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前言
將直流電變換成交流動(dòng)稱逆變，實(shí)現(xiàn)這種變換的裝置叫逆變器由嵌入式微處理器控制的，為焊接電弧提供電能，并具有弧焊方法所要求性能的逆變器，即為數(shù)字化逆變焊機(jī)，或數(shù)字化弧焊逆變器、數(shù)字化逆變式弧焊電源。目前，各類數(shù)字化逆變焊機(jī)已應(yīng)用于多種焊接方法，逐步成為焊機(jī)更新?lián)Q代的重要產(chǎn)品。
原理：數(shù)字化逆變焊機(jī)通常采用三相交流電供電，經(jīng)整流和濾波后變成直流電，將其逆變成幾千到幾萬赫茲的中頻交流電，再經(jīng)中頻變壓器降至適合焊接的幾十伏交流或直流電壓，并借助于DSP，ARM等嵌入式微處理器完成，具有功能豐富, 產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，制精確度高，良的焊接性能，威的焊接專家數(shù)據(jù)庫，節(jié)能，絡(luò)和自動(dòng)化焊接等優(yōu)良特性。
本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：電源的發(fā)展趨勢(shì)，其關(guān)鍵在于控制器的數(shù)字化。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)數(shù)字化產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)高昂，本設(shè)計(jì)TM32系列單片機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)字化弧焊電源控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該控制器采用數(shù)字式PI方法進(jìn)行輸出電流控制，并具有按鍵操作、 液晶顯示、過流保護(hù)、過熱保護(hù)等功能。該控制器還具有良好的擴(kuò)展性，可以通過修改程序增強(qiáng)系統(tǒng)功能。
主電路硬件設(shè)計(jì)：
1.控制系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)
逆變電源是最新發(fā)展的技術(shù)，它的控制思想是：利用電子控制系統(tǒng)，以電流電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制為核心，來獲得電源所需的外特性 ，調(diào)節(jié)特性和動(dòng)特性。
其輸入輸出關(guān)系為：
U=q*E/n
其中： q=T1/(T1+T2)*100%
U為電源輸出電壓；E為逆變器輸入直流電壓，n為高頻變壓器變比，q為占空比，T1為逆變器功率管導(dǎo)通時(shí)間，T2為逆變器功率管關(guān)斷時(shí)間，由于E,n為定值，改變占空比q就可以調(diào)節(jié)電源輸出的電壓值。
根據(jù)公式，我們選擇定頻率調(diào)脈寬的方式調(diào)節(jié)電源輸出電壓值，即保持脈沖頻率不變，通過改變逆變器開關(guān)脈沖的脈寬T1來調(diào)節(jié)電源輸出，脈寬越大，占空比越大，電源輸出越大。
這種調(diào)節(jié)方式主要由以下特點(diǎn)，可以得到相當(dāng)接近正玄波的輸出電壓；整流電路采用二極管，可獲得接近1 的功率因數(shù)；只用一級(jí)可控環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；通過對(duì)輸出脈寬的控制就可以改變輸出電壓，大大加快了變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
2，逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)采用全橋逆變主電路來設(shè)計(jì)主回路，主電路原理圖如下
其工作原理為：家用220V交流電經(jīng)過變壓器變成15V交流電，然后再經(jīng)過整流橋堆整流和電容濾波后成直流電壓，最后供給由功率MOS管IRF840和高頻變壓器組成的逆變電源，IRF840_1，IRF840_2，IRF840_3和RF840_4四個(gè)功率管由控制電路提供波形而交替導(dǎo)通，再經(jīng)過變壓器降壓后在變壓器的次級(jí)得到交變的電壓；然后再由二極管整流成直流電，經(jīng)電抗器濾波提供給負(fù)載使用。
3，MOSFET的選擇
MOSFET是該逆變電源的關(guān)鍵核心元件，對(duì)它的設(shè)計(jì)，選擇直接關(guān)系到整個(gè)焊機(jī)的安全，可靠。
1，額定電壓的確定
