专利名称：十二相可控硅焊接电源的数字触发电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种焊机主电路，特别是一种十二相带平衡电抗器的可控硅焊接电源的数字触发电路，用于焊接领域。
背景技术：
电焊机中采用功率可控硅作为焊接主电路中的可控功率器件是最普遍使用的一种电路。通常，变压器二次绕组按功率可控硅组成三相桥式可控整流或组成六相半波带平衡电抗器方式。功率可控硅的触发导通常采用模拟电子元件或集成可控硅移相触发器。经文献检索发现，马彩霞等人在《电焊机》，2000(7)上撰文“晶闸管式弧焊电源集成同步移相触发电路研制”，该文介绍的集成可控硅移相触发器是集同步检测、移相脉冲形成和保护为一体，所需外围器件较少，但是，此集成电路由同步检测寄存器、基准电压分配、锯齿波形成电路、移相电压和锯齿波综合比较及脉冲形成与分配等部分组成，脉冲移相大小及宽度由外接的电阻和电容的大小决定。因此，此集成电路还是属于模拟电路，而模拟电路存在易受环境温度和参数不一致性的影响，可控硅导通角的稳定性差。十二相可控硅焊接电源主电路是一种新型的焊机主电路形式。其主电路功率可控硅的触发导通复杂。
经对现有技术文献的检索发现，张勇等人在《电焊机》，2004(3)上撰文“基于DSP控制的十二相焊接电源主电路数字化触发”，该文介绍的可控硅移相触发是采用数字信号处理器DSP和模拟脉冲移相电路联合控制，是一种半数字化的触发方法，同样存在由于模拟电路元器件参数不一致性和受环境温度影响，而造成可控硅导通稳定性差的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种十二相可控硅焊接电源的数字触发电路。使其有效地通过数字信号直接驱动，提高可控硅的导通角稳定性和控制精度。本发明采用外设丰富、运算与处理高速的数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑控制芯片CPLD联合作为主控核心实现十二相带平衡电抗器可控硅焊机主电路功率可控硅的数字触发驱动，这是本发明的核心技术。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明电路包括主电路和触发驱动电路，其中，主电路的构成和连接方式为主回路变压器原边接成三角形，次级由两组三相全控桥式整流电路(一组I接成星形，另一组II接成三角形)并联以及同步变压器组成。两组三相全控桥式整流电路可控硅KP1，KP3，KP5的阴极并接和平衡电抗器Lp连接，KP1’，KP3’，KP5’的阴极并接和平衡电抗器Lp另一端连接，平衡电抗器Lp中点连接主回路电感L，主回路电感L另一端与电阻R4，电容C1并接，两组三相全控桥式整流电路可控硅KP4，KP6，KP2，KP4’，KP6’，KP2’的阳极并接和负载电阻R4，电容C2连接，电容C1，C2另一端并接于地；同步变压器输出端分别与电阻R1，R2，R3连接，R1与稳压管D1的阴极连接，R2与稳压管D2的阴极连接，R3与稳压管D3的阴极连接，稳压管D1，D2，D3的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3的1脚连接，同步变压器的中心端与交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3的2脚并接，光耦N1，N2，N3的4脚并接接于控制电路的电源正端VCC，光耦N1，N2，N3的3脚分别与数字信号处理器DSP的CAP1，CAP2，CAP3脚连接，DSP的ENA1，ENA2，ENA3，CLKOUT脚与复杂可编程逻辑器件CPLD连接。
触发驱动电路的构成和连接方式为CPLD的T1PWM，T4PWM，PWM7，PWM10，T2PWM，T5PWM，PWM8，PWM11，T3PWM，T6PWM，PWM9，PWM12脚分别与双向晶闸管输出光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的2脚连接，光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的1脚分别与电阻R4，R5，R6，R13，R14，R15，R20，R21，R22，R29，R30，R31连接，电阻R4，R5，R6，R13，R14，R15，R20，R21，R22，R29，R30，R31并接与控制电源VCC1连接，光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的3脚分别于二极管V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10，V11，V12的阳极连接。光耦N4，N5，N6的4脚分别与电阻R7，R8，R9连接，光耦N10，N11，N12的4脚分别与电阻R23，R24，R25连接，光耦N7，N8，N9的4脚并接与电阻R16连接，光耦N13，N14，N15的4脚并接与电阻R32连接。