一種一體化雙絲脈沖mig焊電源系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)及其控制方法，包括主機(jī)電源主電路、從機(jī)電源主電路及控制電路；所述主機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與主機(jī)電弧負(fù)載連接；所述從機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與從機(jī)電弧負(fù)載連接；所述控制電路包括單一STM32數(shù)字化控制模塊、第一控制模塊及第二控制模塊，所述主機(jī)電源主電路通過(guò)第一控制模塊與單一STM32數(shù)字化控制模塊連接，所述從機(jī)電源主電路通過(guò)第二控制模塊與單一STM32數(shù)字化控制模塊連接。本發(fā)明使用單一STM32芯片控制一體化的雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】一種一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于STM32的高頻IGBT逆變【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙絲脈沖MIG焊因具有焊接速度高、熔敷系數(shù)高、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)而備受各國(guó)焊接學(xué)者關(guān)注。與單電弧焊接技術(shù)相比，雙絲脈沖MIG焊由于兩個(gè)電弧共同在一個(gè)熔池上燃燒，不僅提高了總的焊接熱輸入，而且改變了熱量分布的特點(diǎn)，在進(jìn)行高速焊時(shí)能有效避免咬邊等缺陷，可以大大提高焊接速度和生產(chǎn)效率，能夠獲得優(yōu)質(zhì)美觀的焊縫質(zhì)量。目前，高效化焊接方法和不同焊接工藝的組合大量應(yīng)用于各種生產(chǎn)場(chǎng)合。
[0003]常用的雙絲脈沖MIG焊采用兩臺(tái)雙控制系統(tǒng)經(jīng)協(xié)同控制的焊接電源供電。兩臺(tái)雙控制系統(tǒng)的焊接電源要實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，必須在工作過(guò)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以確保它們的輸出電流的相位關(guān)系，通常采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線逐脈沖通信的方式，但該方式硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，容易受到外界干擾，不利于焊接過(guò)程的穩(wěn)定。而一體化雙絲脈沖MIG焊可通過(guò)單一控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源輸出電壓電流的調(diào)節(jié)和電流脈沖相位的協(xié)同控制，避免了上述缺陷。
[0004]由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的雙絲脈沖MIG焊技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn):
[0005](I)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。分體式雙絲脈沖MIG焊主機(jī)電源和從機(jī)電源相互獨(dú)立，并采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，兩個(gè)控制系統(tǒng)之間通過(guò)通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源之間脈沖電流相位的協(xié)同控制。分體式雙絲脈沖MIG焊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，控制系統(tǒng)軟件復(fù)雜。
[0006](2)系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。分體式雙絲脈沖MIG焊采用通信協(xié)議的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源之間電流相位的協(xié)同控制，該方式容易受到外界干擾，不利于焊接過(guò)程的穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)及其控制方法。
[0008]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，包括主機(jī)電源主電路、從機(jī)電源主電路及控制電路；
[0010]所述主機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與主機(jī)電弧負(fù)載連接；
[0011]所述從機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與從機(jī)電弧負(fù)載連接；
[0012]所述控制電路包括單一 STM32數(shù)字化控制模塊、第一控制模塊及第二控制模塊，所述主機(jī)電源主電路通過(guò)第一控制模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接，所述從機(jī)電源主電路通過(guò)第二控制模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接。
[0013]所述主機(jī)電源主電路與從機(jī)電源主電路結(jié)構(gòu)相同，均包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊及輸出整流濾波模塊。
[0014]所述第一控制模塊與第二控制模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括一端與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接的故障保護(hù)模塊、電壓電流檢測(cè)模塊、高頻驅(qū)動(dòng)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)連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊連接，所述電壓電流檢測(cè)模塊的另一端與電弧負(fù)載連接。
