高频脉冲电镀电源设计开题报告

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1、 电信学院 毕业 设计（论文） 开题报告 姓名 温少祥 专业 电气 班级 电气四班 学号 09230418 指导教师 王兴贵 题目类型 工程设计 题目 基于 PIC 单片机的脉冲电镀电源设计 一、选题的目的、意义及国内外研究动态： 1、什么是脉冲电镀 脉冲电镀所依据的电化学原理，主要是利用脉冲电压或脉冲电流的张弛 (间隙工作 )，增强阴极的活性极化和降低阴极的浓差极化，从而有效地改善镀层的物理化学特性。 在脉冲电镀过程中，电流导通时，接近阴极的金属离子充分地被沉积，而电流关断时，阴极周围的放电离子又恢复到初 始浓度。脉冲电镀时的导通电流密度，远远大于直流电源电镀时的电流密度，这将使金属离子处在

2、直流电镀实现不了的极高过电位下电沉积，其结果不仅能改善镀层的物理化学特性，而且还能降低析出电位较负金。 2、脉冲电镀的优点 节电：效率 90%，比硅整流省电达 40%左右或比可控硅电源省电达 20%左右。 节料：由于它的工作原理与普通电源不一样，因此在达到相同表面要求的前提下，可节料达 15%左右。 节时：由于采用高频脉冲工作方式，电镀完全是在过电位下的电沉积，因此可节约时间达 10%左右，提高工效。 高频脉 冲电源采用 N 1 方式多个并联， (硅整流或可控硅电源不可以 )，大功率、大电流可任意并用，效率更高。 高频电源的稳定性：由于采用了最新现代半导体双极型器件 (IGBT 智能模块 )，

3、其可靠性、安全性、稳固性和长时间工作寿命都大大加强和延长，这也是硅整流或可控硅电源无法比拟的。 高频脉冲电源：其工作时，脉冲顶部非常之平，完全是一条直线，纹波可小到0.5%，关断时可对被镀件进行瞬间退镀整平，因此克服了硅整流或可控硅电源的脉动波纹及被镀件表面的高低区，不会形成高的地方镀层厚，低的地方镀层薄的现象。 综上所述脉冲电镀 在细化结晶、改善镀层物理化学性能、节约贵金属等方面比传统的直流电镀有着不可比拟的优越性。因此研究新型高效的基于单片机脉冲电源的设计是十分有必要的。 3、电镀电源的发展历史及现状 电镀电源的发展大致经历了 4 个阶段 : 第 1阶段为早期的交流 直流发电机组 ,开始于

4、前苏联 ,由于经过 2次能量转换过程 (电能、机械能、电能 ),机组效率低于 60%,噪声大且换向器维修不方便 ,这类变流设备现在已被列入淘汰产品行列 ,但在电镀行业仍有少量单位使用该类高能耗设备。 第 2 阶段为 20 世纪 50 年代的硒整流器和 20 世纪 60 年代的硅整流器 ,采 用变压器原边抽头或用调压器、饱和电抗器方式调压 ,副边用硒或硅二极管整流作为电镀电源。这类电源在我国电镀电源中占有一定比例 ,20 世纪 80 年代占 70%左右 ,如GDA,GDAJ2F,GDS 等系列 ,目前 ,仍有部分生产和应用。该类电源结构简单 ,造价低 ,但都存在体积大 ,笨重和输出指标低 ,精度

5、差和效率低等缺点。 第 3 阶段是 20 世纪 70 年代晶闸管整流器 ,其性能指标比前 2 代产品有较大改善。采用了五芯柱变压器、高压大功率晶闸管等新技术 ,并出现了恒压、恒流和恒电流密度新特性。但是由于还是使用工频变压器和工作在低频段 ,所以整流器体 积大 ,重量重 ,效率较低 ,性能的进一步提高也受到电源体积的限制。近年来 ,以现代电力电子技术的高速发展为基础 ,国内外相继研制出电镀用第 4 代直流电镀电源 2 高频开关电源。与传统工频整流电源相比 ,开关电源具有高效节能 ,重量轻 ,体积小 ,动态性能好 ,适应性强 ,有利于实现工艺过程自动化和智能化控制等显著的优点。因此 ,大功率开关

6、电源具有广泛的应用前景 ,是当前国内外研究、开发、应用的主流和方向。但是 ,开关电源特别是大功率硬开关电源在可靠性、稳定性、效率等方面的缺点成为制约其应用和发展的“瓶颈” ,按照传统电源的设计思路和解决办法 ,不能从根本上解决其所面临的诸多问题。高频开关型电镀电源目前主要局限于 1500A 以下的中小功率领域 ,在国内也只有少量厂家生产 ,从技术角度看主要限于硬开关变换模式和模拟控制方式 ,具有明显的局限性 ,同焊接等领域全面推广应用开关式电源的情况具有较大差距。 主要参考资料 ： 1 高峰 微机 原理与 接口 技术 M 北京：电力出版社， 2003 2 杨晋萍 电器与仪表 M 北京： 中国电

7、力出版社， 2004 3 周航慈 智能仪器原理与设计 M 北京： 航天大学出版社， 2005 4 郭绍霞 智能仪器的双 CPU 技术 J. 北京：中国电力出版社， 1997 5 梁国伟 单片机在脉冲电镀电源中的应用 M北京：中南工业大学出版 社， 1997 6 常太华 检测技术及应用 J 北京：中国电力出版社， 1999 7 张文博 智能化高速换向脉冲电镀电源技术 M北京：水电出版社， 2002 8 吴永生 电镀与环保 J 北京：高等教育出版社， 2001 9 凌志浩 智能仪表原理与设计技术 M 北京： 华东理工大 学出版社，2003 10 R. Redl, N.O. Sokal, L. Ba

8、logh. A Novel Soft-Switching Full-Bridge DC/DC Converter: Analysis, Design Considerations, and Experimental Results at 1.5Kw, 100kHz. In: IEEE PESC. Texas, USA, 1990, 162-172 二、主要设计内容、设计思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案 1、设计 内容 本次以 PIC 单片机为控制核心的脉冲电源技术指标为：输入电压为三相 380 V,50 Hz；输出电流脉冲为单极性，输出脉冲电流幅值为 4-40A；输出脉冲电压幅值为 3-

9、30V，连续可调 ,输出脉冲频率为 1-1000Hz，连续可调；脉冲宽度为 1-100ms, 连续可调；输出脉冲占空比： 40-70%，连续可调。 该电源系统的整体工作过程为：三相交流电经可控整流桥整流后输出幅值可调的脉动直流电 , 然后由滤波电容变为平直的直流电 , 再经全桥逆变后输出单极性或双极性的脉冲电流 , 最后由脉冲变压器变为所要 求幅值的脉冲电流。 2、 主电路设计思路 该脉冲电镀电源主要包括主电路和控制电路两部分。主电路包括整流、滤波、DC-DC 变换器等部分。整流单元采用三相桥式全控整流电路主电路输入工频交流电，通过控制电路调节控制触发控制角大小，输出直流可调电压，以达到脉冲电流幅值恒定的目的。通过控制功率器件 Vt 的通断，输出频率、占空比连续可调的脉冲电流。