双脉冲控制系统的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种双脉冲控制系统。

背景技术：

传统的直流电镀是在直流电的作用下阴极周围的电镀液中的金属离子不断沉淀析出，破坏了电镀槽中电解液浓度的均匀性，产生了一定的浓度差。最后导致镀件上氢气 析出量增加，镀层质量变坏，使镀层出现针孔，麻点，粗糙和起泡等问题。“定时反电 流脉冲”方式，即双向脉冲电镀方式能够很好的解决直流电镀带来的问题。实际上，脉 冲电镀可以看成是一种通断直流电镀。正向脉冲过程等同直流电镀；而反相脉冲由于峰 值电流较大(为正向2-3倍)，正是这个瞬时高电流度使得金属离子在较高的过电位下还 原。当负向电流关断时，阴极附近的金属子浓度又回到初始状态，浓差极化消除，这极 大的优化了下一个正向脉冲周期电镀过程。同时反相脉冲还能产生对沉积层有利的重结 晶、脱吸附等现象。实践证明，双向脉冲电镀在细化晶层，改善镀层质量，节约贵金属 方面有着传统直流电镀不可比拟的优势。

随着电力电子技术的发展，开关电源已成为双向脉冲电源的主流，而开关电源常常 使用专用的芯片如TL494、SG3525等来产生PWM波形，并由其通过反馈信号来实现 对PWM波形的宽度的调节，从而获得稳定的输出。当控制电路设计完成后，就是一个 相对独立的系统，调节、控制方式不能再更改，系统的总体协调功能差。采用单片机 +CPLD等并通过编程来实现PWM波形。这种方法仅需要一块芯片就能完成任务，由 于使用VHDL编程实现PWM的信号输出，提高占空比的调节精度可以通过改变CPLD 外接的晶振的频率来改变，功率开关管的死区时间能够方便的调整，控制精度高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了双脉冲控制系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种双脉冲控制系统，包括主电路、数字PWM脉冲产生电路、单片机、测量电路、LCD触摸屏以及辅助电源电路，所述单片机分别与数字PWM脉冲产生电路、LCD触摸屏连接并由辅助电源电路供电；其中主电路包括自380V交流接入端依次连接的三相整流桥电路、全桥逆变电路、全波整流电路、LC滤波电路及H桥斩波电路，该全桥逆变电路及H桥斩波电路各通过一驱动电路与数字PWM脉冲产生电路输出端连接。

本发明的有益效果：

该脉冲系统在电流型控制系统基础上通过将工频交流电整流为直流高压电源，通过高频电压变换及高频整流产生低压大电流电源，再通过LC滤波成纯直流电源，然后送到一个不对称的全桥变换电路（又称斩波电路），产生一个人为的平波（即纯直流）或双向脉冲方波输出。从而大大改善电镀工艺及提升电镀质量，将越来越多的应用于该领域。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1：基于CPLD控制的双向脉冲电镀开关电源的系统框图；

图2：CPLD实现的数字PWM芯片控制信号分配图；

图3：触摸屏及其接口电路；

图4：测量电路图；

图5：保护电路图；

图6：输出脉冲波形图；

图7：主程序流程图。

具体实施方式

由图1系统框图可知，一种双脉冲控制系统，包括主电路、数字PWM脉冲产生电路、单片机、测量电路、LCD触摸屏以及辅助电源电路，所述单片机分别与数字PWM脉冲产生电路、LCD触摸屏连接并由辅助电源电路供电；其中主电路包括自380V交流接入端依次连接的三相整流桥电路、全桥逆变电路、全波整流电路、LC滤波电路及H桥斩波电路，该全桥逆变电路及H桥斩波电路各通过一驱动电路与数字PWM脉冲产生电路输出端连接。能够实现AC-DC-AC-DC-AC，即从三相低频(50Hz)交流电变为直流电，经逆变桥转变为高频(20kHz)交流电，通过高频变压器降压为低压，全波整流为低压直流电以满 足电镀所需电压的大小，最后经H桥斩波电路再转换为双向脉冲电源。测量电路测出 电压、电流的大小，一方面送给单片机，经计算，传给PWM脉冲产生电路，产生逆变 电路和H桥斩波电路的控制信号，并经各自的驱动电路送到逆变电路的控制端；另一 方面送给保护电路，对电路起到及时保护的作用。辅助电源电路是给系统提供工作电源 的。

