專利名稱：一種大電流逆變電阻焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻焊機，尤其是涉及一種應用于電阻焊接領(lǐng)域的大功率、 大電流的逆變電阻焊才幾。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的逆變電阻焊機一般都是小功率、小電流的逆變焊機，只能是用于弧
焊逆變，所用的控制系統(tǒng)基本上是由單片機、集成度較低的IC和大部分的分立
元件組合而成，技術(shù)檔次低，功能不全，調(diào)試和維修都比較麻煩?，F(xiàn)有的逆變
焊機對IGBT等貴重元件的保護也不完善，沒有做到最有效的保護，比如說IGBT 的保護方面，以前的設(shè)計保護措施如下其一用分立元件保證IGBT正向驅(qū)動 電壓為20V左右，使得IGBT的Uce飽和值較小，降低損耗；在柵極和驅(qū)動信號 之間加一個柵極驅(qū)動電阻，降低電壓和電流的顫動，減少IGBT的損耗；其二 在柵級和驅(qū)動信號之間加穩(wěn)壓二極管，控制G-E電壓的突然上升，起到一定的 電流短路保護作用，使IGBT不容易損壞；其三通過初級和次級電流傳感器對 電流的檢測，應用單片機技術(shù)來調(diào)節(jié)控制輸出電流的大小，通過硬件設(shè)置來保 護IGBT的過流、過壓、短路保護，由于單片機主要用于控制，因此單片機數(shù)字 處理能力相對較差、運算速度較慢、P麗分辨率比較低、采樣周期也較長、反映 的速度跟不上，不能完全達到保護IGBT的作用。
而且現(xiàn)有逆變電阻焊機控制系統(tǒng)組成的分立元件較多，生產(chǎn)工藝復雜，調(diào) 試有一定的難度，并且元件容易受損，大大增加了維修和維護的工作量，生產(chǎn) 大受影響；焊機抗干擾能力差，控制精度和穩(wěn)定性較差，無法消除模擬系統(tǒng)中 參數(shù)的容差、溫度漂移等因素導致的控制器參數(shù)變化，從而導致焊接質(zhì)量差、 產(chǎn)品不過關(guān)、報廢率居高不下的現(xiàn)象；焊機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力不強，運
算速度也慢，P麗分辯率較低，無法適應現(xiàn)代高要求焊接的需求。
因此，需要發(fā)明 一種新的能解決或者避免上述問題的大電流逆變電阻焊機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種新的大電流逆變電阻焊機,
應用DSP處理技術(shù)，IGBT功率管釆用多種保護措施，同時運用恒流PID控制算 法；焊機的工作可靠性好；在控制的速度、精度、穩(wěn)定性等方面都有提高。 本發(fā)明為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，釆用如下技術(shù)手段
一種大電流逆變電阻焊機，包括IGBT主電路，所述大電流逆變電阻焊機釆 用DSP控制芯片，所述DSP控制芯片釆用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，包括有硬件乘 法器，其供電電壓為3. 3V、執(zhí)行速度為30MIPS、指令周期為33ns、時鐘頻率為 30 MHz、總線結(jié)構(gòu)采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理采用流水技術(shù)，所述DSP控 制芯片中集成了相互電連接的A/D轉(zhuǎn)換器、大容量存儲器、定時器、比較單元、 捕獲單元、P麗波形發(fā)生器、數(shù)字1/0、 SPI、 SCI、 CAN,通過4個通用定時器 和12個比較單元的結(jié)合產(chǎn)生16路P麗信號輸出，以滿足IGBT主電路的驅(qū)動。
所述大電流逆變電阻焊機也可以采用執(zhí)行速度為40MIPS、指令周期為25ns、 時鐘頻率為40MHz的DSP控制芯片。
所述大電流逆變電阻焊機IGBT主電路采用的是^^莫塊內(nèi)部自帶過電流保護電 路和過電流保護信號端子的EXB系列IGBT驅(qū)動模塊。
