一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，包括采用反饋單元檢測功率單元輸出到負(fù)載的正脈沖或負(fù)脈沖，并將檢測到的正脈沖或負(fù)脈沖反饋給控制單元；控制單元計算出上升沿或下降沿，根據(jù)設(shè)定的上升沿或下降沿的閾值控制可調(diào)直流電源的輸出電壓；從而修正脈沖的上升沿或下降沿。采用本發(fā)明的脈沖電源輸出波形控制方法，使得正反換向脈沖電源具有從小功率到額定功率全范圍內(nèi)上升沿、下降沿均能保證小于150us，滿足高質(zhì)量電鍍的技術(shù)要求，從而提高了電鍍的質(zhì)量。
【專利說明】一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著有色金屬電鍍及電子線路板電鍍的要求越來越高，大功率正反換向脈沖電源應(yīng)運(yùn)而生，其輸出波形對電鍍影響很大，輸出波形是大功率正反換向脈沖電源的重要技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)有的大功率正反換向脈沖電源因工作在脈沖狀態(tài)中，輸出電流大，輸出波形的上升沿及下降沿難以做到陡峭，極容易過沖，且又由于輸出可變，難以保證在全范圍內(nèi)輸出波形一致，影響其在電鍍等領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請的目的是提供一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法。
[0004]本申請可以通過采取以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，該控制方法包括采用反饋單元檢測功率單元輸出到負(fù)載的正脈沖或負(fù)脈沖，并將檢測到的正脈沖或負(fù)脈沖反饋給控制單元；控制單元計算出上升沿或下降沿，根據(jù)設(shè)定的上升沿或下降沿的閾值控制可調(diào)直流電源的輸出電壓；從而修正脈沖的上升沿或下降沿。
[0005]進(jìn)一步的，本申請的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，還包括采用趨勢分析的方法，在脈沖達(dá)到脈沖幅度時停止脈沖控制，同時通過PWM調(diào)制波控制方式調(diào)整過沖。
[0006]本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，調(diào)整過沖的具體方式為，在上升沿或下降沿未到達(dá)脈沖的幅度時進(jìn)行趨勢分析，預(yù)計到達(dá)脈沖幅度的時間，在預(yù)計時間時停止正向或反向脈沖控制，同時啟動正向或反向PWM調(diào)制；以減小過沖。
[0007]進(jìn)一步的，反饋單元包括輸出端并聯(lián)的三個輸出為電流型的高頻霍爾傳感器，霍爾傳感器的濾波時間小于0.25us,以確保最快周期為150KHZ的PWM調(diào)制波能無延時、無損地送到控制單元。
[0008]進(jìn)一步的，可調(diào)直流電源采用高頻開關(guān)電源，并采用RS485通訊方式接收來自控制單元的控制指令。
[0009]本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，控制單元由單片機(jī)和FPGA組成，單片機(jī)通過通訊接口與上位機(jī)通訊，并通過總線方式與FPGA交換數(shù)據(jù)。
[0010]進(jìn)一步的，F(xiàn)PGA的內(nèi)部還嵌有一個實(shí)時計算單片機(jī)。
[0011]進(jìn)一步的，功率單元采用H橋式電路。
[0012]由于采用以上技術(shù)方案，本申請的有益效果在于:
采用本申請的脈沖電源輸出波形控制方法，使得正反換向脈沖電源具有從小功率到額定功率全范圍內(nèi)上升沿、下降沿均能保證小于150us，滿足高質(zhì)量電鍍的技術(shù)要求，從而提高了電鍍的質(zhì)量。[0013]本申請進(jìn)一步的方案中，采用趨勢分析和PWM調(diào)制波控制方式調(diào)整過沖，使得過 沖小于5%。,進(jìn)一步的提聞了正反換向脈沖的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本申請的大功率正反換向脈沖電源的電路框圖。
[0015]圖2是本申請的大功率正反換向脈沖電源的控制單元的電路圖。
[0016]圖3是本申請的大功率正反換向脈沖電源的控制單元的另一電子圖。
[0017]圖4是本申請的大功率正反換向脈沖電源的控制單元的另一電子圖。
[0018]圖5是本申請的大功率正反換向脈沖電源的可調(diào)直流電源的電路圖。
[0019]圖6是本申請的大功率正反換向脈沖電源的驅(qū)動單元的電路圖。
[0020]圖7是本申請的大功率正反換向脈沖電源的功率單元的電路圖。
