CN110729914A - 一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源 - Google Patents

一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源，它包括主电路、超音频脉冲电流幅值调控电路、超音频脉冲电流频率和占空比闭环调控电路、触摸屏人机交互电路和耦合电路。本发明通过闭环调控方法实现了超音频(≥20kHz)脉冲电流频率和占空比的高精度输出；它通过接触器并联连接至基值直流电源的输出端，连接简单、操作方便，可实现更高的电流变化率；由于采用外部并联耦合方式，该超音频脉冲电源易于实现模块化,可与任意型号的等离子喷涂直流电源实现外部并联耦合；它通过采集基值直流电源输出的基值直流电流，可实现等离子喷涂中超音频脉冲电流的自动耦合及控制。

Description

一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源
技术领域
本发明提供一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源，特别是一种超音频脉冲电流幅值、频率、占空比可高精度调控的超音频脉冲电源，属于特种电源控制技术领域。
背景技术
等离子喷涂是大电流电源在等离子喷枪的阴极和阳极之间放电形成非转移等离子弧，并产生高温等离子体。喷涂时粉末颗粒被注入等离子射流中，粉末颗粒在等离子射流中迅速被加热至熔融或半融化状态，随等离子射流高速撞击到工件表面沉积、粘结、冷却后形成涂层。等离子喷涂技术具有电弧温度高，粉末粒子动能大，涂层结合强度高，喷涂粉末材料适用范围广，生产效率高等优点。近年来，在航空航天、冶金、机械、石化、纺织、电子、生物等领域得到了广泛应用。
在实际生产中，直流大气等离子喷涂应用最为广泛。在大气环境下受空气阻力和温差影响，通常存在粉末颗粒受热不均匀，熔化不充分，部分氧化烧蚀，使得涂层存在夹杂生粉、孔隙率高，结合强度低等不足。
现有技术中通过在大气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改善粉末熔化状态、涂层质量具有明显作用。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，超音频脉冲电流较小(＜10A)，对涂层质量的改善效果不明显。
现有技术(ZL 2013 1 0238999.9)提出了一种超音频快变换直流脉冲电源，可以实现脉冲大电流和50A/us的电流变化率，可以改善涂层质量。但是，该电源的超音频脉冲电源和直流电源在高频引弧电路之前并联叠加，由于高频引弧电感存在，为了获得高的超音频脉冲电流变化率，在引弧后必须将高频引弧电感短路，整个耦合电路和控制比较复杂，并且超音频脉冲电源输出端和等离子喷枪之间环节的增加会抑制超音频脉冲电源上升下降沿的变化速率，不利于超音频脉冲电源电弧超声的激发。
现有技术的另一方面，超音频脉冲电流控制大都采用单片机(MCU)或者数字信号处理器(DSP)的脉宽调制模块输出脉冲宽度可调的波形(PWM波)控制绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)功率器件导通和关断来实现，其中超音频脉冲电流的频率和占空比一般采用开环控制模式，超音频脉冲电流的输出频率和占空比精度很难保证。由于脉冲控制信号是由DSP主控电路的脉宽调制模块产生，其PWM波的频率和占空比是以外部晶体振荡器周期为时间基准，由于晶体振荡器本身的误差会造成输出控制信号本身的误差；同时高频脉冲波形产生后在信号传递的过程中受电路中导线和元器件分布参数的影响，在通过信号调理电路和驱动电路后使驱动信号产生延时等误差；此外，在超音频脉冲切换电路中IGBT开关管和续流二极管的导通和截止存在延时，会导致输出超音频脉冲电流占空比偏差的存在。这些偏差随着频率的增加对频率和占空比引起的误差越大。因此，在开环控制模式下超音频脉冲电流的频率和占空比难以实现精准输出，不利于等离子喷涂工艺参数的精准控制，进而影响涂层质量提高。
发明内容
1、目的：本发明的目的是提供一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源。它不同于上述超音频直流脉冲电源，采用DSP主控电路实时采集超音频脉冲电流的频率和占空比信号，闭环调控DSP输出的PWM波形，实现超音频脉冲电流频率和占空比的高精度输出。同时，提出了一种超音频脉冲电源与等离子喷涂直流电源外部同步及耦合电路，电路连接及控制简单，可方便与任意等离子喷涂直流电源耦合。
2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
基于上述目的，本发明提供一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源，该超音频脉冲电源主要包括：
(一)由输入整流滤波电路(101)、IGBT全桥逆变电路(102)、高频功率变压器(103)、全波整流滤波电路(104)、超音频脉冲切换电路(105)组成的主电路；它们之间的位置关系和联接关系是：AC380V动力电输入至整流滤波电路(101)，经整流滤波后输出直流电连接至IGBT全桥逆变电路(102)，然后IGBT全桥逆变电路(102)的输出再连接至高频功率变压器(103)，高频功率变压器(103)的输出连接至全波整流滤波电路(104)，经整流滤波后输出脉冲峰值直流电流Ip；脉冲峰值直流电流Ip输入超音频脉冲切换电路(105)实现超音频脉冲电流输出，所输出的超音频脉冲电流通过超音频脉冲电源输出接触器KM(107)的两个触点连接至电源输出端子；该脉冲峰值直流电流Ip即为超音频脉冲电源(201)输出超音频脉冲电流的幅值；
(二)由脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)、DSP主控电路(114)、PID调节电路(108)、PWM发生电路(109)、IGBT驱动电路Ⅰ(110)组成的超音频脉冲电流幅值调控电路；它们之间的位置关系和联接关系是：DSP主控电路(114)输出超音频脉冲电流幅值给定信号Ug至PID调节电路(108)，同时脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)所采集的电流反馈信号If传递至PID调节电路(108)，PID调节电路(108)的输出连接至PWM发生电路从而实现PWM脉冲宽度的闭环控制调节，然后PWM发生电路(109)输出的PWM波经IGBT驱动电路Ⅰ(110)后连接至IGBT全桥逆变电路(102)，控制IGBT功率开关管的导通和关断，从而实现脉冲峰值直流电流Ip幅值的闭环精准调节；
