本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙脈沖控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的直流電鍍是在直流電的作用下陰極周?chē)碾婂円褐械慕饘匐x子不斷沉淀析出，破壞了電鍍槽中電解液濃度的均勻性，產(chǎn)生了一定的濃度差。最后導(dǎo)致鍍件上氫氣 析出量增加，鍍層質(zhì)量變壞，使鍍層出現(xiàn)針孔，麻點(diǎn)，粗糙和起泡等問(wèn)題?！岸〞r(shí)反電 流脈沖”方式，即雙向脈沖電鍍方式能夠很好的解決直流電鍍帶來(lái)的問(wèn)題。實(shí)際上，脈 沖電鍍可以看成是一種通斷直流電鍍。正向脈沖過(guò)程等同直流電鍍；而反相脈沖由于峰 值電流較大(為正向2-3倍)，正是這個(gè)瞬時(shí)高電流度使得金屬離子在較高的過(guò)電位下還 原。當(dāng)負(fù)向電流關(guān)斷時(shí)，陰極附近的金屬子濃度又回到初始狀態(tài)，濃差極化消除，這極 大的優(yōu)化了下一個(gè)正向脈沖周期電鍍過(guò)程。同時(shí)反相脈沖還能產(chǎn)生對(duì)沉積層有利的重結(jié) 晶、脫吸附等現(xiàn)象。實(shí)踐證明，雙向脈沖電鍍?cè)诩?xì)化晶層，改善鍍層質(zhì)量，節(jié)約貴金屬 方面有著傳統(tǒng)直流電鍍不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源已成為雙向脈沖電源的主流，而開(kāi)關(guān)電源常常 使用專(zhuān)用的芯片如TL494、SG3525等來(lái)產(chǎn)生PWM波形，并由其通過(guò)反饋信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)PWM波形的寬度的調(diào)節(jié)，從而獲得穩(wěn)定的輸出。當(dāng)控制電路設(shè)計(jì)完成后，就是一個(gè) 相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)、控制方式不能再更改，系統(tǒng)的總體協(xié)調(diào)功能差。采用單片機(jī) +CPLD等并通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM波形。這種方法僅需要一塊芯片就能完成任務(wù)，由 于使用VHDL編程實(shí)現(xiàn)PWM的信號(hào)輸出，提高占空比的調(diào)節(jié)精度可以通過(guò)改變CPLD 外接的晶振的頻率來(lái)改變，功率開(kāi)關(guān)管的死區(qū)時(shí)間能夠方便的調(diào)整，控制精度高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了雙脈沖控制系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種雙脈沖控制系統(tǒng)，包括主電路、數(shù)字PWM脈沖產(chǎn)生電路、單片機(jī)、測(cè)量電路、LCD觸摸屏以及輔助電源電路，所述單片機(jī)分別與數(shù)字PWM脈沖產(chǎn)生電路、LCD觸摸屏連接并由輔助電源電路供電；其中主電路包括自380V交流接入端依次連接的三相整流橋電路、全橋逆變電路、全波整流電路、LC濾波電路及H橋斬波電路，該全橋逆變電路及H橋斬波電路各通過(guò)一驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)字PWM脈沖產(chǎn)生電路輸出端連接。

本發(fā)明的有益效果：

該脈沖系統(tǒng)在電流型控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過(guò)將工頻交流電整流為直流高壓電源，通過(guò)高頻電壓變換及高頻整流產(chǎn)生低壓大電流電源，再通過(guò)LC濾波成純直流電源，然后送到一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的全橋變換電路（又稱(chēng)斬波電路），產(chǎn)生一個(gè)人為的平波（即純直流）或雙向脈沖方波輸出。從而大大改善電鍍工藝及提升電鍍質(zhì)量，將越來(lái)越多的應(yīng)用于該領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1：基于CPLD控制的雙向脈沖電鍍開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)框圖；

圖2：CPLD實(shí)現(xiàn)的數(shù)字PWM芯片控制信號(hào)分配圖；

圖3：觸摸屏及其接口電路；

圖4：測(cè)量電路圖；

圖5：保護(hù)電路圖；

圖6：輸出脈沖波形圖；

圖7：主程序流程圖。

具體實(shí)施方式

由圖1系統(tǒng)框圖可知，一種雙脈沖控制系統(tǒng)，包括主電路、數(shù)字PWM脈沖產(chǎn)生電路、單片機(jī)、測(cè)量電路、LCD觸摸屏以及輔助電源電路，所述單片機(jī)分別與數(shù)字PWM脈沖產(chǎn)生電路、LCD觸摸屏連接并由輔助電源電路供電；其中主電路包括自380V交流接入端依次連接的三相整流橋電路、全橋逆變電路、全波整流電路、LC濾波電路及H橋斬波電路，該全橋逆變電路及H橋斬波電路各通過(guò)一驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)字PWM脈沖產(chǎn)生電路輸出端連接。能夠?qū)崿F(xiàn)AC-DC-AC-DC-AC，即從三相低頻(50Hz)交流電變?yōu)橹绷麟?，?jīng)逆變橋轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l(20kHz)交流電，通過(guò)高頻變壓器降壓為低壓，全波整流為低壓直流電以滿(mǎn) 足電鍍所需電壓的大小，最后經(jīng)H橋斬波電路再轉(zhuǎn)換為雙向脈沖電源。測(cè)量電路測(cè)出 電壓、電流的大小，一方面送給單片機(jī)，經(jīng)計(jì)算，傳給PWM脈沖產(chǎn)生電路，產(chǎn)生逆變 電路和H橋斬波電路的控制信號(hào)，并經(jīng)各自的驅(qū)動(dòng)電路送到逆變電路的控制端；另一 方面送給保護(hù)電路，對(duì)電路起到及時(shí)保護(hù)的作用。輔助電源電路是給系統(tǒng)提供工作電源 的。

