专利名称：双arm控制的气保埋弧焊数字化电源系统的制作方法
专利说明本实用新型涉及焊接电源技术领域，特别涉及一种双ARM控制的气保埋弧焊数字 化电源系统。
背景技术：
在造船、重型机械、输气和输油管道、石油化工塔体等领域大量采用厚大钢结构。 随着电站锅炉和石化容器向大型化、高参数化的发展，锅炉筒体和压力容器壳体的壁厚不 断增加，需要大量高效化的自动焊接设备。埋弧焊与其他传统弧焊方法相比，由于具有一系 列独特的优点，如熔敷率高、焊缝质量好和外表成形美观等，使其在厚大部件的焊接上始终 占有较高的应用比例。近10年来，高效MIG/MAG焊获得了快速的发展，它激发了国内外焊 接科技人员对埋弧焊工艺方法、埋弧焊设备及其控制系统进行了大量的试验研究和新技术 的开发，并取得了卓有实效的成果。例如瑞典ESAB公司和我国兰州理工大学相继研制成功 微处理机控制的埋弧焊机，对于进一步提高和稳定焊接质量发挥了重要的作用。近年来美 国Lincoln公司向世界市场推出了数字化控制的埋弧焊系统，使这种埋弧焊机不仅具有常 规的技术特性，而且还大大扩展了埋弧焊方法的工艺适应性，从而将传统的埋弧焊技术推 进到一个崭新的发展阶段。然而，传统的埋弧焊机由于工作时需要在焊接区的上面覆盖一层颗粒状的焊剂， 电弧在焊剂层下燃烧，焊接电流一般较大。使得其存在适应焊接的位置有限、操作性能不 佳、控制精度不高等缺陷。为了克服传统埋弧焊机的上述缺陷，实现中厚板的高效化焊接，若将埋弧焊的粗 丝高熔敷率和气保焊设备简单焊后不需清渣的特点相结合，提出将气保焊接与埋弧焊接工 艺相结合的电源系统，则可以充分发挥气保焊适应焊接位置广和埋弧焊适于厚大板焊接的 综合优势，扩大埋弧焊的应用范围。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，针对焊接电源的数字化发展趋 势，提供一种适用于气保埋弧多种焊接工艺下使用的双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源 系统。本实用新型的技术方案为一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，包括 机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性 软开关全桥逆变主电路；(1)主电路单元包括依次连接的以下各模块一次整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为直流电；开关逆变模块，通过控制其内部IGBT的开关周期，将整流滤波模块输出的直流电 转换，提供25 30KHz的高频高压电；功率变压模块，用于将开关逆变模块提供的高频高压电转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压高频交流电 二次整流模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电，并输出送 至电弧负载；一次整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次整流模块的输出端外 接电弧负载；(2)主控制单元包括以下模块温度检测模块，用于检测开关逆变模块的温度，保证主电路单元正常工作；开关管驱动模块，用于接收控制器的控制信号，驱动开关逆变模块中IGBT的导通 或关闭；过流检测模块，用于实时检测功率变压模块输入端的电流值，保证主电路单元正 常工作；电流电压采样检测反馈模块，用于检测主电路单元向电弧负载输出的电流电压 值，并反馈给控制器，实现闭环控制；过压欠压保护检测模块，用于检测主电路输入端的电压值，使电压值保持在电网 电压的波动范围内，保证主电路单元正常工作；控制器，用于处理各模块的检测信号或反馈信号，控制电源系统使用过程中主电 路单元的工作流程；其中，温度检测模块的输入端与开关逆变模块连接，温度检测模块的输出端与控 制器连接；开关管驱动模块的输入端与控制器连接，开关管驱动模块的输出端与开关逆变 模块连接，过流检测模块的输入端与功率变压模块的电流输入端连接，过流检测模块的输 出端与控制器连接；电流电压采样检测反馈模块的输入端与二次整流模块的输出端连接， 电流电压采样检测反馈模块的输出端与控制器连接；过压欠压保护检测模块的输入端与一 次整流滤波模块的输入端连接，过压欠压保护检测模块的输出端与控制器连接。