[发明专利]一种250kHz弧焊电源斩波器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种250kHz弧焊电源斩波器及其控制方法，包括，电流设定模块、ARM控制单元、FPGA的PWM调制单元、驱动单元、ADC检测单元、斩波器单元和电流传感器LEM；其中，所述电流设定单元用于设定斩波器输出的电流信号值，经过所述ARM控制单元的SPI通信将电流信号传输至所述FPGA的PWM调制单元，所述FPGA的PWM调制单元对电流信号进行换算得到脉冲输出，所述驱动单元对所述斩波器主电路进行斩波调制，从而获得设定的电流输出值，所述ADC检测单元对所述电流输出值进行闭环检测，并将检测的电流输出值反馈至所述ARM控制单元和FPGA的PWM调制单元。通过本发明可以实现焊接大电流输出过程中电流的精确控制。

技术领域

本发明涉及高频斩波电源的技术领域，尤其涉及一种250kHz弧焊电源斩波器及其控制方法。

背景技术

近年来，随着工业自动化及数字化的发展，焊接数字化成为新兴的技术并得到广泛应用。弧焊电源及焊接设备的控制技术采用新器件及新技术使得数字电源成为发展的关键。非熔化极钨极惰性气体保护焊(GTAW)因其电弧和熔池可见性好，操作方便且没有熔渣，无需焊后清渣，同时焊缝成型好、焊接质量高等优越性能在工业生产中得到普遍应用。其电源作为焊接设备重要组成部分，是影响焊接性能的关键因素。GTAW电源电流稳定性、脉冲电流变化率对焊接质量具有重要影响。然而，目前GTAW电源的斩波频率仍较低，国内GTAW电源的斩波频率范围为20～50kHz，导致大电流焊接时电流脉冲上升沿和下降沿变化速率慢、电流纹波大。针对核电管道、压力容器等关键部件的焊接设备主要依赖国外进口，如Liburdi、Polysoude等。但进口设备价格昂贵并且容易受到国外技术封锁，成为关键部件焊接技术自主发展的瓶颈。为改善焊接电流的稳定性，本专利提出采用250kHz斩波频率的方法提高电流变化速率，改善电流稳定性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种250kHz弧焊电源斩波器及其控制方法，该发明能够提高大电流焊接时电流的响应速度，降低GTAW焊接过程中电弧的抖动对电流扰动的影响，并基于FPGA的高频斩波技术，结合ARM控制器实现电流稳定输出。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种250kHz弧焊电源斩波器，包括，

电流设定模块、ARM控制单元、FPGA的PWM调制单元、驱动单元、ADC检测单元、斩波器单元和电流传感器LEM；其中，所述电流设定单元用于设定斩波器输出的电流信号值，经过所述ARM控制单元的SPI通信将电流信号传输至所述FPGA的PWM调制单元，所述FPGA的PWM调制单元对电流信号进行换算得到脉冲输出，所述驱动单元对所述斩波器主电路进行斩波调制，从而获得设定的电流输出值，所述ADC检测单元对所述电流输出值进行闭环检测，并将检测的电流输出值反馈至所述ARM控制单元和FPGA的PWM调制单元。

进一步的，在本发明中：所述斩波器单元还包括直流电源、稳压电容C、Mosfet1及其RCD吸收回路、续流二极管D、电感L和电流传感器LEM；

其中，所述稳压电容C用于对所述直流电源进行稳压，Mosfet1用于斩波，电感L滤波后输出至负载；FPGA接收ARM电流输出指令，并生成高频250kHz的PWM波形驱动Mosfet1，LEM电流传感器采集输出电流值经滤波和高速ADC采样输入至FPGA进行闭环调节，获得恒定的输出电流，

进一步的，在本发明中：所述斩波器主电路还包括第一稳压电容C1、第二稳压电容C1、第三稳压电容C3和第一电阻R1，快速续流二极管置于Q1之后，电感L1用于滤波，获得恒定的输出电流，电感L1在短路时进行电流限定，此时的PWM输出脉冲根据检测电流值进行闭环调节，维持短路电流的恒定。

进一步的，在本发明中：还包括脉冲振荡吸收电路，所述脉冲振荡吸收电路包括Mosfet1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电容C4,在Mosfet1的D、S端设置RC吸收电路。