CN216216589U - 用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置包括三相交流电输入、三相滤波电路、APFC三相功率因数校正直流母线升压电路、全桥滤波电路、变压器、全桥高频整流电路、LC滤波电路、斩波电路，斩波电路分别与主控板上的PWMH驱动信号端和PWML驱动信号端相连。大功率微弧氧化电源系统一般为AC/DC直流电源系统，既是通过全波整流将三相交流工业电整流成直流高压电，然后通过全桥电路加高频变压器变成交流电，然后后级由全桥高频整流二极管成脉动直流，再通过LC滤波电路变为平滑的直流电压。然后再将直流电压通过BUCK斩波电路转换频率和占空比可调节的脉冲直流，可正脉冲输出，可正负脉冲交替输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源装置，尤其涉及用于一种钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置。
背景技术
在海洋舰船与航空构件上目前采用是传统阳极氧化涂层，阳极氧化涂层，将合金等金属置于适当的电解液中，并作为阳极，在外加电流的作用下，使其表面生成的厚为10~2001m的氧化膜。传统阳极氧化涂层不能根据负载的动态变化状态动态实时调节，传统电路中谐波对电网的污染大，导致无功功率过大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，具有实时调节、开关损耗小、谐波对电网的污染小的特点。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其创新点在于：所述用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置包括三相交流电输入、与所述三相交流电输入相连的三相滤波电路、与所述三相滤波电路相连的APFC三相功率因数校正直流母线升压电路、与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连的全桥滤波电路、与所述全桥滤波电路相连的变压器、与所述变压器相连的全桥高频整流电路、与所述全桥高频整流电路相连的LC滤波电路、与所述LC滤波电路相连的斩波电路，所述斩波电路分别与主控板上的PWMH驱动信号端和PWML驱动信号端相连，所述主控板上设置有与所述全桥滤波电路相连的交变电流传感器管脚、与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连的直流母线调压控制管脚、设置在主控板上的电流输出管脚和电压输出管脚。
优选的，所述三相滤波电路为三相EMI滤波电路，所述三相EMI滤波电路上串联设置有控制三相EMI滤波电路通断的钥匙开关；所述三相交流电输入为380V交流电输入。
优选的，所述全桥滤波电路由桥式设置的四个高压大电流IGBT组成，包括QH1、QH2、QL1、QL2，全桥滤波电路其中两端与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连，全桥滤波电路另外两端与变压器相连。
优选的，所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路两端并联设置有高频聚丙烯薄膜电容。
优选的，所述全桥滤波电路的另外两端与变压器之间串联设置有电容Cr1和组合电感，所述全桥滤波电路的另外两端与所述组合电感之间设置有与主控板相连的管脚接口；所述变压器为高频变压器。
优选的，所述全桥高频整流电路包括四个桥式布置的高频整流二极管。
优选的，所述斩波电路包括并联设置在LC滤波电路两端且相互之间串联的快恢复二极管D1和快恢复二极管D2，并联在快恢复二极管D1和快恢复二极管D2连接处和所述LC滤波电路之间的辅助IGBT模块、位于所述辅助IGBT模块和所述快恢复二极管D1之间的高频聚丙烯薄膜电容C2，并联在串联的快恢复二极管D1和快恢复二极管D2两端的续流IGBT模块，位于所述快恢复二极管D1和所述续流IGBT模块之间的主功率IGBT模块，设置在所述续流IGBT模块和主功率IGBT模块连接处和所述快恢复二极管D1之间的辅助电感Lr，位于所述续流IGBT模块和主功率IGBT模块连接处和所述快恢复二极管D2之间的辅助IGBT结电容，并联设置在所述主功率IGBT模块上的主功率IGBT电容，续流IGBT模块一端通过主电感Lf连接阳极，续流IGBT模块另一端连接阴极，所述主功率IGBT电容和所述续流IGBT模块分别与主控板上的所述PWMH驱动信号端和所述PWML驱动信号端相连。
优选的，所述主控板上设置有与远程控制面板相连的点火脉冲信号管脚。