所述控制器还外接有方便操作控制的人机交互单元。上述电源系统结构中，所述人机交互单元采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片 LM3S818作为控制核心，以CPLD芯片EPM240T100作为扩展I/O接口用的辅助模块。所述控制器为ARM9S3C2440控制器，内设有气保埋弧焊软件控制子模块和以太网 通讯子模块，气保埋弧焊软件控制子模块通过以太网通讯子模块分别与过压欠压保护检测 模块、温度检测模块、开关管驱动模块、过流检测模块、电流电压采样检测反馈模块和人机 交互单元连接；控制器的A/D端口与电流电流电压采样检测反馈模块连接，PWM端口与开关管驱 动模块连接，GPIO端口分别与温度检测模块、过压欠压保护检测模块和过流检测模块连接， I/O端口通过MAX3232芯片与人机交互单元连接，开关信号端口分别与电源按钮和焊接开 关连接，D/A端口外接送丝小车驱动机构。所述温度检测模块包括依次连接的温度传感器、信号比较电路、光耦隔离电路，温 度传感器设于开关逆变模块的散热器上，光耦隔离电路的输出端与控制器连接。所述过压欠压保护检测模块包括相连接的第一运放子模块和第一光耦隔离子模 块，第一运放子模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，第一光耦隔离子模块的 输出端与控制器连接；当电网电压的波动范围超过设定的阈值时，过压欠压保护检测模块输出信号，关断PWM的信号输出。所述开关逆变模块为有限双极性软开关全桥逆变式结构，包括LC谐振电路和两 个并联设置的IGBT管组，各IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与LC谐振 电路连接，LC谐振电路的输出端与功率变压模块连接。所述 开关管驱动模块内设有用于对驱动电路的驱动信号进行隔离放大的光耦 TLP250。所述电流电压采样检测反馈模块包括相连接的电流采样检测反馈电路和电压采 样检测反馈电路。其中电流采用检测反馈电路包括依次连接的霍尔传感器、分压子模块、第 一滤波子模块和第一限压子模块，霍尔传感器设于二次整流模块的输出端，第一限压子模 块的输出端与控制器的一个A/D端口连接；由霍尔传感器检测二次整流模块的输出电流， 得到电流采样信号，经过分压子模块、第一滤波子模块和第一限压子模块依次进行分压、滤 波和限压，然后送至控制器。电压采样检测反馈电路包括依次连接的电阻、第二滤波子模 块、第二运放子模块、第二光耦隔离子模块和第二限压子模块，电阻与电弧负载并联设置， 第二限压子模块的输出端与控制器的另一个A/D端口连接；通过与电弧负载并联的电阻取 得二次整流模块的输出电压，得到电压采样信号，经过第二滤波子模块、第二运放子模块、 第二光藕隔离子模块和第二限压子模块依次进行滤波、运放、光耦隔离和限压，然后送至控 制器。此外，经过调理后的电流或电压采样信号同时会送至人机交互单元，由其进行A/D转 换后用于气保埋弧焊过程动态显示的实际焊接电流值和电压值。本实用新型通过上述电源系统实现一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源控 制方法，包括以下步骤(1)在人机交互单元的控制面板上选择焊接方式并设定相关的焊接参数，启动电 源系统；(2)控制器的软件控制子模块选择与焊接方式相应的控制程序，对焊接过程进行 监控；(3)三相工频交流电源输出三相工频交流电，一次整流滤波模块对三相工频交流 电进行转换，向开关逆变模块输出平滑直流电；(4)电流电压采样检测反馈模块将实时检测到的电弧负载的电流信号和电压信号 与设定的参数进行比较，然后送至控制器，控制器进行PI运算，产生的PWM信号经过滤波、 隔离和放大后送至开关管驱动模块，开关管驱动模块控制开关逆变模块中各IGBT在零电 压下开通或关断，实现软开关；(5)平滑直流电经过开关逆变模块后转换为25 30KHz的高频高压电，功率变压 模块对高频高压电进行转换，输出大电流低电压的交流脉冲电，二次整流模块对交流脉冲 电进行转换，向电弧负载输出大电流低电压的平滑直流电；(6)在主电路单元对三相工频交流电进行转换输出的同时，过压欠压保护检测模 块实时检测三相工频交流电源的电压，若出现过压或欠压的现象，则控制器发出中断信号， 关闭开关逆变模块；温度检测模块实时检测开关逆变模块的散热器温度，若出现IGBT过 热，则控制器发出中断信号，关闭开关逆变模块；过流检测模块实时检测功率变压模块输入 端的电流，若出现过流现象，则控制器发出中断信号，关闭开关逆变模块。