(三)由超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)、脉冲信号整形电路(112)、DSP主控电路(114)、IGBT驱动电路Ⅱ(113)组成的超音频脉冲电流频率和占空比闭环调控电路；它们之间的位置关系和联接关系是：DSP主控电路(114)输出高频PWM波，其频率和占空比可通过触摸屏(119)设置，经IGBT驱动电路Ⅱ(113)后连接超音频脉冲切换电路(109)，控制超音频脉冲切换电路(109)中IGBT功率开关管Tp的导通和关断，将脉冲峰值直流电流Ip切换为超音频脉冲电流；同时，超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)连接在超音频脉冲电流输出回路上检测输出的超音频脉冲电流，所采集的超音频脉冲电流信号经脉冲信号整形电路(112)整形后连接至DSP主控电路(114)，DSP主控电路(114)通过内部的捕捉模块对超音频脉冲电流的频率和占空比进行检测、计算和补偿调节，实现超音频脉冲电流频率和占空比的高精度输出；
(四)由触摸屏(119)、RS485串行总线电路(120)与DSP主控电路(114)组成的触摸屏人机交互电路；它们之间的位置关系和联接关系是：触摸屏(119)通过RS485串行总线电路(120)连接至DSP主控电路(114)，可实现超音频脉冲电源电流幅值、频率和占空比等参数设置，以及实现超音频脉冲电源的启动和停止；
(五)由基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)、基值直流调理电路(117)、同步时序控制电路(118)、接触器KM控制电路(115)、控制接触器KM线圈(116)和超音频脉冲电源输出接触器KM(107)组成的耦合电路；它们之间的位置关系和联接关系是：基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)连接在基值直流电源输出负极上采集基值直流电流Ib,该电流信号连接至基值直流调理电路(117)实现电流信号的滤波和放大，然后输入同步时序控制电路(118)，其输出通过I/O端口连接至DSP主控电路(114)，经DSP主控电路(114)处理后再通过I/O端口连接接触器KM控制电路(115)，控制接触器KM线圈(116)通电和断电，从而实现超音频脉冲电源(201)与基值直流电源(202)的外部并联耦合；
构成上述五部分电路的各功能模块详述如下：
(一)由输入整流滤波电路(101)、IGBT全桥逆变电路(102)、高频功率变压器(103)、全波整流滤波电路(104)、超音频脉冲切换电路(105)组成的主电路：
所述的整流滤波电路(101)包括380V整流桥及其滤波电容，用来将AC380V动力电经整流变换成540V平稳的直流电；
该380V整流桥用于将交流电变换为直流电，按电流要求选用通用的整流桥模块；
该滤波电容用于去除直流电中的纹波，使直流平稳输出，按电压要求和容量要求选用通用的点解电容；
所述的IGBT全桥逆变电路(102)由四个IGBT开关管按照全桥方式连接，用来将直流电再次变换成约20kHz的交流方波；
该IGBT功率开关管Tp是德国英飞凌公司生产的IGBT，其具有输入阻抗高，开关频率高，工作电流大等特点，满足大电流条件下的高频开关；
所述的高频功率变压器(103)按照工作电压、频率和电流采用纳米晶铁芯和漆包线绕制而成，用来实现原边电压和副边电压的电压变换和隔离；
所述的全波整流滤波电路(104)用于将高频功率变压器(103)副边输出的高频方波交流电再次变换成平稳的直流输出，根据两端电压、流过电流和反向恢复特性选用通用的电力整二极管；
所述的超音频脉冲切换电路(105)由高频电感Lp、IGBT功率开关管Tp和快恢复二极管Dp组成，通过控制IGBT功率开关管Tp的导通和关断将直流电流切换成超音频脉冲电流输出；
该高频电感Lp起储能和滤波的作用，维持超音频脉冲电流稳定的输出，按电感值、频率和电流采用纳米晶铁芯和漆包线绕制而成，；
该IGBT功率开关管Tp是德国英飞凌公司生产的IGBT，其具有输入阻抗高，开关频率高，工作电流大等特点，满足大电流条件下的高频开关，用于直流和脉冲的切换；
该快恢复二极管Dp在电路中起续流的作用，其具有额定电流大，额定电压高，导通压降小，反向恢复时间小的特点；
(二)由脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)、DSP主控电路(114)、PID调节电路(108)、PWM发生电路(109)、IGBT驱动电路Ⅰ(110)组成的超音频脉冲电流幅值调控电路：
所述的脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)采用的是LEM公司的LT308-S7电流传感器，用来采集超音频脉冲电流的幅值,即脉冲峰值直流电流Ip；
所述的PID调节电路(108)即通过比例-积分-微分控制环节对电流反馈信号If进行变换，其输出连接至PWM发生电路(109)，作为PWM发生电路(109)的输入，它通过反馈来调节PWM发生电路(109)所产生PWM波的占空比；
所述的PWM产生电路(109)主要由意法半导体公司生产的脉冲宽度调制器芯片SG2525A组成，用来产生脉冲宽度可调的PWM波形，其输出脉冲信号波形的脉宽可通过给定电压信号调节控制；
所述的IGBT驱动电路Ⅰ(110)为日本三菱电气公司设计生产的功率驱动芯片M57962；PWM控制信号经过M57962驱动放大后连接至IGBT全桥逆变电路(102)中IGBT的栅极和源极，控制IGBT功率开关管导通和关断；
所述的DSP主控电路(114)采用TI公司生产的TMS320F28335数字信号处理器；主要功能是接收和处理来自触摸屏(119)给定的电源参数数据和控制命令、产生超音频脉冲电流的控制信号PWM波、设定超音频脉冲电流幅值、超音频脉冲电源(201)和直流基值电源(202)的外部同步自动控制、以及通过对超音频脉冲电流幅值、频率占空比反馈信号的检测计算和对控制信号的补偿调节实现超音频脉冲电流幅值、频率和占空比的闭环调控；
所述的触摸屏(119)见下述(四)触摸屏人机交互电路；
所述的直流基值电源(202)见下述(五)耦合电路；
