基于stm32的脈沖mig焊電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，包括逆變主電路和控制電路。所述逆變主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊；所述控制電路包括STM32數(shù)字化控制模塊、電壓電流檢測模塊、故障保護(hù)模塊、人機(jī)界面模塊以及高頻驅(qū)動模塊；人機(jī)界面模塊采用數(shù)字脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)給定。本發(fā)明使用STM32芯片控制脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，抗干擾能力強(qiáng)，解決了傳統(tǒng)脈沖MIG焊電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，參數(shù)給定不夠精確穩(wěn)定等問題。
【專利說明】基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖MIG焊技術(shù)較多用于高性能的自動焊場合，它集高效優(yōu)質(zhì)和自動化于一體，其突出的工藝特點(diǎn)為:焊接電流調(diào)節(jié)范圍比較寬，即脈沖MIG焊可在平均電流小于臨界電流值的條件下獲得射流過渡，包括短路過渡到噴射過渡的所有電流區(qū)域；熔池體積小，熔滴過渡和熔池金屬的加熱是間歇性的，不易發(fā)生淌流，可順利完成橫焊、立焊，有利于實(shí)現(xiàn)全位置焊；熔滴過渡過程可控性比較強(qiáng)，既可得到較大的熔深(因脈沖電流幅值大)，又可控制總的平均焊接電流在較低的水平，可有效控制熱輸入量。
[0003]近年來隨著市場競爭的日趨激烈，提高焊接生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的自動化、智能化越來越得到焊接生產(chǎn)企業(yè)的重視，特別是機(jī)器人焊接時(shí)對焊接質(zhì)量和精度要求比較高的場合更是如此。加上現(xiàn)代人工智能技術(shù)、數(shù)字化信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)等高新技術(shù)的融入，也促使脈沖MIG焊技術(shù)正朝著焊接高速高效化、焊接控制數(shù)字化、控制系統(tǒng)智能化方向發(fā)展。
[0004]現(xiàn)有的脈沖MIG焊技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn):
[0005](I)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳統(tǒng)脈沖MIG焊電源是采用模擬控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的，元器件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。
[0006](2)控制不夠靈活，準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜處理的能力有限，元器件數(shù)量多，并且控制系統(tǒng)的參數(shù)由電阻、電容等分立元件的參數(shù)決定，控制系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜、靈活性差；同時(shí)電阻、電容的參數(shù)分布影響控制系統(tǒng)的一致性，參數(shù)的穩(wěn)定性差，如溫度漂移影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，其元器件數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、控制調(diào)試簡單靈活且參數(shù)準(zhǔn)確穩(wěn)定性好。
[0008]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，包括逆變主電路和控制電路；所述逆變主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊；輸入整流濾波模塊的輸入端與三相交流輸入電網(wǎng)相連、輸出整流濾波模塊的輸出端與電弧負(fù)載相連；
