一种卷钉机逆变式直流焊接电源

摘要

本发明公开了一种卷钉机逆变式直流焊接电源，包括共频整流电路、逆变电路、高频变压电路和高频整流滤波电路；所述共频整流电路的输入端接380V/50HZ三相交流电输入，共频整流电路的输出端与逆变电路的输入端电性连接。本发明提出的一种卷钉机逆变式直流焊接电源，实现了20KHZ的高工作频率和直流焊接，突破了逆变卷钉机工作频率无法超过1KHZ的瓶颈；接入软开关移相控制驱动器成功的解决了多周波分段焊接时所产生的冲击以及高次谐波干扰，解决了逆变电源反应迟钝的软启动问题，将所有参与焊接的器件整合在一起，做成一台与设备完全分开的卷钉机专用逆变直流焊接电源，使得所采用器件体积和重量均减小，维护和更换更加方便。

说明书

技术领域

本发明涉及到卷钉机工作电源技术领域，特别涉及一种卷钉机逆变式直流焊接电源。

背景技术

目前国内外卷钉生产企业面临最大的问题有三点：

1、卷钉机最主要工作部分为焊接电源，由于工作量大、负荷高，模块、焊接变压器和相关器件经常损坏。

2、核心控制器件达林顿模块已停产十几年，价格昂贵，不易购买。

3、主电路结构复杂，焊接电源与设备一元化，只有非常专业的人才懂得维修，十分不方便。

由于卷钉生产企业大多接国外订单，一旦设备损坏，往往造成交货延期，带来巨大经济损失，而目前国内外卷钉机所用电源全部为逆变式交流焊接电源，由于交流电源工作频率的增加会导致焊接回路焊接变压器磁通内阻的增大致使焊接电流减小，因此逆变频率无法超过一千赫；且为了适应高速焊接的需要，只能采用高速开关器件做低频控制使用，目前常用开关器件为达林顿模块和IGBT模块，电路不合理的运用致使模块和相关器件经常损坏，同时由于工作频率的限制无法实现真正意义上的高速焊接。

虽然有人提出采用逆变式直流焊接电源用于卷钉机焊接的方案，但由于电路实现的难度及卷钉焊接的特殊性没能真正实现。

原有逆变式交流焊接电源工作过程包括如下两种：

一、两相380V交流电→变压220V交流电→整流→逆变→降压→交流输出

二、三相380V交流电→整流→逆变→降压→交流输出。

外卷钉机所用电源全部为交流焊接电源，频率低、能耗高、高速焊接性能差、易损坏、维护不方便；电路中所采用的达林顿模块已停产十几年，价格昂贵，不易购买；为解决上述提出的问题，提出一种卷钉机逆变式直流焊接电源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卷钉机逆变式直流焊接电源，突破了逆变卷钉机工作频率无法超过1KHZ的瓶颈；解决了逆变电源反应迟钝的软启动问题，电源维护和更换方便，以解决上述背景技术中提出无法高速焊接的需要，工作稳定性不高，且不变维护和更换的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种卷钉机逆变式直流焊接电源，包括共频整流电路、逆变电路、高频变压电路和高频整流滤波电路；所述共频整流电路的输入端接380V/50HZ三相交流电输入，共频整流电路的输出端与逆变电路的输入端电性连接，逆变电路的输出端与高频变压电路的输入端电性连接，高频变压电路的输出端与高频整流滤波电路的输入端电性连接，高频整流滤波电路的输出端接输出端子输出；所述高频变压电路的输出端连接有消磁电路；所述逆变电路的输入端接有软开关移相控制驱动器，软开关移相控制驱动器的输出端接有PWM电路，PWM电路的输出端接有电流反馈电路，电流反馈电路接到高频整流滤波电路的输出端；所述共频整流电路的输出端接有保护电路。

优选地，共频整流电路由整流桥U1作为处理单元，整流桥U1的输入端连接到空气开关QF的输出端，空气开关QF的输入端连接到380V/50HZ三相交流电输入。

优选地，逆变电路由高频开关管IGBT1、高频开关管IGBT2、高频开关管IGBT3、高频开关管IGBT4和变压器T2构成，高频开关管IGBT1的4脚和高频开关管IGBT3的4脚相连后连接到整流桥U1的正极输出端，高频开关管IGBT1的5脚与高频开关管IGBT2的6脚相连后连接到变压器T2的1脚，高频开关管IGBT2的7脚与高频开关管IGBT4的7脚连接到整流桥U1的负极输出端，高频开关管IGBT3的5脚与高频开关管IGBT4的6脚相连后连接到变压器T1的1脚，变压器T1的2脚连接到电容C7的输入端，电容C7的输出端连接到变压器T2的2脚。

