一種基于ARM的電子束焊機(jī)燈絲電源方案實(shí)現(xiàn)

控制器采用數(shù)字PI控制，即：

當(dāng)電子束焊機(jī)剛開機(jī)工作時(shí)，陰極燈絲處于冷態(tài)，此時(shí)突然開啟燈絲電源，如果按照電壓控制，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這會(huì)影響陰極燈絲的壽命，為了避免這種情況，故采用燈絲變壓器原邊電流控制方式。若采用電流控制時(shí)，當(dāng)燈絲開路時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的電壓易損壞變壓器二次側(cè)元器件，為了解決這個(gè)問題，需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行限制，并及時(shí)提示用戶燈絲斷裂故障，然后自動(dòng)將輸出電壓降到零。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

CPU主要功能是完成閉環(huán)PI控制算法、發(fā)送PWM脈沖、故障保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程通信。系統(tǒng)軟件主要是對(duì)STM32芯片的編程，編程語言采用C語言。

程序由主程序和若干子程序：通信程序、采樣子程序、PWM中斷程序、顯示程序等組成。進(jìn)入PWM中斷后，首先對(duì)各路反饋信號(hào)進(jìn)行采集和處理，該流程圖如圖5所示，然后經(jīng)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器運(yùn)算后產(chǎn)生PWM脈沖輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔離放大后驅(qū)動(dòng)IGBT，實(shí)現(xiàn)整個(gè)燈絲電源系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

本電源采用全數(shù)字操作界面，所有參數(shù)均能通過面板按鍵進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了燈絲電源的全數(shù)字化操作，并且數(shù)碼管夠?qū)崟r(shí)顯示燈絲電源系統(tǒng)的輸出電流、輸出電壓、運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，CPU將所有PWM脈沖全部封鎖，然后將過壓、過流以及燈絲斷裂信息等故障信息顯示出來。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電子束焊機(jī)的陰極燈絲一般采用很薄的片狀鎢絲，電阻值通常很小，通常需要燈絲兩端加上0~6V可調(diào)電壓，流過燈絲的最大電流可達(dá)30A左右。我們將制作的電子束焊機(jī)燈絲電源用在某知名廠家生產(chǎn)的電子束焊機(jī)上，圖6是在真空系統(tǒng)正常工作而高壓電源未開啟時(shí)，測(cè)量的燈絲電源工作時(shí)的波形。

其中圖6是輸出燈絲電流設(shè)定21A時(shí)的波形，示波器CH1、CH3是燈絲變壓器原邊電壓、電流測(cè)量波形，CH2是燈絲電流測(cè)量波形。從圖中我們可看出燈絲電源能夠很好實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，幾乎無超調(diào)，并且燈絲電流紋波非常小，控制在5%以內(nèi)，達(dá)到了很好的控制效果。

總結(jié)

本文提出一種基于ARM的全數(shù)字化控制的燈絲電源方案，分析了逆變式電源具有高精度、小體積、全數(shù)字等特點(diǎn)，所有電源參數(shù)直接通過人機(jī)界面設(shè)定并存儲(chǔ)，并具備與上位機(jī)遠(yuǎn)程通信的功能。在實(shí)際焊接實(shí)驗(yàn)過程中，燈絲能夠按照設(shè)定的上升和下降時(shí)間實(shí)現(xiàn)緩升和緩降功能，當(dāng)燈絲斷裂的時(shí)候也能夠很快識(shí)別并及時(shí)關(guān)斷電源輸出，并及時(shí)提醒用戶需要跟換新的陰極燈絲，實(shí)現(xiàn)了燈絲電源的智能化，經(jīng)驗(yàn)證，該方案中燈絲電源能夠精確地穩(wěn)定陰極燈絲電流，燈絲發(fā)射電子密度穩(wěn)定性好，達(dá)到很好的性能要求。