專利名稱：三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接電源主回路，特別是一種三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路，屬于電焊機技術領域。
背景技術：
由可控硅整流橋組成的大電流饋電系統在工業生產中有著廣泛的應用。焊接電源中采用可控硅作為主回路中的功率器件是使用非常普遍的一種電路。大功率的整流橋對可控硅觸發電路有較高的要求控制精度高，實時性好，對稱度高，穩定性強，觸發安全可靠。目前，可控硅觸發電路主要采用分立元件和專用集成電路兩種設計方法，采用分離元件設計的觸發電路具有多相電路性能分散性大，調試困難，脈沖對稱度差，穩定性和可靠性差等缺點；采用專用集成觸發電路芯片設計的觸發電路較之采用分離元件在可靠性方面有所提高，但它仍然存在模擬觸發器的弊端。
經對現有技術的文獻檢索發現，彭家銀在《電子技術》2002年第1期上發表的“一種單片機控制的三相全控橋可控硅整流器的觸發電路”，該文采用80C196KB單片機結合外圍器件實現對可控硅三相全控橋的觸發控制，該設計提高了觸發器的抗干擾能力，改善了三相觸發脈沖的對稱性，此外還可采用軟件編程得到觸發角可調的觸發脈沖。該設計雖然較之采用分立元件和專用集成電路兩種設計方法實現對可控硅三相全控橋的觸發控制，在觸發器的抗干擾性，靈活性以及三相觸發脈沖的對稱性方面有較大的提高，但是在同步脈沖形成電路中仍然采用分立的模擬器件來實現同步電壓信號與電源工頻信號的同步，即仍然存在采用模擬控制電路的缺點。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足和缺陷，提供一種三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路，使其實現了主回路可控硅功率器件的全數字觸發控制。本發明采用數字信號處理器DSP組成的數字控制器，利用DSP的高速數據處理和計算能力，能夠在實現對可控硅功率器件觸發控制的同時完成對電源輸出電壓或電流進行閉環控制，實現無差調節。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明電路包括主電路、觸發驅動電路，其中，主電路的構成和連接方式為主回路變壓器原邊接成星形，副邊為三相全控橋式整流電路(接成三角形)和同步變壓器組成。全控橋式整流電路可控硅S1，S2，S3的陰極并接在一起作為電源的正向輸出端，可控硅S4，S5，S6的陽極并接在一起與主回路的濾波電感L連接在一起，電阻R10跨接在濾波電感與電源正向輸出端之間，起續流作用，濾波電感L的另一端作為電源輸出的另一端，可控硅S1的陽極和S4的陰極連接在一起，可控硅S2的陽極和S5的陰極連接在一起，可控硅S3的陽極和S6的陰極連接在一起，電容C1和電阻R1連接在一起并接在可控硅S1的陽極和陰極之間起保護作用，電容C2和電阻R2連接在一起并接在可控硅S2的陽極和陰極之間起保護作用，電容C3和電阻R3連接在一起并接在可控硅S3的陽極和陰極之間起保護作用，電容C4和電阻R4連接在一起并接在可控硅S4的陽極和陰極之間起保護作用，電容C5和電阻R5連接在一起并接在可控硅S5的陽極和陰極之間起保護作用，電容C6和電阻R6連接在一起并接在可控硅S6的陽極和陰極之間起保護作用。
觸發驅動電路的構成和連接方式為主回路功率可控硅S1的陰極與R41和C37連接，S1的控制極與R41，C37以及二極管D26的陰極相連；S2的陰極與R43和C39連接，S2的控制極與R43，C39以及二極管D28的陰極相連，S3的陰極與R45和C41連接，S3的控制極與R45，C41以及二極管D30的陰極相連，S4的陰極與R42和C38連接，S4的控制極與R42，C38以及二極管D27的陰極相連，S5的陰極與R44和C40連接，S5的控制極與R44，C40以及二極管D29的陰極相連；S6的陰極與R46和C42連接，S6的控制極與R46，C42以及二極管D26的陰極相連；主回路功率可