目前，為較好地防銹防腐蝕，轎車(chē)車(chē)身多采用鍍鋅鋼板。但是鍍鋅鋼板的焊接性較差，為提高焊接質(zhì)量，采用焊接電流波形調幅工藝，即首先通過(guò)小電流熔燒 掉鍍層，再用大電流進(jìn)行焊接，必要時(shí)輸出焊后回火電流。螺柱焊比凸焊有較高的效率。電容儲能式螺柱焊雖然也有較高的效率，但其電流波形控制功能有限，不適 于帶鍍層的轎車(chē)車(chē)身螺柱焊。逆變電源以其節能效果顯著(zhù)，響應快和動(dòng)特性好等優(yōu)點(diǎn)成為目前焊接電源發(fā)展的方向。微機控制軟件豐富靈活，實(shí)時(shí)性強，從軟件和硬 件上均能采取提高逆變電源可靠性的措施。微機控制逆變電源無(wú)論從提高電源質(zhì)量，還是在增強電源的功能上，都具有明顯優(yōu)勢。因此，微機控制逆變焊接電源應用 于轎車(chē)車(chē)身螺柱焊是理想的，既能輸出多種電流波形保證不同材料螺柱的焊接質(zhì)量，又可與送料機配合進(jìn)行自動(dòng)焊接

1　微機控制逆變電源的主電路設計

主電路采用逆變頻率為20kHz的雙IGBT單端正激電路，如圖1所示。單端電路雖然容量小，但由于螺柱焊電源負載持續率較低，一般只有15% 左右。因此仍能在短時(shí)間內輸出最大電流可達1000A，完全滿(mǎn)足轎車(chē)螺柱焊接生產(chǎn)。本機采用雙IGBT的單端正激電路，控制脈沖同時(shí)開(kāi)通與關(guān)閉兩個(gè) IGBT，既能簡(jiǎn)化控制電路，又降低單管耐壓量，增加了焊機的可靠性。


2　微機控制系統原理

微機控制系統由8031單片機最小系統、外圍電路、PWM電路［1］及IGBT驅動(dòng)電路等組成，如圖2所示。

2．1　外圍電路

外圍電路分成4部分：I／O接口、D／A轉換器、A／D轉換器［2］和串行通訊器。I／O接口主要實(shí)現大小電流切換；A／D轉換器在焊接過(guò)程中 分別對焊接電流I、焊接電壓U進(jìn)行檢測，用于顯示和質(zhì)量控制；串行通訊用于接收的焊接參數，并把實(shí)現焊接參數送往輸入顯示系統顯示。

2．2　PWM電路及控制原理

根據螺柱焊的要求，該電源必須能夠輸出包括小電流，大電流及回火電流三個(gè)階段的調幅電流波形。從該設計任務(wù)出發(fā)設計了以SG3525為核心器件 的PWM電路原理。如圖3所示。利用PWM技術(shù)進(jìn)行波形調制，PWM電路具有功率放大作用，即輸出與給定信號具有相同的波形，因此只要控制給定信號波形， 即可控制焊機輸出電流波形。對于大電流進(jìn)行PI調節，對小電流進(jìn)行P調節?，F就具有小電流和大電流的電流波形產(chǎn)生原理分析如下：當焊接開(kāi)始時(shí)，系統擴展芯 片8155的PB3腳輸出高電平，通過(guò)雙穩態(tài)觸發(fā)器使模擬開(kāi)關(guān)K1導通，同時(shí)8155的PB1腳輸出高電平，使多路模擬開(kāi)關(guān)4051選通X2路，預熱電弧 的給定量通過(guò)放大器作用在SG3525的同相輸入端，控制焊機輸出預熱電流。當預熱電弧時(shí)間終了后，8155的PB3腳輸出低電平而PB2腳輸出高電平， 經(jīng)雙穩態(tài)觸發(fā)器使模擬開(kāi)關(guān)K2閉合，K1斷開(kāi)。同時(shí)PB1輸出低電平，使多路模擬開(kāi)關(guān)4051選通X1路，微機轉換出的D／A加在SG3525的同相輸入 端，使焊機輸出焊接電流。4052截止，進(jìn)行積分調節然后根據焊接電流波形，經(jīng)微機運算出回火電流給定信號作用于4051的X1路，進(jìn)行焊后回火處理。當 預熱電流結束后，8155的PB2腳輸出的高電平觸發(fā)主電路中可控硅SCR3導通，將大電感L1短路，實(shí)現大電流輸出，直到焊接過(guò)程結束。