(三)由超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)、脉冲信号整形电路(112)、DSP主控电路(114)、IGBT驱动电路Ⅱ(113)组成的超音频脉冲电流频率和占空比闭环调控电路：
所述的超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)是LEM公司的LT308-S7电流传感器，用来采集超音频脉冲电流频率和占空比；
所述的脉冲信号整形电路(112)用于对超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)检测到的超音频脉冲电流信号进行整形，输出同频率和占空比的脉冲信号；
所述的IGBT驱动电路Ⅱ(113)为日本三菱电气公司设计生产的功率驱动芯片M57962；PWM控制信号经过M57962驱动放大后连接至超音频脉冲切换电路(105)中IGBT功率开关管Tp的栅极和源极，控制IGBT功率开关管导通和关断；
所述的DSP主控电路(114)前边已有详细说明，此处不再赘述；
(四)由触摸屏(119)、RS485串行总线电路(120)与DSP主控电路(114)组成的触摸屏人机交互电路：
所述的触摸屏(119)为威纶通公司生产的MT6071iE，通信协议采用Modbus通信协议，该触摸屏具有响应速度快，抗干扰能力强的特点；
所述的串行总线电路(120)为ADI公司生产的ADM2587E单电源隔离芯片；该通信电路采用差分信号进行传输，具有较高的抗干扰能力和共模噪声抑制能力；
所述的DSP主控电路(114)前边已有详细说明，此处不再赘述；
(五)由基值直流电源(202)输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)、基值直流调理电路(117)、同步时序控制电路(118)、接触器KM控制电路(115)、接触器KM线圈(116)和超音频脉冲电源输出接触器KM(107)组成的耦合电路：
所述的基值直流电源(202)可为NB-800型基值直流电源或任意直流等离子喷涂电源；
所述的基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)采用的是LEM公司的LT608-S7电流传感器，用来采集基值直流电源(202)的输出基值直流电流Ib；
所述的接触器KM控制电路(115)通过控制接触器KM线圈(116)上电与否来控制超音频脉冲电源输出接触器KM(107)的通断；当DSP主控电路(114)I/O输出高电平时，接触器KM线圈(116)上电吸合触点，即超音频脉冲电源输出接触器KM(107)导通；当DSP主控电路(114)I/O输出低电平时，使接触器KM线圈(116)掉电触点分离，即超音频脉冲电源输出接触器KM(107)关断；
所述的接触器KM线圈(116)用于吸合超音频脉冲电源输出接触器KM(107)的触点，上电吸合触点，掉电断开触点；
所述的基值直流调理电路(117)用来调理来自基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)对基值直流电流Ib的采样信号；
所述的同步时序控制电路(118)用于发出SS电平信号，当基值直流电流Ib≥50A时，SS为高电平信号，当基值直流电流Ib<50A时，SS为低电平信号；
所述的超音频脉冲电源输出接触器KM(107)为西门子公司生产的大功率交流接触器，其通断由接触器KM控制电路(115)和接触器KM线圈(116)进行控制。
3.优点及功效：
1)该超音频脉冲电源通过DSP主控电路实时采集超音频脉冲电流输出频率和占空比，闭环调控输出PWM波形的脉冲频率和占空比，可实现超音频脉冲电流频率和占空比的高精度输出。例如当设定超音频脉冲频率为20kHz，脉冲占空比50％(脉宽25us)时，闭环调节前超音频脉冲频率为20.13kHz，占空比为47％(脉宽为23.5us)。通过闭环调控后可以实现超音频脉冲频率20kHz的精准输出，占空比为49.6％(脉宽为24.8us)；当设定超音频脉冲频率为50kHz，脉冲占空比50％(脉宽为10us)时，闭环调节前超音频脉冲频率为49.7kHz，占空比为33％(脉宽为6.6us)。通过闭环调控后可以实现超音频脉冲频率50kHz的精准输出，占空比为48.5％(脉宽为9.7us)。
2)该超音频脉冲电源与基值直流电源耦合时采用外部并联耦合方式，即通过接触器并联连接至基值直流电源的输出端，连接简单、操作方便。
3)该超音频脉冲电源与基值直流电源采用外部并联耦合的方式，输出的超音频脉冲电流直接加载在等离子喷枪电弧两端，减小了引弧电感对超音频脉冲电流上升沿和下降沿的影响，可实现更高的电流变化率。
4)由于采用外部并联耦合方式，该超音频脉冲电源易于实现模块化,可与任意型号的等离子喷涂直流电源实现外部并联耦合。
5)通过采集基值直流电源输出的基值直流电流，可实现等离子喷涂中超音频脉冲电流的自动耦合及控制。
附图说明
图1为本发明的超音频脉冲电源系统构成。
图2为本发明的超音频脉冲电源与基值直流电源外部耦合示意图。
图3为本发明的超音频脉冲电源电流频率和占空比闭环精准调控方法工作原理。
图4为本发明的超音频脉冲电源与基值直流电源外部耦合时的自动同步控制工作时序流程图。
图中序号代号符号说明如下：
101为整流滤波电路；
102为IGBT全桥逆变电路；
103为高频功率变压器；
104为全波整流滤波电路；
105为超音频脉冲切换电路；
106为脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ；
107为超音频脉冲电源输出接触器KM；
108为PID调节电路；
109为PWM发生电路；
110为IGBT驱动电路Ⅰ；
111为超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ；
112为脉冲信号整形电路；
113为IGBT驱动电路Ⅱ；
114为DSP主控电路；
115为接触器KM控制电路；
116为接触器KM线圈；
117为基值直流调理电路；
118为同步时序控制电路；
119为触摸屏；
120为串行总线电路；
201为超音频脉冲电源；
202为基值直流电源；
203为高频引弧电路；
204为等离子喷枪；
205为基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ；
301为输入捕捉模块；
302为脉冲频率占空比检测环节；
303为计算脉冲频率占空比环节；
304为脉冲频率占空比补偿值计算环节；
305为脉冲频率占空比误差计算环节；
