CN103354428B - 一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，该电源包括有超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）、基值电流产生电路（102）、高频引弧装置（103）。该等离子喷涂电源能够输出50～1000A基值电流，0～250A的脉冲电流，脉冲电流频率范围为20～100kHz，占空比调节范围10%～90%，且具有快速的电流上升沿和下降沿变化速率。本发明电源具有特殊的电弧特性和高频效应，能大大增加电弧的稳定性，并增强电弧的挺度和能量密度；同时，电弧在上万赫兹的高频脉冲激励下发出超声波，可细化喷涂颗粒，使涂层变得致密，并能降低涂层制备过程中的内部应力，从而使得等离子喷涂方法具有大幅提高涂层性能尤其是涂层结合强度的可能。

Description

一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源

技术领域

本发明涉及一种等离子喷涂装置上的电源，尤其涉及一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源。

背景技术

等离子喷涂是采用刚性非转移型等离子弧作为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂技术。其喷涂原理是通过等离子喷枪（又称等离子弧发生器）产生等离子射流电弧焰流。喷枪的钨电极（阴极）和喷嘴（阳极）分别接电源负极和正极，工件不带电，通过高频振荡器激发引燃电弧，工作气体在电弧的作用下电离成等离子体。由于热收缩效应、自磁收缩效应和机械收缩效应的联合作用，电弧被压缩，形成非转移型等离子弧。送粉器输送粉末喷涂材料进人等离子弧，并被迅速加热至熔融或半熔融状态，随等离子流高速撞击经预处理的基材表面，并在基材表面形成牢固的覆盖层（喷涂层），从而使零件被喷涂表面获得不同的硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀、绝缘、隔热、润滑等各种特殊物理化学性能，以满足零件不同工作条件的要求。

等离子喷涂具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己成为热喷涂技术的最重要组成部分。从上世纪50年代至今，其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油化工、纺织机械、船舶等领域。近年来等离子喷涂技术在高新技术领域如纳米涂层材料、梯度功能材料、超导涂层、生物功能涂层等方面的应用研究渐渐受到人们的重视。

根据现有的等离子喷涂技术，等离子喷涂的成套设备需由等离子喷涂电源、高频振荡器引弧装置、控制系统、送粉装置、喷枪、水冷系统、气路等组成。其中，喷涂电源的作用是将电网输入的动力电变换成满足等离子弧所需特性的直流电源，并在喷枪上产生高能压缩等离子电弧，为喷涂过程提供热能，用以熔化喷涂粉末。喷涂电源是等离子喷涂系统中的关键部件，其性能决定了喷涂质量的好坏。

现有技术中，喷涂电源主要为晶闸管整流式直流电源，体积庞大，能耗高，效率低。目前，等离子喷涂设备逐步开始采用IGBT逆变技术，正朝着大功率、小型化方向发展。

现有技术的另一方面，通过在直流等离子喷涂中引入较高频的电流脉冲，以激发电弧超声，所激发的电弧超声对涂层质量具有明显的改进作用。但是，现有技术的电弧超声均是通过一套附加的超声激励装置导入的，受电源基本拓扑结构及控制原理的限制以及高频大电流传输技术的制约，脉冲电流较小（电流有效值一般约为10A），对涂层质量的改善效果不明显。

发明内容

本发明根据等离子喷涂工艺的需要，提供了一种全新的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，不仅能够输出最高可达1000A的直流大电流，而且复合了超音频快变换脉冲大电流。所复合的脉冲电流幅值为0～250A，脉冲电流频率范围为20～100kHz，占空比调节范围10%～90%，且具有≥50A/μs快速的电流上升沿和下降沿变化速率。

本发明的一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其电源包括有超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）、基值电流产生电路（102）、高频引弧装置（103）；

所述超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）的正极输出端与等离子喷枪（3）的喷嘴连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）的负极输出端经高频引弧装置（103）后连接在等离子喷枪（3）的电极上；

所述基值电流产生电路（102）的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述基值电流产生电路（102）的正极输出端与等离子喷枪（3）的喷嘴连接，所述基值电流产生电路（102）的负极输出端经高频引弧装置（103）后连接在等离子喷枪（3）的电极上；所述基值电流产生电路（102）由四组结构相同的20kW直流电源（401）并联构成。

