交直流焊机半桥模块

技术领域

本发明涉及交直流焊机的高压脉冲生成技术领域，尤其涉及一种交直流焊机半桥模块。

背景技术

交直流焊机是当前焊机领域一种应用广泛的常规设备，其直流脉冲氩弧焊适用于焊接不锈钢、铜、钛、碳钢等材料，交流氩弧焊适用于焊接铝、铝合金等材料。现有的交直流焊机在生成高压脉冲过程中，其二次逆变一般采用全桥逆变的方案，吸收和抗干抗处理电路多，电路复杂，成本高，适合大功率产品，运用在小功率产品上时，性价比较低。

因此，为进一步提高小功率的交直流焊机的性价比，需要提供一种能有效简化电路，降低成本的交直流焊机的高压脉冲生成技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交直流焊机半桥模块，通过半桥控制原理为交直流焊机提供高压脉冲，实现了一种电路简单可靠的高压脉冲生成技术方案。

本发明提供一种交直流焊机半桥模块，包括高频变压器、负极整流电路、正极整流电路、电感器、逆变电路、引弧线圈、驱动电路；

所述高频变压器的输入端用于接收输入电压；

所述高频变压器的第一输出端分别与所述负极整流电路的第一输入端、所述正极整流电路的第一输入端电性连接；

所述高频变压器的第二输出端分别与所述负极整流电路的第二输入端、所述正极整流电路的第二输入端电性连接；

所述高频变压器的中心抽头端与所述电感器的第一端电性连接；

所述负极整流电路的输出端与所述逆变电路的第一电源端电性连接；

所述正极整流电路的输出端与所述逆变电路的第二电源端电性连接；

所述电感器的第二端与所述引弧线圈的一次侧第一端电性连接；

所述逆变电路的控制端与所述驱动电路的控制端电性连接；

所述逆变电路的输出端作为半桥环路的第一电压端；

所述引弧线圈的一次侧第二端作为半桥环路的第二电压端；

所述引弧线圈的二次侧用于输出高压脉冲；

所述驱动电路的输入端用于接收控制信号。

进一步地，所述负极整流电路包括分别由并联整流二极管组成的第一整流单元和第二整流单元；

所述第一整流单元的负极与所述高频变压器的第一输出端电性连接；

所述第二整流单元的负极与所述高频变压器的第二输出端电性连接；

所述第一整流单元的正极和所述第二整流单元的正极分别与所述逆变电路的第一电源端电性连接。

进一步地，所述正极整流电路包括分别由并联整流二极管组成的第三整流单元、第四整流单元、第五整流单元、第六整流单元；

所述第三整流单元的正极和所述第五整流单元的正极分别与所述高频变压器的第一输出端电性连接；

所述第四整流单元的正极和所述第六整流单元的正极分别与所述高频变压器的第二输出端电性连接；

所述第三整流单元的负极、所述第四整流单元的负极、所述第五整流单元的负极、所述第六整流单元的负极分别与所述逆变电路的第二电源端电性连接。

进一步地，所述逆变电路包括正极逆变单元和负极逆变单元；

所述驱动电路包括正驱动单元和负驱动单元；

所述正极逆变单元由若干N型IGBT组成，该若干N型IGBT的集电极相互电性连接作为正极逆变集电端，该若干N型IGBT的发射极相互电性连接作为正极逆变发射端，该若干N型IGBT的栅极分别与所述正驱动单元的第一控制端电性连接；

所述负极逆变单元由若干N型IGBT组成，该若干N型IGBT的集电极相互电性连接作为负极逆变集电端，该若干N型IGBT的发射极相互电性连接作为负极逆变发射端，该若干N型IGBT的栅极分别与所述负驱动单元的第一控制端电性连接；

