具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法、控制电路及焊机

技术领域

本申请涉及电气设备技术领域，尤其涉及具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法、控制电路及焊机。

背景技术

在提升引弧断弧时，传统的手工焊机因为没有外置的电流开关，则只能将氩焊枪拉起来，直到电弧因为能量不足而拉断。而此时电弧以拉断的方式结束时电弧会飘忽不定，从而有灼伤母材工件的问题，同时还会有比较大的断弧噪音。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法、控制电路及焊机，旨在解决传统以拉断的方式对提升引弧断弧有灼伤母材工件、断弧噪音大的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法，包括；

获取焊接端口的电压；

将所述焊接端口的电压与预设断弧电压进行比较；

若所述焊接端口的电压大于所述预设断弧电压值，则关闭焊机的逆变器主功率回路，并打开焊机的空载电压提供电路以向所述焊接端口提供空载电压，所述空载电压小于所述预设断弧电压。

在其中一个实施例中，所述获取焊接端口的电压包括：

通过与所述焊接端口连接到电压采样电路获取代表所述焊接端口的电压的采样电压。

其中，所述电压采样电路对所述焊接端口的电压先分压，后采用电压跟随器缓冲隔离，并再分压输出所述采样电压。

在其中一个实施例中，在所述焊接阶段之前还包括空载阶段和引弧阶段；

所述空载阶段中，关闭所述逆变器主功率回路，打开所述空载电压提供电路；

所述引弧阶段中，在所述焊接端口的电压低于所述空载电压时，则打开所述逆变器主功率回路，并关闭所述空载电压提供电路。

在其中一个实施例中，所述焊接阶段中：

在逆变器主功率回路打开的状态下，当所述焊接端口的电压低于所述空载电压上升至高于所述空载电压时，控制所述逆变器主功率回路输出预设的电压和电流。

本申请实施例的第二方面提供了一种具有提升引弧功能焊机控制电路，包括主控电路、逆变器主功率回路、电压采样电路以及空载电压提供电路；所述逆变器主功率回路连接在电源输入端和焊接端口之间，且与所述主控电路连接，所述电压采样电路以及空载电压提供电路均与所述焊接端口和所述主控电路连接；

所述电压采样电路用于获取所述焊接端口的电压；

所述主控电路用于将所述焊接端口的电压与预设断弧电压进行比较，若所述焊接端口的电压大于所述预设断弧电压值，则关闭所述逆变器主功率回路，并打开所述空载电压提供电路以向所述焊接端口提供空载电压，所述空载电压小于所述预设断弧电压。

在其中一个实施例中，所述电压采样电路包括：

第一分压电路，与所述焊接端口连接，用于接入所述焊接端口的电压并分压输出电压分量；

电压跟随电路，与所述第一分压电路连接，用于将所述电压分量进行缓冲并隔离输出；

第二分压电路，与所述电压跟随电路和所述主控电路连接，用于将所述电压分量进行分压得到代表所述焊接端口的电压的采样电压。

在其中一个实施例中，所述空载电压提供电路包括第一开关管、第二开关管、滤波电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及二极管：

所述第一开关管的控制端与所述主控电路连接，且通过所述滤波电容接地，第一导通端通过所述第一电阻接入辅助电压，第二导通端接地；

所述第二开关管的控制端通过所述第二电阻连接所述第一开关管的第一导通端，所述第二开关管的第一导通端接入辅助电压，所述第二开关管的第二导通端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极通过所述第三电阻连接到所述焊接端口，以将所述辅助电压作为所述空载电压输出。

