什么是手弧焊电源波形控制方法及其电路介绍
《手弧焊电源波形控制方法及其电路》是上海沪工焊接集团股份有限公司于2015年8月31日申请的专利，该专利的公布号为CN105033405A，授权公布日为2015年11月11日。
《手弧焊电源波形控制方法及其电路》涉及一种手弧焊电源波形控制方法和电路。一种手弧焊电源波形控制方法，包括步骤：将电压反馈信号和固定阈值电压比较，输出推力给定信号；将提供的脉冲给定信号与推力给定信号以一定的比例叠加，形成输入给定信号；将输入给定信号提供给手弧焊电源作为输出电流设定；将手弧焊电源的输出电压信号滤波后作为电压反馈信号。一种手弧焊电源波形控制电路，包括脉冲给定信号模块、电压反馈模块和电压比较模块；其中电压反馈模块的输入端连接手弧焊电源的输出端，输出端连接电压比较模块的输入端；电压比较模块的输出端和脉冲给定信号模块的输出端连接在一起。上述控制方法和电路得到的手弧焊电源波形动特性良好，电弧柔和，焊缝成形和脱渣性能好。
2020年7月14日，《手弧焊电源波形控制方法及其电路》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。
（概述图为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》摘要附图）
手弧焊电源波形控制方法及其电路专利背景
手工电弧焊，简称手弧焊，是以手工操作的焊条和被焊接的工件作为两个电极，利用焊条与焊件之间的电弧热量熔化金属进行焊接的做法。焊接时，焊条端部熔化的金属和被熔化的焊件金属熔合在一起，形成熔池。在焊接中，电弧随焊条移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶后便形成焊缝，两焊件被焊接在一起。
在焊接过程中，焊条和焊件之间发生频繁的短路和重新引弧，如果焊机输出电流和电压不能适应电弧焊过程中的这些变化，电弧就不能稳定燃烧，很难得到良好的焊缝。为了得到符合要求的输出电流和电压，可以通过控制电源电流设定的波形来实现。
2015年前在实现上述性能时，往往使用较为简易的方法，比如当电弧电压小于一定值后叠加一固定给定，或施加一个线性给定，但是这种方法很难满足人们对手工电弧焊的性能的多方面的要求。
手弧焊电源波形控制方法及其电路发明内容
手弧焊电源波形控制方法及其电路专利目的
《手弧焊电源波形控制方法及其电路》提供一种手弧焊电源波形控制方法和电路。
手弧焊电源波形控制方法及其电路技术方案
一种手弧焊电源波形控制方法，包括步骤：
将电压反馈信号和固定阈值电压比较，输出推力给定信号；当电压反馈信号小于所述固定阈值电压时输出高电平，电压反馈信号大于所述固定阈值电压时输出低电平；提供脉冲给定信号；将所述脉冲给定信号与所述推力给定信号以一定的比例叠加，形成输入给定信号；将所述输入给定信号提供给所述手弧焊电源作为输出电流的设定信号；将所述手弧焊电源的输出电压信号滤波后作为所述电压反馈信号。
在其中一个实施例中，所述提供脉冲给定信号的步骤，具体包括：提供一直流信号；提供一脉冲信号；将所述直流信号和脉冲信号叠加形成所述脉冲给定信号。
在其中一个实施例中，所述脉冲给定信号的频率和幅值固定。
上述手弧焊电源波形控制方法得到的手弧焊焊接电源输出信号，输出电压越低，则推力给定信号波形的脉冲宽度越大，从而使焊接电源输出电流也越大，反之亦然。即实现了输出电压越低、焊接电源输出电流越大，可以实现电弧的推力功能。
一种手弧焊电源波形控制电路，包括脉冲给定信号模块，用于输出脉冲给定信号；电压反馈模块，用于对所述手弧焊电源的输出电压信号进行滤波并隔离后，输出电压反馈信号；和电压比较模块，用于将所述电压反馈信号和固定阈值电压比较，输出推力给定信号；其中所述电压反馈模块的输入端连接手弧焊电源的输出端，所述电压反馈模块的输出端连接所述电压比较模块的输入端；所述电压比较模块的输出端和所述脉冲给定信号模块的输出端连接在一起，将所述脉冲给定信号和推力给定信号以一定的比例叠加后形成输入给定信号，提供给所述手弧焊电源作为输出电流的设定信号。