所述正极逆变集电端与所述正极整流电路的输出端电性连接；

所述正极逆变发射端分别与所述正驱动单元的第二控制端、所述负极逆变集电端电性连接作为所述半桥环路的第一电压端；

所述负极逆变发射端分别与所述负极整流电路的输出端、所述负驱动单元的第二控制端电性连接；

所述正驱动单元的输入第一端和输入第二端用于接收所述控制信号中的正控制信号；

所述负驱动单元的输入第一端和输入第二端用于接收所述控制信号中的负控制信号。

进一步地，所述正驱动单元包括第一并联电阻、第一肖特基二极管、与所述正极逆变单元中的N型IGBT数量相等的若干第一栅极电阻；

所述负驱动单元包括第二并联电阻、第二肖特基二极管、与所述负极逆变单元中的N型IGBT数量相等的若干第二栅极电阻；

所述第一并联电阻的第一端、所述第一肖特基二极管的负极、所述若干第一栅极电阻的第一端相互连接作为所述正驱动单元的输入第一端；

所述第一并联电阻的第二端、所述第一肖特基二极管的正极、所述正极逆变发射端相互连接作为所述正驱动单元的输入第二端；

所述若干第一栅极电阻的第二端与所述正极逆变单元中的若干N型IGBT的栅极一对一对应电性连接；

所述第二并联电阻的第一端、所述第二肖特基二极管的负极、所述若干第二栅极电阻的第一端相互连接作为所述负驱动单元的输入第一端；

所述第二并联电阻的第二端、所述第二肖特基二极管的正极、所述负极逆变发射端相互连接作为所述负驱动单元的输入第二端；

所述若干第二栅极电阻的第二端与所述负极逆变单元中的若干N型IGBT的栅极一对一对应电性连接。

进一步地，所述正极逆变集电端和所述正极逆变发射端之间电性连接有第一并联电容；

所述负极逆变集电端和所述负极逆变发射端之间电性连接有第二并联电容。

进一步地，所述正极逆变集电端和所述负极逆变发射端之间电性连接有并联的第一电容、第二电容和第一电阻。

进一步地，还包括补偿电路；

所述补偿电路包括补偿电感、第一补偿电容、第二补偿电容、第三补偿电容、第四补偿电容；

所述补偿电感的第一端与所述电感器的第二端电性连接；

所述补偿电感的第二端分别与所述第一补偿电容的第一端、所述第二补偿电容的第一端、所述第三补偿电容的第一端、所述第四补偿电容的第一端电性连接；

所述第一补偿电容的第二端和所述第二补偿电容的第二端分别与所述正极逆变集电端电性连接；

所述第三补偿电容的第二端和所述第四补偿电容的第二端分别与所述负极逆变发射端电性连接。

进一步地，还包括旁路电路；

所述旁路电路包括旁路电容和旁路电阻；

所述旁路电容和所述旁路电阻并联电性连接在所述电感器的第二端和所述正极逆变发射端之间。

进一步地，还包括第一稳压电容和第二稳压电容；

所述第一稳压电容的第一端与所述电感器的第二端电性连接；

所述第一稳压电容的第二端接地连接；

所述第二稳压电容的第一端与所述正极逆变发射端电性连接；

所述第二稳压电容的第二端接地连接。

本发明提供的技术方案至少具有以下有益效果：

通过负极整流电路、正极整流电路、逆变电路的配合，基于半桥控制原理控制引弧线圈输出高压脉冲，实现了一种电路简单可靠的高压脉冲生成技术方案，有效提高了小功率的交直流焊机的性价比。

附图说明

图1为本发明提供的一种交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图2为本发明提供的一种包括具体的负极整流电路和正极整流电路的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图3为本发明提供的一种包括具体的逆变电路的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图4为本发明提供的一种包括具体的驱动电路的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图5为本发明提供的一种包括并联电容的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图6为本发明提供的一种包括RC电路的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图7为本发明提供的一种包括补偿电路的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图8为本发明提供的一种包括旁路电路的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图；

图9为本发明提供的一种包括稳压电容的交直流焊机半桥模块的电气原理示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