优选地，高频变压电路由变压器T1、快恢复二极管D5-快恢复二极管D8、电阻R4-电阻R8、电容C8-电容C11组成，变压器T1的3脚连接到快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7以及快恢复二极管D8的输入端，变压器T1的4脚和5脚接负极焊接端子输出，变压器T1的6脚连接到快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7以及快恢复二极管D8的输入端，快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7以及快恢复二极管D8的输出端相连后接正极焊接端子输出；所述电容C8与电阻R4串联，电容C8的输入端连接到快恢复二极管D5的输入端，电阻R4的输出端与快恢复二极管D5的输出端相连；所述电容C9与电阻R5串联，电容C9的输入端连接到快恢复二极管D6的输入端，电阻R5的输出端与快恢复二极管D6的输出端相连；所述电容C10与电阻R6串联，电容C10的输入端连接到快恢复二极管D7的输入端，电阻R6的输出端与快恢复二极管D7的输出端相连；所述电容C11与电阻R7串联，电容C11的输入端连接到快恢复二极管D8的输入端，电阻R7的输出端与快恢复二极管D8的输出端相连。

优选地，软开关移相控制驱动器的输入端连接到空气开关QF的输出端，软开关移相控制驱动器由芯片U05、放大器U01A、芯片U02A、放大器U03D、放大器U04A、放大器U04B、变压器T3和变压器T4组成，芯片U05的1脚和3脚接整流桥U1的输出端，芯片U05的10脚连接到放大器U01A的正极，放大器U01A的负极与输出端相连后连接到芯片U02A的4脚和10脚，芯片U02A的8脚连接到芯片U05的14脚和11脚，芯片U02A的10脚连接到芯片U05的14脚，芯片U02A的1脚连接到放大器U04A的3脚以及连接到放大器U04B的12脚，芯片U02A的13脚连接到放大器U04A的2脚，芯片U02A的12脚连接到放大器U04B的9脚，放大器U04A的4脚与放大器U04B的11脚相连后连接到放大器U03D的14脚，并连接到芯片U05的16脚，放大器U03D的12脚和13脚接电源端输入；所述放大器U04A的1脚连接到变压器T3的2脚，放大器U04B的13脚连接到变压器T3的1脚，变压器T3的3脚连接到G1端子输出，变压器T3的4脚连接到E1端子输出，变压器T3的5脚连接到E2端子输出，变压器T3的6脚连接到G2端子输出；所述芯片U05的14脚连接到变压器T4的1脚，芯片U05的11脚连接到变压器T4的2脚，变压器T4的3脚连接到G3端子输出，变压器T4的4脚连接到E3端子输出，变压器T4的5脚连接到E4端子输出，变压器T4的6脚连接到G4端子输出。

优选地，保护电路包括风机M、整流器B1、开关J1、开关J2、电源变压器T5和三极管N1，保护电路的端子A、端子B和端子C接空气开关QF的输出端输入，风机M的输入端连接到端子B上，风机M的输出端连接到开关J1的输出端和开关J2的输入端，整流器B1的1脚连接到电阻R1的输出端，电阻R1的输入端与整流器B1的2脚相连后连接到端子B上；所述整流器B1的3脚连接到电阻R9的输入端，并连接到电容E1的输入端和二极管Z2的正极，电阻R9的输出端连接到开关J1的正极输入端以及连接到开关J2的正极输入端，整流器B1的4脚、电容E1的输出端以及开关J1的负极输入端相连后接地；所述开关J1的输出端接电源变压器T5的输出端，电源变压器T5的输入端接电源输入；所述开关J2的负极连接到三极管N1的集电极，三极管N1的发射极接地，三极管N1的基极连接到电阻R10的输出端，电阻R3的输出端连接到二极管Z2的负极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种卷钉机逆变式直流焊接电源，实现了20KHZ的高工作频率和直流焊接，突破了逆变卷钉机工作频率无法超过1KHZ的瓶颈；接入软开关移相控制驱动器成功的解决了多周波分段焊接时所产生的冲击以及高次谐波干扰，解决了逆变电源反应迟钝的软启动问题，将所有参与焊接的器件整合在一起，做成一台与设备完全分开的卷钉机专用逆变直流焊接电源，使得所采用器件体积和重量均减小，将卷钉机易损坏的焊接部分与设备完全分开，一旦焊接电源出现问题，可以通过简单拆卸几根连线，另换一台焊接电源，几分钟后就可重新启动设备进行焊接，维护和更换更加方便。

