協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝mig弧焊電源的製作方法
2023-09-24 13:24:55
專利名稱：協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝mig弧焊電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及機電一體化技術領域，尤其涉及高頻軟開關逆變技術和雙絲焊技術，具體涉及一種協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源。
背景技術：
目前，在雙絲脈衝焊領域，由於其工藝所需要的大電流、大功率，國內外傳統的雙絲脈衝焊電源主要以矽整流和晶閘管整流式為主，整流式電源工作相對可靠，技術上也比較成熟，但設備體積龐大、笨重、能耗低、效率低，且由於結構其原因，動靜態特性方面也不夠理想。較先進的硬開關逆變器，體積小、效率高，技術含量較高、附加值高，但期間的工作環境比較惡劣，尤其是開關損耗低，高次諧波會造成電網汙染，需要吸收緩衝電路，逆變頻率的提高也受到限制。具體說來，大功率硬開關逆變弧焊電源主要存在以下幾個方面的問題(1)可靠性問題。由於弧焊電源的使用環境惡劣，有些焊接現場是二十四小時連續作業，所以對其可靠性要求非常高。目前，硬開關逆變弧焊電源由於高頻寄生振蕩、負載頻繁複雜變化、電磁幹擾、偏磁等原因，特別是大功率焊接條件下，弧焊電源存在可靠性的不夠的問題。
(2)開關損耗大。由於大功率逆變弧焊電源主要以硬開關工作方式工作，不可避免開通和關斷損耗大、二極體反向恢復等問題，尤其在高頻焊接時產生較大的開關損耗。
(3)弧焊電源的控制性能問題。由於逆變弧焊電源的控制周期短，整機的動態響應快，負載變化複雜，很難用精確的數學模型對其進行精確的控制。
(4)功率因數的問題。硬開關工作的逆變弧焊電源，其工作波形都存在畸形，還存在高次諧波幹擾，降低了功率因數，在開關過程中產生的諧波還會反饋到電網，對電網造成汙染，同時還會造成嚴重的電磁幹擾。
(5)發熱問題。高頻功率變壓器傳遞功率大，大量的損耗使得溫升嚴重，限於磁性材料生產水平以及弧焊電源生產成本，磁性材料窗口和有效導磁面積不可能太大，增加了變壓器結構設計、熱設計及電氣設計的技術難度。
採用軟開關逆變技術是解決這些問題的最好辦法，零電壓軟開關電路拓撲結構簡單，軟開關控制容易實現、可靠性好，而且特別適合較大功率焊接應用場合。但軟開關逆變技術相對於硬開關技術，存在技術起點較高的問題，對軟開關逆變器的開發，需要對軟開關的工作機理有較深入的認識和研究，對器件寄生電容、電感等參數要有充分的理解，並要掌握軟開關諧振換流的規律和機理。目前，在研的軟開關逆變弧焊電源，基本採用普通的全橋移相軟開關拓撲，雖然實現方式比較簡單，但存在軟開關範圍窄、換流損耗大，在輸入電壓較高輸出電流較小的時候難以實現零電壓開通和關斷，普通的全橋移相軟開關拓撲還有一個突出的局限，就是佔空比損失較大，在脈衝峰值階段電源的輸出電流和電壓都很大時很可能造成脈衝階段功率輸出的失敗，熔滴過渡不規則，影響焊接質量。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術存在的不足之處，提出一種協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，保證主、從弧焊電源脈衝嚴格按一前一後時序關係輸出，且損耗低，可靠性高，焊接速度快，焊接工藝可實現多參數優化匹配，焊接質量高，並減少對電網的幹擾，適合大功率焊接。
