專(zhuān)利名稱(chēng)：基于dsp的并聯(lián)式大功率脈沖mig焊逆變電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于DSP的高頻IGBT逆變技術(shù)，特別涉及ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
弧焊電源的發(fā)展經(jīng)歷了弧焊發(fā)電機(jī)、交流弧焊變壓器、硅弧焊整流器及弧焊逆變電源等階段。弧焊逆變電源采用高頻逆變技術(shù)，具有體積小、重量輕、高效節(jié)能、控制周期短、整機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、能夠進(jìn)行精確控制等優(yōu)勢(shì)，逆變技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電源主電路的數(shù)字化，使弧焊電源的性能發(fā)生了革命性的進(jìn)步，但是由于現(xiàn)有技術(shù)繼承了比較多傳統(tǒng)的模擬控制方式，使得弧焊逆變電源的優(yōu)勢(shì)未能得到充分的發(fā)揮。近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理技 術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化控制技術(shù)的需求與日俱增，在工程領(lǐng)域、エ業(yè)生產(chǎn)、軍事、醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究中的應(yīng)用日益普遍，在焊接領(lǐng)域，為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，數(shù)字化弧焊電源控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，特別是弧焊逆變電源的數(shù)字化控制技術(shù)，使原有的逆變電源更可靠，性能更好，功能更全?；『改孀冸娫吹臄?shù)字化控制技術(shù)主要有兩個(gè)目的ー是使用數(shù)字化技術(shù)迅速解決弧焊逆變電源自身問(wèn)題；ニ是用數(shù)字化技術(shù)提升弧焊逆變電源的功能，滿(mǎn)足先進(jìn)制造技術(shù)的需求。聞效聞速化焊接對(duì)提聞焊接生廣效率效果明顯，而要實(shí)現(xiàn)對(duì)大厚板聞效聞速化焊接，關(guān)鍵在于焊接電流的進(jìn)ー步提高，比如采用大功率焊接エ藝及設(shè)備。目前，在脈沖熔化極惰性氣體保護(hù)焊(Metal Inert Gas Shieled Welding,簡(jiǎn)稱(chēng)MIG焊)領(lǐng)域，因受到半導(dǎo)體功率器件容量的限制和高頻變壓器磁性材料的制約，輸出功率不大，單個(gè)逆變單元模塊輸出功率往往不能滿(mǎn)足大功率負(fù)載的要求，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的脈沖MIG焊電源主要以常規(guī)630A以下脈沖MIG焊為主，雖然在技術(shù)上比較成熟，但是輸出功率小。為了填滿(mǎn)大厚板的焊接坡ロ，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的脈沖MIG焊往往需要多道、層才能達(dá)到目的，很難實(shí)現(xiàn)一次成型焊接，故生產(chǎn)效率低。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的脈沖MIG焊電源技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn)(I)輸出功率小。(2)對(duì)于大厚板，難以一次性實(shí)現(xiàn)成型的高效高速化焊接。(3)生產(chǎn)效率低。例如專(zhuān)利號(hào)為200810203848. 9的基于DSP的數(shù)字化脈沖焊接電源控制方法，雖然采用了 DSP數(shù)字化控制技術(shù)，但是由于受到單個(gè)逆變單元模塊輸出功率小的限制，因而存在上述缺陷。再如現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)資料中的“基于DSP的脈沖MIG焊數(shù)字化焊機(jī)的研制”(陸小明，熊敬清，李晉，等.電焊機(jī)，2009. 02)是由單個(gè)全橋逆變單元模塊和DSP數(shù)字化控制系統(tǒng)組成，雖然該脈沖MIG焊系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)熔滴過(guò)渡的可控性，但其輸出功率小(峰值電流250A)，不能實(shí)現(xiàn)高效高速化焊接，故亦存在上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用了并聯(lián)式大功率主電路，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程控制，輸出功率大，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)一次成型焊接，可靠性高。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，包括三相交流輸入電網(wǎng)、主電路、電弧負(fù)載、人機(jī)界面模塊和控制電路，所述控制電路包括數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)數(shù)字化控制模塊，所述控制電路包括第一控制電路和第二控制電路，第一控制電路通過(guò)DSP數(shù)字化控制模塊與第二控制電路連接，所述主電路包括第一主電路和第二主電路，第一主電路和第二主電路相互并聯(lián)。所述第一主電路和第二主電路的電路結(jié)構(gòu)相同，都包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊，所述輸入整流濾波模塊與三相交流輸入電網(wǎng)相連接，所述輸出整流濾波模塊與電弧負(fù)載相連接。 