多功能脉冲恒流源的研究
多功能脉冲恒流源的研究
孙南海! 王培元! 刘德喜
! 襄樊学院! 湖北襄樊! #" " $$0#
摘! 要! 针对微弧氧化" 离子渗氮等离子体表面处理工艺中有时需要电流恒定这一特点! 提出一种新型的多功能脉冲恒流源! 此电源既可以实现峰值电流恒流也可以实现平均值电流恒流! 并且可以进行实时的转换#该电源的设计思想和具体实现方法在文中有详细的阐述! 且其! 种功能在不同的参数条件下均能稳定工作#另外! 将此电源用于部分工艺实验后也产生了较好的效果#
关键词! 等离子体表面处理工艺$脉冲恒流源$峰值电流恒流$平均值电流恒流
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随着制备工艺和方法的不断创新!! 在材料制备领域中#
和发展#如等离子体表面处理&阳极氧化&微弧氧化&脉冲电镀等#其对电源的要求越来越高#传统的稳压电源已完全不能满足诸多新技术的特殊需求#亟待新的能符合实验和生产需要的电源出现’脉冲恒压源&脉冲恒流源就是在脉冲电源的基础上发展起来的特殊功能电源#下面就脉冲恒流源的一种制作方法做一介绍’
随电压:M 下降到电压互感器送往电压环的反馈信号时#之减小’由于:不变#输出越大导致移相角前移#整流器输出电压升高#当输出电压恢复到接近原定值时#自动调节过程结束’如果外部扰动使输出电压升高#系统同样能自动调节使负载电压恢复到接近原稳定值%对应一个给定的基准电流#就有一个稳定的输出电流值’电源工作时当系统有大的电流变化时#系统同样能自动调节使系统电流稳定在和负载要求相对应的值上’
:! 框图及工作原理
如图" 所示#此脉冲恒流源是带电压负反馈#电流负反馈的双闭环控制系统#由给定&比较&校正&执行&检测等环节组成#其工作原理如下$参考电压:经过给定积分后得到电压:B 得:B E #E 和来自电压传感器反馈信号:! 比较#经电压环放大后#得到控制电压:Z #到误差信号:Z #:Z 和来自电流反馈的信号:! 比较后#经电流环放大得输出电使输出电压:M 变化#当压:A #:A 作用于脉冲调节电路#基准电压为一给定值时#负载电压稳定在某一相应值上#调整基准电压就得到所需的电压值’该恒流电源抗扰动的调节过程#输出电压当基准电压:为某一个给定值时#假如这时电网电压波动#使负载:M 有一个相应的稳定值#
收稿日期! ! $$2$%" 0
图" ! 脉冲恒流源框图
从图" 中可以看出#该电源为典型的电压反馈&电流反馈双闭环控制系统’为减少起动时对滤波电容造成大的冲击#使得给定的阶跃信号变成一个随时间逐渐增加的
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电压信号直到和给定信号相等为止! 这可以通过调节积分器中分压电位器来改变积分时间而实现"
集成电路节器的速度跟不上! 需要加足够快速的峰值保护电路来弥补调节器的不足"
而对于平均值恒流! 相对而言就简单很多! 可以直接将采样出来的脉冲信号加到滤波电路中! 出来的信号就可以作为反馈信号来使用"
; ! 各单元电路设计! M " ! 调节器
根据调节器的不同功能! 主要分为’3调节器#’) 调节器#知’’3) 调节器等" 根据控制理论! 3调节器可以实现无静差! 因此选用’3调节器作为电压电流环的设计"
另外! 一般工程设计中均在系统开环对数频率特性中进行! 把系统校正为$最佳%设计调节器参数" 由于二阶工程设计得到的系统性能较佳! 因此选用二阶工程设计法! ! M /! 脉冲调节电路
对于脉冲调节! 能实现这些功能的芯片实在是太多了! 比如#但考虑到制作成本和性能! 用最简Z #! /" #$等! 单的U U U 就可以实现并满足要求了"
这里用V R U U U 构成的单稳态电路来作为主电路中的脉冲宽度调制器"
二阶系统的结构图如图! 所示"
图! ! 二阶系统结构图
M " M " ! 电流调节器
从图" 可看出! 电流环的原有环节为! 个惯性环节" 其综合开环传递函数为
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3’8&’&3’按二阶工程设计法! 选用’3调节器串联校正! 调节器传递函数为8$&3’" %3’&" ’" (, 3
3’! 校正后电流环开环传递函数为8W 3&3’" 8$&3’8W &&3’" 所设计的’3调节器电路如图/所示"
M " M ! ! 电压调节器
电压环的环节为一个大惯性! ! 个小惯性! 合并! 个小惯性后其综合开环传递函数为)
8W T &3’" 8&(&3’8" &
3’8T *&3’按二阶工程设计法! 选用’3串联校正! 调节器传递函数为8+" %T *&
" ’" (, +3’! 校正后电流环开环传递函数为8W T " 8+8W T ! 实际设计时! 使用了比例系数可变的’3调节器" 其电路如图#所示"
图/! 电流环’3调节器图#! 电压环’3调节器
M ! ! 采样整形电路
由于经过电流(电压互感器采样出来的信号都是脉冲信号! 而根据各种工艺条件不同所要求的恒流性质就不一样! 这里主要分为峰值恒流和平均值恒流! 种"
对于峰值恒流! 其方法主要是将采样的脉冲信号后加一个保峰电路! 将其峰值取出来后再经过滤波电路即可" 简单可行的保峰电路可以由一个小电容和一个大电阻并联实现" 不过这种恒流方式的工作频率不能太高!