所述步骤(2)的具体过程如下[0038](2-1)控制器的软件控制子模块接收来自人机交互单元的焊接方式选择信息及相 关的焊接方式，若焊接方式为脉冲气保焊，则进入步骤(2-2)，若焊接方式为埋弧焊，则进入 (2-3) (2-2)软件控制子模块选择脉冲气保焊相应的程序，调用起弧脉冲波形函数 ’然 后判断是否成功起弧，若否，则重新调用起弧脉冲波形函数，若是，则程序控制电源系统开 始正常送丝并进入焊接状态；焊接过程中，软件控制子模块不断检测焊枪是否闭合，若否， 则调用收弧函数，发出焊接结束信号，结束焊接，若是，则进行电弧参数的瞬时能量控制，并 返回检测焊枪是否闭合；(2-3)软件控制子模块选择埋弧焊相应的程序，调用起弧控制子程序；然后判断 是否成功起弧，若否，则重新调用起弧控制子程序，若是，则程序控制电源系统开始正常送 丝，焊接小车行走，进入焊接状态；焊接过程中，软件控制子模块不断检测停止按钮是否启 动，若否，则继续执行正常送丝，焊接小车行走，保持焊接状态，若是，则调用收弧函数，发出 焊接结束信号，结束焊接。本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果1、本实用新型在针对传统埋弧焊机的适应焊接位置有限、操作性能不佳、控制精 度不高等问题，采用双ARM控制架构，以ARM9芯片S3C2440为主控制芯片，实现对气保埋弧 焊逆变电源主电路的控制，在一台焊机内同时实现气保焊和埋弧焊接的功能，同时提高气 保埋弧焊的工艺性能和焊接过程的稳定性；利用ARM9强大的通讯接口功能，实现以太网通 讯，构成多机自动化焊接生产线系统；以ARM芯片LM3S818作为控制核心，辅助以CPLD芯片 EPM240T100构成气保埋弧焊的数字化人机交互单元，以改善其操控性能。2、本实用新型的主电路单元采用有限双极性的软开关逆变技术，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，可以有效地降低逆变 焊机的电磁干扰，提高了逆变焊机的电磁兼容性和可靠性。同时，采用数字化控制技术，使 得气保埋弧焊电源已不再是单纯的焊接能量提供源，还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ARM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。3、本实用新型利用双ARM作为控制核心，实现了气保埋弧焊的全数字化控制，通 过ARM 9高精度控制，使焊机具有更好的焊接质量一致性和更快的动态响应性能；在气保 埋弧焊接电源系统中实现了气保和埋弧焊专家数据库功能，并且具有以太网通讯能力，使 气保埋弧焊具有更广阔的市场前景。4、本实用新型能在一台焊机上提供埋弧焊和气保焊这两种不同的焊接工艺，气保 焊包括MAG焊/CO2焊、脉冲MIG焊和双脉冲等工艺，还能通过改变软件程序实现其他的焊 接工艺。
图1是本实用新型的内置电路结构示意图。图2是图1中主电路单元的电路原理图。[0048]图3是主控制单元中控制器各端口的连接框图。图4是电流电压检测反馈模块的电路原理图。图5是过流检测模块的电路原理图。图6是过压欠压保护 检测模块的电路原理图。图7是温度检测模块的电路原理图。图8是开关管驱动模块的电路原理图。图9人机交互单元的结构示意图。图10是控制器中软件控制子模块的控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实 施方式不限于此。