306为示波器频率占空比标定环节；
307为PWM脉冲频率占空比调节环节；
3021为启动定时器计时环节；
3022为采集定时器值T1环节；
3023为采集定时器值T2环节；
3024为脉冲信号上升沿捕捉1环节；
3025为脉冲信号下降沿捕捉环节；
3026为脉冲信号上升沿捕捉2环节；
401电初始化环节；
402脉冲参数设定环节；
403同步启动信号SS高电平检测环节；
404闭合接触器KM环节；
405启动超音频脉冲电源输出环节；
406同步启动信号SS低电平检测环节；
407停止超音频脉冲电源输出环节；
408断开接触器环节。
具体实施方式
本发明提供一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源，其具体实施方式是：
所述的闭环调控的高精度超音频脉冲电源包括：
参见图1所示，整流滤波电路101、IGBT全桥逆变电路102、高频功率变压器103、全波整流滤波电路104、超音频脉冲切换电路105、脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ106、超音频脉冲电源输出接触器KM 107、PID调节电路108、PWM发生电路109、IGBT驱动电路Ⅰ110、超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111、脉冲信号整形电路112、IGBT驱动电路Ⅱ113、DSP主控电路114、接触器KM控制电路115、接触器KM线圈116、基值直流调理电路117、同步时序控制电路118、触摸屏119、串行总线电路120。它们之间的位置关系是：AC380V动力电输入至整流滤波电路101，经整流滤波后输出直流电连接至由IGBT功率开关管组成的IGBT全桥逆变电路102，然后全桥逆变电路102的输出再连接至高频功率变压器103，高频功率变压器103的输出连接至全波整流滤波电路104，经整流滤波后输出脉冲峰值直流电流Ip；脉冲峰值直流电流Ip输入超音频脉冲切换电路105实现超音频脉冲电流输出，所输出的超音频脉冲电流通过接触器KM 107的两个触点连接至电源输出端子；DSP主控电路114输出超音频脉冲电流幅值给定信号Ug至PID调节电路108，同时脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ106采集电流反馈信号If传递至PID调节电路108，PID调节电路108的输出连接至PWM发生电路109从而实现PWM脉冲宽度的调节，然后PWM发生电路109输出的PWM波经IGBT驱动电路Ⅰ110后连接至IGBT全桥逆变电路102，控制IGBT功率开关管的导通和关断，从而实现脉冲峰值直流电流Ip的闭环精准调节；DSP主控电路114输出数字高频PWM波(其频率、占空比可通过触摸屏119设置)，经IGBT驱动电路Ⅱ113后连接超音频脉冲切换电路105，控制超音频脉冲切换电路中IGBT功率开关管Tp的导通和关断，将脉冲峰值直流电流Ip切换为超音频脉冲电流；同时，超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111连接在超音频脉冲电流输出回路上检测输出超音频脉冲电流，所采集的超音频脉冲电流信号经脉冲信号整形电路112整形后连接至DSP主控电路114，DSP主控电路114通过内部的脉冲捕捉模块电路对超音频脉冲电流的频率和占空比进行检测、计算和补偿调节，实现超音频脉冲电流频率和占空比的高精度输出；触摸屏119通过串行总线电路120连接至DSP主控电路114，可实现超音频脉冲电源电流幅值、频率和占空比等参数设置，以及实现超音频脉冲电源的启动和停止；基值直流电流Ib连接至基值直流调理电路117实现电流信号的滤波和放大，然后输入同步时序控制电路118，其输出通过I/O端口连接至DSP主控电路114，经DSP主控电路114处理后再通过I/O端口连接接触器KM控制电路115，来控制接触器KM线圈116通电和断电，从而实现超音频脉冲电源201与基值直流电源202的外部并联耦合。
参见图2所示，超音频脉冲电源201、超音频脉冲电源输出接触器KM107、基值直流电源202、高频引弧电路203、等离子喷枪204、基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ205。它们之间的位置关系是：超音频脉冲电源201输出的正极和负极分别通过超音频脉冲电源输出接触器107连接至等离子喷枪204的阳极和阴极；基值直流电源202的正极直接连接在等离子喷枪204的阳极，基值直流电源202的负极上串联有基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ205，然后连接至高频引弧电路203，其输出在连接至等离子喷枪204的阴极，由此实现了超音频脉冲电源与基值直流电源的外部并联耦合。
参见图3所示，所述超音频脉冲电源电流频率和占空比闭环精准调控方法采用超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111对输出的超音频脉冲电流采样，超音频脉冲电流信号再输入脉冲信号整形电路112进行波形滤波和整形，得到同频率和占空比的脉冲信号，该信号再输入DSP主控电路114内部的输入捕捉模块301,经脉冲频率占空比检测环节302后可以得到超音频脉冲电流的脉宽T1和超音频脉冲电流周期T2,T1和T2值传输至计算脉冲频率占空比环节303，可以获得超音频脉冲电流的频率(1/T2)和占空比(T1/T2),然后再传输至脉冲频率占空比补偿计算环节304；同时，脉冲信号整形电路112输出的脉冲信号连接至示波器频率和占空比标定模块306，然后标定结果再输入脉冲频率和占空比误差计算环节305，其输出再输入脉冲频率占空比补偿值计算环节304，通过示波器标定的脉冲频率和占空比来校正DSP主控电路114采集的脉冲频率和占空比，确定最终的PWM控制信号频率和占空比的补偿值，然后再将该补偿值传输给PWM脉冲频率占空比调节环节307，从而实现超音频脉冲电流输出频率和占空比的高精度闭环调控。其中，超音频脉冲电流频率和占空比采样信号经整形调理后的脉冲信号传输至输入捕捉模块301后，利用DSP主控电路内部的脉冲捕捉模块进行脉冲信号的上升沿和下降沿捕捉，当脉冲信号上升沿捕捉1环节3024检测到第一个上升沿时，启动定时器计时环节3021开始计时；当脉冲信号下降沿捕捉环节3025检测到第一个脉冲信号下降沿时，通过采集定时器值T1环节3022存储时间T1，当脉冲信号上升沿捕捉2环节3026检测到脉冲信号的第二个上升沿时，通过采集定时器值T2环节3023存储时间T2。
