电流方向切换电路、焊机驱动电路和焊机设备的制作方法

1.本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种电流方向切换电路、焊机驱动电路和焊机设备。


背景技术：

2.目前，在焊机使用中，有的焊接需要使用双向电压，即通过改变电流输出的方向，且由于焊机本体内的用电设备呈电阻特性，输出电压为正负双向电压，以减小焊接过程中金属氧化层对焊接效果的影响。
3.传统的切换电路是在一次逆变整流桥之后加入一个由vt1～vt4组成的二次逆变电路进行方向变换，根据vt1～vt4的开通组合不同，实现输出正负极性的变化。如图1所示，vt1～vt4工作在低频，控制输出的极性；一次逆变的全桥工作在高频，控制输出的电压和电流。
4.二次逆变电路的工作电压低，选用的开关器件一般都是mos管，而工作电流一般都比较大，因此需要多颗mos管并联使用。
5.切换电路工作时，电流回路经过两个对角的半导体器件，如vt1和vt4，或者vt2或者vt3，参与传输电流的半导体器件数量较多，导致功耗增加。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电流方向切换电路，旨在降低切换电路产生的功耗。
7.本发明实施例的第一方面提了一种电流方向切换电路，所述电流方向切换电路与变压器和输出电感对应连接，所述变压器与全桥逆变电路连接，所述电流方向切换电路包括：
8.全桥整流电路，所述全桥整流电路的输入端对应与所述变压器的第一副边绕组的第一端和第二副边绕组的第二端连接，其中，所述变压器的第一副边绕组的第二端、第二副边绕组的第一端和所述输出电感的第一端共接，所述输出电感的第二端构成所述电流方向切换电路的第一输出端；
9.开关电路，所述开关电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端与所述全桥整流电路的第一电源输出端连接，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第二端共接构成所述电流方向切换电路的第二输出端，所述第二开关的第一端与所述全桥整流电路的第二电源输出端连接；
10.控制电路，所述控制电路分别与所述全桥逆变电路和所述开关电路对应连接，所述控制电路在所述输出电感的电流小于预设电流值时触发并控制所述开关电路内的各开关对应导通和关断，以切换所述输出电感的电流方向，其中，在切换前所述第一开关和所述第二开关互为导通状态和关断状态；
11.吸收电路，所述吸收电路分别与所述输出电感的第一端和所述第一开关的第二端连接，所述吸收电路用于吸收电流切换过程中所述输出电感的能量。
12.在一个实施例中，所述控制电路具体用于：
13.在所述电流方向切换电路的第一输出端与第二输出端之间电压为负且所述输出电感的电流小于预设电流值时，控制所述第二开关导通以及控制所述第一开关关断；或者
14.在所述电流方向切换电路的第一输出端与第二输出端之间电压为正且所述输出电感的电流小于预设电流值时，控制所述第一开关导通以及控制所述第二开关关断。
15.在一个实施例中，所述控制电路在所述输出电感的电流小于预设电流值且所述全桥逆变电路工作于续流状态下触发电流方向切换工作。
16.在一个实施例中，所述吸收电路包括：
17.单向导通电路，所述单向导通电路的输入端分别与所述输出电感的第一端和所述第一开关的第二端连接，用于单向接入在电流方向切换过程中所述输出电感的电流；
18.储能电路，与所述单向导通电路的输出端连接，用于存储在电流方向切换过程中所述输出电感的电流。
19.在一个实施例中，所述单向导通电路包括整流桥。
20.在一个实施例中，所述储能电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电子开关管和稳压二极管；