[0015]所述單一 STM32數(shù)字化控制模塊采用控制芯片STM32F103ZET6，所述控制芯片STM32F103ZET6內(nèi)嵌移相脈寬調(diào)制模塊，所述移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生兩組四路移相PWM信號(hào)，分別控制主機(jī)電源主電路及從機(jī)電源主電路的開關(guān)管的開通和關(guān)斷。
[0016]所述故障保護(hù)模塊包括相互連接的過(guò)壓檢測(cè)單元、欠壓檢測(cè)單元、過(guò)流檢測(cè)單元和過(guò)溫檢測(cè)單元。
[0017]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)。
[0018]控制電路還包括人機(jī)界面模塊，所述人機(jī)界面模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接。
[0019]一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)的控制方法，采用周期四階段控制法，具體包括如下步驟:
[0020]焊接啟動(dòng)，主機(jī)電源和從機(jī)電源同時(shí)進(jìn)行引弧，引弧成功后進(jìn)入主機(jī)峰值從機(jī)基值階段，計(jì)算這一階段的時(shí)間Tl，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主從機(jī)基值階段；
[0021]計(jì)算主從機(jī)基值階段的時(shí)間T2，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主機(jī)基值從機(jī)峰值階段；
[0022]計(jì)算主機(jī)基值從機(jī)峰值階段的時(shí)間T3，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主從機(jī)基值階段；
[0023]計(jì)算主從機(jī)基值階段的時(shí)間T4，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主機(jī)峰值從機(jī)基值階段；
[0024]上述階段中Τ1=Τ3，Τ2=Τ4 ；
[0025]如此不斷循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源的電流脈沖相位關(guān)系的協(xié)同控制。
[0026]本發(fā)明的工作原理:
[0027]本發(fā)明的主機(jī)電源主電路和從機(jī)電源主電路的結(jié)構(gòu)相同，基于STM32的控制電路調(diào)節(jié)主機(jī)電源和從機(jī)電源的輸出電壓電流和它們的電流脈沖相位關(guān)系。三相工頻交流電經(jīng)過(guò)輸入整流濾波模塊后成為平滑直流電后進(jìn)入高頻逆變模塊，然后通過(guò)功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊進(jìn)入電弧負(fù)載。與此同時(shí)，基于STM32的控制電路根據(jù)第一控制模塊和第二控制模塊的電壓電流檢測(cè)模塊分別檢測(cè)主機(jī)和從機(jī)電弧負(fù)載的反饋電壓電流參數(shù)與人機(jī)界面模塊給定電壓電流參數(shù)進(jìn)行PI運(yùn)算后，發(fā)給STM32內(nèi)嵌的移相脈寬調(diào)制模塊一個(gè)控制信號(hào)，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生主機(jī)電源和從機(jī)電源各自四路移相PWM信號(hào)，并通過(guò)兩個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)模塊放大去控制主機(jī)和從機(jī)的高頻逆變模塊的開關(guān)管IGBT在零電壓下的開通和關(guān)斷，而得到20kHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過(guò)功率變壓模塊轉(zhuǎn)換成符合焊接工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；通過(guò)這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源輸出電壓電流的調(diào)節(jié)和電流脈沖相位的協(xié)同控制；過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)溫檢測(cè)電路檢測(cè)三相工頻電壓、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STM32控制芯片一個(gè)低電平故障保護(hù)信號(hào)，STM32控制芯片產(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關(guān)管，保護(hù)主電路安全工作。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0029](I)本發(fā)明以一體化方式實(shí)現(xiàn)了雙絲脈沖MIG焊電源逆變主電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
[0030](2)單一 STM32控制芯片對(duì)一體化雙絲脈沖MIG焊主機(jī)電源和從機(jī)電源進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，抗干擾能力強(qiáng)，解決了分體式雙絲脈沖MIG焊電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，主機(jī)電源和從機(jī)電源通信方式容易受干擾等問(wèn)題；
[0031](3)本發(fā)明采用軟開關(guān)逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全范圍的軟開關(guān)，大大減少了功率管的開關(guān)損耗和電應(yīng)力，改善了工作條件，降低了電磁干擾，提高了整機(jī)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖2是本發(fā)明的主機(jī)電源主電路或從機(jī)電源主電路的電路原理圖；
[0034]圖3是本發(fā)明的高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖；
[0035]圖4 (a)_圖4 (b)是本發(fā)明的電壓電流檢測(cè)模塊的電路原理圖，其中圖4(a)是本發(fā)明的電壓電流檢測(cè)模塊的電壓檢測(cè)電路原理圖，圖4 (b)是本發(fā)明的電壓電流檢測(cè)模塊的電流檢測(cè)電路原理圖；
[0036]圖5是本發(fā)明的故障保護(hù)模塊的電路原理圖；
