论文导读：在感应钎焊过程中，为了适应负载随温度变化和加热工艺的需要，电源应能对负载功率调节。其中调功方式主要有以下几种：直流调压调功、移相调功、扫频调功和脉冲密度调功等。其中TCA785集成触发器是由德国西门子公司研制生产的。在该电路调试过程中，当晶闸管后边电路不存在滤波电感等感性元件时，整流后所得电压从零到最大值能够可靠调节。
关键词：TCA785，调压调功，感性元件，感应钎焊
1 引言
在感应钎焊过程中，为了适应负载随温度变化和加热工艺的需要，电源应能对负载功率调节。其中调功方式主要有以下几种：直流调压调功、移相调功、扫频调功和脉冲密度调功等。其中直流调压调功有以下特点：逆变器输出电压波形与负载无关，均为交变方波。在串联谐振负载下，利用锁相电路实现负载电流频率跟踪使负载始终工作在谐振状态，输出功率因数较高；逆变器中各个功率器件均在零电流方式下开通和关断，器件的开关损耗和应力都很小。其中调压调功电路采用晶闸管作为开关器件，利用相控方式调节输出电压。这种方式具有控制方便，价格便宜等特点，因而得到了广泛的应用。
2 直流调压调功电路的设计研究
目前国内外已经研制生产出多种用于晶闸管电路的集成触发器。其中TCA785集成触发器是由德国西门子公司研制生产的。它内部集成有同步检波、移相脉冲、过流过压保护等电路，是一种锯齿波移相触发器。与其它集成触发器相比，由它构成的晶闸管触发电路具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外部器件少、单一电源工作、调整方便等优点。论文参考网。本文所设计的直流调压调功具体电路如图1。
图1 直流调压调功电路图
图1中，220V交流电经过变压器T1、二极管D2、电容C1以及稳压管7815转变为+15V直流电，给该调压电路提供电源。TCA785的1和16端分别接地和+15V电源。5端是同步信号的输入端，该信号取自R6两端交流电压，同步信号经同步过零电路送至同步寄存齿波信号发生器，在每个正弦信号的过零点矩齿波发生器迅速放电并从0初始值开始充电，从而产生和同步交流信号一致的三角波，如图2。9端外接固定电阻R7和可变电阻RW1，10端外接电容C5，通过调节RW1可以调节锯齿波的斜率。6脚为脉冲封锁控制端，当检测负载电流过大时，通过控制辅助电路，使6端有由高电平变为低电平，封锁脉冲的输出，从而切断主电路，它是为系统过流过压或进行其它控制而设置的控制端。11脚外接控制电压，改变该控制电压可以控制触发脉冲的触发角在0-180°范围内移相，该控制电压可以有手工给定，也可以由PLC系统自动给出。论文参考网。12脚外接电容C4，可以控制触发脉冲的宽度。
图2同步交流信号和三角波
在一个周期内，TCA785的14和15端分别是正、负半周对应的脉冲输出端，如图3，图中“1”为触发脉冲，“2”为干扰信号。为保证在一个周期内正负半周均有输出，利用CD4017的或门逻辑电路，将14和15端输出脉冲或逻辑运算后，得到频率增加一倍的触发脉冲信号，如图4所示。再将该信号送到MC1413进行功率放大，以提供足够的功率触发脉冲来驱动整流模块，如图5，该信号电压为7.5V左右，持续时间约为75μs，可以满足整流模块的触发功率要求。
图314端对应的触发脉冲
图4或逻辑运算并功率放大后的触发脉冲
图5示波器时间轴调整后的触发脉冲
根据感应钎焊的使用要求，控制触发脉冲触发角的电压分手动和自动两种方式提供。手动控制方式的电压源来自于7810提供的+10V电压，调节RW3就得到所需的11脚控制电压。而自动控制方式时的控制电压源来自于PLC相关模拟端口的输出电压，该电压大小通过PLC的给定电压与所采集的负载电压大小的比较后得到的。脉冲变压器T2起到电气隔离的作用。
其中检测系统主要检测主电路电流，将检测电流转换为电压后，一方面给PLC自动控制系统提供采集电压，另方面给保护系统提供保护依据，当该电压大于设定保护电压时，就停止触发脉冲的输出，进而切断整个主电路。
3 直流调压调功电路使用中存在的问题
在该电路调试过程中，当晶闸管后边电路不存在滤波电感等感性元件时，整流后所得电压从零到最大值能够可靠调节。
而负载要求很平稳的直流电压，则需要在晶闸管后采用滤波环节，即电路中有较大电感。这时当电压调节到一定值时，会出现输出电压突然跳变为零的现象，使负载运行出现异常。如果该现象出现在感应钎焊电源中，则可能在钎焊尚未完成就停止加热，造成钎料熔化不完全，工件焊接质量不合格。
解决的办法是：首先测量出电压突变时TCA785的6端的电压U6，然后采取相应措施，比如串接分压电阻，使U6为6端电压的一端极限值，从而可以避免电压突变现象。论文参考网。
4 在感应钎焊电源中的应用
感应钎焊电源整体结构如图6。主要包括整流、滤波部分，逆变器部分，变压器部分，感应圈，调压部分以及控制部分等。主电路采取串联谐振电路，逆变部分采用半桥结构，逆变元件采用一个IGBT模块，整流部分采用的是半控晶闸管整流器件，触发脉冲通过控制其导通角的大小可以得到幅值大小变化的直流电压并供给其后的逆变环节，从而改变逆变器输出功率。
图6 感应钎焊机整体结构框图
图中直流调压调功方框内就是前面所设计电路，要想检测其功能是否正常，可以通过测量主电路中变压器原边电压或者副边电压波形加以判断。调节图1中TCA785的6端电压，测得其中两组对应的波形分别如图7和图8。图7中电压为50V且很平稳，电流较小，而图8中电压为100V左右且较平稳，电流较大。根据电流波形可以看出，两种电压下电路都可以起振并正常工作。所以所设计的直流调压调功电路可以进行电压调节且所得电压比较平稳，感应钎焊电路能够可靠起振，满足了对不同负载进行感应钎焊的要求。
图7 电压为50伏的电压和电流波形图
图8 电压为115伏的电压和电流波形图
5 结论
本文设计了一种直流调压调功电路，可以使所得电压从零到最大值之间连续稳定变化，不仅满足手动调节模式，也可以和PLC系统配合进行自动调节，并具有可靠的保护功能和相关的控制功能。通过试验，该电路已成功应用于感应钎焊电源之中，使其可以稳定起振，对于不同负载进行功率调节，可靠保证了逆变部分的IGBT元件，具有一定的实用价值和经济价值。
参考文献
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