21.所述第一电容的第一端、所述第二电阻的第一端和所述整流桥的正电源输出端连接，所述第一电容的第二端、所述第一电阻的第一端、所述第一电子开关管的第一端和所述第三电阻的第一端共接，所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端、所述第二电容的第一端、所述稳压二极管的阴极和所述第一电子开关管的受控端共接，所述第一电阻的第二端、所述第二电容的第二端、所述稳压二极管的阳极、所述整流桥的负电源输出端和所述第一电子开关管的第二端共接。
22.在一个实施例中，所述电流方向切换电路还包括：
23.能量转移电路，与所述储能电路、控制电路和焊机本体内的用电设备连接，用于在所述储能电路的电压大于预设值时受控导通并将所述储能电路的能量释放至焊机本体内的用电设备。
24.在一个实施例中，所述能量转移电路包括第四电阻、第五电阻和第二电子开关管；
25.所述第四电阻的第一端、所述第二电子开关管的第一端与所述整流桥的正电源输出端连接，所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第一端和所述控制电路的信号端连接，所述控制电路的信号端与所述第二电子开关管的受控端连接，所述第二电子开关管的第二端与所述焊机本体内的用电设备的电源端连接，所述第五电阻的第二端接地。
26.本发明实施例的第二方面提了一种焊机驱动电路，包括全桥逆变电路、变压器、输出电感和如上所述的电流方向切换电路，所述全桥逆变电路、所述变压器和所述输出电感依次连接，所述电流方向切换电路对应与所述变压器连接。
27.本发明实施例的第三方面提了一种焊机设备，包括焊机本体和如上所述的焊机驱动电路。
28.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过采用全桥整流电路、开关电路、控制电路和吸收电路组成电流方向切换电路，控制电路在输出电感的电流小于预设电流值时控制开关电路的各开关对应导通或者关断，实现由第一副边绕组、第一开关和电流方向切换电路的输出端构成的第一方向的电流回路切换至由第二副边绕组、电流方向切
换电路的输出端和第二开关构成的第二方向的电流回路，从而为焊机本体提供双向电压，每一方向的电流回路只经过一个开关，降低了功耗，同时，通过吸收电路进行能量吸收，可实现能量的反复利用，减少能量浪费，提高了整机效率。
附图说明
29.图1为传统的切换电路的电路结构示意图；
30.图2为本发明实施例提供的电流方向切换电路的第一种电路结构示意图；
31.图3为本发明实施例提供的电流方向切换电路的第二种电路结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本发明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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
33.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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.本发明实施例的第一方面提了一种电流方向切换电路。
35.如图2所示，电流方向切换电路与变压器t1和输出电感l1对应连接，变压器t1与全桥逆变电路200连接，全桥逆变电路200包括四个电子开关管，用于将输入的直流电源逆变转换为高压交流电源，变压器t1包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，变压器t1用于将高压交流电源降压转换为低压交流电源，其中，变压器t1的第一副边绕组的第二端、第二副边绕组的第一端和输出电感l1的第一端共接，输出电感l1的第二端构成电流方向切换电路的第一输出端，电流方向切换电路以及输出电感l1用于连接焊机本体实现双向电流输出。
36.为了实现电流方向切换，电流方向切换电路包括：
37.全桥整流电路10，全桥整流电路10的输入端对应与变压器t1的第一副边绕组的第一端和第二副边绕组的第二端连接，其中，变压器t1的第一副边绕组的第二端、第二副边绕组的第一端和输出电感l1的第一端共接，输出电感l1的第二端构成电流方向切换电路的第一输出端；
