一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路

文档序号:1913114 发布日期:2021-12-03 浏览:22次 >En<

阅读说明:本技术 一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路 (Welding machine control circuit for self-adaptive switching of power grid power supply and energy storage power supply ) 是由 舒振宇 雷斌 于 2021-08-23 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路,包括降压逆变模块,用于将交流电转换高频交流电后再转换为低压直流电输出,包括第一整流电路、逆变电路、开关电源电路,第一整流电路的输入连接电网电源,其输出连接逆变电路的输入,还包括依次连接的升压模块、切换电路,升压模块的输入连接储能电源,用于将储能电源的低电压升压到设定电压值,切换电路的输出分别连接逆变电路的输入、开关电源电路的输入,切换电路根据第一整流电路的输出大小与设定电压值的大小,自适应地在电网电源与储能电源之间进行切换。本申请通过电网电源与储能电源切换连接逆变降压电路,简化了电路结构,降低了焊机成本。(The invention discloses a welding machine control circuit for self-adaptive switching of a power grid power supply and an energy storage power supply, which comprises a voltage reduction inversion module, a first rectification circuit, an inversion circuit and a switch power supply circuit, wherein the voltage reduction inversion module is used for converting alternating current into high-frequency alternating current and then converting the alternating current into low-voltage direct current for output. This application is switched with the energy storage power supply through the electric wire netting power and is connected contravariant step-down circuit, has simplified circuit structure, has reduced the welding machine cost.)

一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域,尤其是涉及一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路。

背景技术

目前,焊机的供电有二种方式,一种是储能电池供电,一种是电网供电,在储能电池供电时,一般采用高压直流电池组进行供电,高压直流电池组经过斩波降压后,控制输出电流大小;电网供电时,对电网交流电进行整流、逆变后,再经过变压器降压控制输出电流大小。

为了扩展焊机的适用性,焊机在能够采用电网电源的同时,也能够支持储能电源供电,在兼容电网供电与储能供电时,出于安全考虑,需要解决高压、低压间的电气隔离问题,而这就需要对储能供电配备一路逆变降压电路,对电网电源配备另一路逆变降压电路,二路逆变降压电路造成电路结构复杂,焊机成本高。

因此,设计一种简化的焊机电路,兼容电网供电与储能供电,降低焊机成本,是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路,对储能电源进行升压到电压设定值,通过切换电路连接到逆变降压电路的逆变电路前端与开关电源电路前端,在电网电源经过整流后的整流电压大于等于电压设定值时,切换到电网电源供电;当整流电压小于电压设定值时,切换到储能电源供电,在储能电源与电网电源兼容的情况下,使用一路逆变降压电路,简化了电路结构,降低了焊机成本。

第一方面,本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现:

一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路,包括降压逆变模块,用于将交流电转换高频交流电后再转换为低压直流电输出,包括第一整流电路、逆变电路、开关电源电路,第一整流电路的输入连接电网电源,其输出连接逆变电路的输入,还包括依次连接的升压模块、切换电路,升压模块的输入连接储能电源,用于将储能电源的低电压升压到设定电压值,切换电路的输出分别连接逆变电路的输入、开关电源电路的输入,切换电路根据第一整流电路的输出大小与设定电压值的大小,自适应地在电网电源与储能电源之间进行切换。

本发明进一步设置为:升压模块包括第一升压模块、第二升压模块,第一升压模块的输入、第二升压模块的输入连接储能电源,第一升压模块的输出经过切换电路后连接逆变电路的输入,切换电路用于在电网电源供电不符合要求时,由储能电源给逆变电路提供电源;第二升压模块的输出经过切换电路后连接开关电源电路的输入,用于在电网电源供电不符合要求时,由储能电源给开关电源电路提供电源。

本发明进一步设置为:第一升压模块包括依次连接的第一升压电路、第一PWM调整电路,第一升压电路用于将储能电源的电压提升到电压设定值,第一PWM调整电路用于根据第一升压电路的输出大小调整第一PWM信号,调整第一升压电路的输出稳定。