在其中一个实施例中，所述脉冲给定信号模块包括：直流信号模块，用于输出直流信号；脉冲信号模块，用于输出脉冲信号；所述直流信号模块的输出端和所述脉冲信号模块的输出端连接作为所述脉冲给定信号模块的输出端。
在其中一个实施例中，所述电压比较模块包括运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻连接电源；所述运算放大器的反相输入端通过所述第二电阻接地；所述运算放大器的输出端输出所述推力给定信号。
在其中一个实施例中，还包括二极管，所述二极管的正极连接所述运算放大器的输出端，所述二极管的负极和所述脉冲给定信号模块的输出端连接。
在其中一个实施例中，所述电压反馈模块包括前滤波电路、隔离电路和后滤波电路，所述前滤波电路的输入端输入输出电压，所述前滤波电路的输出端连接所述隔离电路的输入端，所述隔离电路的输出端连接所述后滤波电路的输入端，所述后滤波电路的输出端连接所述电压比较模块的输入端。
在其中一个实施例中，所述隔离电路为线性光耦合器，所述线性耦合器的输入端连接所述前滤波电路的输出端，所述线性耦合器的集电极输入电源电压，所述线性耦合器的发射极作为所述隔离电路的输出端。
在其中一个实施例中，所述脉冲信号模块包括单片机，所述脉冲信号由所述单片机的定时器实现。
手弧焊电源波形控制方法及其电路改善效果
上述手弧焊电源波形控制电路通过将手弧焊电源输出电压通过电压反馈模块后和一固定阈值电压比较，然后再和脉冲给定信号叠加后输出输入给定信号，使得手工焊机电源的输出电流为一受控纹波电流。用这样的电流进行手弧焊，其动特性良好，引弧容易，飞溅小，操作时电弧柔和，富有弹性，焊缝成形更好。
手弧焊电源波形控制方法及其电路附图说明
图1为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》一实施例的手弧焊电源波形控制方法的流程示意图；
图2为图1所述实施例的的手弧焊电源波形控制方法的波形示意图；
图3为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》另一实施例的手弧焊电源波形控制方法的子流程示意图；
图4为图3所示实施例的手弧焊电源波形控制方法的部分波形示意图；
图5为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》一实施例的手弧焊电源波形控制电路的示意框图；
图6为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》一实施例的手弧焊电源波形控制电路的电路示意图。
手弧焊电源波形控制方法及其电路技术领域
《手弧焊电源波形控制方法及其电路》涉及手弧焊焊接领域，特别是涉及手弧焊电源的波形控制。
手弧焊电源波形控制方法及其电路权利要求
1、一种手弧焊电源波形控制方法，其特征在于，包括步骤：将电压反馈信号和固定阈值电压比较，输出推力给定信号；当电压反馈信号小于所述固定阈值电压时输出高电平，电压反馈信号大于所述固定阈值电压时输出低电平；提供脉冲给定信号；将所述脉冲给定信号与所述推力给定信号以一定的比例叠加，形成输入给定信号；将所述输入给定信号提供给所述手弧焊电源作为输出电流的设定信号；将所述手弧焊电源输出的电压信号滤波后作为所述电压反馈信号。
2、根据权利要求1所述的手弧焊电源波形控制方法，其特征在于，所述提供脉冲给定信号的步骤，具体包括：提供一直流信号；提供一脉冲信号；将所述直流信号和脉冲信号叠加形成所述脉冲给定信号。
3、根据权利要求1所述的手弧焊电源波形控制方法，其特征在于，所述脉冲给定信号的频率和幅值固定。
4、一种手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，包括脉冲给定信号模块，用于输出脉冲给定信号；电压反馈模块，用于对所述手弧焊电源输出的电压信号进行滤波并隔离后，输出电压反馈信号；和电压比较模块，用于将所述电压反馈信号和固定阈值电压比较，输出推力给定信号；其中所述电压反馈模块的输入端连接手弧焊电源的输出端，所述电压反馈模块的输出端连接所述电压比较模块的输入端；所述电压比较模块的输出端和所述脉冲给定信号模块的输出端连接在一起，将所述脉冲给定信号和推力给定信号以一定的比例叠加后形成输入给定信号，提供给所述手弧焊电源作为输出电流设定信号。
