一種基于ARM的電子束焊機燈絲電源方案實現

控制器采用數字PI控制，即：

當電子束焊機剛開機工作時，陰極燈絲處于冷態，此時突然開啟燈絲電源，如果按照電壓控制，勢必會產生很大的沖擊電流，這會影響陰極燈絲的壽命，為了避免這種情況，故采用燈絲變壓器原邊電流控制方式。若采用電流控制時，當燈絲開路時會產生很高的電壓易損壞變壓器二次側元器件，為了解決這個問題，需要對輸出電壓進行限制，并及時提示用戶燈絲斷裂故障，然后自動將輸出電壓降到零。

2、系統軟件設計

CPU主要功能是完成閉環PI控制算法、發送PWM脈沖、故障保護、數據顯示和遠程通信。系統軟件主要是對STM32芯片的編程，編程語言采用C語言。

程序由主程序和若干子程序：通信程序、采樣子程序、PWM中斷程序、顯示程序等組成。進入PWM中斷后，首先對各路反饋信號進行采集和處理，該流程圖如圖5所示，然后經數字PI調節器運算后產生PWM脈沖輸出，經驅動電路隔離放大后驅動IGBT，實現整個燈絲電源系統的閉環控制。

本電源采用全數字操作界面，所有參數均能通過面板按鍵進行設置，實現了燈絲電源的全數字化操作，并且數碼管夠實時顯示燈絲電源系統的輸出電流、輸出電壓、運行狀態、故障信息等，當發生故障時，CPU將所有PWM脈沖全部封鎖，然后將過壓、過流以及燈絲斷裂信息等故障信息顯示出來。

實驗結果

電子束焊機的陰極燈絲一般采用很薄的片狀鎢絲，電阻值通常很小，通常需要燈絲兩端加上0~6V可調電壓，流過燈絲的最大電流可達30A左右。我們將制作的電子束焊機燈絲電源用在某知名廠家生產的電子束焊機上，圖6是在真空系統正常工作而高壓電源未開啟時，測量的燈絲電源工作時的波形。

其中圖6是輸出燈絲電流設定21A時的波形，示波器CH1、CH3是燈絲變壓器原邊電壓、電流測量波形，CH2是燈絲電流測量波形。從圖中我們可看出燈絲電源能夠很好實現軟啟動功能，幾乎無超調，并且燈絲電流紋波非常小，控制在5%以內，達到了很好的控制效果。

總結

本文提出一種基于ARM的全數字化控制的燈絲電源方案，分析了逆變式電源具有高精度、小體積、全數字等特點，所有電源參數直接通過人機界面設定并存儲，并具備與上位機遠程通信的功能。在實際焊接實驗過程中，燈絲能夠按照設定的上升和下降時間實現緩升和緩降功能，當燈絲斷裂的時候也能夠很快識別并及時關斷電源輸出，并及時提醒用戶需要跟換新的陰極燈絲，實現了燈絲電源的智能化，經驗證，該方案中燈絲電源能夠精確地穩定陰極燈絲電流，燈絲發射電子密度穩定性好，達到很好的性能要求。