全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，涉及焊接設備【技術領域】，其特征在于：包括主電路和控制電路；所述主電路包括依次連接的整流濾波模塊、前級逆變模塊、中頻變壓模塊、快速整流濾波模塊和后級逆變模塊；所述整流濾波模塊與三相交流輸入電源連接，后級逆變模塊與電弧負載連接；所述前級逆變模塊、中頻變壓模塊、快速整流濾波模塊和后級逆變模塊均與控制電路連接以實現(xiàn)由控制電路控制電源輸出。該焊接電源可實現(xiàn)直流、直流脈沖、方波、方波脈沖和脈沖方波等五種電流波形輸出；同時該焊接電源主電路采用雙逆變結(jié)構(gòu)，具有良好的電能轉(zhuǎn)換效率和動態(tài)響應性能。
【專利說明】全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及焊接設備【技術領域】，具體是指一種全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源。
【背景技術】
[0002]與傳統(tǒng)焊機相比，逆變焊機具有高效節(jié)能、重量輕、體積小、動態(tài)性能好等諸多優(yōu)點，非常有利于實現(xiàn)精密化控制，已成為焊接設備技術的主流發(fā)展方向。但逆變焊機的模型復雜，采用模擬控制或經(jīng)典控制很難取得良好的控制效果。同時在很多應用場合，為最大限度地降低生產(chǎn)運行成本，往往需要焊機具備“一機多用”功能。例如，在焊接鋁、鎂等輕質(zhì)金屬及其合金材料時，需采用交流波形焊接以充分利用電弧的陰極破碎作用；同時，為確保焊接工藝質(zhì)量，需要精確控制焊接過程的熱輸入，這就要求焊機能夠?qū)涣麟娏鞯念l率、幅值及正負半波占空比等進行精細調(diào)節(jié)；如果在現(xiàn)場有多種材料的焊接結(jié)構(gòu)件，可能需要采用TIG、MIG、交流方波等多種焊接方法。現(xiàn)有焊機還不能滿足這些需求，因此研發(fā)出一種多功能的焊接電源，使焊機更符合現(xiàn)時的技術需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺點與不足，提供一種全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，該焊接電源可實現(xiàn)直流、直流脈沖、方波、方波脈沖和脈沖方波等五種電流波形輸出；同時該焊接電源主電路采用雙逆變結(jié)構(gòu)，具有良好的電能轉(zhuǎn)換效率和動態(tài)響應性能。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn):一種全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:包括主電路和控制電路；所述主電路包括依次連接的整流濾波模塊、前級逆變模塊、中頻變壓模塊、快速整流濾波模塊和后級逆變模塊；所述整流濾波模塊與三相交流輸入電源連接，后級逆變模塊與電弧負載連接；所述前級逆變模塊、中頻變壓模塊、快速整流濾波模塊和后級逆變模塊均與控制電路連接以實現(xiàn)由控制電路控制電源輸出。本發(fā)明焊接電源能夠根據(jù)工藝要求，可實現(xiàn)直流、直流脈沖、交流方波、方波脈沖和脈沖方波等五種電流波形輸出，電流波形的頻率、基值、峰值、占空比等均可根據(jù)不同焊接工藝需求靈活調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)焊接熱輸入的精確控制，能夠滿足輕質(zhì)金屬材料、不銹鋼、碳鋼等多種材料的優(yōu)質(zhì)焊接需求。本發(fā)明焊接電源的主電路采用雙逆變結(jié)構(gòu)，可提高電能轉(zhuǎn)換效率和改善動態(tài)響應性能。
[0005]進一步的方案是:所述前級逆變模塊采用全橋逆變拓撲結(jié)構(gòu)；所述前級逆變模塊采用移相軟開關工作模式或硬開關工作模式實現(xiàn)功率換流。前級逆變模塊采用全橋高頻逆變技術，傳遞功率強，能量轉(zhuǎn)換效率高；同時前級逆變模塊的功率開關管需要承受的電壓較低，可避免功率開關管的損壞。
