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【发明授权】交流方波焊机有源钳位装置_上海广为焊接设备有限公司_201711479474.9 

申请/专利权人:上海广为焊接设备有限公司

申请日:2017-12-29

公开(公告)日:2020-03-20

公开(公告)号:CN108127221B

主分类号:B23K9/073(20060101)

分类号:B23K9/073(20060101);B23K9/09(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.03.20#授权;2018.07.03#实质审查的生效;2018.06.08#公开

摘要:本发明提供了一种交流方波焊机有源钳位装置,包含交流输出电路与有源钳位电路:交直流输出电路,对高频脉冲信号进行整流,获得输出电压;有源钳位电路,对交直流输出电路中的电压尖峰进行钳位。本发明能够对电感处产生的电压尖峰进行钳位,保护后级器件不被损坏,同时将该部分能量存储后应用到电弧的再次引燃过程中,保持交流电弧过零时不断弧。

主权项:1.一种交流方波焊机有源钳位装置,其特征在于,包含交直流输出电路与有源钳位电路:交直流输出电路,对高频脉冲信号进行整流,获得输出电压;有源钳位电路,对交直流输出电路中的电压尖峰进行钳位;所述交直流输出电路包含变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1、IGBT管Q1以及IGBT管Q2;变压器T1的输入端为外部输入电压接入端;变压器T1的输出端的一端分别连接有二极管D1的正极、二极管D3的负极;变压器T1的输出端的另一端分别连接有二极管D2的正极、二极管D4的负极;变压器T1的输出端的公共端接输出电压端OUT-;二极管D1的负极分别连接有二极管D2的负极、电感L1的一端;二极管D3的正极分别连接有二极管D4的正极、IGBT管Q2的发射极;电感L1的另一端与IGBT管Q1的集电极相连;IGBT管Q1的发射极分别连接有IGBT管Q2的集电极、输出电压端ACOUT;IGBT管Q1的栅极与IGBT管Q2的栅极均为外部控制器相连端;所述有源钳位电路包含二极管D5、电容C1、压敏电阻RY1、光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及IGBT管Q3;二极管D5的正极与电感L1的另一端相连;二极管D5的负极分别连接到电容C1的一端、压敏电阻RY1的一端、电阻R4的一端;电容C1的另一端分别连接到二极管D3的正极、二极管D4的正极、光耦U1控制端的另一端、电阻R3的另一端、IGBT管Q3的发射极、IGBT管Q2的发射极;压敏电阻RY1的另一端连接电阻R1的一端;电阻R1的另一端连接光耦U1控制端的一端;光耦U1被控制端的一端为外部电源接入端VCC,光耦U1被控制端的另一端连接电阻R2的一端;电阻R2的另一端分别连接到电阻R3的一端、IGBT管Q3的栅极;IGBT管Q3的集电极连接电阻R4的另一端;所述光耦U1包含发光二极管与光敏三极管;光耦U1控制端的一端为发光二极管的正极,光耦U1控制端的另一端为发光二极管的负极,光耦U1被控制端的一端为光敏三极管的集电极,光耦U1被控制端的另一端为光敏三极管的发射极;IGBT管Q1的集电极构成端口DC+,IGBT管Q2的发射极构成端口DC-;IGBT管Q1关断的时刻,此时电感L1的电流从有到无产生突变,会在DC+处产生一个高压,此时,该高压会通过二极管D5对电容C1进行充电,将DC+处的电压钳位在节点V1的电压加二极管D5的管压降的值上;V1则由压敏电阻RY1进行检测,一旦V1电压超过压敏电阻RY1的耐压值,压敏电阻RY1就被击穿,从而光耦U1导通,驱动IGBT管Q3导通,将超过V1电压的那一部分能量消耗在电阻R4以及IGBT管Q3上面,由电感L1的电流突变产生的能量经电容C1的储存以及电阻R4、IGBT管Q3对能量的消耗,V1电压被稳定在一个由压敏电阻RY1决定的固定值上面;在IGBT管Q1关断的同时,IGBT管Q2开通,此时,输出回路中是没有电流的,电弧处于“熄灭”状态,此时需要再次引燃电弧才能够建立起电流流通的回路,存储在电容C1上的高压能量被用于电弧的再次引燃,由于V1的电压远远高于二极管D3、二极管D4整流后输出的电压,保证电弧再次引燃,有效防止在焊接过程中断弧现象的发生。

