專利名稱：雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電源，特別涉及直流內(nèi)燃弧焊電源，具體為一種雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源。
背景技術(shù)：
專利號(hào)為ZL03217492.6的實(shí)用新型專利公開了一種“直流內(nèi)燃弧焊機(jī)”，其內(nèi)包含有供電電源，該供電電源以內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電，通過整流、濾波，再以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為開關(guān)元件的控制電路實(shí)現(xiàn)DC-DC的變換，從而向直流弧焊機(jī)提供所需的直流電源，以此解決野外作業(yè)無電網(wǎng)電源的問題。上述“直流內(nèi)燃弧焊機(jī)”運(yùn)行工況單一，只能提供直流弧焊電源。在野外作業(yè)時(shí)，無法對(duì)一些常用電動(dòng)工具(如手電鉆、角磨機(jī)、電吹風(fēng)等)提供所需直流電源。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有“直流內(nèi)燃弧焊機(jī)”運(yùn)行工況單一的問題，并在該機(jī)供電電源的基礎(chǔ)上，提供一種雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源，使直流內(nèi)燃弧焊電源具有多種功能。
本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源，包含內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、電控箱體和電控箱體內(nèi)的內(nèi)部電路，內(nèi)部電路包含與發(fā)電機(jī)的輸出端相連的包含整流電路、連接于整流電路輸出回路中的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的供電主回路，包含脈寬調(diào)制模塊(PWM模塊)、與脈寬調(diào)制模塊相連的驅(qū)動(dòng)電路模塊的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路中有兩塊提供不同脈寬調(diào)制信號(hào)(一塊提供向直流弧焊供電所需的脈寬調(diào)制信號(hào)，另一塊提供產(chǎn)生220伏直流輸出的脈寬調(diào)制信號(hào))的脈寬調(diào)制模塊，兩塊脈寬調(diào)制模塊的輸出端通過切換開關(guān)SW-SPDT1與驅(qū)動(dòng)電路模塊的輸入端相連；內(nèi)部電路還包含兩個(gè)固態(tài)繼電器，兩個(gè)固態(tài)繼電器輸出端的正端分別與供電主回路的直流輸出的正端相連，兩個(gè)固態(tài)繼電器的輸入控制端的正端通過與脈寬調(diào)制模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊間的切換開關(guān)SW-SPDT1為一體聯(lián)動(dòng)的切換開關(guān)SW-SPDT2與電壓控制信號(hào)端(12伏)相連。
本實(shí)用新型在前述現(xiàn)有供電電源的基礎(chǔ)上設(shè)置了兩塊可通過切換開關(guān)進(jìn)行相互切換的脈寬調(diào)制模塊；在供電主回路直流輸出側(cè)設(shè)置了分別由兩個(gè)固態(tài)繼電器構(gòu)成、并由聯(lián)動(dòng)切換開關(guān)控制相互切換的兩路輸出通道。通過控制聯(lián)動(dòng)切換開關(guān)，選擇不同的脈寬調(diào)制模塊和固態(tài)繼電器(電壓控制信號(hào)加在被選中的固態(tài)繼電器的輸入控制端，使選中的固態(tài)繼電器導(dǎo)通)，使電源工作在不同工況下。即當(dāng)切換開關(guān)選擇其中一塊脈寬調(diào)制模塊和其中一個(gè)固態(tài)繼電器時(shí)，電源工作于直流弧焊供電工況；選擇另一塊脈寬調(diào)制模塊和另一個(gè)固態(tài)繼電器時(shí)，電源工作于提供220伏直流電工況。由于兩個(gè)固態(tài)繼電器的存在，電源在不同工況下，兩輸出通道之間處于隔斷狀態(tài)，兩輸出通道相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)，避免誤操作(如在220伏直流供電下使用電焊)對(duì)內(nèi)部電路的造成的損害。
功能電路模塊化已成為發(fā)展的趨勢(shì)，本實(shí)用新型采用的脈寬調(diào)制模塊(PWM模塊)、電路驅(qū)動(dòng)模塊是現(xiàn)有的且公開出售的功能電路模塊。
本實(shí)用新型在現(xiàn)有供電電源的基礎(chǔ)上通過增設(shè)的脈寬調(diào)制模塊、切換開關(guān)、固態(tài)繼電器，使直流內(nèi)燃弧焊電源具有雙工況，不但能向直流弧焊提供所需電源，而且能提供220伏直流輔助電源，向一些常用電動(dòng)工具(如手電鉆、角磨機(jī)、白熾燈、電吹風(fēng)等)提供所需直流電源，使該電源具有多功能。該雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源尤其適合野外作業(yè)時(shí)使用。本實(shí)用新型從整機(jī)看，應(yīng)用范圍增加、弧焊電流調(diào)節(jié)范圍大，轉(zhuǎn)換效率高，動(dòng)、靜態(tài)特性好，控制參數(shù)多，操作簡(jiǎn)便，便于攜帶，維護(hù)方便，性價(jià)比高。


圖1為本實(shí)用新型供電主回路的電路原理圖；圖2為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的開關(guān)控制電路的電路原理圖；圖3為內(nèi)部電路電源電路原理圖；各附圖之間同號(hào)線端相連。