本发明进一步设置为:第一升压电路包括第一BOOST升压拓扑电路,第一PWM调整电路包括依次连接的第一电压采样电路、第一PWM调整芯片;第一电压采样电路对第一BOOST升压拓扑电路的输出进行采样,第一PWM调整芯片根据第一采样电压的大小,调整第一PWM信号的输出,从而控制第一BOOST升压拓扑电路的输出。

本发明进一步设置为:第二升压模块包括依次连接的第二升压电路、第二PWM调整电路,第二升压电路用于将储能电源的电压提升到电压设定值,第二PWM调整电路用于根据第二升压电路的输出大小调整第二PWM信号,调整第二升压电路的输出稳定。

本发明进一步设置为:切换电路包括单向导通电路,在第一整流电路的输出大于等于设定电压值时,由电网电源提供电能,在第一整流电路的输出小于设定电压值时,由储能电源提供电能。

本发明进一步设置为:还包括第二整流电路,第二整流电路的输入连接电网电源,其输出经过切换电路后连接开关电源的输入,用于给开关电源电路提供电能。

本发明进一步设置为:切换电路包括至少三个单向导通电路,第一单向导通电路的正端连接第一升压模块的正输出,其负端连接逆变电路的正输入;第二单向导通电路的正端连接第二升压模块的正输出,其负端连接开关电源电路的正输入;第三单向导通电路的正端连接第二整流电路的正输出,其负端连接开关电源电路的正输入。

第二方面,本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现:

一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制方法,对电网电源进行整流,得到整流电压,对储能电源进行升压,得到电压设定值,在整流电压大于等于电压设定值时,切换电路进行切换,由电网电源为降压逆变模块提供电能,在整流电压小于电压设定值时,切换电路进行切换,由储能电源为降压逆变模块提供电能。

本发明进一步设置为:采用二路升压电路,对储能电源进行升压,分别用于对降压逆变模块中的逆变电路、开关电源电路提供电能。

与现有技术相比,本申请的有益技术效果为:

1.本申请通过设置切换电路,根据电网电源整流后电压大小与储能电源升压后的电压设定值大小,在电网电源与储能电源之间进行自动切换,实现了供电的自适应切换;

2.进一步地,本申请在切换电路中设置二极管,利用二极管的特性,在高压电与低电压之间进行切换,无需多余部件,电路结构简单;

3.进一步地,本申请通过设置电压设定值小于电网电源整流后电压,保证了优先连接电网电源。

附图说明

图1是本申请的一个具体实施例的焊机控制电路结构示意图;

图2是本申请的又一个具体实施例的焊机控制电路结构示意图;

图3是本申请的又一个具体实施例的第一升压模块结构示意图;

图4是本申请的又一个具体实施例的第二升压模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施例一

本申请的一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路,如图1所示,包括降压逆变模块、升压模块、切换模块,降压逆变模块的输入连接电网电源,包括第一整流电路BR1、逆变电路、开关电源电路、焊机主控电路、降压电路、次级整流电路。

第一整流电路BR1、逆变电路、降压电路、次级整流电路依次连接,用于将电网电源的交流电转换为直流电后,经过逆变电路转换用于焊接的65V高频交流电,再经过降压电路的变压器T1降压,次级整流电路整流后,输出低电压大电流的焊接电源,供焊机使用。

开关电源电路、焊机主控电路依次连接,用于控制逆变电路的导通频率,控制降压逆变模块的输出功率。

升压模块、切换模块依次连接,升压模块的输入连接储能电源的输出,切换模块的一个输出与逆变电路的输入端连接,另一个输出与开关电源电路的输入端连接。

降压逆变模块的第一整流电路BR1用于对电网电源的220V交流电进行整流,得到310V的整流直流电,输出给逆变电路,逆变电路根据焊机主控电路输出的控制信号,将310V的直流电转变为高频交流电,高频频率由焊机主控电路的控制信号频率控制,高频交流电经过变压器T1的降压,在次级获得低电压大电流的电源,提供给焊机。

