专利名称：三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接电源主回路，特别是一种三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，属于电焊机技术领域。
背景技术：
由可控硅整流桥组成的大电流馈电系统在工业生产中有着广泛的应用。焊接电源中采用可控硅作为主回路中的功率器件是使用非常普遍的一种电路。大功率的整流桥对可控硅触发电路有较高的要求控制精度高，实时性好，对称度高，稳定性强，触发安全可靠。目前，可控硅触发电路主要采用分立元件和专用集成电路两种设计方法，采用分离元件设计的触发电路具有多相电路性能分散性大，调试困难，脉冲对称度差，稳定性和可靠性差等缺点；采用专用集成触发电路芯片设计的触发电路较之采用分离元件在可靠性方面有所提高，但它仍然存在模拟触发器的弊端。
经对现有技术的文献检索发现，彭家银在《电子技术》2002年第1期上发表的“一种单片机控制的三相全控桥可控硅整流器的触发电路”，该文采用80C196KB单片机结合外围器件实现对可控硅三相全控桥的触发控制，该设计提高了触发器的抗干扰能力，改善了三相触发脉冲的对称性，此外还可采用软件编程得到触发角可调的触发脉冲。该设计虽然较之采用分立元件和专用集成电路两种设计方法实现对可控硅三相全控桥的触发控制，在触发器的抗干扰性，灵活性以及三相触发脉冲的对称性方面有较大的提高，但是在同步脉冲形成电路中仍然采用分立的模拟器件来实现同步电压信号与电源工频信号的同步，即仍然存在采用模拟控制电路的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，使其实现了主回路可控硅功率器件的全数字触发控制。本发明采用数字信号处理器DSP组成的数字控制器，利用DSP的高速数据处理和计算能力，能够在实现对可控硅功率器件触发控制的同时完成对电源输出电压或电流进行闭环控制，实现无差调节。
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、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星形，副边为三相全控桥式整流电路(接成三角形)和同步变压器组成。全控桥式整流电路可控硅S1，S2，S3的阴极并接在一起作为电源的正向输出端，可控硅S4，S5，S6的阳极并接在一起与主回路的滤波电感L连接在一起，电阻R10跨接在滤波电感与电源正向输出端之间，起续流作用，滤波电感L的另一端作为电源输出的另一端，可控硅S1的阳极和S4的阴极连接在一起，可控硅S2的阳极和S5的阴极连接在一起，可控硅S3的阳极和S6的阴极连接在一起，电容C1和电阻R1连接在一起并接在可控硅S1的阳极和阴极之间起保护作用，电容C2和电阻R2连接在一起并接在可控硅S2的阳极和阴极之间起保护作用，电容C3和电阻R3连接在一起并接在可控硅S3的阳极和阴极之间起保护作用，电容C4和电阻R4连接在一起并接在可控硅S4的阳极和阴极之间起保护作用，电容C5和电阻R5连接在一起并接在可控硅S5的阳极和阴极之间起保护作用，电容C6和电阻R6连接在一起并接在可控硅S6的阳极和阴极之间起保护作用。
触发驱动电路的构成和连接方式为主回路功率可控硅S1的阴极与R41和C37连接，S1的控制极与R41，C37以及二极管D26的阴极相连；S2的阴极与R43和C39连接，S2的控制极与R43，C39以及二极管D28的阴极相连，S3的阴极与R45和C41连接，S3的控制极与R45，C41以及二极管D30的阴极相连，S4的阴极与R42和C38连接，S4的控制极与R42，C38以及二极管D27的阴极相连，S5的阴极与R44和C40连接，S5的控制极与R44，C40以及二极管D29的阴极相连；S6的阴极与R46和C42连接，S6的控制极与R46，C42以及二极管D26的阴极相连；主回路功率可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的阳极分别与电阻R35，R37，R39，R36，R38，R40连接，DSP的T1PWM，T2PWM，T3PWM引脚分别与U7的9脚，11脚，13脚连接，U7的8脚，10脚，12脚分别与双向晶闸管光耦U4，U5，U6的4脚连接，光耦U4，U5，U6的2脚与其3脚连接，光耦U4，U5，U6的1脚分别与电阻R32，R33，R34连接，电阻R32，R33，R34均与电源VCC连接，光耦U4，U5，U6的5脚分别与二极管D27，D29，D31的阳极连接，光耦U4，U5，U6的6脚分别与R36，R38，R40连接，光耦U4，U5，U6的7脚分别与二极管D26，D28，D30的阳极连接，光耦U4，U5，U6的8脚分别与R35，R37，R39连接。
