专利名称：一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电焊设备技术领域，特别涉及适合于高速弧焊加工的多功能焊 接电源，具体是指一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统。
背景技术：
随着工业的发展，也迫切的需要焊接生产工艺能够提高效率，对于传统的单丝 焊系统，提高生产效率主要还是通过增大线能量的方式，但是单丝焊一味的增大工作电 流会带来很多问题。国内外对高效化焊接的研究方向多集中在双丝焊接工艺方法的领 域。而对于双丝焊的研究，国内外都是从埋弧焊开始的，近几年对熔化极气体保护双弧 焊研究的相对比较多。主要的工艺形式有两种一种是Twin arc(同步双弧)，另一种 是Tandem (独立双弧)。TANDEM双丝焊技术是其中应用最多、也最成熟的一种焊接方 法。该技术将两根焊丝按一定的角度放在一个特别设计的焊枪中，两根焊丝由各自的电 源独立供电，相互绝缘，除送丝速度可以不同外，其它所有的参数都彼此独立，两根焊 丝的直径、材质甚至用或不用脉冲，都可以不一样，这样可以最佳地控制电弧，在保证 电弧稳定燃烧的前提下，将两个电弧的相互干扰降到最低。Twin Arc采用两个完全相同 的脉冲焊接电源，两套送丝机构，一个能够容纳两根焊丝的导电嘴(两根焊丝不是相互 绝缘的)，一个熔池。焊接时，两个电源输出脉冲频率相同，双丝通过的电流也相同，即 两根丝以相同的速度熔化到熔池中。TwinArc的优点是利用电弧自身调节，两个电源之间 无需协调器，系统相对简单；但它的缺点也很明显，电弧的可控性差，焊丝间的相互影 响力较大，很难精确控制两根焊丝的熔化及熔滴过渡。但是无论哪种方法，在焊接稳定 性和焊缝质量方法都存在问题，飞溅也较大；其次研究重点还在于埋弧焊，只能实现单 一功能的双丝焊接，无法应用于多种工艺条件下。我国目前大多数逆变焊接电源的IGBT仍处于硬开通、硬关断状态，这是一个极 大的安全隐患。只有把软开关技术成功地应用于逆变型焊接电源中，焊接设备的可靠性 才有保证。其次，采用软开关高频逆变技术，不仅可以有效改善功率器件工作环境、提 高系统可靠性，还可以有效降低逆变焊机电磁干扰，提高逆变焊机的电磁兼容性。数字化焊机是高效焊接和焊接自动化焊接的基础。数字化焊接电源作为数字信 号处理技术与弧焊工艺结合的产物，引起了业内人士的广泛关注。与模拟控制系统相 比，数字化焊机具有以下显著特点①拓宽功能。电源外特性由软件灵活控制，容易实现一机多用，对于自动焊 机，可以增加焊接参数预置、记忆与再现等功能。利用精确的数字控制，采用电子电抗 器和波形控制等技术能实现高效气体保护焊，包括高速焊接和高熔敷率焊接。②适应性强。利用计算机的存储功能和高速、高精度数字信号处理技术，可以 使焊机向多功能化和智能化发展，便于在焊机中引入自适应控制、模糊控制、神经网络 控制等现代控制方法，进行焊接参数的优化、焊接质量的控制等。③操作性好。利用单片机及专用数字信号处理器的高速计算能力和丰富的外部接口与通讯能力，在引入模糊控制等智能控制技术的基础上可以实现简单的焊接参数一 元化调整，实现逆变焊机的“傻瓜式”操作。④易于开发。许多任务既能通过硬件、也能通过软件完成，可以用一台电源为 基础，通过配合不同的控制箱，利用积木方式构成不同类型的焊机。焊接电源的开发周 期短、成本也低。⑤便于升级。同一类型的焊机，功能的改进可以只通过软件设计来实现，对现 今技术更新特别快的时代，可以大大提高焊机的使用寿命和使用范围。在为焊接专机配 套时，可以灵活改变焊机的性能，便于实现专机专配。数字化焊接电源控制系统的研制开发将为自主知识产权的高档焊机生产奠定基 础。同时，由于采用了数字化控制技术，焊接电源已不再是单纯的焊接能量提供源，还 应具有数字操作系统平台、多特性适应调整、送丝驱动外设及接口、焊接参数动态自适 应调整、过程稳定质量原评定、保护及自诊断提示以及远程网络监控、生产质量管理等 功能，焊接电源的概念实际上已拓宽为焊接电源系统。而DSP以其稳定性、可重复性、 实时数字信号处理、柔性化编程、大规模集成等特点成为焊接电源控制和数字信号处理 的最佳器件。