附图说明

图1为本发明的整体原理框图；

图2为本发明的主电路原理图；

图3为本发明的逆变电路与高频变压电路连接图；

图4为本发明的软开关移相控制驱动器工作原理图；

图5为本发明的保护电路图。

图中：1、共频整流电路；2、逆变电路；3、高频变压电路；4、高频整流滤波电路；5、消磁电路；6、软开关移相控制驱动器；7、保护电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种卷钉机逆变式直流焊接电源，包括共频整流电路1、逆变电路2、高频变压电路3和高频整流滤波电路4；共频整流电路1的输入端接380V/50HZ三相交流电输入，共频整流电路1的输出端与逆变电路2的输入端电性连接，逆变电路2的输出端与高频变压电路3的输入端电性连接，高频变压电路3的输出端与高频整流滤波电路4的输入端电性连接，高频整流滤波电路4的输出端接输出端子输出；高频变压电路3的输出端连接有消磁电路5；逆变电路2的输入端接有软开关移相控制驱动器6，软开关移相控制驱动器6的输出端接有PWM电路，PWM电路的输出端接有电流反馈电路，电流反馈电路接到高频整流滤波电路4的输出端；共频整流电路1的输出端接有保护电路7。

请参阅图2，共频整流电路1由整流桥U1作为处理单元，整流桥U1的输入端连接到空气开关QF的输出端，空气开关QF的输入端连接到380V/50HZ三相交流电输入。

请参阅图3，逆变电路2由高频开关管IGBT1、高频开关管IGBT2、高频开关管IGBT3、高频开关管IGBT4和变压器T2构成，高频开关管IGBT1的4脚和高频开关管IGBT3的4脚相连后连接到整流桥U1的正极输出端，高频开关管IGBT1的5脚与高频开关管IGBT2的6脚相连后连接到变压器T2的1脚，高频开关管IGBT2的7脚与高频开关管IGBT4的7脚连接到整流桥U1的负极输出端，高频开关管IGBT3的5脚与高频开关管IGBT4的6脚相连后连接到变压器T1的1脚，变压器T1的2脚连接到电容C7的输入端，电容C7的输出端连接到变压器T2的2脚；高频变压电路3由变压器T1、快恢复二极管D5-快恢复二极管D8、电阻R4-电阻R8、电容C8-电容C11组成，变压器T1的3脚连接到快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7以及快恢复二极管D8的输入端，变压器T1的4脚和5脚接负极焊接端子输出，变压器T1的6脚连接到快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7以及快恢复二极管D8的输入端，快恢复二极管D5、快恢复二极管D6、快恢复二极管D7以及快恢复二极管D8的输出端相连后接正极焊接端子输出；电容C8与电阻R4串联，电容C8的输入端连接到快恢复二极管D5的输入端，电阻R4的输出端与快恢复二极管D5的输出端相连；电容C9与电阻R5串联，电容C9的输入端连接到快恢复二极管D6的输入端，电阻R5的输出端与快恢复二极管D6的输出端相连；电容C10与电阻R6串联，电容C10的输入端连接到快恢复二极管D7的输入端，电阻R6的输出端与快恢复二极管D7的输出端相连；电容C11与电阻R7串联，电容C11的输入端连接到二极管D8的输入端，电阻R7的输出端与快恢复二极管D8的输出端相连。

请参阅图4，软开关移相控制驱动器6的输入端连接到空气开关QF的输出端，软开关移相控制驱动器6由芯片U05、放大器U01A、芯片U02A、放大器U03D、放大器U04A、放大器U04B、变压器T3和变压器T4组成，芯片U05的1脚和3脚接整流桥U1的输出端，芯片U05的10脚连接到放大器U01A的正极，放大器U01A的负极与输出端相连后连接到芯片U02A的4脚和10脚，芯片U02A的8脚连接到芯片U05的14脚和11脚，芯片U02A的10脚连接到芯片U05的14脚，芯片U02A的1脚连接到放大器U04A的3脚以及连接到放大器U04B的12脚，芯片U02A的13脚连接到放大器U04A的2脚，芯片U02A的12脚连接到放大器U04B的9脚，放大器U04A的4脚与放大器U04B的11脚相连后连接到放大器U03D的14脚，并连接到芯片U05的16脚，放大器U03D的12脚和13脚接电源端输入；放大器U04A的1脚连接到变压器T3的2脚，放大器U04B的13脚连接到变压器T3的1脚，变压器T3的3脚连接到G1端子输出，变压器T3的4脚连接到E1端子输出，变压器T3的5脚连接到E2端子输出，变压器T3的6脚连接到G2端子输出；芯片U05的14脚连接到变压器T4的1脚，芯片U05的11脚连接到变压器T4的2脚，变压器T4的3脚连接到G3端子输出，变压器T4的4脚连接到E3端子输出，变压器T4的5脚连接到E4端子输出，变压器T4的6脚连接到G4端子输出。

