0 前言

在电子器件、仪器仪表 医疗器械等行业中涉及大量微型零件(厚度≤0.1 mm，线径≤0.1 mm)的电阻点焊。微型焊件的热惯性小以及焊件内外表层温差小[1]，使得其在焊接时容易造成零件熔毁、不能正常熔合，存在焊接质量不稳定及成品率低等问题[2]。因此，必须对焊接能量、电极压力、电极形状等进行更加精细的控制。目前逆变电阻点焊电源正逐步取代传统的单相工频电源和电容储能电源，成为精密电阻点焊领域的主流设备[3-4]。然而逆变点焊电源在焊接超精密微型零件时存在焊接能量上升慢、能量控制响应速度慢以及单次放电时间长等不足，无法满足其焊接需求。

习近平总书记指出，完成党的十九大提出的目标任务，必须充分发挥工人阶级主力军作用；我国广大职工要牢牢把握为实现中国梦而奋斗的时代主题，把自身前途命运同国家和民族前途命运紧紧联系在一起，把个人梦同中国梦紧密联系在一起，把实现党和国家确立的发展目标变成自己的自觉行动，爱岗敬业、争创一流，以不懈奋斗书写新时代华章，共同创造幸福生活和美好未来。这些重要指示，赋予了工人阶级崇高使命，为工会组织服务大局、发挥作用、彰显价值进一步明确了坐标定位。各级工会要自觉把党和国家重大战略部署转化为工会工作的具体安排和实际行动，充分调动亿万职工的积极性主动性创造性。

文中设计的晶体管式电阻点焊电源包含基于半桥逆变拓扑的电容组快速充电电路和基于Buck变换的电容组放电电路，通过采用功率场效应管(MOSFET)作为开关器件将电路工作频率提升至100 kHz，显著提高电源系统的控制精度和响应速度。通过电容组存储的高电压、大能量，实现高空载电压输出，提升电流上升速度，避免了电网的扰动。主要特点有：①动态响应速度快，具有微秒级反馈波形控制；②时间调节分辨率可达0.01 ms；③电流控制精度高，纹波小；④焊接电流上升速度快，电流上升率可达50 A/μs；⑤充电速度快，大电流恒流充电可保证高速焊接需求，生产效率高。

李瑞东，清朝直隶武清县人，放到今天就是天津武清区人。从出身来说，他算是四李当中最有钱的一个。他父亲李小歧是县衙吏员，精通医术，家有良田四十余倾，房屋八十余间，并办有药材生意，还开有一家叫“济生堂”的连锁药店。

1 电源系统结构

电源系统结构框图如图1所示，主要由主电路和控制系统两部分组成。主电路包含整流滤波电路、半桥逆变电路、高频变压器、电容组、MOSFET管组，控制系统以16位数字信号控制器(Digital Signal Controllers,DSC)dsPIC33FJ64GS610为核心，配备PWM驱动电路、信号采样电路、保护电路、人机接口电路、RS485通信电路、I/O控制电路和供电电路等。

  

图1 电源系统结构框图

2 主电路设计

2.1 设计要求

电源主要技术指标如下：MOSFET工作频率为100 kHz，电容组最大充电电流为100 A，最高充电电压为30 V，额定焊接电流为1 kA，单脉冲焊接时间为0～9.99 ms，具有电流缓升和缓降功能，具备恒电流、恒电压和恒功率控制模式。

2.2 电路拓扑结构

采用的增量式数字PID算法流程图如图6所示。程序算法中对控制增量Δy(k)进行限幅处理，有效减小了因电流或者电压变化较大导致的系统超调甚至振荡，提高了系统的控制能力，增强其可靠性及稳定性。同时，对输出控制量y(k)限幅，避免输出的控制量超出PWM占空比范围而导致控制系统出现问题。

  