以DSP为核心的数字化焊接电源具有以下特点(1)相对普通模拟电路控制的焊接电源，DSP实现的数字化焊接电源具有多功 能、界面漂亮美观、可升级等诸多优点。特别是数字化焊接电源可以在不改动任何硬件 的条件下实现和改进许多现有的性能，实现软升级，降低成本；(2)DSP控制的数字化焊接电源响应速度快，控制精度高，能同时控制多个参数 的输入输出，一致性好，稳定可靠；(3)可与其它数字化焊机协同工作，接口简单，同时还可以通过PC对专家数据 库进行升级，对其运行状态进行监控和管理，方便实现自动焊；(4)能够满足高难度，特殊的焊接场合，如超薄板的焊接等。数字化是焊接电源发展的必然趋势，而多功能也是顺应市场需要的一个产物。 随着各种特殊焊接工艺的出现和焊接场合的不断复杂，传统的单一功能的焊接电源已经 不能满足人们的需要，人们迫切希望有一台能够同时实现多种焊接方式，并且焊接性能 优异的“全能”焊接电源。关于利用DSP作为控制核心，全数字化的并集成埋弧焊、 CO2气体保护焊、脉冲MIG焊等焊接方式的双丝多功能软开关焊接电源目前市面还是一 片空白。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对相关技术的发展趋势，为扩大焊接电源使用范围并 提高焊接效率，提供一种适用于多种工艺条件下使用的，具有系统稳定性好、焊接效率 高、调试方便、具有良好操作界面、使用简单的多功能双丝数字化软开关焊接电源系 统。本实用新型专利包括一种由绝缘栅双极性晶体管(IGBT)作为开关元件的移相 软开关全桥逆变主电路，DSP控制电路和人机交互系统构成的一体化多功能数字化双丝 软开关逆变焊接电源系统。一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，包括由绝 缘栅双极性晶体管IGBT作为开关元件的移相软开关全桥逆变主电路，DSP控制电路和人机交互系统，其中，所述的移相软开关全桥逆变主电路包括依次连接的整流滤波模块、 高频逆变模块、功率变压模块、整流平滑模块，其中DSP控制电路包括过压欠压保护检 测模块、DSP控制器、电流电压采样检测与反馈模块、高频驱动模块、过流检测模块和 温度检测模块，同时，DSP控制器中设有一个DSP软件控制模块，进一步，所述的电源 系统具体由一个DSP控制电路分别控制两路移相软开关全桥逆变主电路，DSP控制电路 与两路主电路安装在同一个焊接电源中，采用一体机结构。所述主电路由依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块、整流 平滑模块组成。所述的整流滤波模块的输入与三相交流电相连，整流滤波模块的输出连 接高频逆变模块，高频逆变模块的输出连接功率变压模块，功率变压模块的输出连接整 流平滑模块，整流平滑模块的输出与负载相连。同时，所述的过流检测模块的传感器连 接在功率变压模块初级线圈上；电流传感器与负载连接获得电流采样信号，电压信号直 接从负载两端取得。所述的DSP控制电路主要由DSP控制器TI DSP 2808与外围电路构成。包括 过压欠压保护检测模块、DSP控制器、电流电压采样检测与反馈模块、高频驱动模块、 过流检测模块和温度检测模块。所述的DSP控制器分别与高频驱动模块、电流电压采样 检测与反馈模块、过压欠压保护检测模块、过流检测模块和温度检测模块相连接，同时 DSP控制器与人机交互系统相连接，电流电压采样检测与反馈模块与人机交互系统相连 接，所述的过流检测模块的另一端与功率变压模块的初级相连，所述的电流电压采样检 测与反馈模块的另一端与负载相连接，所述的过压欠压保护检测模块的另一端与三相交 流输入端相连接，所述的高频驱动模块与高频逆变模块相连接。温度检测模块的另一端 与散热器连接。同时，所述的DSP控制器中还设有一个DSP软件控制模块。DSP控制电路中DSP的的A/D接口与电流电压采样检测反馈模块连接，完成 采样的模拟信号转换为数字信号；片内PWM模块输出8路PWM信号与高频驱动模块 连接；GPIO分别与过流检测模块、过压欠压保护检测模块、温度检测模块连接。