数字化多功能软开关焊接电源的研制

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1、46·焊接设备与材料·焊接技术第39卷第4期2010年4月文章编号：1002－025X(2010)04-0046-04数字化多功能软开关焊接电源的研制1211蒋晓明，黄石生，王景健，关焯锋（1．广东省科学院自动化工程研制中心，广东广州510070；2．华南理工大学，广东广州510640）摘要：提出了一种数字化多功能软开关焊接电源解决方案，采用2块板实现对电源的数字化控制。电源主控板采用TMS320LF2407A数字信号处理芯片，人机接口控制采用混合信号系统集芯片C8051F020，方案先进，功能完备；主电路拓扑结构采用了移相全桥ZVZCSPWM软开关电路拓扑，改进了常规移相全桥Z

2、VSPWM主电路拓扑的软开关范围窄、占空比丢失等缺陷；电源外特性设计中，分析了多种焊接方式下电源外特性的设计，为数字化焊接电源的多功能设计提供了理论依据；人机接口设计中给出了界面规划、电路规划及操作设计；最后给出了采用自行研制的电源监控分析系统在脉冲方式下测试所得的电流、电压波形及U－I图，表明所设计的电源稳定、可靠。关键词：数字化；多功能；软开关；外特性中图分类号：TG43；TP273文献标志码：B数字控制技术取代模拟控制技术已成为当前焊接图1所示，主要由软开关逆变电源主电路、基于DSP电源的发展趋势之一，同时为提高电源效率，软开关的控制电路和基于C8051F020的人机接口三

3、大部分技术也得到了广泛应用。数字化控制的柔性化特点，组成。电源主控板采用TMS320LF2407A数字信号处也给焊接电源的多功能设计提供了极大便利。国内许理芯片，人机接口电路与控制电路之间通过RS485多高校、研究所及焊接设备制造厂家均开展了这方面进行数据通信，并用薄膜键盘进行焊接专家系统的相的研究，并取得了一定成绩，但与国外规模大的焊接关操作，液晶显示屏全面直观地显示用户所要了解的电源生产厂家相比，仍存在较大差距。主要表现在数各种电源信息。电源控制电路还配有CAN总线接口，字化控制电源与数字化人机接口的整合水平较低，基便于实现与送丝机、行走机构及其他电源之间的协同本没有配置焊接

4、专家系统和网络通信系统。控制。在此背景下，笔者充分利用高性能DSP的强大软开关逆变电源主电路数据处理能力及其内置的丰富硬件资源，完成了软开薄膜键盘液晶显示屏电流关电源的设计和高可靠性CAN总线通信接口的设计，PWM电压驱动反馈并利用μC/OS－Ⅱ嵌入式操作系统设计了焊接专家系薄膜键盘电路液晶显示电路IGBT驱动电路采样反馈电路统。本文着重介绍了数字化多功能焊接电源的方案设基于FLASH存基于DSP保护电路储器电路C8051F020控制电路计、软开关设计、外特性设计及人机接口设计。人机接口电路基本电路DSP基本电路SCI接口电路SCI接口电路CAN接口电路1数字化多功能焊接电源方案

5、设计图1数字化多功能焊接系统框图在进行本次数字化多功能焊接电源研制中，先对国内外工业控制领域的相关技术和焊接行业的发展现2数字化电源的软开关设计状进行了认真调研和分析，然后提出将软开关技术、2．1主电路拓扑结构的选择CAN总线通信技术、DSP技术和嵌入式实时操作系由于硬开关方式存在开关损耗大、开关应力大等统等多项热点技术结合的大功率电源设计方案。缺点，故笔者对软开关电路拓扑进行了研究，籍以提数字化软开关多功能焊接电源的硬件设计方案如出适合大功率逆变电源需求的电路拓扑。移相全桥ZVSPWM变换器综合了谐振软开关技术和PWM技收稿日期：2010-01-18术的优点，在功率开关器件开关

6、过程中实现谐振换WeldingTechnologyVol．39No．4Apr.2010·焊接设备与材料·47流，保证较低的开关损耗，而在开关管开通之后，采PWM3/4。为了实现这种移相波形，需要在T1的下溢用PWM调制的方法提供方波电压和电流。这种变换中断和周期中断下对CMPR1和CMPR2进行更新，1器开关损耗大大降低，可靠性也较高，非常适合大功个开关周期内更新2次，以实现移相角φ的可调并保率输出的应用。但同时也存在软开关范围较窄、占空证50％的占空比固定。该软开关PWM波形产生方式比损失、副边寄生振荡等不足之处。简单、死区设置可靠，如图3所示。移相全桥ZVZCSPWM变换器是

7、在移相全桥ZVSCMPR1=T1PRPWM变换器基础上发展起来的一种新型软开关变换CMPR2=TφCMPR2=T1PR-Tφ［1－2］器，这种类型的变换器在近年来得到了广泛的关注。T近年来，作为现代电力电子器件的绝缘栅极晶体NC1Tφ管IGBT得到了迅速发展。但IGBT关断时有电流拖尾效应，使IGBT的关断损耗尤其严重。所以要提高0T/2T3T/22TIGBT的开关频率，必须设法降低其关断损耗。通过T1CNT=0T1CNT=T1PR并联一个较大的电容来实现ZVS可以有效地降低下溢