全文数据:交流方波焊机有源钳位装置技术领域[0001]本发明涉及电焊机设备领域,具体地,涉及一种交流方波焊机有源钳位装置,特别是一种交流方波钨极氩弧焊机有源钳位装置。背景技术[0002]铝、镁及其合金等材料,其氧化物的熔点远远高于其材料本身的熔点,同时这些材料在空气中极易氧化,故这类材料的表面是以其氧化物的形态而存在的。在对铝、镁及其合金等材料焊接时,需要将其表面的氧化膜清理掉才能正常焊接,电弧的“阴极雾化”可以有效的清除这种氧化膜,交流氩弧焊机输出交流脉冲电流,当其输出负脉冲时具有“阴极雾化”功能,可以将铝、镁及其合金等材料表面的氧化膜清理掉;当其输出正脉冲时完成对板材的焊接。对于焊机设备,交流电流换向时会在电感处产生高压尖峰,一方面对后级器件造成损坏,另一方面也造成能量的浪费。发明内容[0003]针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种交流方波焊机有源钳位装置。[0004]根据本发明提供的交流方波焊机有源钳位装置,包含交流输出电路与有源钳位电路:[0005]交直流输出电路,对高频脉冲信号进行整流,获得输出电压;[0006]有源钳位电路,对交直流输出电路中的电压尖峰进行钳位。[0007]优选地,所述交直流输出电路包含变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感LI、IGBT管Q1以及IGBT管Q2;[0008]变压器T1的输入端为外部输入电压接入端;变压器T1的输出端的一端分别连接有二极管D1的正极、二极管D3的负极;变压器T1的输出端的另一端分别连接有二极管D2的正极、二极管D4的负极;变压器n的输出端的公共端接输出电压端〇UT-;二极管D1的负极分别连接有二极管D2的负极、电感L1的一端;二极管D3的正极分别连接有二极管D4的正极、IGBT管Q2的发射极;电感L1的另一端与IGBT管Q1的集电极相连;IGBT管Q1的发射极分别连接有IGBT管Q2的集电极、输出电压端ACOUT;IGBT管Q1的栅极与IGBT管Q2的栅极均为外部控制器相连端。[0009]优选地,所述有源钳位电路包含二极管D5、电容C1、压敏电阻RY1、光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及IGBT管Q3;[°010]二极管D5的正极与电感L1的另一端相连;二极管D5的负极分别连接到电容C1的一^、压敏电阻RH的一端、电阻R4的一端;电容C1的另一端分别连接到二极管D3的正极、二极管D4的正极、光親U1控制端的另一端、电阻R3的另—端、⑽了管⑽的发射极、igb1^q2的发极;压敏电阻RY1的另一端连接电阻[^的一端;电阻R1的另一端连接光耦仍控制端的一端、親ui被控制端的一端为外部电源接入端vcc,光耦仍被控制端的另一端连接电阻旧的一端;电阻R2的另一端分别连接到电阻r3的一端、扣阶管⑽的栅极;IGBT管Q3的集电极连接电阻R4的另一端。[0011]优选地,所述光耦U1包含发光二极管与光敏三极管;光耦U1控制端的一端为发光二极管的正极,光耦U1控制端的另一端为发光二极管的负极,光耦U1被控制端的一端为光敏三极管的集电极,光耦U1被控制端的另一端为光敏三极管的发射极。[0012]优选地,的集电极构成端口DC+,1;价管呢的发射极构成端口DC—。[0013]与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:[0014]1、本发明能够对电感处产生的电压尖峰进行钳位,保护后级器件不被损坏,同时将该部分能量存储后应用到电弧的再次引燃过程中,保持交流电弧过零时不断弧。[0015]2、本发明可有效吸收交流电流换相时产生的高压尖峰,同时还将这部分能量存储并利用。附图说明[0016]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:[0017]图1为本发明电路连接结构图;[0018]图2为交直流输出电路连接结构图;[0019]图3为本发明交流输出电流波形;图中T为时间,I为电流。具体实施方式[0020]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。[0021]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。[0022]如图1所示,本发明提供了一种交流方波焊机有源钳位装置,包含交流输出电路与有源钳位电路:交直流输出电路,对高频脉冲信号进行整流,获得输出电压;有源钳位电路:对交直流输出电路中的电压尖峰进行钳位。