所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源用于等离子喷涂装置，为等离子喷枪提供所需特性的电源，能够在喷枪上产生高能压缩等离子电弧，为喷涂过程提供热能，以熔化喷涂粉末。

所述的等离子喷涂电源可以输出直流电流，并且复合了超音频快变换脉冲大电流；所述的等离子喷涂电源可以输出50～1000A直流电流，最大输出功率可达80kW；

所述的等离子喷涂电源复合的脉冲电流频率范围20kHz～100kHz，脉冲电流幅值最大可达250A，占空比调节范围10%～90%；

所述的等离子喷涂电源具有快速的电流上升沿和下降沿变化速率（≥50A/μs）；

所述的高频引弧装置串联在超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源的输出负极，用于喷涂电源启动时等离子电弧的引燃。

附图说明

图1为本发明的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源的工作原理框图。

图2为本发明中超音频快变换脉冲大电流产生电路的工作原理框图。

图2A为本发明中尖峰电压吸收电路的电路原理图。

图3为本发明中基值电流产生电路的工作原理框图。

图3A为本发明中直流电源A的工作原理框图。

图4为本发明中多组直流电源均流的工作原理框图。

图5A为脉冲频率为20kHz的脉冲电流波形。

图5B为脉冲频率为20kHz的脉冲电流波形放大后的上升、下降沿。

图5C为脉冲频率为33kHz的脉冲电流波形。

图5D为脉冲频率为33kHz的脉冲电流波形放大后的上升、下降沿。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1所示，本发明设计了一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，该电源包括有超音频快变换脉冲大电流产生电路101（下文简称为超－快变换产生电路101）、基值电流产生电路102、高频引弧装置103。

所述超音频快变换脉冲大电流产生电路101的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路101的正极输出端与等离子喷枪3的喷嘴连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路101的负极输出端经高频引弧装置103后连接在等离子喷枪3的电极上。

所述基值电流产生电路102的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述基值电流产生电路102的正极输出端与等离子喷枪3的喷嘴连接，所述基值电流产生电路102的负极输出端经高频引弧装置103后连接在等离子喷枪3的电极上。

本发明设计的等离子喷涂电源应用在等离子喷涂装置上，一方面能够为等离子喷枪提供所需特性的电源，另一方面能够在喷枪上产生高能压缩等离子电弧，为喷涂过程提供热能，以熔化喷涂粉末。

本发明设计的等离子喷涂电源可以输出直流电流，并且复合了超音频快变换脉冲大电流；

本发明设计的等离子喷涂电源可以输出50A～1000A直流电流，最大输出功率可达80kW；

本发明设计的等离子喷涂电源复合的脉冲电流频率范围20kHz～100kHz，脉冲电流幅值最大可达250A，占空比调节范围10%～90%；

本发明设计的等离子喷涂电源具有快速的电流上升沿和下降沿变化速率，即≥50安/微秒。

在本发明中，高频引弧装置103串联在本发明设计的等离子喷涂电源的输出负极上，是用于喷涂电源启动时的等离子电弧的引燃。

超音频快变换直流脉冲等离子喷涂具有特殊的电弧特性和高频效应，对电弧压力、温度场分布以及等离子体射流力等方面产生显著的影响，能大大增加电弧的稳定性，并增强电弧的挺度和能量密度。同时，电弧在上万赫兹（Hz）的高频脉冲激励下发出超声波，超声的机械效应为粉末熔化时提供微观的扰动，加速熔滴的破裂，减小喷涂微粒的体积，使粉末熔化更充分，涂层变得致密，未熔化区减小；而且超声波作用于涂层，所产生的机械振动能量具有应力释放作用，可降低涂层内部应力，从而使得这种喷涂方法具有大幅提高涂层性能尤其是涂层结合强度的可能。超音频快变换直流脉冲等离子喷涂无需附加任何超声激励装置，所复合的超音频快变换脉冲大电流就可以自然激发生成电弧超声，并且所产生的超声强度将大大超过利用一般附加激励装置产生的超声强度，同时控制更为方便灵活。

