软开关技术在数字化弧焊逆变电源中的应用研究

论文摘要

论文在给出逆变技术的发展现状、趋势综合分析的基础上,提出了应用软开关技术以解决和改善某化弧焊逆变电源中硬开关主功率器件开关应力大、损耗高、可靠性低等不足问题，系统的研究了软开关弧焊逆变器的拓扑结构，对工作原理进行了分析，选定了移相控制全桥零电压零电流脉宽调制（PS—FB—ZVZCS—PWM）软开关拓扑电路作为主电路拓扑结构，设计了相应的系统实现电路和软件，并进行了系统仿真实验验证和测试分析研究。在控制电路设计中，研究定位于全数字控制。以数字信号处理器（DSP）芯片为核心，通过双机通讯，实时数据采集、PI调节，PWM占空比控制、实现逆变电源的恒流输出等模块实现系统功能。并且，鉴于DSP的复杂逻辑运算功能比较弱，要消耗大量的系统资源，作为DSP的辅助控制器件，研究采用超低功耗复杂可编程逻辑器件（CPLD）完成焊接信号、保护信号的逻辑处理，详细给出了CPLD的数字移相控制程序设计的整体结构和实现过程。最终，在深入开展理论设计研究的前提下，实现了全数字控制CO2保护焊机原理样机，测试了焊机在工作状态下的系统关键点波形和温升。试验结果表明，全数字控制CO2保护焊机原理样机完成超前臂的零电压开通、关断和滞后臂的零电流开通、关断，有效的避免了主开关工作过程程中电压、电流变化过程的重叠，开关损耗和应力大幅降低，恒流稳定，是一种发展前景广阔的新型焊机电源装置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.1.1 弧焊逆变电源历史
• 1.1.2 弧焊逆变电源发展现状
• 1.2 弧焊逆变电源的发展趋势——数字化
• 1.2.1 数字化弧焊逆变电源的历史
• 1.2.2 数字化弧焊逆变电源发展现状
• 1.3 弧焊逆变电源的发展趋势——软开关
• 1.3.1 硬开关的缺陷
• 1.3.2 软开关技术研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 基于软开关的弧焊逆变电源总体设计方案
• 2.1 逆变电源拓扑结构
• 2.1.1 软开关逆变电路拓扑结构综述
• 2.1.2 软开关移相控制全桥逆变器
• 2.2 FB-ZVZCS 逆变器
• 2.2.1 FB-ZVZCS 逆变电路结构
• 2.2.2 逆变拓扑电路工作原理
• 2.3 软开关拓扑结构参数研究
• 2.3.1 谐振电容、超前臂并联电容
• 2.3.2 谐振电抗器
• 2.3.3 隔直电容
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于软开关的弧焊逆变电源建模与仿真
• 3.1 Saber 仿真环境简介
• 3.2 全桥软开关电源主电路建模
• 3.3 平均模型的建立
• 3.4 基于平均模型的电源控制特性仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 数字化弧焊逆变电源硬件系统设计
• 4.1 逆变电源系统的总体设计
• 4.2 控制电路
• 4.2.1 主控芯片
• 4.2.2 控制系统设计方案
• 4.2.3 控制电路系统分析
• 4.3 驱动电路
• 4.3.1 驱动电路分析
• 4.3.2 保护电路分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 数字化弧焊逆变电源软件系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件系统总体实现
• 5.3 DSP 程序设计
• 5.3.1 CCS2000 概述
• 5.3.2 DSP/BIOS 功能
• 5.3.3 F2812 主程序
• 5.3.4 PI 算法
• 5.4 CPLD 程序设计
• 5.4.1 EPM240 简介
• 5.4.2 Quartus II 概述
• 5.4.3 EPM240（CPLD）主程序
• 5.5 本章小结
• 第6章 数字化弧焊逆变电源系统测试与分析
• 6.1 移相控制波形
• 6.2 开关管开通及关断时刻波形
• 6.2.1 超前臂零电压开关实测
• 6.2.2 滞后臂零电流开关实测
• 6.3 开关管寄生振荡波形
• 6.4 温升实验
• 6.5 开关管驱动与输出波形分析
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