輸入的家用220v交流電壓經(jīng)過變壓器降壓為15v交流電，再經(jīng)過整流濾波后，直流輸出電壓最大值U。
U=
OCUME~1ADMINI~1LOCALS~1Tempksohtmlwps_clip_image-4977.png[/img]×15=21V
而IRF840的可承受電壓為500V，在其工作范圍內(nèi)。
2，額定電流的確定
高平變壓器工作頻率為20KHz，高頻變壓器一次側(cè)和而此次的匝數(shù)比為20:8，高頻變壓器一次側(cè)電流為：
I=21×8÷20=8.4A
一次每只MOSFET管子的平均電流為一次側(cè)電流的一半，即4.2A，在IRF840的額定電流8A以內(nèi)。
綜上所述，選擇額定電壓為8A，額定電流為500V的IRF840。
控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
主要原理：通過ARM主控板輸出PWM，然后經(jīng)過光耦隔離以減少干擾增大驅(qū)動(dòng)能力，然后直接驅(qū)動(dòng)主電路的IRF840功率管，使其交替導(dǎo)通，然后再經(jīng)過高頻變壓器降壓，最后通過整流濾波和穩(wěn)壓電路整流濾波后輸出給負(fù)載使用。該控制系統(tǒng)可以使得系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。
該控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：
由圖可見，整個(gè)數(shù)字化焊接電源的主要組成及作用如下：
1，主電路由供電系統(tǒng)，電子功率系統(tǒng)和整流穩(wěn)壓電路組成。
（1）供電系統(tǒng)把家用220V交流電變成直流電對(duì)電子功率系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)進(jìn)行供電。
（2）電子功率系統(tǒng)在數(shù)字化逆變電源中它實(shí)質(zhì)是一次側(cè)分頻功率系統(tǒng)，即逆變主電路，其作用是分頻，變換電參數(shù)。
2，電子控制系統(tǒng)對(duì)電子功率系統(tǒng)提供足夠大的，但所需變化規(guī)律的開關(guān)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主電路正常工作。
3，反饋給定系統(tǒng)由檢測(cè)電路，給定電路比較和放大電路組成檢測(cè)電路主要用于最終輸出的電壓電流的檢測(cè)，給定系統(tǒng)用于脈沖開關(guān)信號(hào)的給定，比較放大電路用于放大檢測(cè)電路的微弱信號(hào)以反饋給控制器形成閉環(huán)控制。
控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：
1，ARM控制板硬件設(shè)計(jì)
為了適應(yīng)設(shè)計(jì)要求并減少成本，本設(shè)計(jì)了以STM32F103為核心的ARM控制板，其控制原理框圖如下：
電源電路用來給stm32f103處理器提供穩(wěn)定的3.3V工作電壓，JTAG接口為stm32的程序下載接口，本設(shè)計(jì)使用的stm32f103zet6內(nèi)部集成了512K的FLASH和64K的RAM，無需外擴(kuò)儲(chǔ)存器，RS232和RS485串口用來是處理器與計(jì)算機(jī)通信，從而調(diào)試電源控制系統(tǒng)，PWM輸出為本控制系統(tǒng)的核心，stm32具有多達(dá)28路pwm輸出，我們采用其中的兩路，通過驅(qū)動(dòng)放大后，用來驅(qū)動(dòng)主逆變電路的開關(guān)管，使該電源系統(tǒng)正常工作；液晶顯示用來做人機(jī)交互界面，可以直觀的顯示電源系統(tǒng)輸入輸出電流電壓值以及頻率等信息；stm32f103ze還內(nèi)部集成多路12為A/D通道，我們采用其中兩路分別用來測(cè)量輸出電壓和輸出電流，用以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
2，MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
由ARM輸出的兩路PWM脈沖波形均為峰值電壓3.3V的方波，不能滿足驅(qū)動(dòng)MOSFET的功率，而且無法實(shí)現(xiàn)控制電路與MOSFET之間的隔離，因此，本設(shè)計(jì)在ARM和MOSFET之間采用了下圖所示的驅(qū)動(dòng)電路：
本設(shè)計(jì)采用TLP250專用驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)MOSFET，
從STM32控制器輸出的PWM波形如下圖所示： 
從驅(qū)動(dòng)電路輸出波形
逆變橋輸出波形
最后整流濾波輸出波形：