DSP TMS320F2808作为控制的核心，采样电流与给定信号在DSP内进行比较后运算，确定驱 动信号移向的的大小，输出4路移向脉宽调制信号，从而控制主电路的输出。DSP的I/ O端口与MAX3232相连接，用于与人机交互系统之间的通讯。所述的高频驱动模块包括4个由光耦与外围电路构成的高频驱动单元，其中每 个光耦都与DSP控制器相连接。所述高频驱动模块主要起到数模隔离以及功率放大作 用，一个模块中包括4个由光耦TLP250与外围电路构成的高频驱动单元。光耦输入 EPWM3A接到DSP控制器的PWM输出I/O 口，由DSP控制器输出的四路相位差可调、 死区时间可调的PWM信号，隔离和放大之后变成能够驱动IGBT功率器件的四路两两互 补的驱动信号。所述电流电压采样检测与反馈模块由霍尔元件检测输出电流，得到采样信号， 经过分压，滤波，限压到DSP控制器。电压采样检测与反馈电路直接与负载相连，对输 出端电压进行取样，信号经过滤波、运放、光藕隔离、分压和限压送给DSP控制器。此 外，调理出来的电流电压采样信号亦会送至人机交互系统，由其进行A/D转换并于人机 交互系统上显示实际焊接电流、电压的值。所述过流检测模块主要对功率变压模块的初级端的电流进行检测，由运放，光耦等元件构成。所述过压欠压保护检测模块主要起到在电网电压的波动时关断PWM信号输出的 作用，由运放，光耦等元件构成。所述的温度检测模块包括温度传感器、信号比较电路、过热光耦，温度检测模 块的一端与散热器相连接，另一端与DSP控制电路的中断输入引脚相连。所述人机交互系统主要作用是用于实现数字化的参数给定输入以及数字化显示 工作过程中的各种参数，其以一块LM3S818作为控制核心，结合CPLD实现接收焊接开 关命令，处理键盘与编码器的操作，负责参数的选择与输入，并对电流电压采样检测与 反馈模块所产生的焊接状态参数进行采样处理，并利用RS232串行总线和GPIO脚与主控 芯片DSP通信。同时，该面板采用模块化的设计思想，具有良好的可移植性。所述的 人机交互系统以一块LM3S818作为控制核心，包括电源及通讯接口模块、数字编码器输 入模块、显示及按键模块、主控模块，其中主控模块包括ARM和CPLD。人机交互系统 具体由STM32F103R处理数字编码开关与键盘的操作，进行参数的选择与输入，接收来 自DSP控制电路的焊接状态命令，并对电流电压采样检测与反馈模块所产生的焊接状态 参数进行采样处理。所述的人机交互系统包括一 LCD屏，人机交互系统的LCD用于显 示相应操作与焊接状态。电源系统的DSP控制电路中包括一个对电源系统进行具体控制的DSP软件控制 模块，控制电源系统的具体流程为1)参数初始化后，向人机交互系统发送焊接开始信号，并接收获取焊接参数；2)开始引弧，引弧成功后进入正常焊接过程；3)判断所选择的焊接方式，根据不同方式的选择控制子程序； 4)若为脉冲MIG焊，进入脉冲MIG焊控制子程序，分别对主电路1和主电路2 的电弧参数进行瞬时能量控制。5)若为埋弧焊，则进入埋弧焊控制子程序，分别对主电路1和主电路2进行恒流 控制。6)若为MAG焊或CO2焊，则进入CO2焊控制子程序，分别对主电路1和主电 路2进行恒压控制。7)若焊枪松开，或焊接过程结束，则进入到收弧阶段，收弧结束，向人机交互 系统发送焊接结束信号，焊机进入等待焊接命令状态。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1)本实用新型实现了全数字化的双丝焊机控制，通过DSPTMS320F2808直接对 双丝的协同控制，使焊机具有更好的一致性、动态响应性能；2)本实用新型区别于现有技术的特点就是双丝在同一个主机中，利用同一个 DSP直接控制两台焊机，不再是传统的主从式双丝焊机结构，一方面节约体积，降低成 本，另外一方面减少通信所带来的问题；3)本实用新型采用移相软开关全桥逆变主电路，实现了全范围的软开关，大大 减少了功率管的开关损耗和电应力，在增效节能的同时，降低了电磁干扰，提高了逆变 焊机的电磁兼容性和可靠性；4)本实用新型专利对控制波形实现了瞬时能量控制，其次将前期研究成果-中值波形控制和熔滴过渡波形控制运用在脉冲波形控制过程中，可以使焊接过程的控制更 精确，从而实现稳定的焊接过程，提高焊接质量；5)本实用新型专利能提供双丝埋弧焊和双丝气保焊这两种不同的焊接工艺，其 中包括脉冲MIG焊，MAG焊，CO2焊等气体保护焊工艺，还能通过改变软件程序实现其 他的焊接工艺。
