脈沖電鍍電源控制系統(tǒng)開發(fā)

張懷宇

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓644003）

0 前言

電源在電鍍過程中發(fā)揮著難以替代的作用，它用以提供電極反應(yīng)所需的能量。依照輸出類型，電鍍電源可分為直流型和脈沖型兩大類。其中脈沖電鍍電源由于可明顯增強(qiáng)陰極極化作用并減弱濃差極化程度，有利于改善鍍層的形貌質(zhì)量和物化性能，因而在電鍍生產(chǎn)和電鍍實(shí)驗(yàn)中獲得普遍的應(yīng)用［1-2］。然而在實(shí)際應(yīng)用中，受脈沖頻率不可調(diào)和脈寬調(diào)節(jié)區(qū)間偏窄等缺陷的影響，脈沖電鍍電源并非均能物盡其用。對(duì)此，為使其盡可能滿足應(yīng)用要求，就必須加以改進(jìn)。有關(guān)于此，已有部分文獻(xiàn)報(bào)道［3-6］。

本文根據(jù)電鍍工藝特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際需要，經(jīng)改進(jìn)優(yōu)化，研制出一款以單片機(jī)為控制核心且可實(shí)現(xiàn)參數(shù)寬幅調(diào)節(jié)及組合調(diào)節(jié)的脈沖電鍍電源。

1 設(shè)計(jì)方案

脈沖電鍍電源的工作原理可概括為：外部輸入交流電依次經(jīng)可控整流、電容濾波環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)變?yōu)槠交绷麟姡俳?jīng)全橋逆變轉(zhuǎn)變成脈沖電流輸出。其除了具備同其他款式電源相同的基本功能外，還應(yīng)額外具備良好的兼容性和動(dòng)態(tài)特性、較寬的參數(shù)調(diào)節(jié)范圍、較高的效率，以及人性化的顯示界面。圖1為研制的脈沖電鍍電源。對(duì)于其外觀造型，不做過多介紹。本文主要從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩方面詳細(xì)闡述原理及構(gòu)成。

圖1 研制的脈沖電鍍電源

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要包含脈沖形成電路、檢測反饋電路、信號(hào)放大電路和輸入鍵盤等。脈沖形成電路中涉及微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)／計(jì)數(shù)器等器件。其中微處理器（由單片機(jī)充當(dāng)）起到關(guān)鍵作用，它接收系統(tǒng)外部輸入信號(hào)并進(jìn)行處理，形成要求的脈沖信號(hào)后輸出。為實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)脈沖輸出并提高電源穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，就必須實(shí)施檢測及實(shí)時(shí)反饋。在檢測反饋電路中，信號(hào)采樣由高靈敏度霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)，電路如圖2所示。信號(hào)放大電路發(fā)揮雙重作用：其一，放大脈沖形成電路輸出的脈沖信號(hào)，使之滿足實(shí)際應(yīng)用要求；其二，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)及各狀態(tài)量（如輸出電流、輸出電壓等），同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。與前三者相比，輸入鍵盤在硬件系統(tǒng)中的作用稍顯遜色，但其同樣不可或缺。借助輸入鍵盤，可控制硬件系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉，并可實(shí)現(xiàn)輸出參數(shù)的設(shè)置及調(diào)節(jié)。

圖2 檢測反饋電路

3 軟件設(shè)計(jì)

作為脈沖電鍍電源的核心部分，軟件肩負(fù)著依托指令控制硬件系統(tǒng)的任務(wù)。圖3為軟件系統(tǒng)流程圖。按順序依次為初始狀態(tài)、預(yù)置狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和反饋保護(hù)狀態(tài)。

圖3 脈沖電鍍電源軟件系統(tǒng)流程圖

（1）初始狀態(tài)（即系統(tǒng)初始化）

主要進(jìn)行顯示界面清空、寄存器清零和輸出抑制等操作。

（2）預(yù)置狀態(tài)

該狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)脈寬、頻率和峰值電流等多個(gè)參數(shù)的設(shè)置及調(diào)節(jié)，并可實(shí)現(xiàn)新置信息的存儲(chǔ)。

（3）運(yùn)行狀態(tài)

單片機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)得以發(fā)揮作用，通過控制高低電平進(jìn)而間接調(diào)整脈沖輸出。

（4）反饋保護(hù)狀態(tài)

采集到的關(guān)鍵工作狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)比對(duì)若超出設(shè)定安全區(qū)間，系統(tǒng)即刻切換至保護(hù)狀態(tài)，并隨即退至前一狀態(tài)，以適時(shí)保護(hù)電源。

4 性能測試

性能可靠且穩(wěn)定、滿足應(yīng)用要求，是設(shè)計(jì)研制脈沖電鍍電源的目標(biāo)所在。對(duì)此，為考察研制電源的實(shí)際工作特性，借助萬用表和示波器等設(shè)備進(jìn)行測試。脈沖電鍍電源輸出波形，如圖4所示。結(jié)果顯示：輸出電壓較為精確，與設(shè)定值近似吻合。并且輸出波形平穩(wěn)，形狀規(guī)整，波動(dòng)幅度輕微。帶載測試進(jìn)一步證實(shí)：電源無明顯壓降，表明運(yùn)行狀況穩(wěn)定。

圖4 脈沖電鍍電源輸出波形

［1］侯進(jìn).淺談脈沖電鍍電源［J］.電鍍與環(huán)保，2005，25（3）：28-31.

［2］韓苗興，何永夫.電鍍用脈沖電源的應(yīng)用推廣［J］.電鍍與精飾，2002，24（3）：27-29.

［3］尹電禮，葛長虹.對(duì)傳統(tǒng)程序控制脈沖電鍍電源的設(shè)計(jì)改進(jìn)［J］.電子工藝技術(shù)，2006，27（1）：57-59.

［4］陳妍妍，王明彥，高忠波，等.多波形脈沖電鍍電源控制系統(tǒng)的研究［J］.電鍍與環(huán)保，2004，24（3）：30-32.

［5］蘆濤，于曉東，許松江.電鍍電源的單片機(jī)控制系統(tǒng)［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，6（3）：62-64.

［6］梁觀勝，王粵威，胡永樂.大功率電鍍電源的研制［J］.機(jī)電信息，2011（21）：167-168.