双极性脉冲电镀电源的研制

摘要

电镀商品在我们日常生活中应用广泛。近年来应市场发展的要求，人们对电镀商品的整体外观、镀层质量、光泽度、均匀性等方面均有了更高的要求。电源是电镀过程中能量的提供者，属于低压大电流设备，电镀时要求电源操作简单，可以承受输入端各种条件的突变以及输出端过载、短路等问题的冲击。长期以来在电镀行业普遍使用的是直流电镀电源，随着人们对电镀越来越高的要求出现了脉冲电镀电源。
　　脉冲电镀相对于直流电镀有很多优异性能。脉冲电镀镀件质量高、镀层薄、生产效率高、细化了结晶，通过调整输出电压的频率、占空比等参数改变了金属离子的电沉积过程，进而改善了镀层的物理化学性能，同时节约了贵金属。本论文详细阐述了脉冲电镀的工作原理，在此基础上提出了研制双极性脉冲电镀电源，深入讨论了电源主电路的设计以及控制部分的软、硬件设计方案。
　　本文设计的主电路包括三相整流电路部分、DC/DC变换器部分以及脉冲输出部分。三相整流采用不可控整流的方式；为了输出正负双极性脉冲，设计了两个输出分别为正负低电压大电流的DC/DC变换器，其中采用以IGBT为大功率电子器件的改进型移相全桥ZVS PWM DC/DC斩波器，实现了IGBT的软关断，降低了电路损耗。选择了EE130磁芯并按照参数计算的结果绕制了变压器。对变压器输出的低压大电流信号采用全波整流，选择肖特基二极管作为整流器件可以达到整流的目的，为了进一步降低电路损耗、提高效率，提出了采用同步整流的方式；脉冲输出部分利用两组通态电阻很低可以允许大电流流过的MOSFET管作为开关器件，控制其分别通断产生正负脉冲。
　　对DC/DC斩波器的控制采用以UC3875为核心的移相控制，同时设计了IGBT的驱动电路。单片机控制系统以C8051F020为控制核心，主要负责电路输出电压电流的显示、输出脉冲的参数设置和显示以及控制大功率电子开关形成双极性脉冲。
　　针对电镀电源工作环境以及电路的运行状态，还设计了一些保护电路，比如过流保护，过压保护，过热保护等，同时提出了一些软、硬件的抗干扰措施，采用风冷的方式进行电源的散热以确保电镀电源正常可靠地运行。

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第 1 章 绪 论

1.1 电镀电源的研究背景及研究意义

1.2 电镀电源的国内外发展现状[5]

1.3 电镀电源的发展趋势[2]

1.4 课题研究的内容和重点

1.5 本论文的章节安排

第 2 章 脉冲电镀相关理论及电源整体方案设计

2.1 电镀的基本原理

2.2 脉冲电镀电源的工作原理

2.3 双极性脉冲电镀电源实现方案

第 3 章 双极性脉冲电镀电源主电路设计

3.1 电源主电路拓扑结构

3.2 整流电路的设计

3.3 DC/DC 斩波电路的设计

3.4 脉冲输出电路设计

第 4 章 双极性脉冲电镀电源控制电路设计

4.1 控制电路硬件设计要求

4.2 PWM 移相控制

4.3 IGBT 驱动电路设计

4.4 单片机芯片的选择和介绍

4.5 单片机控制系统设计

4.6 辅助电源电路设计

4.7 硬件抗干扰措施[37,38,39]

第 5 章 软件程序设计

5.1 主程序设计

5.2 键盘程序设计

5.3 脉冲输出程序设计

5.4 中断程序设计

5.5 液晶显示程序设计

5.6 软件抗干扰措施[37,38,39]

第 6 章 实验结果及分析

6.1 IGBT 驱动波形

6.2 变压器副边输出波形

6.3 液晶显示

6.4 逆变电路效率

6.5 电镀电源的恒压功能测量

6.6 结果分析

第 7 章 结束语

7.1 本课题完成的主要工作和成果

7.2 改进思想

参考文献

附 录 A 四个 IGBT 驱动电路全图

附 录 B C8051F020 单片机控制系统

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况