本發明的目的通過如下技術實現協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，包括主機脈衝MIG弧焊電源、從機脈衝MIG弧焊電源以及分別與主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源連接的數位化協調控制模塊，數位化協調控制模塊之間通過CAN總線連接，所述主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源結構相同，都包括主電路、外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路；所述主電路由依次連接的整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊組成，整流濾波模塊與三相交流輸入電源相接，整流平滑模塊與負載相接；所述外環均值電流閉環控制電路包括電流電壓檢測模塊、脈衝參數給定模塊、比較器、單片機控制系統、移相脈寬調製模塊和高頻驅動模塊，電流電壓檢測模塊一端與負載相接，另一端與比較器輸入端連接，脈衝參數給定模塊與比較器另一輸入端連接，比較器輸出端與單片機控制系統連接，單片機控制系統與移相脈寬調製模塊連接，移相脈寬調製模塊與高頻驅動模塊連接，高頻驅動模塊與高頻逆變模塊連接；所述內環峰值電流的閉環控制電路包括峰值電流斜率補償模塊、電流檢測模塊、比較補償裝置以及移相脈寬調製模塊和高頻驅動模塊；所述電流檢測模塊一端與功率變壓模塊初級連接，另一端與比較補償裝置輸入端連接，峰值電流斜率補償模塊與比較補償裝置另一輸入端連接，峰值電流斜率補償模塊輸出端與移相脈寬調製模塊連接，移相脈寬調製模塊與高頻驅動模塊連接，高頻驅動模塊與高頻逆變模塊連接。
為進一步實現本發明目的，所述雙絲脈衝MIG弧焊電源還包括主電路安全保護電路，所述安全保護電路包括網壓檢測模塊、電壓保護模塊；所述網壓檢測模塊一端與接入的三相交流電源連接，另一端與電壓保護模塊連接，電壓保護模塊與移相脈寬調製模塊連接。
所述單片機控制系統主要由單片機80C320、數/模轉換器TLC7528、模/數轉換器MAX118、解碼器74LS139連接組成；單片機控制系統根據電流電壓檢測模塊檢測到負載的電流、電壓信號與脈衝參數給定模塊給定的參數比較後的輸出信號進行模糊控制算法運算，發給移相脈寬調製模塊一個控制信號，使移相脈寬調製模塊產生四路PWM信號，並通過高頻驅動模塊放大去控制高頻逆變模塊的開關管在零電壓下的開通和關斷，實現軟開關。
所述數位化協調控制模塊主要由總線控制器SJA1000、高速光耦6N137、總線驅動器82C250連接組成，使主機脈衝MIG弧焊電源通過CAN總線逐個脈衝向從機脈衝MIG弧焊電源發送協同同步信號，從機脈衝MIG弧焊電源在接收到這個同步信號後才進行脈衝輸出，保證主、從脈衝MIG弧焊電源脈衝輸出嚴格反相，避免了主、從電弧之間的幹擾。
所述移相脈寬調製模塊主要由誤差放大電路、集成移相控制晶片UC3879連接組成，產生四路兩兩互補的移相信號分別進入高頻驅動模塊的集成驅動晶片EXB841。
所述高頻驅動模塊主要由四個驅動晶片EXB841構成，將移相脈寬調製模塊輸出的四路信號進行加強，作為高頻逆變模塊的逆變橋開關管VT1～VT4的驅動信號。
所述脈衝參數給定模塊112由四個電位器組成，給定脈衝參數。
所述比較器採用常用的NE5532P比較器，對外環檢測信號與脈衝給定參數進行比較。
所述比較補償裝置為是在比較器的上添加了一個補償電容，改善電流外環控制特性。
所述峰值電流斜率補償模塊利用UC3879自身的定時電容CT，將該電壓信號分壓之後與峰值電流信號進行疊加實現補償。
所述電流檢測模塊為電流傳感器，連接在功率變壓模塊初級線圈上。所述電流電壓檢測模塊為電流電壓傳感器，與負載連接。所述網壓檢測模塊檢測三相交流電壓，為常用的電壓檢測器。所述電壓保護模塊為一常用的比較器，實現欠壓或者過壓保護。
