一种直流电机驱动式焊枪的控制电路

技术领域

本发明是涉及一种直流电机驱动式焊枪的控制电路，属于焊枪电路技术领域。

背景技术

电弧螺柱焊是一种高效、高质量的螺柱焊接方法。焊枪是实现螺柱焊接的直接执行机构，焊枪性能的优劣对于螺柱焊接质量有很大影响。

传统用于电弧螺柱焊的焊枪主要是电磁式焊枪，该类焊枪的主轴体驱动机构为电磁铁-弹簧结构，在焊枪壳体的空腔中设有动铁芯、电磁线圈和静铁芯，是通过电磁线圈的电流改变实现动铁芯与静铁芯之间的吸合和分离，从而驱动焊枪主轴体的升降运动，实现焊钉的提升和释放操作。由于在使电磁铁产生吸合力过程中，电磁线圈要产生热量，因此，该类焊枪在连续使用一定时间后，其表面会存在温升过高现象，以致会引起如下问题：1)容易对操作者产生烫伤风险；2)容易导致电磁线圈变形或烧毁，以致焊枪主轴体被卡住不动，造成焊枪损坏；3)温升过高会使电磁线圈的电阻增加，导致电磁线圈的电流减小，从而导致焊枪的提升力大幅度降低，以至提不起焊钉，这在大直径或超长焊钉焊接时尤其明显；4)焊钉向下时，由于动铁芯与静铁芯之间的吸合力过大，因此在焊枪返回时，要用油压缓冲器进行主轴缓冲才能避免焊钉向下时发生铁水飞溅的安全风险。

为了克服电磁式焊枪所存在的上述缺陷问题，现有技术中已有一种采用直流电机驱动主轴体做升降运动的电弧螺柱焊枪，其中的驱动机构包括电机和驱动电路，通常还包括电压调节电路，所述电压调节电路与驱动电路相连接。虽然这种直流电机驱动的螺柱焊枪，可有效避免现有电磁驱动机构所存在的使用寿命短、焊接质量和效率低的缺陷问题，但其中的电压调节电路的电压信号会受到焊枪电源线长短的影响，焊枪电源线过长会导致明显压降问题，以致控制信号弱、不能实现灵敏控制，另外，电压调节电路受工作电压范围局限，不能适用于宽范围工作电压的应用需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种控制性能不受焊枪电源线长短影响且可适用于宽范围工作电压的直流电机驱动式焊枪的控制电路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流电机驱动式焊枪的控制电路，包括主电路、主电路驱动电路和电流调节电路，所述主电路是由供电电源与焊枪控制线串接形成的回路，在焊枪控制线输出端与供电电源负极之间的电路上依次串接有开关管Q1和取样电阻R，所述主电路驱动电路包括电阻R1和R2及开关管Q2，所述电流调节电路包括电流采样电路a、比较器U1、大电流电路、小电流电路和延时电路；其中：电流采样电路a并接在取样电阻R的两端，且电流采样电路a与比较器U1的V+引脚电连接，电阻R1与开关管Q2的集电极并接在开关管Q1的基极，电阻R2与开关管Q2的基极并接在比较器U1的Vout引脚，开关管Q2的发射极接负极；所述大电流电路包括电阻R3和R4及开关管Q3，所述小电流电路包括电阻R5和R6及开关管Q4，所述电阻R3的一端与焊接信号输入端电连接、另一端与开关管Q3的基极电连接，所述电阻R4的一端与比较器U1的V-引脚电连接、另一端与开关管Q3的集电极电连接，所述电阻R5的一端与焊接信号输入端电连接、另一端与开关管Q4的基极电连接，所述电阻R6的一端与比较器U1的V-引脚电连接、另一端与开关管Q4的集电极电连接，开关管Q3和Q4的发射极均接负极；所述延时电路的一端电连接在电阻R3与开关管Q3基极之间的电路上、另一端电连接在电阻R5与开关管Q4基极之间的电路上；且电阻R4的阻值大于电阻R6的阻值。

