基于可调脉宽双脉冲逆变刷镀电源的研究

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1、基于可调脉宽双脉冲逆变刷镀电源的设计与研究张玉蜂，姜忠宝，刘国红（武汉军械士官学校湖北武汉430075）摘要：介绍了可调脉宽双脉冲逆变刷镀电源的基本构造和工作原理；研究了逆变主电路及控制方案的设计。采用双逆变技术研制的可调脉宽双脉冲逆变刷镀电源可对正、负脉宽进行调整，从而可获得高质量的刷镀层。关键词：可调脉宽；双脉冲；逆变；刷镀电源0前言逆变刷镀电源具有一般传统刷镀电源所不具备的优越性，近几年来发展迅速，有趋势表明，逆变刷镀电源将取代传统的刷镀电源，在刷镀领域占主导地位。我国发展逆变刷镀电源已取得了较大进展，并有不少厂家投入了商业化生产，产

2、品主要以直流刷镀电源为主，而对可调脉宽双脉冲逆变刷镀电源研究甚少。可调脉宽双脉冲逆变刷镀电源在形成双脉冲的同时，可对正、负脉宽进行调整，使刷镀电源能够形成大幅度短时间的负脉冲，一方面使刷镀层凸起被强烈溶解，因而使刷镀层更加均匀、致密、光亮，消除氢脆；另一方面可使刷镀层结构晶粒细小、分散力强，提高刷镀镀层的硬度和耐磨性，减少孔隙率低；还可降低镀层的内应力，提高镀层韧性，提高镀层结合力[1]。反向脉冲也有利于减薄扩散层的实际厚度，提高阴极电流效率，提高刷镀层沉积速度。采用高频大功率IGBT逆变技术和PWM微电子控制技术研制的可调脉宽双脉冲逆变刷

3、镀电源，以现有IGBT逆变技术和PWM微电子控制技术为基础，采用双逆变技术，使其具有正、负脉宽可调，脉冲频率、脉冲占空比可调，极性转变速度快，刷镀适应范围宽的特点。1．主电路及技术指标1．1主电路多用机的主电路采用IGBT半桥式逆变器为核心的交—直—交—直—交系统，主电路示意图见图1。基本过程如下：电网电压经整流、滤波后变为直流，该直流经一次逆变电路变为交流，经变压器降压并整流变为可刷镀用的直流电压，把该电压经二次逆变电路逆变成适合刷镀用的，可调脉宽双脉冲电压。～220V输入双脉冲输出波形控制器整流器变压器逆变器电容整流器DCAACACDC

4、DC斩波整流变压高频交流滤波整流图1主电路示意图1．2多用焊机的主要技术参数输入电压：交流220V±10%输入频率：50Hz±5Hz逆变频率：42kHz正负脉冲组合99：0~0：99额定输出电流：200A脉冲峰值电流：3~200A脉冲基值电流：3~200A额定输出电压：0.5V~50V恒压脉冲频率：0.5Hz~1500Hz脉冲占空比：15%~85%过流切断时间：0.002S2双脉冲刷镀及控制电路2．1电源外特性电源外特性如图2。刷镀电压U/VAUU1BDCI0I0I1I2I刷镀电流I/A图2电源外特性外特性的控制电路原理框图如图3所示。刷镀

5、时，可将工作点设定在A点。工作时，电流稳定在I1，电压稳定在V1，在这个工作条件下，由短路产生的输出峰值被限定在刷镀设定电流的1.3倍，时宽20ms，此时短路若不消除，20ms后电流迅速降至稳态设定值I0，该值可设定在3A以下。刷镀为恒压工作特性，其获取原理如下所述，在控制电路中设置最小脉宽限制电路即预先设定某一个最小脉宽Tmin，当负载变小时，PWM输出脉宽将减小，若减小到Tmin值时，此时即使负载进一步减小，脉宽将不再减小，而恒定在Tmin，由于逆变电源的输出电压可由下式计算：V1=V0×2T0N/T式中V1为输出电压；V0为空载电压；

6、T为逆变周期；T0N为脉宽(

7、－为电流反馈信号。图4脉冲给定及电流反馈运算电路脉冲发生器电路由运放YF2、电容C10、电阻R27~R33等元件组成。运放YF2的输出通过电阻R27、R28分压后反馈到同向输入端，组成正反馈电路。当YF2输出高电位时，电容C10通过二极管V23、电阻R31、W6充电，一旦UC10>UR28，YF2则输出低电位。这样C10又通过电阻R32、W7、二极管V24放电及反向充电，当UC10

8、供脉冲给定信号[3]。因此，调节电位器W7可以改变脉冲电流时间tm，显然，脉冲周期T=tm+tj。4．3波形控制电路在直流的基础上，经二次逆变，重新把直流变成频率正、负半波宽度可