[0021]圖8是本申請的大功率正反換向脈沖電源的反饋單元的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本申請的關(guān)鍵在于對現(xiàn)有的大功率正反換向脈沖電源進(jìn)行改進(jìn)，在改進(jìn)的大功率 正反換向脈沖電源的基礎(chǔ)上提出了本申請的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法。
[0023]本申請改進(jìn)的大功率正反換向脈沖電源具體包括，控制單元、可調(diào)直流電源、若干 個驅(qū)動單元、若干功率單元、上位機(jī)、反饋單元和負(fù)載，可調(diào)直流電源與控制單元的電源控 制端連接，若干個功率單元和負(fù)載并聯(lián)接于可調(diào)直流電源的兩端，控制單元通過驅(qū)動單元 與相應(yīng)的功率單元連接，負(fù)載通過反饋單元與控制單元連接，控制單元與上位機(jī)連接。其 中，可調(diào)直流電源為高頻開關(guān)電源，優(yōu)選的，可調(diào)直流電源包括三相不可控整流電路和AC/ DC變換電路，三相不可控制整流電路的輸入端與三相電源連接，其輸出端與AC/DC變換電 路的輸入端連接，AC/DC變換電路的輸出端與功率單元和負(fù)載連接，AC/DC變換電路的控制 端與控制單元連接?？烧{(diào)直流電源通過RS485接口與控制單元連接。控制單元通過通訊接 口與上位機(jī)連接。
[0024]以下結(jié)合附圖對本申請的最佳實(shí)施方式作詳細(xì)描述。
[0025]如圖1所示，本申請的大功率正反換向脈沖電源包括控制單元6、可調(diào)直流電源 1、若干個驅(qū)動單元3、若干功率單元2、上位機(jī)8、反饋單元5和負(fù)載4。其中，可調(diào)直流 電源1通過RS485接口與控制單元6的電源控制端連接，若干個功率單元2并聯(lián)接于可調(diào) 直流電源1的兩端，控制單元6通過驅(qū)動單元3與相應(yīng)的功率單元2連接，負(fù)載4與功率 單元2的輸出端連接，負(fù)載4通過反饋單元5與控制單元6連接，控制單元6通過通訊接 口 7與上位機(jī)8連接?？刂茊卧?對控制可調(diào)直流電源1的輸出電壓和選擇某些功率單元 2的輸出，利用多傳感器分段檢測和反饋單元5高速反饋上升沿、下降沿的信息到控制單 元6以修正輸出，使大功率正反換向脈沖電源的輸出波形的上升沿及下降沿陡峭，使其不 易發(fā)生過沖現(xiàn)象，且可控制全范圍內(nèi)輸出波形一致，使其適應(yīng)電鍍的需要。
[0026]如圖2至圖4所示，本申請的控制單元6由一個通用的單片機(jī)和一塊ALTERA公 司的Cyclonelll系列大規(guī)模FPGA芯片組成，單片機(jī)通過通訊接口 7與上位機(jī)8通訊， 并通過總線方式與FPGA交換數(shù)據(jù)，其中，P300-P301、P303-P310、P312-P321共20個端 子，每個端子對應(yīng)一個驅(qū)動模塊；P302為輸入信號連接端子，P311為控制單元電源端子；FPGA芯片是該控制單元的核心，核心運(yùn)行頻率高達(dá)400MHz，內(nèi)部嵌有一個單片機(jī)用于實(shí)時數(shù)據(jù)計算，其中，ADC_AD[11..0]為與ADC接口數(shù)據(jù)地址線，ADC_CLK_A為ADC提供時鐘。ADBUS_S0 - ADBUS_S7, PC7_S 為與外接單片機(jī)接口，Apu [9..0]、Apd [9..0]、Anu [9..0]、And [9..0]、Bpu [9..0]、Bpd [9..0]、Bnu [9..0]、Bnd [9..0]信號分別與外引端子P300-P301、P303-P310、P312-P321連接。其中，F(xiàn)PGA是該控制單元的核心，核心運(yùn)行頻率高達(dá)400MHz，內(nèi)部嵌有一個單片機(jī)用于實(shí)時數(shù)據(jù)計算。
[0027]如圖5所示，本申請的可調(diào)直流電源I采用高頻開關(guān)電源，其結(jié)構(gòu)是三相不可控整流電路和DC/DC變換電路，三相不可控制整流電路的輸入端與三相電源連接，其輸出端與DC/DC變換電路的輸入端連接，DC/DC變換電路的輸出端與功率單元和負(fù)載連接，DC/DC變換電路的控制端與控制單元連接；其中，三相不可控整流電路包括由二極管D83-D88的橋式電路和并聯(lián)在橋式電路的輸出端的電容C81，DC/DC變換電路包括由三極管Q80-Q83構(gòu)成的全橋開關(guān)、與全橋開關(guān)的輸出端連接的變壓器T80、分別串接在變壓器T80兩端的整流二極管D80、D91以及接在變壓器T80的輸出端由電感L80、電容C82構(gòu)成的濾波電路，三極管Q80、Q83為一組，三極管Q81、Q82為另一組，三極管Q80-Q83的基極作為全橋開關(guān)的控制端與控制單元連接，三相交流電經(jīng)三相不可控整流電路速成上正下負(fù)的高壓直流電，再經(jīng)全橋開關(guān)的兩組控制開關(guān)輪流交替工作形成高壓的PWM脈沖波后由變壓器T80變成低壓脈沖波，再經(jīng)二極管D80、D91整流、電感L80、電容C82濾波變成直流，通過控制單元控制全橋開關(guān)的控制端的導(dǎo)通時間就可控制相應(yīng)的輸出直流電壓。
