IGBT模块在CO2气体保护焊电源中的应用

IGBT模块在CO2气体保护焊电源中的应用： 

1．主电路设计

  CO2气体保护焊中应用比较广泛的是细丝CO2焊，其熔滴过渡方式为短路过渡，其过渡过程实质上是短路期间与燃弧期间不断重的过程．每次短路时间为2~3ms，短路周期为10ms左右。
  为了能够对短路过程进行精确控制，主电路采用工作频率很高的IGBT作为开关功率器件。C02气体保护焊电源的主电路采用全桥式结构，如图1所示。

 

 
  2．控制系统硬件设计

  (1)控制系统的构成原理
  整个控制系统由单片机和外围电路组成，系统构成原理框图如图2所示。控制电路的主要单元电路有：

 

 
  ①80C196KB是INTEL 公司生产的MCS-96系列16 位高性能单片机，它具有强大的微处理能力，具有8KB EPROM、232B寄存器阵列、20个中断源、脉宽调制输出、高速I/O系统、空闲掉电两种工作方式、16 位监视定时器、4个16位软件定时器、全双工串行接口、带采样/保持的l0 位A/D 转换器。其A/D转换时间仅需22μs，电流采样转换精度为1A。
  ②2764芯片为片外程序存储器，用于存放控制程序。
  ③6264芯片为数据存储器，用于存放焊接电流和电压采样值，是为分析实时的焊接电流、电压波形而专门扩展的。
  ④MAX530是12 位D/A转换器，精度达到12位，芯片工作电流只需250μA，转换输出电压范围在0~+4.096V 之间。

  (2)控制系统的基本工作原理

  80C196KB单片机控制系统采用脉宽调制(PWM)控制技术，通过对焊接电流、电压信号的采样，经PI算法处理后，输出控制参量。控制参量由 MAX530进行D/A转换，转变为电压信号后将其送入脉宽调制器SG3525，得到两组相互反相的脉宽信号，经EXJ3840功率放大后驱动．IGBT的开通和关断，从而实现对焊接电流的调节。
 
  3．控制系统软件设计

  细丝CO2焊要求电源输出恒压特性并配等速送丝，单片机系统采用电压负反馈的PI算法，实现了对电源的恒压控制。利用80C196KB的高速输入口HIS.0 捕捉同步脉冲，高速输出口HSO. 0和HSO．1输出两路触发脉冲，控制送丝电路的单相半控桥中晶闸管的导通角，实现等速送丝。

  (1) PI控制算法

  PI控制算法的递推公式为

  式中：E(k)、E(k -1)分别为第屡次及k-l次电压反馈值与给定值的偏差值；Uh、Ug分别为电压反馈值及给定值；PI（k）、PI(k-l)分别为第走次及k-l次输给MAX530的控制参量； Kp、Ki需经过系统仿真获得而整定。

  (2)控制主程序框图

  控制主程序框图如图3所示。整个程序固化在E2PROM 2764内，主要由主程序和，断服务子程序组成，同时还有一些诸如显示、译码、延时和PI运算等子程序。主程序在焊接过程中有焊接开关、显示焊接电压和电流以及中断保护信号的功能，在焊接结束时具有自动收弧功能。