[发明专利]一种逆变弧焊电源控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变弧焊电源控制系统，属于焊接设备及自动化领域。

背景技术

目前，在焊接逆变电源的领域中应用的控制思想按控制方式分，主要有单环控制方式(如图1所示)和双环控制方式(如图2所示)；按反馈类型分，主要有电压型PWM和电流型PWM控制。单环控制方式和双环控制方式都属于电压型PWM，它能够对由于负载发生扰动或电网发生扰动出现的误差进行调解。电压型反馈控制中，电压误差信号被线形的调制成占空比信号；当输入电压或负载变化时，输出电压、电压误差信号、占空比均发生变化，经动态调节后，输出电压恢复到稳定值。这一动态调节持续的时间由环路增益带宽决定，通常为多个开关周期时间，所以电压型PWM控制，无论采用单环或双环控制，都无法即时对扰动做出补偿。电流型反馈控制则是利用了变换器的脉冲和非线性特点，其占空比由包含了一些非线性状态反馈的关系式所决定；当输入电压增大时，电流斜率立即增大，占空比减小。这一动态调节具有很好的快速响应能力，但是系统存在静态误差，精度无法满足要求。如果采用其他的补偿方式，则速度又会受到影响。

单周期控制技术是将非线性开关变为线性开关，是一种非线性控制技术。对于输入电压(电网电压)的扰动，单周期控制技术可以在一个开关周期内瞬时地控制输出信号，其动态性能将比电压型、电流型控制技术优越，故它在动态性能要求高的功率变换场合具有重要应用价值。如果将单周期控制技术应用于焊接电源控制系统中，可以充分发挥单周期控制技术的优点。

发明专利内容

本发明把单周期控制技术应用到焊接电源领域中，并针对焊接过程的特点，对焊接过程中燃弧、断路各阶段分别进行波形控制，提出了一种全新的焊接电源控制方式，能够在很短时间内对电网电压的扰动进行调整，主电路采用双管单端正激拓扑结构，每个周期内对变压器进行磁通复位，保证变压器不会出现磁饱和现象；同时，对燃弧和短路状态分别进行控制，达到更好的焊接效果。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本系统主要包括有主电路部分A、参数信号给定部分B、驱动电路D。主电路部分A主要包括有整流A1、滤波A2、DC-AC逆变电路A3、变压器A4、副边整流A6、副边电感A7。参考信号给定部分B主要包括有电压采样B1、状态判断B2、开关选择B3，电压采样B1将信号传给状态判断电路B2，判断此刻是短路还是燃弧，根据不同状态，置位模拟开关B3，给出燃弧或短路的参考电压波形。驱动电路D与DC-AC逆变电路A3连接；其特征在于：单周期控制部分C主要包括有运算放大器C1、比较器C2、控制器C3、PWM脉宽调制器C4、非门C5、与门C6、光耦隔离C7、Mosfet管C8、充放电电容C9。其中，运算放大器C1与充放电电容C9组成积分电路，Mosfet管C8与充放电电容C9并联；变压器A4的副边采样电压A5送入运算放大器C1输入端，运算放大器C1的输出端与比较器C2的同相输入端连接，比较器C2的反相输入通过开关B3接燃弧或短路状态时的参考电压。比较器C2的输出端与控制器C3的复位端相连，控制器C3的置位端接PWM脉宽调制器C4晶振输出信号，PWM脉宽调制器C4在每个周期内对控制器C3进行触发，控制器C3通过非门C5、与门C6和光耦隔离C7控制Mosfet管C8，使电容C9在单个周期内充、放电，从而通过驱动电路D对DC-AC逆变电路A3进行开通、关断控制；通过判断电弧状态，对燃弧和短路两个阶段进行分别控制。

本发明专利的工作原理及过程：

副边采样电压信号通过A5传送给运放C1，设PWM的输出周期为fs，运算放大器反相端输入信号为x(t)，可得C1的输出电压为：

V_ref＝(1/C9)∫₀^Tonx(t)d_t

当运算放大器C1输出电压值等于参考电压时，比较器C2输出高电平，复位控制器C3，由于C3的复位，所以立即关断PWM输出信号，从而通过驱动电路D关断DC-AC逆变电路A3；同时，由于C3的复位，所以通过隔离光偶C7立即导通Mosfet管C8，此刻电容C9开始快速放电；控制器C3的置位端接PWM同步晶振输出信号，在到达每个周期的死区时间那一刻置位控制器，当下一个周期到来时刻，PWM脉宽调制器输出引脚为高电平，同时，通过隔离光偶C7迅速关断Mosfet管C8，为下一个周期的PWM输出和运放的积分运算做准备。