[0006]所述后級逆變模塊采用雙半橋并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)。后級逆變模塊采用了雙半橋并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)，可以充分利用后級逆變模塊的功率開關管的電流承載能力，降低了制造成本。[0007]所述快速整流濾波模塊采用耦合電抗以實現(xiàn)高性能的平滑濾波?？焖僬鳛V波模塊采用了耦合電抗，有效改善了電流紋波，有利于提高焊接質(zhì)量。
[0008]更進一步的方案是:所述控制電路包括ARM最小系統(tǒng)、高頻驅(qū)動模塊、低頻驅(qū)動模塊、峰值電流檢測模塊、電流反饋模塊和人機交互模塊；
[0009]其中，高頻驅(qū)動模塊的輸入端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸出端與前級逆變模塊連接；低頻驅(qū)動模塊的輸入端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸出端與后級逆變模塊連接；峰值電流檢測模塊的輸出端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸入端與中頻變壓模塊連接；電流反饋模塊的輸出端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸入端與快速整流濾波模塊連接；人機交互模塊用于電源輸出參數(shù)的設定，人機交互模塊與ARM最小系統(tǒng)連接。設有人機交互模塊，使電源的控制更精確，操作更便利，擴展性和一致性更好。
[0010]所述控制電路還包括過壓欠壓檢測模塊、過熱檢測模塊和動作檢測模塊；所述過壓欠壓檢測模塊的輸入端與三相交流輸入電源連接，輸出端與ARM最小系統(tǒng)連接；所述過熱檢測模塊和動作檢測模塊均與ARM最小系統(tǒng)連接。
[0011]焊接電源還包括擴展部件，擴展部件通過CAN接口模塊和繼電器模塊與ARM最小系統(tǒng)連接；所述擴展部件包括高頻引弧裝置、供氣裝置、冷卻裝置、行走機構(gòu)、送絲機、磁控電弧裝置和管板焊機頭中任一項或一項以上。
[0012]優(yōu)選的方案是:所述人機交互模塊采用數(shù)字面板。
[0013]所述數(shù)字面板包括型號為TM4C123FH6PM的ARM微處理器二、鍵盤、CPLD芯片、正交編碼器、數(shù)碼管和LED燈以及外圍輔助電路；所述ARM微處理器二分別與ARM最小系統(tǒng)、鍵盤和CPLD芯片連接；所述CPLD芯片分別與正交編碼器、數(shù)碼管和LED燈連接。本發(fā)明焊接電源采用基于“ARM+CPLD”雙芯結(jié)構(gòu)的數(shù)字面板，實現(xiàn)多參數(shù)精確設定和精細調(diào)節(jié)。
[0014]優(yōu)選的方案是:所述ARM最小系統(tǒng)包括型號為LM4F232H5QC的ARM微處理器一、芯片供電子模塊、晶振子模塊、JTAG調(diào)試子模塊和復位子模塊；所述ARM微處理器設有基于FreeRTOS實時內(nèi)核的變極性方波焊接電源數(shù)字控制軟件。型號為LM4F232H5QC的ARM微處理器一是基于SOC級Cortex-M4內(nèi)核ARM微處理器,本發(fā)明焊接電源以基于Cortex_M4內(nèi)核的ARM微處理器為核心，以FreeRTOS為實時內(nèi)核，實現(xiàn)多任務實時調(diào)度和焊接工藝過程的精確控制。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0016]1、本發(fā)明焊接電源實現(xiàn)了對輸出電流波形的柔性控制，提高焊接電源輸出能量的控制精確度，能夠?qū)崿F(xiàn)直流、直流脈沖、交流方波、方波脈沖和脈沖方波等多種波形的輸出，工藝適應性好，能夠滿足多種焊接工藝的需求；尤其適用于輕質(zhì)金屬材料；
