逆变直流弧焊电源控制系统辅助电源的研究

论文摘要

电焊机作为“工业缝纫机”在国民建设中起着不可替代的作用。其核心逆变直流弧焊电源具有动态响应快、控制精确度高等优势,得到广泛的应用,但是在整机效率、电磁干扰、可靠性方面还存在一定的缺陷。数字化逆变直流弧焊电源输出功率较大,其负载不断重复着“空载——短路——引弧——燃弧——短路——引弧”的变化规律,因而它的辐射和传导干扰都比较大。以前的逆变直流弧焊电源控制系统辅助电源大多采用多个独立的线性电源分别为控制电路、保护电路、检测电路及驱动电路供电,每个驱动电路必须单独用一个线性电源供电,以防止驱动信号之间的相互干扰。当线性电源输出短路时,电源自身不能保护,而弧焊电源一般在恶劣的场合工作,线性电源很易损坏,而且线性电源体积大,效率较低,相对多路输出一体化辅助开关电源成本较高。为此必须研发一种安全、可靠、经济、实用的新型逆变直流弧焊电源控制系统的辅助电源。在研究各种开关电源拓扑的特点后,本课题设计了一种实用的逆变直流弧焊电源控制系统辅助电源,它采用了适合于多路输出、高压输入的双管反激变换器拓扑作为主电路,使用峰值电流控制芯片TL3844组成控制系统,成功的解决了必须用多个相互独立的线性电源分别为控制系统各部分供电的问题。分析了辅助电源系统的工作原理,并给出了主要参数的设计原则及方法。介绍了该辅助电源在逆变直流弧焊电源控制系统中各部分的应用并给出了电路。研究过程中借助了计算机辅助设计技术,运用状态空间平均法建立了工作于不同状态的直流、交流小信号等效模型,推导出了相应的传递函数,并以MATLAB为工具得到了相应传递函数的波特图,设计了合适的补偿网络和反馈系统,分析了系统的动态特性、稳定性和抗干扰性。还结合实际控制系统,得到反馈电路的数学模型,得到输出电压的仿真波形,并通过仿真,对电路的参数进行了优化设计。实验电源输入为三相交流380V/50Hz,输出8路相互隔离的稳定直流电压。实验和仿真结果证明,该电源既保留了单端反激变换器的结构简单、易于多路输出等优点,又改善了在高压环境下的安全性和可靠性,可以满足数字化逆变直流弧焊电源控制系统对辅助电源的要求,完全可以代替由多个线性稳压电源组成的辅助电源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的背景
• 1.2 国内外研究状况与发展方向
• 1.3 本课题的意义
• 1.4 本课题的基本内容、方案、难点及创新点
• 1.4.1 基本内容
• 1.4.2 基本方案
• 1.4.3 本课题难点及创新点
• 第二章 逆变直流弧焊电源控制系统辅助电源设计
• 2.1 逆变直流弧焊电源控制系统辅助电源拓扑方案确定
• 2.2 控制系统辅助电源主电路工作原理
• 2.2.1 基本工作原理
• 2.2.2 工作状态分析
• 2.3 辅助电源主电路设计
• 2.3.1 逆变直流弧焊电源输入整流器的设计
• 2.3.2 逆变直流弧焊电源输入滤波电容的确定
• 2.3.3 辅助电源软肩动电路的设计
• 2.3.4 辅助电源EMI滤波器的设计
• 2.3.5 辅助电源功率开关管的选择
• 2.3.6 辅助电源高频变压器的设计
• 2.3.7 辅助电源续流二极管的选择
• 2.3.8 辅助电源整流二极管的选择
• 2.3.9 辅助电源输出滤波电容的确定
• 2.3.10 辅助电源假负载的选取
• 2.4 辅助电源控制电路的设计
• 2.4.1 启动电阻
• 2.4.2 振荡频率的设置
• 2.4.3 电流检测电阻
• 2.4.4 MOSFET驱动电路
• 2.4.5 反馈电路
• 2.5 辅助电源逆变弧焊电源控制系统中的应用
• 2.5.1 电压转换电路
• 2.5.2 电流检测模块对辅助电源的要求
• 2.5.3 DSP对辅助电源的要求
• 2.5.4 保护电路对辅助电源的要求
• 2.5.5 输出电压采样对辅助电源的要求
• 2.5.6 LED显示对辅助电源的要求
• 第三章 辅助电源的建模与分析
• 3.1 辅助电源建模
• 3.1.1 CCM小信号模型
• 3.1.2 DCM小信号模型
• 3.2 小信号模型分析
• 3.2.1 补偿网络及传递函数分析
• 3.2.2 辅助电源系统性能指标分析及小结
• 第四章 辅助电源仿真及实验分析
• 4.1 计算机仿真分析
• 4.1.1 计算机仿真的引入
• 4.1.2 辅助电源反馈回路仿真分析
• 4.1.3 辅助电源EMI滤波器仿真分析
• 4.1.4 辅助电源主电路仿真分析
• 4.2 辅助电源实验分析
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 读研期间从事的工作
• 致谢