所述DSP控制芯片內(nèi)部設(shè)置有IGBT主電路保護;f莫塊；所述IGBT主電路保 護模塊設(shè)有用以實現(xiàn)過壓、過流、過溫等保護功能的專用引腳；所述IGBT主電 路保護模塊還設(shè)有用以防止橋式驅(qū)動主電路短路而燒壞IGBT主電路的P醫(yī)發(fā)生 單元及可編程死區(qū)控制單元。
所述大電流逆變電阻焊機還包括設(shè)置有驅(qū)動信號互鎖模塊的EPM3128芯片， 當IGBT主電路的驅(qū)動信號同時為高電平時，驅(qū)動信號互鎖模塊立即停止驅(qū)動信 號并自動產(chǎn)生死區(qū)以避免因驅(qū)動信號同時為高電平時而燒壞IGBT主電路。
所述大電流逆變電阻焊機還設(shè)置有用以對初、次級電流互感器進行電流檢 測的電流纟企測沖莫塊。
所述大電流逆變電阻焊機采用恒流PID技術(shù)，其運算程序包括如下步驟A、 給定計算控制參數(shù)；B、設(shè)定初始偏差值；C、給定采樣值；D、根據(jù)給定值r (t) 與實際榆出值c (t)計算出偏差值e (k); E、根據(jù)前后n次測量值的偏差計算出控 制增量△ u (k); F、計算機輸出控制增量△ u (k)。
所述運算程序在步驟F之后還包括如下步驟G0、將控制增量Au(k)用于 被控對象；Gl、計算機輸出的控制增量Au(k)通過D/A轉(zhuǎn)換得到控制增量的積 累u(k); G2、傳送控制增量的積累u(k)給被控對象；G3、控制增量的累計經(jīng)過 被控對象后，通過D/A轉(zhuǎn)換后，再將其輸入到下次釆樣。
所述運算程序在步驟F之后還包括如下步驟H0、將控制增量Au(k)用于 下次采樣；Hl、計算機輸出Au(k)后，進入為下次采樣做準備階段；H2、等待 采樣時刻，若采樣時刻沒到則繼續(xù)等待；若采樣時刻到了，則輸出u(k)和u(k-l) 至下次采樣輸入。
所述步驟E之中的n取值范圍為n>3。
本發(fā)明提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了 IGBT的多重保護技術(shù)，因 而完全能保證IGBT的長期、可靠、穩(wěn)定的運行，大大減少維修和維護工作量； 由于使用DSP技術(shù)和PID控制算法，在控制精度、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)處理、運算速 度、P麗分辨率、采樣周期等方面都較過去有大幅度的提高。


圖1為本發(fā)明一種大電流逆變電阻焊機一個實施例中IGBT的電路構(gòu)造圖； 圖2是本發(fā)明一種大電流逆變電阻焊機一個實施例中PID控制算法的程序 框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一種大電流逆變電阻焊機的一個實施例，包括IGBT主電3各，所述IGBT 主電路采用的是富士電機電子設(shè)備技術(shù)的IGBT模塊2MBI450UE-120,其電路構(gòu) 造如圖1所示，該大電流逆變電阻焊機采用DSP控制芯片，采用的是TMS320F240 DSP芯片，TMS320F240 DSP芯片常用于作為數(shù)字化、信息化控制的電阻焊機控 制芯片，所述DSP控制芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，包括有硬件乘法器，其 供電電壓為3. 3V、執(zhí)行速度為30MIPS、指令周期為33ns、時鐘頻率為30 MHz、 總線結(jié)構(gòu)采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理采用流水技術(shù)，所述TMS320F240 DSP 控制芯片中集成了相互電連接的A/D轉(zhuǎn)換器、大容量存儲器、定時器、比較單 元、捕獲單元、P麗波形發(fā)生器、數(shù)字1/0、 SPI、 SCI、 CAN，通過4個通用定 時器和12個比較單元的結(jié)合產(chǎn)生16路P麗信號輸出，以滿足IGBT主電路 2MBI450UE-120的驅(qū)動。
在發(fā)明 一種大電流逆變電阻焊機的其它實施例中，所述大電流逆變電阻焊 機也可以采用執(zhí)行速度為40MIPS、指令周期為25ns、時鐘頻率為40MHz的其它 DSP控制芯片。
