外文翻譯（中文）--雙極性脈沖電鍍電源的設計

1、<p><b>　　中文2200字</b></p><p><b>　　原文出處：</b></p><p>　　Applied Informatics and Communication. Springer Berlin Heidelberg, 2011: 331-336</p><p>　　雙極性脈沖電鍍電源的

2、設計</p><p>　　Yu Yadong, Ruan Xieyong and Pan Zhangxin</p><p>　　Department of physics and electronic information</p><p>　　Shaoxin University</p><p>　　Shaoxin, Zhejiang Pr

3、ovince, China</p><p>　　yuydfriend@sohu.com</p><p>　　摘要：雙極性脈沖數(shù)字電源被用來設計電鍍。在設計中為了產(chǎn)生PWM脈沖dsPIC30F3011是用來充當單片機的。M57962L是用來驅(qū)動IGBT的。因此，是用光合耦合器來隔離電源主回路控制器。LM331是用來處理A/D轉(zhuǎn)換的。PI的算法是通過控制輸出電壓和輸出電流。試用證明該控制器具有

4、良好的穩(wěn)定性，且它可以輸出雙極脈沖，其頻率可調(diào)范圍為10HZ到10KHZ。</p><p>　　關鍵字：雙極性脈沖，數(shù)字電源，PWM。</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　電鍍電源是在電鍍工業(yè)領域的關鍵設備之一。在目前直流電源和脈沖電源是作為在電源類中的佼佼者而被廣泛使用。直流電源輸出連續(xù)光滑的電流。在電鍍過程中，隨著

5、時間的變化，電流不會改變目前的方向。雖然采用直流電源因為直流密度大，但是電流效率低，而且它的電鍍層質(zhì)量不好。因為在脈沖電源條件下電鍍層的晶體小，更微妙的和對稱的電鍍層可以得到【1】。而且它的原材料可以被保存，所以在電鍍領域脈沖電源已經(jīng)快速發(fā)展【2】。</p><p>　　目前，脈沖電源的研究集中在多變的極性脈沖和高功率【3】。在本文中，介紹了雙極性脈沖電源，其脈沖寬度和頻率是通過自我設計而實現(xiàn)可調(diào)的。主要工藝參數(shù)

6、如下所列。脈沖幅度范圍從0到24V。脈沖頻率范圍從10到10kHz。脈沖的占空比，可以改變從0.3到0.9。</p><p><b>　　硬件設計</b></p><p>　　2.1脈沖電源的主回路</p><p>　　由于電源工作時，正電壓和負電壓是不均衡的，即正負脈沖的占空比和工作時間通常是不同的，采用兩個參數(shù)可單獨調(diào)整。</p>

7、;<p>　　圖1是脈沖電源主回路的方塊圖。</p><p>　　圖1 脈沖電源的主要電路</p><p>　　首先，三廂交流電源在主回路中整流，然后通過傳送給變壓器的初級線圈切碎。變壓器次級線圈的的電壓將會因為IGBT占空比的變化而被調(diào)整。變壓器的次級線圈被分成兩組。其中一組提供通過D1和D2的正脈沖負載。而另一組提供通過D3和D4的負脈沖負載。由MCU提供控制脈沖頻率和占

8、空比的PWM信號。</p><p>　　2.2 脈沖控制電路</p><p>　　控制電路框圖如圖2所示。</p><p>　　在這個設計中脈沖是由單片機dsPIC30F3011產(chǎn)生的。這里dsPIC30F3011產(chǎn)生3個通道的PWM。第一個PWM控制連接變壓器初級線圈調(diào)整變壓器次級線圈電壓的IGBT的占空比。其他PWM脈沖控制IGBT與變壓器次級線圈相連產(chǎn)生正極脈

9、沖和負極脈沖。IGBT的占空比是通過一個由軟件實現(xiàn)的封閉回路獲得的。電壓檢測電路和A/D轉(zhuǎn)換器處理的負載電壓是一個閉環(huán)系統(tǒng)的輸入。鍵盤是用來輸入?yún)?shù)，如脈沖頻率和輸出電壓等，當系統(tǒng)工作的時候顯示器顯示電壓和電流。</p><p>　　圖2 控制電路的方塊圖</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　電壓頻率轉(zhuǎn)換器是用來

10、處理A/D轉(zhuǎn)換時為了使控制回路從主回路電源隔離開來。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。經(jīng)過過濾和有限振幅的采樣電壓被發(fā)送到LM331進行電壓 - 頻率轉(zhuǎn)換。LM331把模擬信號采樣電壓轉(zhuǎn)換成與隨著采樣電壓而變換頻率的脈沖。通過光耦隔離，脈沖將被發(fā)送到MCU的I/O端口。根據(jù)脈沖在一秒鐘內(nèi)的個數(shù)，MCU計算脈沖數(shù)目和計算電壓值。</p><p>　　圖3 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p><b

