专利名称：基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种弧焊逆变控制技术，尤其涉及一种基于晶间管模块的弧焊逆变控 制系统及其方法。
背景技术：
弧焊逆变器由逆变主电路及其控制系统组成。近年来逆变技术日趋成熟，而其控 制系统还是以单片机控制为主。数字化已成为电子信息技术的发展趋势与潮流，在这种趋 势与潮流的推动下，数字信号处理的理论与实现手段获得了前所未有的发展，成为当今发 展最快的学科之一。而晶闸管模块作为数字信号处理的主要方法和手段，自20世纪70年 代末80年代初诞生以来，无论在性能上还是价格上都取得了突破性的发展，对传统单片机 控制系统构成严峻挑战。随着弧焊逆变器更为复杂的应用和性能要求的提高，单片机运算 速度慢、抗干扰能力差、编程灵活性差的缺点越发明显，成为制约弧焊逆变器发展的瓶颈。同时，在晶闸管模块中，日本产的焊机专用整流模块以其优越的性能价格比在国 内外市场上占有重要地位，该公司新推出的控制用晶闸管模块TMS320LF2407A，把一个高 性能的晶闸管模块内核和微处理器的片内外围设备集成为一个芯片，成为传统的微控制器 (MCU)和昂贵的控制多片设计的一种廉价的替代产品，堪称业界最具竞争能力的数字化控 制器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、保护功能齐全的基于晶闸管模块的弧焊逆 变控制系统及其方法。为了达到上述的目的，本发明的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统及其方法如 下该基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其主要特点是，所述的控制系统包括整 流逆变滤波功能模块、IGBT栅极驱动模块、晶间管处理模块、输入输出模块、传感放大模块、 过载信号侦测模块，所述的晶间管处理模块分别与所述的输入输出模块、传感放大模块、过 载信号侦测模块相连接，且该晶间管处理模块还通过所述的IGBT栅极驱动模块与所述的 整流逆变滤波功能模块相连接。该基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统中的整流逆变滤波功能模块包括整流滤 波单元、逆变器功能单元、输出滤波功能单元，所述的整流滤波单元依次通过逆变器功能单 元、输出滤波功能单元与所述的传感放大模块相连接，且所述的逆变器功能单元与所述的 IGBT栅极驱动模块相连接。该基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统中的输入输出模块包括上位机单元、键盘 装置和显示装置，所述的键盘装置和显示装置分别通过上位机单元与所述的晶间管处理模 块相连接。该基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统中的过载信号侦测模块为过电压、欠电
3压、过电流、过热侦测模块。该基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统中的晶闸管处理模块为TMS320LF2407A
-H-- I I心片。该利用上述的系统实现弧焊逆变控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以 下步骤(1)系统进行初始化操作；(2)系统关闭总中断；(3)系统关闭看门狗；(4)系统进行寄存器设置；(5)系统初始化晶闸管处理模块中的数模转换单元；(6)系统进行全比较寄存器设置；(7)系统进行死区控制寄存器设置；(8)系统进行I/O引脚配置；(9)系统设置定时器，允许下溢和周期中断、下溢中断；(10)系统设置 EVAIMRA ；(11)系统设置IMR，并允许INT1和INT2中断；(12)系统清除所有中断标志；(13)系统开放总中断；(14)系统进入循环等待状态。综上所述，本发明的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统及其方法把晶闸管模块 技术应用于弧焊逆变器系统的控制，可以提供更加稳定、精确、灵活的性能，控制也更加柔 性化，智能化、硬件设计简单、软件设计灵活多样，所需外围电路很少，从而为弧焊逆变器的 控制提供了更广阔的发展空间，具有广泛的应用前景。
本发明的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统及其方法由以下的实施例及附图
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圣口田O图1是本发明的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统的硬件功能原理示意图。图2是本发明的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制方法的整体流程图。
