絕緣襯墊；14、快速恢復二級管；15、整流橋散熱器；16、整流橋；17、左散熱器；18、輸出銅連接片；19、繼電器；20、PTC熱敏電阻；21、NTC熱敏電阻；22、銅條；23、右散熱器；24、電源開關；25、電源線；26、直流風機；27、焊機機底；28、正極快速接頭；29、負極快速接頭；30、電流調節電位器；31、過熱保護指示燈；32、電源工作指示燈；33、數顯表。
【具體實施方式】
[0015]如圖1-4所示，本實用新型焊機主要由以下部分組成:焊機機蓋2、上層電路板組件4、下層電路板組件11、焊機機底27、直流風機26、焊接電流數字顯示錶33、電流調節電位器30、上層絕緣板9、電源開關24、電源工作指示燈32和過熱保護指示燈31、正極快速接頭28和負極快速接頭29等部分組成。
[0016]本實用新型焊機內部的電路結構分為上、下二塊電路板，在下層電路板組件11上，主要有:八個D92 - 02快速恢復二極體組14，分別布置在電路板上兩個逆變高頻主變壓器10的兩側，焊機工作過程中，為防止D92 - 02快速恢復二極體組14過熱損壞，為其設有左散熱器17和右散熱器23 ;兩個逆變高頻主變壓器10布置在電路板的中間，一個分流器；二個銅連接片，若干銅連接條，單相整流橋；繼電器19，其它插接件等零部件和元器件，由於下層電路板組件11上只有少量的器件和零部件，故生產和安裝十分方便、快捷，另外，在製造不同電流等級的電焊機產品過程中，允許配置的整流橋16不同，例如，小電流(如IOOA的)輸出的焊機可採用35A/1000V的單相整流橋來代替。
[0017]本實用新型焊機下層電路板組件11的主要作用是:逆變器的輸出整流，即將高頻主變壓器10的交流電流和電壓，通過D92 - 02快速恢復二極體組14的整流變成直流輸出的電流和電壓，滿足焊接的需要，本實用新型焊機下層電路板組件11的另一個作用是:輸入整流和濾波，即將電網供給的交流電壓(220V或230V，50/60HZ)，通過單相(二極體構成的)整流橋16 (GBPC5010)變成直流輸出電壓，並經過兩個電解電容5 (470μΡ/400ν)濾波後，成為穩定的直流電壓，再供給逆變主電路，設置繼電器19 (30A/DC24V)、PTC熱敏電阻20和NTC熱敏電阻21的目的是構成上電緩衝電路，防止浪湧電流燒壞焊機的供電電源開關24。
[0018]在上層電路板組件4上，採用的電子元器件和零部件較多，主要有=AfMOS場效應管，每側設置4個，同時，每側的MOS場效應管組共用一個鋁散熱器；一個驅動脈衝變壓器3，在此驅動脈衝變壓器的兩側，設置有由貼片電阻(如3Κ、6.SR)、電容(如224)、二極體(如ΙΝ4148)、穩壓管(如5V1)等組成的四路形式相同的驅動電路，分別驅動四組MOS場效應管組，另外，在該電路板上還設有若干電子元器件，主要有:二個大的47(^F/400V的電解電容5，一個電流互感器6，一個開關電源變壓器8，PWM脈衝寬度調製器集成電路7及其外圍電路的電子元器件，運算放大器其外圍電路的電子元器件，還有很多的貼片式電阻、電容、穩壓管、三極體、二極體；3296封裝的可調電位器、小電解電容、(有VH、XH標識的)插接件等；可見，在上層板 上有很多的電子元器件，如果這些(如電阻、電容、穩壓管、三極體、二極體等)電子元器件採用非表面貼裝的器件，那麼，電路板的尺寸將很在，自然地，電路板的價格會高，電焊機機箱的整體尺寸也會大很多，成本也會隨之增加，這對於大批量生產該產品來說，顯然會增加成本，是不經濟的。因此，本實用新型，採用表面貼裝的器件來設計該電路板，這是有利於縮小電路板的尺寸和電焊機機箱的整體尺寸，降低電路板和機箱價格的，不僅如此，由於可採用先進的SMT自動貼片機來高效率、高質量地生產電路板，因此，可明顯減少生廣人員，提聞焊機的生廣效率。這對於進一步降低廣品的成本，提聞廣品的質量是十分有利的。