本發明的原理本發明分為主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源，主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源具有的相同結構，它們之間通過數位化協同控制模塊連接進行協同控制通訊。主機在峰值脈衝輸出結束時向從機發送協同控制信號，從機收到協同控制信號後立即由基值電流輸出轉為峰值脈衝輸出，從機峰值脈衝輸出結束後，主機由基值電流輸出轉為峰值脈衝輸出，如此循環反覆，保證主、從脈衝MIG弧焊電源一前一後的時序關係。三相工頻交流電經過濾波模塊後成為平滑直流電後進入高頻逆變模塊，然後通過功率變壓模塊、整流平滑模塊進入負載。與此同時，單片機控制系統根據電流電壓檢測模塊檢測到負載的電流、電壓信號與脈衝參數給定模塊給定的參數進行比較，經過單片機控制系統的模糊控制算法運算，發給移相脈寬調製模塊一個信號，移相脈寬調製模塊根據單片機控制系統的算法產生四路PWM信號，這四路PWM信號通過高頻驅動模塊放大去控制高頻逆變模塊的開關管在零電壓下的開通和關斷，從而得到25KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經過功率變壓模塊轉換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的脈衝電流，再經過整流平滑模塊等到更加平滑的脈衝電流，也就是外環均值電流模糊閉環控制過程；電流檢測模塊檢測功率變壓模塊的初級電流，初級電流信號與峰值電流補償模塊進行補償後，送給移相脈寬調製模塊從而控制高頻逆變模塊，形成內環峰值電流的閉環控制，以提高脈衝MIG弧焊電源的動態性能；網壓檢測模塊檢測三相工頻電壓，把檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊，如出現過壓、欠壓的現象，電壓保護模塊將送給移相脈寬調製模塊一個信號，產生低電平通過高頻驅動模塊關斷高頻逆變模塊的開關管，保護主電路安全工作。
本發明與現有的技術相比，具有如下優點和有益效果1.本發明採用軟開關逆變技術，實現了全範圍的軟開關，大大減少了功率管的開關損耗和電應力，改善了工作條件，降低了電磁幹擾，提高了整機效率。在雙絲脈衝MIG弧焊電源中引入外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路，提高了弧焊電源的動靜態特性以及抗輸入幹擾能力。
2.本發明以嵌入式單片機、CAN現場總線為核心的協同控制技術，實現了軟開關逆變式雙絲高速脈衝MIG焊接系統對雙電弧精密、穩定的數位化協同控制和多焊接參數的優化匹配，完成高速高效的優質焊接工藝。
3.本發明採用基於CAN總線技術的協同控制，嚴格保證了主、從弧焊電源之間的時序關係，避免了電弧之間的強烈幹擾，提高了焊縫質量。
圖1是本發明的協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源組成結構示意框圖；圖2是本發明的主機脈衝MIG弧焊電源組成示意框圖；圖3是本發明的主電路原理圖；圖4是移相脈寬調製模塊和高頻驅動模塊電路原理圖；圖5是本發明的單片機控制系統電路原理圖；圖6是本發明的數位化協調控制模塊電路原理圖；
圖7是本發明的主機脈衝MIG弧焊電源控制過程流程圖；圖8是本發明的從機脈衝MIG弧焊電源控制過程流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明做進一步的詳細說明。但本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表示的範圍。
如圖1所示，協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源包括主機脈衝MIG弧焊電源100、從機脈衝MIG弧焊電源200以及分別與主機脈衝MIG弧焊電源100和從機脈衝MIG弧焊電源200連接的數位化協調控制模塊114，數位化協調控制模塊之間通過CAN總線連接。其中主機脈衝MIG弧焊電源100和從機脈衝MIG弧焊電源200具有相同的結構。
