便携式逆变弧焊系统及其电源控制方法与流程

本申请涉及弧焊系统技术领域，尤其是涉及一种便携式逆变弧焊系统及其电源控制方法。

背景技术：

目前，大功率弧焊机一般需要连接交流电源使用，而在没有交流供电的场所一般需要燃油发电机配合作业。但燃油发电机体积大、重量重、搬运困难，无法满足如高空作业、地下管道维修、矿井施工、应急救灾等工况的应用，而且燃油发电机在工作时会带来空气污染、噪音污染等环保问题。

针对上述问题，目前市场上出现了以锂电池供电的便携式弧焊机，其具有便携、无污染的优点，适合在野外短时间应急使用。然而，在实现本申请的过程中，本申请的发明人发现：为实现电源切换，这种便携式弧焊机需要配置两套电子开关电路。因此，现有的便携式弧焊机的结构较为复杂，成本较高。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种便携式逆变弧焊系统及其电源控制方法，以简化便携式逆变弧焊系统的结构，降低其成本。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种便携式逆变弧焊系统，包括：

依次耦合的整流滤波电路、第一电压采样电路和第一可控开关；

依次耦合的电池组、第二电压采样电路和第二可控开关；

依次耦合的电子开关电路、变压器切换电路和输出整流电路；所述电子开关电路的输入端分别与所述第一可控开关和所述第二可控开关耦合；

控制单元，用于获取所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路采集的电压信号，并根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态。

优选的，所述变压器切换电路，包括第三可控开关和变压器；所述第三可控开关的公共端与所述电子开关电路的输出端连接，所述第三可控开关的第一选择端与所述变压器的第一初级绕组相连，所述第三可控开关的第二选择端与所述变压器的第二初级绕组相连，所述变压器的第一次级绕组和第二次级绕组分别与所述输出整流电路的输入端相连。

优选的，所述变压器切换电路，包括第三可控开关和变压器；所述第三可控开关的第一选择端与所述变压器的第一次级绕组相连，所述第三可控开关的第二选择端与所述变压器的第二次级绕组相连，所述第三可控开关的公共端与所述输出整流电路的输入端相连，所述变压器的第一初级绕组和第二初级绕组分别与所述电子开关电路的输出端相连。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围内时，依次控制所述第一选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第二预设电压范围内时，依次控制所述第二选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围和第二预设电压范围之外，且所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围内，依次控制所述第一选择端和所述第二可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围和第二预设电压范围之外，且所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围内，依次控制所述第二选择端和所述第二可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围和第二预设电压范围之外，且所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围和所述第二预设电压范围之外时，维持所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的当前状态不变。

优选的，所述电子开关电路包括全桥开关电路。

另一方面，本申请实施例还提供了一种采用上述便携式逆变弧焊系统的电源控制方法，包括以下步骤：

获取第一电压采样电路和第二电压采样电路采集的电压信号；

根据所述电压信号控制第一可控开关、第二可控开关和变压器切换电路的工作状态。

优选的，所述变压器切换电路，包括第三可控开关和变压器；所述第三可控开关的公共端与所述电子开关电路的输出端连接，所述第三可控开关的第一选择端与所述变压器的第一初级绕组相连，所述第三可控开关的第二选择端与所述变压器的第二初级绕组相连，所述变压器的第一次级绕组和第二次级绕组分别与所述输出整流电路的输入端相连。

优选的，所述变压器切换电路，包括第三可控开关和变压器；所述第三可控开关的第一选择端与所述变压器的第一次级绕组相连，所述第三可控开关的第二选择端与所述变压器的第二次级绕组相连，所述第三可控开关的公共端与所述输出整流电路的输入端相连，所述变压器的第一初级绕组和第二初级绕组分别与所述电子开关电路的输出端相连。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围内时，依次控制所述第一选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第二预设电压范围内时，依次控制所述第二选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围和第二预设电压范围之外，且所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围内，依次控制所述第一选择端和所述第二可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围和第二预设电压范围之外，且所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围内，依次控制所述第二选择端和所述第二可控开关处于闭合状态。

优选的，所述根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还包括：

当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围和第二预设电压范围之外，且所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围和所述第二预设电压范围之外时，维持所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的当前状态不变。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，外部交流电通过整流滤波电路提供的直流电源与电池组提供的直流电源共用同一个电子开关电路，而不是像现有技术那样每个直流电源设置一个单独的电子开关电路。因此，相对于现有技术，本申请实施例的便携式逆变弧焊系统结构更加简单，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，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。在附图中：