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的陽極分別與電阻R35，R37，R39，R36，R38，R40連接，DSP的T1PWM，T2PWM，T3PWM引腳分別與U7的9腳，11腳，13腳連接，U7的8腳，10腳，12腳分別與雙向晶閘管光耦U4，U5，U6的4腳連接，光耦U4，U5，U6的2腳與其3腳連接，光耦U4，U5，U6的1腳分別與電阻R32，R33，R34連接，電阻R32，R33，R34均與電源VCC連接，光耦U4，U5，U6的5腳分別與二極管D27，D29，D31的陽極連接，光耦U4，U5，U6的6腳分別與R36，R38，R40連接，光耦U4，U5，U6的7腳分別與二極管D26，D28，D30的陽極連接，光耦U4，U5，U6的8腳分別與R35，R37，R39連接。
本發明還包括同步電路，其構成和連接方式為三相同步電壓與同步變壓器的公共零點經過電阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和穩壓管D1，D2，D3，D4，D5，D6構成回路加到交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3上，其中，R11，C34和穩壓管D1的陰極連接，R12，C34和穩壓管D2的陰極連接，R13，C35和穩壓管D3的陰極連接，R14，C35和穩壓管D4的陰極連接，R15，C36和穩壓管D5的陰極連接，R16，C35和穩壓管D6的陰極連接，穩壓管D1，D3，D5的陽極分別與交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3的1腳連接，穩壓管D2，D4，D6的陽極分別與交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3的2腳連接，光耦U1，U2，U3的4腳并接與電源VCC，光耦U1，U2，U3的3腳分別與R29，U7的1腳，R30，U7的3腳，R31，U7的5腳并接在一起，R29，R30，R31的另一端與模擬地連接在一起，U7的2腳，4腳，6腳分別與DSP的CAP1，CAP2，CAP3腳連接。
本發明工作時，首先，由電網獲得的三相電壓通過同步變壓器輸出三相同步電壓，此三相同步電壓與同步變壓器的公共零點經過電阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和穩壓管D1，D2，D3，D4，D5，D6構成回路加到交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3上。當同步電壓非零時，U1，U2，U3的輸出導通，3腳輸出為高電平，經U7反向為低電平，當同步電壓過零時，U1，U2，U3截至，3腳的輸出為低電平，經U7反向為高電平從而獲得同步信號；然后，DSP控制器的事件管理器CAP1，CAP2，CAP3腳對同步信號的上升沿進行捕獲，從而產生相對應的中斷請求，DSP內核立即響應中斷，轉到中斷程序中。
在中斷程序中，DSP把在主程序中所計算出的下一周期可控硅的控制角的值(可控硅的控制角的值是由通訊得到的焊接電流或電壓的給定量與采樣得到的電流或電壓反饋值的差值經過PID算法求出)賦給相應的通用定時器TxPWM并啟動此定時器開始記數，在清除相應的中斷標志位后退出此中斷子程序并返回到主程序。
在主程序運行期間，DSP完成焊接電流/電壓的實時檢測，DSP根據焊接電流/電壓的給定值與實時檢測到的焊接電流/電壓反饋值的偏差值作PID算法，求出下一控制周期的可控硅的控制角。DSP主程序在進行上述操作的同時，通用定時器Tx完成記數功能，此記數是在后臺完成，即不占用DSP的運行時間。當記數時間到所設定的時間時，DSP的TxPWM腳輸出寬度為70°的觸發脈沖經雙向晶閘管光耦U4，U5，U6進行電平隔離，雙向晶閘管U4，U5，U6其輸出端為兩組雙向導通晶閘管，經二極管D26，D27，D28，D29，D30，D31分別接到主回路功率可控硅的陽極和控制極之間起一個開關作用。