图2 电源主电路拓扑

2.3 充电电路设计

为实现电容组额定电流100 A的快速充电，采用了半桥逆变式充电电路。选取的MOSFET(FMH23N50ES)工作频率为100 kHz、耐压值为500 V、额定电流值为23 A，半桥电路的上下桥臂各采用2只MOSFET并联；采用隔直电容C3抑制高频变压器T1的偏磁现象；高频变压器T1选用EER43磁芯，初级14匝，次级4匝，两只并联；次级整流二极管选用耐压值为200 V，额定电流值为20 A的超快软恢复二极管D92-02；滤波电感L2选用16 μH的环形铁硅铝电感，两只并联使用。

2.4 储能电容组的设计

电源进行焊接所需的能量主要由电容组提供，根据焦耳定律，焊接过程中工件产生的热量QR为：

QR=I2Rt

(1)

式中,I为焊接电流;R为金属母材与接触面上的电阻;t为焊接时间。取I=1 000 A，R=0.005 Ω，t=10 ms。

电容组存储的能量QC为:

QC=0.5CU2

(2)

其中,C为电容组容量;U为电容组电压，电容组电压最高为30 V，工作时允许电容组电压波动30%。

在理想情况下，由能量守恒定律得：

 

(3)

解得电容组容量C=0.217 F。

考虑到焊接回路的能量消耗，实际电路中选取6个47 000 μF的电容并联作为储能电容组，总容量为0.282 F。

2.5 放电电路设计

为实现对电容组充电和电源输出的闭环控制，控制系统对电容组充电电流、电压、焊接输出电流和焊件两端的电压进行采样处理。①充电电流采用霍尔电流传感器对电感L2处电流进行采样，充电电压采用电阻分压方法对电容组电压进行处理，隔离后的电压电流采样信号经滤波、放大处理后反馈给DSC;②焊接电压直接取电极两端电压，焊接电流采用分流器(500 A/75 mV)测量；焊接电流的反馈调理电路如图4所示。

MOSFET具有负温度系数，适合并联使用，选用10只100 V/130 A的MOSFET并联实现大电流输出。实际使用时还应注意MOSFET自身参数的差异、布线布局和散热对均流的影响。

3.1.2 采样电路设计

3 控制系统设计

控制系统以DSC为核心实现了电源的全数字化控制，实现以下功能：①电容组充电电流、电压和焊接电流、电压的反馈调理转换；②恒流充电反馈控制和多模式焊接输出控制；③人机交互功能，用于焊接参数的设置和显示以及焊接过程曲线监控；④I/O接口，包含电源启动、保护、完成、故障等信号，方便自动化应用；⑤串口通信，使用RS485总线便于电源的管理。

3.1 控制系统硬件设计

采用设计的半桥逆变电路对容量为0.282 F的电容组进行恒流充电试验，设定电容组电压U为30 V，充电电流值为25 A，50 A，100 A时获得的充电波形分别如图7a～7c所示(图中曲线1为充电电流曲线，曲线2为电容组电压曲线)。可以明显看出，充电电流越大，电容组达到设定充电电压值的时间越短，见表1。充电电流达到100 A时，电容的完全充电时间小于100 ms，快速的充电过程能满足自动化生产的高速焊接要求。

MOSFET驱动电路的性能直接影响到电源的正常工作，电源采用了隔离放大式驱动方案，驱动电路如图3所示。6N137隔离电压高达2 500 V，在350 Ω的负载条件下，开关延迟时间最大为75 ns。IXDN614输出电压最大上升与下降时间分别为30 ns，输出峰值电流可达28 A，适合驱动MOSFET并联管组。驱动电路输出PWM脉冲低电平为-5.1 V，高电平为12.9 V，脉冲频率100 kHz。

同时，选用10只同等参数规格的快恢复二极管并联用于对焊接回路电流的续流。

放电电路采用MOSFET组对电容组能量进行高频(100 kHz)斩波输出，可精密控制焊接能量。

分流器两端电压经高共模电压差动放大器AD629隔离后采用有源二阶巴特沃斯低通滤波器滤波，后经放大电路调理到合适的电压值输入DSC的ADC模块。

3.2 控制系统软件设计

基于以上主电路结构，需要对前后级电路进行协同控制，才能保证电源稳定高效工作。该电源控制系统软件设计主要包括：主程序设计、充电控制程序设计、焊接控制程序设计和其他功能子程序。