请参照图1，本发明提供一种交直流焊机半桥模块，包括高频变压器T1、负极整流电路、正极整流电路、电感器T2、逆变电路、引弧线圈T3、驱动电路；

所述高频变压器T1的输入端用于接收输入电压VC；

所述高频变压器T1的第一输出端分别与所述负极整流电路的第一输入端、所述正极整流电路的第一输入端电性连接；

所述高频变压器T1的第二输出端分别与所述负极整流电路的第二输入端、所述正极整流电路的第二输入端电性连接；

所述高频变压器T1的中心抽头端与所述电感器T2的第一端电性连接；

所述负极整流电路的输出端与所述逆变电路的第一电源端电性连接；

所述正极整流电路的输出端与所述逆变电路的第二电源端电性连接；

所述电感器T2的第二端与所述引弧线圈T3的一次侧第一端电性连接；

所述逆变电路的控制端与所述驱动电路的控制端电性连接；

所述逆变电路的输出端作为半桥环路的第一电压端；

所述引弧线圈T3的一次侧第二端作为半桥环路的第二电压端；

所述引弧线圈T3的二次侧用于输出高压脉冲；

所述驱动电路的输入端用于接收控制信号。

本实施例中，高频变压器T1把一次逆变输出的310V交流电作为输入电压VC变压成氩弧焊可用的电压(65V以内)。负极整流电路和正极整流电路组成全波整电路，负极整流电路为输出交流提供负能量，正极整流电路为输出交流提供正能量。逆变电路实现二次逆变输出，把直流再转交流输出。电感器T2通过滤波把脉冲电流变成直流电流。引弧线圈T3产生高压脉冲，供氩弧焊引弧使用。驱动电路基于外部的控制信号实现对逆变电路的正极逆变和负极逆变的切换控制。在具体工作时，半桥环路的第一电压端和半桥环路的第二电压端之间构成工作回路，以使引弧线圈T3正常产生高压脉冲。在具体实施时，电感器T2可以采用规格为0.5mH的电感。引弧线圈T3的二次侧可以连接相应的接口以便于与焊机连接。驱动电路的输入端可以通过相应的接口连接单片机，以便于接收如PWM类型的控制信号。本申请具体涉及一种半桥技术，通过采用半桥控制原理实现直流与交流的转换，实现了非高频引弧，抗干抗强，整体结构简节，安全可靠，可应用于交直流焊机系列，通用性强。

进一步地，请参考图2，所述负极整流电路包括分别由并联整流二极管组成的第一整流单元D1和第二整流单元D2；

所述第一整流单元D1的负极与所述高频变压器T1的第一输出端电性连接；

所述第二整流单元D2的负极与所述高频变压器T1的第二输出端电性连接；

所述第一整流单元D1的正极和所述第二整流单元D2的正极分别与所述逆变电路的第一电源端电性连接。

本实施例中，第一整流单元D1和第二整流单元D2基于整流二极管的单向导通性，可以为输出交流提供负能量。在具体实施时，第一整流单元D1和第二整流单元D2由相同的整流单元构成，整流单元由并联整流二极管构成。并联整流二极管由两个同型号的整流二极管并联得到，两者电性连接的正极作为整流单元的正极，两者电性连接的负极作为整流单元的正极。并联整流二极管中并联的整流二极管的数量可以根据实际需要增加。

进一步地，请参考图2，所述正极整流电路包括分别由并联整流二极管组成的第三整流单元D3、第四整流单元D4、第五整流单元D5、第六整流单元D6；

所述第三整流单元D3的正极和所述第五整流单元D5的正极分别与所述高频变压器T1的第一输出端电性连接；

所述第四整流单元D4的正极和所述第六整流单元D6的正极分别与所述高频变压器T1的第二输出端电性连接；

所述第三整流单元D3的负极、所述第四整流单元D4的负极、所述第五整流单元D5的负极、所述第六整流单元D6的负极分别与所述逆变电路的第二电源端电性连接。

本实施例中，第三整流单元D3、第四整流单元D4、第五整流单元D5、第六整流单元D6基于整流二极管的单向导通性，可以为输出交流提供正能量。在具体实施时，第三整流单元D3、第四整流单元D4、第五整流单元D5、第六整流单元D6均由相同的整流单元构成，整流单元由并联整流二极管构成。并联整流二极管由两个同型号的整流二极管并联得到，两者电性连接的正极作为整流单元的正极，两者电性连接的负极作为整流单元的正极。并联整流二极管中并联的整流二极管的数量可以根据实际需要增加。

