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基于DSP控制的交直流方波逆变电源系统研究

李虹  
【摘要】:数字化逆变电源的出现和发展是焊接技术的进步,有人甚至把它比作焊接技术的数字化革命,也有人把它比作焊接技术的IT革命。数字化逆变电源不仅仅推动了焊接电源的发展,更重要的是它对焊接技术的长远发展产生了积极的影响作用。本文首先介绍了“数字化”的概念,分析了数字化逆变弧焊电源的特征。结合当前数字化逆变弧焊电源在国内外的发展趋势,阐明了进行本课题研究的必要性。 本论文简要介绍了数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的产生、应用领域及发展趋势等,接着详细阐述了其工作原理、结构特征及芯片的选型。重点介绍了所研制的IGBT逆变交直流方波TIG焊接电源系统的组成部分和控制原理。分别就逆变电源的主电路、控制电路、保护电路和驱动电路做了详细分析,并从软硬件两方面进行了系统的阐述。 电源主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构,由输入整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、二次逆变电路组成。文中详细介绍了主电路的设计要点及元件选型和参数计算。控制系统以16位数字信号处理器TMS320F240为核心,采用了目前比较常用的脉宽调制方式PWM(Pulse Width Modulation)即控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。由于TMS320F240难以直接产生需要的带死区的脉冲波形,因此设计了专门的“分频电路”。前级驱动脉冲是利用TMS320F240的比较单元输出一路PWM脉冲,经分频电路分频后产生两路互不重叠的触发脉冲,再经IGBT专用驱动模块M57959L进行功率放大后,触发IGBT。后级驱动脉冲是利用DSP输出另外一路PWM脉冲分频再经放大后得到的两路互不重叠的触发脉冲。系统实时对输出电流进行采样,将采样结果送入到DSP进行A/D转换。 本文还详细阐述了DSP片内的资源分配和外围电路的功能等。并针对焊接过程中可能出现的典型故障:过流、过热、过/欠压等,设计了相应的保护电路。 在焊机的主电路和控制电路部分都进行了抗干扰设计。系统软件采用汇编语言,以模块化方法设计。文中详细介绍了主程序及中断服务程序的功能和结构。 文中还详细介绍了DSP开发环境CCS的安装和设置以及开发工具XDS510的使用。 通过试验,对该电源的实现方案、组成部分进行了分析,得到了初步的试验结果,给出了在试验过程中记录的相关数据与波形;对试验过程中出现的问题进行研究分析,提出了解决方法。试验结果表明:该焊机主电路响应速度快,硬件电路简单可靠,系统软件高效、移植性好,抗干扰能力强,基本达到了最初设计的构想和要求。


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