在其中一个实施例中，在所述焊接阶段之前还包括空载阶段和引弧阶段；

所述空载阶段中：关闭所述逆变器主功率回路，打开所述空载电压提供电路；

所述引弧阶段中：在所述焊接端口的电压低于所述空载电压时，则打开所述逆变器主功率回路，并关闭所述空载电压提供电路；

所述焊接阶段中：在逆变器主功率回路打开的状态下，当所述焊接端口的电压低于所述空载电压上升至高于所述空载电压时，控制所述逆变器主功率回路输出预设的电压和电流。

在其中一个实施例中，还包括电流采样电路，所述电流采样电路与所述焊接端口和所述主控电路连接，用于获取所述焊接端口的电流；

所述主控电路还用于根据所述焊接端口的电流控制所述逆变器主功率回路输出预设的电压和电流。

本申请实施例的第三方面提供了一种焊机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤；或

所述焊机还包括如上所述的具有提升引弧功能焊机控制电路，所述主控电路包括所述处理器。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例中具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法、控制电路及焊机实时检测焊接端口的电压，并且设定一个断弧阀值电压，在超过这个阀值电压后，主动停止逆变器主功率回路的工作，从而关闭输出电流，避免因为过高的拉断弧电压灼伤母材工件，同时减小断弧噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法的流程图；

图2为传统提升引弧控制过程电流电压示意图；

图3为本申请实施例提升引弧控制过程电流电压示意图；

图4为本申请实施例提供的具有提升引弧功能焊机的断弧控制电路的原理示意图；

图5为图4示出的控制电路中电压采样电路的电路示意图；

图6为图4示出的控制电路中空载电压提供电路的电路示意图；

图7为图4示出的控制电路中电流采样电路的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本申请实施例提供的一种具有提升引弧功能焊机的断弧控制方法，包括以下步骤；

步骤S110，获取焊接端口的电压。

在焊接工件的整个起止过程中，焊接阶段焊机的逆变器主功率回路工作在恒流恒压输出状态，而当焊接阶段即将完成时，焊工需要拉断电弧来结束焊接，这个过程中焊机接口的电压越来越高，直到超过焊机的恒流能力后电流开始下降。由此可以通过检测(具体是进入焊接阶段之后的)焊接端口的电压来判断是否进入断弧阶段，具体是进入焊接阶段之后的焊接端口的电压。

由于，通常情况下，整个焊接工件的整个起止过程中断弧阶段焊接端口的电压是最高的时段，因此，可以是仅仅获取在计入焊接阶段之后焊接端口的电压，也可以获取在焊接工件的整个起止过程的焊接端口的电压，以用作断弧判断。

步骤S120，将焊接端口的电压与预设断弧电压进行比较。由此，利用焊接端口的变化来判断焊接过程是否进入断弧阶段。

步骤S130，若焊接端口的电压大于预设断弧电压值，则关闭焊机的逆变器主功率回路，并打开焊机的空载电压提供电路以向焊接端口提供空载电压，空载电压小于预设断弧电压。

如上所述，焊工需要拉断电弧来结束焊接，这个过程中焊机接口的电压越来越高，因此可以设置一个阈值来判定断弧动作，如果判断为断弧阶段，则关闭焊机的逆变器主功率回路以停止提供焊接阶段的功率输出，打开焊机的空载电压提供电路以向焊接端口提供空载电压，以进入待机状态，从而避免因为过高的拉断弧电压灼伤母材工件，同时减小断弧噪音。空载电压小于预设断弧电压，也小于焊接阶段的焊接端口的电压。

在焊接工件的整个起止过程，在焊接阶段之前还包括空载阶段和引弧阶段；

空载阶段中：关闭逆变器主功率回路，打开空载电压提供电路以提供空载电压。请参阅图2和图3，在示例中，在氩焊枪还没有开始焊接的0时刻，焊机的关闭逆变器主功率回路关闭，没有电压输出到到焊接端口，空载电压输出电路会有15V输出到焊接端口，此时焊接端口的电流为0A。

引弧阶段中：在焊接端口的电压低于空载电压时，则打开逆变器主功率回路，并关闭空载电压提供电路。请参阅图2和图3，在示例中，当氩焊枪开始焊接时为t1时刻，氩焊枪需要将枪头的钨针短路到工件，此时焊接端口的电压因为短路开始下降到接近0V，当主控电路获取到这个低压则判断开始焊接，从而打开逆变器主功率回路输出，焊接端口的电流开始从0A上升到t2时刻短路电流达到50A，然后焊工将氩焊枪提起引燃电弧此时为t3时刻。

