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8 v, }5 x& r0 w( o% ?
摘要：根据合金材料凝固过程电场处理应用的需要，设计出高能脉冲电源装置。该电源输
9 d# A7 C0 v0 M" |$ I0 a) c! A出脉冲电流的幅值、脉宽和频率都可以在规定的范围内连续可调。文中分析了高能脉冲电源的组
3 Q$ o: z$ z/ P, k6 X+ r成，并为此设计了以单片机为核心的控制电路。采用了新颖的脉冲电流幅值检测方法，解决了窄
* H+ o/ _" n. u7 K9 j& e6 M9 E5 T. V脉冲电流幅值难以检测的问题。' \5 X, p1 J( O4 ]6 H/ T) E% n
关键词：脉冲电源 单片机 控制电路% B) T+ l8 y0 [8 G
1引言: X- m0 a5 a7 T% g6 z
材料是现代社会经济发展的支柱之一，控制凝
/ y: D/ i! S" p- Y固过程已成为提高传统材料性能和开发新材料的重
. I3 F- D5 K" H7 h要途径，而脉冲电流对金属的凝固过程及凝固组织
; @7 Y5 ^4 X6 n7 T4 t9 K x3 G) q具有良好的孕育和变质作用"。脉冲电源是合金
/ O% B" |2 {1 ?, d i材料凝固过程电场处理加工设备的核心部分，电源
" M. b$ u! F: L8 x的波形、电压、稳压精度都直接影响合金材料凝固- @! P# u9 j8 I! R$ V+ _+ ?
过程和凝固组织。因此，研究具有规则的电流脉冲.
& l, H# L, x0 U波形，并且脉冲幅值、宽度和频率可调的高性能脉
( ]0 U8 @' c" ^: [* ]8 {冲电源有着重要的现实意义。本文从脉冲电源的整- F* D. C6 b( ~/ ^1 w6 j/ y
流电路、逆变电路、脉冲变压器的特点和实际要求4 k" \( X# a! T& g% N
详细阐述了高能脉冲电源的研究思想。( Q& E1 F) b: @1 w* j
2脉冲电源 总体结构
' T3 Z: V2 `3 e4 T如图1所示，该电源主要由三相全控整流桥、* h9 k, X: p/ t- z+ P+ [5 s1 p# v
直流滤波电容器、单相逆变桥、脉冲变压器、脉冲8 s/ D9 t& ?5 r7 @7 Z1 Z% C
电流检测单元和控制单元组成。三相交流电经三相: T2 l& s. x5 I0 o/ i7 z- g
全控整流桥后变为电压可控的直流脉动电压，再经) l$ z5 Z3 @0 E2 z
直流滤波电容器之后变为平直的直流电压。该直流
- h6 x( X2 D& J0 i2 [; ^" x电压通过由IGBT组成的H形逆变桥后成为脉冲
( w: P6 ~8 ^2 }8 `( d电压，脉冲电压经脉冲变压器和负载后变为脉冲电
# s! z. [$ ]) m7 E流。电流检测单元对脉冲电流的幅值进行检测，并
$ M) Z0 ~0 ?! s g6 s0 d4 v6 m2 _$ Y0 `
将检测量反馈至微机控制单元，进行电流幅值的闭* R5 P/ F9 h9 n: v. I5 U8 N4 p6 k( R) h
环控制。6 d+ n6 A9 H6 h8 E5 V- x" Z
2.1主电 路
$ {: b) W8 ]! {. |4 X由于输出脉冲电流的幅值要求可调，因此整流
- Q, k/ P; X0 y0 V部分应采用全控桥，又输出脉冲电流的频率和宽度
4 v. a7 D+ x3 Q! u Q% z$ ~& N8 ]3 T, V要求可调，且脉冲的最小宽度很小(10us)， 故逆
7 y3 x& w0 {0 i3 x9 K' |变部分中的功率器件必须为快速电力电子器件，主
/ F3 |( F4 Z4 V# U6 |1 h) I电路还应进行优化设计以减小杂散电感，并且还有
$ m* l# g3 \1 Q; m过压、过流等保护措施。; G4 L/ \5 h2 U, m$ L) H! B
单相逆变桥是系统的主要部分，整个脉冲电源# [' u& f+ u! a4 [
的性能都取决于该单元的工作状态。考虑本装置的! d- p' u: r* r4 F
输出指标以及器件选择的合理性，选择全桥电路拓! u- D% V) s: R
扑[2]。隔离放大电路采用脉冲变压器实现，负载
- {& u, I' K; x# {0 @所需要的能量都经过脉冲变压器传递。对于变压器.
9 W- c, h" y! s) a$ K8 J5 C# ~的输出，系统采用的方法是将三电平电压近似为两$ K; L3 L& E, m+ z
电平电压输出到高温炉。这种方法的优点一是采用
8 S4 t8 i' W) y) Z1 `6 O& g-个变压器实现能量转移，减小了电源系统的体
3 s& `. `% n0 x; v4 m5 L% a积;二是去掉了变压器输出整形电路，简化了设$ c* F Z- v6 x$ b* z; e+ J
计。本设计将变压器输出采用全桥电路整形，保证 z/ c$ L) e' \7 z' z2 U2 d
输出脉冲电压的上升沿与下降沿而且可以输出准确
( P- G) ], r# h7 I% e; ~的占空比。变压器二次侧输出的交流电压的中间值
8 k, t4 X6 w' U0 q" z为零，整形电路负电压反向，产生频率加倍、峰值.
0 k: h' Q7 _6 d2 p* _3 n# L为交流电压一半的脉冲电压。. ^# H# ]# K3 k z* B$ w% {
2.2控制单元及硬件构成+ p6 Q, P$ `( q
控制单元主要以嵌人式微处理器PIC16F877$ T# e/ @& [$ v1 X" g; @/ B7 H
为核心，再配以其他外围硬件而组成，主要完成以.
0 R; G* u6 Z. {; G, l8 f下的控制任务:
. P1 K* v5 n$ m Y(1)三相全控整流桥控制。
% |2 O C# D- I(2)逆变桥驱动脉冲形成和逆变控制。3 r5 ~ f# M& v. C3 ]& x; c
(3)对整个电源进行故障诊断的处理。
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, L$ l% |3 q; [; v4 S
# c9 u y) ~7 k6 ?% ?/ b8 @' K* Q# l3 Y% a& @
附件下载：: ?. D( K( v" x+ u. C+ Z5 V5 m
( d& a1 Z7 s2 r2 u# w& ~. N$ ]# v" H7 b; e. ^% r! z# I. M! m
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发表于 2020-5-7 09:56
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