上述從同步信號的獲取，轉化，到數字信號處理器移相觸發脈沖的算法實現，再到驅動環節，都是數字信息的直接流通與處理，其控制精度直接由軟件決定，減少了環境溫度、電源電壓、時間等外部因素對系統控制特性的影響，保證了控制系統在長期運行時控制特性的一致性和穩定性。
本發明具有實質性特點和顯著進步，采用數字信號處理器DSP組成的數字控制器，具有硬件電路簡單、實時控制精度高、輸出觸發脈沖安全可靠、對稱度高、控制形式靈活多樣等優點，同時系統的穩定性，可靠性得到了很好的保證。
圖1為本發明主電路2為同步電路和觸發驅動電路圖具體實施方式
如圖1和2所示，本發明包括主電路、觸發驅動電路，還包括同步電路。
主電路的構成和連接方式為主回路變壓器原邊接成星形，副邊為三相全控橋式整流電路和同步變壓器組成，全控橋式整流電路接成三角形，其可控硅S1，S2，S3的陰極并接在一起作為電源的正向輸出端，可控硅S4，S5，S6的陽極并接在一起與主回路的濾波電感L連接在一起，電阻R10跨接在濾波電感與電源正向輸出端之間，濾波電感L的另一端作為電源輸出的另一端，可控硅S1的陽極和S4的陰極連接在一起，可控硅S2的陽極和S5的陰極連接在一起，可控硅S3的陽極和S6的陰極連接在一起，C1和R1、C2和R2、C3和R3、C4和R4、C5和R5、C6和R6分別串聯并接在可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的陽極和陰極之間；觸發驅動電路的構成和連接方式為主回路功率可控硅S1的陰極與R41和C37連接，S1的控制極與R41，C37以及二極管D26的陰極相連；S2的陰極與R43和C39連接，S2的控制極與R43，C39以及二極管D28的陰極相連，S3的陰極與R45和C41連接，S3的控制極與R45，C41以及二極管D30的陰極相連，S4的陰極與R42和C38連接，S4的控制極與R42，C38以及二極管D27的陰極相連，S5的陰極與R44和C40連接，S5的控制極與R44，C40以及二極管D29的陰極相連；S6的陰極與R46和C42連接，S6的控制極與R46，C42以及二極管D26的陰極相連；主回路功率可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的陽極分別與電阻R35，R37，R39，R36，R38，R40連接，DSP的T1PWM，T2PWM，T3PWM引腳分別與U7的9腳，11腳，13腳連接，U7的8腳，10腳，12腳與雙向晶閘管光耦U4，U5，U6的4腳連接，光耦U4，U5，U6的2腳與其3腳連接，光耦U4，U5，U6的1腳分別與電阻R32，R33，R34連接，電阻R32，R33，R34均與電源VCC連接，光耦U4，U5，U6的5腳分別與二極管D27，D29，D31的陽極連接，光耦U4，U5，U6的6腳分別與R36，R38，R40連接，光耦U4，U5，U6的7腳分別與二極管D26，D28，D30的陽極連接，光耦U4，U5，U6的8腳分別與R35，R37，R39連接。
所述的同步電路，其構成和連接方式為三相同步電壓與同步變壓器的公共零點經過電阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和穩壓管D1，D2，D3，D4，D5，D6構成回路加到交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3上，其中，R11，C34和穩壓管D1的陰極連接，R12，C34和穩壓管D2的陰極連接，R13，C35和穩壓管D3的陰極連接，R14，C35和穩壓管D4的陰極連接，R15，C36和穩壓管D5的陰極連接，R16，C35和穩壓管D6的陰極連接，穩壓管D1，D3，D5的陽極分別與交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3的1腳連接，穩壓管D2，D4，D6的陽極分別與交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3的2腳連接，光耦U1，U2，U3的4腳并接與電源VCC，光耦U1，U2，U3的3腳分別與R29，U7的1腳，R30，U7的3腳，R31，U7的5腳并接在一起，R29，R30，R31的另一端與模擬地連接在一起，U7的2腳，4腳，6腳分別與DSP的CAP1，CAP2，CAP3腳連接。
