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IGBT在CO2气体保护焊电源中的应用


IGBT在CO2气体保护焊电源中的应用

1.主电路设计
  CO2气体保护焊中应用比较广泛的是细丝CO2焊,其熔滴过渡方式为短路过渡,其过渡过程实质上是短路期间与燃弧期间不断重的过程.每次短路时间为2~3ms,短路周期为10ms左右。
  为了能够对短路过程进行精确控制,主电路采用工作频率很高的IGBT作为开关功率器件。C02气体保护焊电源的主电路采用全桥式结构,如图1所示。

图1 IGBT全桥逆变主回路 
图1 IGBT全桥逆变主回路
 
  2.控制系统硬件设计
  (1)控制系统的构成原理
  整个控制系统由单片机和外围电路组成,系统构成原理框图如图2所示。控制电路的主要单元电路有:
图2 80C196KB控制系统构成原理框图 
图2 80C196KB控制系统构成原理框图
 
  ①80C196KB是INTEL 公司生产的MCS-96系列16 位高性能单片机,它具有强大的微处理能力,具有8KB EPROM、232B寄存器阵列、20个中断源、脉宽调制输出、高速I/O系统、空闲掉电两种工作方式、16 位监视定时器、4个16位软件定时器、全双工串行接口、带采样/保持的l0 位A/D 转换器。其A/D转换时间仅需22μs,电流采样转换精度为1A。
  ②2764芯片为片外程序存储器,用于存放控制程序。
  ③6264芯片为数据存储器,用于存放焊接电流和电压采样值,是为分析实时的焊接电流、电压波形而专门扩展的。
  ④MAX530是12 位D/A转换器,精度达到12位,芯片工作电流只需250μA,转换输出电压范围在0~+4.096V 之间。
  (2)控制系统的基本工作原理
  80C196KB单片机控制系统采用脉宽调制(PWM)控制技术,通过对焊接电流、电压信号的采样,经PI算法处理后,输出控制参量。控制参量由 MAX530进行D/A转换,转变为电压信号后将其送入脉宽调制器SG3525,得到两组相互反相的脉宽信号,经EXJ3840功率放大后驱动.IGBT的开通和关断,从而实现对焊接电流的调节。
 
  3.控制系统软件设计
  细丝CO2焊要求电源输出恒压特性并配等速送丝,单片机系统采用电压负反馈的PI算法,实现了对电源的恒压控制。利用80C196KB的高速输入口HIS.0 捕捉同步脉冲,高速输出口HSO. 0和HSO.1输出两路触发脉冲,控制送丝电路的单相半控桥中晶闸管的导通角,实现等速送丝。
  (1) PI控制算法
  PI控制算法的递推公式为
E(k)= (Uh - Ug)
PI(k)=Pl (k-1)十kpE(k) — kiE(k -1)
  式中:E(k)、E(k -1)分别为第屡次及k-l次电压反馈值与给定值的偏差值;Uh、Ug分别为电压反馈值及给定值;PI(k)、PI(k-l)分别为第走次及k-l次输给MAX530的控制参量; Kp、Ki需经过系统仿真获得而整定。
  (2)控制主程序框图
  控制主程序框图如图3所示。整个程序固化在E2PROM 2764内,主要由主程序和,断服务子程序组成,同时还有一些诸如显示、译码、延时和PI运算等子程序。主程序在焊接过程中有焊接开关、显示焊接电压和电流以及中断保护信号的功能,在焊接结束时具有自动收弧功能。
图3 控制主程序框图 
图3 控制主程序框图

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