二极管V1的阴极与电阻R10，电容C3，可控硅KP3的控制极连接；二极管V2的阴极与电阻R11，电容C4，可控硅KP1的控制极连接；二极管V3的阴极与电阻R12，电容C5，可控硅KP5的控制极连接；二极管V4的阴极与电阻R17，电容C6，可控硅KP4的控制极连接；二极管V5的阴极与电阻R18，电容C7，可控硅KP2的控制极连接；二极管V6的阴极与电阻R19，电容C8，可控硅KP6的控制极连接；二极管V7的阴极与电阻R26，电容C9，可控硅KP3’的控制极连接；二极管V8的阴极与电阻R27，电容C10，可控硅KP1’的控制极连接；二极管V9的阴极与电阻R28，电容C11，可控硅KP5’的控制极连接；二极管V10的阴极与电阻R33，电容C12，可控硅KP4’的控制极连接；二极管V11的阴极与电阻R34，电容C13，可控硅KP2’的控制极连接；二极管V12的阴极与电阻R35，电容C14，可控硅KP6’的控制极连接，R10，C3与可控硅KP3的阴极连接；R11，C4与可控硅KP1的阴极连接；R12，C5与可控硅KP5的阴极连接；R17，C6与可控硅KP4的阴极连接；R18，C7与可控硅KP2的阴极连接；R19，C8与可控硅KP6的阴极连接；R26，C9与可控硅KP3’的阴极连接；R27，C10与可控硅KP1’的阴极连接；R28，C11与可控硅KP5’的阴极连接；R33，C12与可控硅KP4’的阴极连接；R34，C13与可控硅KP2’的阴极连接；R35，C14与可控硅KP6’的阴极连接。可控硅KP4，KP6，KP2的阳极并接与R16连接，可控硅KP4’，KP6’，KP2’的阳极并接与R32连接，可控硅KP1的阳极和可控硅KP4的阴极并接与R7连接，可控硅KP3的阳极和可控硅KP6的阴极并接与R8连接，可控硅KP5的阳极和可控硅KP3的阴极并接与R9连接，可控硅KP1’的阳极和可控硅KP4’的阴极并接与R23连接，可控硅KP3’的阳极和可控硅KP6’的阴极并接与R24连接，可控硅KP5’的阳极和可控硅KP2’的阴极并接与R25连接。
本发明工作时，首先，来自与主变压器次级星形绕组相位一致的同步变压器的输入电压经过电阻R1，R2，R3和稳压管D1，D2，D3加到交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3上。当输入电压上升沿过零后，N1，N2，N3输出导通，N1，N2，N3的3脚的输出为高电平从而获得同步信号；然后，DSP控制器的事件管理器CAP1，CAP2，CAP3脚对同步信号的下降沿进行捕获，从而产生中断请求，DSP内核立即响应中断，转到中断服务程序中。检测可控硅焊机控制面板上决定移相大小电位器的模拟量，此模拟量通过DSP内置的A/D转换模块变成数字量，再将这个数字量通过对DSP的内置三个通用定时器的初始化，将移相值送入定时器，DSP的内置三个通用定时器从而产生三路移相大小可调的使能脉冲波形ENA1，ENA2，ENA3，这三路信号作为CPLD中软件计数器的计数使能信号，而DSP的CLKOUT信号作为CPLD的计数时钟，这样可保证两者的严格同步；通过在CPLD内部编程设计了三个软件计数比较器，计数比较值是通过对十二相可控硅焊接电源主电路中可控硅导通的时序分析确定的，当计数值与比较值匹配时，程序控制相应CPLD I/O引脚信号跳变，输出相应的触发脉冲，以满足可控硅导通的时序要求；最后CPLD输出的T1PWM，T4PWM，PWM7，PWM10，T2PWM，T5PWM，PWM8，PWM11，T3PWM，T6PWM，PWM9，PWM12触发脉冲波形经双向晶闸管输出光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15进行电平隔离，双向光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15其输出端为双向导通晶闸管，经二极管V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10，V11，V12分别接到主电路功率可控硅的阳极和控制极之间起一个开关作用。
上述同步信号获取、转化，到数字信号处理器内置软件转换和CPLD内软件计数器触发脉冲的输出，再到驱动环节，都是数字信息的直接流通与处理，其控制精度直接由软件决定，不受外界环境变化的影响，真正的实现了十二相带平衡电抗器可控硅焊机的主电路数字信号驱动。
本发明具有实质性特点和特殊的应用优势，提高了十二相带平衡电抗器可控硅焊机主电路功率可控硅导通角的稳定性和控制精度，同时取消了模拟电路，真正实现了全数字化的触发驱动，使系统的稳定性、可靠性及控制精度都得到了可靠保证。
图1为本发明主电路2为触发驱动电路图具体实施方式