PWM脈沖產(chǎn)生電路是由CPLD實(shí)現(xiàn)，其控制信號(hào)分配圖如圖2所示。它的外部引腳oc為過(guò)流保護(hù)控制端；uv為欠壓保護(hù)控制端。pwm_en為輸出PWM脈沖輸出的使 能控制端。除上述保護(hù)信號(hào)輸入端外，數(shù)字PWM芯片控制還有一些控制信號(hào)。圖中左 側(cè)是各種保護(hù)信號(hào)和控制信號(hào)輸入控制端，右側(cè)為信號(hào)輸出控制端。其中clk為時(shí)鐘信 號(hào)控制輸入端它是整個(gè)數(shù)字PWM芯片進(jìn)行計(jì)數(shù)控制的基準(zhǔn)節(jié)拍，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 具有穩(wěn)定輸出和提高精度的作用。ce為片選端，wr為寫(xiě)信號(hào)控制端，wid[9..0]是設(shè)定 雙向正負(fù)脈沖寬度的數(shù)據(jù)輸入端，可以設(shè)置成正負(fù)脈沖PWM(pwm3，pwm4)寬度不相同， 如圖3所示仿真波形，正負(fù)脈沖的幅值的大小由width[9..0]設(shè)定，當(dāng)width[9..0]數(shù)值不 相同時(shí)，輸出電壓的幅值不相同，其值越大，輸出的PWM(pwm1，pwm2)脈沖越寬，輸 出電壓越高，要實(shí)現(xiàn)正負(fù)脈沖不等幅時(shí)，可以由輸出wid[9..0]設(shè)定值和單片共同決定 width[9..0]，即正脈沖時(shí)，width[9..0]值小，負(fù)脈沖時(shí)width[9..0]大。右側(cè)pwm1、pwm2、 pwm3和pwm4為PWM脈沖輸出端，用以輸出兩路相位差180°驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。syn_out 為輸出信號(hào)協(xié)同控制端，它也是要連接到單片機(jī)中用以整個(gè)系統(tǒng)的控制的。系統(tǒng)的逆變 頻率和死區(qū)時(shí)間決定了雙路PWM脈沖的占空比不得超過(guò)80％。

電壓測(cè)量、電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)：如圖4所示，由于被測(cè)對(duì)象是雙向脈沖低壓的脈沖 寬度是由觸發(fā)脈沖PWM(pwm3，pwm4)寬度決定的，其幅值的大小由輸入電壓(即全波 整流輸出電壓)決定的，因此電壓的測(cè)量可以直接對(duì)整流輸出電壓進(jìn)行分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，電 鍍電流電流值較大且是直流電，因而可以采用分流器來(lái)測(cè)量，系統(tǒng)中選用的分流器是將 1500A的電流轉(zhuǎn)換為75mV的直流電壓，然后經(jīng)過(guò)電壓放大，得到適合于C8051F020 的ADC的輸入電壓，電路可設(shè)計(jì)為如圖4所示電路。

保護(hù)電路設(shè)計(jì)：如圖5所示，這部分電路由LM393芯片組成比較電路，它內(nèi)部其實(shí)是兩個(gè)比較電路。SCR2組成記憶電路，LED和R25組成顯示電路以及D34和R27 組成的邏輯電路四個(gè)單元構(gòu)成。當(dāng)正常工作時(shí)輸入比較器同相端的電流信號(hào)形成的輸入 電壓小于反相端定值電壓(即所要求的保護(hù)定值電壓)，比較器輸出低電平，SCR2處于 截止?fàn)顟B(tài)，過(guò)流指示燈LED不亮；當(dāng)電流信號(hào)形成的輸入電壓大于設(shè)定的定值電壓(即 保護(hù)值)時(shí)，比較器輸出高電平，SCR2導(dǎo)通，點(diǎn)亮過(guò)流指示燈LED，并記憶故障信號(hào)。 同時(shí)，通過(guò)D34和R27使CPLD的oc端變成高電平，從而數(shù)字PWM芯片封鎖觸發(fā)脈 沖，保護(hù)主電路。電壓保護(hù)部分與電流相似，SW4為復(fù)位按鈕。

輸出脈沖波形如圖6所示。TW1、TW2是正負(fù)脈沖的寬度，VM，Vm是正負(fù)脈沖的幅值，都可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求通過(guò)外部進(jìn)行設(shè)置。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：程序開(kāi)發(fā)使用的環(huán)境是Keil集成開(kāi)發(fā)軟件(要安裝驅(qū)動(dòng))，使用C語(yǔ) 言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)為模塊化設(shè)計(jì)，這樣的結(jié)構(gòu)調(diào)試比較方便，其主程序很簡(jiǎn)潔，流程圖如圖7所示。系統(tǒng)中選擇單片機(jī)C8051F020內(nèi)部的定時(shí)器3來(lái)實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)相 關(guān)功能，設(shè)計(jì)定時(shí)時(shí)間為5ms，中斷600次為一個(gè)調(diào)節(jié)周期(3S)，分辨率為1/600能夠達(dá)到系統(tǒng)的要求。

該脈沖系統(tǒng)在電流型控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過(guò)將工頻交流電整流為直流高壓電源，通過(guò)高頻電壓變換及高頻整流產(chǎn)生低壓大電流電源，再通過(guò)LC濾波成純直流電源，然后送到一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的全橋變換電路（又稱(chēng)斬波電路），產(chǎn)生一個(gè)人為的平波（即純直流）或雙向脈沖方波輸出。從而大大改善電鍍工藝及提升電鍍質(zhì)量，將越來(lái)越多的應(yīng)用于該領(lǐng)域。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施方式，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，只要以基本相同手段實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。