[0010]所述控制電路包括STM32數(shù)字化控制模塊、電壓電流檢測模塊、故障保護(hù)模塊、人機(jī)界面模塊以及高頻驅(qū)動模塊；電壓電流檢測模塊輸入電弧負(fù)載、輸出至STM32數(shù)字化控制模塊，故障保護(hù)模塊輸入三相交流、輸出至STM32數(shù)字化控制模塊，STM32數(shù)字化控制模塊除與人機(jī)界面模塊互聯(lián)通訊外還經(jīng)高頻驅(qū)動模塊連接至高頻逆變模塊。
[0011]所述的STM32數(shù)字化控制模塊為采用控制芯片STM32F103ZET6，根據(jù)電壓電流檢測模塊檢測電弧負(fù)載的反饋電壓電流參數(shù)與人機(jī)界面模塊給定電壓電流參數(shù)進(jìn)行PI運(yùn)算，發(fā)給STM32內(nèi)嵌的移相脈寬調(diào)制模塊控制信號，移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路移相PWM信號，并通過高頻驅(qū)動模塊放大去控制高頻逆變模塊的開關(guān)管IGBT在零電壓下的開通和關(guān)斷，進(jìn)行脈沖MIG焊電源輸出脈沖電流和電壓控制；所述的人機(jī)界面模塊采用數(shù)字脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的精確給定，人機(jī)界面模塊實(shí)時(shí)顯示焊接參數(shù)。
[0012]所述故障保護(hù)模塊包括相互連接的過壓檢測電路、欠壓檢測電路、過流檢測電路和過溫檢測電路、與11電路和外圍電路。
[0013]所述PWM驅(qū)動信號是通過高頻驅(qū)動模塊來增強(qiáng)驅(qū)動能力。
[0014]一種用于基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)的逆變主電路，包括輸入整流橋(BR1)，第一至第四IGBT開關(guān)管(VTl?VT4)，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容(C9?C12)，第一和第三開關(guān)管(VTl和VT3)、第二和第四開關(guān)管(VT2和VT4)分別依次連接后再并聯(lián)；另有第一電容和第三電容(Cl和C3)、第二電容和第四電容(C2和C4)分別并聯(lián)后再串聯(lián)；輸入整流橋(BRl)的正向輸出經(jīng)電感(LI)后加在第一電容(Cl)正極和第三電容(C3)的一端、反向輸出至第二電容(C2)負(fù)極和第四電容(C4)的一端；第一開關(guān)管和第三開關(guān)管(VTl和VT3)之間的輸出或輸入經(jīng)并聯(lián)的第五電容隔直電容(C5)、第六電容隔直電容(C6)后再經(jīng)第二電感諧振電感(L2)最后至高頻隔離變壓器(Tl) 一輸入端，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管(VT2和VT4)之間的輸出或輸入至高頻隔離變壓器(Tl)的另一輸入端，第一和第三開關(guān)管(VTl和VT3)組成的橋臂為超前橋臂，第二和第四開關(guān)管(VT2和VT4)組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)IGBT開關(guān)管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位；
[0015]輸出整流濾波電路:第五二極管和第六二極管(V5和V6)、第七二極管和第八二極管(V7和V8)分別并聯(lián)，并聯(lián)的第五二極管和第六二極管(V5和V6)的正極接高頻隔離變壓器(Tl)的一輸出端、并聯(lián)的第七二極管和第八二極管(V7和V8)的正極接高頻隔離變壓器(Tl)的另一輸出端，并聯(lián)的第五二極管和第六二極管(V5和V6)上還并聯(lián)有第一吸收電阻和第七電容(C7)，第一吸收電阻為并聯(lián)的第五電阻和第六電阻(R5和R6);同樣，并聯(lián)的第七二極管和第八二極管(V7和V8)上還并聯(lián)有第二吸收電阻和第八電容(CS)，第二吸收電阻為并聯(lián)的第七電阻和第八電阻(R7和R8);第五二極管至第八二極管(V5?V8)的負(fù)極經(jīng)第三電感(L3)后為輸出的一端、輸出的另一端為高頻隔離變壓器(Tl)的中間抽頭。
[0016]本發(fā)明的工作原理:
[0017]本發(fā)明采用全橋移相軟開關(guān)主電路，通過數(shù)字PI控制算法和定時(shí)器周期中斷，實(shí)現(xiàn)輸出脈沖電流和電壓控制:三相工頻交流電經(jīng)過輸入整流濾波模塊后成為平滑直流電后進(jìn)入高頻逆變模塊，然后通過功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊進(jìn)入電弧負(fù)載；與此同時(shí)，STM32數(shù)字化控制模塊根據(jù)電壓電流檢測模塊檢測電弧負(fù)載的反饋電壓電流參數(shù)與人機(jī)界面模塊給定電壓電流參數(shù)進(jìn)行PI運(yùn)算后，發(fā)給STM32內(nèi)嵌的移相脈寬調(diào)制模塊一個(gè)控制信號，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路移相PWM信號，并通過高頻驅(qū)動模塊放大去控制高頻逆變模塊的開關(guān)管IGBT在零電壓下的開通和關(guān)斷，而得到20kHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過功率變壓模塊轉(zhuǎn)換成符合焊接工藝要求的低電壓大電流輸出，再經(jīng)過輸出整流濾波模塊獲到平滑的焊接電流，通過這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)焊接電源電流脈沖和電壓控制；
[0018]故障保護(hù)模塊的過壓、欠壓、過流和過溫檢測電路檢測三相工頻電壓、初級電流和散熱器溫度，把檢測到的電壓電流和溫度信號送給故障保護(hù)模塊，如出現(xiàn)過壓、欠壓、過流和過溫的現(xiàn)象，故障保護(hù)模塊將送給STM32數(shù)字化控制模塊一個(gè)低電平故障保護(hù)信號，STM32數(shù)字化控制模塊產(chǎn)生低電平PWM通過高頻驅(qū)動模塊關(guān)斷高頻逆變模塊的開關(guān)管，保護(hù)主電路安全工作。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0020]1.本發(fā)明采用STM32芯片實(shí)現(xiàn)脈沖MIG焊電源的數(shù)字化控制，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)靈活。
[0021]2.本發(fā)明采用脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的精確給定，克服了傳統(tǒng)電位器實(shí)現(xiàn)參數(shù)給定的不夠精確造成的焊接過程不穩(wěn)定等問題。
[0022]3.本發(fā)明采用軟開關(guān)逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全范圍的軟開關(guān)，大大減少了功率管的開關(guān)損耗和電應(yīng)力，改善了工作條件，降低了電磁干擾，提高了整機(jī)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的逆變主電路的電路原理圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的高頻驅(qū)動模塊的電路原理圖；
[0026]圖4a是本發(fā)明的電壓電流檢測模塊的電壓檢測電路原理圖；
[0027]圖4b是本發(fā)明的電壓電流檢測模塊的電流檢測電路原理圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的故障保護(hù)模塊的電路原理圖；
[0029]圖6是本發(fā)明的STM32數(shù)字化控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7是本發(fā)明的電源系統(tǒng)的脈沖電流圖；
[0031]圖8是本發(fā)明的基于STM32的控制系統(tǒng)的程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明的基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)實(shí)施例，包括逆變主電路和控制電路。
[0034]逆變主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊；輸入整流濾波模塊的輸入端與三相交流輸入電網(wǎng)相連、輸出整流濾波模塊的輸出端與電弧負(fù)載相連。
[0035]控制電路包括STM32數(shù)字化控制模塊、電壓電流檢測模塊、故障保護(hù)模塊、人機(jī)界面模塊以及高頻驅(qū)動模塊；電壓電流檢測模塊輸入電弧負(fù)載、輸出至STM32數(shù)字化控制模塊，故障保護(hù)模塊輸入三相交流輸入電壓為常用的電壓檢測裝置、輸出至STM32數(shù)字化控制模塊，STM32數(shù)字化控制模塊除與人機(jī)界面模塊互聯(lián)通訊外還經(jīng)高頻驅(qū)動模塊連接至高頻逆變模塊。