图1为本申请一实施方式中便携式逆变弧焊系统的结构框图；

图2为本申请一实施方式中便携式逆变弧焊系统的电路原理图；

图3为本申请另一实施方式中便携式逆变弧焊系统的电路原理图；

图4为本申请一实施方式中便携式逆变弧焊系统的电源控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参考图1所示，本申请一实施方式的便携式逆变弧焊系统可以包括：整流滤波电路、第一电压采样电路、第一可控开关、电池组、第二电压采样电路、第二可控开关、电子开关电路、变压器切换电路、输出整流电路和控制单元。

其中，整流滤波电路、第一电压采样电路和第一可控开关依次相连。电池组、第二电压采样电路和第二可控开关依次相连。电子开关电路、变压器切换电路和输出整流电路依次相连，且所述电子开关电路的输入端分别与所述第一可控开关和所述第二可控开关相连。所述控制单元的两个采样信号输入端分别与所述第一电压采样电路的采样信号输出端、所述第二电压采样电路的采样信号输出端对应相连。所述控制单元的三个控制信号输出端分别与所述第一可控开关的控制信号输入端、所述第二可控开关的控制信号输入端、所述变压器切换电路的控制信号输入端对应相连。所述控制单元，用于获取所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路采集的电压信号，并根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态。

由此可以看出，在本申请实施方式的便携式逆变弧焊系统中，外部交流电通过整流滤波电路提供的直流电源与电池组提供的直流电源共用一个电子开关电路，而不是像现有技术那样每个直流电源设置一个单独的电子开关电路。因此，相对于现有技术，本申请实施方式的便携式逆变弧焊系统结构更加简单，成本更低。

在本申请一实施方式中，所述变压器切换电路可以包括第三可控开关和变压器；所述第三可控开关的公共端与所述电子开关电路的输出端连接，所述第三可控开关的第一选择端与所述变压器的第一初级绕组相连，所述第三可控开关的第二选择端与所述变压器的第二初级绕组相连，所述变压器的第一次级绕组和第二次级绕组分别与所述输出整流电路的输入端相连。

在本申请另一实施方式中，所述变压器切换电路可以包括第三可控开关和变压器；所述第三可控开关的第一选择端与所述变压器的第一次级绕组相连，所述第三可控开关的第二选择端与所述变压器的第二次级绕组相连，所述第三可控开关的公共端与所述输出整流电路的输入端相连，所述变压器的第一初级绕组和第二初级绕组分别与所述电子开关电路的输出端相连。

在本申请的上述实施方式中，所述第一初级绕组与所述第二初级绕组的匝数相同，所述第一次级绕组与所述第二次级绕组的匝数相同；根据需要，所述第一初级绕组与所述第一次级绕组的匝数比可以为10:4。

在现有技术中，整流滤波电路提供的直流电源与电池组提供的直流电源分别设置有单独的电子开关电路，并且每个电子开关电路的输出端连接的变压器的初次级绕组的匝数比是固定不变，因此，现有技术无法同时满足不同种类交流电的使用(例如ac110v、ac220v等)。

而在本申请实施方式的便携式逆变弧焊系统中，相对于现有技术，变压器被替换为变压器切换电路(该变压器切换电路的结构及其与其他部件之间的关系已在上文中阐明)，且控制单元可根据第一电压采样电路和第二电压采样电路采集的电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，还实现了对变压器切换电路中的变压器的匝数比的选择，从而使得本申请实施方式的便携式逆变弧焊系统可同时满足不同种类的交流电的使用。例如在外部接入ac110v交流电时，可选择初级绕组与次级绕组的匝数比为10:4；而在外部接入ac220v交流电时，可选择初级绕组与次级绕组的匝数比为20:4。因此，本申请实施方式的便携式逆变弧焊系统应用范围更加广泛。

