WTC 焊机原理深度解析与维修改进探究

2021-12-17刘乐翔于韶东蒋大鹏

电子制作 2021年22期

刘乐翔，于韶东，蒋大鹏

（上汽通用东岳汽车有限公司，山东烟台，264006）

0 引言

WTC焊机是美国生产的中频焊机，功能强大，能耗低，同等重量之变压器可输出更多能量，使用非常广泛。因工作在特定的工作环境，焊机表面附着物较多，造成焊机故障率高。由于部件价格昂、贵，采购周期长，给生产交付带来了很大的困难。针对其在应用维修中的弊端，分析其工作原理，通过深度剖析验证，将其升级改进，使之能够适应环境对其性能的影响，延长焊机生命周期。

1 WTC 焊机原理分析

WTC焊机电路主要由整流电路、逆变电路、检测电路组成，整流电路采用三相可控桥式整流；逆变电路采用了由4个IGBT组成的单相全桥设计方式，触发回路由VLA503-01 IGBT专用的厚膜驱动芯片控制；检测回路由霍尔传感器与磁感线圈组成，既能检测输出电流的平衡状况，又能检测工作电流的实际数值，当焊接异常时及时报警。

焊机的焊接母线3相380V电源通过插接箱进入焊机的断路器，分成4路，其原理图如图1所示。

图1 WTC焊机原理图

TVS阻容吸收回路：可有效抑制高压动作瞬间产生的电压震荡和冲击电流，使高频震荡冲击电流迅速衰减，降低对负荷设备的冲击影响。

380V-120V变压器：输出的120V电压一路输送给电源板，电源板会给主板和可控硅触发板供24V电；另一路给主板，通过主板控制隔离接触器的线圈供电，在焊接前提前吸合隔离接触器。

可控硅触发板：主要作用是给可控硅提供触发电流，可控硅触发板上有个吸收回路，其中一个作用是用于焊机断电时释放电容内部的电压，防止触电。

整流主回路：给三相半波桥式可控硅的主回路供电，经过可控硅整流后的DC 537V经过电容滤波后，供给单相全波逆变电路，逆变成6000Hz的中频方波，经过隔离接触器，再经外部的焊接变压器将DC 537V高压变成DC 10V的安全电压，然后再次整流，到达焊枪电极进行焊接。

2 逆变回路原理分析

WTC焊机焊机逆变回路上下桥的四个IGBT由四个VLA503厚膜IGBT驱动芯片控制管理，其原理图如图2所示。

图2 逆变回路原理图

厚膜芯片电源由±12V双电源供电，通过U8芯片DC/DC转换而来。当厚膜芯片13、14脚无脉冲信号输入时，芯片内部连接5脚输出的上桥三极管关断，下桥三极管导通，5脚的电位等于6脚电位-12V,此时该芯片对应的IGBT栅源极驱动电压为反向电压-12V,目的是为关断更彻底；当13、14脚10mA电流信号后，芯片内部下桥三极管关断，上桥三极管导通，5脚输出12V脉冲信号到该芯片对应的IGBT栅源极,控制IGBT导通。

图中D23为快速恢复二极管，连接到IGBT的漏极，目的是监测漏极到源极的电压。当IGBT处于关断状态时，D23截止，厚膜芯片1脚电压为12V等于电源电压,1脚是厚模芯片内部电压比较器正向输入端，高于基准电压，电压比较器输出高电平，5脚锁住输出并输出反向电压至IGBT栅源极；当IGBT正常开启时，D23正向导通，1脚低电平输入，芯片内部电压比较器输出低电平，5脚输出高电平。当出现过流、过压报警时，大电流使IGBT的漏极电压升高，D23截止，1脚输入高电平，5脚锁住输出，同时8脚输出低电平，U4光耦工作，N31电位拉低，单片机报警，停止输出。R31为限流电阻，同时稳压管Z15/Z16组成限幅器，确保IGBT栅极不被击穿；稳压管Z11用于防止D23击穿而损坏厚膜芯片。厚膜芯片内部结构原理图如图3所示。

图3 厚膜芯片内部结构原理图

3 维修案例解析

WTC焊机报警频繁故障信息：“焊接低电流”；当焊机焊接时，霍尔传感器检测的焊接电流低于设定的最小焊接电流。

■3.1 原因分析

根据报警信息，对故障进行分析，原因可能在四个方面：

(1)功率管损坏；(2)检测回路故障；(3)IGBT触发回路故障；(4)直流母排电压低于正常工作电压。

■3.2 检测方法

(1)拆机检查，发现焊机内部杂质较多，对焊机各部件进行清洁，清除杂质。

(2)清洁完成后，依次目测各电路板以及功率管状态时，发现焊机1ITF控制板Q1高压IGBT有金属丝状物缠绕，检测后发现IGBT击穿；检测其余电路板状态正常。

(3)为确定故障原因，深入了解1ITF板工作原理，测绘其原理图如图4所示。

通过图4原理图分析：该电路是焊机停机后直流母排电压释放电路，当焊机工作时，Q2三极管处于导通状态，Q1 IGBT不工作；当焊机断电后，Q2处于截止状态，Q1导通，R222电阻工作，迅速释放母排电能。Q1只能在焊机断电瞬间工作，焊机正常工作时，Q1不工作。而Q1被击穿，母排的释放电阻就会接通，造成直流母排电压过低，使焊机输出电流减小，所以出现焊机低电流报警。