一種基于A(yíng)RM的電子束焊機燈絲電源方案實(shí)現

控制器采用數字PI控制，即：

當電子束焊機剛開(kāi)機工作時(shí)，陰極燈絲處于冷態(tài)，此時(shí)突然開(kāi)啟燈絲電源，如果按照電壓控制，勢必會(huì )產(chǎn)生很大的沖擊電流，這會(huì )影響陰極燈絲的壽命，為了避免這種情況，故采用燈絲變壓器原邊電流控制方式。若采用電流控制時(shí)，當燈絲開(kāi)路時(shí)會(huì )產(chǎn)生很高的電壓易損壞變壓器二次側元器件，為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要對輸出電壓進(jìn)行限制，并及時(shí)提示用戶(hù)燈絲斷裂故障，然后自動(dòng)將輸出電壓降到零。

2、系統軟件設計

CPU主要功能是完成閉環(huán)PI控制算法、發(fā)送PWM脈沖、故障保護、數據顯示和遠程通信。系統軟件主要是對STM32芯片的編程，編程語(yǔ)言采用C語(yǔ)言。

程序由主程序和若干子程序：通信程序、采樣子程序、PWM中斷程序、顯示程序等組成。進(jìn)入PWM中斷后，首先對各路反饋信號進(jìn)行采集和處理，該流程圖如圖5所示，然后經(jīng)數字PI調節器運算后產(chǎn)生PWM脈沖輸出，經(jīng)驅動(dòng)電路隔離放大后驅動(dòng)IGBT，實(shí)現整個(gè)燈絲電源系統的閉環(huán)控制。

本電源采用全數字操作界面，所有參數均能通過(guò)面板按鍵進(jìn)行設置，實(shí)現了燈絲電源的全數字化操作，并且數碼管夠實(shí)時(shí)顯示燈絲電源系統的輸出電流、輸出電壓、運行狀態(tài)、故障信息等，當發(fā)生故障時(shí)，CPU將所有PWM脈沖全部封鎖，然后將過(guò)壓、過(guò)流以及燈絲斷裂信息等故障信息顯示出來(lái)。

實(shí)驗結果

電子束焊機的陰極燈絲一般采用很薄的片狀鎢絲，電阻值通常很小，通常需要燈絲兩端加上0~6V可調電壓，流過(guò)燈絲的最大電流可達30A左右。我們將制作的電子束焊機燈絲電源用在某知名廠(chǎng)家生產(chǎn)的電子束焊機上，圖6是在真空系統正常工作而高壓電源未開(kāi)啟時(shí)，測量的燈絲電源工作時(shí)的波形。

其中圖6是輸出燈絲電流設定21A時(shí)的波形，示波器CH1、CH3是燈絲變壓器原邊電壓、電流測量波形，CH2是燈絲電流測量波形。從圖中我們可看出燈絲電源能夠很好實(shí)現軟啟動(dòng)功能，幾乎無(wú)超調，并且燈絲電流紋波非常小，控制在5%以?xún)?，達到了很好的控制效果。

總結

本文提出一種基于ARM的全數字化控制的燈絲電源方案，分析了逆變式電源具有高精度、小體積、全數字等特點(diǎn)，所有電源參數直接通過(guò)人機界面設定并存儲，并具備與上位機遠程通信的功能。在實(shí)際焊接實(shí)驗過(guò)程中，燈絲能夠按照設定的上升和下降時(shí)間實(shí)現緩升和緩降功能，當燈絲斷裂的時(shí)候也能夠很快識別并及時(shí)關(guān)斷電源輸出，并及時(shí)提醒用戶(hù)需要跟換新的陰極燈絲，實(shí)現了燈絲電源的智能化，經(jīng)驗證，該方案中燈絲電源能夠精確地穩定陰極燈絲電流，燈絲發(fā)射電子密度穩定性好，達到很好的性能要求。