所述大電流逆變電阻焊機IGBT主電路采用的是模塊內(nèi)部自帶過電流保護電 路和過電流保護信號端子的EXB系列IGBT驅(qū)動模塊，本實施例中采用的是IGBT 專用驅(qū)動芯片EXB841; EXB系列混合集成電路是日本富士7>司生產(chǎn)的IGBT專用 驅(qū)動芯片，其中EXB841最為適于驅(qū)動大容量、高速IGBT(如300A/ 1200V、 400A / 600V IGBT)。
所述DSP控制芯片內(nèi)部設(shè)置有IGBT主電路保護模塊；所述IGBT主電路保 護模塊設(shè)有用以實現(xiàn)過壓、過流、過溫等保護功能的專用引腳；所述IGBT主電 路保護模塊還設(shè)有用以防止橋式驅(qū)動主電路短路而燒壞IGBT主電路的PWM發(fā)生 單元及可編程死區(qū)控制單元。
所述大電流逆變電阻焊機還包括設(shè)置有驅(qū)動信號互鎖模塊的EPM3128芯片， 當IGBT主電路的驅(qū)動信號同時為高電平時，驅(qū)動信號互鎖^^莫塊立即停止驅(qū)動信 號并自動產(chǎn)生死區(qū)以避免因驅(qū)動信號同時為高電平時而燒壞IGBT主電路。
所述大電流逆變電阻焊機還設(shè)置有用以對初、次級電流互感器進行電流檢測的電流檢測模塊。
所述大電流逆變電阻焊機采用恒流PID技術(shù)，如圖2所示，其運算程序包 括如下步驟A、給定計算控制參數(shù)；B、設(shè)定初始偏差值；C、給定采樣值；D、 根據(jù)給定值r (t)與實際輸出值c (t)計算出偏差值e (k); E、根據(jù)前后n次測量值 的偏差計算出控制增量△ u (k); F、計算機輸出控制增量△ u (k)。
所述運算程序在步驟F之后還包括如下步驟G0、將控制增量Au(k)用于 被控對象；Gl、計算機輸出的控制增量Au(k)通過D/A轉(zhuǎn)換得到控制增量的積 累u(k); G2、傳送控制增量的積累u(k)給被控對象；G3、控制增量的累計經(jīng)過 被控對象后，通過D/A轉(zhuǎn)換后，再將其輸入到下次采樣。
所述運算程序在步驟F之后還包括如下步驟H0、將控制增量Au(k)用于 下次采樣；Hl、計算機輸出Au(k)后，進入為下次采樣做準備階段；H2、等待 采樣時刻，若采樣時刻沒到則繼續(xù)等待；若釆樣時刻到了，則輸出u(k)和u(k-l) 至下次采樣輸入。
所述步驟E之中的n取值范圍為n=3;在發(fā)明一種大電流逆變電阻焊機的 其它實施例中，所述步驟E之中的n取值范圍也可以大于3。
本發(fā)明提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了 IGBT的多重保護^t術(shù)，因 而完全能保證IGBT的長期、可靠、穩(wěn)定的運行，大大減少維修和維護工作量； 由于使用DSP技術(shù)和PID控制算法，在控制精度、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)處理、運算速 度、PWM分辨率、采樣周期等方面都較過去有大幅度的提高。
以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明 之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋 的范圍。
權(quán)利要求
1、一種大電流逆變電阻焊機，包括IGBT主電路，其特征在于，所述大電流逆變電阻焊機采用DSP控制芯片，所述DSP控制芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，包括有硬件乘法器，其供電電壓為3.3V、執(zhí)行速度為30MIPS、指令周期為33ns、時鐘頻率為30MHz、總線結(jié)構(gòu)采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理采用流水技術(shù)，所述DSP控制芯片中集成了相互電連接的A/D轉(zhuǎn)換器、大容量存儲器、定時器、比較單元、捕獲單元、PWM波形發(fā)生器、數(shù)字I/O、SPI、SCI、CAN，通過4個通用定時器和12個比較單元的結(jié)合產(chǎn)生16路PWM信號輸出，以滿足IGBT主電路的驅(qū)動。
