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江苏科技大学
硕士学位论文
基于单片机控制的软开关式逆变TIG焊机的研制
姓名:温永平
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:方臣富
20070101
摘要
基于单片机控制的软开关式逆变 TIG 焊机的研制
摘要
目前逆变焊机存在的最主要问题之一是可靠性较差,其主要原因是逆变焊机的主
电路多采用 PWM 硬开关工作模式,即功率开关管在高电压下开通,大电流时关断。
本文采用软开关技术使功率开关管在开关过程瞬间电流轨迹和管压降轨迹错开,解决
了功率开关管开关损耗和开关应力过大的问题,减少了电磁干扰。本文功率电路采用
饱和电感式 FB-ZVZCS-PWM 变换器拓扑,超前桥臂实现零电压开关,滞后桥臂实现
零电流开关。控制系统采用主从单片机结构,主控单片机实现整个控制系统的参数设
定、时序控制等功能,并分别与表头单片机、遥控器单片机实现通信,表头单片机使
表头显示参数总共达到 13 个,遥控器单片机实现焊机的远距离参数设定和显示。本文
针对传统逆变焊机采用电压模式单闭环控制系统响应较慢的特点,采用以 UC3846 为
核心芯片的峰值电流模式控制,内环控制功率器件每个开关周期的峰值电流,实现功
率器件电流限制和自动纠正偏磁并大大提高了系统的响应速度;外环控制焊机输出的
平均电流。
本文根据设计的单片机硬件电路相应地进行了软件程序设计,软件程序采用模块
化设计,分为主程序模块和功能子程序模块两部分。主程序模块包括主控单片机程序
模块、表头单片机程序模块和遥控器单片机程序模块;功能子程序模块包括焊条焊一
元化子程序模块、脉冲两步子程序模块和脉冲四步子程序模块;并设计了单片机之间
的通信子程序模块。
由于逆变焊机工作环境恶劣、TIG 焊高频引弧时会产生高频干扰,可能会影响单
片机控制系统正常工作。本文分别从硬件和软件两大方面进行了焊机的抗干扰设计,
极大地提高了系统的抗干扰能力。
关键词:焊机;软开关;单片机;抗干扰


I
气动攻丝机/
Abstract
Research on soft-switching inverter TIG welding machine
based on MCU controlling
Abstract
One of the main problem of conventional inverter welding machine is its lower
reliability mainly due to hard-switching operation which most inverter welding machine’s
main circuit adopted. Hard-switching operation make IGBTs turn on in high voltage and
turn off in high current. Soft-switching technology is adopted in this thesis, making the track
of current and Vds can’t intersect when IGBTs switching, so it significantly solve the
problem of high switching losses and switching stress of IGBTs, and make less
ic interference. FB-ZVZCS-PWM topology with saturable inductor is used in
power circuit, achieving ZVS in leading leg and ZCS in lagging leg. Three pieces of MCU
are adopted in control system, main control MCU is used to set value and control sequence
of the whole control system, faceplate MCU is used to display 13 welding parameters in all,
telecontrol MCU is used to set value and display welding parameters in far distance. In
conventional inverter