基于STM32的逆变焊机电源数字控制电路方案

简介：
本项目设计了一种基于STM32微控制器的逆变焊机电源数字控制系统，实现了高效、稳定的焊接电源输出，适用于各种工业焊接需求。 前言：将直流电转换成交流的过程称为逆变；实现这种变换的装置叫作逆变器。由嵌入式微处理器控制并为焊接电弧提供能量，并具备各种焊接方法所需性能的逆变器，即为数字化逆变焊机或称数字化弧焊逆变器、 数字化逆变式弧焊电源。目前各类数字化逆变焊机已应用于多种焊接技术中，并逐渐成为更新换代的重要产品。 原理：通常采用三相交流电供电，经整流和滤波后变成直流电，再将其转换成几千到几万赫兹的中频交流电，通过中频变压器降至适合焊接所需的几十伏特交流或直流电压。整个过程借助于DSP、ARM等嵌入式微处理器完成，并具备功能丰富、产品稳定可靠、输出精确度高以及优良的焊接性能等特点。 本设计的优点：电源的发展趋势在于控制器的数字化。当前市场上的大多数数字化产品价格相对较高，而此设计方案则使用TM32系列单片机进行经济型数字化弧焊电源控制器的设计和实现。该控制器采用数字式PI方法对输出电流进行控制，并具备按键操作、液晶显示、过流保护及过热保护等功能。此外还具有良好的扩展性，可以通过修改程序来增强系统的功能。 主电路硬件设计： 1. 控制系统总方案：逆变电源是最新发展的技术之一。其核心思想在于使用电子控制系统以电流电压负反馈闭环控制为基础获得所需的外特性、调节特性和动态特性。输入输出关系为U=q*E/n，其中q=T1/(T1+T2)*100%， U代表电源的输出电压； E是逆变器的直流输入电压，n表示高频变压器的比例系数，而 q 是占空比。由于E和 n 保持不变，通过改变占空比 q 可以调节电源输出电压值。根据上述公式，我们选择定频率调脉宽的方式进行控制。 2. 电路拓扑结构：本设计采用全桥逆变主电路来实现功能需求。其工作原理为：家用交流电经过变压器降压后整流和滤波变成直流电压，并供给由功率MOS管IRF840与高频变压器组成的逆变电源，四个功率管通过控制信号交替导通，在二次侧得到交变的输出电压；随后经二极管整流成直流电并提供给负载使用。 3. MOSFET的选择：作为关键元件之一，对它的设计和选择直接影响到整个焊机的安全性和可靠性。基于输入交流220V降压为15V后经过整流滤波后的最大电压值计算得出额定电流应在8A以内；高频变压器工作频率确定在20kHz时，一次侧与二次侧的匝数比设定为20:8，则可以算出MOSFET的工作参数符合要求。因此选择IRF840作为功率管。 控制系统总体结构设计：通过ARM主控板输出PWM信号后经过光耦隔离减少干扰并增强驱动能力直接控制逆变电路中的IRF840，再经高频变压器降压整流滤波最终向负载供电。该方案使得系统响应速度快且抗干扰能力强。 硬件部分包括： 1. 主电路：由供电、电子功率和整流稳压三大部分组成； 2. 电子控制系统：为逆变主电路提供相应的开关脉冲信号以驱动其正常工作； 3. 反馈给定系统：包含检测、设定及比较放大三个环节，负责最终输出电压电流的监测以及反馈到控制器形成闭环控制。