2、 如權(quán)利要求1所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述大電流逆變電 阻焊機也可以采用執(zhí)行速度為4謹IPS、指令周期為25ns、時鐘頻率為40MHz的 DSP控制芯片。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述大電流逆 變電阻焊機IGBT主電路采用的是模塊內(nèi)部自帶過電流保護電路和過電流保護信 號端子的EXB系列IGBT驅(qū)動模塊。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述DSP控制 芯片內(nèi)部設(shè)置有IGBT主電路保護模塊；所述IGBT主電路保護模塊設(shè)有用以實 現(xiàn)過壓、過流、過溫等保護功能的專用引腳；所述IGBT主電路保護模塊還設(shè)有 用以防止橋式驅(qū)動主電路短路而燒壞IGBT主電路的PWM發(fā)生單元及可編程死區(qū) 控制單元。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述大電流逆 變電阻焊機還包括設(shè)置有驅(qū)動信號互鎖模塊的EPM3128芯片，當IGBT主電路的驅(qū)動信號同時為高電平時，驅(qū)動信號互鎖模塊立即停止驅(qū)動信號并自動產(chǎn)生死區(qū)以避免因驅(qū)動信號同時為高電平時而燒壞IG B T主電路。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述大電流逆 變電阻焊機還設(shè)置有用以對初、次級電流互感器進行電流檢測的電流檢測模塊。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述大電流逆 變電阻焊機采用恒流PID技術(shù)，其運算程序包括如下步驟A、 給定計算控制參數(shù)；B、 設(shè)定初始偏差值；C、 給定采樣值；D、 根據(jù)給定值r (t)與實際輸出值c (t)計算出偏差值e (k);E、 根據(jù)前后n次測量值的偏差計算出控制增量Au(k);F、 計算機輸出控制增量Au(k)。
8、 如權(quán)利要求7所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述運算程序在步 驟F之后還包括如下步驟G0、將控制增量Au(k)用于被控對象；Gl、計算機輸出的控制增量Au(k)通過D/A轉(zhuǎn)換得到控制增量的積累u(k); G2、傳送控制增量的積累u(k)給被控對象；G3、控制增量的累計經(jīng)過被控對象后，通過D/A轉(zhuǎn)換后，再將其輸入到下次 釆樣。
9、 如權(quán)利要求7所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述運算程序在步 驟F之后還包括如下步驟H0、將控制增量Au(k)用于下次采樣；Hl、計算機輸出Au(k)后，進入為下次采樣做準備階段；H2、等待采樣時刻，若采樣時刻沒到則繼續(xù)等待；若釆樣時刻到了，則輸出 u (k)和u (k-l)至下次采樣輸入。
10、如權(quán)利要求7所述的大電流逆變電阻焊機，其特征在于，所述步驟E之中 的n取值范圍為n>3。
全文摘要
一種大電流逆變電阻焊機，采用DSP控制芯片，其包括硬件乘法器，供電電壓3.3V、執(zhí)行速度30MIPS、指令周期33ns、時鐘頻率30MHz、改進的哈佛結(jié)構(gòu)、流水處理技術(shù)，集成了A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、定時器、比較單元、捕獲單元、PWM波形發(fā)生器、數(shù)字I/O、SPI、SCI、CAN，通過4個通用定時器和12個比較單元的結(jié)合產(chǎn)生16路PWM信號輸出，以滿足IGBT主電路的驅(qū)動。本發(fā)明采用了IGBT的多重保護技術(shù)，能保證IGBT的長期、可靠、穩(wěn)定的運行，減少維修和維護工作量；使用DSP技術(shù)和PID控制算法，在控制精度、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)處理、運算速度、PWM分辨率、采樣周期等方面有大幅度的提高。
文檔編號B23K11/24GK101342632SQ20071002908
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者鄒春芽 申請人:廣州(從化)亨龍機電制造實業(yè)有限公司