[0037]圖6是本發(fā)明的單一 STM32數(shù)字化控制模塊的電路原理圖；
[0038]圖7是本發(fā)明的主機(jī)電源主電路和從機(jī)電源主電路的電流脈沖相位圖；
[0039]圖8是本發(fā)明的控制電路的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0041]實(shí)施例
[0042]如圖1所示，一種一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，包括主機(jī)電源主電路、從機(jī)電源主電路及控制電路；
[0043]所述主機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與主機(jī)電弧負(fù)載連接；
[0044]所述從機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與從機(jī)電弧負(fù)載連接；
[0045]所述主機(jī)電源主電路與從機(jī)電源主電路的結(jié)構(gòu)相同，均包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊及輸出整流濾波模塊。
[0046]所述控制電路包括單一 STM32數(shù)字化控制模塊、第一控制模塊及第二控制模塊，所述主機(jī)電源主電路通過(guò)第一控制模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接，所述從機(jī)電源主電路通過(guò)第二控制模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接。
[0047]所述第一控制模塊與第二控制模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括一端與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接的故障保護(hù)模塊、電壓電流檢測(cè)模塊、高頻驅(qū)動(dòng)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)連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊連接，所述電壓電流檢測(cè)模塊的另一端與電弧負(fù)載連接，具體為第一控制模塊中的電壓電流檢測(cè)模塊與主機(jī)電弧負(fù)載連接，第二控制模塊中的電壓電流檢測(cè)模塊與從機(jī)電弧負(fù)載連接。所述故障保護(hù)模塊檢測(cè)三相交流輸入電壓，為常用的電壓檢測(cè)裝置；檢測(cè)過(guò)溫信號(hào)，為常用的溫度繼電器；檢測(cè)初級(jí)過(guò)流信號(hào)為常用的霍爾電流傳感器，所述電壓電流檢測(cè)模塊為電壓電流傳感器，與電弧負(fù)載相連接。
[0048]還包括人機(jī)界面模塊，所述人機(jī)界面模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接，采用4個(gè)顯示數(shù)碼管顯示參數(shù)，所述人機(jī)界面模塊包括主機(jī)電源人機(jī)界面和從機(jī)電源人機(jī)界面，人機(jī)界面模塊實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源焊接參數(shù)和電流相位關(guān)系的輸入和焊接參數(shù)的顯不O
[0049]如圖2所示，主機(jī)電源主電路與從機(jī)電源主電路的結(jié)構(gòu)相同，采用電壓型全橋移相軟開關(guān)變換器，均包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊及輸出整流濾波模塊。其中BRl為輸入整流橋，VTl?VT4為4個(gè)IGBT開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容，L2是諧振電感，C5、C6是隔直電容，V5?V8為輸出整流二極管，電感L3組成輸出濾波電路。VTl和VT3組成的橋臂為超前橋臂，VT2和VT4組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)IGBT開關(guān)管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，即移相角，通過(guò)調(diào)節(jié)該移相角就可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流。高頻變換器回路中主功率開關(guān)管的寄生電容和隔離變壓器的寄生電感、漏感以及諧振電感等構(gòu)成了一個(gè)LC諧振回路，在功率開關(guān)器件開關(guān)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零電壓諧振換流，使其工作在軟開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗低，器件的電磁應(yīng)力大幅減少。
[0050]如圖3所示本發(fā)明控制電路中的高頻驅(qū)動(dòng)模塊原理圖，高頻驅(qū)動(dòng)模塊起到隔離和功率放大的作用，由于STM32輸出的PWM是3.3V的方波信號(hào)，不能滿足驅(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)STM32發(fā)送過(guò)來(lái)的驅(qū)動(dòng)脈沖PWMl?PWM4實(shí)現(xiàn)快速切換并加大驅(qū)動(dòng)功率。單一 STM32數(shù)字化控制模塊的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)開關(guān)管的G、E極相連。STM32產(chǎn)生的兩組四路信號(hào)PWMl?PWM4分別作為圖中U2?U5光耦TLP250的輸入信號(hào)，TPl?TP2、TP3?TP4、TP5?ΤΡ6、ΤΡ7?ΤΡ8等四對(duì)測(cè)試點(diǎn)的輸出信號(hào)分別作為高頻軟開關(guān)逆變模塊中的VTl?VT4的4個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這樣，由單一 STM32數(shù)字化控制模塊輸出給TLP250的3.3V的PWM信號(hào)不需要電平轉(zhuǎn)換而只需通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊就可以直接驅(qū)動(dòng)高頻軟開關(guān)逆變模塊中的IGBT:當(dāng)STM32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IGBT的G、E極間得到一個(gè)+17V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而導(dǎo)通；當(dāng)STM32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，IGBT的G、E極間得到一個(gè)-7V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而關(guān)斷。