車裕中，潘錦萍，曾少芳

（順德出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東佛山 528300）

0 引言

熱電偶是一種主要測溫元件，是由不同的兩種金屬組成。其測量端通常是采用焊接形成的，焊接質(zhì)量的好壞直接影響熱電偶測量溫度的可靠性[1]。熱電偶在使用過程中，頻繁的接線、拉動很容易對熱電偶造成損傷，而且長期處于高溫下，也容易導(dǎo)致熱電偶絲劣化。因此，在熱電偶斷裂或新制熱電偶時(shí)，就需要對熱電偶進(jìn)行重新結(jié)球或焊接。而許多單位在進(jìn)行熱電偶焊接時(shí)，焊接現(xiàn)場往往沒有市電電源，或者不便接入電源，一般的熱電偶點(diǎn)焊機(jī)不能使用。同時(shí)，一般的點(diǎn)焊機(jī)的焊接能量不可調(diào)，在焊接多種規(guī)格的熱電偶時(shí)往往力不從心。

為此設(shè)計(jì)儲能式熱電偶點(diǎn)焊機(jī)，通過內(nèi)置自動充電電池，可在沒有市電的場所使用，并且一次充滿電能夠完成200次焊接。通過控制旋鈕，可調(diào)節(jié)每次焊接能量，調(diào)整范圍為5～81W·S，能夠焊接成對24#（?0.511 mm）～14#（?2.032 mm）的金屬絲。同時(shí)自動放電電路，實(shí)現(xiàn)安全自動的放電控制功能。

1 儲能式熱電偶點(diǎn)焊機(jī)的基本原理

傳統(tǒng)的電容儲能熱電偶點(diǎn)焊機(jī)是利用儲存在電容器里面的電荷直接向待焊工件放電進(jìn)行的。其基本原理如圖1所示。該機(jī)主要由電源、整流裝置、儲能電容C、開關(guān)S組成。

通過內(nèi)置自動充電電池，可實(shí)現(xiàn)脫離市電網(wǎng)絡(luò)使用。因電容儲能的能量與其電壓的平方成正比，通過調(diào)節(jié)儲能電容C上的電壓，故能調(diào)節(jié)焊接的能量。

2 儲能式熱電偶點(diǎn)焊機(jī)的電路及其原理

本項(xiàng)目中，使用容量為3 500 mAh，額定輸出電壓為13.2 V的鎳氫充電電池作為焊機(jī)的內(nèi)部電源。通過電壓調(diào)控旋鈕，可使電容充電電壓在15～90 V，依據(jù)電容能量公式：

圖1 熱電偶點(diǎn)焊機(jī)基本原理圖

其中：C——電容器容量，F(xiàn)；

U——電容器充電電壓，V。

可得，電容器儲存能量最大為81 J。考慮電路損耗等因素，該機(jī)內(nèi)置鎳氫電池充滿電后可完成大約200次焊接。

儲能式熱電偶點(diǎn)焊機(jī)的電路拓?fù)鋱D及電路圖分別如圖2和圖3所示，主要由鎳氫電池恒流充電電路、Boost升壓控制電路和可控硅觸發(fā)控制電路3部分組成。

圖2 儲能式熱電偶點(diǎn)焊機(jī)電路拓?fù)鋱D

2.1 鎳氫電池恒流充電電路

本項(xiàng)目選用鎳氫充電電池正常工作電壓是13.2 V。充電時(shí)，當(dāng)撥動開關(guān)撥向“充市電”時(shí)，恒流充電電路與其他電路斷開，對鎳氫電池組充電。變壓器T和二極管（D1、D2、D3）組成直流轉(zhuǎn)換器，將220 V市電轉(zhuǎn)換成直流，輸入正電穩(wěn)壓器LM317T。LM317T的調(diào)整點(diǎn)和輸出點(diǎn)間接一個3Ω的電阻R1，使其穩(wěn)定輸出400 mA的電流，通過二極管D4對鎳氫電池充電。電流值可由下式?jīng)Q定：

其中，1.25為LM317輸出端接腳間的電位差。電池充滿后，二極管D4可防止電池組反向放電。LM317T是一種常用的可調(diào)電壓穩(wěn)壓器，具有簡單易用，適用范圍廣的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于包括局部穩(wěn)壓、卡上穩(wěn)壓、精密恒流器等應(yīng)用場合。

