文档介绍：第 3 3 卷第 8 期
焊
接
学
报
Vol. 3 3
No. 8
2 0 1 2 年 8 月
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
August
2012
全数字智能脉冲弧焊电源系统设计与实现
段
彬, 张承慧, 孙同景, 张光先
( 山东大学控制科学与工程学院,济南 250061)
*
摘
要: 高性能的焊接电源系统是满足脉冲焊接工艺、实现电弧精细控制、保证高质量
焊接效果的关键. 提出了全数字脉冲逆变弧焊电源的系统方案,阐述了电源主回路结
构,详细描述了控制系统硬件电路设计,提出了基于 VHDL 的焊接工艺时序和焊接电弧
稳定控制的主控系统软件设计方法和基于 32 位单片机的上位机功能定位,深入研究了
可实现的抗干扰措施和提高系统实时性的方法. 最后介绍了系统设计过程中所需的测
试试验. 结果表明,所设计的全数字智能脉冲弧焊电源具有较高的灵活性、抗干扰性和
可靠性,能够满足苛刻的电弧特性要求,获得满意的焊接质量.
关键词: 弧焊电源; 可编程门阵列; 硬件描述语言; 抗干扰
中图分类号: TG409
文献标识码: A
文章编号: 0253 - 360X( 2012) 08 - 0105 - 04
段
彬
0
序
言
控制要求,尤其是在弧焊电源这种强、弱电结合、工
作环境充斥着强烈干扰的应用领域,基于 FPGA 的
[1]
[2]
( micro-control unit,MCU) 、数字信号处理器( digital
signal processor,DSP) 或电子设计自动化( electronic
设计理念尤为合适. 因此文中采用 FPGA 作为主控
芯片,实现焊接工艺时序和焊接电弧精细控制,由
32 位高性能单片机完成人机交互功能、与外界的通
讯功能等,最终共同构成全数字脉冲弧焊电源.
design automation,EDA) 技术,实现包含控制回路和
驱动回路的全数字化. 目前弧焊电源数字化已由
MCU 转向 DSP 控制,常用的方式: ( 1 ) 采用 MCU +
DSP 的控制系统[3],充分发挥了 DSP 的高速性能和
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1. 1
全数字智能弧焊电源系统设计
全数字智能弧焊电源系统概述
灵活的软件编程,但与现场可编程逻辑门阵列( field
programmable gate array,FPGA) 相比,在灵活性、速
度和可靠性上有一定的差距. ( 2 ) MCU + DSP +
CPLD 的实现方案中[4],复杂可编程逻辑器件( com-
plex programmable logic device,CPLD) 用来协同产生
脉宽调制( pulse width modulation,PWM) 控制信号,
但这不利于提高信号传输的可靠性和系统的响应
速度.
脉冲焊接方式要求电源的数字控制系统不仅要
具有类似于模拟系统的处理速度,同时要有较高的
灵活性和可靠性. FPGA 是一种半定制电路,既有软
件编程的优点,可实现灵活多变的设计思路,又具有
丰