所述交直流输出电路包含变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1、IGBT管Q1以及IGBT管Q2;变压器H的输入端为外部输入电压接入端;变压器T1的输出端的一端分别连接有二极管D1的正极、二极管D3的负极;变压器T1的输出端的另一端分别连接有二极管D2的正极、二极管D4的负极;变压器T1的输出端的公共端接输出电压端0UT-;二极管D1的负极分别连接有二极管D2的负极、电感L1的一端;二极管D3的正极分别连接有二极管D4的正极、IGBT管Q2的发射极;电感L1的另一端与IGBT管Q1的集电极相连;IGBT管Q1的发射极分别连接有IGBT管Q2的集电极、输出电压端AC0UT;IGBT管Q1的栅极与IGBT管Q2的栅极均为外部控制器相连端。[0023]所述有源钳位电路包含二极管D5、电容C1、压敏电阻RY1、光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及IGBT管Q3;二极管D5的正极与电感L1的另一端相连;二极管D5的负极分別连接到电谷Cl的一%、压敏电阻RY1的一端、电阻R4的一端;电容Cl的另一端分别连接到二极管D3的正极、二极管D4的正极、光耦U1控制端的另一端、电阻R3的另一端、1即1管奶的发射极、IGBT管Q2的发射极;压敏电阻RY1的另一端连接电阻則的一端;电阻R1的另一端连接光耦U1控制端的一端;光耦U1被控制端的一端为外部电源接入端vcc,光耦仍被控制端的另一端连接电阻R2的一端;电阻R2的另一端分别连接到电阻R3的一端、扣阶管⑽的栅极;IGBT管Q3的集电极连接电阻R4的另一端。优选地,所述光耦以包含发光二极管与光敏三极管;光耦U1控制端的一端为发光二极管的正极,光耦m控制端的另一端为发光二极管的负极,光耦U1被控制端的一端为光敏三极管的集电极,光耦ui被控制端的另一端为光敏三极管的发射极。优选地,光細1的型号为PC817。优选地,IGBT管Q1的集电极构成端口DC+,IGBT管Q2的发射极构成端口DC-。[0024]如图2所示,交直流输出电路中主变压器T1输出高频交流方波,通过二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的全波整流电路后变成直流,通过后级的IGBT管Q1、IGBT管Q2的交替导通得到交流输出,通过控制IGBT管Ql、IGBT管Q2交替导通的频率以及导通时间,可以调节交流输出的频率及占空比,图3为交流方波钨极氩弧焊机的交流输出电流波形,当IGBT管Q1导通时,主变压器T1的高频脉冲信号经过二极管D1、二极管D2整流,经过电感LI,IGBT管Q1后到达ACOUT端□,此时ACOUT的电压高于OUT-的电压,焊机输出正电流。当IGBT管Q2导通时,主变压器T1的高频脉冲信号经过二极管D3、二极管D4整流,经过IGBT管Q2后到达AC0UT端口,此时AC0UT的电压低于OUT-的电压,焊机输出负电流。在正负极电流切换的时候,存在有电流突变,而由于图2中的电感L1的存在,电流不能突变,必然会在电感L1处产生一个很高的电压尖峰,一旦此电压尖峰超过IGBT管Ql、IGBT管Q2的额定耐压值,必定会造成IGBT管Q1、IGBT管Q2的失效。有源钳位电路则能够对交直流输出电路中的电压尖峰进行钳位。[0025]IGBT管Q1关断的时刻,即图3中的11时刻,此时电感L1的电流从有到无产生突变,会在DC+处产生一个高压,此时,该高电压会通过二极管D5对电容C1进行充电,将DC+处的电压钳位在图1所示节点VI的电压加二极管D5的管压降的值上;VI则由压敏电阻RY1进行检测,一旦VI电压超过压敏电阻RY1的耐压值,压敏电阻RY1就被击穿,从而光耦U1导通,驱动IGBT管Q3导通,将超过VI电压的那一部分能量消耗在电阻R4以及IGBT管Q3上面,经过前面所述的能量产生以及电阻R4、IGBT管Q3对能量的消耗,VI电压被稳定在一个由压敏电阻RY1决定的固定值上面。[0026]在IGBT管Q1关断的同时,IGBT管Q2开通,此时,输出回路中是没有电流的,电弧处于“熄灭”状态,此时需要再次引燃电弧才能够建立起电流流通的回路,存储在电容C1上的高压能量被用于电弧的再次引燃,由于VI的电压远远高于二极管D3、二极管D4整流后输出的电压,可以保证电弧再次引燃,可有效防止在焊接过程中断弧现象的发生。t2时刻(IGBT管Q1开通,IGBT管Q2关断)电路的工作原理亦然。[0027]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

