数码阵列晶体管焊接电源制造技术

一种数码阵列晶体管焊接电源，主要包括三相降压整流滤波电路、２↑［ａ］×Ｋ晶体管阵列及信号反馈、控制等电路，功率晶体管阵列以２↑［ａ］×Ｋ数码阵列布置，每一个晶体管为一电子开关，各晶体管流过的电流呈几何级数关系，相互之间相位错开，构成不间断的叠加脉宽，微机通过对输入信号译码，确定晶体管阵列中晶体管的开断，实现系统的闭环控制。本发明专利技术具有数字编码的特点，提高了控制精度，具有较好的静态特性和动态性能，实现了主电路的数字化。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
数码阵列晶体管焊接电源本专利技术涉及一种焊接电源，尤其涉及一种用于金属材料弧焊过程的焊接电源，属于成型技术中焊接设备及方法类
晶体管焊接电源经历了从模拟式晶体管焊接电源，到二次开关式晶体管焊接电源，再到一次开关式晶体管焊接电源的发展过程。一次开关式焊接电源常称为逆变焊接电源。模拟式晶体管焊接电源由于主回路功率晶体管的功耗问题，只能用于小电流范围的焊接。二次开关式晶体管焊接电源的主回路一般采用并联晶体管布置，如“开关式场效应管弧焊电源的研究”(《电焊机》1989,2)中介绍的即为这类焊接电源，每个晶体管要求工作于同一电控状态。如果该型焊接电源设定于定频率调脉宽电控方式，则在小电流焊接范围时，因脉宽很窄，其电控精度要求很高；同样，当该型焊接电源设定于定脉宽调频率电控方式，则在小电流焊接范围的频率与大电流焊接范围的频率相差甚大，对焊接过程的影响比较明显。因此，二次开关式晶体管焊接电源通常采用定频率调脉宽电控方式。设定二次开关式焊接电源主回路有N个晶体管并联，每一晶体管支路的控制精度误差为α，焊接回路电流由于由N个并联晶体管均分，则总电流的误差为N α，这对电弧的稳定产生较大的影响。另外，二次开关焊接电源工作在额定电流范围内的下限值时，控制脉宽变得很窄，精度更差，对电弧的影响更大。本专利技术的目的在于针对现有技术中上述二次开关式晶体管焊接电源的缺点，设计提供一种新型的数码阵列晶体管焊接电源，减小由各种原因产生的精度误差，并可利用微机进行数值化控制。为实现这样的目的，本专利技术的技术方案中采用了数码阵列的晶体管组，在焊接主回路中并联的功率晶体管组位于二次侧，以2a×K数码阵列布置，即各个晶体管按流过的电流依次为2a×K方式并联排列，其中a为晶体管编号(0,-->1,2…),K为所设计的单位电流值，即为焊接电源电流容量的第20管的设计电流基本值。根据焊接要求及特性控制要求，选择晶体管组中n(n≤a+1)个晶体管开通，其余a+1-n个晶体管开断。晶体管阵列可以采用开关晶体管、晶闸管、场效应管或IGBT管。焊接电源主回路中晶体管的大小是不一样的，每一个晶体管作为一电子开关，对某一特定管子而言，当其开通时，流过的电流是恒定的，即晶体管阵列中的每一晶体管对应流过一恒定电流。而各晶体管流过的电流呈几何级数关系，它们之间的相位相互之间是错开的，构成不间断的叠加脉宽，通过晶体管阵列中不同晶体管的开通和关断组合，就可得到所需要的焊接电流。这种晶体管焊接电源具有数字编码的特点，实现了主电路的数字化，可以采用微机控制。以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。图1为本专利技术的电路结构框图。如图所示，本专利技术的数码阵列晶体管焊接电源主要包括三相降压整流滤波电路、2a×K晶体管阵列及信号反馈、控制等电路，三相降压整流滤波电路1的输出连接晶体管阵列2的输入端，晶体管阵列2的输出端经电抗器3连接电流反馈电路4，电压反馈电路6的输入端连接整流滤波电路1和电流反馈电路4，电流反馈电路4和电压反馈电路6的输出均经信号整理电路5、A/D转换电路7连接到微机CPU，微机的输出经光电隔离电路11和晶体管驱动电路12连接到晶体管阵列2。三相降压整流滤波电路1将三相线电压整流滤波后，得到平坦的直流空载电压提供给晶体管阵列2，晶体管阵列2将输出的直流脉冲电流经电抗器3平波后，输出稳定的直流电供给焊接电弧。晶体管阵列2输出电流的大小由输入电路8和电流电压反馈回路共同决定，反馈回路由电流反馈电路4、电压反馈电路6、信号整理电路5和A/D转换电路7组成。微机9可以是单片机或PC机，通过对输入信号译码，确定晶体管阵列2中哪几路需导通，哪几路要关断。