焊接阶段中：在逆变器主功率回路打开的状态下，当焊接端口的电压低于空载电压上升至高于空载电压时，控制逆变器主功率回路输出预设的电压和电流。请参阅图2和图3，在示例中，因为短路时焊接端口的电压接近0V，输出功率很小，在t3时刻焊枪提起时焊接端口的电压开始上升，功率开始快速上升，主控电路的恒流控制可以采用的是传统的PID算法(Proportion Integral Differential，结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法)，因为PID调节器存在滞后响应的问题，所以此时焊接端口的电流开始下降，然后再急速上升到设定电流100A此时为t4时刻，t4到t5为正常焊接阶段。

在传统的技术方案中，请参阅图2，在焊接完成后，焊工需要拉断电弧来结束焊接(断弧阶段)，这个过程中焊接端口的电压越来越高，直到超过焊机的恒流能力后电流开始下降此时为t5时刻，一般焊接的t5时刻能达到45V左右，此时的输出功率很大导致电弧在关断时电弧会飘忽不定，从而有灼伤母材工件的问题，同时还会有比较大的断弧噪音。断弧后的电流降为0A为t6时刻，然后电压上升到最大空载电压60V左右，紧接着主控电路检测到电流为0A后关闭逆变器主功率回路，打开空载电压输出电路，焊接端口的电压下降到空载电压15V此时为t7时刻。

在本申请改进的技术方案中，请参阅图3，t5时刻之前与传统控制方式相同。在t5时刻时，通过电压采样电路将焊接端口的电压通过检测边传送给主控电路，主控电路与预先设定的预设断弧电压(比如27V)比较，如果比预设断弧电压低，则逆变器主功率回路继续工作；如果比预设断弧电压高则关闭逆变器主功率回路，打开空载电压输出电路，焊接端口的电压下降到空载电压15V。本示例中设置的预设断弧电压为27V，远低于传统的50V左右，从而避免因为过高的拉断弧电压灼伤母材工件，同时减小断弧噪音。

在其中一个实施例中，步骤S110获取焊接端口的输出电压包括：

通过与焊接端口连接到电压采样电路获取代表焊接端口的电压的采样电压。其中，电压采样电路对焊接端口的电压先分压，后采用电压跟随器缓冲隔离，并再分压输出采样电压。采用以提高电压跟随器提高焊接端口对主控电路的隔离度，防止焊接端口的高电压、大电流干扰。

请参阅图4，本申请实施例的第二方面提供了一种具有提升引弧功能焊机控制电路，包括主控电路100、逆变器主功率回路200、电压采样电路300以及空载电压提供电路400；逆变器主功率回路200连接在电源输入端AC和焊接端口600之间，且与主控电路100连接，电压采样电路300以及空载电压提供电路400均与焊接端口600和主控电路100连接。

其中，逆变器主功率回路200包括连接到市电的整流滤波电路(比如采用普通的开关电源实现)、与整流滤波电路连接的逆变器、与逆变器连接的(中频)变压器以及连接到变压器和焊接端口600的整流电路。主控电路100一般采用单片机，其通过逆变器驱动电路700驱动逆变工作以实现驱动整个逆变器主功率回路200工作。另外，还设有辅助电源电路800，其连接到整流滤波电路的输出，用于给主控电路100、电压采样电路300以及空载电压提供电路400等输入辅助电压以提供工作电源。

电压采样电路300用于获取焊接端口600的电压；控制器用于将焊接端口600的电压与预设断弧电压进行比较，若焊接端口600的电压大于预设断弧电压值，则关闭逆变器主功率回路200，并打开空载电压提供电路400以向焊接端口600提供空载电压，空载电压小于预设断弧电压。

实时检测焊接端口电压，并且设定一个断弧阀值电压，在超过这个阀值电压后，主动停止逆变器主功率回路200的工作，从而关闭输出电流，避免因为过高的拉断弧电压灼伤母材工件，同时减小断弧噪音。