图1是本实用新型的一具体实施例的系统组成结构框图；图2是本实用新型的一具体实施例的软开关主电路的电路原理图；图3是本实用新型的一具体实施例的高频驱动模块的电路原理图；图4是本实用新型的一具体实施例的DSP控制系统结构框图；图5 (a)是本实用新型的一具体实施例的检测和保护环节电路原理图；图5 (b)是本实用新型的一具体实施例的检测和保护环节电路原理图；图5 (C)是本实用新型的一具体实施例的检测和保护环节电路原理图；图5 (d)是本实用新型的一具体实施例的检测和保护环节电路原理图；图6是本实用新型的一具体实施例的人机交互系统原理框图；图7是本实用新型的一具体实施例的工作过程控制软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细说明。但是本实用新型 的实施方法和要求保护的范围并不局限于此。如图1所示，为本实用新型的多功能数字化双丝软开关焊接电源，由主电路1和 主电路2，驱动与检测电路1和驱动与检测电路2，DSP控制器108，过压欠压保护检测 模块109，以及人机交互系统110构成。其中，主电路1和主电路2的结构组成是相同 的，驱动和检测电路1和驱动和检测电路2结构构成也是相同的。以主电路1为例，由 依次连接整流滤波模块101、高频逆变模块102、功率变压模块103、整流平滑模块104组 成。整流滤波模块101和三相交流输入电源相连接，整流平滑模块104与负载相连接。 此外，驱动与检测电路1由温度检测模块106、高频驱动模块105、过流检测模块111、电 流电压采样检测与反馈模块107组成。DSP控制器108分别与高频驱动模块105、电流 电压采样检测与反馈模块107、过压欠压保护检测模块109和过流检测模块111相连接， 电流电压采样检测与反馈模块107的另一端还与负载相连接，过压欠压保护检测模块109 的另一端还与三相交流输入端相连接，高频驱动模块105还与高频逆变模块102相连接， 过流检测模块111的另一端与功率变压模块103的初级相连。DSP控制器108还分别连 接有人机交互系统110、温度检测模块106。其中，温度检测模块106包括温度传感器、 过热光耦、外围电路，其一端与散热器上的温度传感器相连接，另一端与DSP控制器108 的中断输入引脚相。人机交互系统110包括给定信号、输出信号处理以及显示电路。同 时，所述的DSP控制器108中还设有一个DSP软件控制模块。如图2所示，以主电路1为例，三相交流输入电源连接整流模块101的整流桥， 然后连接滤波器件Lp C5_8，再连接高频逆变模块102的逆变桥VT1+ Cn_14、R5_8，其中，R5_8在实际电路中用零电阻线代替，Cn_14为外接的谐振电容。高频逆变模块102的 输出连接功率变压模块103的高频功率变压器Tl初级，变压器次级通过高频全波整流电 路01_4、滤波环节L2、C9_10> C15_16、YRh，R9后输出直流电，以上环节构成功率主电 路。高频逆变模块102包括TRl和TR2两个逆变桥臂(分别为超前桥臂和之后桥臂)， 每个桥臂包含了两个单元的IGBT。同时，过流检测模块111的传感器Hl连接在功率变 压模块103初级线圈上；电流电压采样检测与反馈模块107为传感器H2与负载连接获得 电流采样信号，电压信号直接从负载两端取得。另一主电路2与此相同。如图3、4所示，高频驱动模块105主要起到数模隔离以及功率放大作用，一个 模块中包括4个由光耦TLP250与外围电路构成的高频驱动单元。图3为其中一路驱动 的电路图，光耦输入EPWM3A接到DSP控制器108的PWM输出I/O 口，由DSP控制 器108输出的四路相位差可调、死区时间可调的PWM信号，通过高频驱动模块105的隔 离和放大之后变成能够驱动IGBT功率器件的四路两两互补的驱动信号，驱动单边主电路 中的超前和滞后逆变桥臂TRl、TR2的四个IGBT开关器件VT「VT4，由DSP控制器108 提供的PWM信号经过高频驱动模块105隔离放大之后，转变为正半波最高幅值+15V， 负半波最低幅值-15V的交流脉冲信号，可以满足大功率IGBT可靠开启和关断的需要。 