MIG焊机项目设计说明书V11Word文件下载.docx
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±
15%
输出电源组1
+24V
15%3A
输出电源组2
15V
15%0.5A
基于UC3844电流型PWM控制芯片设计的反激式开关电源，额定输出功率90W。
采用24V电压光耦隔离反馈控制，输入与输出隔离，DC±
15V与DC24V隔离。
电路如下图1所示：
图1：
MIG焊机辅助电源原理图
实物如下图2所示：
图2：
MIG焊机辅助电源实物
4.1辅助电源测试
根据设计出出来的原理图进行绘制PCB以及焊接等相关工序，对做出来的辅助电源进行如下测试：
1）输出特性：
表2：
DC500V输入测试结果
绕组
空载（V）
满载（V）
设计范围（V）
14.8
15.6
12.75~17.25
-15V
-14.6
-15.3
-12.75~-17.25
24V
24.9
25.4
20.4~27.6
2）温升测试：
表3：
温升测试结果表
NO.
测试点
温度
温升
1
IGBT
68.1
45.8
2
输出整流
32.1
9.8
3
TR（CORE）
37.4
15.1
4
TR（线圈）
37.5
15.2
5
UC3844
50.0
27.7
6
输出电容
27.8
5.5
7
环境
22.3
—
温升测试点如下图3所示：
图3：
MIG焊机辅助电源温升测试点
图4：
MIG焊机辅助电源温升测试曲线
结论：
通过上述测试可以看出该辅助电源达到了设计预期。
4.2辅助电源调试
在调试过程中，遇到并解决了几个较重要的BUG，在此简单记录，以便后续追踪：
1）电源通电后非正常工作（打嗝状态）
异常工作波形如下图5所示。
图5：
打嗝波形
电源工作后又立马shutdown，经排查为两个25V和30V反馈稳压管焊接时对调，造成输出到25V时芯片电源被拉至接地，芯片停止工作，其原理图部分如下图6所示：
图6：
电源部分原理图
改善方法：
Z2和Z3焊接正确后电源正常工作。
2）电源无法带载
电源带额定负载后，电源断续工作，如下图：
图7：
带/离载波形图
对电流采样电阻两端的电压进行测量，经测量该电阻两端电压超过1V。
由于芯片电流反馈输入超过1V会使芯片关断输出，造成电源无法正常工作。
图8：
带载波形图
将电流采样电阻由0.5ohm调整至0.33ohm。
4.3总结
通过上述测试数据、调试记录、以及相关BUG的解决，可以看出该款SPS（辅助电源）满足设计预期，可以在MIG焊机系统中使用。
五、MIG焊机送丝系统设计
设计要求：
主要电路结构为MCU+LCD1602，其可以实现的主要功能为控制+送丝+送气+HMI（人机交互界面）功能。
送丝速度0-15m/min连续可调，恒速送丝，送丝直径1mm-2mm。
送丝机刹车时间小于10ms。
图9：
送丝系统硬件电路
5.1软件程序构架：
根据送丝系统设计要求，设计如下程序框架结构。
程序见附一。
5.2调试问题
1）送丝速度偏差大
优化：
速度实测整定，调整PWM程序。
2）送丝机未正常工作
优化：
调整定时器程序。
下图红色圈出部分为刹车时的波形，刹车时间小于10ms。
整个送丝系统设计后，测试出来的规格如下，可以看出满足设计预期。
表4：
送丝系统测试参数
送丝速度连续可调范围
0~17.76m/min
可送焊接丝直径
1mm~2mm
使用电流范围
<
=500A
是否可以送气
是
刹车时间
10ms
5.3总结
通过上述测试数据，可以看出该送丝系统符合设计要求。
六、MIG焊机控制部分设计
表5：
MIG焊机部分设计要求列表
参数
机型
额定输入电压
额定输
入电流
入功率
输出电流范围
空载电压
输出电压范围
适用焊丝直径
额定负载持续率
MIG-350
三相
380V
10％
14.3A
9.4KVA
100－350A
90V
18－28V
￠0.6
￠0.8
￠1.0
60％
6.1MIG焊机性能分析
此次MIG焊机项目中，我司采用外特性为平特性的焊接方案，设计电路控制部分为电压外环+电流内环，具体控制框图见下图10所示，该种控制方案，可以满足外特性为平特性的设计要求，切具有长时过流保护功能，飞溅小，焊接控制速度快等特性。
图10：
MIG焊机控制框图
控制电路的PWM控制芯片为UC3846，采用峰值电流模式控制，逐个检测脉冲电流，动态响应速度快，同时避免了误动作。
电流/电压双环控制，保证了焊接电压稳定和电源的动态性。
原理图如图11所示。
图11：
MIG焊机控制电路具体设计原理图
6.2仿真分析
控制电路部分主要分为空载引弧、副边电流采样、弧特性、Vref设置、斜坡补偿及原边电流采样、驱动模块和辅助电源这几部分组成，分解结构图12如下。
仿真的目的是为了验证设计思想的可行性，对系统参数的变化导致的系统控制参数变化趋势进行初步认证，为实际调试提供数据支持。
图12：
MIG焊机控制电路具体仿真原理图
根据上图的仿真原理图，可以设置如下仿真参数，见下表6.