参见图4所示，所述超音频脉冲电源与基值电流电源外部并联耦合时采用自动同步控制工作时序。超音频脉冲电源上电后首先进行初始化，然后通过触摸屏119设定输出超音频脉冲电流频率、占空比和电流幅值；DSP主控电路实时检测同步启动信号SS，当检测到SS信号为低电平时循环检测该同步启动信号SS，当检测到SS信号为高电平时闭合超音频脉冲电源输出接触器KM,允许超音频脉冲电流输出，接下来启动超音频脉冲电源输出，使超音频脉冲电流并联耦合至等离子喷枪，从而实现超音频脉冲电流与基值直流电源的复合；然后系统循环检测同步启动信号SS，当检测到SS信号为低电平时，先停止超音频脉冲电源输出，再断开超音频脉冲电源输出接触器KM，然后系统再回到循环检测同步启动信号SS是否为高电平状态，等待下一次启动超音频脉冲电流输出。
所述的闭环调控的高精度超音频脉冲电源可以实现超音频脉冲电源在超音频(≥20kHz)大电流(≥50A)条件下超音频脉冲电流频率和占空比的精确输出。并且当超音频脉冲电流频率越大时，脉冲频率和占空比的输出精度越难保证。当设定脉冲频率为50kHz，脉冲占空比50％(脉宽为10us)时，闭环调节前脉冲频率为47.8kHz，占空比为33％(脉宽为6.6us)。通过闭环调控后可以实现超音频脉冲频率50kHz的精准输出，占空比为48.5％(脉宽为9.7us)。
当脉冲频率为50kHz时，所述的闭环调控的高精度超音频脉冲电源的输出超音频脉冲电流频率可实现精确输出；所述的闭环调控的高精度超音频脉冲电源的输出超音频脉冲电流占空比精度可达97％，相比开环控制占空比控制精度提升31％。
本发明针对超音频直流脉冲等离子喷涂技术对超音频脉冲电流频率、占空比和幅值精准输出和调控的需要，提供了一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源。通过DSP主控电路对超音频脉冲电流频率和占空比信号进行捕捉计算，并采用示波器对采样信号进行校准，计算出实现精准输出所需补偿值，然后DSP主控电路同步内部补偿调整其产生的超音频脉冲电流控制信号PWM波的频率和占空比，进而实现闭环调控方案。所设计闭环调控的高精度超音频脉冲电源不仅可以实现超音频脉冲电流频率、占空比和幅值的精准输出和调控，而且超音频脉冲电源独立化设计可以直接连接在等离子喷枪两端与任意直流等离子喷涂电源实现外部耦合，这样不仅可以实现超音频脉冲电流上升下降沿的快速变换，还简化了超音频脉冲电源和基值直流电源的耦合控制方式。为了提高生产效率和超音频脉冲电源自动化程度，通过对基值直流电源输出电流状态的检测，并依据实际喷涂时电源的开启时序，DSP主控电路编程控制工作时序实现等离子喷涂中超音频脉冲电源的自动耦合及控制。
就本发明而言，超音频脉冲电源201包括：整流滤波电路101，IGBT全桥逆变电路102、高频功率变压器103、全波整流滤波电路104、超音频脉冲切换电路105、脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ106、超音频脉冲电源输出接触器KM107、PID调节电路108、PWM发生电路109、IGBT驱动电路Ⅰ110、超音频脉冲电流采样霍尔传电流感器II 111、脉冲信号整形电路112、IGBT驱动电路Ⅱ113、DSP主控电路114、接触器KM控制电路115、接触器KM线圈116、基值直流调理电路117、同步时序控制电路118、触摸屏119、串行总线电路120。
在超音频脉冲电源201主电路接入AC380V动力电源后，输入至整流滤波电路101经过整流滤波后输出平稳的直流。IGBT全桥逆变电路102将直流逆变为高频方波交流电后，传递给高频功率变压器103实现方波信号电压的变换，高频功率变压器103副边输出高频方波电压传输至全波整流滤波电路104经二次整流滤波后输出超音频脉冲电源的脉冲峰值直流电流Ip，Ip经过超音频脉冲切换电路105切换为超音频脉冲电流，通过超音频脉冲电源输出接触器KM107耦合至等离子喷枪两端实现超音频脉冲电流和基值直流电流的并联叠加。超音频脉冲电流的幅值由DSP主控电路114产生的超音频脉冲电流幅值给定信号Ug来控制调节，Ug传递至PID调节电路108来控制PWM发生电路109产生PWM波的脉冲宽度。由PWM发生电路109产生的PWM波经过IGBT驱动电路Ⅰ110驱动IGBT全桥逆变电路102中IGBT功率开关管的通断时间，进而实现脉冲峰值直流电流Ip幅值的调节。脉冲峰值直流电流Ip输出后，脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ106对电流进行采样得脉冲峰值电流Ip的电流反馈信号If并传递至PID调节电路，进而通过矫正PWM发生电路109所产生PWM的脉宽而实现脉冲峰值直流电流Ip幅值的闭环调控。超音频脉冲电流的频率和占空比由DSP主控电路114所产生的PWM信号的频率和脉宽进行控制，PWM控制信号通过IGBT驱动电路Ⅱ113进而控制驱动超音频脉冲切换电路105中IGBT功率开关管Tp的通断，DSP主控电路114通过调节PWM驱动信号的频率和占空比实现对IGBT功率开关管Tp开关频率和通断时间的调节。超音频脉冲电流启动输出后，超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111对超音频脉冲电流的频率和占空比进行采样，并将采样信号传递值得到的脉冲信号传递至脉冲信号整形电路112，经过滤波比较后输出规则的脉冲信号并传递至DSP主控电路114的脉冲捕捉模块301。在DSP主控电路114中对脉冲采样信号的频率和占空比进行计算并对PWM控制信号进行补偿校正后输出，进而完成对超音频脉冲电流频率和占空比闭环调控，实现超音频脉冲电流频率和占空比的高精度输出。此外，基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ205检测基值直流Ib的输出状态，并将检测信号传递至基值直流调理电路117实现电流信号的滤波和放大，然后输入同步时序控制电路118，其输出通过I/O端口连接至DSP主控电路114，经DSP主控电路114处理后再通过I/O端口连接接触器KM控制电路115，控制接触器KM线圈116通电和断电，从而实现超音频脉冲电源与基值直流电源的外部并联耦合。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是超音频脉冲电源系统构成,包括整流滤波电路101、IGBT全桥逆变电路102、高频功率变压器103、全波整流滤波电路104、超音频脉冲切换电路105、脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ106、超音频脉冲电源输出接触器KM107、PID调节电路108、PWM发生电路109、IGBT驱动电路Ⅰ110、超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111、脉冲信号整形电路112、IGBT驱动电路Ⅱ113、DSP主控电路114、接触器控制电路115、接触器KM线圈116、基值直流调理电路117、同步时序控制电路118、触摸屏119、串行总线电路120。