参见图2所示，所述超－快变换产生电路101由峰值电流产生电路201和超音频脉冲切换电路202串联而成。

所述基值电流产生电路102由四组结构相同的20kW直流电源401并联构成，如图3所示。每个20kW直流电源401的组成如图3A所示。

在本发明中，峰值电流产生电路201实质上是一个直流电源，其包括有三相全桥整流滤波电路（用于连接AC380V/50Hz动力电）2011、IGBT全桥逆变主电路2012、隔离变压器T1、二次整流滤波电路和输出电感L_p。基于PWM控制模式，直流电源采用电流闭环负反馈控制和PI调节电路，输出恒定的直流电流I_p至超音频脉冲切换电路202。

超音频脉冲切换电路202由功率开关管T_P与功率二极管D_P组成，超音频切换电路202的控制电路产生一列驱动脉冲控制功率开关管T_P的导通与关断，从而输出超音频(≥20kHz)脉冲电流I_pp，脉冲电流频率与占空比大小均可独立调节。

在峰值电流产生电路201中，输出电感L_p、功率开关管T_p与功率二极管D_p构成Boost电路。根据Boost电路的工作原理可知，当开关管关断T_p时，电感L_p中的电流不能突变，这样在超音频脉冲切换电路的输出端可得到快速上升的脉冲电流，从而保证了超音频脉冲电流具有快速的上升沿和下降沿变化速率。

尖峰电压吸收电路2023并联在超音频脉冲切换电路202的输出端，用来吸收功率开关管T_p和功率二极管D_p换流过程中出现的尖峰电压。在功率开关管T_p导通或关断换流过程中，功率开关管T_p和功率二极管D_p上将产生很大的过电流或过电压。特别地，当T_p由导通转为截止时，电流从T_p换流至D_p时，由于回路电感的存在，将在开关管T_p的漏极和源极两端（ce两端）产生过高的过电压，从而危及功率开关管的安全运行。

参见图2A所示，尖峰电压吸收电路2023包括有辅助直流电源、无极性电容C1、电解电容C2、功率电阻R1和功率二极管D1组成。尖峰电压吸收电路2023用于实现对超音频脉冲切换电路202的过电压尖峰保护，保证功率开关管T_p的可靠和安全工作。当超音频脉冲切换电路202两端的尖峰电压超过辅助直流电源的设定电压时，该尖峰电压吸收电路2023会被电容C1和C2吸收，多余的能量通过功率电阻R1释放，从而达到有效可靠保护的目的。在实际应用过程中，根据具体的电路参数，将辅助直流电源的输出调节为某一合适值，以免减小超音频脉冲电流上升沿和下降沿的变化速率。这是因为当辅助直流电源输出电压过低时，功率二极管D1将提前导通，从而对电流I_b和I_pp形成了分流回路，造成流向电弧负载的电流减小，影响电流上升沿和下降沿的变化速率。

参见图3所示，基值电流产生电路102由第一直流电源401、第二直流电源402、第三直流电源403和第四直流电源404并联构成，基值电流产生电路102能够输出50～1000A直流电流，最大输出功率可达80Kw。这样，不仅很好的满足了等离子喷涂工艺大电流输出的要求，而且可以提高整机运行的安全可靠性，降低了设计难度和生产成本。

在四组直流电源中，第一直流电源401为主控直流电源，第二直流电源402、第三直流电源403和第四直流电源404与第一直流电源401具有相同的主电路结构。每一组直流电源主要由主电路和控制电路组成，主电路包括三相全桥整流滤波电路、IGBT全桥逆变主电路、高频变压器，二次整流滤波电路。控制电路又可以进一步分为脉宽调制（PWM）电路、IGBT驱动电路、外特性控制电路、均流控制电路，以及保护电路、电流采样、报警显示电路等。此外，第一直流电源的主控制板上还具有电压采样电路、高频引弧控制电路、电流设定电路、自主均流计算电路，以及电源启动/停止电路等。

