基于DSP的電阻焊機電源控制電路設(shè)計

摘要：從中頻逆變技術(shù)現(xiàn)狀、中頻逆變電源原理出發(fā)，提出并設(shè)計出了基于DSP(Digital Single Process)的大功率中頻逆變電阻焊電源控制電路。實驗驗證了此設(shè)計方案的可行性和優(yōu)越性，即控制電路簡化、器件少、體積小、降低了成本、短路保護動作可靠,滿足性能指標的要求,提高了系統(tǒng)的控制精度等優(yōu)越性。
關(guān)鍵字：中頻逆變、驅(qū)動、DSP、IGBT

1 引言

電阻焊是一種重要的焊接工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省材料和易于自動化等特點，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、電子、汽車、輕工等工業(yè)。近年來，隨著汽車和制罐等制造業(yè)的迅速發(fā)展，專用電阻焊機也得到了空前的發(fā)展，逐步趨向自動化和機器人化。焊接控制電源是電阻焊機系統(tǒng)中的一個重要組成部分，由于電力電子技術(shù)的快速進步，中頻直流逆變電阻焊接電源作為一種新型的控制電源，以其顯著的高質(zhì)低耗的特點成為電阻焊電源的發(fā)展方向[1][2]。

逆變控制型大功率直流電源，是一種節(jié)能，高效，結(jié)構(gòu)簡單的電源。但是，目前功率過小，焊接技術(shù)不是很好，焊接質(zhì)量得不到保證等問題[2]。其關(guān)鍵是功率開關(guān)管的開關(guān)損耗大。既浪費了電能，又影響了逆變電路工作的可靠性。因此，在大功率電阻點焊直流電源中如何克服和減小開關(guān)損耗成了一個重要問題[6]。當前國內(nèi)的逆變電源電阻焊機多用模擬控制,控制電路相當復雜,維修困難,且整機體積大[1]。而國外許多廠家研制的數(shù)字化電阻焊機,焊接自動化水平高,質(zhì)量可靠,但是價格非常昂貴。針對這個問題,本文將DSP（TMS320LF2407A）控制技術(shù)應(yīng)用于逆變電阻焊機的研究中,以保證逆變電阻焊機的靜、動特性品質(zhì),同時進一步體現(xiàn)逆變電阻焊機的輕巧、節(jié)能，安全、可靠的保護等特點。本文介紹的基于DSP的大功率中頻逆變電阻焊電源設(shè)計是一個很好的問題解決方案。

2 中頻逆變電源

中頻逆變直流電阻焊機的供電電源是由三相工頻交流電源經(jīng)整流電路和濾波電容變成直流電源，再經(jīng)由功率開關(guān)器件組成的逆變電路變成中頻方波電源，然后輸入變壓器降壓后經(jīng)低管壓降的大功率二極管整流成直流電源，供給焊機的電極對工件進行焊接（圖1所示）。逆變器通常采用電流反饋實現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）獲得穩(wěn)定的恒定電流輸出。電路原理和波形

如圖1所示。圖中U電源為電源電壓，U初級逆變器輸出中頻電壓，變壓器次級工作電流I次級，控制PWM的脈寬即可以控制工作電流I次級的大小。

圖1 中頻逆變電源主電路總體框圖

Fig.1 Medium Frequency Inverter Electrical Source Theory Frame

根據(jù)變壓器基本公式U = kfNSBm ,其中：U－變壓器輸入電壓，f－輸入電壓的頻率，N－變壓器匝比，S－變壓器有效導磁面積，Bm－磁芯最高工作磁密。可以看出，當變壓器輸入電壓及磁感應(yīng)強度最大值一定時，提高輸入電壓的頻率可以減少繞組匝數(shù)與減小鐵芯截面積，而變壓器的體積主要由 N 及 S 決定，因此，提高逆變器的頻率可以使電源大幅度縮小體積和重量，從而節(jié)約大量銅和磁性材料[1]。同時由于逆變頻率的提高使二次整流輸出的脈動頻率提高，可以使用更小的濾波電抗就能達到較好的效果，從而可以減小輸出濾波電抗體積和輸出回路的時間常數(shù)，配合控制回路，就可以大大提高逆變電源的動態(tài)響應(yīng)速度，滿足不同的焊接工藝的要求。逆變直流電源具有優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟指標，因而成為逆變電源最具有發(fā)展前途的方向[1]。