這樣就能很好地滿足快速IGBT開關(guān)功率管的要求。圖3中，BI?B4分別為整流橋、U6?U9分別為三端集成穩(wěn)壓電源。[0051 ] 圖4a和圖4b分別是本發(fā)明的電壓電流檢測(cè)模塊的電壓檢測(cè)電路原理圖和本發(fā)明的電壓電流檢測(cè)模塊的電流檢測(cè)電路原理圖，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性關(guān)系的電壓信號(hào)，得到的小于或等于3.3V的兩路電壓信號(hào)分別輸入到單一 STM32數(shù)字化控制模塊的ADCINO和ADCINl 口，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)輸入到單一 STM32數(shù)字化控制模塊的ADCIN2和ADCIN3 口，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)成的電壓電流反饋閉環(huán)控制電路，就可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源輸出電壓電流的調(diào)節(jié)和電流脈沖相位的協(xié)同控制。
[0052]圖5是本發(fā)明的故障保護(hù)模塊電路原理圖，故障保護(hù)模塊包括相互連接的過(guò)壓檢測(cè)單元、欠壓檢測(cè)單元、過(guò)流檢測(cè)單元和過(guò)溫檢測(cè)單元。過(guò)壓和欠壓檢測(cè)單元將三相交流輸入電網(wǎng)經(jīng)工頻變壓器降壓后，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)溫檢測(cè)單元通過(guò)檢測(cè)散熱器上的溫度繼電器的斷開來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)溫保護(hù)，得到CNl的①②斷開信號(hào)給比較器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，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STM32的故障保護(hù)中斷。過(guò)流檢測(cè)單元檢測(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STM32的故障保護(hù)中斷。圖中與門U13的輸出經(jīng)光耦U14后與STM32的外部中斷引腳GP10G9相連接，當(dāng)與門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)，與門輸出低電平，經(jīng)U14光耦后輸出低電平，作為STM32的故障保護(hù)中斷的觸發(fā)信號(hào)給STM32的外部中斷引腳GP10G9，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)。
[0053]圖6是本發(fā)明的單一 STM32數(shù)字化控制模塊的電路原理圖。里面包括電源轉(zhuǎn)換芯片LT1117-3.3、系統(tǒng)控制芯片STM32F103ZET6、32.768KHz和8MHz無(wú)源晶振以及存儲(chǔ)芯片IS61LV12816。其中，電源轉(zhuǎn)換模塊LT1117-3.3將外部供電電源+5V電平轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)控制芯片STM32F103ZET6的+3.3V電平；STM32F103ZET6主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從一體化的主機(jī)電源和從機(jī)電源輸出端采樣所得的電壓電流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和進(jìn)行PI運(yùn)算，再根據(jù)運(yùn)算值輸出相應(yīng)的PWM移相角來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路的開關(guān)管IGBT，實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源輸出電壓電流的調(diào)節(jié)和電流脈沖相位的協(xié)同控制。32.768KHz晶振為STM32F103ZET6的LSE提供時(shí)鐘，用于支持RTC，8MHz晶振為STM32F103ZET6的HSE提供時(shí)鐘，作為STM32F103ZET6芯片的主時(shí)鐘基頻，芯片內(nèi)部經(jīng)過(guò)5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)；STM32F103ZET6與人機(jī)界面模塊直接相連接，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)給定以及實(shí)時(shí)顯示雙絲脈沖MIG焊電源的反饋電壓和電流。本發(fā)明采用Keil公司的軟件平臺(tái)KeiluVision4集成開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。[0054]圖7所示是本發(fā)明的主機(jī)電源和從機(jī)電源的電流脈沖相位圖。主機(jī)電源和從機(jī)電源的電流脈沖相位在一個(gè)周期內(nèi)有4個(gè)階段:T1階段主機(jī)電源輸出峰值電流，從機(jī)電源輸出基值電流；T2階段主機(jī)電源和從機(jī)電源同時(shí)輸出基值電流；Τ3階段主機(jī)電源輸出基值電流，從機(jī)電源輸出峰值電流；Τ4階段主機(jī)電源和從機(jī)電源同時(shí)輸出基值電流。其中Tl和Τ3階段的時(shí)間相等，Τ2和Τ4的時(shí)間相等。
