专利名称：一种采用单管igbt的逆变弧焊机的电路板结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子控制的焊接设备，具体是一种采用单管IGBT的逆变弧焊机的电路板结构。
背景技术：
IGBT是一种功率开关电子器件，IGBT的封装(或外形结构)形式是比较多的，可详见一些相关技术资料的说明，粗略地说，主要有模块式IGBT和单管IGBT等形式，前者体积大，电流和电压等级高，价格贵，主要用于工业大电流电器产品的制造；而后者则体积小，电流和电压等级低，价格低，主要用于小功率和低电流等级电器产品的制造，如小型和家用逆变焊机等。当前，电焊机市场产品的竞争十分激烈，不仅体现在技术的先进性和优势上，还在很大程度上取决于生产制造工艺的水平、生产效率的高低、生产成本的多少、产品的一致性和可靠性等方面。目前，160A以下电流等级的逆变电弧焊机，采用单管IGBT组成的逆变主电路和控制电路构成的逆变焊机种类是比较多的，它们的电路和结构形式也是多种多样的。不同的电路及其结构设计思路，所采用的具体电路形式和整个电路布置的方式也是不同的；不仅如此，焊机的性能指标包括输出的电流/电压范围及其对应的负载持续率、绝缘等级、温升、焊机的工作可靠性、制造成本等也可能会表现出一些差距，即使是在相同的产品性能指标下，由于具体电路及其结构设计方面的不同，或者所采用的电子元器件的封装形式不同，因而元器件的装配、焊接和检测工艺水平、自动化程度等也会有明显的不同，这就会使逆变焊机电子产品电路板的尺寸、生产时器件安装的方便性、生产效率、生产成本、最终产品的成本等也会有显著的不同，例如，如果采用大量的SMT贴片器件或集成电路，由于器件的体积小，因而会使电路板的尺寸减小，降低PCB材料的成本；另外，由于装焊这些贴片器件通常采用先进、高效、适合于大批量自动化生产和检测的设备，因而可极大地提高电路板或产品的生产效率，降低生产成本，增加产品的市场竞争力。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种采用单管IGBT的逆变弧焊机的电路板结构，采用单管IGBT组成的逆变主电路和控制电路构成，整个电路部分布置在一块电路板上，电路板的生产和安装十分方便、快捷，产品的合格率和生产效率高，最终使产品的生产成本低，市场竞争力强。为实现上述目的采用以下技术方案:—种采用单管IGBT的逆变弧焊机的电路板结构，其特征在于:包括采用四个单管IGBT、4个快速恢复二极管的逆变主电路及其控制电路，逆变主电路及其控制电路由输入上电缓冲电路、单管IGBT组成的逆变主电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调制电路、整流电路、焊机输出特性控制电路、电源电路组成，所有的这些电路部分和元器件都合理地设计、布置在一块电路板上。本实用新型不仅采用了先进的逆变控制技术，而且还采用了大量的SMT贴片生产、检测等技术和工艺，因而具有结构简单、体积小、重量轻、成本低、生产效率高、制造技术先进等优点；在电路板上，可通过改变IGBT管的电流等级，以及调整输出快速恢复二极管的电流等级，并结合修改电路板上少量电容、电阻的参数值，即可改变焊机的输出电流或功率的大小，容易形成符合国家和国际标准的系列化多规格的产品，具有良好的生产灵活性。
图1是本实用新型焊机的结构示意图；图2是本实用新型焊机的电路板元器件布局示意图；图1中部分部件的名称如下:1、带塑料扣背带；2、自攻螺丝；3、机箱外壳；4、线路板固定支架；5线路板固定支架；6、电路板；7、电解电容；8、电解电容；9、继电器；10、热敏电阻；11、电阻；12、电解电容；13、IGBT ;14、IGBT散热器A ;15、IGBT驱动小板；16、驱动变压器；17、IGBT散热器B ;18、IGBT ;19、电流检测互感器；20、冷却风扇；21、散热器；22、逆变主变压器；23、温度继电器；24、单相整流器；25、开关电源变压器；26、电流调节电位器和旋钮；27、LED指示灯；28、快速接头；29、冷却风扇；30、机箱底板；31、螺母；32、螺丝；33、风机网罩；34、开关；35、拉不脱；36、电源；37、螺丝、绝缘垫柱。
具体实施方式
如图U2所示，一种采用单管IGBT的逆变弧焊机的电路板结构，包括采用四个单管IGBT、4个快速恢复二极管的逆变主电路及其控制电路，逆变主电路及其控制电路由输入上电缓冲电路、单管IGBT组成的逆变主电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调制电路、整流电路、焊机输出特性控制电路、电源电路组成，所有的这些电路部分和元器件都合理地设计、布置在一块电路板上。其中单相整流器24及其散热器21、滤波电解电容DJDRl DJDR3、IGBT1 IGBT4及其散热器14、18、快恢复二极管KHl KH4、逆变变压器NBZB、保护阻容电路等组成逆变主电路，逆变主电路的次级整流由快恢复二极管KHl KH4来完成，OUTPUT ( + )和OUTPUT(一)为电路板的输出端，分别连接到焊机的输出正、负快速接头端子。附图2中的开关电源变压器KGDB及其周围的三端集成稳压器等附属电路构成直流稳压电路。可获得稳定的24V和15V的直流工作电压，这些电压供给控制电路，使这些电路能够正常工作。