具體實(shí)施方式
雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源，包含內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)1、內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)2、電控箱體和電控箱體內(nèi)的內(nèi)部電路，內(nèi)部電路包含與發(fā)電機(jī)的輸出端相連的包含整流電路3、連接于整流電路輸出回路中的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)4的供電主回路，包含脈寬調(diào)制模塊(PWM模塊)、與脈寬調(diào)制模塊相連的驅(qū)動(dòng)電路模塊15的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路中有兩塊提供不同脈寬調(diào)制信號(hào)(一塊提供向直流弧焊供電所需的脈寬調(diào)制信號(hào)，另一塊提供產(chǎn)生220伏直流輸出的脈寬調(diào)制信號(hào))的脈寬調(diào)制模塊12、13，兩塊脈寬調(diào)制模塊的輸出端通過切換開關(guān)SW-SPDT1 14與驅(qū)動(dòng)電路模塊的輸入端相連；內(nèi)部電路還包含兩個(gè)固態(tài)繼電器10，兩個(gè)固態(tài)繼電器輸出端的正端分別與供電主回路的直流輸出的正端相連，兩固態(tài)繼電器的輸入控制端的正端通過與脈寬調(diào)制模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊間的切換開關(guān)SW-SPDT1為一體聯(lián)動(dòng)的切換開關(guān)SW-SPDT2 11與電壓控制信號(hào)端相連。整流電路由二極管D1-D4構(gòu)成，在整流電路的直流輸出兩端并聯(lián)有電容C1和電阻R1，電容C1起充電和濾波作用，電阻R1為電容C1放電提供回路。在絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)發(fā)射極和集電極兩端并聯(lián)有由電阻R2和二極管D5并聯(lián)后再與電容C2串聯(lián)后形成的緩沖吸收回路5，用于吸收IGBT工作時(shí)產(chǎn)生的過電壓尖峰。IGBT可選用美國(guó)IR公司生產(chǎn)的GA600DD60U型號(hào)。在整流電路的直流輸出兩端并聯(lián)有電感L7，并在電感L的輸入端與整流電路的負(fù)極輸出端之間反串聯(lián)續(xù)流二極管D66(IGBT關(guān)斷時(shí)，通過二極管D6來續(xù)流)。聯(lián)動(dòng)切換開關(guān)置于電控箱體面板上。
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的開關(guān)控制電路中的兩塊脈寬調(diào)制電路模塊選用公知的電路模塊(PWM模塊)。該電路模塊以脈寬調(diào)制集成控制芯片(采用TL494或SG1525A或SG1527A型號(hào))為核心，在芯片的各線端間連接有電阻R11-R14(R17-R20)、可變電阻RP2-RP5(RP7-RP10)、電容C5-C7(C9-C11)等外圍元件并在芯片外圍連接有包含放大器LM124、可變電阻RP1(RP6)的比較電路；其中RP1的作用為當(dāng)空載時(shí)，占空比由RIP1調(diào)定，負(fù)載時(shí)，占空比由負(fù)載的情況而定；RP2為死區(qū)電壓調(diào)節(jié)旋鈕；RP3為頻率調(diào)節(jié)旋鈕，可調(diào)節(jié)IGBT的工作頻率；RP4為輸出電流調(diào)節(jié)旋鈕，可以用來調(diào)節(jié)輸出電流的大小；RP5為輸出信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕，可調(diào)節(jié)輸出脈寬信號(hào)幅值以匹配后續(xù)驅(qū)動(dòng)電路。兩塊脈寬調(diào)制電路模塊按常規(guī)都需要反饋信號(hào)，根據(jù)反饋信號(hào)的不同，脈寬調(diào)制模塊分為電壓型和電流型。向直流弧焊供電時(shí)需要恒流，因此與之對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制電路模塊采用電流信號(hào)反饋(即電流型)，反饋電流信號(hào)來源于連接于整流電路后直流輸出回路中的電流傳感器LEM 9，電流傳感器LEM可選用G3HT-4300A 5V。輔助直流電源(220伏)需要恒壓，與之對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制電路模塊采用電壓信號(hào)反饋(電壓型)，反饋電壓信號(hào)來源于電源輸出端由可調(diào)電阻RP11、電阻R7、光電耦合元件構(gòu)成的電壓信號(hào)采集電路。電流傳感器LEM的輸出端(Vf1)與電流型脈寬調(diào)制電路模塊的相應(yīng)輸入端Vf1相連接；電壓信號(hào)采集電路的輸出端Vf2與電壓型脈寬調(diào)制電路模塊的相應(yīng)輸入端Vf2相連接。
驅(qū)動(dòng)電路模塊15以驅(qū)動(dòng)芯片(可選用三菱的M57962L、M57962AL、M57959L、M57959AL或富士的EXB841、EXB840等)為核心，該驅(qū)動(dòng)模塊除具有驅(qū)動(dòng)功能外，還具有過電流保護(hù)、復(fù)位功能。當(dāng)檢測(cè)到過流信號(hào)時(shí)，IGBT將被封鎖，同時(shí)經(jīng)光耦隔離輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并點(diǎn)亮相應(yīng)的故障發(fā)光二極管。