[0017]2、本發(fā)明焊接電源實現(xiàn)了全數(shù)字控制，使方波脈沖焊接電源具有更好的一致性、動態(tài)響應性能和可靠性；
[0018]3、本發(fā)明焊接電源采用雙逆變拓撲結(jié)構(gòu)，動態(tài)響應好，能夠進一步提高效率和逆變頻率，節(jié)省材料，降低了制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明焊接電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明焊接電源的主電路原理圖；[0021]圖3是本發(fā)明焊接電源的控制電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖4是本發(fā)明焊接電源的ARM最小系統(tǒng)的原理圖；
[0023]圖5是本發(fā)明焊接電源的數(shù)字面板結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0025]實施例
[0026]一種全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。焊接電源包括主電路100和控制電路200。主電路100包括依次連接的整流濾波模塊101、前級逆變模塊102、中頻變壓模塊103、快速整流濾波模塊104和后級逆變模塊105 ;整流濾波模塊101與三相交流輸入電源連接，后級逆變模塊105與電弧負載106連接；前級逆變模塊102、中頻變壓模塊103、快速整流濾波模塊104和后級逆變模塊105均與控制電路200連接以實現(xiàn)由控制電路200控制焊接電源的輸出。本發(fā)明焊接電源能夠根據(jù)工藝要求，可實現(xiàn)直流、直流脈沖、交流方波、方波脈沖和脈沖方波等5種電流波形輸出，電流波形的頻率、基值、峰值、占空比等均可根據(jù)不同焊接工藝需求靈活調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)焊接熱輸入的精確控制，能夠滿足輕質(zhì)金屬材料、不銹鋼、碳鋼等多種材料的優(yōu)質(zhì)焊接需求，尤其適用于輕質(zhì)金屬材料的優(yōu)質(zhì)高效焊接。
[0027]主電路100采用雙逆變結(jié)構(gòu)，可提高電能轉(zhuǎn)換效率和改善動態(tài)響應性能。前級逆變模塊102采用全橋逆變拓撲結(jié)構(gòu)；前級逆變模塊102采用移相軟開關工作模式或硬開關工作模式實現(xiàn)功率換流。前級逆變模塊102采用全橋高頻逆變技術，傳遞功率強，能量轉(zhuǎn)換效率高；同時前級逆變模塊102的功率開關管需要承受的電壓較低，可避免功率開關管的損壞。后級逆變模塊105采用雙半橋并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)。后級逆變模塊105采用了雙半橋并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)，可以充分利用后級逆變模塊105的功率開關管的電流承載能力，降低了制造成本。快速整流濾波模塊104采用耦合電抗以實現(xiàn)高性能的平滑濾波，有效改善了電流紋波，有利于提聞焊接質(zhì)量。
[0028]本實施例焊接電源以前級逆變模塊102采用硬開關工作模式為例進行介紹。主電路100的原理圖如圖2所示。首先，三相交流輸入電源連接整流濾波模塊101，變?yōu)檩^平滑的直流電。之后，流入前級逆變模塊102，經(jīng)過由功率開關管S1、功率開關管S2、功率開關管S3和功率開關管S4構(gòu)成的逆變橋，通過功率開關管的高頻開通和關斷，將直流電轉(zhuǎn)換為高頻方波交流電；其中，二極管D9、二極管Dltl、二極管Dn、二極管D12分別為功率開關管S1、功率開關管S2、功率開關管S3和功率開關管S4的反并聯(lián)二極管，而電阻R3、電容C3、電阻R4、電容c4、電阻r5、電容C5、電阻R6、電容C6分別為功率開關管S1、功率開關管S2、功率開關管S3和功率開關管S4的吸收電路。