在附图1和附图2中，电阻RT、继电器JDQ及其控制电路组成上电缓冲电路，可使继电器JDQ的动作时间滞后于焊机电源开关合上的时间，从而达到防止合闸浪涌电流冲击损坏电源开关等器件的目的；当接通供电电源时，由于电源开关合上后的一段时间内，十24V电压还没有产生，因此，继电器JDQ的动作时间会落后于电源开关的动作时间，在这段时间内，继电器JDQ的触头还没有闭合，电流只能通过电阻RT给整流器供电，进而给滤波电解电容DJDRl DJDR3充电；当DJDRl DJDR3充电达到稳定的时候，继电器JDQ才会动作，JDQ的常开触点闭合，从而短接电阻RT ;如果没有RT、JDQ及其控制电路，则接通电源开关后，由于电解电容DJDRl DJDR3上的电压为零，相当于单相整流器24的输出端处于短路状态，因此，会在PDl的输入端产生很大的电流，甚至会烧坏单相整流器24，可见，电阻RT的延时被短路，可起到减少启动电流或者说上电缓冲的作用，进而保护整流器ro1、开关不致于被过大的电流烧坏，当然，如果进入正常的逆变输出，而由于某种原因使继电器JDQ没有动作，则电阻RT会因流过较大的电流而烧坏，这是应该尽量避免的电路故障。在焊机输出特性控制电路部分的作用下，可获得几十KHz左右的脉冲宽度调制(PWM)信号，通过该信号和驱动控制电路部分，获得按一定规律变化可驱动IGBTl IGBT4管组交替导通的控制信号，IGBTl IGBT4管组的交替导通，可在逆变主变压器NBZB的初级绕组中产生高频交变电流和电压，通过逆变主变压器NBZB的降压作用，获得一定的高频交流电压和电流，经快速恢复二极管KHl KH4的整流作用，从而获得满足焊接要求的直流电压和电流；也就是说，在控制电路的作用下，焊机的输出特性为下降外特性，可获得满足手工电弧焊工艺的要求。附图1中的19为电流检测互感器CT，可检测逆变主变压器NBZB的初级电流，该电流的大小与本焊机输出的焊接电流成正比，输出电流大，则CT检测到电流信号也较大，该电流检测信号作为电流负反馈信号，输入到相应的控制电路部分，并与电位器Ug产生的电流给定信号进行比较，通过控制电路可获得驱动IGBTl IGBT4管工作的脉冲宽度调制信号；该信号的频率是固定的，可达几十KHz左右，但是，脉冲的宽度则是会改变的，其变化规律是:焊接时，当电位器Ug产生的电流给定信号增大时，输出的焊接电流也会随之增加；反之，则会减小；当电位器Ug产生的电流给定信号不变时，随着焊接电流的增加，电流负反馈信号增大，由于它的极性与给定信号的极性相反，因此，会使驱动IGBTl IGBT4管工作的脉冲宽度减小，于是产生的IGBT的脉冲宽度也随之减小，IGBT的导通时间缩短，这就会使输出的电压降低；即在给定不变的情况下，焊接电流增大，输出电压降低，这也就是获得了所谓的满足手工电弧焊要求的下降外特性。附图2中，IGBT的驱动电路主要由驱动变压器QDB、驱动小电路板等器件或电路组成，驱动电路的输出端分别连接到功率开关IGBTl IGBT4管，目的是在控制信号的作用下，推动IGBTl IGBT4的工作；原理是:在脉冲宽度调制芯片U4输出信号的控制下，驱动变压器QDB可处于通或断的交替工作状态，其工作的频率由脉冲宽度调制芯片U4的输出信号决定，同时，在驱动变压器QDB和驱动小电路板的作用下，可获得功率开关IGBTl IGBT4管的驱动脉冲电压信号；在这一控制电压作用下，IGBTl IGBT4管可按照控制的要求实现通或断的交替工作状态，最终完成焊机输出特性的控制等要求。本实用新型逆变焊机采用单管IGBT组成的逆变主电路和控制电路构成，整个电路部分布置在一块电路板上，并采用大量的贴片电子元器件和SMT表面贴装工艺方法来生产产品；在电路板6上只有继电器9、单相整流器24、滤波电解电容7、8、12、IGBT及其散热器14、18、逆变主变压器22、输出整流的快速恢复二极管及其散热器21、冷却风扇20、29、电流检测互感器19、驱动变压器16、少数电阻和电容等少量尺寸大的元器件需要手工装配和焊接，其它大量的电子元器件都采用SMT贴片器件进行自动安装和焊接，因此，电路板的生产和安装十分方便、快捷，产品的合格率和生产效率高，最终使产品的生产成本低，市场竞争力强；良好的电路及其结构设计是本实用新型的优势所在，也是满足高效和低成本生产、高可靠性、制造技术先进性的重要保障。
权利要求1.一种采用单管IGBT的逆变弧焊机的电路板结构，其特征在于:包括采用四个单管IGBT、4个快速恢复二极管的逆变主电路及其控制电路，逆变主电路及其控制电路由输入上电缓冲电路、单管IGBT组成的逆变主电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调制电路、整流电路、焊机输出特性控制电路、电源电路组成，所有的这些电路部分和元器件都合理地设计、布置在一块电路板上。
专利摘要本实用新型涉及一种采用单管IGBT的逆变弧焊机的电路板结构，包括采用四个单管IGBT、四个快速恢复二极管的逆变主电路及其控制电路，逆变主电路及其控制电路由输入上电缓冲电路、单管IGBT组成的逆变主电路、IGBT的驱动电路、PWM脉冲宽度调制电路、整流电路、焊机输出特性控制电路、电源电路组成，所有的这些电路部分和元器件都合理地设计、布置在一块电路板上；电路板采用了大量的表面贴片电子元器件和SMT表面贴装工艺方法进行自动加工，故焊机的生产效率高、制作成本低。
文档编号B23K9/10GK202963745SQ20122073837
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者朱宣东, 孙敏, 魏继昆, 陈法庆, 朱宣辉 申请人:浙江肯得机电股份有限公司