升压模块用于将储能电源的低电压升压到电压设定值,在本申请的实施例中,电压设定值为300V,低于310V整流直流电的电压,这样的设置,为电网电源优先提供保证。

升压模块的输出经过切换电路后,第一路输出连接到逆变电路的输入端、第一整流电路的输出端,用于给逆变电路提供电能,第二路输出连接到开关电源电路的输出端,用于给开关电源电路提供电能。

具体地,第一路输出为300V的直流电,第二路的输出包括300V的直流电、用于开关电源电路和焊机主控电路工作的低电直流电,如15V/24V/-15V的低压直流电。

切换电路包括单向导通电路,在整流直流电的电压大于等于设定电压值时,与电网电源端连接的第一单向导通电路将电网电源电压施加到逆变电路与开关电源电路上,而与升压模块连接的第二单向导通电路不导通;在整流直流电的电压小于设定电压值时,与升压模块连接的第二单向导通电路将升压模块的设定电压输出施加到逆变电路与开关电源电路上,而与电网电源端连接的第一单向导通电路不导通。

具体实施例二

本申请的一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路,如图2所示,包括降压逆变模块、升压模块、切换模块、第二整流电路BR2,升压模块包括第一升压模块、第二升压模块,第一升压模块、第二升压模块的输入同时连接储能电源输出端,第一升压模块的输出经过切换电路后连接到逆变电路的输入端,第二升压模块的输出经过切换电路后连接到开关电源电路的输入端。

第一升压模块用于给逆变电路提供大功率的设定电压值直流电,第二升压模块用于给开关电源电路提供小功率的设定电压值直流电和低电压直流电,低电压直流电用于为开关电源电路、焊机主控电路提供电源。

在本实施例中,储能电源为蓄电池组,提供48V的低电压直流电。

第二整流电路的输入连接电网电源,其输出连接切换电路。

切换电路根据整流直流电与设定电压值的大小,在整流直流电的电压大于等于设定电压值时,由电网电源提供焊机电能,在整流直流电的电压小于设定电压值时,由储能电源提供焊机电能。

第二整流电路的输出经过切换电路的第三单向导通电路连接到开关电源电路,同样地,在整流直流电的电压大于等于设定电压值时,由电网电源提供电能给开关电源电路,在整流直流电的电压小于设定电压值时,由储能电源提供电能给开关电源电路。

在电网电源的交流电输入为220V时,第一整流电路、第二整流电路的输出为310V整流直流电,在电网电源的交流电输入小于212V时,第一整流电路、第二整流电路的输出低于300V,在电网电源电压不正常时,储能电源工作,保证焊机电源的功率。

具体实施例三

本申请的一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路中的第一升压模块,如图3所示,包括依次连接的第一升压电路、第一PWM调整电路,第一升压电路用于将储能电源的电压提升到电压设定值,第一PWM调整电路用于根据第一升压电路的输出大小调整第一PWM信号,调整第一升压电路的输出稳定。

第一升压电路包括第一BOOST升压拓扑电路,第一PWM调整电路包括依次连接的第一电压采样电路、第一PWM调整芯片;第一电压采样电路对第一BOOST升压拓扑电路的输出进行采样,第一PWM调整芯片根据第一采样电压的大小,调整第一PWM信号的输出,从而控制第一BOOST升压拓扑电路的输出。

第一BOOST升压拓扑电路包括第二储能电感L2、第三开关管Q3、第三十快恢复二极管D30、第三十一快恢复二极管D31。基于电压与电流参数,采用二个恢复二极管,保证恢复二极管能工作在设定功率内。