當前級逆變模塊102工作于軟開關模式時，電阻R3、電阻R4、電阻R5和電阻R6的值均為零。然后，方波電流流入中頻變壓模塊103進行降壓。經(jīng)過降壓之后的低壓高頻交流方波進入快速整流濾波模塊104，變成平滑的直流電。其中L2_1、L2_2為耦合電抗，可以進一步降低紋波電流。而后級逆變模塊105則為雙半橋并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中功率開關管S5和功率開關管S7組成一個半橋，功率開關管S6和功率開關管S8是另一個半橋，兩個半橋并聯(lián)工作。當功率開關管S5和功率開關管S6或者功率開關管S7和功率開關管S8全導通時，焊接電源工作于直流輸出模式，通過對前級逆變模塊102開關占空比的調(diào)節(jié)，可以輸出直流和直流脈沖電流波形。當功率開關管S5和功率開關管S6與功率開關管S7和功率開關管S8交替導通時，此時焊接電源工作于交流模式，可以輸出交流方波，此時，如果在前級逆變模塊102對輸出的電流值進行調(diào)制，而在后級逆變模塊105對功率開關管S5和功率開關管S6與功率開關管S7和功率開關管S8的交替導通的頻率和占空比進行調(diào)節(jié)，則可以得到頻率、占空比和電流值均可以柔性調(diào)節(jié)的變極性電流波形，可以滿足交流方波、方波脈沖和脈沖方波等焊接工藝過程能量的精細調(diào)節(jié)需求。
[0029]控制電路200的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示?？刂齐娐?00包括ARM最小系統(tǒng)205、高頻驅(qū)動模塊206、低頻驅(qū)動模塊209、峰值電流檢測模塊207、電流反饋模塊208和人機交互模塊210 ;以及供電模塊201。
[0030]其中，高頻驅(qū)動模塊206的輸入端與ARM最小系統(tǒng)205連接，輸出端與前級逆變模塊102連接；低頻驅(qū)動模塊209的輸入端與ARM最小系統(tǒng)205連接，輸出端與后級逆變模塊105連接；峰值電流檢測模塊207的輸出端與ARM最小系統(tǒng)205連接，輸入端與中頻變壓模塊103連接；電流反饋模塊208的輸出端與ARM最小系統(tǒng)205連接，輸入端與快速整流濾波模塊104連接；人機交互模塊210用于電源輸出參數(shù)的設定，人機交互模塊210與ARM最小系統(tǒng)205連接。設有人機交互模塊210，使電源的控制更精確，操作更便利，擴展性和一致性更好。
[0031]控制電路200還包括過壓欠壓檢測模塊204、過熱檢測模塊203和動作檢測模塊202 ;過壓欠壓檢測模塊204的輸入端與三相交流輸入電源連接，輸出端與ARM最小系統(tǒng)205連接；過熱檢測模塊203和動作檢測模塊202均與ARM最小系統(tǒng)205連接。
[0032]本實施例焊接電源的工作原理是:用戶通過人機交互模塊210設定電流設定值，人機交互模塊210生成并發(fā)送電流設定信號，ARM最小系統(tǒng)205接收電流設定信號以設定電流值變化規(guī)律，通過電流反饋模塊208檢測快速整流濾波模塊104的輸出電流值，然后將該值與電流設定值進行比較，通過運行于FreeRTOS實時內(nèi)核上的控制軟件進行數(shù)字調(diào)節(jié)運算，然后通過PWM模塊產(chǎn)生數(shù)字PWM信號，經(jīng)過高頻驅(qū)動模塊206的電氣隔離和放大后，驅(qū)動前級逆變模塊102的四個功率開關管，控制其開通和關斷的占空比，實現(xiàn)輸出電流的恒流特性閉環(huán)控制，使得輸出電流大小符合設定的要求；同時，ARM最小系統(tǒng)205還根據(jù)人機交互模塊210設定的電流波形的占空比和頻率值，通過HMER模塊控制GPIO端口產(chǎn)生低頻的數(shù)字PWM信號，然后將該信號通過低頻驅(qū)動模塊209進行電氣隔離和放大，然后對后級逆變模塊105進行低頻調(diào)制，獲得所需的占空比和頻率值?？刂齐娐肪褪峭ㄟ^對前級逆變模塊102和后級逆變模塊105的協(xié)同控制來實現(xiàn)多參數(shù)波形的柔性控制。