实施例本实施例一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，包括机箱和内置电路， 其中内置电路的结构如图1所示，内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为 有限双极性软开关全桥逆变主电路；(1)主电路单元包括依次连接的以下各模块一次整流滤波模块101，用于将来自工频交流电源的交流电转换为平滑的直流 电；开关逆变模块102，通过控制其内部IGBT的开关周期，将整流滤波模块输出的直 流电转换，提供25 30KHz的高频高压电；功率变压模块103，用于将开关逆变模块提供的高频高压电转换成符合焊接工艺 要求的大电流低电压高频交流电；二次整流模块104，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电，并输出 送至电弧负载；一次整流滤波模块101的输入端与三相工频交流电源连接，二次整流模块104的 输出端外接电弧负载；(2)主控制单元包括以下模块温度检测模块106，用于检测开关逆变模块的温度，保证主电路单元正常工作；开关管驱动模块105，用于接收控制器的控制信号，驱动开关逆变模块中IGBT的 导通或关闭；过流检测模块111，用于实时检测功率变压模块输入端的电流值，保证主电路单元 正常工作；电流电压采样检测反馈模块107，用于检测主电路单元向电弧负载输出的电流电 压值，并反馈给控制器，实现闭环控制；过压欠压保护检测模块109，用于检测主电路输入端的电压值，使电压值保持在电 网电压的波动范围内，保证主电路单元正常工作；控制器108，用于处理各模块的检测信号或反馈信号，控制电源系统使用过程中主 电路单元的工作流程；[0072]其中，温度检测模块106的输入端与开关逆变模块102连接，温度检测模块106的 输出端与控制器108连接；开关管驱动模块105的输入端与控制器108连接，开关管驱动模 块105的输出端与开关逆变模块102连接，过流检测模块111的输入端与功率变压模块103 的电流输入端连接，过流检测模块111的输出端与控制器108连接；电流电压采样检测反馈 模块107的输入端与二次整流模块104的输出端连接，电流电压采样检测反馈模块107的 输出端与控制器108连接；过压欠压保护检测模块109的输入端与一次整流滤波模块101 的输入端连接，过压欠压保护检测模块109的输出端与控制器108连接。其中主电路单元的电路原理如图2所示。 控制器108还外接有方便操作控制的人机交互单元110。上述电源系统结构中，人机交互单元110采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片 LM3S818作为控制核心，以CPLD芯片EPM240T100作为扩展I/O接口用的辅助模块。人机 交互单元110的主要是用于实现数字化的参数给定输入以及工作过程中的各种参数的数 字化显示，其结构如图9所示。ARM芯片LM3S818通过同步串行接口(SSI)与CPLD芯片 EPM240T100进行通讯，ARM芯片通过GPIO与键盘通讯进行参数的选择与输入，通过RS232 接口接收主控制单元的焊接状态命令，并通过A/D端口对电流电压采样检测反馈模块107 所产生的焊接状态参数进行采样处理，CPLD主要控制LED灯和数码管，用于显示相应操作 与焊接状态信息。控制器108为ARM9S3C2440控制器，内设有气保埋弧焊软件控制子模块和以太网 通讯子模块，气保埋弧焊软件控制子模块通过以太网通讯子模块分别与过压欠压保护检测 模块109、温度检测模块106、开关管驱动模块105、过流检测模块111、电流电压采样检测反 馈模块107和人机交互单元110连接；如图3所示，控制器108的A/D端口与电流电流电压采样检测反馈模块107连接， PWM端口与开关管驱动模块105连接，GPIO端口分别与温度检测模块106、过压欠压保护检 测模块109和过流检测模块111连接，I/O端口通过MAX3232芯片与人机交互单元110连 接，开关信号端口分别与电源按钮和焊接开关连接，D/A端口外接送丝小车驱动机构。ARM9 芯片S3C2440作为控制的核心，采样电流与给定信号在ARM9内进行比较后运算，确定驱动 信号的大小，由开关管驱动模块105分别输出4路脉宽调制信号，从而控制主电路单元的输 出ο温度检测模块106包括依次连接的温度传感器、信号比较电路、光耦隔离电路，温 度传感器设于开关逆变模块102的散热器上，光耦隔离电路的输出端与控制器108连接。