[0028]如圖6所示，本申請的驅(qū)動單元3由四個相同的驅(qū)動電路構(gòu)成，即每個驅(qū)動單元包括四個相同的驅(qū)動電路，在此僅描述其中一個驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路主要由芯片U I構(gòu)成，其信號輸入端與控制單元的一輸出端連接，其信 號輸出端與功率單元連接。本申請的實(shí)現(xiàn)方式中，驅(qū)動單元3有10個，每個驅(qū)動單元對應(yīng)一個功率單元。
[0029]如圖7所示，本申請的功率單元2包括場效應(yīng)管Q1-Q4、電流傳感器CT、負(fù)載RLl、電感LI，場效應(yīng)管Q1、Q2的漏極共接接點(diǎn)J I，場效應(yīng)管Q3、Q4的源極共接到接點(diǎn)J2，場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(yīng)管Q2的漏極共接地，場效應(yīng)管Q2的源極和場效應(yīng)管Q4的漏極共接地，電流傳感器CT左串接負(fù)載RLl和電感LI后接在場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(yīng)管Q2的源極處，場效應(yīng)管Q1-Q4的柵極分別與驅(qū)動單元的一路驅(qū)動電路連接，其中，Jl、J2分別接可調(diào)直流電源的正、負(fù)極，電容C9對輸入電源進(jìn)行濾波，場效應(yīng)管Ql、Q4組成正向管，場效應(yīng)管Q2、Q3組成反向管；當(dāng)場效應(yīng)管Q1、Q4導(dǎo)通時，場效應(yīng)管Q2、Q3截止，電流由Al+流經(jīng)場效應(yīng)管Q1、L1、AO+端、負(fù)載RL1、電流傳感器CT、AO-端、Q4、流出到Al -端，形成正向電流；當(dāng)場效應(yīng)管Q2、Q3導(dǎo)通時，場效應(yīng)管Ql、Q4截止，電流由Al+流經(jīng)場效應(yīng)管Q2、AO-端、電流傳感器CT、負(fù)載RLl、AO+端、L1、Q3、流出到Al-端，形成反向電流。以上即每個功率單元的電路構(gòu)成。本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，功率單元2有10個，每個正向100A，反向300A，構(gòu)成正向1000A，反向3000A的大功率正反換向脈沖電源，每個單元均采用H橋式電路，每個功率單元對應(yīng)一個驅(qū)動單元。
[0030]如圖8所示，本申請的反饋單元5主要由接線端子？20、電阻1?22、1?21、1?24、￥1?20、R23、電容C21、C22、變壓器T20、運(yùn)放電路U20構(gòu)成，功率單元中的電流傳感器采用輸出為電流型的，多個傳感器的輸出可以直接并聯(lián)在端子P20的1、4腳，傳感器的輸出電流流經(jīng)電阻R22，在電阻R22上產(chǎn)生電壓信號，該電壓信號再經(jīng)電容C21、C22、變壓器T20共模抑制電路，再經(jīng)電阻R21、R24、VR20、R23到高速運(yùn)放U20，U20是一個射極跟隨電路，進(jìn)行阻抗變換，將電流反饋信號送到高速ADC進(jìn)行采樣，ADC通過ADC_AD0 - ADC_AD11數(shù)據(jù)地址線將采樣結(jié)果送到FPGA中。本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，反饋單元5采用3個輸出為電流型的高頻霍爾傳感器輸出端并聯(lián)，經(jīng)高速運(yùn)放，濾波時間小于0.25us，確保最快周期為150KHz的PWM調(diào)制波能無延時、無損地送到控制單元6中。
[0031]本申請通過控制單元控制可調(diào)直流電源的輸出電壓和選擇某些功率單元的輸出，利用多傳感器分段檢測和反饋單元高速反饋上升沿、下降沿的信息到控制單元以修正輸出，使大功率正反換向脈沖電源的輸出波形的上升沿及下降沿陡峭，使其不易發(fā)生過沖現(xiàn)象，且可控制全范圍內(nèi)輸出波形一致，使其適應(yīng)電鍍的需要。
