基于80C196KC的軟開(kāi)關(guān)型脈沖MIG焊機的研究

摘要：根據脈沖MIG(Metal Inert Gas)焊工藝特點(diǎn)，設計了基于80C196KC控制的軟開(kāi)關(guān)型脈沖MIG焊機。采用單片機80C196KC作為控制系統的核心，主電路采用軟開(kāi)關(guān)式全橋逆變結構，功率開(kāi)關(guān)器件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，逆變頻率為20kHz。采用PI算法實(shí)現恒流外特性，脈沖MIG焊接電源獲得了電流頻率、電流幅值、峰值基值導通比均可以獨立調節的波形。試驗表明脈沖MIG焊接電源控制系統運行穩定、可靠。
關(guān)鍵詞：焊機；軟開(kāi)關(guān)；逆變；比例積分控制

1 引言
脈沖MIG焊以其在較大電流調節范圍內均能夠實(shí)現射滴過(guò)渡、軸向性好，適用于全位置焊接、熱輸入量方便可調以及焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，受到國內外廣大焊接工作者的關(guān)注。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)采用諧振變流技術(shù)，其特點(diǎn)是功率器件在零電壓和零電流條件下自然開(kāi)通和關(guān)斷。它從本質(zhì)上克服了硬開(kāi)關(guān)型弧焊電源的缺點(diǎn)，在較大程度上解決了功率開(kāi)關(guān)損耗過(guò)大的問(wèn)題。根據脈沖MIG工藝要求，設計了基于80C196KC控制的軟開(kāi)關(guān)型脈沖MIG焊機，峰值、基值電流調節范圍為20～500 A，輸出空載電壓70 V，熔滴過(guò)渡方式為射滴過(guò)渡，焊接參數獨立可調。

2 總體設計
軟開(kāi)關(guān)型脈沖MIG焊接電源系統整體結構如圖1所示，由主電路、控制電路、驅動(dòng)電路3個(gè)主要部分組成。系統采用目前較為常用的AC／ DC／AC／DC的逆變模式，脈沖開(kāi)關(guān)信號來(lái)自單片機給出的控制指令，經(jīng)驅動(dòng)和放大后，為功率開(kāi)關(guān)管提供固定頻率為20 kHz的高頻脈沖開(kāi)關(guān)信號。在峰值電流期間，采樣實(shí)際輸出的峰值電流，經(jīng)A／D轉換后送入單片機與給定的峰值電流進(jìn)行比較，單片機根據兩者間偏差進(jìn)行離散PI運算，得到1個(gè)控制參量，利用該控制參量實(shí)時(shí)調整20 kHz高頻控制脈沖的寬度，使輸出峰值電流與給定峰值電流相等；在基值電流期間，采用同樣的方法，使輸出基值電流與給定基值電流相等。