主程序框图如图5所示，电源开机后系统先进行初始化，然后通过人机交互界面完成电源工作参数的设置，启动焊接指令后，通过充电控制程序先对电容组进行恒流充电，当电容组电压达到设置电压后，通过焊接控制程序输出恒流、恒压或恒功率焊接波形，完成焊接。

3.2.1 主程序流程图

小说《斗破苍穹》，主人公萧炎，从一开始的“废柴”，到最后肩负起家族复兴的重担，并逐步走向大陆巅峰，成为天才的故事告诉我们一个令我们受益终生的道理，那就是：只有靠自己的努力奋斗的人，才有可能实现自己的理想！小说本身所体现的精神与内涵，是一个属于不断奋斗的历史，是一段不断前行的历史。主人公有着绝强的性格，永不言败的精神，一路闯荡，一次又一次地创造不可思议的奇迹。

误会解开了，老吴又恢复了以往的热情，在他的帮助下，我将几位传承人召集在一起。经过两天的协商，《黑暗传》整理出版工作最终达成了共识。

3.2.2 增量式数字PID控制算法

电源设计中，采用增量式数字PID算法对焊接电源输出的电流、电压、功率及电容组的充电电流进行控制。

电源的主电路拓扑结构如图2所示，单相220 V交流电压通过整流模块(VD1～VD4)后经电感L1、电容C1，C2滤波为310 V直流电压；后经电容C1,C2,C3,MOSFET(VT1,VT2),高频变压器T1组成的半桥逆变电路转换成44 V/100 kHz方波交流脉冲输出；快恢复二极管VD5，VD6整流后经电感L2滤波后对电容组C4恒流充电；通过VT3对电容组C4存储的能量进行斩波控制，VT3开通时输出焊接电流至工件，VT3关断时利用二极管VD7对焊接回路中的电流进行续流。

  

图3 驱动电路

  

图4 焊接电流采样电路

  

图5 主程序流程图

  

图6 增量式PID控制算法程序流程图

4 试验及结果分析

4.1 充电试验

3.1.1 驱动电路设计

白酒感官品评方法参考GB/T 33404—2016《白酒感官品评导则》、GB/T 33405—2016《白酒感官品评术语》。

  

图7 恒流充电曲线

 

表1 各电流下的充电时间值

  

充电电流I/A实测电压U/V充电时间t/ms2529．83625029．918310029．992

4.2 放电波形

4.2.1 恒流放电试验

则Γ→Bμ(R,R2)连续、一致有界且等度连续，故Γ→Bμ(R,R2)是紧算子。容易验证|Fn(Φ)(·)-F(Φ)(·)|μ→0, n→∞。根据文献[8]中命题2.12, Γ→Bμ(R,R2)是紧算子。证毕。

4.3.1 学生层面（1）激发学习数学的兴趣。数学文化选修课的开设，不仅为学生提供了了解本民族数学传统的机会，还有助于学生认识数学发生、发展的必然规律，了解人类从数学角度认识客观世界的过程，培养求知、求实和勇于探索的精神，体会数学的系统性、严谨性、应用性和广泛性。这样，学生必然会对数学产生学习兴趣，真正喜欢数学，并认真学习数学。

在恒流控制模式下，用长度为60 cm的75 mm2铜电缆将电源输出端短路，设定放电电流值为1 000 A，放电时间分别为1 ms，9.99 ms，电流曲线分别如图8a和图8b所示。从图8a中可以明显看出，该晶体管式精密电阻点焊电源输出电流纹波小，电流上升速度快，可在1 ms内平稳输出1 000 A的电流，电流上升时间tr为20 us。

选择统计学软件(版本为SPSS20.0)对研究数值开展解析,平均年龄等计量资料以(±s)形式显示,取t实施检验,性别等计数资料则选X2对其进行检验,若检验值P小于0.05,说明数据存在统计学意义。

随着新型建造方式的大力推进，辐射顶板应用于装配式建筑中不仅可以满足人们对室内环境的舒适性要求，还大大提高了能源效率，有效地降低建筑能耗.然而，辐射板表面易凝结的缺点阻碍辐射空调在炎热和潮湿地区的发展.一方面，为避免结露，辐射板的表面温度受到室内露点温度的限制，辐射板的最低温度应高于空气露点温度.另一方面，为避免结露，需提高冷冻水的水温和降低送风温度，既降低了辐射板的供冷能力又增加了系统的能耗[1].

