中心議題：

• 電源的基本方案
• 開關電源部分的設計要點
• 電壓斬波控製

1 引言

在(zai)我(wo)國(guo)，電(dian)鍍(du)行(xing)業(ye)發(fa)展(zhan)較(jiao)快(kuai)
，隨(sui)著(zhe)市(shi)場(chang)對(dui)電(dian)鍍(du)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)要(yao)求(qiu)的(de)提(ti)高(gao)，電(dian)鍍(du)工(gong)藝(yi)對(dui)電(dian)鍍(du)電(dian)源(yuan)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)由(you)於(yu)其(qi)具(ju)有(you)體(ti)積(ji)小(xiao)，重(zhong)量(liang)輕(qing)，節(jie)能(neng)節(jie)材(cai)
，調(tiao)節(jie)精(jing)度(du)高(gao)，易(yi)於(yu)控(kong)製(zhi)等(deng)諸(zhu)多(duo)優(you)點(dian)

，正(zheng)逐(zhu)漸(jian)被(bei)廣(guang)大(da)用(yong)戶(hu)所(suo)采(cai)用(yong)。脈(mai)衝(chong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)作(zuo)為(wei)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)衍(yan)生(sheng)產(chan)品(pin)，其(qi)應(ying)用(yong)於(yu)電(dian)鍍(du)與(yu)直(zhi)流(liu)電(dian)鍍(du)相(xiang)比(bi)有(you)如(ru)下(xia)特(te)點(dian):

脈衝電源可通過控製輸出電壓的波形、頻(pin)率(lv)和(he)占(zhan)空(kong)比(bi)及(ji)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)等(deng)參(can)數(shu)
，改(gai)變(bian)金(jin)屬(shu)離(li)子(zi)的(de)電(dian)沉(chen)積(ji)過(guo)程(cheng)，使(shi)電(dian)沉(chen)積(ji)過(guo)程(cheng)在(zai)很(hen)寬(kuan)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)在(zai)某(mou)種(zhong)鍍(du)液(ye)中(zhong)獲(huo)得(de)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)特(te)性(xing)的(de)鍍(du)層(ceng)。脈(mai)衝(chong)鍍(du)鎳(nie)代(dai)替(ti)直(zhi)流(liu)鍍(du)鎳(nie)可(ke)獲(huo)得(de)結(jie)晶(jing)細(xi)致(zhi)的(de)鍍(du)層(ceng)，能(neng)使(shi)鎳(nie)層(ceng)的(de)孔(kong)隙(xi)率(lv)與(yu)內(nei)應(ying)力(li)降(jiang)低(di)，硬(ying)度(du)增(zeng)高(gao)，雜(za)質(zhi)含(han)量(liang)降(jiang)低(di)，並(bing)可(ke)采(cai)用(yong)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)

，提(ti)高(gao)鍍(du)覆(fu)速(su)度(du)〖1〗。

根據脈衝鍍鎳的工藝，我們研製了最大峰值電流1000A
，最大峰值電壓30V的脈衝鍍鎳開關電源。其工藝如下:

    * 　　硫酸鎳(NiSO4·7H2O)：180～240g/L
    * 　　硫酸鎂(MgSO4·7H2O)：20～30g/L
    * 　　氯化鈉（NaCl）：10～20g/L
    * 　　硼酸：30～40
    * 　　PH值：5.4
    * 　　溫度：室溫
    * 　　波形：矩形波
    * 　　頻率：500～1500Hz
    * 　　占空比：5％～12％
    * 　　平均電流密度(A/dm2)：0.7

2 電源的基本方案

三相380V/50Hz交流電經過EMI電磁兼容裝置，進行橋式整流，再經過逆變和變壓

，然後再整流、濾波、儲能
，最後進行電壓斬波
，輸出單向脈衝電壓。本電源設計分兩部分：前級的開關電源和後級的斬波。脈衝電源電路工作原理框圖如圖1所示。

脈衝電源電路工作原理框圖

                                    
                                                                          圖1脈衝電源電路工作原理框圖

3 開關電源部分的設計要點

3.1開關電源部分原理

主電路由EMI電磁兼容裝置、整流電路、逆變電路、高頻變壓器
、高頻整流及高頻濾波電路組成;控製電路由電流、電壓雙閉環組成，電流環為內環，電壓環為外環；保護電路設置有初級最大電流限製，輸出過流
、短路保護
，最高輸出電壓限製。

3.2基本要求

maichongkaiguandianyuanchuyingjuyouyibandianyuandeyaoqiuwai
，haiyaoqiuduanshishuchugonglvda，dongtaitexinghao，xiaolvgao
，bingzaidagonglvmaichongshuchuqingkuangxianengwendingkekaodigongzuo。