PWM脉冲产生电路是由CPLD实现，其控制信号分配图如图2所示。它的外部引脚oc为过流保护控制端；uv为欠压保护控制端。pwm_en为输出PWM脉冲输出的使 能控制端。除上述保护信号输入端外，数字PWM芯片控制还有一些控制信号。图中左 侧是各种保护信号和控制信号输入控制端，右侧为信号输出控制端。其中clk为时钟信 号控制输入端它是整个数字PWM芯片进行计数控制的基准节拍，是整个系统的基础， 具有稳定输出和提高精度的作用。ce为片选端，wr为写信号控制端，wid[9..0]是设定 双向正负脉冲宽度的数据输入端，可以设置成正负脉冲PWM(pwm3，pwm4)宽度不相同， 如图3所示仿真波形，正负脉冲的幅值的大小由width[9..0]设定，当width[9..0]数值不 相同时，输出电压的幅值不相同，其值越大，输出的PWM(pwm1，pwm2)脉冲越宽，输 出电压越高，要实现正负脉冲不等幅时，可以由输出wid[9..0]设定值和单片共同决定 width[9..0]，即正脉冲时，width[9..0]值小，负脉冲时width[9..0]大。右侧pwm1、pwm2、 pwm3和pwm4为PWM脉冲输出端，用以输出两路相位差180°驱动脉冲信号。syn_out 为输出信号协同控制端，它也是要连接到单片机中用以整个系统的控制的。系统的逆变 频率和死区时间决定了双路PWM脉冲的占空比不得超过80％。

电压测量、电流测量电路设计：如图4所示，由于被测对象是双向脉冲低压的脉冲 宽度是由触发脉冲PWM(pwm3，pwm4)宽度决定的，其幅值的大小由输入电压(即全波 整流输出电压)决定的，因此电压的测量可以直接对整流输出电压进行分压来实现，电 镀电流电流值较大且是直流电，因而可以采用分流器来测量，系统中选用的分流器是将 1500A的电流转换为75mV的直流电压，然后经过电压放大，得到适合于C8051F020 的ADC的输入电压，电路可设计为如图4所示电路。

保护电路设计：如图5所示，这部分电路由LM393芯片组成比较电路，它内部其实是两个比较电路。SCR2组成记忆电路，LED和R25组成显示电路以及D34和R27 组成的逻辑电路四个单元构成。当正常工作时输入比较器同相端的电流信号形成的输入 电压小于反相端定值电压(即所要求的保护定值电压)，比较器输出低电平，SCR2处于 截止状态，过流指示灯LED不亮；当电流信号形成的输入电压大于设定的定值电压(即 保护值)时，比较器输出高电平，SCR2导通，点亮过流指示灯LED，并记忆故障信号。 同时，通过D34和R27使CPLD的oc端变成高电平，从而数字PWM芯片封锁触发脉 冲，保护主电路。电压保护部分与电流相似，SW4为复位按钮。

输出脉冲波形如图6所示。TW1、TW2是正负脉冲的宽度，VM，Vm是正负脉冲的幅值，都可以根据实际生产需求通过外部进行设置。

软件系统设计：程序开发使用的环境是Keil集成开发软件(要安装驱动)，使用C语 言进行程序设计，程序设计为模块化设计，这样的结构调试比较方便，其主程序很简洁，流程图如图7所示。系统中选择单片机C8051F020内部的定时器3来实现PID调节相 关功能，设计定时时间为5ms，中断600次为一个调节周期(3S)，分辨率为1/600能够达到系统的要求。

该脉冲系统在电流型控制系统基础上通过将工频交流电整流为直流高压电源，通过高频电压变换及高频整流产生低压大电流电源，再通过LC滤波成纯直流电源，然后送到一个不对称的全桥变换电路（又称斩波电路），产生一个人为的平波（即纯直流）或双向脉冲方波输出。从而大大改善电镀工艺及提升电镀质量，将越来越多的应用于该领域。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。