[0033]ARM最小系統(tǒng)205的一個優(yōu)選方案是，ARM最小系統(tǒng)205包括型號為LM4F232H5QC的ARM微處理器一。ARM微處理器設有基于FreeRTOS實時內(nèi)核的變極性方波焊接電源數(shù)字控制軟件。型號為LM4F232H5QC的ARM微處理器一是基于SOC級Cortex_M4內(nèi)核ARM微處理器。ARM微處理器一包含11個物理GPIO模塊的通用輸入/輸出端口，支持多達69個可編程的輸入/輸出管腳，焊接過程的動作檢測模塊201、過熱檢測模塊203、欠過壓檢測204以及繼電器模塊212均直接與ARM微處理器一的GPIO模塊連接；同時，ARM微處理器一還具有兩個12位分辨率的ADC模塊，支持22路輸入通道，采樣速度高達1，000, 000次/秒，峰值電流檢測模塊207和電流反饋模塊208均直接與ARM微處理器一的ADC模塊連接；ARM微處理器一還具有兩個PWM模塊，可產(chǎn)生16路PWM輸出信號，因此高頻驅(qū)動模塊206直接與ARM微處理器一的PWM模塊相連；ARM微處理器一還具有六個通用TMER模塊，可用來控制GPIO端口產(chǎn)生后級逆變模塊105功率開關管的低頻PWM信號，因此低頻驅(qū)動模塊209直接與ARM微處理器一的GPIO端口連接；ARM微處理器一還具有八個16C550型串行接口的特性通用UART模塊，具備獨立發(fā)送接收的硬件FIFO，因此人機交互模塊210直接與ARM微處理器一的UART模塊連接通信。
[0034]本發(fā)明焊接電源首次構(gòu)建了基于SOC級Cortex_M4內(nèi)核ARM微處理器和FreeRTOS實時內(nèi)核的多功能變極性方波焊接電源的全數(shù)字控制平臺，實現(xiàn)了所有PWM控制的數(shù)字化、人機交互的數(shù)字化以及焊接工藝過程控制的數(shù)字化，使電源的控制更精確，操作更便利，擴展性和一致性更好。同時本發(fā)明焊接電源充分利用了 SOC級M4內(nèi)核ARM微處理器的豐富硬件資源和高速數(shù)據(jù)處理能力，更有利于焊接熱輸入的精確控制。
[0035]ARM最小系統(tǒng)205的原理圖如圖4所示。ARM最小系統(tǒng)205還包括芯片供電子模塊、晶振子模塊、JTAG調(diào)試子模塊和復位子模塊。芯片供電子模塊包括型號為SPE117M的電源芯片；晶振子模塊由晶振Yl和晶振Y2及其輔助電路構(gòu)成；復位子模塊由開關sw1、i阻R2和電容Cl構(gòu)成。
[0036]ARM微處理器一內(nèi)置DSP功能模塊，為基于Cortex_M4內(nèi)核的SOC級芯片，是整個電路的靈魂，其內(nèi)部固化有基于FreeRTOS實時內(nèi)核的變極性方波焊接電源數(shù)字控制軟件，完成電流信號、焊槍動作、欠過壓過熱等故障信號的檢測和處理任務；此外，還與數(shù)字面板通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互；同時將人機交互模塊發(fā)送過來的給定信號與采樣的信號進行數(shù)字運算處理，根據(jù)運算處理結(jié)果，控制ARM微處理器一的PWM模塊產(chǎn)生相應占空比的數(shù)字PWM信號經(jīng)高頻驅(qū)動模塊206去控制前級逆變模塊102，實現(xiàn)電流閉環(huán)控制，同時通過ARM微處理器一的HMER模塊輸出相應的低頻數(shù)字PWM信號，對后級逆變模塊105進行低頻調(diào)制，以獲得所需的電流波形輸出，完成焊接工藝過程控制。利用ARM微處理器一的豐富引腳和外設以及強大的數(shù)據(jù)處理能力，使得本發(fā)明焊接電源的多參數(shù)調(diào)節(jié)與控制更為方便，成本低廉，操作簡便，開發(fā)集成度高，易于推廣。
