[发明专利]基于FPGA的气电立焊弧长控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于焊接金属的焊接设备，尤其是一种气电立焊的控制电路。

背景技术

电力电子器件经历了工频、低频、中频到高频的发展历程，与此相对应的是，电力 电子电路的控制也从最初由分立元件组成的控制电路发展到集成控制器。目前，电力电 子器件正朝着高频化、耐高压、大电流和集成化的方向进一步发展。集成化的电路设计 能够满足对于电源智能化、微型化、模块化和易维修等特点的要求。电力电子器件的迅 速发展，也为驱动及控制技术带来了更高的性能要求。传统的气电立焊机弧长控制器模 拟电路为核心，无可避免地具有模拟控制电路的一些缺点，主要表现在控制精度低、动 态响应慢、参数整定不方便、温度漂移严重、容易老化等缺点。专用的集成控制芯片大 大简化了电力电子电路的控制线路，提高了控制信号的开关频率，只需要连接若干阻容 性元器件就可直接构成具有校正环节的模拟调节器，提高了电路的可靠性。但是也正由 于阻容元器件的存在，模拟控制电路仍具有一些固有缺陷，如元器件参数的精度和一致 性、性能老化等问题依然存在。此外，模拟集成控制芯片还存在功耗较大、集成度低、 控制不够灵活、通用性不强等问题。

在电力电子电路中，微控制器(主要指各类单片机)、数字信号处理器(DSP)、工业控 制计算机等笼统称为控制器，其中单片机是应用非常广泛的控制器之一。

单片机一般可作为整个电路的主控芯片，实现多种综合功能。单片机控制克服了模 拟电路的固有缺陷，通过数字化的控制方法，得到高精度、高稳定性的控制特性，具有 多种灵活的控制功能。但单片机由于本身结构所造成的运行速度慢、无法提供更高的时 钟频率等缺点制约了其在高频电路中的应用。

DSP与单片机相比，则具有了更快的处理速度、更高的集成度和更大的容量。同时，也存在着一 些局限性，如采样频率的选择、PWM信号频率及其精度、采样延时、运算时间及其精度等，这些因 素都会对电路的控制性能产生或多或少的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于FPGA的气电立焊弧长控制器， 可以简化电路，减低成本，增加系统可靠性，能够更好地适应当前对立焊的要求。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于FPGA的气电立焊弧长控制器，包括：三路小车行走给定电路、电机电 压负反馈电流正反馈电路、隔离光耦电路、AD转换电路、正反面焊枪停留给定电路、焊 接控制信号电路、FPGA控制电路、直流电机驱动电路和焊枪摆动控制电路，其中：采 样焊接电流信号送入自动行走给定电路；快速行走给定电路、手动行走给定电路、自动 行走给定电路、电压负反馈电流正反馈电路(1-4)和行程开关信号分别接光耦隔离电路的 输入端，光耦隔离电路的输出端分别接AD转换电路和FPGA控制电路的输入端，正反 面焊枪停留给定电路(2-3)接AD转换电路的输入端，焊接控制信号电路的输出端接FPGA 控制电路的输入端，AD转换电路与FPGA控制电路双向连接，FPGA控制电路的输出端 分别接直流电机驱动电路和焊枪摆动控制电路的输入端，直流电机驱动电路的输出端接 电机电压负反馈电流正反馈电路的输入端。

所述隔离光耦电路由三个行走给定隔离电路、电机隔离电路和开关信号隔离电路， 其中三个行走给定隔离电路和电机隔离电路结构相同，所述行走给定隔离电路包括三个 电阻、两个放大器、滑动变阻器、光耦E和三个电容，第一电阻的一端接第一放大器的 2脚，第一电阻的另一端接快速行走给定电路或手动行走给定电路或自动行走给定电路或 电压负反馈电流正反馈电路的输出端，第一放大器的3脚分别接第一放大器的1脚和第 二放大器的5脚，第一放大器的4脚分别接+5V直流电源和第一电容的一端，第一电容 的另一端接数字地，第一放大器的11脚分别接-5V直流电源和第二电容的一端，第二电 容的另一端接数字地，第二放大器的6脚分别接第二电阻的一端、第三电容的一端和光 耦的4脚，第二电阻的另一端分别接滑动变阻器的一端和滑动端，滑动变阻器的另一端 接数字地，第三电容的另一端分别接第二放大器的7脚和第三电阻的一端，第三电阻的 另一端接光耦的2脚，光耦的1脚接数字地，光耦的3脚接电源VDD，光耦的6脚接电 源VCC，光耦的5脚接AD转换电路；