基值电流产生电路由四组直流电源模块并联复合而成，为了确保系统的安全可靠，四组直流电源必须工作在均流状态。因此，在四组直流电源采用相同主电路的基础上，提出了并联自主均流的控制方法。具体的方法是：操作者通过控制柜设定好直流喷涂电流后，设定的电流值传送到主控制板进行均流计算，将电流设定值平均分配并传送至四组直流电源（即I_g=总设定电流/4）作为电流闭环控制电路的电流给定信号。每一组直流电源均采集其输出电流，电流反馈信号If与计算好的电流给定信号I_g进行误差计算，然后通过PID调节电路，对PWM信号进行调节，从而实现了恒定电流输出。因此，在启动电源输出后，四组直流电源都将根据各自分配的电流值进行独立的电流闭环控制。这样，当每一组直流电源的输出电流都达到设定的输出电流I_g时，不仅总的输出电流满足了等离子喷涂电流的需要，而且很好保证了每一组直流电源都工作在最佳均流状态，从而提高了系统的可靠性。

在本发明中，图1是超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源的工作原理框图，主要包括：超音频快变换脉冲大电流产生电路101、基值电流产生电路102、高频引弧装置103。其中，超音频快变换脉冲大电流产生电路101与基值电流产生电路102的输入端并联连接至AC380V动力电源，而输出端并联连接至高频引弧装置103后再连接至等离子喷枪3。

参考图1所示，AC380V/50Hz动力电源输入至超音频快变换脉冲大电流产生电路101后经处理输出0～250A连续可调的脉冲电流I_PP，该脉冲电流I_PP频率范围为20kHz～100kHz，电流变化率大于等于50安/微秒；同时，AC380V/50Hz动力电源输入至基值电流产生电路102后经处理输出5～1000A连续可调的直流电流I_b；I_PP与I_b在输出端并联复合后连接至等离子喷枪3，这样，在等离子喷枪3的阴极和阳极上就可以实现超音频快变换直流脉冲大电流输出，从而可以实现超音频快变换直流脉冲等离子喷涂。高频引弧装置103串联在基值电流产生电路102的输出负极上。当第一直流电源401的主控板检测到输出直流电流小于5A时，控制电路将会自动触发高频引弧脉冲，并通过引弧电感耦合至等离子喷枪3的电极和喷嘴上，从而击穿电极和喷嘴之间的工作气体，从而引燃等离子电弧。

在本发明中，图2是超音频快变换脉冲大电流产生电路的工作原理框图。超音频快变换脉冲大电流产生电路101由峰值电流产生电路201和超音频脉冲切换电路202串联而成。

峰值电流产生电路201实质上是一个直流电源，包括三相全桥整流滤波电路2011、IGBT全桥逆变主电路2012、隔离变压器T1、二次整流电路（由二极管D11和二极管D12构成的全波整流电路）和输出电感Lp。AC380V/50Hz动力电源经三相全桥整流滤波电路2011整流滤波后变成约540V直流电，然后输入IGBT全桥逆变主电路2012，再次变换成约20kHz的交流方波。该交流方波经高频变压器T1耦合到变压器的副边，并经二次整流电路、滤波电感Lp变换成稳定的恒流源输出。电流传感器2016采集输出回路中的峰值电流I_pf（简称峰值电流反馈I_pf），通过电流设定2020可以设定脉冲电流的峰值电流I_pg（简称峰值电流给定I_pg），将I_pf与I_pg传输至控制电路2018进行误差运算，获得PWM控制波形的脉冲宽度，然后再经驱动电路2017改变逆变主电路中开关管的导通时间，从而实现了峰值电流I_p的输出。其中，保护电路2019用于实现过流、欠压和过热等保护。

峰值电流产生电路201输出的峰值电流I_p输出至超音频脉冲切换电路202。超音频脉冲切换电路202主要由功率开关管T_P与功率二极管D_P组成。DSP控制电路2025产生一列脉冲信号经驱动电路2024后控制功率开关管T_P导通与关断，从而就可以在超音频脉冲切换电路202的输出端得到对应的脉冲电流I_pp。其中，脉冲电流I_pp的频率与占空比大小均可通过控制面板上的脉冲频率设定2026和占空比设定2027进行独立调节。