权利要求:1.一种交流方波焊机有源谢位装置,其特征在于,包含交流输出电路与有源钳位电路:交直流输出电路,对高频脉冲信号进行整流,获得输出电压;有源钳位电路,对交直流输出电路中的电压尖峰进行钳位。2.根据权利要求1所述的交流方波焊机有源钳位装置,其特征在于,所述交直流输出电路包含变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感LI、IGBT管Q1以及IGBT管Q2;变压器T1的输入端为外部输入电压接入端;变压器T1的输出端的一端分别连接有二极管D1的正极、二极管D3的负极;变压器T1的输出端的另一端分别连接有二极管D2的正极、二极管D4的负极;变压器n的输出端的公共端接输出电压端OUT-;二极管D1的负极分别连接有二极管D2的负极、电感L1的一端;二极管D3的正极分别连接有二极管D4的正极、IGBT管Q2的发射极;电感L1的另一端与IGBT管Q1的集电极相连;IGBT管Q1的发射极分别连接有IGBT管Q2的集电极、输出电压端ACOUT;IGBT管Q1的栅极与IGBT管Q2的栅极均为外部控制器相连端。3.根据权利要求2所述的交流方波焊机有源钳位装置,其特征在于,所述有源钳位电路包含二极管D5、电容C1、压敏电阻RY1、光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及IGBT管Q3;二极管D5的正极与电感L1的另一端相连;二极管D5的负极分别连接到电容C1的一端、压敏电阻RY1的一端、电阻R4的一端;电容C1的另一端分别连接到二极管D3的正极、二极管D4的正极、光耦U1控制端的另一端、电阻R3的另一端、IGBT管Q3的发射极、IGBT管Q2的发射极;压敏电阻RH的另一端连接电阻R1的一端;电阻R1的另一端连接光耦u丨控制端的一端;光耦U1被控制端的一端为外部电源接入端VCC,光耦m被控制端的另一端连接电阻R2的一端;电阻R2的另一端分别连接到电阻R3的一端、IGBT管Q3的栅极;IGBT管Q3的集电极连接电阻R4的另一端。4.根据权利要求3所述的交流方波焊机有源钳位装置,其特征在于,所述光耦U1包含发光二极管与光敏三极管;光耦U1控制端的一端为发光二极管的正极,光耦U1控制端的另一端为发光二极管的负极,光耦U1被控制端的一端为光敏三极管的集电极,光耦U1被控制端的另一端为光敏三极管的发射极。5.根据权利要求3所述的交流方波焊机有源钳位装置,其特征在于,IGBT管Q1的集电极构成端口DC+,IGBT管Q2的发射极构成端口DC-。

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