电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统，包括单片机控制装置、Ａ／Ｄ转化器、ＰＩ调节单元、ＰＷＭ芯片、及用于驱动开关逆变焊接电源的ＩＧＢＴ的驱动变压器，所述单片机控制装置包括单片机控制单元、分别与所述单片机控制单元连接的表头单片机、遥控器单片机、上电复位单元和时针单元，所述单片机控制单元通过所述Ａ／Ｄ转化器连接所述ＰＩ调节单元，所述ＰＩ调节单元通过所述ＰＷＭ芯片连接所述驱动变压器；较佳地，所述单片机控制单元连接所述ＰＷＭ芯片，本实用新型专利技术结构简洁、可设定焊接参数和监控电源工作、操作简单、效率高、可在线升级，由其控制的电源用途范围广。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及软开关逆变焊接电源
，特别涉及软开关逆变焊接电源的控制系 统
，具体是指一种电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统。
技术介绍
软开关技术使得功率开关管在开关过程瞬间电流轨迹和管压降轨迹错开，在较大程度上 解决了功率开关管损耗和开关应力过大的问题，减少了功率器件的dw/d/和d//df造成的电磁 干扰，提高了效率。因此，软开关式焊接电源是一种具有广阔前景的新型焊接电源。随着单片机技术在焊接电源中的应用，焊接电源的柔性化设计成为可能，焊接电源设计 时间大大缩短，正朝着模块化方向发展。因此，集合软开关技术和单片机技术搭建一个焊接 电源平台来研制开发焊条焊、TIG焊、C02焊、埋弧焊等焊接电源显得十分有意义。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统，该单片机 控制系统结构筒洁，可设定焊接参数和监控电源工作、操作简单、效率高、可在线升级，由 其控制的电源用途范围广。为了实现上述目的，本技术的电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统具有如 下构成该电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统，其特点是，包括单片机控制装置、A/D 转化器、PI调节单元、PWM芯片、及用于驱动开关逆变焊接电源的IGBT的驱动变压器，所 迷单片机控制装置包括单片机控制单元、分别与所述单片机控制单元连接的上电复位单元和 时针单元，所述单片机控制单元通过所述A/D转化器连接所述PI调节单元，所述PI调节单 元通过所述PWM芯片连接所述驱动变压器。较佳地，所述单片机控制装置还包括表头单片机，所述表头单片机连接所述单片机控制 单元。较佳地，所述单片机控制装置还包括遥控器单片机，所述遥控器单片机连接所述单片机 控制单元。较佳地，所述单片机控制单元连接所述PWM芯片。采用本技术，由于本技术控制的电源采用软开关技术，因此性能稳定，效率高， 功耗小，具有良好的电气性能；本技术采用3片单片机，省去了大量的模拟电路，结构 简洁、可设定焊接参数和监控电源工作、操作简单、效率高，另外整个单片机系统采用先进 的Atmega单片机，系统占用空间富余多，可以在线编程随时对焊机进行在线升级；本实用 新型控制的电源可用于焊条焊、TIG焊、C02焊、埋弧焊等。附图说明图1是受本技术控制的焊接电源的主电路示意图。图2是本技术的控制信号和主电路波形示意图。图3是本技术的一具体实施例的结构示意图。图4是本技术的一具体实施例的主程序流程图。图5是本技术的一具体实施例的PWM芯片的外围电路图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本技术的
技术实现思路
，特举以下实施例详细说明。 请参阅图1 图5所示，本技术的电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统，包 括单片机控制装置、A/D转化器、PI调节单元、PWM芯片、及用于驱动开关逆变焊接电源 的IGBT的驱动变压器，所述单片机控制装置包括单片机控制单元、分别与所述单片机控制 单元连接的上电复位单元和时针单元，所述单片机控制单元通过所述A/D转化器连接所述PI 调节单元，所述PI调节单元通过所迷PWM芯片连接所述驱动变压器。较佳地，所述单片机控制装置还包括表头单片机，所述表头单片机连接所述单片机控制 单元。较佳地，所述单片机控制装置还包括遥控器单片机，所述遥控器单片机连接所述单片机 控制单元。较佳地，所述单片机控制单元连接所述PWM芯片。用于本技术的软开关逆变焊接电源的功率电路原理如图1所示。