在超音频快变换脉冲大电流产生电路101中，输出电感L_p、功率开关管T_p与功率二极管D_p构成Boost电路。根据Boost电路的工作原理可知，当功率开关管T_p关断时，输出电感L_p中的电流不能突变。这样，当功率开关管T_p快速关断时，输出电感L_p中的电流I_p将通过功率二极管D_p转移至超音频脉冲切换电路202的输出端，从而在超音频脉冲切换电路的输出端202可得到快速上升的脉冲电流I_pp。

在本发明中，图2A是尖峰电压吸收电路的工作原理图。在超音频脉冲切换电路功率开关管T_p导通或关断换流过程中，功率开关管T_p和功率二极管D_p上将产生很大的电流尖峰和电压尖峰。当功率开关管T_p由导通转为截止时，电流从功率开关管T_p换流至功率二极管Dp时，由于回路电感的存在，将在功率开关管Tp的漏极和源极两端（ce两端）产生过高的电压尖峰，从而危及功率开关管Tp的安全运行。尖峰电压吸收电路2023并联在超音频脉冲切换电路202的输出端，用来吸收功率开关管T_p和功率二极管D_p换流过程中出现的过电压尖峰，以保证系统安全可靠的运行。

尖峰电压吸收电路2023主要由辅助直流电源、无极性电容C1、电解电容C2、功率电阻R1和功率二极管D1组成。当超音频切换电路202两端的尖峰电压超过辅助直流电源的设定电压时，该尖峰电压会通过功率二极管D1被电容C1和C2吸收，多余的能量通过功率电阻R1释放，从而将功率开关管Tp漏源两端的电压限定在一定的范围内，达到有效可靠保护的目的。在实际应用过程中，根据具体的电路参数，将辅助直流电源的输出电压调节为某一合适值，以免减小超音频脉冲电流上升沿和下降沿的变化速率。这是因为当辅助直流电源的输出电压过低时，功率二极管D1将提前导通，从而对峰值电流I_p形成分流，造成流向电弧负载的电流减小，影响脉冲电流I_pp的上升沿和下降沿变化速率。

在本发明中，图3是基值电流产生电路的工作原理框图。基值电流产生电路102由第一路直流电源401、第二路直流电源402、第三路直流电源403和第四路直流电源404并联构成，且四路直流电源结构相同。每组直流电源最大可输出250A电流，输出功率为20kW，这样基值电流产生电路总共可以输出最大1000A直流电流，最大输出功率可达80kW，不仅很好的满足了等离子喷涂工艺大电流输出的要求，而且可以提高整机运行的安全可靠性，降低了设计难度和生产成本。第一路输出电流I_b1、第二路输出电流I_b2、第三路输出电流I_b3和第四路输出电流I_b4汇总为基值电流I_b输出至等离子喷枪3。

在本发明中，参见图3A所示，第一路直流电源401包括有三相全桥输入整流电路501、滤波电路502、全桥逆变电路503、高频变压器504、输出整流电路505、输出滤波电感506、电流传感器507、电压传感器508、脉宽调制（PWM）控制电路512、IGBT驱动电路510、同步电路509（即同步电路509对脉宽调制（PWM）控制电路512输出驱动信号进行同步保持）、电流检测电路513，以及保护电路511（即保护电路511对脉宽调制（PWM）控制电路512进行过载保护）。此外，第一直流电源401的主控制板上布局有电压采样电路、高频引弧控制电路103、电流设定电路514、均流计算电路515，以及电源启动/停止电路等。AC380V/50Hz的动力电源经三相全桥输入整流电路501接入后，顺次进行整流（三相全桥输入整流电路501）、滤波（滤波电路502）、逆变（全桥逆变电路503）、电压变换（高频变压器504）、再整流（输出整流电路505）后输出。通过电流传感器507采集第一路电流反馈值I_f给检测电路513，通过电压传感器508采集第一路电压反馈值U_f给检测电路513，通过电流设定电路514和均流计算电路515输出1/4基值电流给定I_g，该1/4基值电流给定I_g、以及经检测电路513后的第一路电流反馈值I_f和第一路电压反馈值U_f经脉宽调制（PWM）控制电路512处理后，输出PWM波；该PWM波经IGBT驱动电路510后作用到全桥逆变电路503上进行逆变处理。对于第一路直流电源401中各个电路的电路原理结构为常规电路，不同之处在于各个电路模块的配合。

