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IGBT在CO2氣體保護焊電源中的應用


IGBT在CO2氣體保護焊電源中的應用

1.主電路設計
  CO2氣體保護焊中應用比較廣泛的是細絲CO2焊,其熔滴過渡方式為短路過渡,其過渡過程實質上是短路期間與燃弧期間不斷重的過程.每次短路時間為2~3ms,短路周期為10ms左右。
  為了能夠對短路過程進行**控制,主電路采用工作頻率很高的IGBT作為開關功率器件。C02氣體保護焊電源的主電路采用全橋式結構,如圖1所示。

圖1 IGBT全橋逆變主回路 
圖1 IGBT全橋逆變主回路
 
  2.控制系統硬件設計
  (1)控制系統的構成原理
  整個控制系統由單片機和外圍電路組成,系統構成原理框圖如圖2所示。控制電路的主要單元電路有:
圖2 80C196KB控制系統構成原理框圖 
圖2 80C196KB控制系統構成原理框圖
 
  ①80C196KB是INTEL 公司生產的MCS-96系列16 位高性能單片機,它具有強大的微處理能力,具有8KB EPROM、232B寄存器陣列、20個中斷源、脈寬調制輸出、高速I/O系統、空閑掉電兩種工作方式、16 位監視定時器、4個16位軟件定時器、全雙工串行接口、帶采樣/保持的l0 位A/D 轉換器。其A/D轉換時間僅需22μs,電流采樣轉換精度為1A。
  ②2764芯片為片外程序存儲器,用于存放控制程序。
  ③6264芯片為數據存儲器,用于存放焊接電流和電壓采樣值,是為分析實時的焊接電流、電壓波形而專門擴展的。
  ④MAX530是12 位D/A轉換器,精度達到12位,芯片工作電流只需250μA,轉換輸出電壓范圍在0~+4.096V 之間。
  (2)控制系統的基本工作原理
  80C196KB單片機控制系統采用脈寬調制(PWM)控制技術,通過對焊接電流、電壓信號的采樣,經PI算法處理后,輸出控制參量。控制參量由 MAX530進行D/A轉換,轉變為電壓信號后將其送入脈寬調制器SG3525,得到兩組相互反相的脈寬信號,經EXJ3840功率放大后驅動.IGBT的開通和關斷,從而實現對焊接電流的調節。
 
  3.控制系統軟件設計
  細絲CO2焊要求電源輸出恒壓特性并配等速送絲,單片機系統采用電壓負反饋的PI算法,實現了對電源的恒壓控制。利用80C196KB的高速輸入口HIS.0 捕捉同步脈沖,高速輸出口HSO. 0和HSO.1輸出兩路觸發脈沖,控制送絲電路的單相半控橋中晶閘管的導通角,實現等速送絲。
  (1) PI控制算法
  PI控制算法的遞推公式為
E(k)= (Uh - Ug)
PI(k)=Pl (k-1)十kpE(k) — kiE(k -1)
  式中:E(k)、E(k -1)分別為第屢次及k-l次電壓反饋值與給定值的偏差值;Uh、Ug分別為電壓反饋值及給定值;PI(k)、PI(k-l)分別為第走次及k-l次輸給MAX530的控制參量; Kp、Ki需經過系統仿真獲得而整定。
  (2)控制主程序框圖
  控制主程序框圖如圖3所示。整個程序固化在E2PROM 2764內,主要由主程序和,斷服務子程序組成,同時還有一些諸如顯示、譯碼、延時和PI運算等子程序。主程序在焊接過程中有焊接開關、顯示焊接電壓和電流以及中斷保護信號的功能,在焊接結束時具有自動收弧功能。
圖3 控制主程序框圖 
圖3 控制主程序框圖

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