温 度检测模块106的电路原理如图7所示，温度传感器是常闭开关，若触发则断开，产生过热 信号，使光藕导通，CURRENT-EXC电平被拉低，即ARM9的I/O 口 GPI016/TZ5电平被拉低，此 时ARM9程序可以根据此I/O状态判断是否产生过热信号，并进行处理。过压欠压保护检测模块109包括相连接的第一运放子模块和第一光耦隔离子模 块，第一运放子模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，第一光耦隔离子模块的 输出端与控制器108连接；当电网电压的波动范围超过设定的阈值时，过压欠压保护检测 模块109输出信号，关断PWM的信号输出。过压欠压保护检测模块109的电路原理如图6所 示，三相电路经变压器降压、整流成直流信号VFB，所以VFB正比于电网电压。当VFB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”，V0LTAGE_EXC电平被拉高，即ARM9的I/O 口 GPI013/TZ2电平被拉高，ARM9关断PWM控制信号输出，并进 行故障处理。也就是说，当过压欠压保护检测模块109的VFB运算结果为高电平时，电源系 统处于正常工作状态。开关逆变模块102为有限双极性软开关全桥逆变式结构，包括LC谐振电路和两个 并联设置的IGBT管组，每个IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与LC谐振 电路连接，LC谐振电路的输出端与功率变压模块连接。开关逆变模块102的电路原理如图 2所示。开关管驱动模块105内设有用于对驱动电路的驱动信号进行隔离放大的光耦 TLP250。IGBT的驱动信号是由ARM输出的PWM波形经过放大隔离以后得到的，利用开关管 驱动模块105能够可靠 地驱动IGBT的开通与关断。开关管驱动模块105的电路原理如图 8所示，其驱动电路利用光耦TLP250对驱动信号进行隔离、放大，稳压二极管D2用来提供 IGBT栅极的反相偏置电压，在IGBT的栅极和射极之间并联压敏电阻R6，为干扰的电压尖峰 提供旁路通道，对开关管进行可靠保护。电流电压采样检测反馈模块107包括相连接的电流采样检测反馈电路和电压采 样检测反馈电路。其中电流采用检测反馈电路包括依次连接的霍尔传感器、分压子模块、 第一滤波子模块和第一限压子模块，霍尔传感器设于二次整流模块的输出端，第一限压子 模块的输出端与控制器108的一个A/D端口连接；由霍尔传感器检测二次整流模块的输出 电流，得到电流采样信号，经过分压子模块、第一滤波子模块和第一限压子模块依次进行分 压、滤波和限压，然后送至控制器108。电压采样检测反馈电路包括依次连接的电阻、第二滤 波子模块、第二运放子模块、第二光耦隔离子模块和第二限压子模块，电阻与电弧负载并联 设置，第二限压子模块的输出端与控制器108的另一个A/D端口连接；通过与电弧负载并联 的电阻取得二次整流模块的输出电压，得到电压采样信号，经过第二滤波子模块、第二运放 子模块、第二光藕隔离子模块和第二限压子模块依次进行滤波、运放、光耦隔离和限压，然 后送至控制器108。此外，经过调理后的电流或电压采样信号同时会送至人机交互单元，由 其进行A/D转换后用于气保埋弧焊过程动态显示的实际焊接电流值和电压值。电流电压采 样检测反馈模块107的电路原理如图4所示。本实施例通过上述电源系统实现一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源控制 方法，包括以下步骤(1)在人机交互单元110的控制面板上选择焊接方式并设定相关的焊接参数，启 动电源系统；(2)控制器108的软件控制子模块选择与焊接方式相应的控制程序，对焊接过程 进行监控；其过程如图10所示，具体如下(2-1)控制器108的软件控制子模块接收来自人机交互单元110的焊接方式选择 信息及相关的焊接方式，若焊接方式为脉冲气保焊，则进入步骤(2-2)，若焊接方式为埋弧 焊，则进入(2-3)；(2-2)软件控制子模块选择脉冲气保焊相应的程序，调用起弧脉冲波形函数 ’然 后判断是否成功起弧，若否，则重新调用起弧脉冲波形函数，若是，则程序控制电源系统开 始正常送丝并进入焊接状态；焊接过程中，软件控制子模块不断检测焊枪是否闭合，若否， 则调用收弧函数，发出焊接结束信号，结束焊接，若是，则进行电弧参数的瞬时能量控制，控制完毕返回检测焊枪是否闭合；(2-3)软件控制子模块选择埋弧焊相应的程序，调用起弧控制子程序；然后判断 是否成功起弧，若否，则重新调用起弧控制子程序，若是，则程序控制电源系统开始正常送 丝，焊接小车行走，进入焊接状态；焊接过程中，软件控制子模块不断检测停止按钮是否启 动，若否，则继续执行正常送丝，焊接小车行走，保持焊接状态，若是，则调用收弧函数，发出 焊接结束信号，结束焊接。(3)三相工频交流电源输出三相工频交流电，一次整流滤波模块101对三相工频 交流电进行转换，向开关逆变模块102输出直流电；(4)电流电压采样检测反馈模块107将实时检测到的电弧负载的电流信号和电压 信号与设定的参数进行比较，然后送至控制器108，控制器108进行PI运算，产生的PWM信 号经过滤波、隔离和放大后送至开关管驱动模块105，开关管驱动模块105控制开关逆变模 块102中各IGBT在零电压下开通或关断，实现软开关；(5)直流电经过开关逆变模块102后转换为25 30KHz的高频高压电，功率变压 模块103对高频高压电进行转换，输出大电流低电压的交流脉冲电，二次整流模块104对交 流脉冲电进行转换，向电弧负载输出大电流低电压的平滑直流电；(6)在主电路单元对三相工频交流电进行转换输出的同时，过压欠压保护检测模 块107实时检测三相工频交流电源的电压，若出现过压或欠压的现象，则控制器108发出中 断信号，关闭开关逆变模块102 ；温度检测模块106实时检测开关逆变模块102的散热器温 度，若出现IGBT过热，则控制器108发出中断信号，关闭开关逆变模块；过流检测模块111 实时检测功率变压模块103输入端的电流，若出现过流现象，则控制器108发出中断信号， 关闭开关逆变模块。如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施 例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰， 都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，包括机箱和内置电路，所述内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开关全桥逆变主电路；(1)主电路单元包括依次连接的以下各模块一次整流滤波模块，用于将来自工频交流电源的交流电转换为直流电；开关逆变模块，通过控制其内部IGBT的开关周期，将整流滤波模块输出的直流电转换，提供25～30KHz的高频高压电；功率变压模块，用于将开关逆变模块提供的高频高压电转换成符合焊接工艺要求的大电流低电压高频交流电；二次整流模块，用于将大电流低电压高频交流电转换为平滑的直流电，并输出送至电弧负载；一次整流滤波模块的输入端与三相工频交流电源连接，二次整流模块的输出端外接电弧负载；(2)主控制单元包括以下模块温度检测模块，用于检测开关逆变模块的温度，保证主电路单元正常工作；开关管驱动模块，用于接收控制器的控制信号，驱动开关逆变模块中IGBT的导通或关闭；过流检测模块，用于实时检测功率变压模块输入端的电流值，保证主电路单元正常工作；电流电压采样检测反馈模块，用于检测主电路单元向电弧负载输出的电流电压值，并反馈给控制器，实现闭环控制；过压欠压保护检测模块，用于检测主电路输入端的电压值，使电压值保持在电网电压的波动范围内，保证主电路单元正常工作；控制器，用于处理各模块的检测信号或反馈信号，控制电源系统使用过程中主电路单元的工作流程；其中，温度检测模块的输入端与开关逆变模块连接，温度检测模块的输出 端与控制器连接；开关管驱动模块的输入端与控制器连接，开关管驱动模块的输出端与开关逆变模块连接，过流检测模块的输入端与功率变压模块的电流输入端连接，过流检测模块的输出端与控制器连接；电流电压采样检测反馈模块的输入端与二次整流模块的输出端连接，电流电压采样检测反馈模块的输出端与控制器连接；过压欠压保护检测模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，过压欠压保护检测模块的输出端与控制器连接。
