基于fpga焊接电源控制系统设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com基于FPGA的焊接电源控制系统设计口王彪口陈方泉口刘坤口刘民才上海大学机电工程与自动化学院上海200072摘要：针对单片机和DSP作为逆变焊接电源控制器的不足，设计了基于FPGA的逆变焊接电源控制系统。介绍了FPGA控制MOSFET逆变电源系统的总体构成，控制系统硬件的驱动电路、核心控制器和相关外围电路，系统软件的人机界面、软核处理器的嵌入和FPGA中核心模块的构建，并对控制系统的功能进行了测试。关键词：焊接FPGA逆变电源数字化中图分类号：TG434．1文献标识码：A文章编号：1000—4998(2013)11-

2、0041—03随着电力电子技术的发展，采用单片机(MCU)、数和驱动部分。主控单元把采样的电压和电流信号与给字信号处理器(DSP)和CPLD／FPGA(Field定信号进行比较。结合设定算法产生相应占空比的ProgrammableGateArray)等数字控制器件来控制逆变PWM脉冲信号，经过驱动放大，驱动逆变主电路中的焊机工作．克服了传统模拟器件容易老化、产生温度漂开关器件能可靠地开通与关断。调节弧焊电源的输出。移、电路设计效率低下的缺点⋯。单片机作为电源核心2焊接电源控制系统硬件设计控制器，仍需采用模拟电路进行PI控制和PWM脉冲控制。单个DSP

3、作为控制器时，根据实际焊接效果对逆变电源的硬件平台包括主变电路、驱动电路、核控制参数进行修改，DSP运算能力不足，采用多个DSP心控制器和外围电路、工业触摸屏和通信电路。关系如或DSP与MCU组合时，电源控制系统设计复杂E22[4]。图2所示。主变电路包括工频交流电输入后整流滤波本逆变焊接电源控制系统采用FPGA为核心控制器，电路，MOSFET开关电路，输出整流滤波电路．电源的工业触摸屏为人机交互界面，设计了控制系统的硬件主变电路使用目前较为成熟的电路结构。设计的逆变和软件部分．进行了在硬开关模式下的调试，结果表电源逆变频率100kHz，额定输出电流

4、200A。200A负明，该逆变电源控制系统响应快速，人机界面友好，可载持续率60％。人机界面用于传递和交换焊接信息，采用于多种场合的焊接。用昆仑通态自动化公司的TPC7062KS工业触摸屏，与外部连接的接口加人电容进行滤波处理。1焊接电源控制系统方案2．1驱动电路逆变电源是焊机的重要组成部分，系统方案如图驱动电路介于弱电控制电路和强电功率变换电路1所示，采用全数字化单闭环控制系统。220V交流电经之间，其作用是将FPGA输出的PWM信号进行放大，主回路整流滤波后变为3IOV左右直流电，经逆变、变放大PMW信号驱动脉冲变压器，最终驱动全桥开关电压、整流

5、环节．最后输出焊接所需要的低压大电流。主路，焊接电源驱动电路如图3所示。回路采用全桥逆变的方式，采用M0SFET作为主电路2．2核心控制器和外围电路中的开关器件。控制系统包括电流电压采样、主控单元FPGA具有设计灵活、集成度高的特点，可以提高机械制造51卷第591期2013／11回学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com