[发明专利]基于LLC的一体化脉冲MIG焊电源系统及其控制方法

说明书

本发明公开了基于LLC的一体化脉冲MIG焊电源系统及其控制方法，包括三相交流输入电网、人机界面模块、主控制模块，脉冲峰值模块、脉冲基值模块和电弧负载；所述脉冲峰值子模块包括主电路、驱动模块、故障保护模块、电压电流检测模块；所述主控制模块包括DSP数字化控制模块，所述DSP数字化控制模块分别与故障保护模块、驱动模块和电压电流检测模块相连接，所述主控制模块根据脉冲时序控制驱动模块，实现对脉冲基值模块和脉冲峰值模块满载输出的交替开关切换，本发明结构简单消除分体式系统结构复杂的缺点；抗干扰能力强，解决分体式结构中子系统相互通信方式容易受干扰等问题；改善了工作条件，降低了电磁干扰，提高了整机效率。

技术领域

本发明涉及数字化焊接电源技术领域，具体涉及一种基于LLC的一体化脉冲MIG焊电源系统及其控制方法。

背景技术

脉冲MIG(Metal Inert-Gas Welding，熔化极惰性气体保护焊)焊技术较多用于高性能的自动焊场合，它集高效优质和自动化于一体，它的突出优点表现为：焊接电流调节范围比较宽，包括短路过渡到喷射过渡的所有电流区域，既能焊接厚板，也能焊接薄板，焊接薄板时与短路过渡比较熔透性好、变形小、焊接效率高；采用脉冲电流后，可采用较小的平均电流进行焊接，平均电流比MIG焊时的连续电流喷射过渡的临界电流低，因此母材的热输入量低，焊接变形小，适用于全位置焊接；熔滴过渡过程可控性比较强；焊接时无飞溅(或基本无飞溅)、弧长短，轴向性好、熔敷效率高、焊缝成形好，焊缝表面宽而平坦、焊接烟尘小。因此脉冲MIG焊在生产上得到了重视，特别是机器人焊接时对焊接质量和精度要求比较高的场合更是如此。在今后一段时间内，脉冲MIG焊将在主要工业国家的焊接中进一步代替手工电弧焊和CO₂焊，应用范围将越来越广泛。

近年来随着市场竞争的日趋激烈，提高焊接生产效率、保证产品质量、实现焊接生产的自动化、智能化越来越受到焊接生产企业的重视，特别是机器人焊接时对焊接质量和精度要求比较高的场合更是如此。加上现代人工智能技术、数字化信息处理技术、计算机视觉技术等高新技术的融入，也促使脉冲MIG焊技术正朝着焊接高速高效化、焊接控制数字化、控制系统智能化方向发展。

目前脉冲MIG焊电源主电路可分为硬开关和移相全桥软开关形式。硬开关电路功率器件开通和关断的过程中电压和电流会有一部分重叠在一起，造成开关损耗，导致效率低，带来电磁污染，因此每个功率器件都需要外接缓冲吸收电路，导致电路繁杂。移相全桥软开关电路在开关管开通阶段使用移相控制，让电流滞后电压，可以实现功率开关管零电压开通，但存在轻载时滞后桥臂难以实现软开关；且副边整流二极管不能实现零电流关断，造成开关损耗，存在反向恢复问题并导致振铃电压尖峰难以处理，恶化整机可靠性，因此副边整流二极管需要外接缓冲吸收电路；当重载时，原边电流过大导致的副边占空比丢失更加严重，使得电源能量没有得到充分的利用，并使得电压振铃进一步加剧。这大大增加电能的损耗，愈发跟不上当前市场上要求越来越高的节能化需求。

与硬开关和移相全桥软开关技术相比较，LLC谐振变换器不但具有原边MOSFET功率开关管零电压开通特性，同时能实现副边整流二极管的零电流关断和低耐压要求，副边整流二极管零电流关断克服反向恢复损耗，产生的电磁干扰小，容易解决传导和辐射问题，而且其掉电维持时间特性比较好，损耗低，转换效率更高。当LLC谐振变换器工作在谐振频率时，其增益和负载无关，在这个工作条件下，原边的电流接近正弦电流、原边MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物-半导体场效应晶体管)功率开关管可以实现零电压开通、副边整流二极管可以实现零电流关断，原副边的功率器件都得到最优的利用，效率最高，电磁干扰也最小，谐振频率为LLC谐振电路的最佳工作点。

采用LLC谐振变换器拓扑结构的脉冲MIG焊电源，需要采用多台子模块经协同控制为电弧负载供电。多台子模块要实现协同控制，必须在工作过程中进行数据通信，通常采用CAN现场总线逐脉冲通信的方式，但该方式软硬件设计复杂，成本高，容易受到外界干扰，不利于焊接过程的稳定。