【摘要】
随着我国科技和社会的快速发展，高性能铝合金焊接技术在现代的应用也越来越广泛。单片机控制技术的变极性电源作为作为铝合金材料的焊接技术新型电源，具有电源体积小、重量轻、工作效率高、节能性强、与传统电源相比易于控制电源波形等优势，对焊接系统的稳定运行有着重要影响。基于此，本文着重对单片机控制技术的变极性电源进行了相关研究，以寻找出最合适改进措施，更好地使用变极性电源来造福多的地区。
【关键词】单片机控制技术；变极性电源；特点；原理
铝合金混合材料在航空航天、轨道交通及船舶等行业发挥着重要作用，在焊接工业方面的应用尤为突出。单片机控制技术的变极性电源是焊接系统的重要组成部分，对提高焊接工作效率和保障焊接系统安全运营有着巨大作用。单片机控制技术的变极性电源具有诸多优势，能够最大限度地保证焊接系统的安全运营。
一、焊接变极性电源及其特点
（一）焊接变极性电源
变极性电源是由铝合金材料制成的，是一种电子弧焊接电源，先后经历了四个阶段：首先是晶闸管逆变器，其次是晶体管逆变器，随后是场效应管逆变系统，最后为I GBT逆变器。现在，逆变电源的性能较为稳定，具有逆变频率高、工作效率快、无噪音等优势，已广泛应用到焊接设备中。变极性电源是一种稳定的方波电源，可独立对各项工作进行调节，其中包括工作频率的调节、时间比的调节、正负半波电流幅值的调节等，这样既最大限度保证了钨极的安全性，又可防止气孔的产生。逆变电流的极性呈周期性转变，为表面氧化膜的清理工作提供了时间，从而间接提高了焊接工艺质量。
（二）单片机控制技术的变极性电源特点
随着科技技术和材料学的进步，单片机控制技术的逆变电源的发展也日趋完善，其特点如下：
1.扩大了焊接的应用范围。单片机控制技术的变极性电源可对斜率、恒定电流、恒定电压、恒定输出功率进行随意控制，改善了焊接场所受限的情况。
2.提高了焊接工艺质量。逆变电源通过对焊接过程中电流频率的优化控制，可减少焊接中熔滴的飞溅，提高焊接工艺质量。
3.控制电弧功率的精确度。变极性方波电源对脉冲的电流及频率、脉冲的宽度、基值的电流可随时进行调控，使电弧功率的精确度始终保持在允许范围之内。
4.故障的诊断和预警。变极性电源可对焊接设备进行故障诊断，通过对主要参数的监测，找出故障位置，为设备维修提供便利。
二、变极性电源的设计
单片机控制技术的变极性电源包括一次逆变主电路、二次逆变主电路、控制电路、输出电路、输入电路、辅助电路、保护电路。下面将对其设计原理和主要硬件设备设计进行简单介绍。
（一）电路设计原理
变极性电源的开关由输出频率较低的单片机去控制，其控制系统分为电力电子逆变系统和单片机控制系统。其中，电力电子逆变系统中的一次逆变电路和二次逆变电路都是由四个I GBT和阻容滤波网构成的桥式结构。二次逆变电路将一次逆变电路的脉动直流转变为方波交流进行输出。在二次逆变系统中，当正极是焊枪和负极是工件时，由于工件表面的氧化膜被雾化而清除，导致电弧转变成EP极性，同时输出的电流为基值电流和脉冲电流。单片机控制系统则是对电弧电压反馈信号和焊接电流采样信号进行输出信号模拟，在此设计中应注意以下几点：
1.单片机的主要参数应预先输入，包括工作频率、正负极半波电流幅值、占空比等，之后进行一次单片机控制操作，检测电源是否可以进行正常工作。
2.单片机对电流电压进行数据记录得出控制参量，并对其进行操作验证，检验参数是否正确。
3.对电源的保护设计。当出现故障时，单片机应及时对电源电路做做出反应，使电源终止工作，尽可能将损失降低到最小。
（二）单片机最小系统
本文设计采用的是STM32单片机，它作为单片机最小系统的核心元件，其作用不容忽视。除此之外，单片机最小系统还包括复位电路系统和时钟电路系统等。
（三）一次逆变电路设计
一次逆变主电路可采用闭环恒流式的控制系统，这样可提高电路的电压稳定性和保护效果，工作单元分为锯齿波发生器、温度补偿参考电压调节单元、脉宽调制器等。首先，将电阻连接端在引脚为死区时间时进行设置，使电阻与死区时间呈正相关。其次，由于一次逆变电路是全桥结构，可使用软开关技术，将桥式的两个桥臂的开关转到工作时的电流位置，通过电流整流器将直流电转变为交流电，为二次逆变电路提供准备。
（四）二次逆变电路设计
二次逆变主电路可采用推挽电源的集成电路。在设计时，首先是模拟量的输出操作，经过运放环节对PWM进行转换，并通过两个不同空占比进行脉冲直流的输出；其次，为了使前级的逆变器也输出脉冲电流，应在比较器的同向输入端进行输入；最后，另一组的脉冲直流经过驱动电路后信号被放大，同时被驱动到后级的逆变桥开关管中。单片机控制技术可使一次逆变电路和二次逆变电路相互配合工作，提高了焊接的工作效率及稳定性。
三、实验结果分析
（一）单片机控制技术的变极性电源，可大大提高焊接的工作效率和焊接工艺
（二）本次设计使用的是双全桥逆变结构，扩大了正、负半波的调节范围
（三）单片机控制技术为逆变电源提供了诸多保护功能，保证了设备的安全性，为逆变电源提供了更广阔的发展空间
四、结束语
在高科技快速发展的今天，单片机控制技术的变极性电源已经被广泛地应用在焊接体系中，为我国焊接行业做出了巨大的贡献。在今后的日子里，人们应该提高对单片机控制技术的变极性电源的认识，不断探索与研究，寻找出更好地提高单片机控制技术的变极性电源的相关控制措施，将逆变电源的稳定性、安全性、高效性提高到最大程度。提高单片机控制技术的变极性电源的应用水平，为我国焊接技术体系的质量提供了保障，进一步促进了我国焊接行业的可持续发展。
参考文献：
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