38.开关电路，包括第一开关s1和第二开关s2，第一开关s1的第一端与全桥整流电路10的第一电源输出端连接，第一开关s1的第二端和第二开关s2的第二端共接构成电流方向切换电路的第二输出端，第二开关s2的第一端与全桥整流电路10的第二电源输出端连接；
39.控制电路，分别与全桥逆变电路和开关电路对应连接，控制电路在电感的电流小于预设电流值时触发并控制开关电路内的各开关对应导通和关断，以切换电感的电流方向，其中，在切换前第一开关s1和第二开关s2互为导通状态和关断状态；
40.吸收电路20，吸收电路20分别与输出电感l1的第一端和第一开关s1的第二端连接，吸收电路20用于吸收电流切换过程中电感的能量。
41.本实施例中，第一开关s1和第二开关s2共接并配合输出电感l1构成电流方向切换
电路100的电源输出端，其中，第一开关s1和第二开关s2用于实现输出电感l1的电流方向，进而改变焊机本体的工作电压的极性，正常工作状态下，第一开关s1和第二开关s2互为通断状态，即第一开管导通时，第二开关s2关断。
42.当第一开关s1导通时，第一副边绕组、全桥整流电路10的上桥臂、第一开关s1、电流方向切换电路100的电源输出端和输出电感l1构成第一方向的电流回路，电流方向切换电路100的第一电源输出端和第二电源输出端的压差为负，当第二开关s2导通时，第二副边绕组、输出电感l1、电流方向切换电路100的电源输出端和第二开关s2构成第二方向的电流回路，电流方向切换电路100的第一电源输出端和第二电源输出端的压差为正。
43.极性变化依靠第一开关s1和第二开关s2的开关状态切换，并在输出电感l1的电流即电流方向切换电路100的输出电流小于预设预设电流值触发，以实现电流方向切换在一个周期内完成，控制电路实时监测输出电感l1的电流大小，并在设定条件下控制各开关对应导通和关断，从而实现第一方向的电流回路切换至第二方向的电流回路，并为焊机本体提供双向电压，同时，吸收电路20在电流切换过程中进行能量吸收，避免能量在输出电感l1中累积，并且通过设置吸收电路20，省去了用于消耗电容电压的功率电阻，提高了转换效率，并且可实现能量的反复利用，减少能量浪费，提高了整机效率。
44.每一方向的电流回路只经过一个开关，降低了功耗，同时，各开关可根据工作电流大小采用不同的开关结构，例如多颗并联的mos管，具体结构不做限定。
45.在一个实施例中，控制电路具体用于：
46.在电流方向切换电路的第一输出端与第二输出端之间电压为负且电感的电流小于预设电流值时，控制第二开关s2导通以及控制第一开关s1关断；或者
47.在电流方向切换电路的第一输出端与第二输出端之间电压为正且输出电感l1的电流小于预设电流值时，控制第一开关s1导通以及控制第二开关s2关断。
48.具体地，在一个实施例中，控制电路具体用于：
49.在电流方向切换电路的第一输出端与第二输出端之间电压为负且输出电感l1的电流小于预设电流值时，控制第二开关s2导通以及控制第一开关s1关断；或者
50.在电流方向切换电路的第一输出端与第二输出端之间电压为正且输出电感l1的电流小于预设电流值时，控制第一开关s1导通以及控制第二开关s2关断。
51.假设电流方向切换之前，第一开关s1导通，第二开关s2关断，全桥整流电路10的上桥臂处于工作状态，电流方向切换电路100的第一电源输出端和第二电源输出端的压差为负，当检测到输出电感l1的电流小于预设电流值时，控制电路触发电流切换工作，同时，为了避免切换过程中，副边电流影响全桥逆变电路200的各开关工作状态，以及减少功耗，切换工作发生在全桥逆变电路200的续流状态，即工作于全桥逆变电路200的各电子开关管处于关断状态时。
52.切换开始时，第二开关s2导通，因为原边绕组的电流为零，第一副边绕组和第二副边绕组平分输出电感l1的电流，因为与第二副边绕组连接的下桥臂存在，第二开关s2无电流通过。
