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时间:2018-02-11
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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
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