[0036]STM32數(shù)字化控制模塊采用控制芯片STM32F103ZET6，根據(jù)電壓電流檢測模塊檢測電弧負(fù)載的反饋電壓電流參數(shù)與人機(jī)界面模塊給定電壓電流參數(shù)進(jìn)行PI運(yùn)算后，發(fā)給STM32內(nèi)嵌的移相脈寬調(diào)制模塊一個(gè)控制信號，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路移相PWM信號，并通過高頻驅(qū)動模塊放大去控制高頻逆變模塊的開關(guān)管IGBT在零電壓下的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，實(shí)現(xiàn)MIG焊電源輸出脈沖電流和電壓的控制；所述的人機(jī)界面模塊采用數(shù)字脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的精確給定，人機(jī)界面模塊實(shí)時(shí)顯示焊接參數(shù)。
[0037]故障保護(hù)模塊包括相互連接的過壓檢測電路、欠壓檢測電路、過流檢測電路和過溫檢測電路、與門電路和外圍電路。故障保護(hù)模塊檢測三相交流輸入電壓，為常用的電壓檢測裝置；檢測過溫信號，為常用的溫度繼電器；檢測初級過流信號為常用的霍爾電流傳感器。PWM驅(qū)動信號是通過高頻驅(qū)動模塊來增強(qiáng)驅(qū)動能力。
[0038]圖2是本發(fā)明的逆變主電路的電路原理圖。逆變主電路采用全橋移相軟開關(guān)變換器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由輸入整流濾波電路、全橋逆變電路、高頻隔離變壓器、輸出整流濾波電路組成；其中BRl為輸入整流橋，VTl?VT4為4個(gè)IGBT開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容，L2是諧振電感，C5、C6是隔直電容，V5?V8為輸出整流二極管，電感L3組成輸出濾波電路。VTl和VT3組成的橋臂為超前橋臂，VT2和VT4組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)IGBT開關(guān)管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，即移相角，通過調(diào)節(jié)該移相角就可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流。高頻變換器回路中主功率開關(guān)管的寄生電容和隔離變壓器的寄生電感、漏感以及諧振電感等構(gòu)成了一個(gè)LC諧振回路，在功率開關(guān)器件開關(guān)過程中實(shí)現(xiàn)零電壓諧振換流，使其工作在軟開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗低，器件的電磁應(yīng)力大幅減少。
[0039]一種用于基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)的逆變主電路，包括輸入整流橋(BR1)，第一至第四IGBT開關(guān)管(VTl?VT4)，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容(C9?C12)，第一和第三開關(guān)管(VTl和VT3)、第二和第四開關(guān)管(VT2和VT4)分別依次連接后再并聯(lián)；另有第一電容和第三電容(Cl和C3)、第二電容和第四電容(C2和C4)分別并聯(lián)后再串聯(lián)；輸入整流橋(BRl)的正向輸出經(jīng)電感(LI)后加在第一電容(Cl)正極和第三電容(C3)的一端、反向輸出至第二電容(C2)負(fù)極和第四電容(C4)的一端；第一開關(guān)管和第三開關(guān)管(VTl和VT3)之間的輸出或輸入經(jīng)并聯(lián)的第五電容隔直電容(C5)、第六電容隔直電容(C6)后再經(jīng)第二電感諧振電感(L2)最后至高頻隔離變壓器(Tl) 一輸入端，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管(VT2和VT4)之間的輸出或輸入至高頻隔離變壓器(Tl)的另一輸入端，第一和第三開關(guān)管(VTl和VT3)組成的橋臂為超前橋臂，第二和第四開關(guān)管(VT2和VT4)組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)IGBT開關(guān)管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位；
