[實(shí)用新型]原邊電流反饋模式的數(shù)字實(shí)現(xiàn)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420006799.0
• 申請(qǐng)日: 2014-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN203679556U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段彬;張承慧;張光先;張少芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K37/00
• 分類號(hào): B23K37/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法，尤其涉及原邊電流反饋模式的數(shù)字實(shí)現(xiàn)電路。?

背景技術(shù)

焊接電源的數(shù)字化控制，是全面提升焊接質(zhì)量的有效途徑。自20世紀(jì)80年代始，逆變焊接電源以其便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制而具備動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制靈活且精度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)際焊接裝備的主要發(fā)展方向。全橋逆變電路結(jié)構(gòu)是大功率焊接電源的首選，但是由于焊接負(fù)載變化范圍大，基于全橋結(jié)構(gòu)的焊接電源極易產(chǎn)生偏磁，引起過流現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了焊接電源的可靠性和安全性。?

基于原邊電流反饋的PWM控制方式，不僅能夠?qū)Ρ粶y(cè)的過電流具有快速抑制功能，而且電流控制精度高，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。但是，由于偏磁產(chǎn)生的過流信號(hào)持續(xù)時(shí)間極短(幾個(gè)微秒)就會(huì)造成主回路系統(tǒng)損壞，常用方法難以實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化高性能控制，目前基本為模擬電路實(shí)現(xiàn)方法，采用了振蕩電容、驅(qū)動(dòng)芯片等模擬器件實(shí)現(xiàn)。隨著焊接工藝的改進(jìn)，焊接電流波形也多種多樣，如脈沖MIG焊、冷金屬過渡焊等，模擬方法單一的給定比較，固定的斜坡補(bǔ)償信號(hào)，易受溫度等環(huán)境因素干擾，已難以滿足目前高效的焊接工藝和高性能的數(shù)字焊接電源的需求。?

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型公開了原邊電流反饋模式的數(shù)字實(shí)現(xiàn)電路，本實(shí)用新型中設(shè)計(jì)了基于新型混合信號(hào)FPGA的原邊電流反饋模式數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法，該方案能夠保證偏磁、小脈寬等全部信號(hào)的高速采集，動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制精度高，穩(wěn)定性好，可廣泛應(yīng)用于采用全橋逆變電路結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的具體方案如下：?

原邊電流反饋模式的數(shù)字實(shí)現(xiàn)電路，包括雙口RAM，雙口RAM的輸入端與原邊電流給定信號(hào)發(fā)生器及斜坡補(bǔ)償控制器相連，雙口RAM的輸出端與高速PWM發(fā)生器相連，雙口RAM與ACE模塊通信，ACE模塊與加法電路相連，加法電路通過信號(hào)調(diào)理電路與原邊電流傳感器相連。?

所述雙口RAM通過APB總線與ACE模塊通信。高速PWM發(fā)生器用于產(chǎn)生PWM信號(hào)。?

所述ACE模塊包括第二D/A模塊、第一D/A模塊及高速比較器，第二D/A模塊與高速比較器相連，高速比較器的輸入端與加法電路的輸出端相連，加法電路的輸入端與第一D/A模塊?相連。?

所述信號(hào)調(diào)理電路由整流橋D1_1、電阻R8、電阻R1和運(yùn)算放大器U1_1A組成，其中由整流橋D1_1和電阻R8構(gòu)成同相整流電路，將交流的原邊電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相電流信號(hào)。?

所述加法電路由電阻R2、R3、R4、R5、運(yùn)算放大器U1_1B和R6、R7組成，實(shí)現(xiàn)原邊電流信號(hào)和FPGA輸出的斜坡補(bǔ)償信號(hào)的疊加，并轉(zhuǎn)換為FPGA可接受的輸入信號(hào)。?

原邊電流反饋模式的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：?

步驟一：由原邊電流傳感器采集原邊電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路，送入加法電路，同時(shí)由FPGA內(nèi)部的斜坡補(bǔ)償控制器產(chǎn)生用于斜坡補(bǔ)償?shù)娜遣ㄐ盘?hào)，送入雙口RAM；?

步驟二：送入雙口RAM的三角波信號(hào)經(jīng)APB總線實(shí)現(xiàn)與ACE模塊中第一D/A的高速數(shù)據(jù)交換，由第一D/A輸出斜坡補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)入加法電路；?

步驟三：由FPGA內(nèi)部的原邊電流給定信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生給定值，送入雙口RAM；?

步驟四：送入雙口RAM的給定值經(jīng)APB總線實(shí)現(xiàn)與ACE模塊中第二D/A的高速數(shù)據(jù)交換，由第二D/A的輸出送入高速比較器；?

步驟五：經(jīng)高速比較器處理后的信號(hào)與加法電路的輸出信號(hào)，共同經(jīng)高速比較器比較輸出，輸出信號(hào)經(jīng)APB總線送入雙口RAM存儲(chǔ)，由高速PWM發(fā)生器讀取，最終輸出PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)逆變器工作。?

所述斜坡補(bǔ)償控制器能產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)的用于斜坡補(bǔ)償?shù)娜遣ㄐ盘?hào)。?

其原理為：采用數(shù)字電路和模擬電路相結(jié)合的辦法，將涉及到原邊電流反饋閉環(huán)的加法電路用模擬器件實(shí)現(xiàn)，比較器、D/A等通過混合信號(hào)FPGA內(nèi)部的ACE模塊實(shí)現(xiàn)，保證了偏磁、小脈寬等所有信號(hào)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確處理。在FPGA內(nèi)部采用硬件描述語言編程實(shí)現(xiàn)斜坡補(bǔ)償控制器、高速PWM發(fā)生器等，可根據(jù)需要產(chǎn)生任何頻率和占空比的斜坡補(bǔ)償信號(hào)，從而生成參數(shù)可調(diào)的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖。?

本實(shí)用新型的有益效果：?

本方法充分利用基于模數(shù)混合FPGA的數(shù)字化技術(shù)，具有以往措施難以比擬的優(yōu)點(diǎn)：?

(1)集成度高，可靠性好。因FPGA內(nèi)部集成了數(shù)字電路設(shè)計(jì)和模擬電路功能，數(shù)據(jù)的傳輸將在芯片級(jí)的內(nèi)部高速完成，系統(tǒng)抗干擾性將得到大幅提升，一致性好，便于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。?