如图1和图2所示，本发明电路包括主电路和触发驱动电路，其中，主电路的构成和连接方式为主回路变压器原边接成三角形，次级由两组三相全控桥式整流电路(一组I接成星形，另一组II接成三角形)并联以及同步变压器组成。两组三相全控桥式整流电路可控硅KP1，KP3，KP5的阴极并接和平衡电抗器Lp连接，KP1’，KP3’，KP5’的阴极并接和平衡电抗器Lp另一端连接，平衡电抗器Lp中点连接主回路电感L，主回路电感L另一端与电阻R4，电容C1并接，两组三相全控桥式整流电路可控硅KP4，KP6，KP2，KP4’，KP6’，KP2’的阳极并接和负载电阻R4，电容C2连接，电容C1，C2另一端并接于地；同步变压器输出端分别与电阻R1，R2，R3连接，R1与稳压管D1的阴极连接，R2与稳压管D2的阴极连接，R3与稳压管D3的阴极连接，稳压管D1，D2，D3的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3的1脚连接，同步变压器的中心端与交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3的2脚并接，光耦N1，N2，N3的4脚并接接于控制电路的电源正端VCC，光耦N1，N2，N3的3脚分别与数字信号处理器DSP的CAP1，CAP2，CAP3脚连接，DSP的ENA1，ENA2，ENA3，CLKOUT脚与复杂可编程逻辑器件CPLD连接。
触发驱动电路的构成和连接方式为CPLD的T1PWM，T4PWM，PWM7，PWM10，T2PWM，T5PWM，PWM8，PWM11，T3PWM，T6PWM，PWM9，PWM12脚分别与双向晶闸管输出光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的2脚连接，光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的1脚分别与电阻R4，R5，R6，R13，R14，R15，R20，R21，R22，R29，R30，R31连接，电阻R4，R5，R6，R13，R14，R15，R20，R21，R22，R29，R30，R31并接与控制电源VCC1连接，光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的3脚分别于二极管V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10，V11，V12的阳极连接。光耦N4，N5，N6的4脚分别与电阻R7，R8，R9连接，光耦N10，N11，N12的4脚分别与电阻R23，R24，R25连接，光耦N7，N8，N9的4脚并接与电阻R16连接，光耦N13，N14，N15的4脚并接与电阻R32连接。二极管V1的阴极与电阻R10，电容C3，可控硅KP3的控制极连接；二极管V2的阴极与电阻R11，电容C4，可控硅KP1的控制极连接；二极管V3的阴极与电阻R12，电容C5，可控硅KP5的控制极连接；二极管V4的阴极与电阻R17，电容C6，可控硅KP4的控制极连接；二极管V5的阴极与电阻R18，电容C7，可控硅KP2的控制极连接；二极管V6的阴极与电阻R19，电容C8，可控硅KP6的控制极连接；二极管V7的阴极与电阻R26，电容C9，可控硅KP3’的控制极连接；二极管V8的阴极与电阻R27，电容C10，可控硅KP1’的控制极连接；二极管V9的阴极与电阻R28，电容C11，可控硅KP5’的控制极连接；二极管V10的阴极与电阻R33，电容C12，可控硅KP4’的控制极连接；二极管V11的阴极与电阻R34，电容C13，可控硅KP2’的控制极连接；二极管V12的阴极与电阻R35，电容C14，可控硅KP6’的控制极连接，R10，C3与可控硅KP3的阴极连接；R11，C4与可控硅KP1的阴极连接；R12，C5与可控硅KP5的阴极连接；R17，C6与可控硅KP4的阴极连接；R18，C7与可控硅KP2的阴极连接；R19，C8与可控硅KP6的阴极连接；R26，C9与可控硅KP3’的阴极连接；R27，C10与可控硅KP1’的阴极连接；R28，C11与可控硅KP5’的阴极连接；R33，C12与可控硅KP4’的阴极连接；R34，C13与可控硅KP2’的阴极连接；R35，C14与可控硅KP6’的阴极连接。可控硅KP4，KP6，KP2的阳极并接与R16连接，可控硅KP4’，KP6’，KP2’的阳极并接与R32连接，可控硅KP1的阳极和可控硅KP4的阴极并接与R7连接，可控硅KP3的阳极和可控硅KP6的阴极并接与R8连接，可控硅KP5的阳极和可控硅KP3的阴极并接与R9连接，可控硅KP1’的阳极和可控硅KP4’的阴极并接与R23连接，可控硅KP3’的阳极和可控硅KP6’的阴极并接与R24连接，可控硅KP5’的阳极和可控硅KP2’的阴极并接与R25连接。
权利要求