2.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述控 制器还外接有方便操作控制的人机交互单元。
3.根据权利要求2所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述 人机交互单元采用ARM+CPLD的控制方式，以ARM芯片LM3S818作为控制核心，以CPLD芯片 EPM240T100作为扩展I/O接口用的辅助模块。
4.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述控 制器为ARM9S3C2440控制器，内设有气保埋弧焊软件控制子模块和以太网通讯子模块，气 保埋弧焊软件控制子模块通过以太网通讯子模块分别与过压欠压保护检测模块、温度检测模块、开关管驱动模块、过流检测模块、电流电压采样检测反馈模块和人机交互单元连接；控制器的A/D端口与电流电流电压采样检测反馈模块连接，PWM端口与开关管驱动模 块连接，GPIO端口分别与温度检测模块、过压欠压保护检测模块和过流检测模块连接，I/O 端口通过MAX3232芯片与人机交互单元连接，开关信号端口分别与电源按钮和焊接开关连 接，D/A端口外接送丝小车驱动机构。
5.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述温 度检测模块包括依次连接的温度传感器、信号比较电路、光耦隔离电路，温度传感器设于开 关逆变模块的散热器上，光耦隔离电路的输出端与控制器连接；所述过压欠压保护检测模块包括相连接的第一运放子模块和第一光耦隔离子模块，第 一运放子模块的输入端与一次整流滤波模块的输入端连接，第一光耦隔离子模块的输出 端与控制器连接。
6.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述 开关逆变模块为有限双极性软开关全桥逆变式结构，包括LC谐振电路和两个并联设置的 IGBT管组，各IGBT管组分别包括两个IGBT，各IGBT管组的输出端与LC谐振电路连接，LC 谐振电路的输出端与功率变压模块连接。
7.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述开 关管驱动模块内内设有用于对驱动电路的驱动信号进行隔离放大的光耦TLP250。
8.根据权利要求1所述双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，其特征在于，所述电 流电压采样检测反馈模块包括相连接的电流采样检测反馈电路和电压采样检测反馈电路； 其中电流采样检测反馈电路包括依次连接的霍尔传感器、分压子模块、第一滤波子模块和 第一限压子模块，霍尔传感器设于二次整流模块的输出端，第一限压子模块的输出端与控 制器的一个A/D端口连接；电压采样检测反馈电路包括依次连接的电阻、第二滤波子模块、 第二运放子模块、第二光耦隔离子模块和第二限压子模块，电阻与电弧负载并联设置，第二 限压子模块的输出端与控制器的另一个A/D端口连接。
专利摘要本实用新型公开一种双ARM控制的气保埋弧焊数字化电源系统，包括机箱和内置电路，内置电路包括主电路单元和主控制单元，主电路单元为有限双极性软开关全桥逆变主电路，主控制单元中采用ARM9S3C2440控制器。本实用新型能在一台焊机上提供埋弧焊和气保焊这两种不同的焊接工艺，且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，可以有效地降低逆变焊机的电磁干扰，提高了逆变焊机的电磁兼容性和可靠性。
文档编号H02M5/458GK201717799SQ20102022536
公开日2011年1月19日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者丰斌, 姚屏, 杨锦辉, 王则灵, 甘焕春, 薛家祥 申请人:广东火电工程总公司;华南理工大学