逆變點焊電源軟開關的數(shù)字控制

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1、逆變點焊電源軟開關的數(shù)字控制　　摘要：數(shù)字信號處理器(DSP)具有高速運算特性及獨特的結構，其在逆變點焊電源領域中的應用研究已引起人們的關注。采用TI司 　　的TMS320LF2407A芯片為全橋移相零電壓點焊逆變電路提供PWM驅動脈沖。分析表明：利用軟件編程可對PWM方波脈沖的頻率、移相 　　角及死區(qū)時間進行靈活的設定和修改，可對焊接電流、電弧電壓采樣實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字控制。硬件，軟件測試結果與專用移相控制芯片進 行了對比驗證。 　　關鍵詞：逆變點焊電源；數(shù)字信號處理器；PWM方波：數(shù)字控制 　　中國分類號：TG4

2、38．2：TP273．5文獻標識碼：B 　　在航空和汽車等制造行業(yè)，逆變點焊電源以其焊接變壓器 　　輕小、動態(tài)響應速度快、控制精度高、焊接電流脈動小、熱效 　　率高、電網(wǎng)三相平衡、無次級感抗及功率因數(shù)高等優(yōu)點得到了 　　日益廣泛的應用。但傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制或者模擬與 　　數(shù)字相結合的控制系統(tǒng)．雖然模擬控制技術已經(jīng)非常成熟．但 　　其存在很多固有的缺點．如控制電路的元器件較多、靈活性不 　　夠、不便于調試等]。而焊接是強非線性、強耦合性、多變性 　　和復雜性的過程，若采用數(shù)字化控制技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬控制 　

3、　技術，充分利用逆變主電路準數(shù)字化的特點，可以提高焊接質 量，促進焊接電源的發(fā)展。 　　數(shù)字信號處理器(DSP)用于工業(yè)控制近幾年來發(fā)展非常 　　迅速，控制理論及新型控制算法和方案的提出，強大的數(shù)據(jù)處 　　理能力和快速運算能力．都為焊接信號的實時處理提供了技術 　　基礎，促進了焊接電源實現(xiàn)數(shù)字化。從國內外各高校及研究所 　　的研究成果來看．DSP在焊接領域已有不少的應用。在此分析 　　討論了零電壓開關脈寬調制(ZVS—PWM)逆變點焊電源的工 　　作原理及PWM方波產(chǎn)生的機理．并在此基礎上對逆變點焊電 源的數(shù)字控

4、制進行了研究。 1逆變點焊電源主電路工作原理 l_1主電路工作原理 　　零電壓開關(ZVS)逆變點焊電源主電路包括輸入整流濾 　　波電路、軟開關逆變器、中頻變壓器和輸出整流濾波電路等， 　　其核心是由4只功率開關管及其并聯(lián)的二極管和電容組成的軟 　　開關逆變器．如圖1a所示。圖1a中，定義先導通的開關管Q和 　　Q，組成的橋臂為超前橋臂，滯后導通管Q和Q組成滯后橋臂。 　　Q，Q，和Q，Q分別輪流導通180。，其中Q和Q3的導通時刻不 　　收稿日期：XX—03—16：修回日期：XX—07—14 　　變，控制Q和Q

5、，使Q，Q和Q3，Q的導通相差在0。-180。之間 　　變化，開關管重疊導通時間的長短決定了逆變器輸出的大小。 　　如圖1b所示，當Q先開通，經(jīng)移相后開通Q，關斷Q后，一 　　次側電流從Q中轉移到C和c3支路中，給C充電，同時給c3放 　　電，由于C兩端電壓不能突變，Q是零電壓關斷。當c3的電壓 　　下降到零，D，自然導通，D，的導通使Q，兩端電壓近似為零，為 　　Q，提供了零電壓開通的條件嘲。滯后臂管子的開關原理與此類 似 (a)軟開關點焊逆變電源主電路 (b)IGBT驅動波形 圖1逆變器主電路和IGBT驅動波

6、形 　　WeldinzTechnologyVol_36No．5Oct．XX·焊接設備與材料·41 　　主電路中．分別給4只開關管并聯(lián)了電容C?！獹，實現(xiàn)開關管 　　的軟開關?？刂撇呗陨先绻捎脗鹘y(tǒng)的PWM控制方式即斜對角 　　的2只開關管同時開通和關斷，由于會出現(xiàn)4只開關管全部處于關 　　斷的狀態(tài)，其并聯(lián)電容就會與漏感產(chǎn)生諧振。那么，當斜對角開 　　關管開通時．并聯(lián)電容上的電壓可能不為零，其電荷就直接通過 　　開關管釋放。電容的能量將全部消耗在開關管中，且在開關管中 　　還將產(chǎn)生開通電流尖峰。開關管不能實現(xiàn)軟開關

7、。因此，采用了 　　圖1b所示的斜對角2只開關管錯開切換的移相PWM控制。 1．2死區(qū)時間 　　為實現(xiàn)開關管的零電壓開通。必須有足夠的電路諧振能量 　　來抽走將要開通的開關管的諧振緩沖電容上的電荷，并給同一 　　橋臂將要關斷開關管的并聯(lián)諧振電容充電。當諧振電容充放電 　　結束．要開通開關管的反并聯(lián)二極管，將開關管兩端電壓箝至 　　接近零位時，驅動開關管，即可實現(xiàn)零電壓開通。所以要實現(xiàn) 　　開關管的零電壓開通．除了要有足夠的能量來抽走并聯(lián)電容上 　　的電荷．既要滿足一定的能量條件，又必須滿足一定的時間條 　　件?？?/p>

8、見，在軟開關逆變點焊電源中，死區(qū)時間一方面可以防 　　止同一橋臂的2只開關管發(fā)生直通現(xiàn)象。同時也是為了滿足開 關管零電壓換流的時間條件。 　　超前臂和滯后臂的諧振換流能量來源是不一樣的。對于超 　　前臂而言，變壓器二次回路的等效電感厶和一次漏感共同參 　　與諧振。能量較大，容易實現(xiàn)零電壓開關。而滯后臂的諧振能 　　量只由一次漏感提供。二次回路的等效電感不參與諧振，顯