53.第二开关s2导通后，第一开关s1受控关断，因为全桥整流电路10的下桥臂的反向隔断，输出电感l1的电流全部流入吸收电路20，输出电感l1的电流在吸收电路20的电压下迅速减小，因为输出电感l1较大，电流不会骤降至零，且由于吸收电路20的电压大于第二副
边绕组的电压，与第二副边绕组连接的下桥臂不会导通，此时，变压器处于等同开路状态，原边绕组的电压对变压器励磁输出电感l1充电。
54.当输出电感l1的电流减小至无法维持电弧时，电弧熄灭，输出电感l1因为开路释放能量并引弧，输出电感l1能量释放，造成输出电感l1的电流进一步减小到零，吸收电路20不再吸收能量，变压器的副边绕组开始作用于输出电感l1，输出电感l1的电流变为负，并持续减小，即输出电感l1的电流反向并持续变大，电流换向完成。
55.或者，当电流方向切换之前，第二开关s2导通，第一开关s1关断，全桥整流电路10的下桥臂处于工作状态，电流方向切换电路100的第一电源输出端和第二电源输出端的压差为正，当检测到输出电感l1的电流小于预设电流值时，控制电路触发电流切换工作，同时，为了避免切换过程中，副边电流影响全桥逆变电路200的各开关工作状态，以及减少功耗，切换工作发生在全桥逆变电路200的续流状态，即工作于全桥逆变电路200的各电子开关管处于关断状态时。
56.切换开始时，第一开关s1导通，因为原边绕组的电流为零，第一副边绕组和第二副边绕组平分输出电感l1的电流，因为与第一副边绕组连接的上桥臂存在，第第一开关s1无电流通过。
57.第一开关s1导通后，第二开关s2受控关断，因为全桥整流电路10的上桥臂的反向隔断，输出电感l1的电流全部流入吸收电路20，输出电感l1的电流在吸收电路20的电压下迅速减小，因为输出电感l1较大，电流不会骤降至零，且由于吸收电路20的电压大于第二副边绕组的电压，与第一副边绕组连接的上桥臂不会导通，此时，变压器处于等同开路状态，原边绕组的电压对变压器励磁输出电感l1充电。
58.当输出电感l1的电流减小至无法维持电弧时，电弧熄灭，输出电感l1因为开路释放能量并引弧，输出电感l1能量释放，造成输出电感l1的电流进一步减小到零，吸收电路20不再吸收能量，变压器的副边绕组开始作用于输出电感l1，输出电感l1的电流变为正，并持续增大，即输出电感l1的电流反向并持续变大，电流换向完成。
59.其中，为了防止原边绕组直接向吸收电路20传输能量，吸收电路20的设定电压值大于第一副边绕组和第二副边绕组的电压。
60.同时，开关电路中的各开关可根据功耗需求对应设置不同类型的开关器件，例如三极管、继电器等，不做具体限制。
61.其中，吸收电路20可采用电容、电感等无损耗电路，如图3所示，在一个实施例中，吸收电路20包括：
62.单向导通电路21，单向导通电路21的输入端分别与输出电感l1的第一端和第一开关s1的第二端连接，用于单向接入在电流方向切换过程中输出电感l1的电流；
63.储能电路22，与单向导通电路21的输出端连接，用于存储在电流方向切换过程中输出电感l1的电流。
64.其中，单向导通电路21用于实现输出电感l1的电流单向输出，防止吸收电路20的电流倒灌，储能电路22用于存储能量。
65.其中，单向导通电路21和储能电路22的具体结构可根据需求对应设置，在一个实施例中，单向导通电路21包括整流桥，整流桥包括第一上桥臂d5、第二上桥臂d6、第一下桥臂d7和第二下桥臂d8。
66.储能电路22包括第一电容c2、第二电容c3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电子开关管s3和稳压二极管d9；
67.第一电容c2的第一端、第二电阻r2的第一端和整流桥的正电源输出端连接，第一电容c2的第二端、第一电阻r1的第一端、第一电子开关管s3的第一端和第三电阻r3的第一端共接，第二电阻r2的第二端、第三电阻r3的第二端、第二电容c3的第一端、稳压二极管d9的阴极和第一电子开关管s3的受控端共接，第一电阻r1的第二端、第二电容c3的第二端、稳压二极管d9的阳极、整流桥的负电源输出端和第一电子开关管s3的第二端共接。