参考图1，AC380V动力电输入后经整流滤波电路101将交流电整流变换成513V直流电，进而通过IGBT全桥逆变电路102、逆变为频率为20kHz，脉宽可调的方波电流。高频方波电流经过高频功率变压器103实现原边电压和副边电压的电压变换和隔离。高频变压器103副边连接全波整流滤波电路104经二次整流滤波后输出稳定的脉冲峰值直流电流Ip。脉冲峰值直流电流Ip经过超音频脉冲切换电路105输出频率、占空比可调的超音频脉冲电流。在峰值直流电源输出线上通过脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ106对输出脉冲峰值直流电流Ip进行采样，并将电流反馈信号If传递至PID调节电路108，同时PID调节电路108接收来自DSP主控电路114的超音频脉冲电流幅值给定信号Ug。PID调节电路108通过对给定信号和反馈信号的比较运算，进而调控PWM发生电路109所产生PWM的占空比，通过IGBT驱动电路Ⅰ110后完成对IGBT全桥逆变电路102中IGBT功率开关管开通和关断时间的调节，进而实现超音频脉冲电流幅值的闭环控制。在超音频脉冲电源201输出线上通过超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111对超音频脉冲电流的频率和占空比进行采样，采样得到的脉冲信号经过脉冲信号整形电路112后传递至DSP主控电路114的输入捕捉模块301，通过DSP主控电路114内部算法计算出超音频脉冲电流的频率和占空比，并进行补偿调节，进而实现超音频脉冲电流频率和占空比的精准输出。触摸屏119通过RS485串行总线电路120连接至DSP主控电路114，完成电源参数给定参数和控制命令的接收和发送。基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ205检测基值直流Ib的输出状态，并将检测信号传递至基值直流调理电路117实现电流信号的滤波和放大，然后输入同步时序控制电路118，其输出通过I/O端口连接至DSP主控电路114，经DSP主控电路114处理后再通过I/O端口连接接触器KM控制电路115，控制接触器KM线圈116通电和断电，从而实现超音频脉冲电源与基值直流电源的外部并联耦合。
图2是超音频脉冲电源与基值直流电源外部耦合方式示意图，包括超音频脉冲电源201、基值直流电源202、高频引弧电路203、等离子喷枪204以及基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ205。
参考图2，交流380动力电流分别给基值直流电源202和超音频脉冲电源201供电连接至其输入端。基值直流电源202对AC380V动力电进行变换调节后以直流恒流源形式输出至等离子喷枪204的阳极和阴极；超音频脉冲电源201输出频率和占空比可调的超音频脉冲电流，经过交流接触器105输出后耦合至离子喷枪204的阳极和阴极进而实现超音频脉冲电流和基值直流电流的并联叠加。
图3是超音频脉冲电源电流频率和占空比闭环精准调控方法工作原理图，主要包括超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ111环节、脉冲信号整形电路112环节、脉冲频率占空比检测环节302、启动定时器计时环节3021、采集定时器值T1环节3022、采集定时器值T2环节3023、脉冲信号上升沿捕捉1环节3024、脉冲信号下降沿捕捉环节3025、脉冲信号上升沿捕捉2环节3026、计算脉冲频率和占空比环节303、脉冲频率占空比补偿值计算环节304、脉冲频率占空比误差计算环节305、示波器频率占空比标定环节306、PWM脉冲频率占空比调节环节307。
参考图3，超音频脉冲电流采样霍尔传电流感器II 111环节将采样得到的脉冲信号传递至脉冲整形电路112进行整形，得到规则的同频率和脉宽的脉冲波形。脉冲波形分两路进行检测，第一路为超音频脉冲电流采样霍尔传电流感器II 111环节和DSP主控电路114的输入捕捉模块301进行频率和占空比的检测。脉冲信号通过输入捕捉模块301进入DSP主控电路114后，脉冲频率占空比检测环节302启动检测。当脉冲信号上升沿捕捉1环节3024检测到脉冲信号的第一个上升沿时，启动定时器计时环节3021开始计时；当脉冲信号下降沿捕捉环节3025检测到脉冲信号的第一个下降沿时，采集定时器值T1环节3022的产生计时值T1；当脉冲信号上升沿捕捉2环节3026检测到脉冲信号的第二个上升沿时，采集定时器值T2环节3023产生计时值T2。计算脉冲频率和占空比环节303计算出超音频脉冲电流的频率和占空比，根据采样值和理论值的偏差，通过脉冲频率占空比补偿值计算环节304计算出超音频脉冲电流频率和占空比所需补偿值，然后通过PWM脉冲频率占空比调节环节307输出经闭环反馈调节后的PWM控制信号。脉冲波形检测第二路为示波器频率占空比标定环节306对超音频脉冲电流的频率和占空比进行检测，并通过脉冲频率占空比误差计算环节305计算出经DSP主控电路114输入捕捉模块闭环调节后的偏差，并对控制信号PWM进行二次补偿，最终实现超音频脉冲电流频率和占空比的精准输出。
图4是超音频脉冲电源与基值直流电源外部耦合时的自动同步控制工作时序流程图，包括上电初始化环节401、脉冲参数设定环节402、同步启动信号SS高电平检测环节403、闭合接触器KM环节404、启动超音频脉冲电源输出环节405、同步启动信号SS低电平检测环节406、停止超音频脉冲电源输出环节407、断开接触器环节408。
