CN202230324U - 一种正负不对称微弧氧化电源用触发脉冲控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属电力电子技术应用领域，具体涉及一种正负不对称微弧氧化电源控制的装置，以及一些非标特殊电源逆变环节控制的场合。本触发脉冲控制器由DSP嵌入式数字信号处理器板卡的接口分别与人机交互界面和驱动放大板卡的接口连接，再由驱动放大板卡的输出接口通过逆变单元接入微弧氧化电源。本实用新型克服了在电源应用领域逆变环节触发脉冲生成、调节、驱动放大、故障保护等需分别开发的过程，创新集成了一种一体化触发控制器，通过灵活的可编程手段，可以做为一个关键部件直接参与相关电源的集成。
Description
技术领域
本实用新型属电力电子技术应用领域，具体涉及一种正负不对称微弧氧化电源控制的装置，以及一些非标特殊电源逆变环节控制的场合。
背景技术
在现代科学技术和工业生产中，脉冲技术无处不在，特别金属表面处理的应用中更是发挥着巨大的作用。微弧氧化（Micro Arc Oxdation）技术是一种新型金属表面处理技术---，它是将铝、镁、钛等合金置于强电场环境的溶液中，合金表面因受到电压作用而发生微弧放电，产生高压高温使微区的金属原子与溶液中的氧结合生成一层以氧化铝、氧化镁、氧化钛为主要成分的陶瓷层。经过微弧氧化处理后的合金，其耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性能、硬度、疲劳特性等得到了较大提升，所以微弧氧化技术在国防装备、航天、机械、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
微弧所形成的氧化膜层性能受金属基体、电解液体系及成分以及电参数等诸多因素的综合影响，其中电源是微弧氧化工艺中最方便控制的环节，提升电源特性，灵活独立可调的多种电参数是摸索较佳工艺和获得较佳性能的有效途径。而在微弧氧化电源中不对称触发脉冲的设计及所采取的控制技术又是成功设计、制造该电源的核心。
在现有技术中的微弧氧化电源中，其逆变环节触发脉冲生成、调节、驱动放大、故障保护等需分别开发的过程，导致了成本较高，使用不便，操作的灵活性较差。
发明内容
本实用新型的目的在于结合微弧氧化的工艺需求，提供一种具有多种脉冲波形可编程调节的数字波形发生控制器，该装置具有较强的灵活性，能可靠驱动1200V系列IGBT组成的桥式逆变结构，可以实现正反向单波头频率（0～10KHz）、占空比（0～100%）、数量、正反向死区时间（>10us）及整个大周期（基于单波频率）一定范围内的任意调节、故障脉冲封锁及故障信号输出。
实现本实用新型上述目的采取的技术方案是：由DSP嵌入式数字信号处理器板卡的接口分别与人机交互界面和驱动放大板卡的接口连接，再由驱动放大板卡的输出接口通过逆变单元接入微弧氧化电源。
DSP嵌入式数字信号处理器板卡采用TM320C200系列下的TMS320LF2407芯片做为数字脉冲发生器的主控件；人机交互单元采用以MCGS的设备驱动和DSP2407A的通信解析程序为基础的触摸屏；驱动放大板卡采用PSHI 2312双路智能大功率IGBT驱动器；逆变单元采用工业控制用大功率IGBT绝缘栅双极型晶体管。
本实用新型的有益效果：克服了在电源应用领域逆变环节触发脉冲生成、调节、驱动放大、故障保护等需分别开发的过程，创新集成了一种一体化触发控制器 ，通过灵活的可编程手段，可以做为一个关键部件直接参与相关电源的集成。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理方框图。
图2为本实用新型的电路结构图。
图3为本实用新型的DSP处理器板卡输入/输出及接口板电路图。
图4为本实用新型的人机交互单元主界面示意图。
图5为本实用新型的软件系统结构图。
图6为本实用新型的软件设计流程图。
图7为本实用新型典型输出波形之正负单脉冲不对称波形示意图。
图8为本实用新型典型输出波形之正负多脉冲不对称波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
参阅图1、图2及图3，本实用新型提供具有多种脉冲波形可编程调节的数字波形发生控制器，如图所示，来自DSP嵌入式数字信号处理器板卡1的两路触发脉冲信号（低电平为0V，高电平为3.3V），经过驱动放大板卡3互锁、缓冲、隔离后被相应放大为关断低电平为-8V和开通高电平为+15V的驱动信号，经门极电阻Rgon和Rgoff后驱动逆变单元4的两只IGBT交互通断，工作过程中随时监测IGBT处于导通状态时集电极-发射极间的电压VCE，当VCE大于设定参考电压（10V左右）时，驱动放大板卡3将通过软关断电路自动封锁驱动信号关断驱动逆变单元4的IGBT，同时故障输出发送信号至DSP嵌入式数字信号处理器板卡1和主回路配电断路器分励线圈，使DSP嵌入式数字信号处理器板卡1封锁触发信号，主回路断路器立即跳闸切断主回路电源，同时声光报警，人机交互界面2显示出当前状态及故障信息。
本实用新型的应用主要侧重于数字信号处理和自动控制范围，结合图7、图8所期望输出的波形，具体实施分7个步骤进行：
需求分析：可编程数字触发脉冲产生，电气及非电量模拟量的采集及A/D 、D/A转化，数字量采集及逻辑编程控制，人机交互接口，高度集成化，数字化和高速的运算功能；
确定控制方法和编程语言：系统数据采集采用数字滤波处理，恒流稳压采用数字PID算法，触发脉冲产生及整个控制程序均采用C语言编程实现，人机交互界面2采用市场通用的以MCGS的设备驱动和DSP2407A的通信解析程序为基础的工控触摸屏；
针对工艺需求确立系统性能指标：脉冲信号频率：0～1KHz可编程调节，脉冲占空比为0～100％可编程调节，信号幅值：TTL5V电平功耗<5W，死区控制可编程，抗扰要求不受元器件参数变化的影响（数字信号）语言指令周期：<20us，运算精度16位，稳流精度为2%。