[0019]本實用新型焊機上層電路板組件4的主要作用是:逆變和電焊機的輸出特性控制，逆變的概念就是把直流電變換為交流電，在本實用新型焊機中，就是把下層電路板組件11獲得的穩定直流電，在主控制電路和其它電路的作用下，通過對Ml~Μ8場效應MOS場效應管組12組成的開關的導通/關斷控制，轉換為高頻交流電(頻率在IOOKHz左右)。該高頻交流電供給下層電路板組件11上的高頻變壓器10，通過它進行降壓、變流後，再供給下層電路板組件11上的D92 - 02快速恢復二極體組14組成的整流電路，從而實現焊機輸出直流電流或電壓，僅僅輸出直流電流或電壓是不夠的，還必須滿足電焊機所要求的輸出特性，也就是要實現焊接電源的下降特性控制；輸出特性的控制主要是利用電流負反饋控制和PWM脈衝寬度調製等電路來實現的，為實現焊接電流的調節，電焊機設置一個電流調節電位器30，當焊機工作時，檢測到的焊機輸出電流負反饋信號經放大處理後會與電流給定信號進行比較，決定PWM脈衝的寬度或佔空比，該脈衝的寬度將決定焊機的輸出電流、電壓的大小，當焊機空載的時候，由於輸出(或空載)電流非常小，所以，產生的PWM脈衝寬度將使焊機輸出較高的空載電壓，隨著焊機輸出電流的增加，產生的PWM脈衝寬度將隨之減小，焊機的輸出電壓降低，當輸出電流增加到給定值時，隨輸出電流的微小增加，產生的PWM脈衝寬度將使焊機的輸出電壓迅速降低，這就形成了所謂的焊接電源的下降特性。
[0020]逆變主電路是由繼電器19、單相整流橋16、濾波電解電容5、Ml~M8場效應MOS場效應管組12和二個高頻變壓器10，以及快恢復二極體組14、分流器等組成的；PT熱敏電阻20C和NTC熱敏電阻21、繼電器19及其控制電路構成上電緩衝電路；當接通220V供電交流電壓時，在電源開關合上後的一段時間內，繼電器19的觸頭還沒有導通，即繼電器19的動作時間會落後於電源開關的動作時間。在這段時間內，由於繼電器19的觸頭還沒有閉合，電流只能夠通過熱敏電阻給整流橋16供電，進而給濾波電解電容5 (兩個47(^F/400V)充電，當濾波電解電容5充電達到穩定的時候，繼電器19才會動作，它的常開觸點閉合，從而短接熱敏電阻，如果沒有上電緩衝控制電路，則接通電源開關24後，由於濾波電解電容5上的電壓為零，相當於整流橋16的輸出端處於短路狀態，因此，會在單相整流橋16的輸入端產生很大的電流，會燒壞焊機的電源開關24，甚至整流橋16，可見，熱敏電阻的延時被短路，可起到減少啟動電流或者說上電緩衝的作用，進而保護整流橋16、電源開關24不致於被過大的電流燒壞。
[0021]本實用新型系列焊機沒有採用控制變壓器作為供電的變壓器，而是採用輔助電源變壓器8及其外圍器件等部分組成的電源供電。該電路部分的三端集成穩壓器及其附屬電路構成直流穩壓電路，可在三端集成穩壓器的輸出端分別獲得穩定的一 12V、+ 12V和+ 5V直流電壓；一 12V、+ 12V作為其它控制電路的電源電壓，使電路能夠正常工作，+ 5V作為電流顯示電路部分的電源；圖1中的PWM脈衝寬度調製器集成電路7 (SG3525)及其外圍電路組成PWM脈衝寬度調製電路，脈衝寬度調製電路的主要作用是根據焊機的焊接電流給定信號和電流負反饋信號，確定其的輸出脈衝佔空比，最終控制電焊機的輸出特性，PWM脈衝寬度調製器集成電路7的11和14腳輸出頻率(100~106ΚΗζ)固定、寬度或佔空比可變的脈衝信號，最終可驅動MOS場效應管組12交替導通，實現逆變變換。MOS場效應管12的交替導通，可在2 二個逆變高頻主變壓器10的初級繞組中產生高頻交變電流和電壓，通過2個逆變高頻主變壓器10的降壓作用，獲得一定的高頻交流電壓和電流，經快速恢復二極體組14的整流，從而獲得滿足焊`接要求的直流電壓和電流。
[0022]對於該電路板上的驅動控制電路，主要由三極體、驅動脈衝變壓器3、MOS場效應管、電阻和二極體、穩壓管以及它們外圍的電阻、電容等組成，驅動控制電路的作用主要是根據PWM脈衝寬度調製器集成電路7 (SG3525)部分電路的PWM脈衝寬度調製信號產生兩路MOS場效應管的驅動控制脈衝信號，使Ml~Μ8場效應管組導通或關斷，從而在逆變高頻主變壓器的初級繞組中獲得交流電流和電壓。
[0023]溫度保護繼電器(常閉型)安裝逆變高頻主變壓器10或上層電路板MOS場效應管的鋁散熱器上，當檢測的溫度達到溫度保護繼電器的動作溫度時，過熱指示燈會亮，同時，可使PWM脈衝寬度調製器集成電路7的8腳控制端電平為低，使輸出PWM脈衝信號停止產生，從而限制焊機輸出電流，達到保護MOS場效應管組不會因為過熱損壞的目的，起到保護的作用。