3.3開關電源的設計

（1）高頻化該電源輸出最大平均容量為峰值電流1000A，電壓30V

，占空比10％，即3kW。基ji於yu對dui脈mai衝chong開kai關guan電dian源yuan的de實shi際ji要yao求qiu，宜yi采cai用yong高gao頻pin技ji術shu方fang案an，同tong時shi選xuan取qu全quan橋qiao逆ni變bian的de拓tuo撲pu形xing式shi
，提ti高gao頻pin率lv是shi實shi現xian小xiao型xing化hua的de重zhong要yao途tu徑jing，它ta能neng減jian少shao功gong率lv變bian壓ya器qi的de體ti積ji和he濾lv波bo電dian感gan量liang，而er輸shu出chu電dian感gan是shi影ying響xiang動dong態tai響xiang應ying的de重zhong要yao因yin素su。高gao頻pin化hua還hai是shi改gai善shan動dong態tai響xiang應ying的de重zhong要yao措cuo施shi，電dian源yuan調tiao整zheng的de速su度du隨sui頻pin率lv提ti高gao而er加jia快kuai。從cong而er達da到dao迅xun速su穩wen壓ya的de目mu的de。
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（2）容量小型化由於占空比D較小

，例如:D=0.1
，

zefengzhidianliujiangweipingjundianliudeshibei。ruoanfengzhidianliushejizebunanshixian，dandianyuantijipangda，bujingji。ruoanpingjundianliusheji
，zeduidianyuanyaoqiushifenkeke
，jiyaoqiudianyuanxiaoxingkekao，youyaoqiudianyuanzaifuzaitubiandeguochengzhongbunengchanshengguodadeyajiang。duiyugongdiandianyawei2～30Vd.c.，峰值電流IP=1000A，D=0.05～0.1，需平均電流ICP=50A～100A的開關電源
，若按照平均電流來設計
，則有以下難題：

①電源在毫秒級時間內突然加上十倍平均電流時將會發生過流保護
；

②電源在毫秒級時間內提供不了峰值電流時將會發生輸出跳變，即突降過程〖2〗。

本裝置采用1.5倍平均電流設計，保證開關電源有足夠的裕量
，同時，適當增加電源的能量供給能力。

（3）高的電壓反饋增益電源應有足夠高的電壓反饋，提高電源的動態特性，保證脈衝輸出電壓的平穩。

（4）增大開關電源輸出電壓保持能力問題

由(you)於(yu)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)在(zai)大(da)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)條(tiao)件(jian)下(xia)，電(dian)源(yuan)至(zhi)少(shao)要(yao)經(jing)過(guo)若(ruo)幹(gan)個(ge)周(zhou)期(qi)的(de)調(tiao)整(zheng)才(cai)能(neng)穩(wen)定(ding)過(guo)來(lai)，並(bing)要(yao)耐(nai)受(shou)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)而(er)不(bu)至(zhi)於(yu)保(bao)護(hu)動(dong)作(zuo)，為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)衝(chong)擊(ji)帶(dai)來(lai)的(de)異(yi)常(chang)（尖峰，下降等），宜在負載端設置儲能電容。

設計方法如下：

電容中儲存的能量為：

EC=0.5C0U2

在輸出峰值功率P0P作用下，開關電源輸出功率為PO1時，維持輸出方波寬度TON



，輸出電壓變化ΔU=U1－U2，電容儲存的能量如下式所示：

0.5C0(U12－U22)=(P0P－PO1)×TON

由上式求得儲能電容C0:

C0={2(P0P－PO1)×TON}/(U12－U22)

同時
，儲能電容必須選用ESR小，高頻性能好的電解電容。

（5）加(jia)入(ru)逆(ni)變(bian)橋(qiao)的(de)過(guo)流(liu)限(xian)製(zhi)鑒(jian)於(yu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)量(liang)特(te)別(bie)大(da)
，開(kai)機(ji)瞬(shun)間(jian)和(he)脈(mai)衝(chong)輸(shu)出(chu)時(shi)，逆(ni)變(bian)橋(qiao)需(xu)要(yao)承(cheng)受(shou)特(te)別(bie)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)，當(dang)逆(ni)變(bian)橋(qiao)加(jia)入(ru)單(dan)周(zhou)期(qi)過(guo)流(liu)限(xian)製(zhi)後(hou)，能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)地(di)保(bao)證(zheng)逆(ni)變(bian)橋(qiao)的(de)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)設(she)計(ji)電(dian)流(liu)值(zhi)，而(er)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

4 電壓斬波控製

4.1設計思路

以SG3525PWM 芯片為核心進行控製係統的設計。通過用CD4017B芯片進行8分頻，對輸出最大占空比進行限製。主電路采用場效應管並聯。電壓斬波控製原理圖如圖2所示。

電壓斬波控製原理圖
                         
                                                                     圖2電壓斬波控製原理圖