所述第一控制電路和第二控制電路的電路結(jié)構(gòu)相同，都包括一端均與DSP數(shù)字化控制模塊相連接的故障保護(hù)模塊、高頻驅(qū)動(dòng)模塊、電壓電流檢測(cè)模塊，所述故障保護(hù)模塊的另一端與三相交流輸入電網(wǎng)相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述電壓電流檢測(cè)模塊的另一端與電弧負(fù)載相連接。所述DSP數(shù)字化控制模塊由ー個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器組成，通過(guò)ー個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)第一主電路和第二主電路的并聯(lián)控制。所述DSP數(shù)字化控制模塊與人機(jī)界面模塊相連接，并且控制人機(jī)界面模塊；所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2407A芯片，調(diào)節(jié)主電路的脈沖峰值基值階段電流和切換輸出。所述數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈寬調(diào)制単元，所述脈寬調(diào)制単元以全軟件方式分別產(chǎn)生兩組兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，分別用于第一主電路和第二主電路的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM)。所述故障保護(hù)模塊包括相互連接的過(guò)壓檢測(cè)電路、欠壓檢測(cè)電路、過(guò)流檢測(cè)電路、過(guò)溫檢測(cè)電路和與門(mén)電路。所述高頻逆變模塊包括逆變橋開(kāi)關(guān)管組，所述逆變橋開(kāi)關(guān)管組包括VTl、VT2、VT3和 VT4。所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括TLP250光耦芯片，所述TLP250光耦芯片有4個(gè)；所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊將DSP數(shù)字化控制模塊輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)后輸入高頻逆變模塊，作為逆變橋開(kāi)關(guān)管組的開(kāi)關(guān)信號(hào)。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明由兩套電路結(jié)構(gòu)相同的主電路并聯(lián)而成，DSP控制模塊調(diào)節(jié)輸出電流電壓以及控制焊接參數(shù)的顯示，三相エ頻交流電經(jīng)過(guò)輸入整流濾波模塊整流為平滑直流電后進(jìn)入高頻逆變模塊，然后通過(guò)功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊流入電弧負(fù)載；與此同吋，DSP數(shù)字化控制模塊根據(jù)電壓電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到電弧負(fù)載的電壓、電流信號(hào)，把檢測(cè)到的信號(hào)與人機(jī)界面模塊給定的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)DSP數(shù)字化控制模塊的模糊控制算法運(yùn)算后，發(fā)給DSP數(shù)字化控制模塊內(nèi)嵌事件管理器的脈寬調(diào)制単元一個(gè)信號(hào)，脈寬調(diào)制単元于是產(chǎn)生兩組兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，這兩組兩路互補(bǔ)PWM信號(hào)通過(guò)兩個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)模塊放大去控制高頻逆變模塊絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor,簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，從而得到20kHz高頻高壓電，此高頻高壓電再經(jīng)過(guò)功率變壓模塊轉(zhuǎn)換成符合焊接エ藝要求的低電壓大電流輸出，再經(jīng)過(guò)輸出整流濾波模塊獲到平滑的焊接電流，也就是反饋模糊閉環(huán)控制過(guò)程；過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)溫保護(hù)電路檢測(cè)三相エ頻電壓、初級(jí)電流和散熱器溫度，把檢測(cè)到的電壓、電流和溫度信號(hào)送給故障保護(hù)模塊，如出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)溫的現(xiàn)象，故障保護(hù)模塊將送給DSP —個(gè)低電平故障保護(hù)信號(hào)，DSP產(chǎn)生低電平PWM通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)斷高頻逆變模塊的開(kāi)關(guān)管，以保護(hù)主電路，保證其安全工作。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(I)輸出功率大。本發(fā)明采用并聯(lián)式大功率全橋變換器來(lái)獲得大功率的輸出，從而使功率密度大，輸出功率大。(2)焊接速度快，生產(chǎn)效率高。與傳統(tǒng)脈沖MIG焊往往需要多道、層焊縫才能填滿(mǎn) 大厚板焊接坡ロ相比，本發(fā)明的由于其輸出功率大，可以大大提高焊接速度和熔敷效率，從而提高了脈沖MIG焊的焊接生產(chǎn)效率。(3)對(duì)于大厚板的焊接，實(shí)現(xiàn)了一次成型焊接。