如圖2所示，主機脈衝MIG弧焊電源100或從機脈衝MIG弧焊電源200包括主電路、外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路。主電路由依次連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和整流平滑模塊104組成，整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相接，整流平滑模塊104與負載相接。外環均值電流閉環控制電路包括電流電壓檢測模塊111、脈衝參數給定模塊112、比較器115、單片機控制系統113、移相脈寬調製模塊107和高頻驅動模塊108，電流電壓檢測模塊111一端與負載相接，另一端與比較器115輸入端連接，脈衝參數給定模塊112與比較器115另一輸入端連接，比較器115輸出端與單片機控制系統113連接，單片機控制系統113與移相脈寬調製模塊107連接，移相脈寬調製模塊107與高頻驅動模塊108連接，高頻驅動模塊108與高頻逆變模塊102連接。所述內環峰值電流的閉環控制電路包括峰值電流斜率補償模塊110、電流檢測模塊109、比較補償裝置116以及移相脈寬調製模塊107和高頻驅動模塊108；所述電流檢測模塊109一端與功率變壓模塊103初級連接，另一端與比較補償裝置116輸入端連接，峰值電流斜率補償模塊110與比較補償裝置116另一輸入端連接，比較補償裝置116輸出端與移相脈寬調製模塊連接，移相脈寬調製模塊107與高頻驅動模塊108連接，高頻驅動模塊108與高頻逆變模塊102連接。圖2中還包括主電路安全保護電路，該電路包括網壓檢測模塊105、電壓保護模塊106；網壓檢測模塊105一端與接入的三相交流電源連接，另一端與電壓保護模塊106連接，電壓保護模塊106與移相脈寬調製模塊107連接。所述網壓檢測模塊105檢測三相交流輸入電壓，為常用的電壓檢測裝置。所述電壓保護模塊106為一常用的比較器，實現欠壓或者過壓保護。所述脈衝參數給定模塊112由四個電位器組成，給定脈衝參數。所述比較器115採用常用的NE5532P比較器，對外環檢測信號與脈衝給定參數進行比較。所述比較補償裝置116是在比較器的上添加了一個補償電容，改善電流外環控制特性。所述峰值電流斜率補償模塊11 0利用UC3879自身的定時電容CT，將該電壓信號分壓之後與峰值電流信號進行疊加實現補償。所述電流檢測模塊109為電流傳感器。所述電流電壓檢測模塊111為電流電壓傳感器。
如圖3所示，主電路依次連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和整流平滑模塊104組成。整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相接，整流平滑模塊104與負載相接。具體是，三相交流輸入電源接整流濾波模塊101的整流塊B1，然後連接濾波環節L1、C2、C3、C4、C5、R1、R2，再連接高頻逆變模塊2的逆變橋VT1～VT4，C6～C8，輸出接功率變壓模塊的高頻功率變壓器T1初級，變壓器次級串接整流平滑模塊4的飽和電感LS1、LS2，再經過高頻全波整流電路D1～D8、續流二極體D9～D12、濾波環節L2、C12、C13、C14、後輸出直流電，以上環節構成功率主電路，高頻逆變模塊102的包括兩個兩單元的IGBT VT1～VT4。同時，電流檢測模塊109為傳感器HALL1，連接在功率變壓模塊103初級線圈上；電流電壓檢測模塊111為傳感器HALL2，與負載連接。
如圖4所示，移相脈寬調製模塊107和高頻驅動模塊108主要由移相脈寬調製模塊107的誤差放大電路和集成移相控制晶片UC3879以及高頻驅動模塊108的四個相同的EXB841驅動晶片及輔助電路相互連接組成。其中，J2接電壓保護模塊輸出端，與集成移相控制晶片UC3879的引腳4相連，J4接單片機系統113輸出端，與集成移相控制晶片UC3879的引腳3相連，作為集成移相晶片UC3879的輸入信號，J3為內環峰值電流反饋信號，與補償信號疊加後進入集成UC3879的管腳19，在集成UC3879內部與誤差信號比較，使集成移相控制晶片UC3879輸出相應的移相四路PWM信號。該四路兩兩互補的PWM信號分別進入集成驅動晶片EXB841，作為逆變橋開關管VT1～VT4的驅動信號。同時，電流檢測模塊109同峰值電流補償模塊110通過比較補償裝置116與移相脈寬調製模塊107的集成移相控制晶片UC3879相連。
