大功率高频开关电镀电源设计

摘要

电镀电源是电镀行业的关键设备，随着电镀行业的发展，电源的输出功率日益增加。电镀工艺要求电源工作稳定性好、恒压恒流精度高、上镀时间快，并且满足低压大电流的要求。目前国内普遍采用的可控硅整流机不仅体积大，而且耗电量多，均镀误差大。因此，研究开发一种节能、输出功率大、控制精度好的新型电镀电源具有很重要的应用意义。
　　本文采用子模块并联的结构，设计了一种适用于电镀的大功率高频开关电源。该电源系统由多个分散的模块电源构成并机系统，每个模块电源通过自身的控制来实现并机系统的均流。论文研究的主要工作包括模块电源的软、硬件设计，并机均流控制方式以及实验验证。
　　本论文首先介绍了高频开关电源的工作原理与控制方式，然后对开关电镀电源的主电路单元、微处理器电路、控制系统电路单元以及并联均流单元进行设计。在系统硬件设计方面，主电路选取全桥结构，并对选定的全桥拓扑结构进行了电路设计，给出了主电路各元件参数的设计和计算方法。微处理器电路以C8051F040为核心，通过对输出电流/电压的采集、处理，不仅实现了对电源的控制，而且实现了在线调节、数据显示。控制电路单元以UC3846为核心，采用电流控制模式，电压环与电流环双闭环控制。并联单元采用自均流结构，系统可根据投入工作子模块的数目，自动的均衡每一个子模块的电流。在系统软件设计方面，编写了主程序、电流/电压AD转换程序、按键处理程序、PI控制算法程序、CAN通信程序、LCD显示程序及中断服务程序模块等。
　　通过分析实验采集的相关波形及数据，验证了本电源在性能上满足设计要求，电源输出稳定，波形基本良好，能够较好地应用于电镀生产线。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 模块化分布电源系统原理

1．3 电镀电源研究现状及发展趋势

1．3．1 电镀电源发展历史

1．3．2 国内外研究现状

1．3．3 开关电镀电源发展趋势

1．4 本文主要内容

第二章 高频开关电源的原理与方案选择

2．1 高频开关电源基本原理

2．2 高频开关变换器

2．2．1 单端正激式变换器

2．2．2 单端反激式变换器

2．2．3 多端式变换器

2．2．4 逆变电路拓扑比较

2．3 变压器次级整流拓扑

2．4 控制策略

2．4．1 脉冲宽度调制

2．4．2 脉冲频率调制(PFM)

2．4．3 脉冲跨周期调制(PSM)

第三章 高频逆变电镀电源系统硬件设计

3．1 系统总体设计方案

3．1．1 总体方案概述

3．1．2 电源总体方案拓扑

3．2 主电路硬件设计

3．2．1 单模块开关电源变换器主电路结构

3．2．2 开关器件的选择

3．2．3 IGBT驱动电路的设计

3．2．4 高频变压器设计

3．2．5 输出整流电路

3．3 控制系统硬件设计

3．3．1 主控芯片C8051F040简介

3．3．2 CPU辅助电源

3．3．3 模拟信号调理电路

3．3．4 人机界面

3．3．5 远程通信电路

3．3．6 复位电路

第四章 高频开关电源控制电路及并联均流设计

4．1 PWM控制器

4．1．1 电流控制型芯片UC3846简介

4．1．2 UC3846基本工作原理

4．2 电流采样和电压采样

4．2．1 电流采样电路

4．2．2 电压采样电路

4．3 并联均流设计

4．3．1 开关电源常用均流方法

4．3．2 均流方案选择

第五章 高频逆变电镀电源系统软件设计

5．1 软件系统结构与功能

5．2 软件系统开发环境

5．3 软件系统总体设计

5．4 软件系统程序设计

5．4．1 AD转换程序设计

5．4．2 按键处理程序

5．4．3 PI控制算法程序设计

5．4．4 CAN通信程序设计

5．4．5 LCD显示程序

5．4．6 故障服务中断程序

5．5 软件系统抗干扰设计

第六章 实验调试及结果分析

6．1 系统测试环境

6．2 单个电源模块实验结果

6．3 多模组并联均流实验结果

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果