調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波焊接電源，尤其涉及調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的超聲塑料焊接電源按工作頻率的不同大致可以分為串聯(lián)諧振跟蹤和并聯(lián)諧振跟蹤兩大類。跟蹤串聯(lián)諧振頻率的電流源型控制方式，功率較大，頻率跟隨性能較好，但是電轉(zhuǎn)換效率不高，穩(wěn)定性不好。跟蹤并聯(lián)諧振頻率的電壓源型控制方式，電轉(zhuǎn)換效率高，但功率不大，頻率跟隨性能不好。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字控制的壓控型超聲焊接電源一般采用逆變橋移相來進(jìn)行調(diào)壓以及變頻。由于后級(jí)濾波匹配電路是固定的，在負(fù)載突變過程中移相角的變化會(huì)導(dǎo)致濾波效果變化，即輸出電壓電流波形正弦化可能時(shí)好時(shí)壞，就可能會(huì)影響電源的電轉(zhuǎn)換效率。
[0004]現(xiàn)有的匹配電路多采用變壓器副邊LC匹配，這種匹配電感取值較大，不便用輔助繞組檢測(cè)輸出電壓。
[0005]現(xiàn)有的頻率跟蹤方法主要有電壓電流相位跟蹤和恒壓測(cè)電流跟蹤，其跟蹤的諧振頻率分別是反諧振頻率和最大阻抗頻率。電流較小的情況下，跟蹤電流最小值的方法可能會(huì)產(chǎn)生失諧，另外當(dāng)導(dǎo)納圓偏離X軸較遠(yuǎn)時(shí)阻抗最大頻率對(duì)應(yīng)的負(fù)載阻抗角較大，會(huì)產(chǎn)生比較大的無功分量，不利于電源有功輸出。電流電壓波形較差時(shí)采用相位跟蹤的方法很有可能找不到反諧振點(diǎn)，從而產(chǎn)生失諧，因此也存在一定的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一種調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源，該電源具有功率大，頻率跟蹤速度快精度高，產(chǎn)生振幅恒定波動(dòng)小，電壓電流畸變小等特點(diǎn)。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:一種調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源，包括:采樣控制單元、整流及直流調(diào)壓單元、定移相角逆變單元、匹配升壓隔離單元和超聲換能器五個(gè)單元；其中，所述采樣控制單元包括:微處理器、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路、有效值檢測(cè)電路和相位檢測(cè)電路；其中，第一信號(hào)調(diào)理電路和微處理器的AD采樣端口相連；驅(qū)動(dòng)電路與微處理器的EPffM端口相連；第二信號(hào)調(diào)理電路的原邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端、副邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端和輔助繞組電壓調(diào)理信號(hào)輸出端分別與三個(gè)有效值檢測(cè)電路的輸入端口相連；第二信號(hào)調(diào)理電路的副邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端和輔助繞組電壓調(diào)理信號(hào)輸出端與相位檢測(cè)電路的輸入端口相連；三個(gè)有效值檢測(cè)電路的輸出端口和相位檢測(cè)電路的輸出端口均與微處理器的AD采樣端口相連；
[0008]所述整流及直流調(diào)壓單元包括:二極管D1-D6，M0S管Q1、Q2，電感L1、L2，電容Cl、C2，電流霍爾傳感器H1、H2，電壓霍爾傳感器Hv ;其中，二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極相連后接市電的一端；二極管D3的陽極和二極管D4的陰極相連后接到市電的另一端；二極管Dl的陰極、二極管D3的陰極、MOS管Ql的漏極、MOS管Q2的漏極、電容Cl的一端均相連與一點(diǎn)；二極管D2的陽極、二極管D4的陽極、電容Cl的另一端、二極管D5的陽極、二極管D6的陽極、電容C2的一端均相連與一點(diǎn)；M0S管Ql的源極和二極管D5的陰極相連后與電感LI的一端相連；M0S管Q2源極和二極管D6陰極相連后與電感L2的一端相連；電感LI的另一端和電感L2的另一端相連后與電容C2的另一端相連；電感LI和電感L2的公共端與電感LI另一端之間設(shè)置電流霍爾傳感器Hl ;電感LI和電感L2的公共端與電感L2另一端之間設(shè)置電流霍爾傳感器H2 ;電容C2兩端與電壓霍爾傳感器Hv的輸入端相連；M0S管Ql的柵極和MOS管Q2的柵極均與各種驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相連；電流霍爾傳感器H1、電流霍爾傳感器H2和電壓霍爾傳感器Hv均分別與第一信號(hào)調(diào)理電路的輸入端口相連；