通过控制超前臂和滞后臂的相位差异，也即控制PWM的移相角，逆变主回路中的外接 谐振电容、寄生电容和功率变压器的寄生电感、漏感等构成了一个LC谐振回路，在功率 开关器件开关过程中实现零电压谐振换流，开关损耗低，器件的电磁应力大幅度降低。如图4所示，DSP控制系统由DSP控制器108与外围检测电路、开关信号和驱动 电路组成。DSP的A/D接口与电流电压采样检测反馈模块连接，完成采样的模拟信号转 换为数字信号；片内PWM模块输出8路PWM信号与高频驱动模块105连接；GPIO分 别与变压器初级电流过流检测模块111、过压欠压保护检测模块109、温度检测模块106 连接。DSP TMS320F2808作为控制的核心，采样电流与给定信号在DSP内进行比较后 运算，确定驱动信号移向的的大小，输出4路移向脉宽调制信号，从而控制主电路的输 出。DSP的I/O端口 SCITXDB、SCIRXDB分别与MAX3232相连接。用于与人机交互 系统110之间的通讯。如图4、5(a)所示，电流电压采样检测与反馈模块107主要起到电流电压的采 样反馈作用，以实现闭环控制。电流采样检测与反馈电路中，在电源输出端采用了电 流霍尔传感器H2，P15与H2相连，当电流霍尔传感器采集端电流为100A时，传感器 输出电流为100mA。通过采用适当的电阻元件，使得当焊接电流从0-400A变化时， 反馈电路处理后的信号变化范围是0-4V。再经过分压，滤波，限压等调整后得到信号 CURRENT-FBK送给DSP，由DSP进行运算。电压采样检测与反馈电路中直接对输出 端电压进行取样，经过低通滤波去除信号中的高频信号，再经过运放、光藕隔离，调理 成0-5V的直流电压信号，最后再通过分压和限压得到信号VOLTAGE-FBK，送给DSP。 此外，调理出来的电流电压采样信号亦会送至人机交互系统的ADC端口，由其进行A/D 转换并于人机交互系统110上显示实际焊接电流、电压的值。如图4、5(b)所示，P7与传感器Hl连接，过流检测模块111主要对功率变压 模块103的初级端的电流进行检测。当初级电流超过一定值时，产生过流信号，光耦导 通，CURRENT-EXC电平被拉低，DSP不需要经过程序即将PWM信号切断，切断过程
8由DSP硬件完成。DSP的I/O 口 GPI012/TZ1电平被拉低同时也会触发一个中断，在中 断程序里，DSP可以进行进一步的处理和动作。如图4、5 (c)所示，P18与温度传 感器THl相连接。温度检测模块的温度传感 器安装在IGBT模块所在散热器上，用以检测IGBT发热是否超过规定量。温度传感器是 常闭开关，若触发则断开，产生过热信号，使过热光藕导通，CURRENT-EXC电平被拉 低，即DSP的I/O 口 GPI016/TZ5电平被拉低，此时DSP程序中可以根据此I/O判断是 否产生过热信号，并进行处理。如图4、5(d)所示，过压欠压保护检测模块109主要起到在电网电压的波动时 关断PWM信号输出的作用。三相电路经变压器降压、整流成直流信号VFB，所以VFB 正比例于电网电压。当VFB过高于设定值或低于设定值时，两个比较器比较结果做 相“与”运算，结果为低电平“0”，VOLTAGE-EXC电平被拉高，即DSP的I/O 口 GPI013/TZ2电平被拉高，DSP关断PWM信号输出，并进行故障处理。如图6所示，人机交互系统110主要作用是用于实现数字化的参数给定输入以及 数字化显示工作过程中的各种参数。STM32F103R处理数字编码开关与键盘的操作，进 行参数的选择与输入，接收来自DSP控制器108的焊接状态命令，并对电流电压采样检 测与反馈模块107所产生的焊接状态参数进行采样处理。LCD用于显示相应操作与焊接 状态。如图7所示为控制软件流程图，DSP软件控制模块先向人机交互系统110发送焊 接开始信号，并接收获取焊接参数，开始引弧，引弧成功后进入正常焊接过程，判断并 选择焊接方式。