以系統閉環控制過程實現電源恒流特性輸出的數字觸發為例。本發明采用數字信號處理器DSP作為控制系統核心實現可控硅焊接電源主回路功率可控硅的數字觸發。
首先，由電網獲得的三相電壓通過同步變壓器輸出三相同步電壓，此三相同步電壓與同步變壓器的公共零點經過電阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和穩壓管D1，D2，D3，D4，D5，D6構成回路加到交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3上。當同步電壓非零時，U1，U2，U3的輸出導通，3腳輸出為高電平，經U7反向為低電平，當同步電壓過零時，U1，U2，U3截至，3腳的輸出為低電平，經U7反向為高電平從而獲得同步信號；然后，DSP控制器的事件管理器CAP1，CAP2，CAP3腳對同步信號的上升沿進行捕獲，從而產生相對應的中斷請求，DSP內核立即響應中斷，轉到中斷程序中。
在中斷程序中，DSP首先判斷本次中斷是由哪路CAP信號產生，若DSP判斷此次中斷是由CAP1捕獲上升沿產生，則轉到CAP1中斷處理子程序中，此子程序中完成如下功能把在主程序中計算出的下一控制周期可控硅的控制角的值賦值給通用定時器T1，同時啟動T1定時器開始記數，在清除相應的中斷標志位后退出此中斷子程序并返回到主程序。
在主程序運行期間，DSP完成焊接電流的實時檢測，DSP根據焊接電流的給定值與實時檢測到的焊接電流反饋值的偏差值作PID算法，求出下一控制周期的可控硅的控制角。DSP主程序在進行上述操作的同時，通用定時器T1完成記數功能，此記數是在后臺完成，即不占用DSP的運行時間。當記數時間到所設定的時間時，DSP的T1PWM腳輸出寬度為70°的觸發脈沖經雙向晶閘管光耦U4進行電平隔離，雙向晶閘管U4其輸出端為兩組雙向導通晶閘管，經二極管D26，D27分別接到主回路功率可控硅的陽極和控制極之間，進而實現可控硅S1或S4的導遁。中斷程序如果是由CAP2產生，則上述操作相同，DSP輸出的T2PWM觸發脈沖經雙向晶閘管光耦U5進行電平隔高，雙向晶閘管U5其輸出端為兩組雙向導通晶閘管，經二極管D28，D29分別接到主回路功率可控硅的陽極和控制極之間，進而實現可控硅S2或S5的導通。中斷程序如果是由CAP3產生，則上述操作相同，DSP輸出的T3PWM觸發脈沖經雙向晶閘管光耦U6進行電平隔離，雙向晶閘管U6其輸出端為兩組雙向導通晶閘管，經二極管D30，D31分別接到主回路功率可控硅的陽極和控制極之間，進而實現可控硅S3或S6的導通。
在焊接過程中，DSP每3.3ms產生一次捕獲中斷，即每3.3ms重復開始前述過程，進而完成對可控硅功率器件的數字觸發控制，即完成對焊接電源輸出的恒流控制。
權利要求
1.一種三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路，包括主電路，觸發驅動電路，其特征在于，還包括同步電路，其構成和連接方式為三相同步電壓與同步變壓器的公共零點經過電阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和穩壓管D1，D2，D3，D4，D5，D6構成回路加到交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3上，其中，R11，C34和穩壓管D1的陰極連接，R12，C34和穩壓管D2的陰極連接，R13，C35和穩壓管D3的陰極連接，R14，C35和穩壓管D4的陰極連接，R15，C36和穩壓管D5的陰極連接，R16，C35和穩壓管D6的陰極連接，穩壓管D1，D3，D5的陽極分別與交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3的1腳連接，穩壓管D2，D4，D6的陽極分別與交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3的2腳連接，光耦U1，U2，U3的4腳并接與電源VCC，光耦U1，U2，U3的3腳分別與R29，U7的1腳，R30，U7的3腳，R31，U7的5腳并接在一起，R29，R30，R31的另一端與模擬地連接在一起，U7的2腳，4腳，6腳分別與DSP的CAP1，CAP2，CAP3腳連接。
