一种基于ARM的电子束焊机灯丝电源方案实现

控制器采用数字PI控制，即：

当电子束焊机刚开机工作时，阴极灯丝处于冷态，此时突然开启灯丝电源，如果按照电压控制，势必会产生很大的冲击电流，这会影响阴极灯丝的寿命，为了避免这种情况，故采用灯丝变压器原边电流控制方式。若采用电流控制时，当灯丝开路时会产生很高的电压易损坏变压器二次侧元器件，为了解决这个问题，需要对输出电压进行限制，并及时提示用户灯丝断裂故障，然后自动将输出电压降到零。

2、系统软件设计

CPU主要功能是完成闭环PI控制算法、发送PWM脉冲、故障保护、数据显示和远程通信。系统软件主要是对STM32芯片的编程，编程语言采用C语言。

程序由主程序和若干子程序：通信程序、采样子程序、PWM中断程序、显示程序等组成。进入PWM中断后，首先对各路反馈信号进行采集和处理，该流程图如图5所示，然后经数字PI调节器运算后产生PWM脉冲输出，经驱动电路隔离放大后驱动IGBT，实现整个灯丝电源系统的闭环控制。

本电源采用全数字操作界面，所有参数均能通过面板按键进行设置，实现了灯丝电源的全数字化操作，并且数码管够实时显示灯丝电源系统的输出电流、输出电压、运行状态、故障信息等，当发生故障时，CPU将所有PWM脉冲全部封锁，然后将过压、过流以及灯丝断裂信息等故障信息显示出来。

实验结果

电子束焊机的阴极灯丝一般采用很薄的片状钨丝，电阻值通常很小，通常需要灯丝两端加上0~6V可调电压，流过灯丝的最大电流可达30A左右。我们将制作的电子束焊机灯丝电源用在某知名厂家生产的电子束焊机上，图6是在真空系统正常工作而高压电源未开启时，测量的灯丝电源工作时的波形。

其中图6是输出灯丝电流设定21A时的波形，示波器CH1、CH3是灯丝变压器原边电压、电流测量波形，CH2是灯丝电流测量波形。从图中我们可看出灯丝电源能够很好实现软启动功能，几乎无超调，并且灯丝电流纹波非常小，控制在5%以内，达到了很好的控制效果。

总结

本文提出一种基于ARM的全数字化控制的灯丝电源方案，分析了逆变式电源具有高精度、小体积、全数字等特点，所有电源参数直接通过人机界面设定并存储，并具备与上位机远程通信的功能。在实际焊接实验过程中，灯丝能够按照设定的上升和下降时间实现缓升和缓降功能，当灯丝断裂的时候也能够很快识别并及时关断电源输出，并及时提醒用户需要跟换新的阴极灯丝，实现了灯丝电源的智能化，经验证，该方案中灯丝电源能够精确地稳定阴极灯丝电流，灯丝发射电子密度稳定性好，达到很好的性能要求。