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，且由于负载呈电阻特性，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、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关的第一端、所述第四开关的第一端和所述全桥整流电路的第一电源输出端共接，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、所述第四开关的第一端和所述全桥整流电路的第二电源输出端共接，所述第三开关的第二端与所述第二副边绕组的第二端连接，所述第四开关的第二端与所述第一副边绕组的第一端连接；
10.控制电路，所述控制电路分别与所述全桥逆变电路、所述开关电路和所述输出电感对应连接，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，以及在切换前所述第三开关和所述第四
开关均为关断状态。
11.在一个实施例中，所述控制电路具体用于：
12.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，控制所述第二开关和所述第三开关导通以及控制所述第一开关关断；
13.在所述输出电感的电流反向后，控制所述第三开关关断；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，控制所述第一开关和所述第四开关导通以及控制所述第二开关关断；
15.在所述输出电感的电流反向后，控制所述第四开关关断。
16.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。
17.在一个实施例中，所述全桥整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；
18.所述第一二极管的第一端、所述第三二极管的第一端和所述第一副边绕组的第一端共接，所述第二二极管的第一端、所述第四二极管的第一端和所述第二副边绕组的第二端共接，所述第一二极管的第二端、所述第二二极管的第二端和所述第一开关的第一端共接，所述第三二极管的第二端、所述第四二极管的第二端和所述第二开关的第一端共接。
19.在一个实施例中，所述全桥逆变电路包括第一电子开关管、第二电子开关管、第三电子开关管和第四电子开关管；
20.所述第一电子开关管的第一端和所述第三电子开关管的第一端共接构成所述全桥逆变电路的正电源输入端，所述第二电子开关管的第一端和所述第四电子开关管的第一端共接构成所述全桥逆变电路的负电源输入端，所述第一电子开关管的第二端、所述第二电子开关管的第二端和所述变压器的原边绕组的第一端共接，所述第三电子开关管的第二端、所述第四电子开关管的第二端和所述原边绕组的第二端共接，所述控制电路具体用于：
21.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、所述输出电感的电流小于预设电流值且所述第二电子开关管和第三电子开关管处于续流状态时，控制所述第二开关和所述第三开关导通以及控制所述第一开关关断；
22.在所述输出电感的电流反向后，控制所述第三开关关断；或者
23.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、所述输出电感的电流小于预设电流值且所述第一电子开关管和第四电子开关管处于续流状态时，控制所述第一开关和所述第四开关导通以及控制所述第二开关关断；
24.在所述输出电感的电流反向后，控制所述第四开关关断。
25.在一个实施例中，所述控制电路包括控制器和电流采样电路，所述电流采样电路分别与所述输出电感和所述控制器连接。
26.在一个实施例中，所述电流方向切换电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路并联于所述电流方向切换电路的第一输出端和第二输出端之间。
27.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。
28.在一个实施例中，所述电流方向切换电路还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路并联于所述全桥逆变电路的输入端之间。
29.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。
30.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、开关电路和控制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。
附图说明
31.图1为传统的切换电路的电路结构示意图；
32.图2为本发明实施例提供的电流方向切换电路的电路结构示意图。
具体实施方式
33.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。
34.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。
35.本发明实施例的第一方面提了一种电流方向切换电路100。
36.如图2所示，电流方向切换电路100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100的第一输出端，电流方向切换电路100以及输出电感l1用于连接焊机本体实现双向电流输出。
37.为了实现电流方向切换，电流方向切换电路100包括：
38.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；
39.开关电路20，开关电路20包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4，第一开关s1的第一端、第四开关s4的第一端和全桥整流电路10的第一电源输出端共接，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100的第二输出端，第二开关s2的第一端、第四开关s4的第一端和全桥整流电路10的第二电源输出端共接，
