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PWM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：TG4

2、38．2：TP273．5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 　　其存在很多固有的缺点．如控制电路的元器件较多、灵活性不 　　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 　

3、　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 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

4、制进行了研究。 1逆变点焊电源主电路工作原理 l_1主电路工作原理 　　零电压开关(ZVS)逆变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—16：修回日期：XX—07—14 　　变，控制Q和Q

5、，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。 　　如图1b所示，当Q先开通，经移相后开通Q，关断Q后，一 　　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 似 (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

6、形 　　WeldinzTechnologyVol_36No．5Oct．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

7、。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量 　　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

8、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，显