一种优选方案，还包括稳压电源，所述稳压电源与供电电源相串接，且与主电路驱动电路和比较器U1的电源输入端电连接。

进一步优选方案，所述稳压电源的输入电压为20～190V，所述稳压电源的输出电压为10～40V。

一种优选方案，所述主电路上设有单向二极管、电容滤波电路和续流二极管。

一种实施方案，所述电流采样电路a由电阻R7和R8及滤波电容C1组成，其中电阻R7与R8相串接后再与取样电阻R的两端相并接，滤波电容C1并接在电阻R8的两端，且滤波电容C1的输入端与比较器U1的V+引脚电连接。

一种优选方案，在电阻R1的两端并接有发光指示电路。

一种优选方案，在电阻R5与开关管Q4基极之间的电路上串接有发光指示电路。

一种实施方案，所述延时电路采用电容充电延时电路、单片机延时电路或数字电路延时电路中的任意一种。

一种实施方案，所述延时电路为电容充电延时电路，包括充电电容CA和CB及开关管Q5，其中：充电电容CA和CB的输入端及开关管Q5的基极均并接在电阻R5的输出端，充电电容CA和CB的输出端及开关管Q5的发射极均接负极，且开关管Q5的集电极电连接在电阻R3与开关管Q3基极之间的电路上。

一种优选方案，在充电电容CA和CB的输入端与开关管Q5基极之间的电路上串接有发光指示电路。

一种优选方案，还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括电流采样电路b、光电开关U2、电阻R9和R10及单向可控硅Q，所述电流采样电路b是由电阻R11和R12及滤波电容C2组成，其中电阻R11与R12相串接后再与取样电阻R的两端相并接，滤波电容C2并接在电阻R12的两端，且滤波电容C2的输入端与光电开关U2的V+引脚电连接，电阻R9和R10依次串接在光电开关U2的输出端，单向可控硅Q的控制极电连接在电阻R9与R10之间的电路上，单向可控硅Q的阳极与开关管Q1的基极电连接，单向可控硅Q的阴极和电阻R10的另一端均接负极。

相较于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

采用本发明提供的控制电路，不仅可实现焊枪在直流电源下驱动工作，而且可适用于20～190V的宽范围工作电压，尤其可实现大电流提升、小电流维持，能有效避免焊枪工作发热问题；关键是，本发明所述控制电路通过采用电流调节控制代替现有的电压调节控制，可有效解决焊枪线过长所导致的压降问题，避免了信号弱、控制不灵敏的缺陷问题；另外，本发明所述控制电路的结构简单巧妙，只需常用的简单元器件即可实现，不仅成本低、易于实现，而且工作性能可靠有保障；因此，本发明相对于现有技术，具有显著性进步和实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种直流电机驱动式焊枪的控制电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的短路保护电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制电路实现主电路通断的电路原理图；

图4为本发明实施例提供的控制电路实现大电流提升工作时的电路原理图；

图5为本发明实施例提供的控制电路实现小电流维持工作时的电路原理图；

图6为本发明实施例提供的短路保护电路实现短路保护时的电路原理图。

图中标号示意如下：1、主电路；1-1、供电电源；1-11、供电电源正极；1-12、供电电源负极；1-2、焊枪控制线；1-21、焊枪控制线输入端；1-22、焊枪控制线输出端；1-3、单向二极管；1-4、电容滤波电路；1-5、续流二极管；2、主电路驱动电路；2-1、发光指示电路；3、电流调节电路；3-1、电流采样电路a；3-2、比较器U1；3-3、大电流电路；3-4、小电流电路；3-41、发光指示电路；3-5、延时电路；3-51、发光指示电路；4、稳压电源；5、短路保护电路；5-1、电流采样电路b；5-2、光电开关U2。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例

请参阅图1所示：

本实施例提供的一种直流电机驱动式焊枪的控制电路，包括主电路1、主电路驱动电路2、电流调节电路3和稳压电源4；

所述主电路1是由供电电源1-1与焊枪控制线1-2串接形成的回路，所述主电路1上设有单向二极管1-3、电容滤波电路1-4和续流二极管1-5，单向二极管1-3是串接在供电电源正极1-11与焊枪控制线输入端1-21之间的电路上；电容滤波电路1-4和续流二极管1-5是并接在供电电源正极1-11与供电电源负极1-12之间的电路上；在焊枪控制线输出端1-22与供电电源负极1-12之间的电路上还依次串接有开关管Q1和取样电阻R；所述开关管Q1可选用IGBT管(即：绝缘栅双极型晶体管)、场效应管、普通三极管、碳化硅管等能开关电流的半导体，本实施例以普通三极管为例，但不限于此示例；

