脉冲弧焊电源矩形波脉冲发生器优化方案

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：电子控制脉冲弧焊电源是利用控制系统中的脉冲发生器产生脉冲信号，将脉冲信号作为给定信号，使弧焊电源输出相应的脉冲电流或电压。目前应用比较多的是采用555定时器构成的脉冲发生器。也可以构成脉冲弧焊电源中常用的矩形波发生器。图4-34所示是一个脉冲弧焊电源的脉冲信号给定电路原理图。该电路由方波脉冲发生器、模拟开关、反相器以及两个直流信号给定电路组成。

随着脉冲焊接技术的发展，脉冲弧焊电源得到了越来越广泛的应用。电子控制脉冲弧焊电源是利用控制系统中的脉冲发生器产生脉冲信号，将脉冲信号作为给定信号，使弧焊电源输出相应的脉冲电流或电压。目前应用较多的脉冲波形是矩形波。

脉冲发生器目前越来越多地采用波形发生器集成电路。目前应用比较多的是采用555定时器构成的脉冲发生器。

1.555定时器构成的脉冲发生器

555定时器是一种将模拟功能和逻辑功能巧妙地集成在同一个硅片的线性集成电路。555定时器集成电路的价格低廉，使用方便，只需要少量的外接器件就可以构成多种模拟和数字电路。也可以构成脉冲弧焊电源中常用的矩形波发生器。

如图4-31所示，将555定时器外接两个电阻R₁、R₂和一个电容C，便构成了一个方波发生器。555定时器的④、⑧脚连接外加电源U_CC，刚接通电源的瞬间，定时电容C两端电压为零，触发端②脚电位低于1/3U_CC，555定时器的③脚输出高电平。接通电源以后，电源U_CC经电阻R₁、R₂对电容C充电，使电容端电压U_C上升，当U_C上升到2/3U_CC时，定时器③脚跃变，输出低电平，此时电容C通过R₂及555定时器内部的晶体管放电，使电容的端电压逐渐下降，当电容电压降到低于1/3U_CC时，555定时器的③脚再次跃变，输出高电平。此时，电源U_CC又通过R₁和R₂向电容C充电，电容电压由1/3U_CC开始上升，当上升到大于2/3U_CC时，定时器的③脚输出发生翻转。如此往复，电容电压U_C在1/3U_CC和2/3U_CC之间周期性地充电和放电，使定时器③脚输出电压U₀发生跳变，形成自激振荡，输出方波脉冲波形。

假设方波发生器输出高电平的持续时间为t₁，低电平持续时间为t₂。经推导可得

t₁=0.693（R₁+R₂）C

t₂=0.693R₂C

T=t₁+t₂=0.693（R₁+2R₂）C

图4-32是由555定时器构成的可以改变脉冲占空比的方波脉冲发生器。二极管VD₁和VD₂为电容C提供给了两个分立的充、放电通道。电位器RP₁和RP₂分别控制输出脉冲的高电平周期和低电平周期。放电回路中的电阻R₂应和充电回路中的R₁阻值相等。

图4-31 555构成的方波发生器

图4-32 可调占空比的方波发生器

该方波发生器的脉冲占空比可以在很大的范围内变化。由于该脉冲发生器是通过调节脉冲时间或者脉冲休止时间来调节脉冲占空比的，因此在调节脉冲占空比的同时，脉冲频率也发生变化。

图4-33所示的脉冲发生器的脉冲周期是不变的，而占空比由RP₁控制。

如果R₁=R₂=1kΩ，RP₁=10MΩ，则输出脉冲的占空比的调节范围为0.01%～99.9%。在调节RP₁时输出频率只有很小的变化。

图4-33 频率不变的方波发生器

2.应用举例

可以将脉冲发生器的脉冲电压直接作为脉冲电流控制的给定值，也可以作为一个控制信号，控制不同直流给定信号的输出。

图4-34所示是一个脉冲弧焊电源的脉冲信号给定电路原理图。该电路由方波脉冲发生器、模拟开关、反相器以及两个直流信号给定电路组成。直流稳压源U_CC通过R₃和RP₃分压给出脉冲峰值电流；通过R₄和RP₄分压给出脉冲基值电流；调节RP₃、RP₄可以调节脉冲峰值电流和脉冲基值电流的大小。脉冲发生器产生的脉冲信号控制两个模拟开关的通断，当定时器555输出高电平时，模拟开关SW₁导通，脉冲峰值电流给定信号输出；当定时器555输出低电平时，模拟开关SW₂导通，脉冲基值电流给定信号输出。如此往复，实现了脉冲电流的给定控制，调节RP₁、RP₂使定时器555输出的脉冲频率或占空比发生变化，也就调节了弧焊电源输出的脉冲电流或电压的脉冲频率或占空比。

图4-34 弧焊电源脉冲信号给定电路

脉冲弧焊电源矩形波脉冲发生器优化方案

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