[0024]安裝在上層電路板組件4上的300:1的電流檢測互感器6 (Tl)，其初級串入在逆變主電路迴路中，可檢測逆變主電路的初級電流大小。當Tl檢測到過流信號時，同樣可使上層電路板組件4的PWM脈衝寬度調製器集成電路7的輸出PWM脈衝信號停止產生，限制焊機輸出電流，保護MOS場效應管組12不會因為過流而損壞，起到保護的作用，電位器安裝在電焊機的前面板上，連接到XH — 03插頭，可產生電流給定信號，調節焊機輸出的焊接電流大小。
[0025]焊機輸出特性的控制原理是:調節焊接電流大小的電位器30安裝在電焊機機底27的前部面板上，可產生電流給定信號，下層電路板組件11的分流器，可檢測焊機輸出電流的大小，該信號的大小與焊機輸出的焊接電流成正比，焊機輸出電流大，則檢測到電流反饋信號也較大，所檢測到的電流反饋信號需經運算放大器(CA3140)處理，該電流檢測信號作為電流負反饋信號輸入到上層電路板組件4的U2部分電路，並與(調節焊接電流大小的)電位器30產生的電流給定信號進行比較，通過上層電路板組件4的U2等電路的控制，可獲得驅動Ml?M8場效應管組12工作的脈衝寬度調製信號，焊接時，當電位器產生的電流給定信號增大時，輸出的焊接電流也會隨之增加，反之，則會減小，當電位器產生的電流給定信號不變時，隨著焊接電流的增加，電流負反饋信號增大，由於它的極性與給定信號的極性相反，因此，通過上層電路板組件4的Ul部分電路的控制，會使驅動Ml?M8場效應管組12工作的脈衝寬度隨之減小，Ml?M8場效應管組12的導通時間縮短，這就會使輸出的電壓降低，即在給定不變的情況下，焊接電流增大，輸出電壓降低，這也就是獲得了所謂的滿足手工電弧焊要求的下降外特性。
[0026]以上內容是結合具體的焊機結構對本實用新型所作的詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只限於這些說明。對實用新型所述【技術領域】的其他技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演和替換，這些都應該視為屬於本發明保護的範疇。
【權利要求】
1.一種MOS場效應管逆變焊機的整機結構，包括焊機機蓋(2)、電路板組件、焊機機底(27)和直流風機(26)，其特徵在於:在所述的焊機機底(27)的前面板上設有與電路板組件連接的電流調節電位器(30)、過熱保護指示燈(31)、電源工作指示燈(32)和數顯表(33)，所述的電路板組件包括平行設置的上層電路板組件(4)和下層電路板組件(11 )，上、下層電路板組件(4)、(11)之間通過上層絕緣板隔離(9)，直流風機(26)設置在上、下層電路板組件(4)、(11)之間間隙的後側並固定在焊機機底(27)後面板的散熱窗處，所述的下層電路板組件(11)上設有八個快速恢復二極體組(14)、兩個逆變高頻主變壓器以及單相整流橋(16 )、繼電器(19 )、PT熱敏電阻(20 )和NTC熱敏電阻(21)，兩個逆變高頻主變壓器(10 )布置在電路板的中間，八個快速恢復二極體(14)組布置在電路板上兩個逆變高頻主變壓器(10)的兩側；上層電路板組件(4)主要設置有八個MOS場效應管(12)，每側設置四個，同時，每側的MOS場效應管組共用一個鋁散熱器；一個驅動脈衝變壓器(3)，在此驅動脈衝變壓器(3)的兩側，設置有由貼片電阻、電容、二極體、穩壓管組成的四路形式相同的驅動電路，分別驅動四組MOS場效應管組，在該電路板上還設有二個大的電解電容(5)，一個電流互感器(6)，一個開關電源變壓器(8)，PWM脈衝寬度調製器集成電路(7)及其外圍電路的電子元器件，運算放大器其外圍電路的電子元器件。
2.如權利要求1所述的一種MOS場效應管逆變焊機的整機結構，其特徵在於:所述的繼電器(19)、單相整流橋(16)、濾波電解電容5、MOS場效應管(12)和二個高頻變壓器(10)，以及快恢復二極體組(14)組成焊機的逆變主電路；PT熱敏電阻(20)和NTC熱敏電阻(21)、繼電器(19 )及其控制電路構成上電緩衝電路。
【文檔編號】B23K9/10GK203526775SQ201320710720
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】蔡獻, 魏繼昆, 朱宣輝, 陳法慶, 朱宣東 申請人:浙江肯得機電股份有限公司