CN100493802C - 一种逆变弧焊电源控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种逆变弧焊电源控制***，属于焊接设备及自动化领域。变压器的副边电压(A5)送入运算放大器(C1)输入端，运算放大器的输出为比较器(C2)的输入，比较器的输入参考电压端与给定信号相连。比较器输出端与控制器(C3)相连，每个周期内对控制器进行置位、复位，控制器还通过非门(C5)、与门(C6)器件接光耦隔离(C7)，实现关断、开通Mosfet管(C8)，使电容(C9)在单个周期内完成充放电。控制器通过PWM芯片驱动电路(D)对DC-AC逆变电路(A3)进行开关控制。本发明对电压扰动能在一个周期内做出补偿，把电弧状态分为燃弧和短路两种状态，针对各阶段分别进行控制，使焊接控制更精确。

Description

一种逆变弧焊电源控制***
技术领域
本发明涉及一种逆变弧焊电源控制***，属于焊接设备及自动化领域。
背景技术
目前，在焊接逆变电源的领域中应用的控制思想按控制方式分，主要有单环控制方式(如图1所示)和双环控制方式(如图2所示)；按反馈类型分，主要有电压型PWM和电流型PWM控制。单环控制方式和双环控制方式都属于电压型PWM，它能够对由于负载发生扰动或电网发生扰动出现的误差进行调解。电压型反馈控制中，电压误差信号被线形的调制成占空比信号；当输入电压或负载变化时，输出电压、电压误差信号、占空比均发生变化，经动态调节后，输出电压恢复到稳定值。这一动态调节持续的时间由环路增益带宽决定，通常为多个开关周期时间，所以电压型PWM控制，无论采用单环或双环控制，都无法即时对扰动做出补偿。电流型反馈控制则是利用了变换器的脉冲和非线性特点，其占空比由包含了一些非线性状态反馈的关系式所决定；当输入电压增大时，电流斜率立即增大，占空比减小。这一动态调节具有很好的快速响应能力，但是***存在静态误差，精度无法满足要求。如果采用其他的补偿方式，则速度又会受到影响。
单周期控制技术是将非线性开关变为线性开关，是一种非线性控制技术。对于输入电压(电网电压)的扰动，单周期控制技术可以在一个开关周期内瞬时地控制输出信号，其动态性能将比电压型、电流型控制技术优越，故它在动态性能要求高的功率变换场合具有重要应用价值。如果将单周期控制技术应用于焊接电源控制***中，可以充分发挥单周期控制技术的优点。
发明专利内容
本发明把单周期控制技术应用到焊接电源领域中，并针对焊接过程的特点，对焊接过程中燃弧、断路各阶段分别进行波形控制，提出了一种全新的焊接电源控制方式，能够在很短时间内对电网电压的扰动进行调整，主电路采用双管单端正激拓扑结构，每个周期内对变压器进行磁通复位，保证变压器不会出现磁饱和现象；同时，对燃弧和短路状态分别进行控制，达到更好的焊接效果。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本***主要包括有主电路部分A、参考信号给定部分B、驱动电路D。主电路部分A主要包括有整流A1、滤波A2、DC-AC逆变电路A3、变压器A4、副边整流A6、副边电感A7。参考信号给定部分B主要包括有电压采样B1、状态判断电路B2、开关选择B3，电压采样B1将信号传给状态判断电路B2，判断此刻是短路还是燃弧，根据不同状态，置位模拟开关B3，给出燃弧或短路的参考电压波形。驱动电路D与DC-AC逆变电路A3连接；其特征在于：单周期控制部分C主要包括有运算放大器C1、比较器C2、控制器C3、PWM脉宽调制器C4、非门C5、与门C6、光耦隔离C7、Mosfet管C8、充放电电容C9。其中，运算放大器C1与充放电电容C9组成积分电路，Mosfet管C8与充放电电容C9并联；变压器A4的副边采样电压A5送入运算放大器C1输入端，运算放大器C1的输出端与比较器C2的同相输入端连接，比较器C2的反相输入端通过开关B3接燃弧或短路状态时的参考电压。比较器C2的输出端与控制器C3的复位端相连，控制器C3的置位端接PWM脉宽调制器C4晶振输出信号，PWM脉宽调制器C4在每个周期内对控制器C3进行触发，控制器C3通过非门C5、与门C6和光耦隔离C7控制Mosfet管C8，使充放电电容C9在单个周期内充、放电，从而通过驱动电路D对DC-AC逆变电路A3进行开通、关断控制；通过判断电弧状态，对燃弧和短路两个阶段进行分别控制。
本发明专利的工作原理及过程：
副边采样电压信号通过A5传送给运放C1，设PWM的输出周期为fs，运算放大器反相端输入信号为x(t)，可得C1的输出电压为：
Vref＝(1/C9)∫0 Tonx(t)dt
当运算放大器C1输出电压值等于参考电压时，比较器C2输出高电平，复位控制器C3，由于C3的复位，所以立即关断PWM输出信号，从而通过驱动电路D关断DC-AC逆变电路A3；同时，由于C3的复位，所以通过隔离光偶C7立即导通Mosfet管C8，此刻电容C9开始快速放电；控制器C3的置位端接PWM同步晶振输出信号，在到达每个周期的死区时间那一刻置位控制器，当下一个周期到来时刻，PWM脉宽调制器输出引脚为高电平，同时，通过隔离光偶C7迅速关断Mosfet管C8，为下一个周期的PWM输出和运放的积分运算做准备。
令C9的值等于等于PWM的输出周期：(1/C9)＝fs，则运算放大器的输出值为：Vref＝fs*∫0 Tonx(t)dt
这就实现了把单周期控制技术运用到焊接逆变电源领域中，针对单周期控制的特点，主电路采取双管单端正激拓扑结构，在单周期内实现变压器的磁通复位，从而维持变压器正负两脉宽的伏.安数平衡，保证变压器不会出现磁饱和现象。
与现有技术相比，本发明专利具有以下优点：
1.将单周期控制技术应用到焊接电源领域，其动态性能将比电压型、电流型瞬时值控制技术优越。
2.对电网的扰动能够在一个周期内做出补偿。
3.针对焊接过程的特点，对燃弧和短路两个阶段的波形分别进行控制。
附图说明
图1为单环控制方式
图2为双环控制方式
图3为基于单周期控制方式的焊接逆变电源
图4为单周期方式的具体应用电路
图5为通过状态判断给出短路、燃弧过程的控制波形电路图。
具体实施方式
结合图3～图5详细说明本实施例。
主电路A的输入电压为380V的三相交流电，经过AC-DC-AC变换，转化成供电焊机使用的电源。图4为单周期控制方式的应用，变压器的副边采样信号输入给运算放大器CA3140的2脚，进行积分运算，当运算放大器CA3140的6脚输出值等于参考值时，比较器LM319的2脚输出高电平，比较器的输出信号接控制器CD4013的R端，此时，控制器通过非门C5、与门C6和隔离光偶C7使MOSFET管C8开通，对电容C9进行放电。控制器CD4013的Q端与PWM3525的2脚相连，当控制器CD4013的R端为高电平时，Q端则为低电平，这时，PWM3525输出引脚为低电平，关断IGBT，所以，当比较器LM311输出高电平时，实现了关断DC-AC逆变电路A3和对电容C9进行放电。PWM3525的4脚晶振输出端通过比较器与控制器CD4013的S端相连，控制器S端为高电平时，则控制器CD3140Q端为高电平，当下一个周期到来时刻，PWM3525输出引脚为高电平，开通IGBT，同时，使Mosfet管C8关断，为下一个周期的积分做好准备。
电路图5为根据判断，产生燃弧和短路两路控制波形的电路图，LEM采集的电压信号送给比较器LM393A的反相端，比较器LM393A的正相端接一个给定信号，判断此刻为短路还是燃弧阶段(根据短路阶段电压应该较大，燃弧阶段电压应该较小的原理)，当进入燃弧阶段，比较器LM393A输出低电平，三极管S8050关断，运算放大器LM324B的同相端输入信号可通过可调电阻R2给定，再经过射随器LM324B、积分电路LM324D传给CA3140的反相端，与此同时，通过反相器40106的作用，short_con点为低电平，SCA点为低电平，SCB点为高电平，利用双向选择开关H4053，给CA3140反相端输入特定值，加上原先设定的UG，从而使得CA3140的输出端得到想要的燃弧阶段的参考波形；当进入短路阶段，比较器LM393A输出端为高电平，开通三极管S8050，运算放大器LM324B的同相端输入信号为+15V，再经过射随器LM324B、积分电路LM324D传给CA3140的反相端，与此同时，通过反相器40106的作用，short_con点为高电平，SCA点为高电平，SCB点为低电平，利用双向选择开关H4053，给CA3140反相端输入特定值，加上原先设定的UG，从而使得CA3140的输出端得到想要的短路阶段的参考波形。

