比及平均电流密度等参数改变金属离子的电沉积过程，使电沉积过程在很宽的范围内变化，从而在种镀液中获得具有定特性的镀层。其次，脉冲电镀不仅能提高镀层的质量，缩短电镀周期，节约能源，而且能节约贵金属。据估计脉冲电源用于贵金属电镀，可以节约成本左右，它在普通金属电镀以及及合金的阳极氧化等方面也起着越来越重要的作用。本设计的内容本设计完成脉冲电源的设计，其性能指标如下输入参数电压输出参数脉冲电流频率连续可调脉冲电流幅值输出电压脉宽连续可调频率误差脉宽误差幅值误差输出电流波形如图图电流输出波形图第章电源总体方案的确定概述设计合理的方案有效可靠的电路和先进的系统控制算法是脉冲电源总体设计的主要任务，本章分析了脉冲电镀电源的组成和工作原理。该电源将三相的交流电经过整流滤波斩波等主要环节得到规定要求的脉冲电流，且脉冲电流的脉宽和频率可以在规定范围内连续可调，并通过控制三相整流桥的移相角，对脉冲电流幅值进行闭环调节。脉冲电源工作原理和系统组成根据脉冲电源系统的组成原理给出脉冲电源的工作原理略图，如图所示。把脉冲电源分为主电路和控制电路两部分。其中，主电路包括整流电路滤波电路和斩波电路。在般全桥或者半桥直流电源中，都是将电网电压不可控整流后的直流电压经过变压器升压或者降压，然后再整流得到隔离的直流输出电压。本设计的脉触发角控制控制电流幅值反馈频率占空比给定触发角给定控制单元脉冲输出斩波电路滤波电路整流电路图脉冲电源原理框图冲电源可以在上述直流电源的基础上实现。设计逆变型脉冲电源系统由三大部分组成采取可控整流，使输出的脉冲电流峰值可调。由于电源输出电流比较大，采用带脉冲变压器的斩波电路。控制电路是系统的核心，它包括主电路功率器件需要的驱动脉冲生成控制算法信号采样及处理等。第章主电路的设计电源技术要求来看，要实现脉冲电源输出电流的频率占空比等参数调节范围宽，必定使电路复杂化造价高可靠性降低。因此，设计实用可靠且便宜的电源是选择方案的基本出发点。本章将简述脉冲电镀电源电源的主电路结构参数选择计算。系统的主电路拓扑结构主电路包括整流滤波斩波电路，主要任务是输出符合要求的脉冲电流波形。其电路如图图主电路图整流电路的设计整流电路方案的确定整流电路主要是把三相交流电变为直流电，根据需要可选三相半波可控整流电路和三相桥式全控整流电路。三相半波可控整流电路只用三个晶闸管，接线和控制都很简单，但要输出相同的时，晶闸管承受的正反向电压都较高，且整流变压器二次侧绕组周期仅导电，绕组利用率低，绕组中电流为单方向，存在直流分量，使铁芯直流磁化，产生较大的漏磁通，引起附加损耗。工业中广泛应用的三相桥式全控整流电路，是由两组三相半波整流电路串联而成的，组三相半波整流电路为共阴极接法，另阻为共阳极。如果它们的负载完全相同且控制角致，则负载电流应完全相同，在零线流过的电流平均值，如果将零线切断，不影响电路工作，就成为三相桥式全控整流电路由于共阴极组在电源正半周导通，流经变压器二次侧绕组的是正向电流，共阳极组在电源负半周导通，流经变压器二次绕组的是反向电流。因此，周期中变压器绕组中没有直流磁势，且每相绕组的正负半周都有电流流过，变压器绕组利用率提高了。故本设计采用这种整流方式。由图电路可以看出，在任意时刻电路必须有两个晶闸管同时导通，其中个属于共阴极组，另个属于共阳极组，每个晶闸管的最大导通角为。晶闸管之间的换相是在同结构组中进行的，即共阳极与共阳极的晶闸管换相，共阳极与共阴极的晶闸管换相。在这种电路中般采用双脉冲或宽脉冲的触发方式保证每隔导通个晶闸管，触发电路设计在后面章节给出。三相全控整流电路分析下面讲述可控整流电路在阻性负载情况下输出与输入的关系，图为在触发角为时的电路波形。为相电压波形，为线电压波形。由波形对应关系可以看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。由于输出整流电压为共阴极组中处于通态的晶闸管对应的相电压与共阳极组中处于通态的晶闸管对应的相并在中断返回后又没有接受新的中断申请，将返回被中断的程序断点继续执行程序。系统复位的优先级别最高。其后，优先级别依次为中断中断中断，最后是软中断。由于该中断系统对外界突发事件具有快速反应能力，使得凌阳单片机适合用于实时控制领域。该脉冲电镀电源的设计，要求用单片机实现对晶闸管的移相触发以及功率开关管的触发，并且对触发角占空比和频率进行连续调节，还有对电流反馈值的闭环控制。所以此电源的软件设计包括主程序，转换程序，外部中断服务程序，晶闸管触发程序，定时器中断服务程序以及运算程序。主程序设计主程序流程图如图。外部中断程序的设计本设计用单片机的外部中断实现对零电压的检测和对过电流的检测。选用外部中断检测零电压，外部中断检测过电流。外部中断检测到电压的下降沿后，由于相电压滞后线电压，所以在设计软件是需要对这度进行补偿。即检测到外部中断后，需要设计延时的程序后，才能调用成晶闸管的触发脉冲程序。外部中断程序流程图如图。转换程序的设计本设计中需要对晶闸管的触发角的占空比和频率。转换的程序流程图如图。在本设计中，晶闸管的触发角和的占空比频率都需经过转换后，变成定时器的计数初值。所以真理必须对转换的结果进行数据处理。