若为脉冲焊，DSP控制主电路1输出峰值电流，同时控制主电路2输出 基值电流，当主电路1输出峰值电流结束进入基值电流输出状态时，主电路2进入峰值电 流输出状态，如此循环反复，保证两电源脉冲输出相位相差180° ；若为埋弧焊，则DSP 对两个闭环分别进行恒流控制；若为CO2焊，则DSP对两个闭环分别进行恒压控制。焊 接结束时，同时进入收弧控制程序。收弧结束后，向人机交互系统110发送焊接结束信 号，控制系统回到等待下一次焊接的状态。应用本实用新型的多功能数字化双丝软开关焊接电源时，人机交互系统110选 择焊接方式并设定参数，三相工频交流电经过滤波模块101后变成平滑直流电后进入高 频逆变模块102，DSP控制器108根据电流电压采样检测与反馈模块107检测到负载的电 流、电压信号与给定的参数进行比较，经过DSP控制器108的PI运算，产生四路两两互 补的带死区的移相PWM信号，这四路PWM信号通过高频驱动模块105放大后控制高频 逆变模块102的开关管在零电压下的开通和关断，实现软开关，从而得到25KHz高频高 压电，高频高压电再经过功率变压模块103转换成大电流低电压的交流脉冲电流，再经 过整流平滑模块104得到更加平滑的直流脉冲电流。过流检测模块111、功率变压模块 103的初级电流，如出现过流情况，则DSP发出一个中断，关闭高频逆变模块102，保护 主电路安全工作。过压欠压保护检测模块109检测三相工频电压，如出现过压或者欠压 现象，则触发DSP中断，关闭高频逆变模块102。本实用新型实现了一体化。本实施例首次以高速的嵌入式数字信号处理器 DSPTMS320F2808为核心，充分利用DSP芯片在嵌入式控制方面的优越性能，采用模块 化、可移植的设计方法，通过软件编程实现电源输出特性控制、焊接控制波形、人机交互系统。采用两个主电路和控制电路集中在一个焊机结构中的一体化结构，比以往的主 从式双丝焊机具有更为优越的性能和更为轻便的结构。两个主电路的8路移相PWM信 号都直接由DSP通过编程方式输出，最终实现弧焊电源的全数字化控制。而且两路主电 路集中在一个电源之中，使焊机结构更为紧凑，大大减少了焊机体积。一个控制核心对 两个主电路的控制，减少了通信等环节，使双丝焊机具有更好的一致性、动态响应性能 和可扩展性。本实用新型具有节能性。本实施例采 用移相软开关IGBT逆变技术，通过移相 的方式实现IGBT模块零电压开通和关断，使得IGBT在开关过程的电流和电源冲击下， 开通和关断的损耗低，进一步提高逆变效率和能量转换效率、节约能量，降低逆变焊机 的电磁干扰，提高其电磁兼容性。此外，与各种保护检测反馈环节相结合，可以进一步 提高双丝焊机的安全性和可靠性。本实用新型具有多功能特征。本实施例能够提供双丝埋弧焊、双丝脉冲MIG 焊、双丝脉冲MAG焊、双丝CO2焊等多种功能。通过改变全数字化控制系统中的工艺 程序，可以很好的实现埋弧焊、气保焊等工艺，应用于不同的工艺环境。本实用新型实现了精确化。本实施例充分利用了 DSP嵌入式微处理器的高速运 算和数据处理能力，对焊接电弧的瞬时能量进行实时采集和分析，根据电弧状态实时自 动控制焊接电源的输出特性，以达到对焊接电弧瞬时能力优化输出和调节的目的。其次 通过检测反馈输出电流电压，对电弧变化进行快速响应，并及时调整输出能量，使控制 更精确，以获得优质的焊接质量。其次利用中值波形控制方法进行了精确的波形控制。本实用新型具有智能化。本实施例内集成了现有的焊接工艺专家系统，能通过 一元化调节的方式，实现双丝参数的自动调节，有效解决了双丝工艺参数过多的问题。在此说明书中，本实用新型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实用新型的精神和范围。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1.一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在于包括由绝缘栅双极 性晶体管IGBT作为开关元件的移相软开关全桥逆变主电路，DSP控制电路和人机交互系 统，其中，所述的移相软开关全桥逆变主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频逆变 模块、功率变压模块、整流平滑模块，其中DSP控制电路包括过压欠压保护检测模块、 DSP控制器、电流电压采样检测与反馈模块、高频驱动模块、过流检测模块和温度检测 模块，同时，DSP控制器中设有一个DSP软件控制模块，进一步，所述的电源系统具体 由一个DSP控制电路分别控制两路移相软开关全桥逆变主电路，DSP控制电路与两路主 电路安装在同一个焊接电源中，采用一体机结构。