由于采用粗焊絲在大電流熱作用下產(chǎn)生的熔滴量大，熔池寬而深，能很快填滿(mǎn)大厚板焊件的坡ロ，大功率電弧在熔池上燃燒，總的熱輸入遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)脈沖MIG焊的熱輸入，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大厚板的一次性成型的高效高速化焊接。(4)焊接質(zhì)量高。焊接エ藝可實(shí)現(xiàn)脈沖多參數(shù)優(yōu)化匹配，焊接質(zhì)量高。(5)系統(tǒng)穩(wěn)定，控制精度高，可靠性高。該系統(tǒng)以ー個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器為核心，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主電路的并聯(lián)控制，并通過(guò)軟件編程，使系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定、可靠的大功率輸出，此夕卜，本發(fā)明還采用了電壓電流反饋的數(shù)字化控制技術(shù)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)良、控制精度高。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的第一主電路的電路原理圖。圖3是本發(fā)明的高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖。圖4是本發(fā)明的電壓電流檢測(cè)模塊的電路原理圖。圖5是本發(fā)明的故障保護(hù)模塊電路原理圖。圖6是本發(fā)明的DSP數(shù)字化控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖7是本發(fā)明的DSP數(shù)字化控制模塊的電路原理圖。圖8是本發(fā)明的DSP數(shù)字化控制模塊的軟件控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例如圖I所示，一種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，包括三相交流輸入電網(wǎng)、兩套相互并聯(lián)的主電路、電弧負(fù)載、人機(jī)界面模塊108和兩套控制電路，所述控制電路包括DSP數(shù)字化控制模塊107、第一控制電路和第二控制電路；第一控制電路和第ニ控制電路的電路結(jié)構(gòu)相同，都包括一端均與DSP數(shù)字化控制模塊107相連接的故障保護(hù)模塊106、高頻驅(qū)動(dòng)模塊109、電壓電流檢測(cè)模塊105，所述故障保護(hù)模塊106的另一端與三相交流輸入電網(wǎng)相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊109的另一端與高頻逆變模塊102相連接，所述電壓電流檢測(cè)模塊105的另一端與電弧負(fù)載相連接；所述DSP數(shù)字化控制模塊還與人機(jī)界面模塊108相連接，并且控制人機(jī)界面模塊108 ;兩套主電路的電路結(jié)構(gòu)相同，都包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和輸出整流濾波模塊104，所述輸入整流濾波模塊101與三相交流輸入電 網(wǎng)相連接，所述輸出整流濾波模塊104與電弧負(fù)載相連接。DSP數(shù)字化控制模塊107由ー個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器組成，所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2407A芯片，調(diào)節(jié)主電路的脈沖峰值基值階段電流和切換輸出。故障保護(hù)模塊106檢測(cè)三相交流輸入電壓，為電壓檢測(cè)裝置；檢測(cè)過(guò)溫信號(hào)，為溫度繼電器；檢測(cè)初級(jí)過(guò)流信號(hào)為霍爾電流傳感器；所述人機(jī)界面模塊108采用LCD顯示屏，顯示脈沖MIG焊的峰值電壓、基值電壓、峰值電流和基值電流的給定值和反饋值以及脈沖頻率、脈沖占空比和送絲速度的給定值；所述電壓電流檢測(cè)模塊105為電壓電流傳感器，與電弧負(fù)載相連接。如圖2所示，三相交流輸入電網(wǎng)接輸入整流濾波模塊101的整流模塊RAl，然后連接濾波環(huán)節(jié)L1、C1和C2，再連接高頻逆變模塊102的逆變橋VTl VT4，C3 C6，R1 R4，輸出接功率變壓模塊103的高頻功率變壓器Tl初級(jí)，變壓器Tl次級(jí)串接輸出整流濾波模塊104的高頻全波整流電路VDl VD2肖特基ニ極管、濾波環(huán)節(jié)L2后輸出大功率直流脈沖，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成大功率主電路。高頻逆變模塊102包括兩個(gè)半橋逆變橋臂，每個(gè)橋臂包含兩個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)器件。如圖3所示，高頻驅(qū)動(dòng)模塊起到隔離和功率放大的作用，由于DSP輸出的PWM是3. 3V的方波信號(hào)，不能滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)IGBT的功率要求，而且也無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與主功率電路間的隔離，因此本發(fā)明采用日本東芝的TLP250高速光電耦合器組成驅(qū)動(dòng)電路，能對(duì)DSP發(fā)送過(guò)來(lái)的驅(qū)動(dòng)脈沖PWMl和PWM2實(shí)現(xiàn)快速切換并加大驅(qū)動(dòng)功率。DSP數(shù)字化控制模塊107的PWM輸出端分別與4個(gè)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)TLP250的2管腳相連，驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的輸出分別與逆變橋的4個(gè)開(kāi)關(guān)管的G、E極相連。