LT508-S6電流傳感器在全數(shù)字化多功能焊接電源中的應用

一前言

　　隨著我國鋼產(chǎn)量的不斷增加击吱，用高效率的氣保焊接取代低效率的手工焊應該說是一種必然趨勢。目前世界上全數(shù)字化多功能焊接電源的主要代表為：Frounius的TPS系列馁胁，Kemmpi Pro系列帖与，ESAB的Aristol系列。Fronius的TPS系列于1998年推出六主，主控制為1片 Simenses的C167加AD的DSP架看，送絲機的控制為一款Simenses的單片機，各種工藝和外設包括PWM波形都是數(shù)字實現(xiàn)的篱掌，而非采用專用的PWM IC锦列，F(xiàn)ronius本身組成了一個局域網(wǎng)，接口非常豐富耿窍，主要缺點是送絲機上面參數(shù)調節(jié)不方便誊预，并且有的送絲機沒有顯示，面板的設計上沒有充分考慮到焊接材料擴充的需求跛农。Kemmpi Pro主要采用兩片80C196KC分別控制送絲機和電源橡吗，面板通過共地信號線與送絲機的控制板相連接，調節(jié)比較方便沼币，但是不適合遙控胶见，限于其使用功能的進一步拓展，接口沒有Fronius豐富呛谜。而目前國內在跳，除了時代公司具有一款單片機控制的多功能數(shù)字化焊接電源，其它生產(chǎn)廠家未見報道隐岛。

　　但是焊接場合猫妙，更多的是多種工藝并存的現(xiàn)狀，如三峽壓力鋼管的焊接中聚凹，環(huán)縫的搭接采用手工焊割坠，而縱縫的打底采用短路過渡的CO2焊接，為了適應自動焊的需要妒牙，填充和蓋面均采用脈沖焊彼哼。一般情況下对妄，需要多種不同的類型的焊接電源才能滿足需求，投資很大敢朱。如果采用多功能焊接電源剪菱，一臺設備就可以完成所有的功能。這樣節(jié)省了投資拴签，并且提高了工作效率渗某。隨著高性能嵌入式微處理器的處理速度不斷提高，使得對于高頻逆變式焊接電源的實時控制成為可能劫陌，相對于傳統(tǒng)的模擬控制折焙，數(shù)字化控制有以下優(yōu)點：①在同一臺機器上實現(xiàn)多種焊接工藝成為可能；②參數(shù)一致性好倍熄，減少了可調電位器的數(shù)量户寺，消除了運放溫漂對整個系統(tǒng)性能的影響，③系統(tǒng)容易升級混检，如加入新的焊接材料和焊接工藝抢督；④接口豐富，滿足更多的應用場合写并，如具有機器人的接口喧雹，可以組成自動焊系統(tǒng)，具有遙控口于嚼，可以遠距離遙控越名，方便工人的操作。⑤使得更復雜的控制算法在焊接電源中的應用成為可能处监，如模糊控制渺蒿，自適應控制在等熔深和恒弧長方面的應用，可以進一步提高弧焊電源的工藝性能彪薛。⑥數(shù)字化控制平臺上可以很方便地移植焊接專家數(shù)據(jù)庫茂装，用焊接專家的經(jīng)驗來調整焊接工藝，簡化了對于焊機的操作善延，使得普通沒有經(jīng)過專業(yè)培訓的焊工也能成為“焊接專家”少态。

二 數(shù)字化焊機對電流傳感器的要求

　　本文所提到的全數(shù)字多功能焊接電源平臺集中了五種焊接工藝，即手工焊易遣、氬弧焊彼妻、CO2 MAG焊、脈沖MIG焊和雙脈沖MIG焊豆茫，其中前二種焊接工藝為恒流特性侨歉，而CO2 MAG焊為恒壓特性，而脈沖焊為準恒流特性揩魂。不論那種焊接工藝为肮，都需要對焊接電流進行精確的檢測摊册，檢測精度要達到1A等級肤京。在TIG焊中果喊，由于是接觸引弧，希望引弧的電流越小越好腿逞，以防止鎢極燒損实朗，最好引弧的電流能夠在5A以下。而在 CO2 MAG焊中汤钻，為了對引弧和短路的過程進行精確判斷垮撇，而對于輸出電流的精確檢測是控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵因素。在脈沖MIG焊中荡唾，在小電流焊接的時候状堰，碳鋼1.2mm焊絲，其基值電流只有20A矩允，而該電流對應的電壓信號不到100mv糯驯，如果檢測不準確，則無法控制焊接的熱輸入量赵椰，可能導致未熔合或者燒穿耙福。在氣體保護焊中不僅要求對于焊接電流的穩(wěn)態(tài)精度要求高，而且對于動態(tài)性能要求很高姜钳，在負載突變的過程中坦冠，電流要求具有快速的跟蹤能力，對于電流傳感器的響應速度要求很高哥桥。在脈沖焊接的過程中辙浑，輸出電流的給定不斷地在峰值電流和基值電流之間切換，例如碳鋼1.2mm焊絲拟糕，其峰值電流在400A左右判呕，而基值可能只有幾十安培，峰值電流和基值電流相差非常大已卸，此時要求電流傳感器能夠快速敏感到輸出電流的變換佛玄，并跟蹤上給定電流的快速突變。這就要求電流傳感器的通頻帶要寬并且對于di/dt的響應能力強累澡。

　　在全數(shù)字焊接電源中梦抢，給定為數(shù)字編碼器而非電位器，傳統(tǒng)的電位器給定只能是一個變換的趨勢愧哟，而數(shù)字編碼器直接給定了一個數(shù)字量奥吩，該數(shù)字量作為控制系統(tǒng)中的數(shù)字給定，雖然方便了使用者蕊梧，但是對于傳感器的線性度提出了更高的要求划搓。同時隨著嵌入式微處理器的處理速度的提高沮念，為了降低功耗，必須降低供電電壓验脐，對于控制板的供電澜碎、A/D轉換的精度提出了新的挑戰(zhàn)。比如TI的240x和28x系列都是3.3V供電织活，以一個400A的氣保焊電源為例嫡境，考慮到其短路時或大電流引弧時電流峰值可以達到700A，如Fronius特殊鋁焊四部的操作中稼那，引弧電流達到了750A褒饱，如果認為750A對應數(shù)字轉化的最大值，則10位AD轉換器中搞吱，750A對應的數(shù)字量為1024援儡，電流傳感器輸出的模擬電壓為3.3V，則20A的輸出對應的模擬電壓為88mV硼县，該信號很弱酿装，所以對于電流傳感器的信噪比也有很高的要求。

　　縱上所述涎才，在數(shù)字化的焊接電源中鞋既，電流傳感器做為一個關鍵的測試設備主要要滿足以下幾個方面的要求：① 寬的輸入電流范圍；② 好的線性度耍铜；③ 快速的動態(tài)響應能力邑闺；④ 高的信噪比。

　　根據(jù)以上需求棕兼，在400A的全數(shù)字化多功能焊機中陡舅，輸出電流傳感器采用的型號為：LT508-S6 其參數(shù)指標如下：

原邊額定有效值電流: 500A；轉換率： 1:5000伴挚；

總精度： <±0.4%靶衍；線性度： <0.1%；

零點失調電流：<±0.13mA茎芋；帶寬： >100KHz

di/dt跟隨精度：>100A/us 颅眶；響應時間：<1us

從以上指標分析可知，該型電流傳感器具有優(yōu)良的動田弥、靜態(tài)性能涛酗，且具有很高的信噪比。

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