参考图4，所述的是超音频脉冲电源与基值电流电源外部并联耦合时采用自动同步控制工作时序。超音频脉冲电源通过上电初始化环节401后电源启动，然后是脉冲参数设定环节402，即通过触摸屏119设定输出超音频脉冲电流频率、占空比和电流幅值；超音频脉冲电源参数设定完成后是同步启动信号SS高电平检测环节403，即DSP主控电路114实时检测同步启动信号SS，当检测到SS信号为低电平时循环检测该同步启动信号SS，当检测到SS信号为高电平时进入闭合接触器KM环节404，使超音频脉冲电源输出接触器KM107闭合，允许超音频脉冲电流输出；接下来是启动超音频脉冲电源输出环节405，该环节使超音频脉冲电流叠加耦合至等离子喷枪204两端的阳极和阴极，从而实现超音频脉冲电流与基值直流电源的复合；超音频脉冲电流与基值直流电流复合后，进入同步启动信号SS低电平检测环节406，即DSP主控电路114实时检测同步启动信号SS是否为低电平，当检测到SS信号为低电平时，进入停止超音频脉冲电源输出环节407，停止超音频脉冲电源对超音频脉冲电流输出，再进入断开接触器KM环节408，实现超音频脉冲电源与基值直流电源的分离，然后系统再回到循环检测同步启动信号SS是否为高电平状态，等待下一次启动超音频脉冲电流输出。
本发明提供一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源。超音频脉冲电源包括主电路、驱动电路、DSP主控电路、超音频脉冲电流幅值检测及闭环反馈调节电路、超音频脉冲电流频率和占空比检测及闭环反馈调节电路、触摸屏人机交互电路以及超音频脉冲电源与基值直流电源外部并联耦合时所采用的自动同步控制电路。超音频脉冲电源通过闭环精准调控可以实现超音频(≥20kHz)、大电流(100A)条件下超音频脉冲电流频率和占空比的精准输出。在脉冲频率50kHz输出条件下，超音频脉冲电流频率误差在±50Hz之内，超音频脉冲电流占空比误差范围小于3％。此外，超音频脉冲电源和基值直流电源的外部耦合方案可以实现超音频脉冲电流快速的上升下降沿变化速率(≥50A/us)；超音频脉冲电源启动时的自动同步控制电路可实现超音频脉冲电流与基值直流电流的自动叠加耦合。超音频脉冲电流频率和占空比的精准输出对超音频直流脉冲等离子喷涂技术理论研究的重要技术支撑，对喷涂时超音频脉冲电流参数的优化具有重要意义。
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。

Claims (1)

1.一种闭环调控的高精度超音频脉冲电源，其特征在于：该超音频脉冲电源包括：
由输入整流滤波电路(101)、IGBT全桥逆变电路(102)、高频功率变压器(103)、全波整流滤波电路(104)、超音频脉冲切换电路(105)组成的主电路；该AC380V动力电输入至整流滤波电路(101)，经整流滤波后输出直流电连接至IGBT全桥逆变电路(102)，然后IGBT全桥逆变电路(102)的输出再连接至高频功率变压器(103)，高频功率变压器(103)的输出连接至全波整流滤波电路(104)，经整流滤波后输出脉冲峰值直流电流Ip；脉冲峰值直流电流Ip输入超音频脉冲切换电路(105)实现超音频脉冲电流输出，所输出的超音频脉冲电流通过超音频脉冲电源输出接触器KM(107)的两个触点连接至电源输出端子；该脉冲峰值直流电流Ip即为超音频脉冲电源(201)输出超音频脉冲电流的幅值；
由脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)、DSP主控电路(114)、PID调节电路(108)、PWM发生电路(109)、IGBT驱动电路Ⅰ(110)组成的超音频脉冲电流幅值调控电路；该DSP主控电路(114)输出超音频脉冲电流幅值给定信号Ug至PID调节电路(108)，同时脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)所采集的电流反馈信号If传递至PID调节电路(108)，PID调节电路(108)的输出连接至PWM发生电路从而实现PWM脉冲宽度的闭环控制调节，然后PWM发生电路(109)输出的PWM波经IGBT驱动电路Ⅰ(110)后连接至IGBT全桥逆变电路(102)，控制IGBT功率开关管的导通和关断，从而实现脉冲峰值直流电流Ip幅值的闭环精准调节；
由超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)、脉冲信号整形电路(112)、DSP主控电路(114)、IGBT驱动电路Ⅱ(113)组成的超音频脉冲电流频率和占空比闭环调控电路；该DSP主控电路(114)输出高频PWM波，其频率和占空比通过触摸屏(119)设置，经IGBT驱动电路Ⅱ(113)后连接超音频脉冲切换电路(109)，控制超音频脉冲切换电路(109)中IGBT功率开关管Tp的导通和关断，将脉冲峰值直流电流Ip切换为超音频脉冲电流；同时，超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)连接在超音频脉冲电流输出回路上检测输出的超音频脉冲电流，所采集的超音频脉冲电流信号经脉冲信号整形电路(112)整形后连接至DSP主控电路(114)，DSP主控电路(114)通过内部的捕捉模块对超音频脉冲电流的频率和占空比进行检测、计算和补偿调节，实现超音频脉冲电流频率和占空比的高精度输出；
由触摸屏(119)、RS485串行总线电路(120)与DSP主控电路(114)组成的触摸屏人机交互电路；该触摸屏(119)通过RS485串行总线电路(120)连接至DSP主控电路(114)，实现超音频脉冲电源电流幅值、频率和占空比的参数设置，以及实现超音频脉冲电源的启动和停止；
由基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)、基值直流调理电路(117)、同步时序控制电路(118)、接触器KM控制电路(115)、控制接触器KM线圈(116)和超音频脉冲电源输出接触器KM(107)组成的耦合电路；该基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)连接在基值直流电源输出负极上采集基值直流电流Ib,该电流信号连接至基值直流调理电路(117)实现电流信号的滤波和放大，然后输入同步时序控制电路(118)，其输出通过I/O端口连接至DSP主控电路(114)，经DSP主控电路(114)处理后再通过I/O端口连接接触器KM控制电路(115)，控制接触器KM线圈(116)通电和断电，从而实现超音频脉冲电源(201)与基值直流电源(202)的外部并联耦合；
构成上述五部分电路的各功能模块详述如下：
由输入整流滤波电路(101)、IGBT全桥逆变电路(102)、高频功率变压器(103)、全波整流滤波电路(104)、超音频脉冲切换电路(105)组成的主电路：