DSP數(shù)字化控制模塊107產(chǎn)生的兩組兩路互補(bǔ)PWM信號(hào)PWMl和PWM2分別作為圖中U2、U4和U3、U5光耦TLP250的輸入信號(hào)，TPl TP2、TP3 ΤΡ4、ΤΡ5 ΤΡ6、ΤΡ7 ΤΡ8等四對(duì)測(cè)試點(diǎn)的輸出信號(hào)分別作為高頻逆變模塊102中的VTl VT4的4個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這樣，由DSP數(shù)字化控制模塊107輸出給TLP250的3. 3V的PWM信號(hào)不需要電平轉(zhuǎn)換，只需通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊109就可以直接驅(qū)動(dòng)高頻逆變模塊102中的IGBT ；當(dāng)DSP數(shù)字化控制模塊107輸出的PWM信號(hào)為高電平信號(hào)時(shí)，通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊109，IGBT的G、E極間得到ー個(gè)+15V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而導(dǎo)通；當(dāng)DSP數(shù)字化控制模塊107輸出的PWM信號(hào)為低電平信號(hào)時(shí)，通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊109，IGBT的G、E極間得到ー個(gè)-7V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而關(guān)斷。這樣就能很好地滿(mǎn)足快速I(mǎi)GBT開(kāi)關(guān)功率管的要求。BI B4均為整流橋、U6 U9均為三端集成穩(wěn)壓電源。如圖4所示，電壓采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)電感L1、L2與電容C47、C48濾波后，采用非隔離電阻R47、R48分壓采樣，之后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U16B進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，再經(jīng)過(guò)線(xiàn)性光電耦合器芯片U18、電壓跟隨器U17B進(jìn)行隔離、調(diào)整，成為與輸出電壓成線(xiàn)性關(guān)系的電壓信號(hào)，得到的小于或等于3. 3V的兩路直流脈沖電壓信號(hào)分別輸入到DSP數(shù)字化控制模塊107的ADCINO和ADCINl ロ，再通過(guò)相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)電壓A/D轉(zhuǎn)換。電流采樣電路利用霍爾電流傳感器分別對(duì)兩主電路的輸出電流進(jìn)行電流信號(hào)采樣，霍爾電流傳感器得到與輸出電流成線(xiàn)性關(guān)系的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后得到較為干凈、平滑的信號(hào)，然后分別將兩路電流反饋信號(hào)輸入到DSP數(shù)字化控制模塊107的ADCIN2和ADCIN3 ロ，再通過(guò)相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)電流A/D轉(zhuǎn)換。上述環(huán)節(jié)構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)電壓和電流反饋閉環(huán)控制電路，就可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)的恒流模式的控制。如圖5所示，過(guò)壓和欠壓保護(hù)檢測(cè)電路 將三相交流輸入電網(wǎng)經(jīng)エ頻變壓器降壓后，用橋式整流電路整流成直流電壓信號(hào)后供給電阻分壓電路，分別調(diào)節(jié)橋式電路電阻R39、R26和R38、R24的大小，就可以改變電網(wǎng)過(guò)壓和欠壓的閥值，即可起到過(guò)壓和欠壓保護(hù)作用。過(guò)溫保護(hù)檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)散熱器上的溫度繼電器的斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)溫保護(hù)，得到CNl的①②斷開(kāi)信號(hào)輸入比較器U6A的反相輸入端，U6A作為比較器進(jìn)行電壓比較，其同相端為給定參考電壓，當(dāng)散熱器的溫度低于溫度繼電器閥值溫度時(shí)，溫度繼電器閉合，比較器U6A反相輸入端為低電平，比較器U6A輸出高電平；當(dāng)散熱器的溫度高于溫度繼電器閥值溫度時(shí)，溫度繼電器斷開(kāi)，比較器U6A反相輸入端為高電平，比較器U6A輸出低電平，此信號(hào)可引起DSP數(shù)字化控制模塊107的故障保護(hù)中斷。初級(jí)過(guò)流保護(hù)檢測(cè)電路檢測(cè)初級(jí)電流信號(hào)經(jīng)濾波后給比較器U6B的反相輸入端，U6B作為比較器，其同相輸入端為給定參考電流，當(dāng)檢測(cè)到的初級(jí)電流大于給定參考電流時(shí)，比較器U6B輸出低電平，此信號(hào)可引起DSP數(shù)字化控制模塊107的故障保護(hù)中斷。