Claims (1)

1、一种逆变弧焊电源控制***，主要包括有主电路部分(A)、参考信号给定部分(B)、驱动电路(D)，主电路部分(A)主要包括有依次连接的整流(A1)、滤波(A2)、DC-AC逆变电路(A3)、变压器(A4)、副边整流(A6)、副边电感(A7)；参考信号给定部分(B)主要包括有电压采样(B1)、状态判断电路(B2)、模拟开关(B3)，电压采样(B1)将信号传给状态判断电路(B2)，状态判断电路(B2)判断此刻是短路还是燃弧；驱动电路(D)与主电路部分(A)中的DC-AC逆变电路(A3)连接；其特征在于：根据不同状态，模拟开关(B3)给出燃弧或短路状态的参考电压波形；还包括有单周期控制部分(C)，单周期控制部分(C)主要包括有运算放大器(C1)、比较器(C2)、控制器(C3)、PWM脉宽调制器(C4)、非门(C5)、与门(C6)、光耦隔离(C7)、Mosfet管(C8)、充放电电容(C9)；其中，运算放大器(C1)与充放电电容(C9)组成积分电路，Mosfet管(C8)与充放电电容(C9)并联；变压器(A4)的副边采样电压(A5)送入运算放大器(C1)输入端，运算放大器(C1)的输出端与比较器(C2)的同相输入端连接，比较器(C2)的反相输入端通过模拟开关(B3)接燃弧或短路状态时的参考电压；比较器(C2)的输出端与控制器(C3)的复位端相连，控制器(C3)的置位端接PWM脉宽调制器(C4)晶振输出信号，PWM脉宽调制器(C4)在每个周期内对控制器(C3)进行触发，控制器(C3)通过非门(C5)、与门(C6)和光耦隔离(C7)控制Mosfet管(C8)，使充放电电容(C9)在单个周期内充、放电。
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