第三开关s3的第二端与第二副边绕组的第二端连接，第四开关s4的第二端与第一副边绕组的第一端连接；
40.控制电路，控制电路分别与全桥逆变电路200、开关电路20和输出电感l1对应连接，控制电路在输出电感l1的电流小于预设电流值时触发并控制开关电路20内的各开关对应导通和关断，以切换输出电感l1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，以及在切换前第三开关s3和第四开关s4均为关断状态。
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，第三开关s3和第四开关s4用于辅助电流换向，正常工作状态下，第三开关s3和第四开关s4保持关断状态。
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、第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4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。
44.每一方向的电流回路只经过一个第一开关s1或者第二开关s2，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.具体地，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100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和第三开关s3导通以及控制第一开关s1关断；
47.在输出电感l1的电流反向后，控制第三开关s3关断；或者
48.在电流方向切换电路100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和第四开关s4导通以及控制第二开关s2关断；
49.在输出电感l1的电流反向后，控制第四开关s4关断。
50.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。
51.切换开始时，第二开关s2和第三开关s3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电感电流，第三开关s3和第四开关s4导通后，第二副边绕组的电
流被全桥整流电路10的相连接的上桥臂和第三开关s3根据线路阻抗进行分配，同时，在第二开关s2和第三开关s3导通时，电感电流保持原有的通路，开启电压近似为零，因此，第二开关s2和第三开关s3的开通损耗低。
52.第二开关s2和第三开关s3导通后，第一开关s1受控关断，流过第一副边绕组的电流失去通路，电感电流全部流过第二副边绕组、第三开关s3和第二开关s2，电流方向反向，控制电路检测到电流反向后，控制第三开关s3关断，与第二副边绕组相连接的下桥臂投入工作，第一方向的电流回路切换至第二方向的电流回路完成。
53.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。
54.切换开始时，第一开关s1和第四开关s4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电感电流，第一开关s1和第四开关s4导通后，第一副边绕组的电流被全桥整流电路10的相连接的下桥臂和第四开关s4根据线路阻抗进行分配，同时，在第一开关s1和第四开关s4导通时，电感电流保持原有的通路，开启电压近似为零，因此，第一开关s1和第四开关s4的开通损耗低。
55.第一开关s1和第四开关s4导通后，第二开关s2受控关断，流过第二副边绕组的电流失去通路，电感电流全部流过第一副边绕组、第四开关s4和第一开关s1，电流方向反向，控制电路检测到电流反向后，控制第四开关s4关断，与第一副边绕组相连接的上桥臂投入工作，第二方向的电流回路切换至第一方向的电流回路完成。
56.其中，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，又因为用于换流的第一开关和第二开关在输出电流较小时参与工作，并在一个开关周期内退出工作，流过的电流有效值小，可以选用小电流的器件，达到节省成本和功耗的目的。
57.电流方向切换电路100将输出电感l1的电流回馈到输入端，省去了用于消耗电容电压的功率电阻，效率更高。
58.其中，全桥整流电路10可包括整流桥或者由二极管组成的整流电路，如图2所示，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；
59.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。
60.进一步地，在一个实施例中，全桥逆变电路200包括第一电子开关管q1、第二电子开关管q2、第三电子开关管q3和第四电子开关管q4；
61.第一电子开关管q1的第一端和第三电子开关管q3的第一端共接构成全桥逆变电路200的正电源输入端，第二电子开关管q2的第一端和第四电子开关管q4的第一端共接构
成全桥逆变电路200的负电源输入端，第一电子开关管q1的第二端、第二电子开关管q2的第二端和变压器t1的原边绕组的第一端共接，第三电子开关管q3的第二端、第四电子开关管q4的第二端和原边绕组的第二端共接，控制电路具体用于：
62.在电流方向切换电路100的第一输出端与第二输出端之间电压为负、输出电感l1的电流小于预设电流值且第二电子开关管q2和第三电子开关管q3处于续流状态时，控制第二开关s2和第三开关s3导通以及控制第一开关s1关断；
63.在输出电感l1的电流反向后，控制第三开关s3关断；或者
64.在电流方向切换电路100的第一输出端与第二输出端之间电压为正、输出电感l1的电流小于预设电流值且第一电子开关管q1和第四电子开关管q4处于续流状态时，控制第一开关s1和第四开关s4导通以及控制第二开关s2关断；
65.在输出电感l1的电流反向后，控制第四开关s4关断。