本发明还包括同步电路，其构成和连接方式为三相同步电压与同步变压器的公共零点经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上，其中，R11，C34和稳压管D1的阴极连接，R12，C34和稳压管D2的阴极连接，R13，C35和稳压管D3的阴极连接，R14，C35和稳压管D4的阴极连接，R15，C36和稳压管D5的阴极连接，R16，C35和稳压管D6的阴极连接，稳压管D1，D3，D5的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3的1脚连接，稳压管D2，D4，D6的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3的2脚连接，光耦U1，U2，U3的4脚并接与电源VCC，光耦U1，U2，U3的3脚分别与R29，U7的1脚，R30，U7的3脚，R31，U7的5脚并接在一起，R29，R30，R31的另一端与模拟地连接在一起，U7的2脚，4脚，6脚分别与DSP的CAP1，CAP2，CAP3脚连接。
本发明工作时，首先，由电网获得的三相电压通过同步变压器输出三相同步电压，此三相同步电压与同步变压器的公共零点经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上。当同步电压非零时，U1，U2，U3的输出导通，3脚输出为高电平，经U7反向为低电平，当同步电压过零时，U1，U2，U3截至，3脚的输出为低电平，经U7反向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脚对同步信号的上升沿进行捕获，从而产生相对应的中断请求，DSP内核立即响应中断，转到中断程序中。
在中断程序中，DSP把在主程序中所计算出的下一周期可控硅的控制角的值(可控硅的控制角的值是由通讯得到的焊接电流或电压的给定量与采样得到的电流或电压反馈值的差值经过PID算法求出)赋给相应的通用定时器TxPWM并启动此定时器开始记数，在清除相应的中断标志位后退出此中断子程序并返回到主程序。
在主程序运行期间，DSP完成焊接电流/电压的实时检测，DSP根据焊接电流/电压的给定值与实时检测到的焊接电流/电压反馈值的偏差值作PID算法，求出下一控制周期的可控硅的控制角。DSP主程序在进行上述操作的同时，通用定时器Tx完成记数功能，此记数是在后台完成，即不占用DSP的运行时间。当记数时间到所设定的时间时，DSP的TxPWM脚输出宽度为70°的触发脉冲经双向晶闸管光耦U4，U5，U6进行电平隔离，双向晶闸管U4，U5，U6其输出端为两组双向导通晶闸管，经二极管D26，D27，D28，D29，D30，D31分别接到主回路功率可控硅的阳极和控制极之间起一个开关作用。
上述从同步信号的获取，转化，到数字信号处理器移相触发脉冲的算法实现，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，减少了环境温度、电源电压、时间等外部因素对系统控制特性的影响，保证了控制系统在长期运行时控制特性的一致性和稳定性。
本发明具有实质性特点和显著进步，采用数字信号处理器DSP组成的数字控制器，具有硬件电路简单、实时控制精度高、输出触发脉冲安全可靠、对称度高、控制形式灵活多样等优点，同时系统的稳定性，可靠性得到了很好的保证。
图1为本发明主电路2为同步电路和触发驱动电路图具体实施方式
如图1和2所示，本发明包括主电路、触发驱动电路，还包括同步电路。
主电路的构成和连接方式为主回路变压器原边接成星形，副边为三相全控桥式整流电路和同步变压器组成，全控桥式整流电路接成三角形，其可控硅S1，S2，S3的阴极并接在一起作为电源的正向输出端，可控硅S4，S5，S6的阳极并接在一起与主回路的滤波电感L连接在一起，电阻R10跨接在滤波电感与电源正向输出端之间，滤波电感L的另一端作为电源输出的另一端，可控硅S1的阳极和S4的阴极连接在一起，可控硅S2的阳极和S5的阴极连接在一起，可控硅S3的阳极和S6的阴极连接在一起，C1和R1、C2和R2、C3和R3、C4和R4、C5和R5、C6和R6分别串联并接在可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的阳极和阴极之间；触发驱动电路的构成和连接方式为主回路功率可控硅S1的阴极与R41和C37连接，S1的控制极与R41，C37以及二极管D26的阴极相连；S2的阴极与R43和C39连接，S2的控制极与R43，C39以及二极管D28的阴极相连，S3的阴极与R45和C41连接，S3的控制极与R45，C41以及二极管D30的阴极相连，S4的阴极与R42和C38连接，S4的控制极与R42，C38以及二极管D27的阴极相连，S5的阴极与R44和C40连接，S5的控制极与R44，C40以及二极管D29的阴极相连；S6的