参考图4所示，在本申请一实施方式中，所述控制单元获取所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路采集的电压信号，并根据所述电压信号控制所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述变压器切换电路的工作状态，可以包括以下步骤：

s401、获取第一电压采样电路和第二电压采样电路采集的电压信号。

s402、判断第一电压采样电路采集的电压信号是否位于第一预设电压范围内或者位于第二预设电压范围内。当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围内时，执行步骤s403a。当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围内时，执行步骤s403b。当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围和所述第二预设电压范围之外时执行步骤s404。

s403a、当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第一预设电压范围内时，依次控制所述第一选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。例如，当外部接入220v交流电时，经过整流滤波后电压为直流310v，步骤s401中第一电压采样电路采集的电压即为dc310v，属于第一预设电压范围，因此，控制单元可依次控制所述第一选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。此时由220v交流供电，变压器的匝数比为20:4，空载时，输出整流电路输出的电压约为dc62v，满足焊机起弧电压的要求。其中，所述控制所述第一选择端和所述第一可控开关处于闭合状态是指：如果所述第一选择端当前为断开状态，则闭合所述第一选择端；如果所述第一选择端当前已处于闭合状态，则维持其闭合；相应的，如果所述第一可控开关当前为断开状态，则闭合所述第一可控开关；如果所述第一可控开关当前已处于闭合状态，则维持其闭合。

s403b、当所述第一电压采样电路采集的电压信号位于第二预设电压范围内时，依次控制所述第二选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。例如，当外部接入110v交流电时，经过整流滤波后电压为直流155v，步骤s401中第一电压采样电路采集的电压即为dc155v，位于第二预设电压范围，因此，控制单元可依次控制所述第二选择端和所述第一可控开关处于闭合状态。此时由110v交流供电，变压器的匝数比为10:4，空载时，输出整流电路输出的电压约为dc62v，也满足焊机起弧电压的要求。

s404、判断第一电压采样电路采集的电压信号是否位于所述第一预设电压范围内或者位于所述第二预设电压范围内。当所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围内时执行步骤s405a。当所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围内时执行步骤s405b。当所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围和所述第二预设电压范围之外时，执行步骤s406。

s405a、当所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围内，依次控制所述第一选择端和所述第二可控开关处于闭合状态。

s405b、当所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第二预设电压范围内，依次控制所述第二选择端和所述第二可控开关处于闭合状态。

s406、当所述第二电压采样电路采集的电压信号位于所述第一预设电压范围和所述第二预设电压范围之外时，维持所述第一可控开关、所述第二可控开关和所述第三可控开关的当前状态不变。

由此可见，上述电源控制方法优先采用外部交流供电的方式，当外部交流电没有接入或接入的电压的范围不符合要求时，再采用由电池组供电的方式。从而有利于提高本申请实施方式的便携式逆变弧焊系统续航能力。

在本申请一实施方式中，正常工作时，所述控制单元可通过全桥开关电路调节开关占空比以获得满足焊接需求的输出外特性。

在本申请一实施方式中，所述交流电的电压可以为ac100v～130v或ac220～240v。所述电池组可以为锂电池组，所述电池组的电压为dc155v±20％或dc310v±20％。相应的，所述第一预设电压范围可以是dc310v±20％；所述第二预设电压范围可以是dc155v±20％。本申请实施方式的电池组采用dc155v，而不像常规技术采用dc48v的原因在于：更多情况下，如果采用dc48v，变压器需采用升压变压器才能满足焊接要求，如此会加大电子开关电路的电流应力，从而容易导致电子开关电路的元器件因严重发热而损坏，从而大大缩短了其使用寿命。在另一实施方式中，所述电电池组可以为可拆卸的，以利于电池组的更换和维护。

结合图2或图3所示，在本申请一实施方式中，所述整流滤波电路可包括二极管d1、d2、d3、d4及电容c1。所述整流滤波电路将输入的交流电整形成平滑的直流电。其中，所述输入的交流电的电压例如为ac100v～130v或ac220～240v等。

结合图2或图3所示，在本申请一实施方式中，所述第一电压采样电路可包括电阻r1、电阻r2、电容c2和稳压二极管z1。所述整流滤波电路的输出可先由电阻r1、电阻r2进行分压，再经过电容c2滤波后输入至所述控制单元的一个采样信号输入端，所述采样信号输入端例如可以为控制单元的模数转换(analog-to-digitalconvert，简称ad)采集端口等。其中，稳压二极管z1可用于限制电阻r1、阻r2分压后的电压不超过所述控制单元的采样信号输入端的最大允许电压，以防止损坏该采样信号输入端。

结合图2或图3所示，在本申请一实施方式中，所述第二电压采样电路所述第二电压采样电路可包括电阻r3、电阻r4、电容c3和稳压二极管z2。所述电池组的输出可先由电阻r3、电阻r4进行分压，再经过电容c3滤波后输入至所述控制单元的另一个采样信号输入端(例如控制单元的ad采集端口等)。类似的，稳压二极管z2可用于限制电阻r3、电阻r4分压后的电压不超过所述控制单元的采样信号输入端的最大允许电压，以防止损坏该采样信号输入端。

