逆变点焊电源软开关的数字控制　

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1、逆变点焊电源软开关的数字控制摘要：数字信号处理器(DSP)具有高速运算特性及独特的结构，其在逆变点焊电源领域中的应用研究已引起人们的关注。采用TI司的TMS320LF2407A芯片为全桥移相零电压点焊逆变电路提供P酬驱动脉冲。分析表明：利用软件编程可对PWM方波脉冲的频率、移相角及死区时间进行灵活的设定和修改，可对焊接电流、电弧电压采样实现系统的数字控制。硬件，软件测试结果与专用移相控制芯片进行了对比验证。关键词：逆变点焊电源；数字信号处理器；PWM方波：数字控制中国分类号：TG438.2：TP2

2、73.5文献标识码：B在航空和汽车等制造行业，逆变点焊电源以其焊接变压器轻小、动态响应速度快、控制精度高、焊接电流脉动小、热效率高、电网三相平衡、无次级感抗及功率因数高等优点得到了日益广泛的应用。但传统的逆变电源多为模拟控制或者模拟与数字相结合的控制系统.虽然模拟控制技术已经非常成熟.但其存在很多活性不有的缺点.如控制电路的元器件较多、灵够、不便于调试等］。而焊接是强非线性、强耦合性、多变性和复杂性的过程，若采用数字化控制技术代替传统的模拟控制技术，充分利用逆变主电路准数字化的特点，可以提高焊接质

3、量，促进焊接电源的发展。数字信号处理器(DSP)用于工业控制近几年来发展非常迅速，控制理论及新型控制算法和方案的提出，强大的数据处理能力和快速运算能力.都为焊接信号的实时处理提供了技术基础，促进了焊接电源实现数字化。从国内外各高校及研究所的研究成果来看.DSP在焊接领域已有不少的应用。在此分析讨论了零电压开关脉宽调制(ZVS-PWM)逆变点焊电源的工作原理及PWM方波产生的机理.并在此基础上对逆变点焊电源的数字控制进行了研究。1逆变点焊电源主电路工作原理1_1主电路工作原理零电压开关(ZVS)逆变

4、点焊电源主电路包括输入整流滤波电路、软开关逆变器、中频变压器和输出整流滤波电路等，其核心是由4只功率开关管及其并联的二极管和电容组成的软开关逆变器.如图1a所示。图1a中，定义先导通的开关管Q和Q,组成的桥臂为超前桥臂，滞后导通管Q和Q组成滞后桥臂。Q,Q,和Q，Q分别轮流导通180。，其中Q和Q3的导通时刻不收稿日期：XX—03一16：修回日期：XX—07一14变，控制Q和Q，使Q，Q和Q3,Q的导通相差在0。-180。之间变化，开关管重叠导通时间的长短决定了逆变器输出的大小1b所示，当Q先开通

5、，经移相后开通Q，关断Q后，次侧电流从Q中转移到C和c3支路中，给C充电，同时给c3放电，由于C两端电压不能突变，Q是零电压关断。当c3的电压下降到零，D，自然导通，D，的导通使Q，两端电压近似为零，为Q,提供了零电压开通的条件嘲。滞后臂管子的开关原理与此类(a)软开关点焊逆变电源主电路(b)IGBT驱动波形图1逆变器主电路和IGBT驱动波形WeIdinzTechnoIogyVoI_36No.50ct.XX■焊接设备与材料■41主电路中.分别给4只开关管并联了电容C。〜G，实现开关管的软开关。控制

6、策略上如果采用传统的PWM控制方式即斜对角的2只开关管同时开通和关断，由于会出现4只开关管全部处于关断的状态，其并联电容就会与漏感产生谐振。那么，当斜对角开关管开通时.并联电容上的电压可能不为零，其电荷就直接通过开关管释放。电容的能量将全部消耗在开关管中，且在开关管中还将产生开通电流尖峰。开关管不能实现软开关。因此，采用了图1b所示的斜对角2只开关管错开切换的移相PWM控制。1.2死区时间为实现开关管的零电压开通。必须有足够的电路谐振能来抽走将要开通的开关管的谐振缓冲电容上的电荷，并给同一桥臂将要

7、关断开关管的并联谐振电容充电。当谐振电容充放电结束.要开通开关管的反并联二极管，将开关管两端电压箝至接近零位时，驱动开关管，即可实现零电压开通。所以要实现开关管的零电压开通.除了要有足够的能量来抽走并联电容上的电荷.既要满足一定的能量条件，又必须满足一定的时间条件。可见，在软开关逆变点焊电源中，死区时间一方面可以防止同一桥臂的2只开关管发生直通现象。同时也是为了满足开关管零电压换流的时间条件。超前臂和滞后臂的谐振换流能量来源是不一样的。对于超前臂而言，变压器二次回路的等效电感厶和一次漏感共同参与谐

8、振。能量较大，容易实现零电压开关。而滞后臂的谐振能量只由一次漏感提供。二次回路的等效电感不参与谐振，然滞后臂实现零电压开关要困难一些。因此.在设计计算两桥臂的死区时间时，只要满足了滞后臂的时间条件。也就确保了超前臂的时间条件。2驱动方波的产生与控制2.1PWM方波系统采用TMS320LF’2407ADSP为控制核心，该控制器工作电压为3.3V，指令执行速度最高可达到40MIPS,高性能10位模/数转换器(ADG)的转换时间为500n8,提供多达I6路的模拟输入。在逆变电源系统中DS