基于DSP的電阻焊機電源控制電路設計

摘要：從中頻逆變技術現(xiàn)狀、中頻逆變電源原理出發(fā)，提出并設計出了基于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。
關鍵字：中頻逆變、驅動、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，結構簡單的電源。但是，目前功率過小，焊接技術不是很好，焊接質量得不到保證等問題[2]。其關鍵是功率開關管的開關損耗大。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）控制技術應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,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?？梢钥闯?，當變壓器輸入電壓及磁感應強度最大值一定時，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]。