[0040]輸出整流濾波電路:第五二極管和第六二極管(V5和V6)、第七二極管和第八二極管(V7和V8)分別并聯(lián)，并聯(lián)的第五二極管和第六二極管(V5和V6)的正極接高頻隔離變壓器(Tl)的一輸出端、并聯(lián)的第七二極管和第八二極管(V7和V8)的正極接高頻隔離變壓器(Tl)的另一輸出端,并聯(lián)的第五二極管和第六二極管(V5和V6)上還并聯(lián)有第一吸收電阻和第七電容(C7)，第一吸收電阻為并聯(lián)的第五電阻和第六電阻(R5和R6)，同樣，并聯(lián)的第七二極管和第八二極管(V7和V8)上還并聯(lián)有第二吸收電阻和第八電容(CS)，第二吸收電阻為并聯(lián)的第七電阻和第八電阻(R7和R8);輸出整流的第五二極管至第八二極管(V5?V8)的負(fù)極經(jīng)第三電感(L3)為輸出的一端、輸出的另一端為高頻隔離變壓器(Tl)的中間抽頭。
[0041]如圖3所示是本發(fā)明的高頻驅(qū)動模塊的電路原理圖。STM32芯片的供電電壓是
3.3V，其輸出的高速PWM信號也只有3.3V，其不足以驅(qū)動大功率器件IGBT的通斷，故需要增強(qiáng)該P(yáng)WM信號的驅(qū)動能力，如圖3所示由STM32產(chǎn)生的四路移相PWM信號經(jīng)過高頻驅(qū)動模塊，產(chǎn)生四路推挽式脈沖驅(qū)動，分別作為逆變橋開關(guān)管VTl?VT4的驅(qū)動信號，控制開關(guān)管通斷。
[0042]如圖4a和圖4b所示分別是本發(fā)明的電壓電流檢測模塊的電壓檢測電路原理圖和本發(fā)明的電壓電流檢測模塊的電流檢測電路原理圖。
[0043]電壓采樣信號經(jīng)過電感L5、L6與電容C47、C48濾波后，采用非隔離電阻R47、R48分壓采樣，之后經(jīng)過運(yùn)算放大器U16B進(jìn)行信號調(diào)理，再經(jīng)過線性光電耦合器芯片U18、電壓跟隨器U17B進(jìn)行隔離、調(diào)整，成為與輸出電壓成線性關(guān)系的電壓信號，得到的小于或等于
3.3V的電壓信號分別輸入到STM32數(shù)字化控制模塊的ADCIN0，再通過相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)電壓A/D轉(zhuǎn)換。電流采樣電路利用霍爾電流傳感器對主電路的輸出電流進(jìn)行電流信號采樣，霍爾電流傳感器得到與輸出電流成線性關(guān)系的微弱電壓信號經(jīng)過濾波后得到較為干凈、平滑的信號，然后分別將電流反饋信號輸入到STM32數(shù)字化控制模塊的ADCINl，再通過相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)電流A/D轉(zhuǎn)換。上述環(huán)節(jié)構(gòu)成的電壓電流反饋閉環(huán)控制電路，就可以實(shí)現(xiàn)輸出脈沖電流和電壓的控制。
[0044]圖5是本發(fā)明的故障保護(hù)電路原理圖。過壓和欠壓檢測電路將三相交流輸入電網(wǎng)經(jīng)工頻變壓器降壓后，用橋式整流電路整流成直流電壓信號后供給電阻分壓電路，分別調(diào)節(jié)橋式電路電阻R39、R26和R38、R24的大小，就可以改變電網(wǎng)過壓和欠壓的閥值，即可起到過壓和欠壓保護(hù)作用。過溫檢測電路通過檢測散熱器上的溫度繼電器的斷開來實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)，得到CNl的①②斷開信號給比較器U6A的反相輸入端，U6A作為比較器進(jìn)行電壓比較。其同相端為給定參考電壓，當(dāng)散熱器的溫度低于溫度繼電器閥值溫度時(shí)，溫度繼電器閉合，比較器U6A反相輸入端為低電平，比較器U6A輸出高電平；當(dāng)散熱器的溫度高于溫度繼電器閥值溫度時(shí)，溫度繼電器斷開，比較器U6A反相輸入端為高電平，比較器U6A輸出低電平，此信號可引起STM32的故障保護(hù)中斷。過流檢測電路檢測初級電流信號經(jīng)濾波后給比較器U6B的反相輸入端，U6B作為比較器其同相輸入端為給定參考電流，當(dāng)檢測到的初級電流大于給定參考電流時(shí)，比較器U6B輸出低電平，此信號可引起STM32的故障保護(hù)中斷。圖中與門U13的輸出經(jīng)光耦U14后與STM32的外部中斷引腳GP10G9相連接，當(dāng)與門U13輸出端輸出過壓、欠壓、過溫和過流檢測信號出現(xiàn)欠壓、過壓、過溫和過流故障時(shí)，與門輸出低電平，經(jīng)U14光耦后輸出低電平，作為STM32的故障保護(hù)中斷的觸發(fā)信號給STM32的外部中斷引腳GP10G9，進(jìn)入故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序，實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。