阴极与R46和C42连接，S6的控制极与R46，C42以及二极管D26的阴极相连；主回路功率可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的阳极分别与电阻R35，R37，R39，R36，R38，R40连接，DSP的T1PWM，T2PWM，T3PWM引脚分别与U7的9脚，11脚，13脚连接，U7的8脚，10脚，12脚与双向晶闸管光耦U4，U5，U6的4脚连接，光耦U4，U5，U6的2脚与其3脚连接，光耦U4，U5，U6的1脚分别与电阻R32，R33，R34连接，电阻R32，R33，R34均与电源VCC连接，光耦U4，U5，U6的5脚分别与二极管D27，D29，D31的阳极连接，光耦U4，U5，U6的6脚分别与R36，R38，R40连接，光耦U4，U5，U6的7脚分别与二极管D26，D28，D30的阳极连接，光耦U4，U5，U6的8脚分别与R35，R37，R39连接。
所述的同步电路，其构成和连接方式为三相同步电压与同步变压器的公共零点经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上，其中，R11，C34和稳压管D1的阴极连接，R12，C34和稳压管D2的阴极连接，R13，C35和稳压管D3的阴极连接，R14，C35和稳压管D4的阴极连接，R15，C36和稳压管D5的阴极连接，R16，C35和稳压管D6的阴极连接，稳压管D1，D3，D5的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3的1脚连接，稳压管D2，D4，D6的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3的2脚连接，光耦U1，U2，U3的4脚并接与电源VCC，光耦U1，U2，U3的3脚分别与R29，U7的1脚，R30，U7的3脚，R31，U7的5脚并接在一起，R29，R30，R31的另一端与模拟地连接在一起，U7的2脚，4脚，6脚分别与DSP的CAP1，CAP2，CAP3脚连接。
以系统闭环控制过程实现电源恒流特性输出的数字触发为例。本发明采用数字信号处理器DSP作为控制系统核心实现可控硅焊接电源主回路功率可控硅的数字触发。
首先，由电网获得的三相电压通过同步变压器输出三相同步电压，此三相同步电压与同步变压器的公共零点经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上。当同步电压非零时，U1，U2，U3的输出导通，3脚输出为高电平，经U7反向为低电平，当同步电压过零时，U1，U2，U3截至，3脚的输出为低电平，经U7反向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脚对同步信号的上升沿进行捕获，从而产生相对应的中断请求，DSP内核立即响应中断，转到中断程序中。
在中断程序中，DSP首先判断本次中断是由哪路CAP信号产生，若DSP判断此次中断是由CAP1捕获上升沿产生，则转到CAP1中断处理子程序中，此子程序中完成如下功能把在主程序中计算出的下一控制周期可控硅的控制角的值赋值给通用定时器T1，同时启动T1定时器开始记数，在清除相应的中断标志位后退出此中断子程序并返回到主程序。
在主程序运行期间，DSP完成焊接电流的实时检测，DSP根据焊接电流的给定值与实时检测到的焊接电流反馈值的偏差值作PID算法，求出下一控制周期的可控硅的控制角。DSP主程序在进行上述操作的同时，通用定时器T1完成记数功能，此记数是在后台完成，即不占用DSP的运行时间。当记数时间到所设定的时间时，DSP的T1PWM脚输出宽度为70°的触发脉冲经双向晶闸管光耦U4进行电平隔离，双向晶闸管U4其输出端为两组双向导通晶闸管，经二极管D26，D27分别接到主回路功率可控硅的阳极和控制极之间，进而实现可控硅S1或S4的导遁。中断程序如果是由CAP2产生，则上述操作相同，DSP输出的T2PWM触发脉冲经双向晶闸管光耦U5进行电平隔高，双向晶闸管U5其输出端为两组双向导通晶闸管，经二极管D28，D29分别接到主回路功率可控硅的阳极和控制极之间，进而实现可控硅S2或S5的导通。中断程序如果是由CAP3产生，则上述操作相同，DSP输出的T3PWM触发脉冲经双向晶闸管光耦U6进行电平隔离，双向晶闸管U6其输出端为两组双向导通晶闸管，经二极管D30，D31分别接到主回路功率可控硅的阳极和控制极之间，进而实现可控硅S3或S6的导通。
在焊接过程中，DSP每3.3ms产生一次捕获中断，即每3.3ms重复开始前述过程，进而完成对可控硅功率器件的数字触发控制，即完成对焊接电源输出的恒流控制。
权利要求
