LT508-S6电流传感器在数字化多功能焊接电源中的应用

随着我国钢产量的不断增加，用率的气保焊接取代低效率的手工焊应该说是一种必然趋势。目前上数字化多功能焊接电源的主要代表为：Frounius的TPS系列，Kemmpi Pro系列，ESAB的Aristol系列。Fronius的TPS系列于1998年推出，主控制为1片 Simenses的C167加AD的DSP，送丝机的控制为一款Simenses的单片机，各种工艺和外设包括PWM波形都是数字实现的，而非采用的PWM IC，Fronius本身组成了一个局域网，接口丰富，主要缺点是送丝机上面参数调节不方便，并且有的送丝机没有显示，面板的设计上没有充分考虑到焊接材料扩充的需求。Kemmpi Pro主要采用两片80C196KC分别控制送丝机和电源，面板通过共地信号线与送丝机的控制板相连接，调节比较方便，但是不适合遥控，限于其使用功能的进一步拓展，接口没有Fronius丰富。而目前国内，除了时代公司具有一款单片机控制的多功能数字化焊接电源，其它生产厂家未见报道。但是焊接场合，更多的是多种工艺并存的现状，如三峡压力钢管的焊接中，环缝的搭接采用手工焊，而纵缝的打底采用短路过渡的CO2焊接，为了适应自动焊的需要，填充和盖面均采用脉冲焊。一般情况下，需要多种不同的类型的焊接电源才能需求，投资大。如果采用多功能焊接电源，一台设备就可以完成的功能。这样节省了投资，并且提了工作效率。随着嵌入式微处理器的处理速度不断提，使得对于频逆变式焊接电源的实时控制成为可能，相对于传统的模拟控制，数字化控制有以下优点：①在同一台机器上实现多种焊接工艺成为可能；②参数一致性好，减少了可调电位器的数量，消除了运放温漂对整个系统性能的影响，③系统容易升级，如加入的焊接材料和焊接工艺；④接口丰富，更多的应用场合，如具有机器人的接口，可以组成自动焊系统，具有遥控口，可以远距离遥控，方便工人的操作。⑤使得更复杂的控制算法在焊接电源中的应用成为可能，如模糊控制，自适应控制在等熔深和恒弧长方面的应用，可以进一步提弧焊电源的工艺性能。⑥数字化控制平台上可以方便地移植焊接专家数据库，用焊接专家的经验来调整焊接工艺，简化了对于焊机的操作，使得普通没有经过专业培训的焊工也能成为“焊接专家”。

本文所提到的数字多功能焊接电源平台集中了五种焊接工艺，即手工焊、氩弧焊、CO2 MAG焊、脉冲MIG焊和双脉冲MIG焊，其中前二种焊接工艺为恒流特性，而CO2 MAG焊为恒压特性，而脉冲焊为准恒流特性。不论那种焊接工艺，都需要对焊接电流进行的检测，检测精度要达到1A。 在TIG焊中，由于是接触引弧，希望引弧的电流越小越好，以防止钨烧损，引弧的电流能够在以下。而在 CO2 MAG焊中，为了对引弧和短路的过程进行判断，而对于输出电流的检测是控制系统稳定运行的关键因素。在脉冲MIG焊中，在小电流焊接的时候，碳钢1.2mm焊丝，其基值电流只有20A，而该电流对应的电压信号不到100mv，如果检测不准确，则无法控制焊接的热输入量，可能导致未熔合或者烧穿。在气体保护焊中不仅要求对于焊接电流的稳态精度要求，而且对于动态性能要求，在负载突变的过程中，电流要求具有快速的跟踪能力，对于电流传感器的响应速度要求。在脉冲焊接的过程中，输出电流的给定不断地在峰值电流和基值电流之间切换，例如碳钢1.2mm焊丝，其峰值电流在400A左右，而基值可能只有几十安培，峰值电流和基值电流相差大，此时要求电流传感器能够快速敏感到输出电流的变换，并跟踪上给定电流的快速突变。这就要求电流传感器的通频带要并且对于di/dt的响应能力强。

在数字焊接电源中，给定为数字编码器而非电位器，传统的电位器给定只能是一个变换的趋势，而数字编码器直接给定了一个数字量，该数字量作为控制系统中的数字给定，虽然方便了使用者，但是对于传感器的线性度提出了更的要求。同时随着嵌入式微处理器的处理速度的提，为了降低功耗，必须降低供电电压，对于控制板的供电、A/D转换的精度提出了的挑战。比如TI的240x和28x系列都是3.3V供电，以一个400A的气保焊电源为例，考虑到其短路时或大电流引弧时电流峰值可以达到700A，如Fronius特殊铝焊四部的操作中，引弧电流达到了750A，如果认为750A对应数字转化的zui大值，则10位AD转换器中，750A对应的数字量为1024，电流传感器输出的模拟电压为3.3V，则20A的输出对应的模拟电压为88mV，该信号弱，所以对于电流传感器的信噪比也有的要求。

纵上所述，在数字化的焊接电源中，电流传感器做为一个关键的测试设备主要要以下几个方面的要求：① 的输入电流范围；② 好的线性度；③ 快速的动态响应能力；④ 的信噪比。

根据以上需求，在400A的数字化多功能焊机中，输出电流传感器采用的型号为：LT508-S6 其参数指标如下：

原边额定值电流: 500A； 转换率： 1:5000；

总精度： <±0.4%； 线性度： <0.1%；

零点失调电流：<±0.13mA； 带： >100KHz

di/dt跟随精度：>100A/us ； 响应时间：<1us

从以上指标分析可知，该型电流传感器具有的动、静态性能，且具有的信噪比。

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