2.2 Boost升壓電路

Boost升壓電路是一種常用的開關(guān)直流升壓電路，它可以使輸出電壓比輸入電壓高。主要由電感、開關(guān)管、整流二極管及電容組成。

在Boost功率拓?fù)渲?，開關(guān)管承受的電流較大，必須要考慮開關(guān)管的耐熱和耐壓。所以本項(xiàng)目中開關(guān)管采用具有較高反壓的大功率三極管TIP41C，其極限工作電壓為100 V，最大允許電流為6 A，最大耗散功率可達(dá)65 W。電感采用感抗為80μH的功率電感。

Boost升壓電路驅(qū)動控制器采用SG3525。SG3525是一種單片集成通用PWM控制芯片，其死區(qū)時(shí)間可調(diào)整，而且具有可編程式軟啟動、脈沖控制封鎖保護(hù)等功能。通過調(diào)節(jié)SG3525第5腳上CT的電容和第6腳RT上的電阻就可以改變輸出控制信號PWM的頻率，調(diào)節(jié)第9腳COMP的電壓可以改變輸出脈寬，這些功能可以改善Boost升壓電路的動態(tài)性能和簡化控制電路的設(shè)計(jì)[3]。

本項(xiàng)目中，SG3525的開關(guān)頻率為2.04 kHz。如電路圖1～3所示，由SG3525的輸出OUTB直接驅(qū)動開關(guān)管Q1。OUTA驅(qū)動LED燈CN4，作為充電狀態(tài)指示燈。二極管D5主要起隔離作用，使電感的儲能過程不影響輸出端電容對負(fù)載的正常供電。在Boost電路輸出端，接入電壓反饋回路，將Boost輸出電壓反饋輸入到SG3525的關(guān)斷端（10腳），當(dāng)Boost電路輸出端電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過電壓反饋回路輸入高于0.7 V的電壓信號至SG3525關(guān)斷端（10腳），使SG3525輸出關(guān)斷，Boost升壓電路停止工作，電壓不再上升。當(dāng)Boost電路輸出端電壓小于設(shè)定值時(shí)，通過電壓反饋回路輸入到SG3525關(guān)斷端（10腳）的電壓信號小于0.7 V，SG3525輸出使能，Boost升壓電路將電壓恢復(fù)至設(shè)定值。

圖3 儲能式熱電偶點(diǎn)焊接電路原理圖

2.3 可控硅觸發(fā)控制電路

本項(xiàng)目采用可控硅直流開關(guān)構(gòu)成的關(guān)斷電路，當(dāng)可控硅導(dǎo)通時(shí)，儲能電容向工件放電，當(dāng)可控硅截止時(shí)，電容停止放電。可控硅又叫晶閘管，是一種非常重要的功率器件，具有反應(yīng)快、效率高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高電壓和高電流的控制。

可控硅觸發(fā)控制電路由開關(guān)三極管Q3及電壓比較器B3組成，開關(guān)三極管選用NPN型三極管BU406，通過二極管D9連接到可控硅Q2的控制極。電壓比較器選用LM339。LM339是一種常用的集成電路，其內(nèi)部集成有四個獨(dú)立的電壓比較器。

當(dāng)未進(jìn)行焊接時(shí)，可控硅陰極懸空，電壓比較器LM339反相輸入端（4）高于門限電壓，致使電壓比較器LM339輸出為低電平，開關(guān)三極管Q3未導(dǎo)通，可控硅截止，放電電容不能放電。當(dāng)焊接時(shí)，可控硅陰極通過熱電偶絲連接到地，LM339反相輸入端（4）電壓被拉低，低于門限電壓。此時(shí)放電指示燈CN6發(fā)光，LM339輸出端翻轉(zhuǎn)，為高電平。此時(shí)，SG3525輸出關(guān)斷，開關(guān)三極管Q3導(dǎo)通，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，放電電容瞬時(shí)放電，瞬時(shí)大電流通過電偶絲，完成焊接。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)了基于鎳氫可充電電池儲能的熱電偶點(diǎn)焊機(jī)，并通過可調(diào)節(jié)電壓的Boost升壓電路實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)焊接能量可調(diào)節(jié)功能。經(jīng)過一段時(shí)間的使用證明，儲能式熱電偶點(diǎn)焊機(jī)較之普通點(diǎn)焊機(jī)在使用范圍、控制、焊接質(zhì)量等諸多方面的性能有明顯的提升。

［1］孫玉芬，張弓.熱電偶巧焊接［J］.企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，2004（3）：54-55.

［2］林貽強(qiáng)，芮冬梅.熱電偶測量端的焊接方法［J］.儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2001（6）：38-39.

［3］王曉鋒，王京梅，孫俊，等.基于SG3525的開關(guān)電源設(shè)計(jì)［J］.電子科技，2011（6）：118-121.