结合图2或图3所示，在本申请一实施方式中，所述第一可控开关k1受控于所述控制单元，可用于切换交流电源作为供电电源。所述第一可控开关k1例如可以是直流接触器、直流继电器或其他可控的电子开关器件，如金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，简称mosfet)、双极结型晶体管(bipolarjunctiontransistor，简称bjt)、可控硅、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，简称igbt)等)。

结合图2或图3所示，在本申请一实施方式中，所述第二可控开关k2，受控于所述控制单元，可用于切换电池组作为供电电源。类似的，所述第二可控开关k2也可以是直流接触器、继电器或其他电子开关器件，如igbt、mosfet、bjt、可控硅等，用于切换电池组作为供电电源。

在本申请另一实施方式中，所述第一可控开关k1和第二可控开关k2还可以是单个可控开关的一组转换触点，如直流接触器、继电器的常闭、常开触点等。结合图2或图3所示，在本申请一示例性实施方式中，所述电子开关电路例如可以为全桥开关电路。所述全桥开关电路可由开关管q1、q2、q3、q4组成，所述开关管可以是单管igbt、mosfet，也可以是集成式的igbt模块。

结合图2所示，在本申请一示例性实施方式中，所述变压器切换电路可以包括第三可控开关k3和变压器t1。第三可控开关k3的公共端连接所述全桥开关电路的开关管q2和q4的结点，第三可控开关k3的常闭触点和常开触点分别连接变压器t1的初级绕组n1的两端，变压器t1的初级绕组n2一端与初级绕组n1连接，另一端连接开关管q1和q3的结点。变压器t1的次级绕组n3、n4串联，中间结点作为输出端负极，另外两端连接输出整流电路。通过切换第三可控开关k3的常闭、常开触点，可以改变变压器t1的初级绕组的匝数。如k3连接至a端，则回路中变压器t1的初级绕组由n1、n2串联组成，匝数是两者之和；如k3连接至b端，则回路中变压器t1的初级绕组单独由n2组成，匝数是n2的匝数。通过这种方式可根据供电电压的大小，来切换k3的状态，改变t1的初、次级匝数比，以此能够实现不同电源的应用。

结合图3所示，在本申请另一实施方式中，所述变压器切换电路还可以由第三可控开关k3、变压器t1组成，变压器t1的初级绕组n1连接全桥开关电路的输出，次级绕组n2、n3串联，n2的一端连接第三可控开关k3的a端，n2、n3的中间结点连接第三可控开关k3的b端，n3的另一端和第三可控开关k3的公共端连接输出整流电路。这种方式是通过切换变压器t1的次级绕组的匝数来适应不同的供电电源，当k3连接至a端，次级绕组n2、n3串联输出，次级绕组匝数是两者之和；当k3连接至b端，次级绕组n3单独输出。这种方式也能实现多电源供电。

在本申请一示例性实施方式中，所述第三可控开关k3可以为直流接触器或继电器等，其具有至少一组常闭、常开触点。

结合图2所示，在本申请一实施方式中，所述整流输出电路可包括二极管d5、d6。二极管d5、d6可将变压器t1的次级绕组输出进行全波整流，次级绕组n3的输出端连接d5、次级绕组n4的输出端连接d6，二极管d5、d6的阴极连接在一起作为输出端正极。

结合图3所示，在本申请另一实施方式中，所述输出整流电路也可以包括由二极管d7、d8、d9、d10组成的桥式整流电路，其输入端分别连接第三可控开关k3的公共端和次级绕组n3的一端，d7、d8的阴极连在一起作为输出端正极，d9、d10的阳极连在一起作为输出端负极。

在一些实施方式中，所述控制单元可以通过由电子元器件和逻辑元件(或逻辑电路)等组成的硬件电路实现。

在另一实施方式中，更多情况下，所述控制单元可以为处理器。在一些实施方式中，所述处理器例如可以为微控制单元(microcontrollerunit，即mcu)(例如单片机等)、数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、数字信号控制单元(digitalsignalcontroller，简称dsc)、可编程逻辑器件(programmablelogicdevice，简称pld)、arm(acornriscmachine)处理器等可编程集成电路模块。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多或硬件中实现。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的系统、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种系统、方法、或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的系统、方法、或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。