[0009]所述定移相角逆變單元包括:M0S管Q3、Q4、Q5、Q6 ;其中，MOS管Q3的漏極和MOS管Q5的漏極相連后與整流及直流調(diào)壓單元的電容C2的另一端相連；M0S管Q3的源極與MOS管Q4的漏極相連；M0S管Q5的源極與MOS管Q6的漏極相連；M0S管Q3的柵極、MOS管Q4的柵極、MOS管Q5的柵極、MOS管Q6的柵極分別與各自的驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口相連；
[0010]所述匹配升壓隔離單元包括:電容C3、C4，電感L3，變壓器Tl，電流互感器H3、H4 ；其中，MOS管Q3的源極和MOS管Q4的漏極的公共端與電容C3的一端相連；電容C3的另一端與電感L3的一端相連，電感L3的另一端與變壓器T的原邊一端相連；M0S管Q5的源極和MOS管Q6的漏極的公共端與變壓器T的原邊另一端相連，并在這兩端之間設(shè)置電流互感器H3 ;變壓器T的副邊一端與電容C4的一端相連后與超聲換能器的一端相連，變壓器T的副邊另一端與電容C4的另一端相連后與超聲換能器的另一端相連；電容C4的另一端與超聲換能器一端之間設(shè)置電流互感器H4 ;電流互感器H3、電流互感器H4和變壓器Tl的輔助繞組均與各自的第二信號(hào)調(diào)理電路的輸入端口相連。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]I)定移相角60°逆變，輸出波形三次諧波得以濾除，波形THD小，濾波效果好，且固定濾波器情況下變頻和變負(fù)載都不會(huì)導(dǎo)致波形的畸變。
[0013]2)通過直流調(diào)壓級(jí)進(jìn)行調(diào)壓，采用buck交錯(cuò)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)及控制，可以適用到大功率的焊接使用中，并可以大幅減小直流母線電壓電流紋波，而且調(diào)壓范圍寬；采用獨(dú)立支路電流反饋的電壓電流雙閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)均流，并提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，即令調(diào)壓或調(diào)功響應(yīng)加快。
[0014]3)匹配升壓隔離電路用高頻逆變器原邊串聯(lián)電容電感，副邊并電容的方法，可以通過輔助繞組檢測(cè)輸出電壓，有便于采樣的優(yōu)點(diǎn)，并可以減小電感值，利用LLC增益分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0015]4) DSP內(nèi)部頻率跟蹤方法，通過對(duì)變壓器輸入輸出電流、輔助繞組電壓有效值和輸出電壓電流相位進(jìn)行單周期運(yùn)算，可以在并聯(lián)諧振頻率、最大阻抗頻率、反諧振頻率中進(jìn)行選擇最優(yōu)頻率進(jìn)行跟蹤，當(dāng)某路輸入電信號(hào)檢測(cè)出現(xiàn)偏差后能自動(dòng)切換進(jìn)行改善，這可以使得頻率跟蹤精度和準(zhǔn)確性增高，并提高電轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的電路圖；
[0017]圖2是本發(fā)明信號(hào)調(diào)理模塊電路圖；
[0018]圖3是本發(fā)明有效值檢測(cè)電路圖；
[0019]圖4是本發(fā)明相位檢測(cè)電路圖；