否则调万方数据
当控制电压升高时! 电路的阀值电压也升高! 输出的脉冲宽度随之增加*而当控制电压降低时! 电路的阀值电压也降低! 输出的脉冲宽度随之减小" 因此! 若控制电压波形时! 输出端便得到一串随控制电压变化的脉冲宽度调制波"
整体实现电路
脉冲恒流源电路如图U 所示" 图中运放是高精度运放! a " ! a ! 是功率S W C *R -! 负载为感性" V R U U U 构成脉冲调制器! 工作于单稳态方式! 此工作方式在这里不再赘述"
图U ! 脉冲恒流源电路
图U 中电流样和电压样均由各自的互感器取出! 后送到调节环进行调节" 另外图U 中二极管I 的作用如下) 2! 导通时! I 处于截止状态!
直流电压加在I 的两端! 对负载供电*2! 截止时! 输入电压为$! I 在回路电感的作用下导通! 构成续流回路! I 还可以使输出信号电压从高电平跳变到低电平时在感性负载两端产生反电动势! 以减少
对开关管的冲击"
=! 结! 语
通过对该脉冲恒流源的输出电流与输入电压的关系#取样电阻与输出电流的关系! 占空比与输出电流的关系等几个方面性能的检测! 实验结果均达到预期的目的" 适当选择电路中的元件参数! 当控制电压从$! UT 变化时! 该恒流源电路&平均值恒流’的输出电流将在$! !, 范围内
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!! 利用卷积定理得到时域解!
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#间的关-!! 状态方程分析法可称为状态变量与激励! "
系) 适当地选择电路中L 个状态变量’可以将一个L 阶微分方程变换为L 个一阶微分方程’他表示L 个状态变量间以及他们与激励间的关系) 用向量形式表示’得到一阶向量微分方程’称为电路的状态方程) 用一阶向量微分方
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程描述电路’其优点是求解比高阶微分方程容易) 尤其是用数值法在计算机上求解时更方便’并可以帮助人们直接了解电路内部各状态变量随时间变化的规律’不像经典法只能求出响应变量’其余变量要另外计算) 那样’
作者简介! 高! 莹! 长期从事电路和信号与系统的教学与研究工作!
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" 上接第" #0页#
!! 下面是客户端对服务器组件中电源接口调用的一段
程序!
((首先对服务器端的组件接口进行检索’得到所需要的接口((
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结! 语
应用&(WS ) &WS 技术开发的测试软件能更好地与操作系统融合’充分利用各种资源’并且有利于使测试软件实现通用化-系列化标准’系统软件的可测试性水平较高’系统的扩展性能得到加强)
参! 考! 文! 献
%&贾惠芹’刘君化M 构造基于:R &" . 的远程测控网络模型%4M
仪器仪表学报’" #! ! $$" ’! ! P //$0/$%’/! #M
%&4北京! 清! 9@=6’
华大学出版社’! $$! M
作者简介! 郭! 瑞! 女$陕西省渭南人$硕士$驻北京地区军事代表室工程师! 主要从事复杂武器装备可测试性%计" Z 02年出生$
算机自动测试与智能故障诊断等方面的研究!
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%&李希举M 大功率连续可调稳流源的设计原理%&电测与仪! 4M
表’" #! " Z %%U " 2" Z M
%&陈凯良M 恒流源及其应用%杭州! 浙江科学技术出版/S &M
社’" Z Z ! M
参! 考! 文! 献
%&曾滨M 高精度恒流源%&电测与仪表’" #! " 4M " Z Z #2/#/2M
%&扬兴M 可编程双相功率SW &电测与仪表’#C *R -恒流源%4M
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连续变化’且有较好的线性度*在主电路工作频率不高的情况下’峰值恒流功能同样能够稳定工作)
作者简介! 孙南海! 男$硕士研究生! 主要研究方向为电力电子技术!
王培元! 男$硕士研究生! 主要研究方向为高频电子技术! 刘德喜! 男$博士! 主要研究方向为计算机应用!
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