68.其中，第一电容c2用于存储能量，第一电阻r1和第一电子开关管s3用于实现缓启动，避免对变压器的原边绕组和副边绕组造成电压尖峰，在第一电容c2的电压上升至预设值时，第一电子开关管s3导通，并短接第一电阻r1，从而提升第一电容c2的储能速度，同时，稳压二极管d9用于防止第一电子开关管s3的栅极电压过大，同时，实现第一电容c2的端电压大于第一副边绕组和第二副边绕组的电压的功能，防止原边绕组直接向吸收电路20传输能量，其中，第一电子开关管s3可采用nmos管、npn三极管，在一个实施例中，第一电子开关管s3为nmos管。
69.进一步地，为了避免储能电路22能量过高导致故障发生，同时保证能量充分利用，请继续参阅图3，在一个实施例中，电流方向切换电路还包括：
70.能量转移电路23，与储能电路22、控制电路和焊机本体内的用电设备连接，用于在储能电路22的电压大于预设值时受控导通并将储能电路22的能量释放至焊机本体内的用电设备，减少能量浪费，提高了整机效率。
71.在一个实施例中，如图3所示，能量转移电路23包括能量转移电路23包括第四电阻r4、第五电阻r5和第二电子开关管s4；
72.第四电阻r4的第一端、第二电子开关管s4的第一端与整流桥的正电源输出端连接，第四电阻r4的第二端、第五电阻r5的第一端和控制电路的信号端连接，控制电路的信号端与第二电子开关管s4的受控端连接，第二电子开关管s4的第二端与焊机本体内的用电设备的电源端连接，第五电阻r5的第二端接地。
73.本实施例中，吸收电路20通过整流桥将输出电感l1的电流导入储能电路22，控制电路根据第四电阻r4和第五电阻r5的分压值以及预设电压值对应控制第二电子开关管s4导通或者关断，从而在储能电路22的端电压达到一定值时进行能量释放，并输送至焊机本体内的用电设备，减少能量浪费，提高了整机效率。
74.在一个实施例中，全桥整流电路10包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4；
75.第一二极管d1的第一端、第三二极管d3的第一端和第一副边绕组的第一端共接，第二二极管d2的第一端、第四二极管d4的第一端和第二副边绕组的第二端共接，第一二极管d1的第二端、第二二极管d2的第二端和第一开关s1的第一端共接，第三二极管d3的第二端、第四二极管d4的第二端和第二开关s2的第一端共接。
76.全桥逆变电路200包括组成对称桥臂的电子开关管q1、q2、q3和q4。
77.根据图3所示，电流方向切换电路中大功率器件少，可以使用体积较小的散热器，减小了焊机的整机体积和成本。
78.本发明还提出一种焊机驱动电路，该焊机驱动电路包括全桥逆变电路200、变压器
t1、输出电感l1和电流方向切换电路，该电流方向切换电路的具体结构参照上述实施例，由于本焊机驱动电路采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，全桥逆变电路200、变压器t1和输出电感l1依次连接，电流方向切换电路对应与变压器t1连接。
79.本实施例中，电流方向切换电路与变压器t1和输出电感l1对应连接，变压器t1与全桥逆变电路200连接，全桥逆变电路200包括四个电子开关管，用于将输入的直流电源逆变转换为高压交流电源，变压器t1包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，变压器t1用于将高压交流电源降压转换为低压交流电源，其中，变压器t1的第一副边绕组的第二端、第二副边绕组的第一端和输出电感l1的第一端共接，输出电感l1的第二端构成电流方向切换电路的第一输出端，电流方向切换电路以及输出电感l1用于连接焊机本体实现双向电流输出。
80.本发明还提出一种焊机设备，该焊机设备包括焊机本体和焊机驱动电路，该焊机驱动电路的具体结构参照上述实施例，由于本焊机设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
81.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。