11、>　　IGBT的驅(qū)動</b></p><p>　　IGBT是由工作頻率可達至40KHZ的混合集成電路M57962L驅(qū)動的。在電路中有兩個電源（+15V和10V），如圖4所示。</p><p>　　圖4 IGBT 的驅(qū)動電路圖</p><p>　　這里有光隔離器可以隔離電壓高達2500V，過電流保護電路和M57962L內(nèi)部的保護信號輸出端。M5796

12、2L是一個高速驅(qū)動器能驅(qū)動IGBT模塊，可在600V的電壓下工作。</p><p>　　當電路工作時，首先M57962L開始自我檢查。它可以檢測出是否有短路和過載與否。如果有短路或過載，IGBT的集電極的潛力將上升，電流從快速恢復二極管（D1）到檢測電路也會上升。接著IGBT的電網(wǎng)將被切斷，指示信號通過M57962L第八引腳被輸出。通過光隔離器，信號將被隔離，信號被發(fā)送到MCU的快速中斷引腳。M57962L的十三

13、和十四管腳是外部電路和M57962L的接口。它們在M57962L的內(nèi)部是與光隔離器相連接。PWM信號是通過MCU輸出的，將進入M57962L十三引腳，在輸出驅(qū)動階段將被發(fā)大。</p><p><b>　　軟件的設計</b></p><p><b>　　3.1 程序結(jié)構</b></p><p>　　主程序和定時器中斷服務程序

14、執(zhí)行所有系統(tǒng)的功能。定時器T1作為一個工作計時器。T1將每秒溢出一次。其中斷服務程序的功能是計算系統(tǒng)的總運行時間。定時器T2，T3和T4充當PWM的脈沖的定時器。定時器T5計算在單位時間內(nèi)的輸入脈沖的數(shù)量，然后電壓或電流值就可以被計算出來。主程序掃描鍵盤和處理用戶的指令。當系統(tǒng)運行時它也將作為PID控制器而工作。且主程序控制輸出信號。主程序流程圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 主程序的流程圖</p&

15、gt;<p>　　3.2調(diào)整電壓和電流的算法</p><p>　　電壓值和電流值隨著由單片機產(chǎn)生PWM脈沖的占空比而改變。PWM脈沖的比例越多，IGBT越長時間準時。通過使用數(shù)字PI控制器來調(diào)整PWM脈沖的占空比。在設計中有電壓和電流的反饋?？刂破鞯淖詈筝敵龊涂刂破鞯男碌妮敵鲋g的關系如下所示：</p><p><b>　?。?）</b></p&g

16、t;<p>　　在公式（1）中當控制器中u（n-1）是最后一個輸出時則控制器中u(n-1)是最新輸出。且Kp是比例相。T為采樣的間隔，而T是積分時間。e（n）是錯誤的信號，它的形成是因為當e（n-1）是最后時，減去被該參數(shù)的實際測量值控制的預期參數(shù)測量值。PI控制器在閉合控制回路中響應一個錯誤信號，并嘗試調(diào)整控制量，以達到期望的系統(tǒng)響應。比例項的效果往往會隨著時間的消逝，以減少總體誤差?？刂破鞯姆e分項（I）是用來修復小的穩(wěn)

17、態(tài)誤差。</p><p><b>　　3.3 實驗和結(jié)果</b></p><p>　　在本文中設計的雙極性脈沖電鍍的數(shù)字電源滿足設計需要。它可以輸出頻率和占空比可以調(diào)整的雙極性脈沖。我們在MATLAB7.1上模擬系統(tǒng)輸出。不同脈沖周期的實驗和模擬的潛在反應如圖6和圖7所示。負載設置為一個電阻，正脈沖占空比設置為0.5 ，而負脈沖為0.3。圖6和圖7顯示的模擬響應與設置

18、的參數(shù)一致。</p><p>　　圖6 當脈沖周期為10ms時的響應</p><p>　　圖7 當脈沖周期為1ms時的響應</p><p>　　主回路和控制電路之間的干擾減少，因為它們被光耦合器隔離了。IGBT損壞的概率下降是由于短期和過載保護電路。在公司控制板已經(jīng)被測試過了。結(jié)果顯示性能參數(shù)符合設計需求。</p><p><b>

19、　　4.致謝</b></p><p>　　此項研究在2010年受到中國浙江教育廳的支持，授權號碼為Y201018515。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]W-C. TSAI, C-C. WAN and Y-Y. WANG, “Mechanism of copper electrodeposi

20、tion by pulse current and its relation to current efficiency”,Journal of Applied Electrochemistry, 2003, 33(12): 1143-1153. </p><p>　　[2]K.C. Yung, K.C. Chan, T.M. Yue and K.F. Yeung, “The effect of wavefor

21、m for pulse plating on copper plating distribution of microvia in PCB manufacture”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2004, 23( 3-4): 245-248. </p><p>　　[3]ZHANG Hui, LIU Zhi_