新型高能脉冲电源的研究

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摘要：根据合金材料凝固过程电场处理应用的需要，设计出高能脉冲电源装置。该电源输
3 a0 o8 u0 E# T: v出脉冲电流的幅值、脉宽和频率都可以在规定的范围内连续可调。文中分析了高能脉冲电源的组
成，并为此设计了以单片机为核心的控制电路。采用了新颖的脉冲电流幅值检测方法，解决了窄
0 j( ~7 e( r' \2 x) e9 `! T' \脉冲电流幅值难以检测的问题。
关键词：脉冲电源 单片机 控制电路
1引言
: L) s" x! C. X' p# z/ v5 d5 _7 Z材料是现代社会经济发展的支柱之一，控制凝
固过程已成为提高传统材料性能和开发新材料的重
/ K8 U4 ]9 B% A) D要途径，而脉冲电流对金属的凝固过程及凝固组织
0 e1 a; n6 h# S% ^具有良好的孕育和变质作用"。脉冲电源是合金
材料凝固过程电场处理加工设备的核心部分，电源
的波形、电压、稳压精度都直接影响合金材料凝固
过程和凝固组织。因此，研究具有规则的电流脉冲.
9 f6 x" z! v" g: @( ~" `- y3 z6 J波形，并且脉冲幅值、宽度和频率可调的高性能脉
- T. {' v# t: n$ Y5 W5 G冲电源有着重要的现实意义。本文从脉冲电源的整
流电路、逆变电路、脉冲变压器的特点和实际要求
% Q$ w, R# L2 @$ N4 H详细阐述了高能脉冲电源的研究思想。
/ J/ N+ S: l, |2 }2脉冲电源 总体结构
如图1所示，该电源主要由三相全控整流桥、
3 |' x- X; J2 p2 u直流滤波电容器、单相逆变桥、脉冲变压器、脉冲
+ a( r" a1 K: x' d3 H( P* t电流检测单元和控制单元组成。三相交流电经三相
3 i2 ~( K3 s! r全控整流桥后变为电压可控的直流脉动电压，再经
: D. P) p) @' a4 J7 _) p直流滤波电容器之后变为平直的直流电压。该直流
: a- L4 }- j/ s: s% i+ Q电压通过由IGBT组成的H形逆变桥后成为脉冲
电压，脉冲电压经脉冲变压器和负载后变为脉冲电
( w6 p4 H  @$ e& H. M, ^流。电流检测单元对脉冲电流的幅值进行检测，并
3 F& h5 h3 b7 w+ {
将检测量反馈至微机控制单元，进行电流幅值的闭
7 V' Q8 s9 d  z, {环控制。
2.1主电 路
+ d) T8 D! o0 G: x! _由于输出脉冲电流的幅值要求可调，因此整流
部分应采用全控桥，又输出脉冲电流的频率和宽度
要求可调，且脉冲的最小宽度很小(10us)， 故逆
变部分中的功率器件必须为快速电力电子器件，主
电路还应进行优化设计以减小杂散电感，并且还有
8 S2 C$ V: u8 B过压、过流等保护措施。
单相逆变桥是系统的主要部分，整个脉冲电源
的性能都取决于该单元的工作状态。考虑本装置的
8 `  Z/ w+ q7 V0 d8 l输出指标以及器件选择的合理性，选择全桥电路拓
扑[2]。隔离放大电路采用脉冲变压器实现，负载
所需要的能量都经过脉冲变压器传递。对于变压器.
. O- ]8 G( B8 A# t3 ]4 k) Z的输出，系统采用的方法是将三电平电压近似为两
电平电压输出到高温炉。这种方法的优点一是采用
-个变压器实现能量转移，减小了电源系统的体
积;二是去掉了变压器输出整形电路，简化了设
计。本设计将变压器输出采用全桥电路整形，保证
输出脉冲电压的上升沿与下降沿而且可以输出准确
的占空比。变压器二次侧输出的交流电压的中间值
! U# [# T; a) o7 c+ b1 }为零，整形电路负电压反向，产生频率加倍、峰值.
为交流电压一半的脉冲电压。
2.2控制单元及硬件构成
) n5 |9 c9 b9 i9 d; g" I控制单元主要以嵌人式微处理器PIC16F877
为核心，再配以其他外围硬件而组成，主要完成以.
下的控制任务:
5 y! h# u8 q/ M(1)三相全控整流桥控制。
2 ~/ P2 w  `8 @(2)逆变桥驱动脉冲形成和逆变控制。
(3)对整个电源进行故障诊断的处理。

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三相交流电经三相; 全控整流桥后变为电压可控的直流脉动电压，再经直流滤波电容器之后变为平直的直流电压。

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大佬了解Marx脉冲电路吗