第二储能电感L2的一端连接储能电源的正输出端,另一端连接第三开关管Q3的输入端、第三十快恢复二极管D30的正端、第三十一快恢复二极管D31的正端。

第三开关管Q3的输出端连接地端,其控制端连接第一驱动电路的输出端。

储能电源的负输出端连接电流检测电阻RS1的一端,电流检测电阻RS1的另一端连接地端。

第一驱动电路包括第四三极管Q4、第二十三二极管D23、第一限流电阻R24,第四三极管Q4为PNP三极管,其控制端通过第一限流电阻R24连接第一PWM调整芯片的第一PWM信号输出端,其输出端即发射极连接第三开关管Q3的控制端,其集电极接地VSS。同时,第四三极管Q4的控制端连接第二十三二极管D23的正端,其输出端连接第二十三二极管D23的负端。

第一驱动电路用于将第一PWM调整芯片输出的第一PWM信号进行放大,以驱动第三开关管Q3。

在第三开关管Q3的输入端、输出端之间,设置第一吸收电路。

第一吸收电路包括第二十三电容C23/第二十二电阻R22/第二十三电阻R23,第二十二电阻R22与第二十三电阻R23并联后,与第二十三电容C23串联,形成第一吸收电路,用于保护第三开关管Q3的 输入端、输出端之间的关断电压不超过器件额定值。

第一电压采样电路包括电阻分压电路,串联电阻R28/R29/R30/R31组成第一采样电阻串,并联电阻R32/R33组成第二采样电阻串,第一BOOST升压拓扑电路的输出经过第一采样电阻串与第二采样电阻串分压后,输入给第一PWM调整芯片的电压采样端,第一PWM调整芯片根据采样电压的大小,控制第一PWM信号的频率。

第一PWM调整芯片包括电流采样端、电压采样端,用于根据第一升压电路的电流与电压,进行输出电压的调节。

第一升压模块还包括第一滤波电路,包括电阻R21/R25、电容C21/C22/C25/C26,电阻R21、电容C21/C22并联连接,电阻R25、电容C25/C26并联连接,二个并联连接电路再串联连接,用于给第一BOOST升压拓扑电路的输出进行滤波。

第一升压模块的直流地VSS与第二升压模块的直流地GND为不同地端。

第三十二二极管的正端连接在第一BOOST升压拓扑电路的输出端,其负端连接逆变电路的正输入端,作为第一单向导通电路,用于对第一升压模块的输出进行切换。

具体实施例四

本申请的一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制电路的第二升压模块,如图4所示,第二升压模块包括依次连接的第二升压电路、第二PWM调整电路,第二升压电路用于将储能电源的电压提升到电压设定值,第二PWM调整电路用于根据第二升压电路的输出大小调整第二PWM信号,调整第二升压电路的输出稳定。

第二升压电路包括第二BOOST升压拓扑电路,第二PWM调整电路包括依次连接的第二电压采样电路、第二PWM调整芯片;第二电压采样电路对第二BOOST升压拓扑电路的输出进行采样,第二PWM调整芯片根据第二采样电压的大小,调整第二PWM信号的输出,从而控制第二BOOST升压拓扑电路的输出。

第二BOOST升压拓扑电路包括第一储能电感L1、第一开关管Q1、第三快恢复二极管D3。

第一储能电感L1的一端连接储能电源的正输出端,另一端连接第一开关管Q1的输入端、第三快恢复二极管D3的正端。

第一开关管Q1的输出端连接第十七电阻R17的一端、第十六电阻R16的一端;其控制端连接第六电阻R6的一端、第九电阻R9的一端、稳压二极管ZD1的负端,稳压二极管ZD1的正端、第九电阻R9的另一端接地。

第六电阻R6的另一端接第二PWM调整芯片的PWM信号输出端、第四二极管D4的负端,第四二极管D4的正端接地GND。

第二PWM调整芯片的PWM信号输出端经过限流电阻R6后连接到第一开关管Q1的控制端,控制第一开关管Q1的的导通频率。

在第一开关管Q1的输入与输出端之间设置第二吸收电路,第二吸收电路包括串联连接的第七电阻/第六电容,用于保护第一开关管Q1的输入端、输出端之间的关断电压不超过器件额定值。