如圖5所示，單片機控制系統113主要由單片機80C320、數/模轉換器TLC7528、模/數轉換器MAX118、解碼器74LS139以及輔助電路相互連接組成。單片機80C320系統作為外環電流模糊控制的核心，外環採樣電流與給定信號的偏差在單片機內部進行模糊運算過程，輸出信號作為移相脈寬調製模塊中集成移相控制晶片UC3879的腳3輸入信號，該信號同注入的電流比較，確定驅動信號移相的大小，從而控制電源的輸出。其中單片機80C320中的I/O埠P25、P26、P27作為片選信號通過解碼器74LS139選擇外圍晶片，解碼器74LS139的引腳Y1與模/數轉換器MAX118的18引腳相連，單片機80C320的埠P00～P07分別與MAX118的引腳D0～D7相連，MAX118的IN1～IN7分別與電流電壓檢測模塊、脈衝參數給定模塊相連，完成模擬信號給定、採樣信號轉換為數位訊號；解碼器74LS139的引腳Y2與數/模轉換器TLC7528的15引腳相連，單片機埠P00～P07分別與數/模轉換器TLC7528的DB0～DB7相連，數/模轉換器TLC7528的模擬信號輸出OUT-A、OUT-B分別經過比例放大，通過移相脈寬調製模塊107和高頻驅動模塊108對焊接電流和弧壓進行控制。數位化協同控制模塊114的總線控制器SJA1000的引腳CSCAN直接與解碼器74LS139的Y3相連，由單片機80C320通過中斷控制協同通訊。
如圖6所示，數位化協同控制模塊114主要由總線控制器SJA1000、高速光耦6N137、總線驅動器82C250以及輔助電路相互連接組成。總線控制器SJA1000的引腳CSCAN直接與解碼器74LS139的Y3相連，直接由高速單片機80C320控制通訊。總線控制器SJA1000通過高速光耦6N137後與總線驅動器82C250相連，這樣很好的實現了主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源的CAN接點的電氣隔離。另外，兩根通訊總線與地之間並聯了兩個小電容，慮除總線上的高頻幹擾，也具有一定的防電磁輻射的能力。主機脈衝MIG弧焊電源通過CAN總線逐個脈衝向從機脈衝MIG弧焊電源發送協同同步信號，從機脈衝MIG弧焊電源在受到這個同步信號後才進行脈衝輸出，這樣就通過協同控制保證了主、從脈衝MIG弧焊電源脈衝輸出嚴格反相，避免了主、從電弧之間的強烈幹擾，提高了焊縫質量。
上述電路中，圖3中的電流電壓檢測模塊111為傳感器HALL2，同比較器115連接、再與單片機控制系統113的單片機80C320通過J1接口連接。單片機控制系統113輸出端同移相脈寬調製模塊107的集成移相控制晶片UC3879的引腳3相連，集成移相控制晶片UC3879的輸出端7、8、12、13腳分別與高頻驅動模塊108的四個驅動環節EXB841的14、15管腳相連，驅動環節的輸出分別與高頻逆變模塊102的四個開關管的G、E極相連，上述環節構成外環均值電流閉環控制電路。圖3中，逆變後的高頻(25KHz)高頻高壓電經變壓器T1降壓後通過磁開關(LS1，LS2)，高頻整流由快速二極體(D1～D2，D5～D8)並聯構成的全波整流電路完成，再經輸出電感L2濾波後輸出。電壓檢測環節實現脈寬限定；由4隻IGBT功率管VT1～VT4構成全橋逆變器，C6～C8為諧振電容，協助軟開關的實現。
如圖7、8所示，結合主機和從機的流程圖可以看出，軟開關雙絲脈衝MIG弧焊電源在兩個弧焊電源之間先驗證協同控制的通訊線路是否正常，接著開始引弧，引弧成功後進入正常的焊接過程，由協同控制保證主、從脈衝輸出之間嚴格的反相，收到焊接結束命令後，主、從脈衝MIG弧焊電源同時進行收弧控制。在初始化過程中，主機系統首先向CAN總線發送「確認通訊」請求指令，從機系統收到改指令後，向CAN總線回復「正確接受」信號。一旦主機系統收到從機回復的信號，說明主從機協同控制之間通訊正常，通訊得到驗證，可以等待焊接啟動指令。此時，主機系統通過查詢焊接啟動信號，當該信號有效時，通知從機系統，同時進入引弧控制，引弧成功後進入正常焊接過程，此時，主機電源輸出的是峰值電流，從機則是輸出是基值電流。當主機輸出峰值電流結束時，向從機系統發送「協同同步」指令，並進入峰值電流輸出狀態；如此循環反覆，保證主、從電源脈衝輸出相位相差180°。焊接結束時，主機系統向從機系統發送「收弧」指令，使主、從電源同時進入收弧控制程序。收弧結束後，主、從控制系統回到等待下一次焊接的循環狀態。