2．3　驅動(dòng)電路

本系統＋15　V，－15　V雙電源進(jìn)行驅動(dòng)保證了IGBT關(guān)斷，導通的可靠性。并且用保護電路進(jìn)行過(guò)流保護，其原理圖如圖4所示。當電流過(guò)大時(shí)，IC1輸出高電平。IC2翻轉輸出高電平。MOSFET管導通，把輸入的脈沖封鎖。

2.4 保護電路

逆變電源保護電路還具備過(guò)熱保護、高頻變壓器及IGBT的阻容吸收電路、高頻變壓器與開(kāi)關(guān)可控硅的過(guò)壓保護、缺相保護和輸入軟啟動(dòng)等功能，保證焊接電源可靠地工作。

3　軟件系統

從實(shí)現焊接自動(dòng)化、提高焊接精度及改善人機界面等角度出發(fā)，設計了豐富的軟件對硬件進(jìn)行支持。該軟件包括自檢程序和焊接程序兩大部分。它可對電 源輸出波形，方便地進(jìn)行調制。而且，它還能任意設置預熱電弧、焊接電弧及焊后回火電弧的時(shí)間和電流幅值。保證不同尺寸，不同材料的螺柱焊接質(zhì)量。

利用軟件對控制部分進(jìn)行模擬操作來(lái)進(jìn)行自檢。對外部設備(焊槍、送料機、主電路)的自檢是在專(zhuān)門(mén)的檢測電路的硬件支持下通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現。

4　抗干擾措施

4．1　硬件抗干擾措施

信號長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)采用屏蔽線(xiàn)和光耦，抑制了由于過(guò)程通道傳輸所引起的干擾。

電源系統采用獨立電源的方法來(lái)實(shí)現電源系統與控制系統的完全分離，從而抑制系統由于網(wǎng)壓波動(dòng)等所引起干擾的串入。

另外，控制板上各芯片均接去耦電容，抑制系統內部干擾。

4．2　軟件抗干擾措施

系統上電復位后，程序開(kāi)始先執行一段時(shí)間的延時(shí)，然后再初始化。防止8031與8155復位的不同步。

每次調用子程序或者在進(jìn)入中斷服務(wù)程序之前，若發(fā)現系統不正常，系統自動(dòng)復位。程序中設置多處軟件陷阱［3］，在程序跑飛的情況下，能自動(dòng)復位。

4．3　制造工藝上抗干擾措施

利用靜電屏蔽效應對控制部分進(jìn)行良好的保護，以減少電磁干擾。

對信號線(xiàn)的布置、走線(xiàn)方向進(jìn)行合理的設計，以減少干擾。

5　微機控制逆變電源工藝試驗

實(shí)測的各焊接規范參數范圍如下：

預熱電流IP為30～100　A　預熱時(shí)間TP為30～100　ms；預熱電壓UP為20～30　V；焊接電流IW為200～1000　A；焊接時(shí)間TW為30～200　ms；焊接電壓UW為20～30　V;回火時(shí)間Td為50～500　ms。


2．4　保護電路

實(shí)測的焊機電流波形如圖5所示。

經(jīng)實(shí)際焊接表明，焊接引弧容易，焊接自動(dòng)化程度高，且焊機工作可靠，焊接質(zhì)量得到保證。

tP＝60　ms
tW＝32　ms
IP＝80　A
IW＝510　A
UP＝19　V
UW＝19　V
標尺0．01 s／div

6　結　論

1）微機控制逆變電源的研究取得預期效果，輸出波形可方便地進(jìn)行調制，能夠滿(mǎn)足螺柱焊需要。

2）焊機采用微機與模擬控制相結合，在小電流預熱時(shí)采用比例控制法，在大電流焊接時(shí)采用比例-積分控制法，提高了控制精度，焊接質(zhì)量得到保證。

3）焊機從硬件和軟件兩方面采取保護措施，保證逆變焊接電源和控制系統可靠正常地工作。

4）對于干擾問(wèn)題的解決達到所希望的結果，提高了焊機的可靠性。