5、根据权利要求4所述的手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，所述脉冲给定信号模块包括：直流信号模块，用于输出直流信号；脉冲信号模块，用于输出脉冲信号；所述直流信号模块的输出端和所述脉冲信号模块的输出端连接作为所述脉冲给定信号模块的输出端。
6、根据权利要求4或5所述的手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，所述电压比较模块包括运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻连接电源；所述运算放大器的反相输入端通过所述第二电阻接地；所述运算放大器的输出端输出所述推力给定信号。
7、根据权利要求6所述的手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，还包括二极管，所述二极管的正极连接所述运算放大器的输出端，所述二极管的负极和所述脉冲给定信号模块的输出端连接。
8、根据权利要求4或5所述的手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，所述电压反馈模块包括前滤波电路、隔离电路和后滤波电路，所述前滤波电路的输入端输入输出电压，所述前滤波电路的输出端连接所述隔离电路的输入端，所述隔离电路的输出端连接所述后滤波电路的输入端，所述后滤波电路的输出端连接所述电压比较模块的输入端。
9、根据权利要求8所述的手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，所述隔离电路为线性光耦合器，所述线性耦合器的输入端连接所述前滤波电路的输出端，所述线性耦合器的集电极输入电源电压，所述线性耦合器的发射极作为所述隔离电路的输出端。
10.根据权利要求5所述的手弧焊电源波形控制电路，其特征在于，所述脉冲信号模块包括单片机，所述脉冲信号由所述单片机的定时器实现。
手弧焊电源波形控制方法及其电路实施方式
参见图1和图2，为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》一实施例的手弧焊电源波形控制方法流程示意图和其波形示意图。如图所示，该手弧焊电源波形控制方法包括步骤S100，将电压反馈信号a和固定阈值电压b比较，输出推力给定信号c。其中，当电压反馈信号a小于固定阈值电压b时输出高电平，电压反馈信号a大于固定阈值电压b时输出低电平。步骤S200提供脉冲式的脉冲给定信号d。步骤S300将脉冲给定信号d与推力给定信号c以一定的比例叠加，形成输入给定信号e，提供给手弧焊电源作为输出电流的设定信号。步骤S400输入将输入给定信号e提供给手弧焊电源作为输出电流的设定信号。步骤S500将手弧焊电源输出的输出电压信号f滤波后作为电压反馈信号a。其中步骤S100和步骤S200的顺序不分先后。从图2中不难看出，当手弧焊电源输出信号f越低，则电压反馈信号a的峰值越小，那么推力给定信号c的脉冲宽度就越大，从而使得输入给定信号e越大。反之亦然。这样就实现了输出电压越低输出电流越大，从而实现电弧的推力功能。同时脉冲式的推力给定信号c和脉冲给定信号d叠加后得到的输入给定信号e，然后经过恒流特性的手工焊电源输出输出信号f，使得输出信号f为一受控的纹波电流，用这样的电流进行手弧焊，其动特性良好，引弧容易，飞溅小，操作时电弧柔和，富有弹性，焊缝成形更好，脱渣性能好。
参见图3和图4，为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》另一实施例的手弧焊电源波形控制方法子流程示意图和部分波形示意图。如图所示，该手弧焊电源波形控制方法，在步骤S200提供脉冲给定中，还具体包括步骤S210提供一直流信号g，步骤S220提供一脉冲信号h，步骤S230将该脉冲信号h和直流信号g叠加，形成脉冲给定信号d。其中步骤S210和步骤S220的顺序不分先后。这样，可以通过调节脉冲信号h的频率来调节脉冲给定信号d的频率和幅度。