进一步地，请参考图3，所述逆变电路包括正极逆变单元和负极逆变单元；

所述驱动电路包括正驱动单元和负驱动单元；

所述正极逆变单元由若干N型IGBT组成，该若干N型IGBT的集电极相互电性连接作为正极逆变集电端，该若干N型IGBT的发射极相互电性连接作为正极逆变发射端，该若干N型IGBT的栅极分别与所述正驱动单元的第一控制端电性连接；

所述负极逆变单元由若干N型IGBT组成，该若干N型IGBT的集电极相互电性连接作为负极逆变集电端，该若干N型IGBT的发射极相互电性连接作为负极逆变发射端，该若干N型IGBT的栅极分别与所述负驱动单元的第一控制端电性连接；

所述正极逆变集电端与所述正极整流电路的输出端电性连接；

所述正极逆变发射端分别与所述正驱动单元的第二控制端、所述负极逆变集电端电性连接作为所述半桥环路的第一电压端；

所述负极逆变发射端分别与所述负极整流电路的输出端、所述负驱动单元的第二控制端电性连接；

所述正驱动单元的输入第一端和输入第二端用于接收所述控制信号中的正控制信号；

所述负驱动单元的输入第一端和输入第二端用于接收所述控制信号中的负控制信号。

本实施例中，负极逆变单元作为负极开关，基于负驱动单元的负控制信号实现相应的开关特性。正极逆变单元作为正极开关，基于正驱动单元的正控制信号实现相应的开关特性。在一种具体的实施方式中，负极逆变单元由G1、G2、G3共3个N型IGBT组成，正极逆变单元的由G4、G5、G6、G7共4个N型IGBT组成。N型IGBT可以采用规格为60N65的N沟型IGBT，也可以根据实际需要选择其他的规格。

