CN103436932A - 全数字式单脉冲电镀电源的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，涉及电子电路技术领域，包括与数字信号处理模块连接的用于保存电源工作参数，控制参数掉电保存的EEROM、功率板和次级温度检测和保护的模块、用于完成通信的通信端口、用于完成放大反馈电压和电信信号的模拟放大器、PWM信号驱动变压器以及用于进行电源状态指示灯、蜂鸣器的显示模块。本发明提供一种全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，其脉冲宽度精度高，保证了金属表面处理中产品的一致性和产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种全数字式单脉冲电镀电源的控制系统。
背景技术
单脉冲电源作为金属表面处理工艺中下一代的供电设备较直流电源有着很好的优势，但是当前无论是直流电源还是单脉电源，其控制都缺不了以专用PWM芯片为主的控制部分，例如：UC3526，UC3825等。在一定的程度上来讲，这种模式有着其自身的优点，尤其体现在可靠性上，是开关电源控制方式中其他模式无法达到的，以至于在直流电源中使其占有者绝对的市场份额，并且延续至今。典型的控制系统方案见图1。但是当金属表面处理工艺发展到了必须用脉冲电源来提供电能时，这种单纯使用专用PWM芯片的控制模式的缺点便暴露了出来。首先，由于单脉冲电源的一个唯一的输出状态要由原来的1个参数（即输出电压或者是输出电流）增加为至少4个参数（峰值、基值、峰值脉冲宽度、基值脉冲宽度）见图2所示的脉冲电源输出波形示意图和图3所示的直流电源输出波形示意图来确定，模拟电路实现起来较为复杂且精度较低；其次，由于金属表面处理工艺的要求，使得对脉冲宽度的精度要求达到了100微秒误差等级，只使用模拟电路来实现不现实，因为元器件的老化是目前技术无法克服的，尤其体现在电容器上；再次，从控制系统的响应特性来讲，模拟电路由于其不可改变性，使其最佳的控制系统工作点只能工作在直流输出或者是频率固定的脉冲输出状态下，而对于频率和占空比不定的情况，模拟电路无法保证整个数出频域范围内的最优控制，从而导致脉冲幅值精度下降。除此之外，还有模拟控制电路在控制方式上比较单一，最多的是使用比较器来实现PID控制，并且受器件电气特性限制，参数整定的范围有限，还有就是一些对金属表面处理工艺很有用的智能仪器仪表很难集成其中等等，这些都是制约脉冲电源发展的因素。
鉴于以上的原因，当前国外也有使用部分数字化的控制方案，例如日本三舍公司出品的单脉冲电源使用了处理器+模拟控制电路的方案，这样做基本上解决了以上提出的各个问题，而且使用效果也十分的理想，但是仍然存在着几个问题：之一，数字和模拟两套控制系统的并存使得产品的成本增加，在一定的程度上降低了可靠性，增加了维修调试的负担；之二，受到模拟控制中元器件的影响，限制了脉冲输出在全频范围内达到控制响应的最优，最终表现为低频部分波形理想，高频部分超调过大，见图4。
因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新的提出一种有效的措施，以解决现有技术存在的问题，满足实际应用的更多需求。
发明内容
本发明提供一种全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，其脉冲宽度精度高，保证了金属表面处理中产品的一致性和产品质量。
为了解决上述问题，本发明提供一种全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，包括与数字信号处理模块连接的用于保存电源工作参数，控制参数掉电保存的EEROM、功率板和次级温度检测和保护的模块、用于完成通信的通信端口、用于完成放大反馈电压和电信信号的模拟放大器、PWM信号驱动变压器以及用于进行电源状态指示灯、蜂鸣器的显示模块。
进一步的，所述通信端口为RS485端口。
进一步的，所述数字信号处理模块为TMS320F28035。