應用本發明的協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源時，三相工頻交流電經過濾波模塊101後成為平滑直流電後進入高頻逆變模塊102，單片機控制系統113根據電流電壓檢測模塊111檢測到負載的電流、電壓信號與脈衝參數給定模塊112給定的參數進行比較，經過單片機控制系統113的模糊控制算法運算，發給移相脈寬調製模塊107一個信號，移相脈寬調製模塊根據單片機控制系統113設定的算法產生四路PWM信號，這四路PWM信號通過高頻驅動模塊108放大去控制高頻逆變模塊102的開關管在零電壓下的開通和關斷，實現軟開關，從而得到25KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經過功率變壓模塊103轉換成符合焊接工藝要求的大電流低電壓的脈衝電流，再經過整流平滑模塊104得到更加平滑的脈衝電流，也就是外環均值模糊閉環控制過程。電流檢測模塊109檢測功率變壓模塊103的初級電流，初級電流信號與峰值電流補償模塊110進行補償後，送給移相脈寬調製模塊107從而控制高頻逆變模塊102，形成內環峰值電流的閉環控制，以提高脈衝MIG弧焊電源的動態性能；網壓檢測模塊105檢測三相工頻電壓，把檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊106，如出現過壓、欠壓的現象，電壓保護模塊106將送給移相脈寬調製模塊107一個信號，產生低電平通過高頻驅動模塊108關斷高頻逆變模塊102的開關管，保護主電路安全工作。
本發明首次提出了協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，雙絲脈衝MIG弧焊電源的逆變主電路採用了飽和電感、充分利用勵磁能量拓寬軟開關範圍的新型軟開關電路拓撲；並首次在雙絲脈衝MIG弧焊電源中引入外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路，提高了弧焊電源的動靜態特性以及抗輸入幹擾能力。本發明利用嵌入式高速微機控制系統及CAN現場總線技術實現了雙絲焊裝備的數位化協同控制問題，設計了協同控制模式使主機和從機脈衝MIG弧焊電源在不同組合和切換方式下，獲得雙路脈衝輸出和提高了熔滴過渡可控性，利用模糊控制技術成功解決雙絲焊接過程中的電弧弧長控制問題。
權利要求
1.協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，其特徵在於包括主機脈衝MIG弧焊電源、從機脈衝MIG弧焊電源以及分別與主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源連接的數位化協調控制模塊，數位化協調控制模塊之間通過CAN總線連接，所述主機脈衝MIG弧焊電源和從機脈衝MIG弧焊電源結構相同，都包括主電路、外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路；所述主電路由依次連接的整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊組成，整流濾波模塊與三相交流輸入電源相接，整流平滑模塊與負載相接；所述外環均值電流閉環控制電路包括電流電壓檢測模塊、脈衝參數給定模塊、比較器、單片機控制系統、移相脈寬調製模塊和高頻驅動模塊，電流電壓檢測模塊一端與負載相接，另一端與比較器輸入端連接，脈衝參數給定模塊