软开关CO₂波控逆变电源控制方法

专利名称：软开关CO₂波控逆变电源控制方法
技术领域：
本发明涉及电源控制方法技术领域，特别涉及逆变电源控制方法技术领域，具体是指一 种软开关co2波控逆变电源控制方法。
背景技术：
目前，逆变弧焊电源多采用硬开关电路，但因其开关损耗大，降低了电路效率，因而实 现软开关电路成为发展趋势。软开关可使功率器件在零电压或零电流下自然开通或关断，从
本质上克服了硬开关电路的缺点，较大程度地解决了功率器件的dw/d,和dZ/ck,减少了电磁干 扰(EMI)和射频干扰(RFI)，降低了输出纹波，提高了功率密度，增强了系统的可靠性和 动态特性。逆变C02软开关弧焊电源的主电路常采用单端、半桥或全桥结构，为了得到较大 的输出功率，往往采用全桥逆变电路，通过增加隔直电容和饱和电抗器等方法，在无需采用 辅助开关的情况下，使变换器的超前桥臂处于零电压开关状态，滞后桥臂处于零电流开通和 关断状态，使得功率器件有较宽的软开关工作范围。考虑到现有磁性材料的性能，为了避免 过高频率造成过大的铜损和铁损，开关频率仍^^20 kHz。 C02焊焊缝成形差以及飞溅大的缺 点阻碍了其在实际中的应用，要改善其焊接性能必须对焊接熔滴过渡过程进行良好的控制。 C02焊的短路过渡是一个时变的、非线性并有很强干扰的过程，要对焊接电压、焊接电流进 行检测和控制，就要求控制系统反应速度快、可靠性好、功能强。

发明内容
本发明的目的在于提供一种软开关co2波控逆变电源控制方法，该控制方法采用单片机
进行波形控制，反应速度快、可靠性好、功能强，从而减少了焊接飞溅，保证焊缝成形美观。
为了达到上述的目的，本发明提供一种软开关C02波控逆变电源控制方法，其特点是，
包括步骤
1) 通过饱和电感拓宽移相全桥软开关单元的滞后桥臂的软开关范围；
2) 通过移相控制单元控制所述移相全桥软开关单元；
3) 通过单片机系统控制所述移相控制单元。
较佳地，所述单片机系统通过其中的单片机控制所述移相控制单元。更佳地，所述单片4几采用80C320。
较佳地，所述移相控制单元通过其中的脉宽调制信号产生模块接收所述单片机系统的控 制信号。
较佳地，所述移相控制单元采用移相控制芯片UCC3879。
本发明的方法采用饱和电感拓宽移相全桥软开关单元的滞后桥臂的软开关范围，通过移 相控制单元控制所述移相全桥软开关单元，通过单片机系统控制所述移相控制单元，在功率 开关器件开关过程中实现谐振换相，保证较低的开关损耗，而在开关管开通之后，采用PWM 调制的方法提供方波电压和电流，控制系统采用单片机系统控制移相控制单元进行波形控 制，反应速度快、可靠性好、功能强，焊缝成形美观，减少了飞賊。


