基于DSC的数字脉冲MIG弧焊逆变电源设计

　　0 引言

　　脉冲MIG(Metal Inert Gas)是一种熔化极惰性气体保护焊。数字脉冲MIG焊机具有诸多优点，在制造工业中占有重要地位。研制弧焊逆变电源具有重要意义。

　　弧焊逆变电源自上世纪80年代问世以来，经过不断的发展完善，已成为焊接电源的主流产品。弧焊逆变电源的逆变频率一般在20～100kHz，由于目前的逆变电源多采用模拟电路控制，限制了逆变电源性能的提高。焊机的数字化是当今焊接装备发展的潮流，它使得数字控制应用于弧焊逆变电源成为可能。在国内，数字化焊机的研究尚处于起步阶段，较之世界先进水平仍有很大的差距。这使我们研究弧焊逆变电源有了很大的必要。

　　1 电源主电路设计

　　1.1 系统概述

　　脉冲MIG焊是一种焊接电流周期性变化的熔化极惰性气体保护焊，它对焊接设备要求较高。主电路的开关频率要高，响应速度要快，动态响应性能要好，输出电流波纹要小，要能适应多种焊接材料、多种焊丝直径在不同条件下的焊接需求。如图1所示，脉冲MIG焊机主要由6个部分组成。

　　1.1.1 主回路

　　主回路是系统的功率变换电路，其功能是将电网上的380V的三相交流电整流并进行中频桥式逆变，经再次整流后输出，输出电流可达450～500A。

　　1.1.2 驱动电路

　　驱动电路具有保护功能，防止出现过流、过热等情况。驱动逆变回路中的绝缘栅型大功率晶体管(IGBT)对触发脉冲要求严格，其开关损耗也与触发脉冲的斜率、幅度等密切相关。

　　1.1.3 主控板电路

　　主控板电路是焊机控制的核心部分。在控制上使用了变参数电流闭环PI控制和电压闭环PI控制。系统通过D/A变换送到驱动板的模拟输入口，经驱动IGBT输出。控制的反馈量是最终输出的电压和电流的采样值。

　　1.1.4 送丝机电路

　　送丝机通过调节送丝电机的转速实现焊机焊接的匀速或变速送丝。送丝机电路通过控制电磁阀实现保护气体的通断。

　　1.1.5 焊机面板

　　焊机面板是焊机和用户交互的接口。用户可以通过面板来观察和设置焊机的工作模式、焊机的状态、焊丝和保护气体的类型等。

　　1.1.6 遥控盒

　　当用户离焊机较远时，可以通过遥控盒来代替控制面板的功能以实现远程控制。

　　1.2 主电路设计

　　系统的主电路的结构如图2所示，工作在软开关方式，采用了改进的移项谐振电路。

　　逆变部分N1、N3为超前桥臂，N2、N4为滞后桥臂。C1、C3为超前臂的并联电容，C2、C4为滞后臂的并联电容，且C1=C3>>C2=C4。L2为饱和电感，Cs为环流抑制串联电容。T1为主变压器。“+”、“-”为焊枪输出。S1为空气开关，电网电压经整流和Cp、L1稳压后为逆变提供直流输入。