[0037]人機交互模塊210優(yōu)選采用數(shù)字面板。數(shù)字面板的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。數(shù)字面板包括型號為TM4C123FH6PM的ARM微處理器二、鍵盤、CPLD芯片、正交編碼器、數(shù)碼管和LED燈以及外圍輔助電路；ARM微處理器二分別與ARM最小系統(tǒng)、鍵盤和CPLD芯片連接；CPLD芯片分別與正交編碼器、數(shù)碼管和LED燈連接。型號為TM4C123FH6PM的ARM微處理器二是基于Cortex-M4內(nèi)核；CPLD芯片采用型號為EPM240T100的芯片。本發(fā)明焊接電源采用基于“ARM+CPLD”雙芯結(jié)構(gòu)的數(shù)字面板，實現(xiàn)多參數(shù)精確設定和精細調(diào)節(jié)。利用ARM微處理器二的控制能力和強大的運算能力，實現(xiàn)多參數(shù)的輸入和運算處理；同時，利用CPLD芯片擁有的大量可編程I/O 口實現(xiàn)焊接參數(shù)的設置以及顯示。ARM微處理器二通過SSI通信與CPLD芯片實現(xiàn)指令以及數(shù)據(jù)傳輸，設置選擇焊接參數(shù)的按鍵與ARM微處理器二連接，而設置調(diào)整焊接參數(shù)的正交編碼器先與CPLD芯片連接，通過CPLD芯片的硬件去毛刺功能去除實際操作過程中產(chǎn)生的毛刺之后再傳送至ARM微處理器二的QEI接口，得出需要調(diào)整的參數(shù)的變化大小值。焊接參數(shù)顯示的數(shù)碼管與CPLD芯片相連。
[0038]焊接電源還包括擴展部件300，擴展部件300通過CAN接口模塊211和繼電器模塊212與ARM最小系統(tǒng)205連接；擴展部件300根據(jù)具體焊接工藝需求，可包括高頻引弧裝置308、供氣裝置307、冷卻裝置306、行走機構(gòu)305、送絲機303、磁控電弧裝置302、管板焊機頭301等功能單元；擴展部件300與繼電器模塊212相連，由繼電器模塊212控制擴展部件300中各個功能單元的工作狀態(tài)；送絲機303、磁控電弧裝置302和管板焊機頭301還可以通過CAN BUS與CAN接口模塊211相連以實現(xiàn)通信。
[0039]本實施例具有以下特點:
[0040]1、全數(shù)字化:本實施例首次構(gòu)建了基于SOC級Cortex_M4內(nèi)核ARM微處理器和FreeRTOS實時內(nèi)核的多功能變極性方波焊接電源的全數(shù)字控制平臺，實現(xiàn)了所有PWM控制的數(shù)字化、人機交互的數(shù)字化以及焊接工藝過程控制的數(shù)字化，使電源的控制更精確，操作更便利，擴展性和一致性更好；
[0041]2、寬適應性:本實施例充分利用了 SOC級M4內(nèi)核ARM微處理器的豐富硬件資源和高速數(shù)據(jù)處理能力，能夠根據(jù)工藝要求，實現(xiàn)直流、直流脈沖、交流方波、方波脈沖和脈沖方波等5種電流波形輸出，電流波形的頻率、基值、峰值、占空比等均可根據(jù)不同焊接工藝需求靈活調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)焊接熱輸入的精確控制，能夠滿足輕質(zhì)金屬材料、不銹鋼、碳鋼等多種材料的優(yōu)質(zhì)焊接需求；
[0042]3、高效化:本實施例采用了雙逆變結(jié)構(gòu)，前級逆變模塊采用全橋高頻逆變技術，傳遞功率強，能量轉(zhuǎn)換效率高，功率管承受的電壓較低；快速整流濾波模塊里采用了耦合電抗，有效的改善了電流紋波，有利于提高焊接質(zhì)量；而在后級逆變模塊采用了雙半橋并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以充分利用功率管的電流承載能力，降低了制造成本。
