ARM电子束焊机灯丝电源设计方案

作者：王泽庭，樊生文，蔡斌锋　　传统的电子束焊机电源系统使用工频或中频技术，具备体积大、效率较低、束流稳定性劣等缺点。分析电子束焊机电源目前不存在的缺点并融合现代电力电子技术，本文明确提出一种基于ARM的全数字化掌控的灯丝电源方案，并详尽讲解了软硬件构建方法。实验指出，该灯丝电源需要准确地平稳阴极灯丝电流，灯丝升空电子密度稳定性好，超过很好的性能拒绝。

　　1.章节　　电子束焊机的工作原理如图1右图，当高压电子枪中的阴极灯丝被冷却到一定的温度时会逸出电子，衍射出有的电子则在高压电场中被加快至光速或相似光速，电子通过电磁透镜探讨后，构成能量密度超高的电子束，当电子束炮击焊件表面时，电子的强劲动能瞬间改变为热能，使金属熔融，待加热后大自然凝结，超过焊的目的。　　电子束焊阴极灯丝电源主要用作对阴极灯丝的冷却，使其加热后升空电子，掌控灯丝冷却电源的输入电压或电流可超过掌控阻塞电子的目的，从而间接的掌控电子束流大小。

在实际焊过程中，必须阴极灯丝需要平稳的升空电子并保持电子枪内电子密度完全恒定，故对灯丝冷却电源的拒绝很高。　　2.系统包含及主电路设计　　图2是数字控制的电子束焊机阴极灯丝冷却电源的电路原理框图。

灯丝电源主要由滤波整流电路、Buck调压电路、直流电源电路、信号处理电路、Arm控制板、灯丝变压器和高频整流电路等构成。单相200V市电经全桥不触整流滤波后由获得310V左右的光滑直流电力，由IGBT包含的Buck电路已完成直流电压幅值的调节，直流电源电路已完成DC/AC的切换，信号收集电路将对系统回去的灯丝变压器原边电流和电压展开处置后，送来至控制器STM32的A/D输出末端，经控制器切换和已完成数字PI调节后输入适当的PWM波，然后经驱动电路缩放后去驱动IGBT,已完成整个灯丝电源的闭环控制。转变PWM波的频率就能转变输入电压的幅值和电流。　　2.1CPU控制器　　CPU是整个灯丝电源的核心部分，主要负责管理对系统信号的收集、数字PI闭环计算出来、PWM波输入、参数设置和外部通信。

CPU使用的是ST公司近期发售的STM32F107系列ARM芯片。该系列芯片使用ARM公司32位的CortexM3为核心，最低主频为72MHz,Cortex核心内部具备单周期的硬件乘法和乘法单元，所以合适用作高速数据的处置。

芯片具备三个独立国家的切换周期，低于为1s的高速模数转换器，三个独立国家的数模转换器具有各自独立国家的取样维持电路，所以尤其合适三相电机掌控、数字电源和网络应用。芯片还具有非常丰富的通讯单元，还包括1个以太网模块、5个异步串行接口、1个USB从器件、1个CAN器件、I2C和SPI等模块。　　2.2表明电路及其它电路　　对于独立国家应用于的电子束焊机阴极灯丝冷却电源，必须需要设置电源的各项参数，还包括原作输入电流、PID参数等，并且动态表明当前电流电压值，当再次发生故障时候还必须表明故障类型。

灯丝电源的表明单元使用四位数码管展开动态显示，具备表明直观、寿命长等优点。　　灯丝电源还包括驱动电路、信号调理电路、维护电路、通信电路等。

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