具体实施例方式以下将对本发明的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统及其方法作进一步的详 细描述。请参见图1所示，该基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其中，所述的控制系统 包括整流逆变滤波功能模块、IGBT栅极驱动模块、晶间管处理模块、输入输出模块、传感放 大模块、过载信号侦测模块，所述的晶间管处理模块分别与所述的输入输出模块、传感放大 模块、过载信号侦测模块相连接，且该晶间管处理模块还通过所述的IGBT栅极驱动模块与 所述的整流逆变滤波功能模块相连接。其中，所述的整流逆变滤波功能模块包括整流滤波单元、逆变器功能单元、输出滤波功能单元，所述的整流滤波单元依此通过逆变器功能单元、输出滤波功能单元与所属的传感放大模块相连接，且所述的逆变器功能单元与所述的IGBT栅极驱动模块相连接；所述 的输入输出模块包括上位机单元、键盘装置和显示装置，所述的键盘装置和显示装置分别 通过上位机单元与所述的晶间管处理模块相连接；所述的过载信号侦测模块为过电压、欠 电压、过电流、过热侦测模块；所述的晶闸管处理模块为TMS320LF2407A芯片。再请参见图2所示，该利用上述的系统实现弧焊逆变控制的方法，其主要特点是， 所述的方法包括以下步骤(1)系统进行初始化操作；(2)系统关闭总中断；(3)系统关闭看门狗；(4)系统进行寄存器设置；(5)系统初始化晶闸管处理模块中的数模转换单元；(6)系统进行全比较寄存器设置；(7)系统进行死区控制寄存器设置；(8)系统进行I/O引脚配置；(9)系统设置定时器，允许下溢和周期中断、下溢中断；(10)系统设置 EVAIMRA ；(11)系统设置IMR，并允许INTl和INT2中断；(12)系统清除所有中断标志；(13)系统开放总中断；(14)系统进入循环等待状态。在实际使用当中，TMS320LF2407A是一种特殊用途的微处理器，其结构和指令集 特别适合于执行“信号处理”类算法，丰富的片内外围设备又使其适于控制应用。根据 TMS320LF2407A体系结构，晶闸管模块的结构特点特别有利于在控制系统中应用，主要表现 为(1)改进的哈拂结构。具有分离的程序和数据总线，这种多总线结构允许同时取指 令和操作数，使得指令和数据能并行移动和同步执行，加快了执行速度。(2)流水线操作。流水线操作使取指、译码、取操作数和执行等操作可重叠执行。 流水线操作决定了晶闸管模块的指令基本上都是单周期指令。(3)采用硬件乘法器。晶间管模块的硬件乘法器使得乘法运算可以在1个指令周 期内完成，而单片机的乘法指令实际上是由加法和移位以软件方式来实现，因此，实现乘法 运算就比较慢。(4)快速的指令周期。晶闸管模块的工作时钟频率很高，TMS320LF2407A的时钟频 率达到40MHz，即指令周期为25ns，运算能力为40MIPS(每秒百万条指令)。(5)特殊的晶闸管模块指令。晶闸管模块的一个重要特征就是有1套专门为数字 信号处理而设计的指令系统。晶闸管模块的指令集简化了数字信号处理过程。(6)优化的事件管理模块和外围电路。在TMS320LF2407A芯片中集成了 A/D转换、 大容量存储器、定时器、比较单元、捕获单元、PWM波形发生器、数字I/O 口、SPI，SCI，CAN等， 其中4个通用定时器和12个比较单元的结合能产生多达16路的PWM输出，足以满足IGBT主电路的驱动。此外，TMS320LF2407A具有快速的中断处理能力、数据指针的逆序寻址功能、硬件 寻址控制以及多种节电模式等特有的性能，这些特性将有利于TMS320LF2407A在弧焊逆变 器控制中的应用。同时，对于电压、电流反馈运算，输出电压、电流经采样、变换后送入ADCl和ADC2 通道，用定时器1下溢中断和周期中断完成反馈电压、电流的采样和反馈电流的运算，用定 时器2下溢中断完成反馈电压的运算，2个定时器都工作在连续增/减计数模式。对于该控制系统的实现方法，主要包括主程序和中断服务子程序设计，程序采用 模块化编程，具有很强的移植性。主程序的任务主要是系统初始化，初始化模块主要完成系统时钟、看门狗、I/O端 口、系统中断、事件管理模块的各个控制寄存器及其中断等的设置，以及软件中各变量的初 始化和辅助寄存器的设置等功能。中断服务子程序的设计中，中断服务程序主要包括电压、电流的反馈运算、PWM波 形的生成、功率驭动保护的实现等。中断服务子程序设计中，中断标志位的处理是一个极为 重要的问题。由于TMS320LF2407A采用了多个中断源共享晶闸管模块内核中同一中断优 先级，因而对每一个中断源发出的中断请求都有2个中断标志进行标识。