DSP嵌入式数字信号处理器板卡1的选择：针对系统所要求的性能指标，选择TI公司TM320C200系列下的TMS320LF2407芯片。
TMS320LF2407芯片的输入输出信号分配：如表一所示。
由于TMS320LF2407芯片采用静态CMOS技术，其参考电压输入范围为0~3.3V,D/A输出为0~2.5V，所以它与外围控制设备的接口设计与其应相匹配，本实用新型中其输入/输出接口电路如图3所示。
脉冲隔离、放大驱动输出：驱动放大板卡3对脉冲隔离、放大驱动，采用的是国内自主生产的PSHI 2312双路智能大功率IGBT驱动器，输入级选用5V(TTL)控制信号，门极开通电压VG(on)=15V，门极关断电压VG(off)=-8V。
本装置除上述硬件外，还有程序软件，程序执行以下内容：软件系统主要分为四个模块：主程序模块、A/D转换模块、D/A转换模块、故障处理模块。主程序模块是软件系统的主体部分，由系统初始化程序、不对称波形发生程序、恒流PID控制程序、稳压PID控制程序、触摸屏监控显示程序五部分构成。图5是软件系统结构图。主程序的主要任务是完成系统初始化，实现所需波形的输出控制和人机对话（设定修改频率、占空比、正反向波头数、PID中的比例、积分、微分系数、正反向电流目标值、正反向电压目标值、各种报警值等）。主程序的流程图如图6所示。主程序中最核心的又是波形的产生，其波形发生机制是：正向波形由DSP2407A中的EVA模块的T1计时器控制比较器生成，当正向输出指定个数脉冲后，就会启动EVB的时间计数器T4同时进入死区时间，引脚输出低电平；当死区时间结束T4引发周期中断，在T4的中断服务中启动负向波形输出；同理当负向脉冲个数达到设定值后进入死区时间，启动T4计数器，再有T4的中断来启动正向脉冲的发生，如此周而复始就形成了输出波形。
人机交互界面2的监控界面设计：本实用新型人机交互界面2的实现是基于北京昆仑通态公司推出的MCGS触摸屏。在触摸屏开发环境中设计了MCGS和DSP2407A的通信规约，同时根据规约的内容开发了MCGS的设备驱动和DSP2407A的通信解析程序，可以实时的查询DSP2407A的16个AD通道和4个DA通道的值，并且可以将数据下置到DSP2407A中的数据交换区实现人机交互界面2对DSP嵌入式数字信号处理器板卡1内部程序的参数设置。同时有实时曲线、历史曲线、报警、数据存储、历史数据浏览、用户脚本，策略等多种功能，实现了对DSP的监视、记录、控制等多种功能。其主界面如图4所示。
表一 输入输出信号分配表
| 序号 | signal | 输入/输出定义 |
| 1 | ADCIN0 | 正向电压采样输入 |
| 2 | ADCIN1 | 正向电流采样输入 |
| 3 | ADCIN2 | 反向电压采样输入 |
| 4 | ADCIN3 | 反向电流采样输入 |
| 5 | ADCIN4 | IGBT温度采样输入 |
| 6 | ADCIN5 | 环境温度采样输入 |
| 7 | ADCIN6 | 正向手动/自动状态输入 |
| 8 | ADCIN7 | 反向手动/自动状态输入 |
| 9 | ADCIN8 | 故障信号输入 |
| 10 | DACOUT1 | 正向PID输出 |
| 11 | DACOUT2 | 反向PID输出 |
| 12 | DACOUT3 | 报警输出 |
| 13 | PWM1/OPA6 | 正向IGBT触发脉冲输出 |
| 14 | PWM7/OPE1 | 反向IGBT触发脉冲输出 |
| 15 | P6 RS232 Pinout | 触摸屏人机界面接口 |
Claims (2)
1.一种正负不对称微弧氧化电源用触发脉冲控制器，其特征在于：由DSP嵌入式数字信号处理器板卡的接口分别与人机交互界面和驱动放大板卡的接口连接，再由驱动放大板卡的输出接口通过逆变单元接入微弧氧化电源。
2.根据权利要求1所述的正负不对称微弧氧化电源用触发脉冲控制器，其特征是：DSP嵌入式数字信号处理器板卡采用TM320C200系列下的TMS320LF2407芯片做为数字脉冲发生器的主控件；人机交互单元采用以MCGS的设备驱动和DSP2407A的通信解析程序为基础的触摸屏；驱动放大板卡采用PSHI 2312双路智能大功率IGBT驱动器；逆变单元采用工业控制用大功率IGBT绝缘栅双极型晶体管。
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| CN2011203717253U CN202230324U (zh) | 2011-09-28 | 2011-09-28 | 一种正负不对称微弧氧化电源用触发脉冲控制器 |
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| CN2011203717253U CN202230324U (zh) | 2011-09-28 | 2011-09-28 | 一种正负不对称微弧氧化电源用触发脉冲控制器 |
Publications (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN102879726A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-01-16 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | 一种igbt模块性能检测装置及方法 |
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| CN102879726B (zh) * | 2012-10-29 | 2016-11-23 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | 一种igbt模块性能检测装置及方法 |
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