考虑到基值电流产生电路由四组直流电源模块并联复合而成，因此为了确保系统的安全可靠，四组直流电源必须工作在均流状态。在四组直流电源采用相同主电路结构的基础上，提出了并联自主均流的控制方法，其工作原理框图如图4所示。具体的方法是：操作者通过控制柜设定好直流喷涂电流后，设定的电流值I_total传送到第一直流电源401主控制板的均流计算电路515上进行均流计算，将电流设定值I_total平均分配并传送至四组直流电源（即I_g=I_total/4）作为电流闭环控制电路的电流给定信号。实际工作时，每一组直流电源均检测其输出电流，并将电流反馈信号I_f与计算好的电流给定信号I_g进行误差计算，然后通过PID调节电路，对PWM控制信号进行调节，从而实现了恒定电流输出。因此，在启动电源输出后，四组直流电源都将根据各自分配的电流设定值进行独立的电流闭环控制。这样，当每一组直流电源的输出电流都达到设定的输出电流I_g时，不仅总的输出电流满足了等离子喷涂电流的需要，而且很好保证了每一组直流电源都工作在最佳均流状态，从而提高了系统的可靠性。

图5A、5B为脉冲频率为20kHz的脉冲电流波形，图5C、5D为脉冲频率为33kHz的脉冲电流波形。从图5B、5D可以看出，脉冲电流的上升沿和下降沿均大于50A/μs。

本发明提供了一种全新的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，能够输出50A～1000A基值电流（最大输出功率可达80kW），0～250A的脉冲电流，脉冲电流频率范围为20～100kHz，占空比调节范围10%～90%，且具有快速的电流上升沿和下降沿变化速率（≥50A/μs），适用于各种等离子喷涂装置，可显著提高涂层的质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明设计的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源能够应用于等离子喷涂装置上，为等离子喷枪提供所需特性的电源，能够在喷枪上产生高能压缩等离子电弧，为喷涂过程提供热能，以熔化喷涂粉末。

Claims (7)

1.一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：该电源包括有超音频快变换脉冲大电流产生电路(101)、基值电流产生电路(102)、高频引弧装置(103)；

所述超音频快变换脉冲大电流产生电路(101)的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路(101)的正极输出端与等离子喷枪(3)的喷嘴连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路(101)的负极输出端经高频引弧装置(103)后连接在等离子喷枪(3)的电极上；

所述基值电流产生电路(102)的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述基值电流产生电路(102)的正极输出端与等离子喷枪(3)的喷嘴连接，所述基值电流产生电路(102)的负极输出端经高频引弧装置(103)后连接在等离子喷枪(3)的电极上；所述基值电流产生电路(102)由四组结构相同的20kW直流电源(401)并联构成；

所述超音频快变换脉冲大电流产生电路(101)由峰值电流产生电路(201)和超音频脉冲切换电路(202)串联而成；峰值电流产生电路(201)包括有三相全桥整流滤波电路(2011)、IGBT全桥逆变主电路(2012)、隔离变压器(T1)、二次整流滤波电路和输出电感(L_p)；基于PWM控制模式，直流电源采用电流闭环负反馈控制和PI调节电路，输出恒定的直流电流I_p至超音频脉冲切换电路(202)；超音频脉冲切换电路(202)由功率开关管(T_P)与第一功率二极管(D_P)组成，超音频脉冲切换电路(202)的控制电路产生一列驱动脉冲控制功率开关管(T_P)的导通与关断，从而输出≥20kHz的超音频脉冲电流I_pp，脉冲电流频率与占空比大小均可独立调节；