图1是本发明的工作原理示意图。
具体实施例方式
以下将对本发明的软开关co2波控逆变电源控制方法作进一步详细描述。
请参阅图l所示，用于本发明的软开关C02波控逆变电源，包括单片机系统、移相控制
单元和移相全桥软开关单元，所述单片机系统通过所述移相控制单元电连接所述移相全桥软 开关单元。
较佳地，所述单片机系统包括与所述移相控制单元电连接的单片机、程序存储器、数据 存储器、数模转换单元和模数转换单元，所述单片机分别电连接所述程序存储器和所述数据 存储器，所述程序存储器电连接所述模数转换单元，所述数据存储器电连接所述数模转换单元。
较佳地，所述单片机采用80C320,所述程序存储器采用存储器27256,所迷数据存储器 采用存储器6264,所述模数转换单元采用MAX118,所述数模转换单元釆用TLC7528。
较佳地，所述移相控制单元包括脉宽调制信号产生模块、移相指令形成模块和辅助模块， 所述移相指令形成模块分别电连接所述脉宽调制信号产生模块和所述辅助模块，所述脉宽调 制信号产生模块电连接所述单片机系统。
较佳地，所述移相控制单元采用移相控制芯片UCC3879。
较佳地，所述移相全桥软开关单元包括变压器和饱和电感，所述变压器一次侧串联所述 饱和电感。饱和电感的开关作用大大拓宽了滞后桥臂的软开关范围。所述移相全桥软开关单元实现了谐振软开关和PWM两种电路拓朴完美结合在功率开关器件开关过程中实现谐振 换相，保证较低的开关损耗。而在开关管开通之后，采用PWM调制的方法提供方波电压和 电流。
波控C02高速焊的控制软件主要对焊接过程进行实时控制，要求控制系统的反应速度快， 因此在软件编制基本采用中断方式进行。程序通过对C02焊的短路过渡过程的检测，通过电 弧电压来判断过渡过程所处的阶段，然后分别调用燃弧、短路控制程序，正常焊接时通过 INT1、 INT2中断来进行燃孤、短路过程的控制。
超前桥臂开关管空载状态下实测电压波形和驱动波形显示超前桥臂在空载情况下可以实 现零电压开通和关断。
滞后桥臂功率开关管在空载条件下的软开关波形显示移相控制全桥软开关逆变器滞后桥 臂的软开关范围比较窄，在轻载的情况下(约10%)很容易失去软开关状态，在空载情况下， 只有漏感能量参与滞后桥臂的换相过程，开关状况最为恶劣。
采用本发明的励磁电感和饱和电感的新型软开关逆变器，滞后桥臂的换相能量除了漏感 储能之外，还有励磁电感能量，合理设置励磁电感和励磁电流值，便可以保证滞后桥臂在换 相过程中获得足够的能量，将并联谐振电容的能量抽走。
以如下的焊接条件进行焊接电压给定23V,送丝速度8m/min,空载电压70V,焊炬 高度12mm,焊丝直径0.8mm，行走速度1.2 m/min,板材厚度3mm,焊接飞溅减少，焊缝 成形美观。
综上，本发明的脉冲变极性弧焊逆变电源全数字化控制方法所需硬件少，稳定可靠，实 现了脉冲变极性弧焊逆变电源的输出特性控制和交直流复合脉冲电流波形控制。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种 修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限 制性的。
权利要求
1. 一种软开关CO2波控逆变电源控制方法，其特征在于，包括步骤1)通过饱和电感拓宽移相全桥软开关单元的滞后桥臂的软开关范围；2)通过移相控制单元控制所述移相全桥软开关单元；3)通过单片机系统控制所述移相控制单元。
2. 如权利要求1所述的软开关C02波控逆变电源控制方法，其特征在于，所述单片机系统 通过其中的单片机控制所述移相控制单元。
3. 如权利要求2所述的软开关C02波控逆变电源控制方法，其特征在于，所述单片机采用 80C320。
4. 如权利要求1所述的软开关C02波控逆变电源控制方法，其特征在于，所述移相控制单 元通过其中的脉宽调制信号产生模块接收所述单片机系统的控制信号。
5. 如权利要求1所述的软开关C02波控逆变电源控制方法，其特征在于，所述移相控制单 元采用移相控制芯片UCC3879。
全文摘要
本发明涉及一种软开关CO₂波控逆变电源控制方法，包括步骤1)通过饱和电感拓宽移相全桥软开关单元的滞后桥臂的软开关范围；2)通过移相控制单元控制移相全桥软开关单元；3)通过单片机系统控制移相控制单元，较佳地，单片机系统通过其中的单片机控制移相控制单元，单片机采用80C320，移相控制单元通过其中的脉宽调制信号产生模块接收单片机系统的控制信号，移相控制单元采用移相控制芯片UCC3879，本发明采用单片机进行波形控制，反应速度快、可靠性好、功能强，从而减少了焊接飞溅，保证焊缝成形美观。
文档编号B23K9/10GK101474706SQ20081020763
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者李书进 申请人:上海气焊机厂有限公司