-->微机对给定和反馈信号进行运算，结果得出差值信号，再由此差值信号分配成控制信号，产生相应的PWM脉冲，再经过光电隔离电路11和晶体管驱动电路12控制晶体管阵列，实现系统的闭环控制。图2为本专利技术功率晶体管组的数码阵列布置示意图。如图所示，功率晶体管组以2a×K数码阵列布置，晶体管组可以采用开关晶体管、晶闸管、场效应管或IGBT管。系数K为设计单位电流值，是晶体管组中第20管的设计电流基本值，由各种电弧焊方法额定电流设计值而定。每一个晶体管为一电子开关，对应流过一恒定电流，而各晶体管流过的电流呈几何级数关系，它们之间的相位相互之间是错开的，构成不间断的叠加脉宽，通过晶体管阵列中不同晶体管的开通和关断组合，就可得到所需要的焊接电流。例如，对一个八路的数码阵列晶体管焊接电源来说，设每路电流值分别固定为20、21、22、23、24、25、26、27A(对应的开关分别记为0#、1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#)，则额定电流为255A，系数K为1。通过这八路开关的通、断组合，焊接主回路可输出1～255A的任意整数电流。如果要求焊接电流为50A，那么只需要数码阵列中的开关1#、4#、5#开通，其它开关关闭，就可得到大小为21+24+25=50A的电流。图3为本专利技术晶体管阵列中0#、1#、2#晶体管的相位关系示意图。如图所示，数码阵列晶体管中的晶体管导通，在同一周期内是按序排列的一串脉冲。当第一路(0#)开通而其它两路全关闭的情况下，主电路产生1A的平均电流；当仅开通第二(1#)或第三路(2#)时，主电路就分别产生2A和4A电流，如果开通第一路(0#)和第二路(1#)，主回路就可以得到3A的平均电流，该二路晶体管开通的频率相同，相位错开，构成不间断的叠加脉宽；其余类推。本专利技术数码阵列晶体管焊接电源中的晶体管是按需要选择工作的，这与模拟式及开关式晶体管焊接电源有本质区别，模拟式及开关式焊接电源中的晶体管要么同时工作，要么同时不工作。-->本专利技术的这种晶体管焊接电源具有数字编码的特点，实现了主电路的数字化，故特别适合用数字化电路来控制。数字化电路可以采用单片机、PC机等控制。本专利技术的设计中，由于晶体管阵列中的晶体管额定电流是不相同的，而是从小到大以几何级排列，小电流时只需开通小管子，克服了大功率晶体管在小电流范围内线性差的缺点，提高了控制精度，即数码阵列晶体管具有较好的静态特性。同时，本专利技术由于晶体管通断迅速，主电路时间常数较小，并能通过微机控制电路由一定的算法来控制电流变化率(di/dt)，具有较好的动态性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数码阵列晶体管焊接电源，其特征在于主要包括三相降压整流滤波电路、２↑［ａ］×Ｋ晶体管阵列及信号反馈、控制等电路，三相降压整流滤波电路（１）的输出连接晶体管阵列（２）的输入端，晶体管阵列（２）的输出端经电抗器（３）连接电流反馈电路（４），电压反馈电路（６）的输入端连接整流滤波电路（１）和电流反馈电路（４），电流反馈电路（４）和电压反馈电路（６）的输出均经信号整理电路（５）、Ａ／Ｄ转换电路（７）连接到微机（９），微机（９）通过对输入信号译码，确定晶体管阵列（２）中晶体管的开断，控制信号经光电隔离电路（１１）和晶体管驱动电路（１２）连接到晶体管阵列（２），实现系统的闭环控制。

【技术特征摘要】
1、一种数码阵列晶体管焊接电源，其特征在于主要包括三相降压整流滤波电路、2a×K晶体管阵列及信号反馈、控制等电路，三相降压整流滤波电路(1)的输出连接晶体管阵列(2)的输入端，晶体管阵列(2)的输出端经电抗器(3)连接电流反馈电路(4)，电压反馈电路(6)的输入端连接整流滤波电路(1)和电流反馈电路(4)，电流反馈电路(4)和电压反馈电路(6)的输出均经信号整理电路(5)、A/D转换电路(7)连接到微机(9)，微机(9)通过对输入信号译码，确定晶体管阵列(2)中晶体管的开断...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铸国，吴毅雄，樊亚军，包晔峰，石忠贤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]