尖峰电压吸收电路(2023)包括有辅助直流电源、无极性电容(C1)、电解电容(C2)、功率电阻(R1)和第二功率二极管(D1)组成；尖峰电压吸收电路(2023)用于实现对超音频脉冲切换电路(202)的过电压尖峰保护，保证功率开关管(T_p)的可靠和安全工作；当超音频脉冲切换电路(202)两端的尖峰电压超过辅助直流电源的设定电压时，该尖峰电压吸收电路(2023)会被无极性电容(C1)和电解电容(C2)吸收，多余的能量通过功率电阻(R1)释放；

基值电流产生电路(102)由第一直流电源(401)、第二直流电源(402)、第三直流电源(403)和第四直流电源(404)并联构成，基值电流产生电路(102)能够输出50～1000A直流电流，最大输出功率可达80Kw；第一直流电源(401)为主控直流电源，第二直流电源(402)、第三直流电源(403)和第四直流电源(404)与第一直流电源(401)具有相同的主电路结构。

2.根据权利要求1所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：峰值电流产生电路(201)包括三相全桥整流滤波电路(2011)、IGBT全桥逆变主电路(2012)、隔离变压器(T1)、二次整流电路和输出电感(L_p)；AC380V/50Hz动力电源经三相全桥整流滤波电路(2011)整流滤波后变成约540V直流电，然后输入IGBT全桥逆变主电路(2012)，再次变换成约20kHz的交流方波；该交流方波经隔离变压器(T1)耦合到变压器的副边，并经二次整流电路、输出电感(L_p)变换成稳定的恒流源输出；电流传感器(2016)采集峰值电流反馈I_pf，通过电流设定(2020)可以设定峰值电流给定I_pg，将I_pf与I_pg传输至控制电路(2018)进行误差运算，获得PWM控制波形的脉冲宽度，然后再经驱动电路(2017)改变逆变主电路中开关管的导通时间，从而实现了峰值电流I_p的输出；而保护电路(2019)用于实现过流、欠压和过热保护。

3.根据权利要求1所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：第一直流电源(401)包括有三相全桥输入整流电路(501)、滤波电路(502)、全桥逆变电路(503)、高频变压器(504)、输出整流电路(505)、输出滤波电感(506)、电流传感器(507)、电压传感器(508)、脉宽调制控制电路(512)、IGBT驱动电路(510)、同步电路(509)、电流检测电路(513)；保护电路(511)对脉宽调制控制电路(512)进行过载保护；AC380V/50Hz的动力电源经三相全桥输入整流电路(501)接入后，顺次进行整流、滤波、逆变、电压变换、再整流后输出；通过电流传感器(507)采集第一路电流反馈值I_f给检测电路(513)，通过电压传感器(508)采集第一路电压反馈值U_f给检测电路(513)，通过电流设定电路(514)和均流计算电路(515)输出1/4基值电流给定I_g，该1/4基值电流给定I_g、以及经检测电路(513)后的第一路电流反馈值I_f和第一路电压反馈值U_f经脉宽调制控制电路(512)处理后，输出PWM波；该PWM波经IGBT驱动电路(510)后作用到全桥逆变电路(503)上进行逆变处理。

4.根据权利要求3所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：设定的电流值I_total传送到第一直流电源主控制板的均流计算电路上进行均流计算，将电流设定值I_total平均分配并传送至四组直流电源作为电流闭环控制电路的电流给定信号。

5.根据权利要求1所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：所述的超音频脉冲切换电路具有尖峰电压吸收电路，该吸收电路并联在超音频脉冲切换电路的输出端，用来吸收功率开关管(T_p)和第一功率二极管(D_p)换流过程中出现的尖峰电压，从而保证功率开关管(T_p)安全可靠工作。

6.根据权利要求1所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：该等离子喷涂电源能够输出50～1000A基值电流，0～250A的脉冲电流，脉冲电流频率范围为20～100kHz，占空比调节范围10％～90％，且具有≥50A/us的电流上升沿和下降沿变化速率。

7.根据权利要求1所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其特征在于：所述超音频快变换脉冲大电流产生电路的输出端与所述的基值电流产生电路的输出端并联在一起的，并连接至等离子喷枪；所述高频引弧装置串联在超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源的输出负极中，用于等离子电弧的引燃。