與門(mén)U13的輸出經(jīng)光耦U14后與DSP數(shù)字化控制模塊107的故障保護(hù)檢測(cè)引腳I3DPINTA相連接，當(dāng)與門(mén)U13輸出端輸出過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫和過(guò)流檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)欠壓、過(guò)壓、過(guò)溫和過(guò)流故障時(shí)，與門(mén)輸出低電平，經(jīng)U14光耦后輸出低電平，作為數(shù)字信號(hào)處理器的故障保護(hù)中斷的觸發(fā)信號(hào)輸入數(shù)字信號(hào)處理器的Η)ΡΙΝΤΑ引腳，進(jìn)入故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序，實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。如圖6所述，選用了 TMS320LF2407A作為DSP數(shù)字化控制模塊107的控制芯片，其基本結(jié)構(gòu)包括PWM信號(hào)輸出模塊、RS232/485與CAN 2. OB通信模塊、人機(jī)界面模塊IXD接ロ、存儲(chǔ)模塊RAM與Flash、數(shù)字I/O ロ、A/D模擬輸入。A/D采樣進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)送到DSP數(shù)字化控制模塊107的A/D轉(zhuǎn)換通道，DSP數(shù)字化控制模塊107通過(guò)軟件算法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，輸出兩組兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊隔離放大后對(duì)主電路進(jìn)行占空比調(diào)制。DSP數(shù)字化控制模塊107還通過(guò)人機(jī)界面模塊108對(duì)脈沖MIG焊逆變電源的輸出電壓電流進(jìn)行預(yù)置和實(shí)時(shí)顯示，通過(guò)總線(xiàn)RS232/485與上位機(jī)、CAN 2. OB與外部監(jiān)控系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)字化控制模塊107與上位機(jī)和外部監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信。如圖7所示，DSP數(shù)字化控制模塊107包括電源轉(zhuǎn)換器TPS7333Q、系統(tǒng)控制芯片TMS320LF2407A、30MHz 有源晶振、存儲(chǔ)芯片 IS61LV12816、RS232 總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 MAX232ACPE 和CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器PCA82C250。其中，電源轉(zhuǎn)換模塊TPS7333Q將外部供電電源+5V電平轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)控制芯片TMS320LF2407A的+3. 3V電平；TMS320LF2407A主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從兩臺(tái)并聯(lián)的逆變電源采樣所得的電壓和電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并進(jìn)行運(yùn)算，再根據(jù)運(yùn)算值輸出相應(yīng)頻率的PWM占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路IGBT，實(shí)現(xiàn)PWM占空比調(diào)制；30MHz有源晶振為控制芯片提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，芯片內(nèi)部經(jīng)過(guò)I. 33倍倍頻后得到40MHz主頻；存儲(chǔ)芯片IS61LV12816主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；控制系統(tǒng)通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器MAX232ACPE和PCA82C250與上位機(jī)以及外部監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，并且通過(guò)IDE標(biāo)準(zhǔn)接ロ CN2與人機(jī)界面模塊108相連接，實(shí)時(shí)顯示脈沖MIG焊電源系統(tǒng)的給定和反饋電壓和電流?？刂葡到y(tǒng)的核心控制策略如下兩臺(tái)并聯(lián)全橋逆變主電路的電壓和電流采樣信號(hào)分別通過(guò)DSP控制芯片的ADCINO ADCIN3 ロ送到內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換通道，通過(guò)軟件進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換和PWM占空比調(diào)制。本發(fā)明采用美國(guó)TI公司的軟件平臺(tái)CCStudioV3. 3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的RTDX模塊進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。如圖8所述，此軟件流程圖設(shè)計(jì)的軟件主要是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取和輸出電壓和電流的控制，即實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的PWM脈沖產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比調(diào)制、脈沖階段切換、恒流控制以及故障保護(hù)?？