逆变技术在焊接电源中的应用使得焊接设备在小型化、高效化方面有了飞越性发展。然而传统的模拟控制方式存在着种种弊端限制了弧焊逆变电源的进一步发展。本文首先介绍了焊接电源“数字化”的概念,分析了MCU,MPU,DSP作为控制器的优劣,然后结合当前数字化焊接电源的国内外发展形势,针对数字信号处理技术的特点,阐明了进行本课题研究的必要性。 本论文简要介绍了数字信号处理器(DSP—Digital Signal Processing)的发展历史,较为详细地解释了TMS320F240型DSP控制器的内部结构、基本工作原理和程序控制方法。说明了选择此型号DSP作为控制器的原因。在选定了控制器后,列出了整个焊接电源的设计思路、方案和目标。 焊接电源的主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构,由输入整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流电路和输出直流电抗器组成。文中简略介绍了主电路的设计要点及元件的选型和参数的计算。并结合计算说明了恒流及脉冲波形的输出原理。 控制电路以16位数字信号处理器TMS320F240为核心,在DSP最小系统、参数预置与显示模块、电压电流采样调理模块、保护模块等主要模块的作用下对整个焊接电源进行了实时的闭环控制与焊接过程的实时监控。控制电路采用脉宽调制方式(PWM)进行输出控制,即:控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。由于TMS320F240难以直接产生两路相位相差180°的带死区的脉冲波形,因此设计了专门的“分频电路”。DSP输出的控制脉冲经过“分频电路”分成两路后,再经IGBT专用驱动模块M57959L进行功率放大后,触发IGBT。DSP对输出电流和电弧电压进行实时采样,采用离散的PI控制算法计算后,输出相应的控制量来实时调节IGBT驱动脉冲的脉宽,进而调制输出电流,达到控制焊机输出的目的。 本文设计的数字化显示电路,采用数字面板表进行显示。在参数预置时显示的是预置的参数的值,在焊接过程中,同样的面板表显示的又是焊接过程的过程参数:电压与电流。为了实现这两种显示的切换,设计了专门的切换电路,并且对程序中的算法做了相应的处理,以满足显示的值与DSP内部处理的值一样的目的。 针对焊接过程中可能出现的典型故障:过流、过热、过/欠压等,设计了相应的保护电路。另外,设计了开关型送丝系统。 在焊机的主电路和控制电路部分都进行了可靠性和抗干扰设计。系统软件采用汇编语言,以模块化方法设计。文中详细说明了模块化程序设计的方法,介绍了主程序、中断服务程序以及子程序的功能和结构。 DSP的开发所需要的仿真环境是开发DSP系统所必需的,文中详细介绍了DSP的开发环境CC‘C2000的安装、设置与使用。 通过试验,对该电源的实现方案、组成部分进行了分析,得到了初步的试验结果,给出了在试验过程中记录的相关数据与波形;对试验过程中出现的问题进行研究分析,提出了解决方法。试验结果表明:该焊机主电路响应速度快,硬件电路简单可靠,系统软件高效、移植性好,抗干扰能力强,基本达到了最初设计的构想和要求。 最后,针对本焊机的后续研究工作提出了进一步完善的建议,为数字化焊机今后的深入研究奠定了良好的基础。