电焊机安全待机电源控制技术研究

论文摘要

弧焊焊机负载持续率较低,一般焊机的额定负载持续率只有60%,造成了能源的白白浪费。据统计,电焊机待机有功损耗约为额定容量的1%～2.5%,无功损耗约为额定容量的8%～9%,待机容量达到电焊机额定容量的10%左右。此外,电焊机空载时二次侧电压约为60～90V,大大超过了人体安全电压标准,被电焊机二次电压电击死亡的事故屡屡发生。电焊机待机能耗问题和安全问题引起了人们的关注。本文首先研究总结了现有焊机待机技术,在完成对现有技术优缺点分析的基础上,提出了一种新颖的解决方案--设计一种超低功耗待机电源控制结构,将待机电源控制装置的平均电流降到三十几个微安,在焊机待机时彻底切断其一次侧交流电源,采用一节一次性长寿命电池作为待机控制装置电源,在电焊机安全使用寿命内不需更换。从系统硬件和控制软件两大部分,详细介绍了设计内容。分析了不同型号焊机特点,定义了系统4种工作状态,通过理论分析和Pspice仿真,设计了低功耗引弧检测电路用来时刻监测焊机引弧动作、电压电流测量电路用来完成系统状态判断转换、驱动开关电路用来完成焊机一次侧交流电源切断与接通、LED驱动显示电路用来实时显示测量的电压电流值、电源电路用来提供系统各部分电路的供电;系统软件主要以MSP430F1222单片机为平台,结合上述硬件电路,实现了引弧检测、AD采样、状态转换、LED驱动显示、开机关机等控制功能,采用分块设计,给出了各部分流程图,结构清晰,增强了程序的可读性。对系统抗干扰性进行了研究,软硬件采用了其中的一些抗干扰措施。在试验仿真平台上,验证了系统功能,给出了实测的硬件电路波形和系统各种状态下电池电流。分析结果表明:试验波形、数据和设计一致,经反复试验也得到相同的结果,性能稳定,实现了对电焊机安全待机电源技术的模拟,初步验证了设计的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景、现状及其意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 电焊机待机技术现状
• 1.1.3 课题意义
• 1.2 课题设计内容
• 2 系统组成及其电路设计
• 2.1 系统硬件电路基本构成
• 2.2 引弧检测电路设计
• 2.2.1 弧焊焊机引弧检测电路结构框图
• 2.2.2 低功耗高频脉冲发生电路
• 2.2.3 低功耗启动检测隔离电路
• 2.3 电压、电流测量电路设计
• 2.3.1 焊机一次侧电流测量
• 2.3.2 焊机二次侧电压测量
• 2.4 驱动开关电路设计
• 2.4.1 驱动开关电路结构框图
• 2.4.2 驱动开关电路
• 2.5 电源电路设计
• 2.5.1 电源电路结构框图
• 2.5.2 电源子部分电路设计
• 2.6 仿真试验平台设计
• 3 系统软件设计
• 3.1 控制器管脚说明
• 3.2 软件功能划分及其设计思想
• 3.3 功能软件分块设计
• 3.3.1 初始化程序
• 3.3.2 焊机引弧检测处理程序
• 3.3.3 电流、电压AD 采样转换程序
• 3.3.4 系统状态判断转换程序
• 3.3.5 LED 显示
• 3.3.6 定时器中断程序
• 3.3.7 主程序
• 4 系统总体能耗分析及其能耗模型
• 4.1 系统能耗模型
• 4.2 超级电容辅助电源能耗计算
• 4.3 电池容量选取
• 5 抗干扰设计
• 5.1 单片机控制系统抗干扰硬件设计
• 5.2 软件抗干扰设计
• 5.2.1 指令冗余技术
• 5.2.2 软件陷阱
• 5.2.3 重要变量标志保护
• 5.2.4 重要程序转移条件判断
• 5.2.5 看门狗定时器
• 6 仿真平台测试及结果分析
• 6.1 实测波形
• 6.2 能耗测量
• 6.3 测试小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 仿真试验平台硬件原理图
• 在学研究成果
• 致谢