[0055]圖8是本發(fā)明的控制流程圖，本發(fā)明主要實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取和輸出電壓電流的控制以及主從機(jī)電流相位關(guān)系的控制，即分階段實(shí)現(xiàn)移相角可調(diào)的PWM脈沖產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比調(diào)制、脈沖階段切換以及恒流控制。工作流程為:系統(tǒng)初始化并啟動(dòng)焊接，進(jìn)入引弧階段，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，并延長(zhǎng)一段時(shí)間，進(jìn)入主機(jī)電源和從機(jī)電源的脈沖循環(huán)階段:在主機(jī)峰值從機(jī)基值階段，當(dāng)該階段時(shí)間到時(shí)進(jìn)入主從機(jī)基值階段；在主從機(jī)基值階段，當(dāng)該階段時(shí)間到時(shí)進(jìn)入主機(jī)基值從機(jī)峰值階段；在主機(jī)基值從機(jī)峰值階段，當(dāng)該階段時(shí)間到時(shí)進(jìn)入主從機(jī)基值階段；在主從機(jī)基值階段，當(dāng)該階段時(shí)間到時(shí)進(jìn)入主機(jī)峰值從機(jī)基值階段，如此不斷循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源的電流脈沖相位關(guān)系的協(xié)同控制。在各階段開始時(shí)通過(guò)算法計(jì)算各階段時(shí)間，采用統(tǒng)一定時(shí)器對(duì)各階段進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在各階段按給定值進(jìn)行輸出電流的恒流控制。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)等待新的焊槍開關(guān)信號(hào)。
[0056]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)施方式并不受所述實(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】
1.一種一體化雙絲脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，其特征在于，包括主機(jī)電源主電路、從機(jī)電源主電路及控制電路； 所述主機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與主機(jī)電弧負(fù)載連接； 所述從機(jī)電源主電路一端與三相交流輸入電網(wǎng)連接，其另一端與從機(jī)電弧負(fù)載連接； 所述控制電路包括單一 STM32數(shù)字化控制模塊、第一控制模塊及第二控制模塊，所述主機(jī)電源主電路通過(guò)第一控制模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接，所述從機(jī)電源主電路通過(guò)第二控制模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主機(jī)電源主電路與從機(jī)電源主電路結(jié)構(gòu)相同，均包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊及輸出整流濾波模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制模塊與第二控制模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括一端與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接的故障保護(hù)模塊、電壓電流檢測(cè)模塊、高頻驅(qū)動(dòng)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)連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊連接，所述電壓電流檢測(cè)模塊的另一端與電弧負(fù)載連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述單一STM32數(shù)字化控制模塊采用控制芯片STM32F103ZET6，所述控制芯片STM32F103ZET6內(nèi)嵌移相脈寬調(diào)制模塊，所述移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生兩組四路移相PWM信號(hào)，分別控制主機(jī)電源主電路及從機(jī)電源主電路的開關(guān)管的開通和關(guān)斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述故障保護(hù)模塊包括相互連接的過(guò)壓檢測(cè)單元、欠壓檢測(cè)單元、過(guò)流檢測(cè)單元和過(guò)溫檢測(cè)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(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)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制電路還包括人機(jī)界面模塊，所述人機(jī)界面模塊與單一 STM32數(shù)字化控制模塊連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，采用周期四階段控制法，具體包括如下步驟: 焊接啟動(dòng)，主機(jī)電源和從機(jī)電源同時(shí)進(jìn)行引弧，引弧成功后進(jìn)入主機(jī)峰值從機(jī)基值階段，計(jì)算這一階段的時(shí)間Tl，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主從機(jī)基值階段； 計(jì)算主從機(jī)基值階段的時(shí)間T2，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主機(jī)基值從機(jī)峰值階段； 計(jì)算主機(jī)基值從機(jī)峰值階段的時(shí)間T3，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主從機(jī)基值階段； 計(jì)算主從機(jī)基值階段的時(shí)間T4，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，時(shí)間到則切換到主機(jī)峰值從機(jī)基值階段； 上述階段中Τ1=Τ3，Τ2=Τ4 ； 如此不斷循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)電源和從機(jī)電源的電流脈沖相位關(guān)系的協(xié)同控制。
【文檔編號(hào)】B23K9/10GK103624370SQ201310608117
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】吳開源, 李華佳, 章濤, 董重里 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院