  

图8 电流曲线

4.2.2 恒压放电试验

恒压输出模式下，加长输出电缆，采用直径3 mm的笔状焊嘴，电压设定值1.5 V，放电时间9.99 ms，输出电压曲线如图9所示，电压上升时间tr1为200 μs。恒压模式下焊嘴发热的一致性好，能有效抑制热积累问题。

  

图9 1.5 V/9.99 ms电压曲线

4.2.3 恒功率放电试验

恒功率输出模式下，加长输出电缆，采用直径3 mm的笔状焊嘴，功率设定值1.1 kW，放电时间9.99 ms，输出电流、电压、功率曲线分别如图10中曲线1,2,M所示。放电过程中，焊嘴的温度不断升高，导致焊嘴的电阻值不断增大，所以恒功率放电过程中焊嘴的电流值不断下降，电压值不断升高。

  

图10 1.1 kW/9.99 ms恒功率放电曲线

4.3 焊接试验

焊接试验的样品为304不锈钢过滤网，过滤网厚度为0.15 mm。电极压力为45 N，球面形电极工作面直径为1.5 mm，采用恒流控制模式设置焊接电流为870 A，缓升时间为1 ms，焊接时间为2.3 ms，焊接过程电极发热集中，飞溅少。焊点外观如图11a所示，焊点表面无发黑现象，焊点外形美观，无毛刺。图11b为焊点熔核图，由图可知，熔核直径为0.82 mm，拉伸强度为250.06 N，这说明文中设计的焊接电源所获得的焊点具有较高的可靠性。

  

图11 焊点效果图

5 结论

(1)采用高频半桥逆变电路在额定充电电流(100 A)下，对0.282 F电容组进行完全充电时，充电时间小于100 ms。

首先，加大对财务业务的检查与监督力度。集团企业可以通过不同的方式对财务业务进行检查与监督。例如：整体移位检查。其次，加强对财务风险实施的内部审计。例如：企业可以积极借鉴其他企业的优秀研究成果，并将这些成果融入到本单位的内部审计工作中，以此来实现对本企业涉及工作内容的补充和完善。

(2)电容组充电电压可达30 V，极大提高了电流上升速度，电流上升率可达50 A/μs；利用电容组存储的能量进行焊接，能有效抑制网压扰动，进一步提升了电流输出精度。

(3)利用MOSFET高频斩波技术，可将电流(电压或功率)调节频率提升到100 kHz，提高了电源的控制精度和响应速度，可实现1 ms内平稳输出1 000 A的电流，热量集中，实现快速焊接，适合微型件的超精密焊接。

参考文献

[1] 朱正行, 严向明, 王敏. 电阻焊技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005: 93-95.

[2] 杨景卫, 曹彪. 微型零件精密电阻点焊技术及其应用[J]. 焊接, 2009(6): 43-47.

[3] 余文捷. 波控晶体管式电阻点焊电源的研制[D]. 广州: 华南理工大学硕士学位论文, 2012.

[4] 李西恭, 杨录东, 张亮. 20 kHz电阻焊逆变电源的研制[J]. 焊接学报, 2006, 27(2): 105-107.

[5] 曹彪, 王晓东, 范丰欣, 等. 高频晶体管式电阻点焊电源的研制[J]. 焊接学报, 2009, 30(7): 73-76.

[6] 曾敏, 魏良红, 马成, 等. 基于DSP的高频逆变电阻点焊电源的研究[J]. 机械工程学报, 2011, 47(6): 80-85.