2.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征 在于，所述的整流滤波模块的输入与三相交流电相连，整流滤波模块的输出连接高频逆 变模块，高频逆变模块的输出连接功率变压模块，功率变压模块的输出连接整流平滑模 块，整流平滑模块的输出与负载相连。
3.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在 于，所述的温度检测模块包括温度传感器、信号比较电路、过热光耦，温度检测模块的 一端与散热器相连接，另一端与DSP控制电路的中断输入引脚相连。
4.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在 于，所述的DSP控制器分别与高频驱动模块、电流电压采样检测与反馈模块、过压欠压 保护检测模块、过流检测模块、温度检测模块相连接，同时DSP控制器与人机交互系统 相连接，电流电压采样检测与反馈模块与人机交互系统相连接，所述的过流检测模块的 另一端与功率变压模块的初级相连，所述的电流电压采样检测与反馈模块的另一端与负 载相连接，所述的过压欠压保护检测模块的另一端与三相交流输入端相连接，所述的高 频驱动模块与高频逆变模块相连接。
5.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在 于，所述的过流检测模块的传感器连接在功率变压模块初级线圈上，传感器与负载连接 获得电流采样信号，电压信号直接从负载两端取得。
6.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在 于，所述的高频驱动模块包括4个由光耦与外围电路构成的高频驱动单元，其中每个光 耦都与DSP控制器相连接。
7.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在 于，所述的人机交互系统以一块LM3S818作为控制核心，包括电源及通讯接口模块、数 字编码器输入模块、显示及按键模块、主控模块，其中主控模块包括ARM和CPLD。
8.根据权利要求1所述的一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，其特征在 于，所述的人机交互系统包括一 LCD屏。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能双丝数字化软开关逆变焊接电源系统，包括焊接电源移相软开关主电路、DSP控制电路以及人机交互系统。主电路由依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块、整流平滑模块组成。其中DSP控制电路包括过压欠压保护检测模块、DSP控制器、电流电压采样检测与反馈模块、高频驱动模块、温度检测模块和过流检测模块，同时DSP控制器中设有一个DSP软件控制模块。人机交互系统包括给定信号、输出信号处理以及显示电路。本实用新型首次提出在双丝焊机上同时实现气保焊与埋弧焊，实现了一体机双丝焊接，同时还实现了脉冲波形的精细控制从而稳定焊接过程，提高了焊接质量。
文档编号B23K9/10GK201792079SQ20092023822
公开日2011年4月13日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者姚屏, 王瑞超, 蒙万俊, 薛家祥 申请人:华南理工大学