在其中一个实施例中，在焊接阶段之前还包括空载阶段和引弧阶段；

空载阶段中：关闭逆变器主功率回路200，打开空载电压提供电路400；

引弧阶段中：在焊接端口的电压低于空载电压时，则打开逆变器主功率回路200，并关闭空载电压提供电路400；

焊接阶段中：在逆变器主功率回路200打开的状态下，当焊接端口的电压低于空载电压上升至高于空载电压时，控制逆变器主功率回路200输出预设的电压和电流。

其中，对于空载阶段、引弧阶段焊接阶段的详细说明可以参照上述方法的截图实施方式，这里不在赘述。

请参阅图5，在其中一个实施例中，电压采样电路300包括第一分压电路310、电压跟随电路320和第二分压电路330。

第一分压电路310与焊接端口600连接，用于接入焊接端口600的电压并分压输出电压分量；电压跟随电路320与第一分压电路310连接，用于将电压分量进行缓冲并隔离输出；第二分压电路330与电压跟随电路320和主控电路100连接，用于将电压分量进行分压得到代表焊接端口600的电压的采样电压。

其中，第一分压电路310包括电阻R5、电阻R6和电阻R9，电压跟随电路320包括运算放大器U1B，第二分压电路330包括电阻R7和电阻R8，第一分压电路310的电阻R5串联电阻R6与电阻R9串联分压后将电压传到运算放大器U1B的5脚，运算放大器U1B此时的接法为电压跟随器，所以运算放大器U1B的7脚电压等于5脚电压；再通过电阻R7、电阻R8串联分压后将采样电压传给单片机的电压采样脚Output_Vol。

请参阅图6，在其中一个实施例中，空载电压提供电路400包括第一开关管Q2、第二开关管Q1、滤波电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、R4以及二极管D1：

第一开关管Q2的控制端与主控电路100连接，且通过滤波电容C3接地，第一开关管Q2的第一导通端通过第一电阻R1接入辅助电压+15V，第一开关管Q2的第二导通端接地；第二开关管Q1的控制端通过第二电阻R2连接第一开关管Q2的第一导通端，第二开关管Q1的第一导通端接入辅助电压+15V，第二开关管Q1的第二导通端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极通过第三电阻R3、R4连接到焊接端口，以将辅助电压+15V作为空载电压输出。单片机通过控制端VRD_ON/OFF的信号来控制空载电压提供电路400通断。当单片机的控制端VRD_ON/OFF信号为高电平时，第一开关管Q2导通，则第一开关管Q2的上端集电极为0V，此时第二开关管Q1的基极为低压，使第二开关管Q1Q1导通，则第二开关管Q1的集电极通过二极管D1输出辅组电压+15V到焊接端口600的正极OUT+作为空载电压。

请参阅图7，在其中一个实施例中，控制电路还包括电流采样电路900，电流采样电路900与焊接端口600和主控电路100连接，用于获取焊接端口600的电流；主控电路100还用于根据焊接端口600的电流控制逆变器主功率回路200输出预设的电压和电流。本实施例中，电流采样电路900通过将分流器R18两端If-和If+与焊接端口600的正负极连接以采样电压，再经过运算放大器U2B组成的差分放大电路进行放大后传到运算放大器U1A的3脚，运算放大器U1A的接法为同向比例放大，让后通过电阻R14传到单片机的电流采样脚CUR_FBK。差分放大电路输出的信号还会传给运算放大器U2A，运算放大器U2A将信号放大后输出为MIF信号，MIF信号用于恒流控制的PID调节器的负反馈信号。

本申请实施例的第三方面提供了一种焊机，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上方法的步骤；或焊机还包括如上的具有提升引弧功能焊机控制电路，控制电路中的主控电路包括处理器和存储器。

处理器可以是单片机、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以是处理器的内部存储单元，例如焊机的硬盘或内存。存储器也可以是处理器/焊机的外部存储设备，例如焊机上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括焊机的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器、用于存储所述计算机程序以及焊机所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。