设触发角转换输出的二进制数为，占空比转换输出的二进制数为，频率转换输出的二进制数为首先，转换输出的式位数在寄存器的高十位，需要将其转换为低十位，然后才能与计数初值之间进行线性变换。具体做法如下右移六位，变成低十位。线性变换触发角的变换每度变换为时间为。为。设，对应的转换十进制数为，计数初值为，选择定时器的时钟频率为。则，对应的十进制数为，计数值为计数初值为设线性关系为则，所以频率的变换选择定时器的时钟频率为。则，对应的十进制数为，计数值为,的计数初值为设线性关系为则，所以占空比的变换选择定时器的时钟频率为。则，对应的十进制数为，计数值为,的计数初值为设线性关系为则，所以电流采样程序的设计般微机应用系统的输入信号中，均含有种种噪音和干扰，它们来自被测信号源本身传感器外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪音和干扰。噪音有两大类，类为周期性的，另类为不规则随机性的。前者的典型代表为的工频干扰。对于这类信号，可以采用积分时间为的整数倍的双积分转换器，能有效的消除其影响后者为随机信号，而不是周期信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法加以消弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过程序计算或判断以减少干扰在有用信号中的比重。故实际上它是种程序滤波，数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，可靠性高，稳定性好。数字滤波可以对频率很低如的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。模拟滤波器通常每个通道都有，而数字滤波器则可以多个通道共用，从而降低成本。数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活的特点。由于数字滤波器具有以上优点，所以数字滤波在微机应用系统中得到了广泛的应用。本设计采用平均值滤波，即对电流值采样次，然后求平均值作为电流的反馈值。电流采样程序流程图如图。晶闸管触发程序的设计三相全控桥整流电路,在任何时候都必须有两个晶闸管导通,且这两个晶闸管个是共阴极组的,个是共阳极组的,只有它们同时导通,才能形成导电回路。由于共阴极的晶闸管是在正半周触发,共阳极组的晶闸管是在负半周触发,因此接在同相的两个晶闸管的触发脉冲相位应该相差。三相桥式全控整流电路每隔有个晶闸管要换流,因此每隔要触发个晶闸管,触发脉冲的顺序是,相位差为度如图为保证在整流器合闸后,共阴极和共阳极组各有个晶闸管导通,必须使两组中应导通的对晶闸管同时有触发脉冲,具体做法有两种种是使触发脉冲的宽度在到度之间,般取到度,称为宽脉冲触发另种是在触发晶闸管的同时,给前号晶闸管补发个脉冲,使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管均有触发脉冲,这种方法称为双窄脉冲触发。采用双窄脉冲触发时,在个周期内对每个晶闸管必须要连续触发两次,两次脉冲中间间隔为度。触发顺序如图。图晶闸管触发顺序控制图晶闸管触发程序流程图如图。定时器中断程序的设计本设计利用定时器中断，对的开关过程进行控制，并实现占空比和频率的连续可调。其程序流程图如图。控制程序的设计控制算法介绍算法有两种直接计算法就是当前需要的控制量公式增量计算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差，得到的结果是增量，也就是说在上次的控制量的基础上需要增加的控制量。公式基本偏差表示当前测量值与设定目标之差，设定目标是被减数，结果可以是正或负，正数表示还没有达到，负数表示已经超过了设定值。这是面向比例项用的变动数据。累计偏差„,这是我们每次测量到的偏差值的总和，这是代数和，考虑到正负符号的运算，这是面向积分项用的变动数据。基本偏差的相对偏差，用本次的基本偏差减去上次的基本偏差，用于考察当前控制的对象的趋势，作为快速反应的重要依据，这是面向微分项的个变动数据。比例调节作用是按比例反应系统的偏差，系统旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出常值。微分调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪控制器被控对象声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成或控制器。本设计选用控制算法。由于凌阳十六位单片即内部资源中具有通道，故采用此单片机作为控制器，能较方便地实现控制算法。对于调节器其控制规律为离散为式就是位置式控制算法的离散表示。工程实际中，采用如下位置式算法而，从而得到其中，为系统本次设定值于实际值之差其程序流程图如图。结束系统停止否故障输出否运算结果转换成位计数初值运算数据比较求电流反馈值转换触发角占空比频率转换口口设定定时器初始化系统启动否开始图主程序流程图图触发角占空比频率转换程序流程图返回读转换结果数据处理选择通道号允许转换