进一步地，请参考图4，所述正驱动单元包括第一并联电阻R10、第一肖特基二极管DZD1、与所述正极逆变单元中的N型IGBT数量相等的若干第一栅极电阻；

所述负驱动单元包括第二并联电阻R20、第二肖特基二极管DZD2、与所述负极逆变单元中的N型IGBT数量相等的若干第二栅极电阻；

所述第一并联电阻R10的第一端、所述第一肖特基二极管DZD1的负极、所述若干第一栅极电阻的第一端相互连接作为所述正驱动单元的输入第一端；

所述第一并联电阻R10的第二端、所述第一肖特基二极管DZD1的正极、所述正极逆变发射端相互连接作为所述正驱动单元的输入第二端；

所述若干第一栅极电阻的第二端与所述正极逆变单元中的若干N型IGBT的栅极一对一对应电性连接；

所述第二并联电阻R20的第一端、所述第二肖特基二极管DZD2的负极、所述若干第二栅极电阻的第一端相互连接作为所述负驱动单元的输入第一端；

所述第二并联电阻R20的第二端、所述第二肖特基二极管DZD2的正极、所述负极逆变发射端相互连接作为所述负驱动单元的输入第二端；

所述若干第二栅极电阻的第二端与所述负极逆变单元中的若干N型IGBT的栅极一对一对应电性连接。

本实施例中，第一栅极电阻的数量取决于正极逆变单元中的N型IGBT数量，第二栅极电阻的数量取决于负极逆变单元中的N型IGBT数量。在一中具体的实施方式中，负极逆变单元由G1、G2、G3共3个N型IGBT组成，正极逆变单元的由G4、G5、G6、G7共4个N型IGBT组成，则正驱动单元包括R4、R5、R6、R7共4个第一栅极电阻，负驱动单元包括R1、R2、R3共3个第二栅极电阻，第一栅极电阻和第二栅极电阻可以采用规格为22R的电阻。正驱动单元的输入第一端和输入第二端可以通过单片机控制，将正控制信号分别通过第一栅极电阻R4、R5、R6、R7传输至N型IGBT中G4、G5、G6、G7的栅极，基于其栅极和发射极之间的通断控制其集电极和发射极之间的通断，以此实现开关特性。负驱动单元的输入第一端和输入第二端可以通过单片机控制，将负控制信号分别通过第二栅极电阻R1、R2、R3传输至N型IGBT中G1、G2、G3的栅极，基于其栅极和发射极之间的通断控制其集电极和发射极之间的通断，以此实现开关特性。本申请电路简单可靠、性价比高，基于单片机控制，具有较高的能量转换效率。

进一步地，请参考图5，所述正极逆变集电端和所述正极逆变发射端之间电性连接有第一并联电容C10；

所述负极逆变集电端和所述负极逆变发射端之间电性连接有第二并联电容C20。

本实施例中，第一并联电容C10和第二并联电容C20可以采用规格为474/400V的常规电容。通过在正极逆变集电端和正极逆变发射端之间、负极逆变集电端和负极逆变发射端之间分别设置一个电容，有助于提高电路的稳定性和响应性能。

进一步地，请参考图6，所述正极逆变集电端和所述负极逆变发射端之间电性连接有并联的第一电容C1、第二电容C2和第一电阻RV1。

本实施例中，第一电容C1、第二电容C2、第一电阻RV1之间构成RC电路。第一电容C1和第二电容C2可以采用规格为475/400V的常规电容，第一电阻RV1可以采用常规的电阻。通过在正极逆变集电端和负极逆变发射端之间并联第一电容C1、第二电容C2和第一电阻RV1，可以在电路中滤波以衰减高频信号，提高电路性能。

进一步地，请参考图7，还包括补偿电路；

所述补偿电路包括补偿电感T4、第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14；

所述补偿电感T4的第一端与所述电感器T2的第二端电性连接；

所述补偿电感T4的第二端分别与所述第一补偿电容C11的第一端、所述第二补偿电容C12的第一端、所述第三补偿电容C13的第一端、所述第四补偿电容C14的第一端电性连接；

所述第一补偿电容C11的第二端和所述第二补偿电容C12的第二端分别与所述正极逆变集电端电性连接；

所述第三补偿电容C13的第二端和所述第四补偿电容C14的第二端分别与所述负极逆变发射端电性连接。

本实施例中，补偿电感T4可以采用规格为100UH的常规电感，第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14可以分别采用规格为475/400V的常规电容。补偿电路通过补偿电感T4、第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第四补偿电容C14的共同作用，可以实现过零点电压补偿。需要说明的是，在交流焊接中，交流在周期交换过零点时，电弧会因电流过零点而断弧。本申请通过设置补偿电路，可以在过零点的时候补偿电压提供能量，以防止电弧因过零点而发生断弧情况。

进一步地，请参考图8，还包括旁路电路；

所述旁路电路包括旁路电容C30和旁路电阻R30；

所述旁路电容C30和所述旁路电阻R30并联电性连接在所述电感器T2的第二端和所述正极逆变发射端之间。

本实施例中，旁路电容C30可以采用规格为473/2KV的常规电容，旁路电阻R30可以采用规格为1W150k的常规电阻。本申请通过设置旁路电路，可以通过旁路电容C30和旁路电阻R30过滤引弧线圈T3产生的高压脉冲，以降低引弧线圈T3对电路的负面影响。

进一步地，请参考图9，还包括第一稳压电容C21和第二稳压电容C22；

所述第一稳压电容C21的第一端与所述电感器T2的第二端电性连接；

所述第一稳压电容C21的第二端接地连接；

所述第二稳压电容C22的第一端与所述正极逆变发射端电性连接；

所述第二稳压电容C22的第二端接地连接。

本实施例中，第一稳压电容C21和第二稳压电容C22可以采用规格为472/2KV常规电容。本申请通过设置第一稳压电容C21和第二稳压电容C22，可以有效过滤干扰和噪音，提高电路稳定性。

上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。