[0020]圖5是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0021]圖6是本發(fā)明DSP內(nèi)部控制圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不只以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]如圖1所示，一種調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源，包括:采樣控制單元、整流及直流調(diào)壓單元、定移相角逆變單元、匹配升壓隔離單元和超聲換能器五個(gè)單元；其中，所述采樣控制單元包括:微處理器、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路、有效值檢測(cè)電路和相位檢測(cè)電路；其中，第一信號(hào)調(diào)理電路和微處理器的AD采樣端口相連；驅(qū)動(dòng)電路與微處理器的EPffM端口相連；第二信號(hào)調(diào)理電路的原邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端、副邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端和輔助繞組電壓調(diào)理信號(hào)輸出端分別與三個(gè)有效值檢測(cè)電路的輸入端口相連；第二信號(hào)調(diào)理電路的副邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端和輔助繞組電壓調(diào)理信號(hào)輸出端與相位檢測(cè)電路的輸入端口相連；三個(gè)有效值檢測(cè)電路的輸出端口和相位檢測(cè)電路的輸出端口均與微處理器的AD采樣端口相連；所述微處理器可以采用型號(hào)為TMS320F28335的產(chǎn)品，但不限于此；
[0024]如圖2所述，所述第一信號(hào)調(diào)理電路和第二信號(hào)調(diào)理電路相同，均包括:運(yùn)放U3，電阻 R3、R7、R1、R11、R14、R15、R18，電容 C12、C15、C19、C20、C2UC23 ;其中，運(yùn)放 U3 的負(fù)極電源端口接-15V電源，正極電源端口接15V電源；電阻R7的一端、電阻R3的一端、電容C15的一端、電容C12的一端均相連后接入運(yùn)放U3B的反相輸入端；電阻R14的一端、電阻R18的一端、電容C15的另一端、電容C21的一端均相連后接入運(yùn)放U3B的同相輸入端；電阻R18的另一端、電容C21的另一端、電容C23的一端、電容C19的一端、電容C20的一端均接地；電容C12的另一端、電阻R3的另一端、電阻RlO的一端、電容C23的另一端均與運(yùn)放U3B的輸出端相連；電阻RlO的另一端、電阻Rll的一端和電容C19的另一端相連與一點(diǎn)；電阻Rll的另一端與電容C20的另一端相連；電阻R7的另一端和電阻R14的另一端分別接電阻R15的兩端；運(yùn)放U3B的型號(hào)為TL072，但不限于此；
[0025]如圖3所示，所述有效值檢測(cè)電路包括:包括有效值檢測(cè)U4芯片，滑動(dòng)變阻器Rm3、Rm4，電阻R13，電容C14、C24，接插件Headerl ;其中，有效值檢測(cè)U4芯片的輸出偏置端口與電阻R13的一端相連，電阻R13的另一端接滑動(dòng)變阻器Rm3的滑動(dòng)端相連；滑動(dòng)變阻器Rm3電阻絲的兩端分別接+15V電源和-15V電源；有效值檢測(cè)U4芯片的分母輸入端口與滑動(dòng)變阻器Rm4電阻絲的一端相連；電容C14的一端與有效值檢測(cè)U4芯片的電壓輸入端相連；電容C24的一端與有效值檢測(cè)U4芯片的平均電容連接端口相連；有效值檢測(cè)U4芯片的有效值輸出端口、電容C24的另一端、滑動(dòng)變阻器Rm4電阻絲的另一端相連后與接插件Headerl的一個(gè)端口相連；接插件Headerl的另一端口接地；有效值檢測(cè)芯片U4可以采用型號(hào)為AD637的產(chǎn)品，但不限于此；
[0026]如圖4所示，所述相位檢測(cè)電路包括:相位檢測(cè)芯片U5、電阻R26、R29、R31、R32、R34、R35，電容 C25、C26、C28、C30、C31、C37，接插件 Header2 ;其中，電容 C25 的一端接地，另一端與電阻R26相連后接5V電源；電阻R26的另一端與電容C28的一端相連后接相位檢測(cè)芯片U5的電源輸入端口 ；電容C26的一端與電阻R29的一端相連；電容C26的另一端與相位檢測(cè)芯片U5的檢測(cè)信號(hào)第一輸入端相連；電容C28的另一端、電阻R29的另一端、電容C30的一端、電容C31的一端、電阻R35的一端均接地；電容C30的另一端與相位檢測(cè)芯片U5的第一偏置補(bǔ)償端口相連；電容C31的另一端與相位檢測(cè)芯片U5的第二偏置補(bǔ)償端口相連；電阻R35的另一端與電容C37的一端相連，電容C37的另一端與相位檢測(cè)芯片U5的檢測(cè)信號(hào)第二輸入端相連；相位檢測(cè)芯片U5的增益輸出端和增益反饋端之間通過電阻R32相連；相位檢測(cè)芯片U5的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端與電阻R31的一端相