在其中一个实施例中，脉冲给定信号的频率和幅值固定。这样可以得到比较稳定的输出信号。
参见图5，为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》一实施例的手弧焊电源波形控制电路的示意框图。如图所示，该手弧焊电源波形控制电路包括用于输出脉冲给定信号的脉冲给定模块110，用于对手弧焊电源200的输出信号进行滤波并隔离后，输出电压反馈信号的电压反馈模块120，以及用于将电压反馈信号和固定阈值电压比较，输出推力给定信号的电压比较模块130。其中，电压反馈模块120的输入端连接手弧焊电源200的输出端OUT，电压反馈模块120的输出端连接电压比较模块130的输入端。电压比较模块140的输出端和脉冲给定模块110输出端连接在一起，将脉冲给定信号和推力给定信号以一定的比例叠加后形成输入给定信号，施加在手弧焊电源200的输入端IN，提供给手弧焊电源200作为输出电流的设定信号。该脉冲给定模块110还可以包括输出直流信号的直流信号模块111和用于输出脉冲信号的脉冲信号模块112，该直流信号模块111和脉冲信号模块112的输出端连接在一起作为脉冲给定模块110的输出端。
这样的手弧焊电源波形控制电路，能够通过将手弧焊电源输出电压通过电压反馈模块120后和一固定阈值电压比较，然后再和脉冲给定信号叠加后输出输入给定信号，使得手工焊机电源的输出电流为一受控纹波电流。用这样的电流进行手弧焊，其动特性良好，引弧容易，飞溅小，操作时电弧柔和，富有弹性，焊缝成形更好。
参见图6，为《手弧焊电源波形控制方法及其电路》一实施例的手弧焊电源波形控制电路的电路示意图。如图所示，电压反馈模块120包括前滤波电路、隔离电路和后滤波电路，该前滤波电路的输入端输入输出电压，输出端连接隔离电路的输入端，隔离电路的输出端连接后滤波电路的输入端，后滤波电路的输出端连接电压比较模块130的输入端。该前滤波电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一电容C1，隔离电路包括线性光耦合器IC2，后滤波电路包括第六电阻R6和第二电容C2。后滤波模块包括第六电阻R6和第二电容C2。电压比较模块140包括运算放大器IC1、第一电阻R1和第二电阻R2，还可以包括二极管D。
第一电容C1分别通过第三电阻R3和第四电阻R4连接在输出电压的两端，然后经过第五电阻R5连接线性耦合器IC2的输入端。线性耦合器IC2的输出端集电极输入电源电压Vcc，发射极连接运算放大器IC1的反相输入端。第六电阻R6和第二电容C2并联，一端连接线性耦合器IC2的输出端的发射极，另一端接地。第一电阻R1的一端输入电源电压Vcc，另一端连接运算放大器IC1的同相输入端，第二电阻R2的一端接地，另一端也连接运算放大器IC1的同相输入端。运算放大器IC1的输出端连接二极管D的正极，二极管D的负极输出推力给定信号。
脉冲信号模块的输出端连接第八电阻R8，直流信号模块的输出端连接第九电阻R9后连接在一起作为脉冲给定信号模块的输出端，输出脉冲给定信号，二极管D的负极连接第七电阻R7后和该脉冲给定信号的输入端连接，输出输入给定信号，提供给手弧焊电源作为输出电流的设定信号。
这样，前滤波电路可以起到对输出电压滤波限流的作用，从而得到一个合适的电压反馈信号，而隔离电路和后滤波电路可以使得电压反馈信号更加稳定。通过运算放大器实现电压反馈信号和固定阈值电压的比较，简单便捷。并且该固定阈值电压是通过第一电阻和第二电阻的分压所得，所以可以通过调整第一电阻和第二电阻的阻值而确定该固定阈值电压，比较灵活方便。通过调整第七电阻、第八电阻和第九电阻的阻值，可以调节推力给定信号、脉冲信号以及直流信号的叠加比例，以达到理想的输出电流设定。
在其中一个实施例中，该脉冲信号模块为单片机，脉冲信号由单片机的定时器实现，从而使得电路更加简洁，紧凑。当然该脉冲信号也可以由合适的脉冲产生电路实现。
手弧焊电源波形控制方法及其电路荣誉表彰
2020年7月14日，《手弧焊电源波形控制方法及其电路》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。