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3 g- u) }. t: c. j& o2 X- g1 ?
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3 m! G' e5 {6 z9 r: u
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
% q; M! M4 q! |6 d+ k4 [8 ~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
% A4 m! [) y% X脉冲电流幅值难以检测的问题。
1 w; ~& E# v9 T9 Q" P关键词：脉冲电源 单片机 控制电路
" I/ L L2 f5 y1引言
+ M: j" _; b0 E/ c+ y* y# G# V3 O/ ^材料是现代社会经济发展的支柱之一，控制凝
8 r/ O/ t' w! c$ z固过程已成为提高传统材料性能和开发新材料的重& Y; `- @" r/ \4 P& V9 [) c9 Y; Z; T
要途径，而脉冲电流对金属的凝固过程及凝固组织- O$ l' `9 z' ~+ b! C; w2 P' H
具有良好的孕育和变质作用"。脉冲电源是合金
0 o U; R) [2 `& E3 f材料凝固过程电场处理加工设备的核心部分，电源3 B* H3 |8 Y1 V; m7 l9 D) N
的波形、电压、稳压精度都直接影响合金材料凝固
( c( X0 M+ I) H& G. E0 B* N, V% T过程和凝固组织。因此，研究具有规则的电流脉冲.: j' N2 K. x1 p# l
波形，并且脉冲幅值、宽度和频率可调的高性能脉
2 s6 T! A1 B, b! n5 h2 `冲电源有着重要的现实意义。本文从脉冲电源的整
4 u' {- {2 m5 S9 r, X4 ~% j5 G流电路、逆变电路、脉冲变压器的特点和实际要求# j& E/ s4 d% n$ `. e$ S
详细阐述了高能脉冲电源的研究思想。
/ U J B: N; Y0 o& ]2脉冲电源 总体结构9 b! n. f/ w/ A. b8 b, ^. L2 p
如图1所示，该电源主要由三相全控整流桥、7 s0 ]; |0 I1 S. I7 r: e
直流滤波电容器、单相逆变桥、脉冲变压器、脉冲
7 I2 [4 T: t! Z) f' F: Y/ t. m- h电流检测单元和控制单元组成。三相交流电经三相) V) V0 I1 y$ Y; T7 x. z8 G
全控整流桥后变为电压可控的直流脉动电压，再经
! U0 d- S. `* H" t( h' o, |直流滤波电容器之后变为平直的直流电压。该直流. s" |0 P/ g$ w" o* N& O% X7 k
电压通过由IGBT组成的H形逆变桥后成为脉冲
& O5 t" C$ b# j/ d2 g' {0 I电压，脉冲电压经脉冲变压器和负载后变为脉冲电
. x9 b# g, r. q" J6 J- X3 c) V流。电流检测单元对脉冲电流的幅值进行检测，并
) Y' h L- @7 _# R7 ~
$ ~2 N3 o* p+ H Q; d将检测量反馈至微机控制单元，进行电流幅值的闭: P, x* G, l) \) R0 h
环控制。% \3 [1 U0 D5 Z7 a) R, P
2.1主电 路
2 M7 G, u; \; F由于输出脉冲电流的幅值要求可调，因此整流5 B$ p1 t& N& ]
部分应采用全控桥，又输出脉冲电流的频率和宽度8 @0 s# _) [' N6 h5 s9 t3 j1 _4 A
要求可调，且脉冲的最小宽度很小(10us)， 故逆7 F) v# q- y3 }
变部分中的功率器件必须为快速电力电子器件，主; {4 o% a4 i5 P
电路还应进行优化设计以减小杂散电感，并且还有
5 E* c1 M; s' q. O' f0 _: E: Z过压、过流等保护措施。
, h5 ?/ V9 u( J* _) O" d- v: q4 A单相逆变桥是系统的主要部分，整个脉冲电源# c: N6 O0 U3 z+ |9 ~
的性能都取决于该单元的工作状态。考虑本装置的# G8 b+ O: x0 `! M2 p
输出指标以及器件选择的合理性，选择全桥电路拓
& T" c; |4 t# Q2 M2 x6 E* F扑[2]。隔离放大电路采用脉冲变压器实现，负载- `5 v+ P4 Z. U5 Q4 S" `
所需要的能量都经过脉冲变压器传递。对于变压器., |- X# y r4 C; x8 V
的输出，系统采用的方法是将三电平电压近似为两
1 c7 {% C6 j- ^3 O电平电压输出到高温炉。这种方法的优点一是采用
& c# K1 d/ ^3 w. C6 D, r: l6 n-个变压器实现能量转移，减小了电源系统的体& U& `# n& J% d2 t, x
积;二是去掉了变压器输出整形电路，简化了设
5 P( ]% `3 w* B# n0 R7 Y2 ^. p/ Y计。本设计将变压器输出采用全桥电路整形，保证; {7 R9 Y9 P: j1 J. X8 ^
输出脉冲电压的上升沿与下降沿而且可以输出准确, \6 R' I1 Y8 H, o2 e# Q, J
的占空比。变压器二次侧输出的交流电压的中间值
' A2 y3 {2 q. M n5 ^为零，整形电路负电压反向，产生频率加倍、峰值.) t2 p( L6 }. V. E+ o8 O
为交流电压一半的脉冲电压。
+ \8 E3 N: k/ _+ m3 U& U2.2控制单元及硬件构成, r1 C' M- b5 Z; |
控制单元主要以嵌人式微处理器PIC16F877
2 _! m% w7 ?" W为核心，再配以其他外围硬件而组成，主要完成以.& Z9 I+ B: X0 D7 s6 G# `
下的控制任务:
$ h. U( N c8 _; x2 `(1)三相全控整流桥控制。0 J1 e( f5 J# e
(2)逆变桥驱动脉冲形成和逆变控制。
- m: A3 }) p+ L' V(3)对整个电源进行故障诊断的处理。, k* o) p& P. f }9 `3 g
7 r$ p5 u/ H+ `. s3 u. y7 X7 U) b' L* w+ Y
+ o9 r1 c: S% e& {
附件下载：& R7 _, ]; p, j! ?
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发表于 2020-5-7 09:56
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