[0045]圖6是本發(fā)明的STM32數(shù)字化控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。STM32數(shù)字化控制模塊采用ST公司的STM32F103ZET6芯片，其基本結(jié)構(gòu)包括PWM信號輸出模塊、人機(jī)界面模塊、存儲模塊RAM與FLASH、數(shù)字I/O 口以及A/D模擬輸入。A/D采樣進(jìn)來的模擬信號送到STM32數(shù)字化控制模塊的A/D轉(zhuǎn)換通道，STM32數(shù)字化控制模塊通過軟件算法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，把A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果與人機(jī)界面模塊給定的參數(shù)進(jìn)行PI運(yùn)算后，發(fā)給STM32內(nèi)嵌的移相脈寬調(diào)制模塊一個(gè)控制信號，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路移相PWM信號，四路移相PWM信號經(jīng)過高頻驅(qū)動模塊隔離放大后對主電路進(jìn)行移相調(diào)制。此處采用了定時(shí)器周期中斷和下溢中斷，在定時(shí)器周期中斷觸發(fā)后，周期中斷服務(wù)程序里將原來的增計(jì)數(shù)的比較匹配值更改為減計(jì)數(shù)需要的匹配值，在下溢中斷觸發(fā)的時(shí)候，在下溢中斷服務(wù)程序里將原來的減計(jì)數(shù)的比較匹配值更改為下一周期增計(jì)數(shù)需要的比較匹配值，實(shí)現(xiàn)全橋移相軟開關(guān)控制；采用一個(gè)周期定時(shí)器對輸出電流給定值進(jìn)行周期性的切換，實(shí)現(xiàn)電流的脈沖輸出。
[0046]圖7所示是本發(fā)明的輸出脈沖電流圖。輸出脈沖電流在一個(gè)周期內(nèi)有2個(gè)階段:峰值電流階段Tp ;基值電流階段Tb。
[0047]圖8所示是本發(fā)明的STM32控制系統(tǒng)的程序流程圖。設(shè)計(jì)的軟件主要是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取和輸出脈沖電流和電壓的控制，即分階段實(shí)現(xiàn)移相角可調(diào)的PWM脈沖產(chǎn)生、驅(qū)動脈沖的占空比調(diào)制、脈沖階段切換以及恒流控制?？刂葡到y(tǒng)程序的工作原理為:系統(tǒng)初始化后并啟動焊接時(shí)，程序進(jìn)入引弧程序，它包括時(shí)序控制(送氣、送絲等)、慢速送絲引弧，當(dāng)電流大于一定值，并延長一段時(shí)間后，程序進(jìn)入電流脈沖循環(huán)階段:在峰值電流階段，當(dāng)該階段時(shí)間到時(shí)進(jìn)入基值電流階段；在基值電流階段，當(dāng)該階段時(shí)間到時(shí)進(jìn)入峰值電流階段，如此不斷循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)輸出脈沖電流和電壓的控制。在各階段開始時(shí)通過算法計(jì)算各階段時(shí)間，采用統(tǒng)一定時(shí)器對各階段進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在各階段按給定值進(jìn)行輸出電流的恒流控制。在脈沖循環(huán)過程中，不斷檢查焊接停止信號，一旦接到停焊指令，程序進(jìn)入收弧控制階段，最后停止焊接并循環(huán)等待新的焊槍開關(guān)信號。
【權(quán)利要求】
1.一種基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，其特征是:包括逆變主電路和控制電路；所述逆變主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊；輸入整流濾波模塊的輸入端與三相交流輸入電網(wǎng)相連、輸出整流濾波模塊的輸出端與電弧負(fù)載相連；所述控制電路包括STM32數(shù)字化控制模塊、電壓電流檢測模塊、故障保護(hù)模塊、人機(jī)界面模塊以及高頻驅(qū)動模塊；電壓電流檢測模塊輸入電弧負(fù)載、輸出至STM32數(shù)字化控制模塊，故障保護(hù)模塊輸入三相交流、輸出至STM32數(shù)字化