與比較器另一輸入端連接，比較器輸出端與單片機控制系統連接，單片機控制系統與移相脈寬調製模塊連接，移相脈寬調製模塊與高頻驅動模塊連接，高頻驅動模塊與高頻逆變模塊連接；所述內環峰值電流的閉環控制電路包括峰值電流斜率補償模塊、電流檢測模塊、比較補償裝置以及移相脈寬調製模塊和高頻驅動模塊；所述電流檢測模塊一端與功率變壓模塊初級連接，另一端與比較補償裝置輸入端連接，峰值電流斜率補償模塊與比較補償裝置另一輸入端連接，峰值電流斜率補償模塊輸出端與移相脈寬調製模塊連接，移相脈寬調製模塊與高頻驅動模塊連接，高頻驅動模塊與高頻逆變模塊連接。
2.根據權利要求1所述協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，其特徵在於所述雙絲脈衝MIG弧焊電源還包括主電路安全保護電路，所述安全保護電路包括網壓檢測模塊、電壓保護模塊；所述網壓檢測模塊一端與接入的三相交流電源連接，另一端與電壓保護模塊連接，電壓保護模塊與移相脈寬調製模塊連接。
3.根據權利要求1所述協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，其特徵在於所述單片機控制系統主要由單片機80C320、數/模轉換器TLC7528、模/數轉換器MAX118、解碼器74LS139連接組成；單片機控制系統根據電流電壓檢測模塊檢測到負載的電流、電壓信號與脈衝參數給定模塊給定的參數比較後的輸出信號進行模糊控制算法運算，發給移相脈寬調製模塊一個控制信號，使移相脈寬調製模塊產生四路PWM信號，並通過高頻驅動模塊放大去控制高頻逆變模塊的開關管在零電壓下的開通和關斷，實現軟開關。
4.根據權利要求1所述協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，其特徵在於數位化協調控制模塊主要由總線控制器SJA1000、高速光耦6N137、總線驅動器82C250連接組成，使主機脈衝MIG弧焊電源通過CAN總線逐個脈衝向從機脈衝MIG弧焊電源發送協同同步信號，從機脈衝MIG弧焊電源在接收到這個同步信號後才進行脈衝輸出，保證主、從脈衝MIG弧焊電源脈衝輸出嚴格反相，避免了主、從電弧之間的幹擾。
5.根據權利要求1所述所述協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，其特徵在於所述移相脈寬調製模塊主要由誤差放大電路、集成移相控制晶片UC3879連接組成，產生四路兩兩互補的移相信號分別進入高頻驅動模塊的集成驅動晶片EXB841。
6.根據權利要求1所述所述協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，其特徵在於所述高頻驅動模塊主要由四個驅動晶片EXB841構成，將移相脈寬調製模塊輸出的四路信號進行加強，作為高頻逆變模塊的逆變橋開關管VT1～VT4的驅動信號。
全文摘要
本發明公開了協同控制的軟開關逆變式雙絲脈衝MIG弧焊電源，包括主機弧焊電源、從機弧焊電源以及分別與主機弧焊電源和從機弧焊電源連接的數位化協調控制模塊，數位化協調控制模塊之間通過CAN總線連接，主機弧焊電源和從機弧焊電源的結構相同，都包括主電路、外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路。外環均值電流閉環控制電路包括電流電壓檢測模塊、脈衝參數給定模塊、比較器、單片機控制系統、移相脈寬調製模塊和高頻驅動模塊。本發明首次在雙絲脈衝MIG弧焊電源中引入外環均值電流閉環控制電路和內環峰值電流閉環控制電路，提高了弧焊電源的動靜態特性以及抗輸入幹擾能力，焊接損耗低，速度快，質量高，適合大功率焊接。
文檔編號B23K9/10GK1868655SQ20061003610
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月27日 優先權日2006年6月27日
發明者黃石生, 李遠波, 蔣曉明, 王振民, 蔣東 申請人:華南理工大學