中断标志寄存器 (IFR)中包含了 INTI INT6中断级中已发送至CPU的可屏蔽中断请求的标志位，共享某个 中断级的每个中断源在相应的控制寄存器中都有自己的中断标志位。当进入通用中断服务 程序时，仅有IFR位被自动清除，相应控制寄存器中的标志位不会被自动清除，这时必须在 特定的中断服务子程序中用软件加以清除(通常都是向该位写1以清除此标志)。如果不 清除此标志，当共享内核同一中断级的某个中断源(记为中断源A)发出中断请求，程序响 应此中断请求进入通用中断服务程序时，如果中断源A的优先级低于标志位未被清除的中 断源，程序会根据标志位进入错误的中断服务子程序，所以在中断返回前必须对相应控制 寄存器中的标志位加以清除。由于TMS320LF2407A采用了多个中断源共享内核同一中断级这种中断方式，不仅 提供了更多的中断源，而且使得用户能方便地处理各种中断源的中断请求(如定时器下 溢、串口接收、外部引脚跳变等)，编写出适合自己需要的控制程序。综上所述，上述的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统及其方法把晶闸管模块技 术应用于弧焊逆变器系统的控制，可以提供更加稳定、精确、灵活的性能，控制也更加柔性 化，智能化、硬件设计简单、软件设计灵活多样，所需外围电路很少，从而为弧焊逆变器的控 制提供了更广阔的发展空间，具有广泛的应用前景。
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
一种基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括整流逆变滤波功能模块、IGBT栅极驱动模块、晶闸管处理模块、输入输出模块、传感放大模块、过载信号侦测模块，所述的晶闸管处理模块分别与所述的输入输出模块、传感放大模块、过载信号侦测模块相连接，且该晶闸管处理模块还通过所述的IGBT栅极驱动模块与所述的整流逆变滤波功能模块相连接。
2.根据权利要求1所述的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其特征在于，所述的 整流逆变滤波功能模块包括整流滤波单元、逆变器功能单元、输出滤波功能单元，所述的整 流滤波单元依次通过逆变器功能单元、输出滤波功能单元与所述的传感放大模块相连接， 且所述的逆变器功能单元与所述的IGBT栅极驱动模块相连接。
3.根据权利要求1所述的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其特征在于，所述的 输入输出模块包括上位机单元、键盘装置和显示装置，所述的键盘装置和显示装置分别通 过上位机单元与所述的晶间管处理模块相连接。
4.根据权利要求1所述的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其特征在于，所述的 过载信号侦测模块为过电压、欠电压、过电流、过热侦测模块。
5.根据权利要求1所述的基于晶闸管模块的弧焊逆变控制系统，其特征在于，所述的 晶闸管处理模块为TMS320LF2407A芯片。
6.一种利用权利要求1所述的系统实现弧焊逆变控制的方法，其特征在于，所述的方 法包括以下步骤(1)系统进行初始化操作；(2)系统关闭总中断；(3)系统关闭看门狗；(4)系统进行寄存器设置；(5)系统初始化晶闸管处理模块中的数模转换单元；(6)系统进行全比较寄存器设置；(7)系统进行死区控制寄存器设置；(8)系统进行I/O引脚配置；(9)系统设置定时器，允许下溢和周期中断、下溢中断；(10)系统设置EVAIMRA；(11)系统设置IMR，并允许INT1和INT2中断；(12)系统清除所有中断标志；(13)系统开放总中断；(14)系统进入循环等待状态。
全文摘要
本发明公开了一种基于晶闸管模块的弧焊逆变控制方法，系统包括整流逆变滤波功能模块、IGBT栅极驱动模块、晶闸管处理模块、输入输出模块、传感放大模块、过载信号侦测模块。方法包括关闭总中断和看门狗、设置寄存器、初始化晶闸管处理模块中的数模转换单元、设置全比较寄存器和死区控制寄存器、配置I/O引脚、设置定时器允许下溢和周期中断下溢中断、设置EVAIMRA和IMR并允许INT1和INT2中断、清除中断标志、开放总中断、进入循环等待状态。本发明把晶闸管模块技术应用于弧焊逆变器系统的控制，可以提供更加稳定、精确、灵活的性能，控制柔性化、智能化，硬件设计简单，软件设计灵活多样，所需外围电路很少，具有广泛的应用前景。
文档编号B23K9/10GK101856767SQ20091004894
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者潘岳棠 申请人:上海沪工电焊机制造有限公司