所述的整流滤波电路(101)包括380V整流桥及其滤波电容，用来将AC380V动力电经整流变换成平稳的直流电；
该380V整流桥用于将交流电变换为直流电，按电流要求选用整流桥模块；
该滤波电容用于去除直流电中的纹波，使直流平稳输出，按电压要求和容量要求选用点解电容；
所述的IGBT全桥逆变电路(102)由四个IGBT开关管按照全桥方式连接，用来将直流电再次变换成交流方波；
该IGBT功率开关管Tp，其具有输入阻抗高，开关频率高，工作电流大诸特点，满足大电流条件下的高频开关；
所述的高频功率变压器(103)按照工作电压、频率和电流采用纳米晶铁芯和漆包线绕制而成，用来实现原边电压和副边电压的电压变换和隔离；
所述的全波整流滤波电路(104)用于将高频功率变压器(103)副边输出的高频方波交流电再次变换成平稳的直流输出，根据两端电压、流过电流和反向恢复特性选用电力整二极管；
所述的超音频脉冲切换电路(105)由高频电感Lp、IGBT功率开关管Tp和快恢复二极管Dp组成，通过控制IGBT功率开关管Tp的导通和关断将直流电流切换成超音频脉冲电流输出；
该高频电感Lp起储能和滤波的作用，维持超音频脉冲电流稳定的输出，按电感值、频率和电流采用纳米晶铁芯和漆包线绕制而成，；
该IGBT功率开关管Tp，其具有输入阻抗高，开关频率高，工作电流大诸特点，满足大电流条件下的高频开关，用于直流和脉冲的切换；
该快恢复二极管Dp在电路中起续流的作用，其具有额定电流大，额定电压高，导通压降小，反向恢复时间小的特点；
由脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)、DSP主控电路(114)、PID调节电路(108)、PWM发生电路(109)、IGBT驱动电路Ⅰ(110)组成的超音频脉冲电流幅值调控电路：
所述的脉冲峰值电流检测霍尔传感器Ⅰ(106)采用的是LT308-S7电流传感器，用来采集超音频脉冲电流的幅值,即脉冲峰值直流电流Ip；
所述的PID调节电路(108)即通过比例-积分-微分控制环节对电流反馈信号If进行变换，其输出连接至PWM发生电路(109)，作为PWM发生电路(109)的输入，通过反馈来调节PWM发生电路(109)所产生PWM波的占空比；
所述的PWM产生电路(109)是由脉冲宽度调制器芯片SG2525A组成，用来产生脉冲宽度可调的PWM波形，其输出脉冲信号波形的脉宽通过给定电压信号调节控制；
所述的IGBT驱动电路Ⅰ(110)为功率驱动芯片M57962；PWM控制信号经过M57962驱动放大后连接至IGBT全桥逆变电路(102)中IGBT的栅极和源极，控制IGBT功率开关管导通和关断；
所述的DSP主控电路(114)采用TMS320F28335数字信号处理器；主要功能是接收和处理来自触摸屏(119)给定的电源参数数据和控制命令、产生超音频脉冲电流的控制信号PWM波、设定超音频脉冲电流幅值、超音频脉冲电源(201)和直流基值电源(202)的外部同步自动控制、以及通过对超音频脉冲电流幅值、频率占空比反馈信号的检测计算和对控制信号的补偿调节实现超音频脉冲电流幅值、频率和占空比的闭环调控；
所述的触摸屏(119)见下述(四)触摸屏人机交互电路；
所述的直流基值电源(202)见下述(五)耦合电路；
由超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)、脉冲信号整形电路(112)、DSP主控电路(114)、IGBT驱动电路Ⅱ(113)组成的超音频脉冲电流频率和占空比闭环调控电路：
所述的超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)是LT308-S7电流传感器，用来采集超音频脉冲电流频率和占空比；
所述的脉冲信号整形电路(112)用于对超音频脉冲电流采样霍尔电流传感器Ⅱ(111)检测到的超音频脉冲电流信号进行整形，输出同频率和占空比的脉冲信号；
所述的IGBT驱动电路Ⅱ(113)为功率驱动芯片M57962；PWM控制信号经过M57962驱动放大后连接至超音频脉冲切换电路(105)中IGBT功率开关管Tp的栅极和源极，控制IGBT功率开关管导通和关断；
由触摸屏(119)、RS485串行总线电路(120)与DSP主控电路(114)组成的触摸屏人机交互电路：
所述的触摸屏(119)为MT6071iE，通信协议采用Modbus通信协议，该触摸屏具有响应速度快，抗干扰能力强的特点；
所述的串行总线电路(120)为ADM2587E单电源隔离芯片；该通信电路采用差分信号进行传输，具有高的抗干扰能力和共模噪声抑制能力；
由基值直流电源(202)输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)、基值直流调理电路(117)、同步时序控制电路(118)、接触器KM控制电路(115)、接触器KM线圈(116)和超音频脉冲电源输出接触器KM(107)组成的耦合电路：
所述的基值直流电源(202)为NB-800型基值直流电源及任意直流等离子喷涂电源；
所述的基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)采用的是LT608-S7电流传感器，用来采集基值直流电源(202)的输出基值直流电流Ib；
所述的接触器KM控制电路(115)通过控制接触器KM线圈(116)上电与否来控制超音频脉冲电源输出接触器KM(107)的通断；当DSP主控电路(114)I/O输出高电平时，接触器KM线圈(116)上电吸合触点，即超音频脉冲电源输出接触器KM(107)导通；当DSP主控电路(114)I/O输出低电平时，使接触器KM线圈(116)掉电触点分离，即超音频脉冲电源输出接触器KM(107)关断；
所述的接触器KM线圈(116)用于吸合超音频脉冲电源输出接触器KM(107)的触点，上电吸合触点，掉电断开触点；
所述的基值直流调理电路(117)用来调理来自基值直流电源输出电流采样霍尔电流传感器Ⅲ(205)对基值直流电流Ib的采样信号；
所述的同步时序控制电路(118)用于发出SS电平信号，当基值直流电流Ib≥50A时，SS为高电平信号，当基值直流电流Ib<50A时，SS为低电平信号；
所述的超音频脉冲电源输出接触器KM(107)为大功率交流接触器，其通断由接触器KM控制电路(115)和接触器KM线圈(116)进行控制。
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