所述主电路驱动电路2包括电阻R1和R2及开关管Q2，所述开关管Q2可选用IGBT管(即：绝缘栅双极型晶体管)、场效应管、普通三极管、碳化硅管等能开关电流的半导体，本实施例也以普通三极管为例，但不限于此示例；

所述电流调节电路3包括电流采样电路a 3-1、比较器U1 3-2、大电流电路3-3、小电流电路3-4和延时电路3-5；其中：

所述电流采样电路a 3-1是由电阻R7和R8及滤波电容C1组成，其中电阻R7与R8相串接后再与取样电阻R的两端相并接，滤波电容C1并接在电阻R8的两端，且滤波电容C1的输入端与比较器U1 3-2的V+引脚(即：图中U1的5引脚)电连接，电阻R1与开关管Q2的集电极并接在开关管Q1的基极，电阻R2与开关管Q2的基极并接在比较器U1 3-2的Vout引脚(即：图中U1的7引脚)，开关管Q2的发射极接负极；

所述大电流电路3-3包括电阻R3和R4及开关管Q3，所述小电流电路3-4包括电阻R5和R6及开关管Q4，所述电阻R3的一端与焊接信号输入端电连接、另一端与开关管Q3的基极电连接，所述电阻R4的一端与比较器U1 3-2的V-引脚(即：图中U1的6引脚)电连接、另一端与开关管Q3的集电极电连接，所述电阻R5的一端与焊接信号输入端电连接、另一端与开关管Q4的基极电连接，所述电阻R6的一端与比较器U1 3-2的V-引脚(即：图中U1的6引脚)电连接、另一端与开关管Q4的集电极电连接，开关管Q3和Q4的发射极均接负极，且电阻R4的阻值大于电阻R6的阻值；

所述延时电路3-5的一端电连接在电阻R3与开关管Q3基极之间的电路上、另一端电连接在电阻R5与开关管Q4基极之间的电路上；所述延时电路3-5可采用电容充电延时电路、单片机延时电路或数字电路延时电路中的任意一种，本实施例是以电容充电延时电路为例，所述延时电路3-5包括充电电容CA和CB及开关管Q5，其中：充电电容CA和CB的输入端及开关管Q5的基极均并接在电阻R5的输出端，充电电容CA和CB的输出端及开关管Q5的发射极均接负极，且开关管Q5的集电极电连接在电阻R3与开关管Q3基极之间的电路上；

所述稳压电源4与供电电源1-1相串接，且与主电路驱动电路2和比较器U1的电源输入端电连接；所述稳压电源的输入电压为20～190V，所述稳压电源的输出电压为10～40V，可采用开关电源或采用变压器从市电稳压获得。

另外，请参阅图2所示：

作为优选方案，本实施例所述的一种直流电机驱动式焊枪的控制电路，还包括短路保护电路5，所述短路保护电路5包括电流采样电路b 5-1、光电开关U2 5-2、电阻R9和R10及单向可控硅Q，所述电流采样电路b 5-1是由电阻R11和R12及滤波电容C2组成，其中电阻R11与R12相串接后再与取样电阻R的两端相并接，滤波电容C2并接在电阻R12的两端，且滤波电容C2的输入端与光电开关U2的V+引脚(即：图中U2的1引脚)电连接，电阻R9和R10依次串接在光电开关U2的输出端(即：图中U2的4引脚)，单向可控硅Q的控制极(即：图中的G级)电连接在电阻R9与R10之间的电路上，单向可控硅Q的阳极(即：图中的A级)与开关管Q1的基极电连接，单向可控硅Q的阴极(即：图中的K级)和电阻R10的另一端均接负极；所述光电开关U2可采用光耦或三极管。

