基于80C196KC的软开关型脉冲MIG焊机的研究

摘要：根据脉冲MIG(Metal Inert Gas)焊工艺特点，设计了基于80C196KC控制的软开关型脉冲MIG焊机。采用单片机80C196KC作为控制系统的核心，主电路采用软开关式全桥逆变结构，功率开关器件为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，逆变频率为20kHz。采用PI算法实现恒流外特性，脉冲MIG焊接电源获得了电流频率、电流幅值、峰值基值导通比均可以独立调节的波形。试验表明脉冲MIG焊接电源控制系统运行稳定、可靠。
关键词：焊机；软开关；逆变；比例积分控制

1 引言
脉冲MIG焊以其在较大电流调节范围内均能够实现射滴过渡、轴向性好，适用于全位置焊接、热输入量方便可调以及焊接质量好等优点，受到国内外广大焊接工作者的关注。软开关技术采用谐振变流技术，其特点是功率器件在零电压和零电流条件下自然开通和关断。它从本质上克服了硬开关型弧焊电源的缺点，在较大程度上解决了功率开关损耗过大的问题。根据脉冲MIG工艺要求，设计了基于80C196KC控制的软开关型脉冲MIG焊机，峰值、基值电流调节范围为20～500 A，输出空载电压70 V，熔滴过渡方式为射滴过渡，焊接参数独立可调。

2 总体设计
软开关型脉冲MIG焊接电源系统整体结构如图1所示，由主电路、控制电路、驱动电路3个主要部分组成。系统采用目前较为常用的AC／ DC／AC／DC的逆变模式，脉冲开关信号来自单片机给出的控制指令，经驱动和放大后，为功率开关管提供固定频率为20 kHz的高频脉冲开关信号。在峰值电流期间，采样实际输出的峰值电流，经A／D转换后送入单片机与给定的峰值电流进行比较，单片机根据两者间偏差进行离散PI运算，得到1个控制参量，利用该控制参量实时调整20 kHz高频控制脉冲的宽度，使输出峰值电流与给定峰值电流相等；在基值电流期间，采用同样的方法，使输出基值电流与给定基值电流相等。