1.一种三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，包括主电路，触发驱动电路，其特征在于，还包括同步电路，其构成和连接方式为三相同步电压与同步变压器的公共零点经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上，其中，R11，C34和稳压管D1的阴极连接，R12，C34和稳压管D2的阴极连接，R13，C35和稳压管D3的阴极连接，R14，C35和稳压管D4的阴极连接，R15，C36和稳压管D5的阴极连接，R16，C35和稳压管D6的阴极连接，稳压管D1，D3，D5的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3的1脚连接，稳压管D2，D4，D6的阳极分别与交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3的2脚连接，光耦U1，U2，U3的4脚并接与电源VCC，光耦U1，U2，U3的3脚分别与R29，U7的1脚，R30，U7的3脚，R31，U7的5脚并接在一起，R29，R30，R31的另一端与模拟地连接在一起，U7的2脚，4脚，6脚分别与DSP的CAP1，CAP2，CAP3脚连接。
2.根据权利要求1所述的三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，其特征是，所述的主电路的构成和连接方式为主回路变压器原边接成星形，副边为三相全控桥式整流电路和同步变压器组成，全控桥式整流电路接成三角形，其可控硅S1，S2，S3的阴极并接在一起作为电源的正向输出端，可控硅S4，S5，S6的阳极并接在一起与主回路的滤波电感L连接在一起，电阻R10跨接在滤波电感与电源正向输出端之间，滤波电感L的另一端作为电源的输出的另一端，可控硅S1的阳极和S4的阴极连接在一起，可控硅S2的阳极和S5的阴极连接在一起，可控硅S3的阳极和S6的阴极连接在一起，C1和R1、C2和R2、C3和R3、C4和R4、C5和R5、C6和R6分别串联并接在可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的阳极和阴极之间。
3.根据权利要求1所述的三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，其特征是，所述的触发驱动电路的构成和连接方式为主回路功率可控硅S1的阴极与R41和C37连接，S1的控制极与R41，C37以及二极管D26的阴极相连；S2的阴极与R43和C39连接，S2的控制极与R43，C39以及二极管D28的阴极相连，S3的阴极与R45和C41连接，S3的控制极与R45，C41以及二极管D30的阴极相连，S4的阴极与R42和C38连接，S4的控制极与R42，C38以及二极管D27的阴极相连，S5的阴极与R44和C40连接，S5的控制极与R44，C40以及二极管D29的阴极相连；S6的阴极与R46和C42连接，S6的控制极与R46，C42以及二极管D26的阴极相连；主回路功率可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的阳极分别与电阻R35，R37，R39，R36，R38，R40连接，DSP的T1PWM，T2PWM，T3PWM引脚分别与U7的9脚，11脚，13脚连接，U7的8脚，10脚，12脚与双向晶闸管光耦U4，U5，U6的4脚连接，光耦U4，U5，U6的2脚与其3脚连接，光耦U4，U5，U6的1脚分别与电阻R32，R33，R34连接，电阻R32，R33，R34均与电源VCC连接，光耦U4，U5，U6的5脚分别与二极管D27，D29，D31的阳极连接，光耦U4，U5，U6的6脚分别与R36，R38，R40连接，光耦U4，U5，U6的7脚分别与二极管D26，D28，D30的阳极连接，光耦U4，U5，U6的8脚分别与R35，R37，R39连接。
全文摘要
一种三相全桥可控硅焊接电源主回路的数字触发电路，包括主电路、触发驱动电路和同步电路；同步电路三相同步电压与同步变压器的公共零点经过电阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6构成回路加到交流输入晶体管输出光耦U1，U2，U3上，本发明利用DSP的高速数据处理和计算能力，能够在实现对可控硅功率器件的触发控制的同时完成对电源输出电压或电流进行闭环控制，实现无差调节。本发明具有硬件电路简单、实时控制精度高、输出触发脉冲安全可靠、对称度高、控制形式灵活多样等优点，同时系统的稳定性，可靠性得到了很好的保证。
文档编号B23K9/10GK1651173SQ20051002418
公开日2005年8月10日 申请日期2005年3月3日 优先权日2005年3月3日
发明者宋政, 吴毅雄, 徐鸣, 华学明, 李芳 , 刘伟 申请人:上海交通大学, 上海恒通电焊机有限公司