基于FPGA的软开关逆变直流弧焊电源设计

【摘要】：逆变式弧焊电源具有节能高效、重量轻巧、功率因数高等众多优点,是一种发展前景广阔的弧焊电源。对于逆变弧焊电源的控制方法,其经历了由模拟电路控制到数字化控制方式的转变。由于数字化的逆变弧焊电源更具有市场竞争力,因此研发全数字化的逆变弧焊电源具有很大的社会和经济价值。本课题以美国Xilinx公司Artix-7系列FPGA作为逆变弧焊电源的控制核心,设计了全数字化、高集成度的逆变弧焊电源。通过查阅文献资料,全面了解了数字化逆变弧焊电源的发展现状,并重点研究了软开关逆变技术的发展以及现场可编程门阵列FPGA的应用。研究了两种全桥变换器的软开关逆变技术,并选用有限双极性控制方法,实现了逆变器开关器件的软开关操作和基于FPGA的逆变器PWM脉宽调制控制方法。分析了定点小数与浮点小数各自的特点,实现了小数在FPGA中的计算。通过研究双闭环PID控制原理,实现了逆变弧焊电源的恒压外特性。对控制系统展开了软硬件设计,如电源模块、模数转换模块、逆变器驱动模块等,并对逆变弧焊电源系统进行了测试与分析。测试结果表明,控制系统的各模块工作正常,逆变弧焊电源恒压外特性实现效果良好。研究成果能够为下一代全数字化高端逆变焊机的发展奠定基础,创造更多的经济和社会价值。