兩塊脈寬調(diào)制電路模塊的信號(hào)輸出端(Uout)經(jīng)切換開關(guān)SW-SPDT1與驅(qū)動(dòng)模塊的相應(yīng)輸入端(+Uin)相連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端[IGBT(C)、IGBT(G)、IGBT(E)]與絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的相應(yīng)端(其相應(yīng)線端的符號(hào)與驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端符號(hào)相對(duì)應(yīng)，見附圖)連接。
內(nèi)部電路還包含有電源模塊16，它將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為各部分所需的直流電源。該電源模塊可選用市售的±15V雙輸出電源模塊(如星源嘉泰的XR12/48D15N)等。
使用時(shí)，根據(jù)所需的電源工況，將切換開關(guān)置于所需的位置。以內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來源，通過永磁發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為交流電能，由整流電路整流，經(jīng)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)斬波輸出電流，電感L用以儲(chǔ)能和濾平輸出電壓、電流紋波，使輸出電流(電壓)更加平穩(wěn)。電流傳感器LEM(或電壓信號(hào)采集電路)將檢測(cè)到的輸出電流(電壓)信號(hào)送入脈寬信號(hào)調(diào)制電路模塊中，脈寬調(diào)制電路模塊將給定信號(hào)和電流傳感器LEM的反饋信號(hào)(電壓信號(hào)采集電路的輸出信號(hào))進(jìn)行比較并經(jīng)集成芯片處理，輸出脈寬信號(hào)，送入驅(qū)動(dòng)模塊中，用以控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，即占空比的大小(占空比＝Ton/T，Ton為IGBT開通時(shí)間，T為周期)，占空比越大，輸出電流(電壓)越大，這樣，通過調(diào)節(jié)開關(guān)控制電路中的不同旋鈕，輸出電流(電壓)可隨意控制，能滿足兩種電源工況的需求。
權(quán)利要求1.一種雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源，包含內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)(1)、內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(2)、電控箱體和電控箱體內(nèi)的內(nèi)部電路，內(nèi)部電路包含與發(fā)電機(jī)的輸出端相連的包含整流電路(3)、連接于整流電路輸出回路中的絕緣柵雙極型晶體管(4)的供電主回路，包含脈寬調(diào)制模塊、與脈寬調(diào)制模塊相連的驅(qū)動(dòng)電路模塊(15)的絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)控制電路，其特征為該開關(guān)控制電路中有兩塊提供不同脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制模塊(12、13)，兩塊脈寬調(diào)制模塊的輸出端通過切換開關(guān)SW-SPDT1(14)與驅(qū)動(dòng)電路模塊的輸入端相連；內(nèi)部電路還包含兩個(gè)固態(tài)繼電器(10)，兩個(gè)固態(tài)繼電器輸出端的正端分別與供電主回路的直流輸出的正端相連，兩固態(tài)繼電器的輸入控制端的正端通過與脈寬調(diào)制模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊間的切換開關(guān)SW-SPDT1為一體聯(lián)動(dòng)的切換開關(guān)SW-SPDT2(11)與電壓控制信號(hào)端相連。
專利摘要本實(shí)用新型為一種雙工況直流內(nèi)燃弧焊電源。其包含內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、電控箱體和電控箱體內(nèi)的內(nèi)部電路，內(nèi)部電路包含與發(fā)電機(jī)的輸出端相連的包含整流電路、連接于整流電路輸出回路中的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的供電主回路，包含脈寬調(diào)制模塊、與脈寬調(diào)制模塊相連的驅(qū)動(dòng)電路模塊的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路中有兩塊提供不同脈寬調(diào)制信號(hào)并通過切換開關(guān)相互切換的脈寬調(diào)制模塊；內(nèi)部電路還包含兩個(gè)通過切換開關(guān)相互切換的固態(tài)繼電器。該直流內(nèi)燃弧焊電源具有雙工況，不但能向直流弧焊提供所需電源，而且能提供220伏直流輔助電源，向一些常用電動(dòng)工具提供所需直流電源，使該電源具有多種功能。
文檔編號(hào)B23K9/10GK2761337SQ20042009191
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者郭虎明, 聶楊江, 秦轉(zhuǎn)麗 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