基于FPGA的超声波焊接电源频率跟踪研究.pdfVIP

圆经验交流 基于FPGA的超声波焊接电源频率跟踪研究 刘晓光 刘平峰 ’， 蒋晓明 王攀 赫亮 (1．广东省 自动化研究所 广东省现代控制技术重点实验室 广东省现代控制与光机电技术公共实验室 2．广东工业大学自动化学院) 摘要 ：超声波焊接电源设备的频率跟踪速度和精度直接影响焊接质量。针对模拟锁相环频率跟踪慢、负载 突变易失锁等缺点，研制一种基于FPGA控制的超声波焊接电源。简单介绍超声波焊接 电源系统结构，着重分析 电源控制系统的设计，并通过仿真软件对模块验证。最后，搭建超声波焊接实验平台，对相关数据进行测试记录， 对数据加以分析并得 出实验结果。 关键词：超声波焊接电源；数字鉴相器：频率跟踪；FPGA 0 前言 1 超声波焊接电源系统结构 随着计算机技术、信息技术、电子技术及器件的 超声波焊接电源主要由主电路、控制电路和匹配 发展，超声波电源技术得到迅速发展，凭借其功率大、 网络3部分组成J【J，如图1所示。其中，主电路包括 处理速度快、效率高、自动化程度高、成本低等优点， 整流电路、滤波电路和逆变电路3部分：控制电路主 被广泛应用于集成电路、精密金属、塑料结构件、塑 要由电流电压反馈电路、信号采样及调理电路、零点 料制品等领域。在超声波技术得到广泛应用的同时， 比较电路、故障检测及保护电路、液晶和开关量输入 也对其质量提出更高的要求。本文研究了FPGA在超 输出电路组成，主要实现频率跟踪、功率可调、人机 声波焊接电源上的应用，FPGA作为超声波焊接电源 界面和故障检测保护等功能；匹配网络由中频变压器 的核心控制器，克服传统超声波电源工作时失锁及频 和T型匹配网络组成，起着变压、调谐的作用，能够 率跟踪速度慢等问题。 提高超声波焊接电源与换能器之间的功率与功率传 输 。 输入整流 滤波器 IGBT：I~变 互感器 图I 超声波焊接 电源系统结构 2015年 第36卷 第4期 自动化与信息工程 39 ·基金项 目：广东省 中国科学院全面战略合作项 目 (2012B091100262)；广州市越秀 区科技 计划项 目 (2012．GX．013)。 超声波焊接电源主电路如图2所示，220V单相 交流电；最后经由高频变压器 Tl和匹配电路转换为 工频交流电经过单相整流桥变为直流脉动电压；再经 同频率的正弦交流电驱动换能器。压电换能器将超声 过电容器组 C1平滑滤波后，输出到由VTl、Vr2、 频率电能转换为机械振动能，由超声振动系统传递至 Ⅵ 3、Vr4组成的IGBT全桥逆变模块，转换成高频 工件。 一一 l - - v T1 LO CO RO 220V C1 50Hz 》 = VT3ti —久 ． 图2 超声波焊接 电源主电路 2 频率跟踪 踪。本系统采用FPGA (E