控制模塊，STM32數(shù)字化控制模塊除與人機(jī)界面模塊互聯(lián)通訊外還經(jīng)高頻驅(qū)動模塊連接至高頻逆變模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，其特征是:所述的STM32數(shù)字化控制模塊采用控制芯片STM32F103ZET6，其根據(jù)電壓電流檢測模塊檢測電弧負(fù)載的反饋電壓電流參數(shù)與人機(jī)界面模塊給定電壓電流參數(shù)進(jìn)行PI運(yùn)算，發(fā)給STM32內(nèi)嵌的移相脈寬調(diào)制模塊控制信號，移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路移相PWM信號，通過高頻驅(qū)動模塊放大控制高頻逆變模塊的開關(guān)管IGBT在零電壓下開通和關(guān)斷，進(jìn)行脈沖MIG焊電源輸出脈沖電流和電壓的控制；所述的人機(jī)界面模塊采用數(shù)字脈沖編碼器實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的精確給定，人機(jī)界面模塊實(shí)時(shí)顯示焊接參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，其特征是:所述故障保護(hù)模塊包括相互連接的過壓檢測電路、欠壓檢測電路、過流檢測電路和過溫檢測電路、與門電路和外圍電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)，其特征是:所述PWM驅(qū)動信號是通過高頻驅(qū)動模塊來增強(qiáng)驅(qū)動能力。
5.一種用于基于STM32的脈沖MIG焊電源系統(tǒng)的逆變主電路，其特征是:包括輸入整流橋(BR1)，第一至第四IGBT開關(guān)管(VTl~VT4)，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容(C9~C12)，第一和第三開關(guān)管(VTl和VT3)、第二和第四開關(guān)管(VT2和VT4)分別依次連接后再并聯(lián)；另有第一·電容和第三電容(Cl和C3)、第二電容和第四電容(C2和C4)分別并聯(lián)后再串聯(lián)；輸入整流橋(BRl)的正向輸出經(jīng)電感(LI)后加在第一電容(Cl)正極和第三電容(C3)的一端、反向輸出至第二電容(C2)負(fù)極和第四電容(C4)的一端；第一開關(guān)管和第三開關(guān)管(VTl和VT3)之間的輸出或輸入經(jīng)并聯(lián)的第五電容隔直電容(C5)、第六電容隔直電容(C6)后再經(jīng)第二電感諧振電感(L2)最后至高頻隔離變壓器(Tl) 一輸入端，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管(VT2和VT4)之間的輸出或輸入至高頻隔離變壓器(Tl)的另一輸入端，第一和第三開關(guān)管(VTl和VT3)組成的橋臂為超前橋臂，第二和第四開關(guān)管(VT2和VT4)組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)IGBT開關(guān)管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位； 輸出整流濾波電路:第五二極管和第六二極管(V5和V6)、第七二極管和第八二極管(V7和V8)分別并聯(lián)，并聯(lián)的第五二極管和第六二極管(V5和V6)的正極接高頻隔離變壓器(Tl)的一輸出端、并聯(lián)的第七二極管和第八二極管(V7和V8)的正極接高頻隔離變壓器(Tl)的另一輸出端，并聯(lián)的第五二極管和第六二極管(V5和V6)上還并聯(lián)有第一吸收電阻和第七電容(C7)，第一吸收電阻為并聯(lián)的第五電阻和第六電阻(R5和R6);同樣，并聯(lián)的第七二極管和第八二極管(V7和V8)上還并聯(lián)有第二吸收電阻和第八電容(CS)，第二吸收電阻為并聯(lián)的第七電阻和第八電阻(R7和R8);第五二極管至第八二極管(V5~V8)的負(fù)極經(jīng)第三電感(L3)后為輸出的一端、 輸出的另一端為高頻隔離變壓器(Tl)的中間抽頭。
【文檔編號】B23K9/10GK103586564SQ201310516396
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】董重里, 吳開源, 李順華, 李華佳, 胡平 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 華南理工大學(xué)