表6：
仿真参数设置列表
弧压调整电阻：
3.3K
Vref
Kp
Vout
Iout
1.7V
17K
18V
120A
2.5V
27V
230A
3.4V
36V
350A
驱动波形仿真
输出电流波形仿真
总结：
从仿真波形可以看出，该控制系统可以收敛，对输出电流可以很好的进行控制。
6.3PCB制造
PCB设计以小型化、模块化、集成化为设计理念，将电源模块、驱动模块、控制模块这三大模块集成在一块板子上。
板子的尺寸为长16cm，宽10cm。
设计中加入了3D模型，使设计布局布线可视化，有利于布线及布局的合理性，避免了后期重复修改设计。
1）PCB原理图
2）控制板实物图
3）MIG焊机实际系统
6.4调试问题
1）变压器出现饱和BUG及相关解决方案
变压器在工作时出现有4us左右的磁饱和现象，变压器在IGBT开关过程中出现伏秒不平衡，影响整个系统的稳定性，严重时可能会造成炸机。
经排查后发现，由于控制电路与变压器副边共地，副边的地不稳定导致控制板驱动上下桥不互补，进而导致变压器伏秒不平衡，实际波形如下图。
图13：
变压器饱和波形
解决方案：
1、变压器副边加入电抗器，避免突变电流对地造成的不稳定，从而稳定系统地；
2、加粗副边采样电阻的地线，缩短地线长度。
6.5实际焊接测试
焊接参数列表如下表7所示。
表7：
实际焊接测试数据列表
输出电压
输出电流
焊接效果
13.8V
100A
OK
200A
300A
23V
28V
上桥臂驱动实测波形如下图14所示。
图14：
实际焊接驱动波形
图15：
引弧阶段实测波形
从实际测试中可以看出，该MIG焊机系统可以符合设计要求。
6.6总结
通过实际焊接效果，以及相关测试数据来看，该MIG焊机系统已经达到预期效果。
附页
/******************************************************************************
*中科君芯科技
--------------------------------------------------------------------------------
*实验名:
中科君芯MIG焊机送丝机程序
*实验说明:
MIG焊机送丝机程序
*硬件说明:
N/A
*注意:
*******************************************************************************/
#include<
reg51.h>
lcd.h>
XPT2046.h>
//--定义使用的IO口--//
/*sbitCLK=P2^7;
//时钟
sbitCS=P2^6;
//片选
sbitDIN=P2^5;
//输入
sbitDOUT=P2^4;
//输出*/
sbitK1=P1^0;
sbitK2=P1^1;
sbitPWM=P1^2;
sbitHQ=P1^3;
//焊枪控制端
sbitFM=P1^4;
//阀门控制端
sbitSC=P1^5;
//刹车控制端
sbitK3=P1^6;
//确认按钮
sbitK4=P1^7;
//预送气
//--定义全局变量--//
unsignedcharPuZh[17]="
usersetspeed:
"
;
unsignedcharnum[17]="
0123456789abcdefg"
unsignedintchart[17]={0,10,20,30,40,50,60,70,80,90};
unsignedcharduty;
unsignedinttimer1;
unsignedinti;
unsignedintf;
//--声明全局函数--//
voidinit_sys（void）;
voidKeyScan（void）;
voidDelay10ms（unsignedintc）;
//误差0us
voidTime1Config（void）;
voidTime1stop（void）;
/*******************************************************************************
*main函数体
voidmain（void）
{
init_sys（）;
Time1Config（）;
HQ=1;
FM=0;
SC=0;
K3=1;
K4=1;
K1=1;
K2=1;
while
（1）
{
KeyScan（）;
if（HQ==0）
{
Delay10ms
（1）;
if（HQ==0）
{
Time1Config（）;
FM=1;
SC=0;
}
}
if（HQ==1）
Time1stop（）;
FM=0;
SC=1;
}
voidDelay10ms（unsignedintc）//误差0us
unsignedchara,b;
//--c已经在传递过来的时候已经赋值了，所以在for语句第一句就不用赋值了--//
for（;
c>
0;
c--）
for（b=38;
b>
b--）
for（a=130;
a>
a--）;
}
}
}
voidTime1Config（void）
TMOD|=0x10;
//设置定时计数器工作方式1为定时器
//--定时器赋初始值，12MHZ下定时0.5ms--//
TH1=0xFF;
TL1=0xAE;
ET1=1;
//开启定时器1中断
EA=1;
TR1=1;
//开启定时器
voidTime1stop（void）
PWM=1;
//PWM=0;
ET1=0;
EA=0;
TR1=0;
voidTime1（void）interrupt3//3为定时器1的中断号1定时器0的中断号0外部中断12外部中断24串口中断
unsignedinta;
a=duty*10;
if（timer1>
100）//PWM周期为100*0.5ms
timer1=0;
if（timer1<
=a）//改变a这个值可以改变直流电机的速度
PWM=0;
else
PWM=1;
timer1++;
TH1=0xFE;
//重新赋初值
TL1=0xAE;
voidKeyScan（void）
if（K1==0）
if（K1==0）
LcdWriteCom（0x80+0x42）;
LcdWriteData（num[++duty]）;
i=0;
while（（i<
50）&
&
（!
K1））//检测按键是否松开
{
Delay10ms
（1）;
i++;
}
if（K2==0）
Delay10ms（10）;
if（K2==0）
LcdWriteCom（0x80+0x42）;
LcdWriteData（num[--duty]）;
i=0;
while（（i<
if（duty>
=8）
duty=8;
if（duty<
=1）
duty=1;
voidinit_sys（void）
unsignedchari;
LcdInit（）;
for（i=0;
i<
17;
i++）
{
if（i==14）
LcdWriteCom（0x80+0x40）;
LcdWriteData（PuZh[i]）;
LcdWriteCom（0x80+0x44）;
//LcdWriteData（'
0'
）;
//LcdWriteCom（0x80+0x47）;
LcdWriteData（'
m'
/'
i'
n'
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