功率电路采用饱和 电感式FB-ZVZCS-PWM变换器拓朴，超前桥臂(IGBT,和IGBT2组成的桥臂)实现零电压开关， 滞后桥臂(IGBT3和IGBT4组成的桥臂)实现零电流开关，从而实现了軟开关逆变焊机的零电压 零电流开关(ZVZCS)。阻断电容Cb衰减环流电流，饱和电感L「阻断电流反向增加。f/in为输 入直流电压源，VD广VD4分别是与IGBT广IGBT4(型号为BSM75GB120DN2)反向并联的二极管，d, C2分别是IGBTi， IGBT2的输出电容和外接电容之和，U为变压器Tr的漏感，VDR1 和VDr2(型号MUR200)为输出整流二极管，Lf为输出滤波电感，R为电弧等效电阻。现以图 I所示电路拓朴并采用有限双极性控制为例，说明超前臂零电压、滞后臂零电流的实现原理。IGBT广IGBT4的控制信号、两桥臂中点电压uab、变压器一次电流ip和电容Cb两端电压 Ucb的波形如图2所示。to时刻关断IGBT!,由于IGBT,并联电容C,两端电压不能突变，所以IGBT!零电压关断。 此后C,, C2开始充放电，t,时刻充放电结束，VD2导通为IGBT2开通创造了零电压开通的条 件， 一次电流环流开始。此时，电容Cb的电压Ucb全加在变压器的漏感上， 一次电流很快衰 减，t2时刻一次电流衰减到零，饱和电感阻断电流反向增加，使一次电流保持为零，从而实 现IGBTV零电流关断。另半个周期的软开关过程与此类似。本技术的系统构成原理如图3所示。以Atmegal6为核心，与上电复位电路、时钟 电路一起构成单片机最小系统，PD(0 7)输出的给定电流经过D/A转换器7537转换成模拟量 和反馈电流if进行PI调节，PI调节后的值送入电流^t式的PWM芯片UC3846，然后输出PWM 驱动脉沖，经驱动变压器隔离放大驱动IGBT。当过热、欠电压或空载时，单片机输出封锁信 号封锁UC3846，从而封锁输出。另外，单机利用通用同步和异步串行接收器和转发器(USART) 与表头的单片机实现通信，实时把焊接数据发送给表头单片机，利用串行外设接口 SPI通过 485总线实现与遥控器的远距离通信。本技术共采用了 3片Atmega单片机，主控板、表头和遥控器分别用 一片单片机， 主控单片机与表头单片机和遥控单片机实现通信。下面以SMAW焊机为例，介绍3片单片机 的功能。(1 )主控单片机负责整个焊机的管理功能，并实时与表头单片机和遥控器单片机实现通 信。它具有参数设定和开关量输入功能，设定参数包括焊接电流、推力电流、引弧电流、引 弧时间、电缆长度，开关量输入包括过热保护信号、弧压状态Vinn,引弧成功信号等，PD(0~7) 口输出不同焊接状态时刻的给定电流(即叠加引弧电流、推力电流)，并根据需要及时输出保 护信号封锁^T出。(2)表头单片机负责釆样三相电输入、弧压和反馈电流，并和主控单片机发送过来的焊 接参数一并显示。因有专门的单片机负责显示，所以显示参数大大增加(显示参数5个焊 接电流、推力电流、引弧电流、引弧时间、电缆长度；焊接参数6个焊接时电流、A, B, C三相输入电压、弧压、累计焊接时间)。(3 )遥控器单片机可以在遥控方式时设定焊接电流和推力电流，实时显示主控单片机发 送过来的焊接电流和弧压参数，而且能及时根据故障情况点亮故障灯。ATmegal6单片机是基于增强AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先 进的指令集和单时钟周期指令执行时间，ATmegal6的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可 以减緩系统在功耗和处理速度之间的矛盾。它具有16kB的系统内可编程Flash (具有同时读 写能力，即RWW)， 51本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电焊机软开关逆变焊接电源的单片机控制系统，其特征在于，包括单片机控制装置、Ａ／Ｄ转化器、ＰＩ调节单元、ＰＷＭ芯片、及用于驱动开关逆变焊接电源的ＩＧＢＴ的驱动变压器，所述单片机控制装置包括单片机控制单元、分别与所述单片机控制单元连接的上电复位单元和时针单元，所述单片机控制单元通过所述Ａ／Ｄ转化器连接所述ＰＩ调节单元，所述ＰＩ调节单元通过所述ＰＷＭ芯片连接所述驱动变压器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂先明，
申请(专利权)人：上海沪工电焊机制造有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]