66.本实施例中，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的第一二极管d1和第二二极管d2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的第二电子开关管q2和第三开关s3管的续流状态，即，第二电子开关管q2和第三电子开关管q3关断至第一电子开关管q1和第四电子开关管q4将要导通的期间，第一电子开关管q1、第二电子开关管q2、第三电子开关管q3和第四电子开关管q4均处于关断状态。
67.切换开始时，第二开关s2和第三开关s3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电感电流，第三开关s3和第四开关s4导通后，第二副边绕组的电流被全桥整流电路10的相连接的第二二极管d2和第三开关s3根据线路阻抗进行分配，同时，在第二开关s2和第三开关s3导通时，电感电流保持原有的通路，开启电压近似为零，因此，第二开关s2和第三开关s3的开通损耗低。
68.第二开关s2和第三开关s3导通后，第一开关s1受控关断，流过第一副边绕组的电流失去通路，电感电流全部流过第二副边绕组、第三开关s3和第二开关s2，第二副边绕组流过电流后感应至原边绕组产生电流，并通过第一电子开关管q1和第四电子开关管q4的体二极管流回输入，输出电感l1被全桥逆变电路200的输入电压朝电流流动的反方向励磁，电感电流逐渐减小，因为，输出电感l1较大，电感电流不会骤降至零，当第二电子开关管q2和第三电子开关管q3续流结束，第一电子开关管q1和第四电子开关管q4开通时，第一电子开关管q1和第四电子开关管q4仍有电流输入至体二极管，因此，第一电子开关管q1和第四电子开关管q4可实现零电压开通。
69.第一电子开关管q1和第四电子开关管q4导通后，输出电感l1励磁方向不变，输出电感l1的电流继续减小，当降低至无法维持电弧时，电弧熄灭，输出电感l1的电流处于开路状态，输出电感l1产生高压重新引燃电弧，电感电流开始反向增加。
70.电流换向时，电流全部流过第三开关s3，当电流反向后，与第二副边绕组相连接的第四桥臂投入工作，控制电路检测到电流反向后，控制第三开关s3关断，第一方向的电流回路切换至第二方向的电流回路完成。
71.同理，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
的第三二极管d3和第四二极管d4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。
72.切换开始时，第一开关s1和第四开关s4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电感电流，第一开关s1和第四开关s4导通后，第一副边绕组的电流被全桥整流电路10的相连接的第三二极管d3和第四开关s4根据线路阻抗进行分配，同时，在第一开关s1和第四开关s4导通时，电感电流保持原有的通路，开启电压近似为零，因此，第一开关s1和第四开关s4的开通损耗低。
73.第一开关s1和第四开关s4导通后，第二开关s2受控关断，流过第二副边绕组的电流失去通路，电感电流全部流过第一副边绕组、第四开关s4和第一开关s1。
74.第一副边绕组流过电流，感应至原边绕组产生电流，并通过第二电子开关管q2和第三电子开关管q3的体二极管流回输入，输出电感l1被全桥逆变电路200的输入电压朝电流流动的反方向励磁，电感电流逐渐减小，因为，输出电感l1较大，电感电流不会骤降至零，当第一电子开关管q1和第四电子开关管q4续流结束，第二电子开关管q2和第三电子开关管q3开通时，第二电子开关管q2和第三电子开关管q3仍有电流输入至体二极管，因此，第二电子开关管q2和第三电子开关管q3可实现零电压开通。
75.第二电子开关管q2和第三电子开关管q3导通后，输出电感l1励磁方向不变，输出电感l1的电流继续减小，当降低至无法维持电弧时，电弧熄灭，输出电感l1的电流处于开路状态，输出电感l1产生高压重新引燃电弧，电感电流开始反向增加。
76.电流换向时，电流全部流过第四开关s4，当电流反向后，与第一副边绕组相连接的第一二极管d1投入工作，控制电路检测到电流反向后，控制第四开关s4关断，第二方向的电流回路切换至第一方向的电流回路完成。
77.控制电路可采用控制器以及对应的采样电路，在一个实施例中，控制电路包括控制器和电流采样电路，电流采样电路分别与输出电感l1和控制器连接，电流采样电路可采用分流器或者电流霍尔传感器，并对应于输出电感l1的第一端或者第二端连接，以对输出电感l1的电流的大小和方向进行检测，控制电路根据电流采样电路反馈的采样信号对应控制第一开关s1至第四开关s4的通断，实现电流方向切换，进而为焊机本体提供双向电压。
78.如图2所示，为了提高输出效率，减少杂波，在一个实施例中，电流方向切换电路100还包括第一滤波电路，第一滤波电路并联于电流方向切换电路100的第一输出端和第二输出端之间，其中第一滤波电路包括电容c1。
79.电流方向切换电路100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。
80.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100，该电流方向切换电路100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100对应与变压器t1连接。
81.本实施例中，电流方向切换电路100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100的第一输出端，电流方向切换电路100以及输出电感l1用于连接焊机本体实现双向电流输出。
82.进一步地，为了减少输入杂波，在一个实施例中，电流方向切换电路100还包括第二滤波电路(图未示出)，第二滤波电路并联于全桥逆变电路200的输入端之间。
83.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。
84.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。