刂葡到y(tǒng)程序的工作原理為系統(tǒng)初始化后并允許焊接時(shí)，程序進(jìn)入引弧程序，它包括時(shí)序控制(送氣、送絲等)、慢速送絲引弧，當(dāng)電流大于一定值，井延長(zhǎng)一段時(shí)間后，程序進(jìn)入基值和峰值脈沖循環(huán)階段在基值階段進(jìn)行基值電流的恒流控制，當(dāng)基值時(shí)間到或者基值電壓小于基值給定電壓閾值時(shí)轉(zhuǎn)向峰值階段；在峰值階段進(jìn)行峰值電流的恒流控制，在進(jìn)入峰值階段2. 5ms后將采集到的峰值弧壓與給定值比較，通過(guò)模糊控制算法求出基值時(shí)間，通過(guò)改變基值時(shí)間達(dá)到弧長(zhǎng)的穩(wěn)定性控制，當(dāng)峰值時(shí)間到或者峰 值電壓大于峰值給定電壓閾值時(shí)又進(jìn)入基值階段。在脈沖循環(huán)過(guò)程中，不斷檢查焊接停止信號(hào)，一旦接到停焊指令，程序進(jìn)入收弧控制階段，最后停止焊接并循環(huán)等待新的焊槍開(kāi)關(guān)信號(hào)。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，包括三相交流輸入電網(wǎng)、主電路、電弧負(fù)載、人機(jī)界面模塊和控制電路，所述控制電路包括DSP數(shù)字化控制模塊，其特征在于，所述主電路包括第一主電路和第二主電路，所述第一主電路和第二主電路相互并聯(lián)，所述第一主電路和第二主電路的電路結(jié)構(gòu)相同，都包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊，所述輸入整流濾波模塊與三相交流輸入電網(wǎng)相連接，所述輸出整流濾波模塊與電弧負(fù)載相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在干，所述控制電路包括第一控制電路和第二控制電路，第一控制電路通過(guò)DSP數(shù)字化控制模塊與第二控制電路連接，所述第一控制電路和第二控制電路的電路結(jié)構(gòu)相同，都包括一端均與DSP數(shù)字化控制模塊相連接的故障保護(hù)模塊、高頻驅(qū)動(dòng)模塊、電壓電流檢測(cè)模塊，所述故障保護(hù)模塊的另一端與三相交流輸入電網(wǎng)相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述電壓電流檢測(cè)模塊的另一端與電弧負(fù)載相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP數(shù)字化控制模塊由ー個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器組成，通過(guò)ー個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)第一主電路和第二主電路的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在干，所述DSP數(shù)字化控制模塊與人機(jī)界面模塊相連接，并且控制人機(jī)界面模塊；所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2407A芯片，調(diào)節(jié)主電路的脈沖峰值基值階段電流和切換輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈寬調(diào)制単元，所述脈寬調(diào)制單元以全軟件方式分別產(chǎn)生兩組兩路互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，控制第一主電路和第二主電路的PWM調(diào)制。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在于，故障保護(hù)模塊包括相互連接的過(guò)壓檢測(cè)電路、欠壓檢測(cè)電路、過(guò)流檢測(cè)電路、過(guò)溫檢測(cè)電路和與門(mén)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻逆變模塊包括逆變橋開(kāi)關(guān)管組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊包括TLP250光耦芯片，所述TLP250光耦芯片有4個(gè)；所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊將DSP數(shù)字化控制模塊輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)后輸入高頻逆變模塊，作為逆變橋開(kāi)關(guān)管組的開(kāi)關(guān)信號(hào)。
全文摘要
一種基于DSP的并聯(lián)式大功率脈沖MIG焊逆變電源系統(tǒng)，涉及一種基于DSP的高頻IGBT逆變技術(shù)，包括三相交流輸入電網(wǎng)、兩套并聯(lián)的并且電路結(jié)構(gòu)相同的主電路、控制電路、DSP數(shù)字化控制模塊、電弧負(fù)載和人機(jī)界面模塊；主電路包括輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊；控制電路包括電壓電流檢測(cè)模塊、故障保護(hù)模塊、DSP數(shù)字化控制模塊、人機(jī)界面模塊、高頻驅(qū)動(dòng)模塊組成。本發(fā)明首次使用兩套相互并聯(lián)的主電路，采用先進(jìn)的高頻IGBT逆變技術(shù)和DSP數(shù)字化控制技術(shù)，有效提高了脈沖MIG焊逆變電源的輸出功率。具有輸出功率大、生產(chǎn)效率高及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大厚板的高效高速化焊接。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102672310SQ201210165028
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者吳開(kāi)源, 趙卓立, 黃石生 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)