请参阅图5，保护电路7包括风机M、整流器B1、开关J1、开关J2、电源变压器T5和三极管N1，保护电路7的端子A、端子B和端子C接空气开关QF的输出端输入，风机M的输入端连接到端子B上，风机M的输出端连接到开关J1的输出端和开关J2的输入端，整流器B1的1脚连接到电阻R1的输出端，电阻R1的输入端与整流器B1的2脚相连后连接到端子B上；整流器B1的3脚连接到电阻R9的输入端，并连接到电容E1的输入端和二极管Z2的正极，电阻R9的输出端连接到开关J1的正极输入端以及连接到开关J2的正极输入端，整流器B1的4脚、电容E1的输出端以及开关J1的负极输入端相连后接地；开关J1的输出端接电源变压器T5的输出端，电源变压器T5的输入端接电源输入；开关J2的负极连接到三极管N1的集电极，三极管N1的发射极接地，三极管N1的基极连接到电阻R10的输出端，电阻R3的输出端连接到二极管Z2的负极。

该卷钉机逆变式直流焊接电源，工作原理如下：输入380V/50HZ三相交流电，经空气开关QF进入整流桥U1，整流后并经大容量电解电容滤波，成为平稳的直流电，再经PWM电路控制的高频开关管IGBT1-高频开关管IGBT4斩波，变成高频交流方波，然后经变压器T1进行功率转换，降压后由快恢复二极管D5-快恢复二极管D8整流输出；变压器T1的一次侧由电流互感器检测取样送PWM电路进行实时控制，调节焊机前面板上的焊接频率、焊接热量及焊接时间旋钮开关，即可调节焊机输出功率；上述通过采用采用1KA高电流快恢复二极管D5-快恢复二极管D8，并增加了滤波电路，保证了工作可靠性；因直流输出时中频变压器输出电流不因频率增加而减小，所以实现了20KHZ的高工作频率和瞬间3000A以上直流输出电流，突破了逆变卷钉机工作频率无法超过1KHZ的瓶颈，同时工作频率的提高使高频变压器体积变的很小，通过接入消磁电路5，提高了电路可靠性。

由于卷钉焊接每秒钟要进行几十次焊接，正常工作时通过每一根卷钉的时间只有3-10毫秒的时间，在这样短的时间内要进行6-10次焊接与关断，为保证焊接性能，每一次电路关断到工作电流3000-4000A要在0.1毫秒内实现，虽然逆变电源工作时频率很高，但核心控制芯片均为电压或电流型脉宽调制器，在电路关闭与开通瞬间要有软启动过程，一般软启动的时间都需要几十到几百毫秒，在电路设计时正常的模式根本无法实现，刚接通信号便会造成主模块IGBT的损坏；通过接入软开关移相控制驱动器6，在电路开通与关闭时对主电路开关器件IGBT冲击非常小，保证卷钉稳定快速焊接。

由于卷钉机工作环境恶劣，金属粉尘多，经常有掉落的钉子，阻塞风机扇叶，造成风机及焊接电源过热损坏，虽然在电路中有温度开关，但温度开关反应比较迟钝，亦容易造成IGBT模块和主变压器的损坏，因此接入保护电路7，当风机M的扇叶被铁钉等异物阻挡住时，将风机M和焊接控制电路关闭，避免了电源无风冷后过热损坏。

综上所述，本发明提出的一种卷钉机逆变式直流焊接电源，实现了20KHZ的高工作频率和直流焊接，突破了逆变卷钉机工作频率无法超过1KHZ的瓶颈；接入软开关移相控制驱动器6成功的解决了多周波分段焊接时所产生的冲击以及高次谐波干扰，解决了逆变电源反应迟钝的软启动问题，将所有参与焊接的器件整合在一起，做成一台与设备完全分开的卷钉机专用逆变直流焊接电源，使得所采用器件体积和重量均减小，将卷钉机易损坏的焊接部分与设备完全分开，一旦焊接电源出现问题，可以通过简单拆卸几根连线，另换一台焊接电源，几分钟后就可重新启动设备进行焊接，维护和更换更加方便。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。