[0043]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:包括主電路和控制電路；所述主電路包括依次連接的整流濾波模塊、前級逆變模塊、中頻變壓模塊、快速整流濾波模塊和后級逆變模塊；所述整流濾波模塊與三相交流輸入電源連接，后級逆變模塊與電弧負載連接；所述前級逆變模塊、中頻變壓模塊、快速整流濾波模塊和后級逆變模塊均與控制電路連接以實現(xiàn)由控制電路控制電源輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述前級逆變模塊采用全橋逆變拓撲結(jié)構(gòu)；所述前級逆變模塊采用移相軟開關工作模式或硬開關工作模式實現(xiàn)功率換流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述后級逆變模塊采用雙半橋并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述快速整流濾波模塊采用耦合電抗以實現(xiàn)高性能的平滑濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述控制電路包括ARM最小系統(tǒng)、高頻驅(qū)動模塊、低頻驅(qū)動模塊、峰值電流檢測模塊、電流反饋模塊和人機交互模塊； 其中，高頻驅(qū)動模塊的輸入端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸出端與前級逆變模塊連接；低頻驅(qū)動模塊的輸入端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸出端與后級逆變模塊連接；峰值電流檢測模塊的輸出端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸入端與中頻變壓模塊連接；電流反饋模塊的輸出端與ARM最小系統(tǒng)連接，輸入端與快速整流濾波模塊連接；人機交互模塊用于電源輸出參數(shù)的設定，人機交互模塊與ARM最小系統(tǒng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述控制電路還包括過壓欠壓檢測模塊、過熱檢測模塊和動作檢測模塊；所述過壓欠壓檢測模塊的輸入端與三相交流輸入電源連接，輸出端與ARM最小系統(tǒng)連接；所述過熱檢測模塊和動作檢測模塊均與ARM最小系統(tǒng)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:還包括擴展部件，擴展部件通過CAN接口模塊和繼電器模塊與ARM最小系統(tǒng)連接；所述擴展部件包括高頻引弧裝置、供氣裝置、冷卻裝置、行走機構(gòu)、送絲機、磁控電弧裝置和管板焊機頭中任一項或一項以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述人機交互模塊采用數(shù)字面板。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述數(shù)字面板包括型號為TM4C123FH6PM的ARM微處理器二、鍵盤、CPLD芯片、正交編碼器、數(shù)碼管和LED燈以及外圍輔助電路；所述ARM微處理器二分別與ARM最小系統(tǒng)、鍵盤和CPLD芯片連接；所述CPLD芯片分別與正交編碼器、數(shù)碼管和LED燈連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字變極性多功能方波脈沖焊接電源，其特征在于:所述ARM最小系統(tǒng)包括型號為LM4F232H5QC的ARM微處理器一、芯片供電子模塊、晶振子模塊、JTAG調(diào)試子模塊和復位子模塊；所述ARM微處理器設有基于FreeRTOS實時內(nèi)核的變極性方波焊接電源數(shù)字控制軟件。
【文檔編號】B23K9/09GK103658933SQ201310703748
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】王振民, 唐少杰, 馮允樑, 郭文龍 申請人:華南理工大學