控制脉冲能量的硬质阳极氧化电源的研究

摘要

硬质阳极氧化是当前工业中一种常用而又有效的铝及其合金材料表面处理技术。电源是影响该工艺的关键因素之一，目前主要以直流电源和直流叠加方波脉冲电源为主，但是在实际生产中，这些电源均存在诸多问题，限制了硬质阳极氧化工艺的发展。为提高工艺水平、促进相关产业发展，急需改进电源设备。
　　课题依据硬质阳极氧化中的“电流回复效应”理论，研制了一种新颖的高频脉冲试验电源。该电源采用控制脉冲能量的新策略，利用能量可控的高频断续三角波电流脉冲对铝及其合金进行硬质阳极氧化。
　　试验电源主电路灵活应用了双端反激式拓扑结构，将其拓展为四端反激式拓扑结构。功率开关管采用MOSFET并联，在高频数千瓦的大功率场合，降低了开关损耗，提高了试验电源的功率密度与效率。控制单元的设计从硬质阳极氧化负载的需求出发，以PWM理论为基础，实现对输出脉冲能量的静态调节与动态监控，控制输出脉冲跟踪负载自动调节能量，同时兼有输入过流、输出过压等保护功能。驱动电路以EXB841芯片为核心，可靠实现了并联功率MOSFET的驱动。
　　反激式变换器功率变压器的设计方法文献中各异，课题根据法拉第电磁感应定律，推导出变频大功率断续反激式变换器变压器的设计方法。由于功率变压器的漏感对试验电源的性能有很大影响，课题通过建立变换器馈能时段的电路模型，解耦微分方程，借助Matlab、Orcad等软件进行数据分析与仿真，深入研究了功率变压器的漏感效应问题，给出针对具体的断续反激式变换器，其功率变压器漏感和输出平均电压约束范围的确立方法。
　　试验电源整机3.5kW，通过大量实验，证明其性能优于以往的硬质阳极氧化电源。

目录

控制脉冲能量的硬质阳极氧化电源的研究

THE RESEARCH ON HARD ANDOZINIGPOWER SUPPLY BY CONTROLLINGPULSE ENERGY

摘要

Abstract

绪论

课题背景

电参数对硬质阳极氧化工艺的影响

硬质阳极氧化电源的国内外研究现状

研究现状分析

课题研究方案的提出

主回路的设计分析

主电路拓扑的确定

断续模式下双端反激式变换器漏感效应的研究

四端反激式电路工作模态分析

本章小结

主回路参数的设计与仿真分析

开关管的选择

二极管的选择

变压器的设计

主电路仿真

本章小结

脉冲能量控制单元与驱动电路的设计

脉冲能量控制电路的设计

并联功率MOSFET驱动电路的设计

本章小结

试验电源样机及实验结果

硬质阳极氧化实验电源实物图

电源实验及测试波形

硬质阳极氧化实验状况分析

本章小结

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致谢