作为优选方案：

在电阻R1的两端并接有发光指示电路2-1，所述发光指示电路2-1是由电阻R13和发光二极管D1串接而成，以用于显示开关管Q1的通断；

在电阻R5与开关管Q4基极之间的电路上串接有发光指示电路3-41，所述发光指示电路3-41是由电阻R14和发光二极管D2串接而成，以用于显示开关管Q4的通断；

在充电电容CA和CB的输入端与开关管Q5基极之间的电路上串接有发光指示电路3-51，所述发光指示电路3-51是由电阻R15和发光二极管D3串接而成，以用于显示开关管Q5的通断。

图3为本发明实施例提供的控制电路实现主电路通断的电路原理图，由图3所示可见：

当U1的V+引脚(即：图中U1的5引脚)电压低于U1的V-引脚(即：图中U1的6引脚)电压时，U1的Vout引脚(即：图中U1的7引脚)输出为低电平，致使电阻R2不能触发Q2导通，从而使电阻R1触发Q1导通；

当U1的V+引脚(即：图中U1的5引脚)电压高于U1的V-引脚(即：图中U1的6引脚)电压时，U1的Vout引脚(即：图中U1的7引脚)输出为高电平，致使电阻R2触发Q2导通，从而使Q1被关断；

Q1的导通和关断决定了主电路有无电流，并对主回路实现斩波电路，从而使主电路能形成符合直流电机驱动的精确电流控制，即：在焊接刚开始，有大电流实现快速提升，在实现提升后，能马上转变为小电流维持。

图4为本发明实施例提供的控制电路实现大电流提升工作时的电路原理图，由图4所示可见：

当焊接开启信号来到时，Q3被R3导通，电阻R4工作，因电阻R4的阻值大，因此U1的6引脚电压高，主电路有大电流，致使取样电阻R两端电压高，进而由电流采样电路a分压给U1的5引脚，一旦U1的5引脚电压高于U1的6引脚电压，将会使Q1被关断，当U1的5引脚电压低于U1的6引脚电压时，将使Q1重复开启，从而实现主电路在大电流下的斩波电路，直至延时电路3-5启动工作转变为小电流工作；通过调节电阻R4的阻值即能获得所需的提升电流。

图5为本发明实施例提供的控制电路实现小电流维持工作时的电路原理图，由图5所示可见：

当延时电路中的Q5导通时，Q3将被关断，致使主电路中的大电流消失；而此时电阻R5使Q4导通，电阻R6工作，因电阻R6的阻值较小，因此U1的6引脚电压低，主电路有小电流(通过调节电阻R6的阻值即能获得所需的小电流)；当U1的5引脚电压高于U1的6引脚电压时，将会使Q1被关断，当U1的5引脚电压低于U1的6引脚电压时，将使Q1重复开启，从而实现主电路在小电流下的斩波电路，直至焊接控制信号关闭。

图6为本发明实施例提供的短路保护电路实现短路保护时的电路原理图，由图6所示可见：

当焊枪控制线发生短路时，主电路中因没负载电机，以致取样电阻R的两端电压急速上升，从而使电流采样电路b 5-1触发光电开关U2 5-2导通，光电开关U2 5-2将通过电阻R9触发单向可控硅Q导通，从而使Q1无电流触发而被关断，进而也就关断了主电路，避免了焊枪短路所造成的主电路烧坏风险，保证了操作人员及焊接设备的安全。

由上所述可见：采用本发明提供的控制电路，不仅可实现焊枪在直流电源下驱动工作，而且可适用的工作电压范围宽(能适用于20～190V的宽范围工作电压)，尤其可实现大电流提升、小电流维持，可有效避免焊枪工作发热问题；关键是，本发明所述控制电路通过采用电流调节控制代替现有的电压调节控制，可有效解决焊枪线过长所导致的压降问题，避免了信号弱、控制不灵敏的缺陷问题；另外，本发明所述控制电路的结构简单巧妙，只需常用的简单元器件即可实现，不仅成本低、易于实现，而且工作性能可靠有保障；因此，本发明相对于现有技术，具有显著性进步和实用价值。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。