弧焊逆變電源(亦稱弧焊逆變器)是一種高效、節能、輕便的新型弧焊電源。目前，采用ICBT作為功率控制器件來提高功率主電路的控制 性和穩定性，以8位和16位單片機作為控制核心進行焊接程序控制和焊接參數運算處理，提高了弧焊逆變電源的操作性。 數字信號處理器(DSP)的廣泛普及和應用，為弧焊逆變電源控制系統的全數字化提供了必要的硬件和軟件基礎。

DSP與單片機性能比較分析

單片機(MCU)廣泛應用于家用電器、工業控制和智能終端，主要起控制作用。DSP可高速地實現過去由軟件實現的大部分算法。表1比較了典型單片機和DSP的性能指標。

由表1可知，與單片機相比，DSP的優勢表現為：數據處理能力強、高運算速度、能實時完成復雜計算、單周期多功能指令、PWM分辨率 高、更短的采樣周期。

表1 典型單片機和DSP的性能比較 

就目前技術現狀，將DSP和單片機結合起來設計系統是一種很好的方法，充分發揮單片機控制能力強的特點和DSP強大數據處理能力和高運行速度的優勢。從而提高弧焊逆變電源控制系統的精度和實時性，滿足弧焊逆變電源更高的性能要求。

目前適用于弧焊逆變電源控制的DSP主要有TI公司的TMS320C2000系列、ADI公司的ADSP2100系列、Motorola公司的 DSP56F800系列。下面以TI公司的16位定點TMS320LF2407A為例說明DSP的結構。

由圖1可見DSP的結構特征特別有利于在控制系統中應用，主要表現為：

改進的哈佛結構；流水線操作；采用硬件乘法器；快速的指令周期；TMS320LF2407A的時鐘頻率達到40MHz，即指令周期為25ns，運算能力為40MIPS(每秒百萬條指令)。芯片有一套專門為數字信號處理而設計的指令系統。指令簡化了數字信號處理過程，優化的事件管理模塊和外圍電路：從圖1可見在DSP芯片中集成了A/D轉換、大容量存儲器、定時器、比較單元、捕獲單元、PWM波形發生器、數字I/O口、SPI、SCI、 CAN，其中4個通用定時器和12個比較單元的結合能產生多達16路的PWM輸出，足以滿足IGBT主電路的驅動。

此外，TMS320LF2407A具有快速的中斷處理能力、數據指針的逆序尋址功能、硬件尋址控制以及多種節電模式等特有的性能，這些特性將有利于TMS320LF2407A在弧焊逆變電源控制中的應用。

控制系統組成與工作原理

根據單片機和DSP的各自優勢，我們選擇了以單片機為上位機，DSP為下位機的弧焊逆變電源控制系統解決方案.

控制系統由單片機、DSP、鍵盤、顯示、電弧電壓和焊接電流采樣系統、送絲控制系統組成，與以單片機為核心的控制系統相比大大簡化了系統組成。

方案中的單片機采用Winbond公司的W77E58，DSP為TI公司的TMS320LF2407A。

在這一方案中單片機主要完成焊接程序控制和人機接口， 因人機接口對速度要求是比較低的， 對控制能力的要求較高，人機接口功能包括：焊接參數的給定及實時顯示。

DSP主要完成采樣信號的反饋運算及PWM脈沖序列的生成，DSP根據電弧電壓和焊接電流的反饋量和單片機提供的給定值在DSP內部完成 復雜的算術邏輯運算，輸出適當寬度的PWM脈沖信號，經驅動放大后用于IGBT柵極驅動，以控制電源的輸出電流、電壓，實現弧焊逆變電源的控制。單片機和DSP之間的通信由SCI串行接口實現。
控制系統重要組成部分基本工作原理分述如下：

電流反饋

本系統采用零磁通霍爾元件電流傳感器來檢測電流，由于TMS320LF2407A的A/D輸入信號范圍為0～5V，因此，必須將霍爾元件輸出的小電流信號首先變換為電壓信號，再經放大濾波后進入A/D轉換通道。

PWM輸出和功率驅動

TMS320LF2407A的PWM發生電路可產生16路具有可編程死區和可變輸出極性的PWM信號，有從0～16us的可編程死區發生器控制PWM輸出，可以避免產生短路而擊穿功率器件。功率驅動采用變壓器驅動。
 
保護功能

為了保證系統中功率轉換電路及柵極驅動電路安全可靠地工作。TMS320LF2407A提供了PDPINT引腳，利用它可方便地實現控制系統的過壓、過流、欠壓、過溫等保護功能。

各種故障信號經光電隔離后輸入到PDPINT引腳，有任何故障狀態出現時PDPINT引腳被拉為低電平，此時DSP內定時器立即停止計數，所有PWM輸出引腳全部呈高阻狀態，現時產生中斷信號，通知CPU有異常情況發生。整個過程不需要程序干預，全部自動完成，這對實現各種故障狀態的快速處理非常有用。

控制系統特點

基于DSP從以下各個方面改善了弧焊逆變電源控制系統的技術指標：

設計方面

傳統的單片機弧焊逆變電源控制系統其組成元器件較多，元