1.一种十二相带平衡电抗器的可控硅焊接电源的数字触发电路，包括主电路和触发驱动电路，其特征在于，主电路的构成和连接方式为同步变压器输出端分别与电阻R1，R2，R3连接，R1与稳压管D1的阴极连接，R2与稳压管D2的阴极连接，R3与稳压管D3的阴极连接，稳压管D1，D2，D3的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3的1脚连接，同步变压器的中心端与交流输入晶体管输出光耦N1，N2，N3的2脚并接，光耦N1，N2，N3的4脚并接接于控制电路的电源正端VCC，光耦N1，N2，N3的3脚分别与数字信号处理器DSP的CAP1，CAP2，CAP3脚连接，DSP的ENA1，ENA2，ENA3，CLKOUT脚与复杂可编程逻辑器件CPLD连接；触发驱动电路的构成和连接方式为CPLD的T1PWM，T4PWM，PWM7，PWM10，T2PWM，T5PWM，PWM8，PWM11，T3PWM，T6PWM，PWM9，PWM12脚分别与双向晶闸管输出光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的2脚连接，光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的1脚分别与电阻R4，R5，R6，R13，R14，R15，R20，R21，R22，R29，R30，R31连接，电阻R4，R5，R6，R13，R14，R15，R20，R21，R22，R29，R30，R31并接与控制电源VCC1连接，光耦N4，N5，N6，N7，N8，N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15的3脚分别于二极管V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9，V10，V11，V12的阳极连接，光耦N4，N5，N6的4脚分别与电阻R7，R8，R9连接，光耦N10，N11，N12的4脚分别与电阻R23，R24，R25连接，光耦N7，N8，N9的4脚并接与电阻R16连接，光耦N13，N14，N15的4脚并接与电阻R32连接，二极管V1的阴极与电阻R10，电容C3，可控硅KP3的控制极连接，二极管V2的阴极与电阻R11，电容C4，可控硅KP1的控制极连接，二极管V3的阴极与电阻R12，电容C5，可控硅KP5的控制极连接，二极管V4的阴极与电阻R17，电容C6，可控硅KP4的控制极连接，二极管V5的阴极与电阻R18，电容C7，可控硅KP2的控制极连接，二极管V6的阴极与电阻R19，电容C8，可控硅KP6的控制极连接，二极管V7的阴极与电阻R26，电容C9，可控硅KP3’的控制极连接，二极管V8的阴极与电阻R27，电容C10，可控硅KP1’的控制极连接，二极管V9的阴极与电阻R28，电容C11，可控硅KP5’的控制极连接，二极管V10的阴极与电阻R33，电容C12，可控硅KP4’的控制极连接，二极管V11的阴极与电阻R34，电容C13，可控硅KP2’的控制极连接，二极管V12的阴极与电阻R35，电容C14，可控硅KP6’的控制极连接。
2.根据权利要求1所述的十二相可控硅焊接电源的数字触发电路，其特征是，R10，C3与可控硅KP3的阴极连接，R11，C4与可控硅KP1的阴极连接，R12，C5与可控硅KP5的阴极连接，R17，C6与可控硅KP4的阴极连接，R18，C7与可控硅KP2的阴极连接，R19，C8与可控硅KP6的阴极连接，R26，C9与可控硅KP3’的阴极连接，R27，C10与可控硅KP1’的阴极连接，R28，C11与可控硅KP5’的阴极连接，R33，C12与可控硅KP4’的阴极连接，R34，C13与可控硅KP2’的阴极连接，R35，C14与可控硅KP6’的阴极连接；可控硅KP4，KP6，KP2的阳极并接与R16连接，可控硅KP4’，KP6’，KP2’的阳极并接与R32连接，可控硅KP1的阳极和可控硅KP4的阴极并接与R7连接，可控硅KP3的阳极和可控硅KP6的阴极并接与R8连接，可控硅KP5的阳极和可控硅KP3的阴极并接与R9连接，可控硅KP1’的阳极和可控硅KP4’的阴极并接与R23连接，可控硅KP3’的阳极和可控硅KP6’的阴极并接与R24连接，可控硅KP5’的阳极和可控硅KP2’的阴极并接与R25连接。
全文摘要
一种焊接领域的十二相可控硅焊接电源的数字触发电路，与主变压器次级星形绕组方向一致的同步变压器输入电压经过电阻和稳压管加到交流输入晶体管输出光耦上，获得同步信号；DSP事件管理器对同步信号下降沿进行捕获，产生中断请求，DSP内核转到中断服务程序中，检测可控硅焊机控制面板上模拟量，并变成数字量，数字量移相值送入定时器，产生三路脉冲波形；三路脉冲波形作为CPLD内软件计数比较器的计数使能信号，DSP的时钟输出信号CLKOUT作为CPLD内软件计数比较器的计数脉冲信号，比较值由主电路功率可控硅器件的导通相序确定。本发明取消了模拟电路，具有电路简单、系统稳定性和可靠性好、可控硅导通角的一致性和控制精度得到了可靠保证。
文档编号B23K9/09GK1604447SQ20041006781
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月4日 优先权日2004年11月4日
发明者张勇, 华学明, 蔡艳, 宋政, 张跃龙, 吴毅雄, 盛国庆 申请人:上海交通大学