第十六电阻的另一端连接到第二PWM调整芯片的电流采样端,用于采样第二升压电路的输出电流。

第二电压采样电路包括电阻分压电路,串联电阻R4/R3/R19组成第二采样电阻串,与第五电阻R5对第二BOOST升压拓扑电路的输出电压进行采样,第二BOOST升压拓扑电路的输出经过第二采样电阻串与第五电阻R5分压后,输入给第二PWM调整芯片的电压采样端,第二PWM调整芯片根据采样电压的大小,控制第二PWM信号的频率。

第二PWM调整芯片包括电流采样端、电压采样端,用于根据第二升压电路的电流与电压,进行输出电压的调节。

第二升压模块还包括第二滤波电路,包括并联连接的电容C1/C2,用于给第二BOOST升压拓扑电路的输出进行滤波。

第二二极管的正端连接在第二BOOST升压拓扑电路的输出端,其负端连接开关电源电路的正输入端,作为第二单向导通电路,用于对第二升压模块的输出进行切换。

第二整流电路BR2,其输入连接电网电源,其输出连接第一二极管D1的正端,第一二极管D1的负端连接开关电源的输入,第一二极管D1作为第三单向导通电路,用于给开关电源电路提供电能。

在图4中,储能电源还通过转换电路,用于输出低电压直流电,将储能电源的电压转换成开关电源电路、焊机主控电路的工作电压,用于给开关电源电路、焊机主控电路提供电能。

低电压直流电包括15V、24V、-15V电压电源。

15V电压转换电路,包括第二开关管Q2,第十四电阻R14的一端连接储能电源的正端,其另一端连接第二稳压管ZD2的负端,第二稳压管ZD2的正端接地GND,第二稳压管ZD2的负端用于对第二开关管Q2提供控制端电压。

第十电阻R10、第十一电阻R11串联连接,第十二电阻R12、第十三电阻R13串联连接,第十电阻R10、第十一电阻R11的串联结构与第十二电阻R12、第十三电阻R13的串联结构并联连接后,连接在第二开关管Q2的输入端与储能电源的正端之间,用于给第二开关管Q2提供电流。

第二开关管Q2的输出端连接第五二极管D5的正端,第五二极管D5的负端作为15V直流电的输出端,连接滤波电容C8的一端、滤波电容C9的一端,滤波电容C8的另一端、滤波电容C9的另一端接地GND,用于对15V直流输出进行滤波。

本申请的一种电网电源与储能电源自适应切换的焊机控制方法,对电网电源进行整流,得到整流电压;对储能电源进行升压,得到输出电压,其输出电压值等于电压设定值。在整流电压大于等于电压设定值时,切换电路进行切换,储能电源的升压输出被阻止,电网电源的整流输出被导通,电网电源的整流输出施加到逆变电路的输入端、开关电源电路的输入端,由电网电源为降压逆变模块提供电能。在整流电压小于电压设定值时,切换电路进行切换,储能电源的升压输出被导通,电网电源的整流输出被阻止,储能电源的升压输出施加到逆变电路的输入端、开关电源电路的输入端,由储能电源为降压逆变模块提供电能。

在本申请的另一个具体控制方法中,采用二路升压电路,对储能电源进行升压,分别用于对降压逆变模块中的逆变电路、开关电源电路提供电能。在整流电压小于电压设定值时,切换电路进行切换,储能电源的第一升压输出、第二升压输出被导通,电网电源的整流输出被阻止,储能电源的第一升压输出施加到逆变电路的输入端,第二升压输出施加到开关电源电路的输入端,由储能电源为降压逆变模块提供电能。

电压设定值低于220V交流电整流后的整流直流电压,以保证在电网电源有电时,优先使用电网电源。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。

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