2.根據權利要求1所述的三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路，其特征是，所述的主電路的構成和連接方式為主回路變壓器原邊接成星形，副邊為三相全控橋式整流電路和同步變壓器組成，全控橋式整流電路接成三角形，其可控硅S1，S2，S3的陰極并接在一起作為電源的正向輸出端，可控硅S4，S5，S6的陽極并接在一起與主回路的濾波電感L連接在一起，電阻R10跨接在濾波電感與電源正向輸出端之間，濾波電感L的另一端作為電源的輸出的另一端，可控硅S1的陽極和S4的陰極連接在一起，可控硅S2的陽極和S5的陰極連接在一起，可控硅S3的陽極和S6的陰極連接在一起，C1和R1、C2和R2、C3和R3、C4和R4、C5和R5、C6和R6分別串聯并接在可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的陽極和陰極之間。
3.根據權利要求1所述的三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路，其特征是，所述的觸發驅動電路的構成和連接方式為主回路功率可控硅S1的陰極與R41和C37連接，S1的控制極與R41，C37以及二極管D26的陰極相連；S2的陰極與R43和C39連接，S2的控制極與R43，C39以及二極管D28的陰極相連，S3的陰極與R45和C41連接，S3的控制極與R45，C41以及二極管D30的陰極相連，S4的陰極與R42和C38連接，S4的控制極與R42，C38以及二極管D27的陰極相連，S5的陰極與R44和C40連接，S5的控制極與R44，C40以及二極管D29的陰極相連；S6的陰極與R46和C42連接，S6的控制極與R46，C42以及二極管D26的陰極相連；主回路功率可控硅S1，S2，S3，S4，S5，S6的陽極分別與電阻R35，R37，R39，R36，R38，R40連接，DSP的T1PWM，T2PWM，T3PWM引腳分別與U7的9腳，11腳，13腳連接，U7的8腳，10腳，12腳與雙向晶閘管光耦U4，U5，U6的4腳連接，光耦U4，U5，U6的2腳與其3腳連接，光耦U4，U5，U6的1腳分別與電阻R32，R33，R34連接，電阻R32，R33，R34均與電源VCC連接，光耦U4，U5，U6的5腳分別與二極管D27，D29，D31的陽極連接，光耦U4，U5，U6的6腳分別與R36，R38，R40連接，光耦U4，U5，U6的7腳分別與二極管D26，D28，D30的陽極連接，光耦U4，U5，U6的8腳分別與R35，R37，R39連接。
全文摘要
一種三相全橋可控硅焊接電源主回路的數字觸發電路，包括主電路、觸發驅動電路和同步電路；同步電路三相同步電壓與同步變壓器的公共零點經過電阻R11，R12，R13，R14，R15，R16和穩壓管D1，D2，D3，D4，D5，D6構成回路加到交流輸入晶體管輸出光耦U1，U2，U3上，本發明利用DSP的高速數據處理和計算能力，能夠在實現對可控硅功率器件的觸發控制的同時完成對電源輸出電壓或電流進行閉環控制，實現無差調節。本發明具有硬件電路簡單、實時控制精度高、輸出觸發脈沖安全可靠、對稱度高、控制形式靈活多樣等優點，同時系統的穩定性，可靠性得到了很好的保證。
文檔編號B23K9/10GK1651173SQ20051002418
公開日2005年8月10日 申請日期2005年3月3日 優先權日2005年3月3日
發明者宋政, 吳毅雄, 徐鳴, 華學明, 李芳 , 劉偉 申請人:上海交通大學, 上海恒通電焊機有限公司