[0032]采用本申請的大功率正反換向脈沖電源，本申請?zhí)峁┝松仙丶跋陆笛乜刂萍夹g(shù)。該技術(shù)是通過:1)改變可調(diào)直流電源的輸出電壓；2)控制單元根據(jù)給定有選擇地使某些功率單元輸出；3)采用多傳感器分段檢測；4)通過高速反饋快速檢測上升沿、下降沿通知控制單元修正，等控制技術(shù)使大功率正反換向脈沖電源輸出波形的上升沿及下降沿陡峭。該控制技術(shù)的具體步驟為:A)控制單元接收到命令，根據(jù)要求的正、負(fù)脈沖幅度及經(jīng)驗(yàn)值給可調(diào)直流電源一個初始的輸出電壓給定，可調(diào)直流電源迅速地輸出并穩(wěn)定到給定電壓。B)控制單元根據(jù)要求的正、負(fù)脈沖寬度，并根據(jù)正、負(fù)脈沖幅度，確定要輸出的脈沖單元，使其發(fā)出相應(yīng)的控制脈沖到對應(yīng)的驅(qū)動單元，驅(qū)動相應(yīng)的功率單元。C)反饋單元快速檢測到功率單元輸出到負(fù)載的正、負(fù)脈沖，由于反饋單元幾乎沒有濾波延時，輸出到負(fù)載的正、負(fù)脈沖及時無損地送到控制單元。D)控制單元根據(jù)反饋的正、負(fù)脈沖，計算出上升沿、下降沿，分別與要求的上升沿、下降沿比較，再調(diào)整可調(diào)直流電源的輸出電壓，以修正正、負(fù)脈沖的上升沿、下降沿。
[0033]同時，本申請還提供了過沖控制技術(shù)。該技術(shù)是通過高速反饋快速檢測正反脈沖幅值，利用快速PWM加趨勢分析，提前關(guān)斷功率管削去過沖部分，達(dá)到控制過沖目的。其控制方法如下:
在進(jìn)行到反饋單元檢測反饋時，假設(shè)此時反饋回來的是上升沿，這時反向控制脈沖已關(guān)斷，正向控制脈沖已開啟。由于高速反饋的實(shí)時性，上升沿還未到達(dá)正脈沖的幅度時進(jìn)行趨勢分析，預(yù)計到達(dá)正脈沖的幅度時間，在到達(dá)預(yù)計時間時停止正向控制脈沖，同時啟動正向PWM調(diào)制，當(dāng)反饋回的正向脈沖的幅度比給定略低時開啟正向控制脈沖，正向控制脈沖經(jīng)正向PWM調(diào)制脈沖調(diào)制達(dá)到穩(wěn)定的正脈沖幅度。反向與正向方法相同。
[0034]惟以上所述者，僅為本申請之較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此限定本申請實(shí)施之范圍，即大凡依本申請權(quán)利要求及說明書所記載的內(nèi)容所作出簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本申請權(quán)利要求所涵蓋范圍之內(nèi)。此外，摘要部分和標(biāo)題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，并非用來限制本申請之權(quán)利范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:包括采用反饋單元檢測功率單元輸出到負(fù)載的正脈沖或負(fù)脈沖，并將檢測到的正脈沖或負(fù)脈沖反饋給控制單元；控制單元計算出上升沿或下降沿，根據(jù)設(shè)定的上升沿或下降沿的閾值控制可調(diào)直流電源的輸出電壓；從而修正脈沖的上升沿或下降沿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:還包括采用趨勢分析的方法，在脈沖達(dá)到脈沖幅度時停止脈沖控制，同時通過PWM調(diào)制波控制方式調(diào)整過沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:所述調(diào)整過沖的實(shí)現(xiàn)方式為，在上升沿或下降沿未到達(dá)脈沖的幅度時進(jìn)行趨勢分析，預(yù)計到達(dá)脈沖幅度的時間，在預(yù)計時間時停止正向或反向脈沖控制，同時啟動正向或反向PWM調(diào)制；以減小過沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:所述反饋單元包括輸出端并聯(lián)的三個輸出為電流型的高頻霍爾傳感器，所述霍爾傳感器的濾波時間小于0.25us，以確保最快周期為150KHz的PWM調(diào)制波能無延時、無損地送到控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:所述可調(diào)直流電源采用高頻開關(guān)電源，并采用RS485通訊方式接收來自所述控制單元的控制指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:所述控制單元由單片機(jī)和FPGA組成，所述單片機(jī)通過通訊接口與上位機(jī)通訊，并通過總線方式與所述FPGA交換數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:所述FPGA的內(nèi)部還嵌有一個實(shí)時計算單片機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正反換向脈沖電源輸出波形的控制方法，其特征在于:所述功率單兀米用H橋式電路。
【文檔編號】H02M9/02GK103441698SQ201310363848
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】黃瑞爐, 黃海波, 張洪強(qiáng), 丁少云 申請人:東莞市力與源電器設(shè)備有限公司