综上，本方案所提供的全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，其输出脉冲宽度精度高，保证了金属表面处理中产品的一致性和产品质量；
同时，成本低，省去了模拟控制部分，电路结构简单可靠，便于调试维修；
此外，全频段输出波形质量好，方波波形平整度高，控制系统在更高频段内工作在最优工作点；能够集成各种使用的智能仪器仪表功能。
附图说明
图1是本发明的背景技术部分提到的经典控制系统方案的示意图；
图2是本发明的背景技术部分提到的脉冲电源输出波形示意图；
图3是本发明的背景技术部分提到的直流电源输出波形示意图；
图4是本发明的全数字式单脉冲电镀电源的控制系统的方案示意图；
图5是本发明的全数字式单脉冲电镀电源的控制系统的结构示意图；
图6是本发明的具体实施方式中提到的控制系统的输出波形示意图；
图7是本发明的具体实施方式中提到的控制板原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。
如图5所示，本发明提供一种全数字式单脉冲电镀电源的控制系统的结构示意图，包括与数字信号处理模块101连接的用于保存电源工作参数，控制参数掉电保存的EEROM102、功率板和次级温度检测和保护的模块103、用于完成通信的通信端口104、用于完成放大反馈电压和电信信号的模拟放大器105、PWM信号驱动变压器106以及用于进行电源状态指示灯、蜂鸣器的显示模块107。
本方案的一个具体的实施例见表1。本电源采用了全数字的控制方式，控制系统方案图见图4，控制系统的输出波形见图6。
表1
本方案由三部分组成，由于显示和功率转换部分为现有公知的技术，这里不做重点讲述，重点说明其控制部分。
控制部分使用了TI公司为电源和电机控制专门开发的芯片-C2000控制器，控制板的原理框图见图7。由于其产品型号众多根据本方案的特点我们选用了其最新推出的TMS320F28035，原理图中的U5，该控制器最大的特点就是片内包含了一个CLA-控制律加速器，这是一个非常有用的功能，其AD采样，PWM驱动输出和控制都可以放到CLA中运行，这就意味着对实时性要求非常高的整个控制回路都放到了独立于DSP主进程的进程中运行，且两个进程可以实现数据的即时交换，而DSP的主进程则用来处理人机、通讯、智能仪表仪器和错误等任务。这样使得主频60Mhz的处理器实际运行效率超过了120MHz。U6是一个EEROM存储器，用来在掉电以后存贮电源的输出电压，输出电流，脉冲输出工作参数，控制参数等数据，用来在电源开机后初始化。U1是RS485通讯芯片，用来实现和上位机的数字数据交换。U2和U3是精密运算放大器，用来放大输出的电压和电流的反馈信号和处理由温度传感器反馈的功率板和次级散热器的温度信号。
在PWM驱动输出方面，本方案采用了DSP的PWM输出后接驱动芯片后直接接到MOSFET上，省去了以往的模拟控制电路部分，解决了降低成本的问题，由于器件的减少，从另一方面增加了系统的可靠性。另外DSP由于工作在电磁干扰十分严重的环境中，我们将控制板采用4层PCB板布线的方式。而60MHz的DSP保证了脉冲宽度的误差不超过0.1微秒。
在控制系统方面，本方案以经典的PID控制原理为基础，采用查表确定控制参数的办法，解决不同频段上不同的控制响应速度。已达到全频段的控制最优化。
另外，系统通过软件增加了安时计，RS485通讯接口等智能仪器功能。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，包括与数字信号处理模块连接的用于保存电源工作参数，控制参数掉电保存的EEROM、功率板和次级温度检测和保护的模块、用于完成通信的通信端口、用于完成放大反馈电压和电信信号的模拟放大器、PWM信号驱动变压器以及用于进行电源状态指示灯、蜂鸣器的显示模块。
2.如权利要求1所述的全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，其特征在于，所述通信端口为RS485端口。
3.如权利要求2所述的全数字式单脉冲电镀电源的控制系统，其特征在于，所述数字信号处理模块为TMS320F28035。
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