本实用新型的优点在于：微弧氧化工艺主要是依靠电解液与电参数的匹配调节，在弧光放电产生的瞬时高温高压作用下，对铝、镁、钛等阀金属及其合金表面生长出以基体金属氧化物为主并辅以电解液组分的改性陶瓷涂层，其防腐及耐磨性能显著优于传统阳极氧化涂层，因此在海洋舰船与航空构件上的应用受到广泛关注。微弧氧化工艺主要是依靠电解液与电参数的匹配调节，在弧光放电产生的瞬时高温高压作用下，于铝、镁、钛等阀金属及其合金表面生长出以基体金属氧化物为主并辅以电解液组分的改性陶瓷涂层，其防腐及耐磨性能显著优于传统阳极氧化涂层，因此在海洋舰船与航空构件上的应用受到广泛关注。
大功率微弧氧化电源系统一般为AC/DC直流电源系统，既是通过全波整流将三相交流工业电整流成直流高压电，然后通过全桥电路加高频变压器变成交流电，然后后级由全桥高频整流二极管成脉动直流，再通过LC滤波电路变为平滑的直流电压。然后再将直流电压通过BUCK斩波电路转换频率和占空比可调节的脉冲直流，可正脉冲输出，可正负脉冲交替输出。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述;
图1是本实用新型用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置的电路图;
图2是本实用新型用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置中斩波电路图;
图中：1-三相交流电输入、2-三相滤波电路、21-钥匙开关、3-APFC三相功率因数校正直流母线升压电路、4-全桥滤波电路、5-变压器、6-全桥高频整流电路、7-LC滤波电路、8-斩波电路、81-快恢复二极管D1、82-快恢复二极管D2、83-辅助IGBT模块、84-高频聚丙烯薄膜电容C2、85-续流IGBT模块、86-主功率IGBT模块、87-辅助电感Lr、88-辅助IGBT结电容、89-主功率IGBT电容、891-主电感Lf、9-主控板、91-PWMH驱动信号端、92-PWML驱动信号端、93-交变电流传感器管脚、94-直流母线调压控制管脚、95-电流输出管脚、96-电压输出管脚、97-管脚接口、98-点火脉冲信号管脚、10-高频聚丙烯薄膜电容、11-电容Cr1、12-组合电感、13-远程控制面板。
具体实施方式
本实用新型的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置包括三相交流电输入1、与三相交流电输入相连的三相滤波电路2、与三相滤波电路相连的APFC三相功率因数校正直流母线升压电路3、与APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连的全桥滤波电路4、与全桥滤波电路相连的变压器5、与变压器相连的全桥高频整流电路6、与全桥高频整流电路相连的LC滤波电路7、与LC滤波电路相连的斩波电路8，斩波电路分别与主控板9上的PWMH驱动信号端91和PWML驱动信号端92相连，主控板上设置有与全桥滤波电路相连的交变电流传感器管脚93、与APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连的直流母线调压控制管脚94、设置在主控板上的电流输出管脚95和电压输出管脚96。微弧氧化工艺主要是依靠电解液与电参数的匹配调节，在弧光放电产生的瞬时高温高压作用下，对铝、镁、钛等阀金属及其合金表面生长出以基体金属氧化物为主并辅以电解液组分的改性陶瓷涂层，其防腐及耐磨性能显著优于传统阳极氧化涂层，因此在海洋舰船与航空构件上的应用受到广泛关注。微弧氧化工艺主要是依靠电解液与电参数的匹配调节，在弧光放电产生的瞬时高温高压作用下，于铝、镁、钛等阀金属及其合金表面生长出以基体金属氧化物为主并辅以电解液组分的改性陶瓷涂层，其防腐及耐磨性能显著优于传统阳极氧化涂层，因此在海洋舰船与航空构件上的应用受到广泛关注。
上述的三相滤波电路为三相EMI滤波电路，三相EMI滤波电路上串联设置有控制三相EMI滤波电路通断的钥匙开关21；三相交流电输入为380V交流电输入。上述的全桥滤波电路由桥式设置的四个高压大电流IGBT组成，包括QH1、QH2、QL1、QL2，全桥滤波电路其中两端与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连，全桥滤波电路另外两端与变压器相连。APFC三相功率因数校正直流母线升压电路两端并联设置有高频聚丙烯薄膜电容10。全桥滤波电路的另外两端与变压器之间串联设置有电容Cr1 11和组合电感12，全桥滤波电路的另外两端与组合电感之间设置有与主控板相连的管脚接口97；变压器为高频变压器。
上述的全桥高频整流电路包括四个桥式布置的高频整流二极管。上述的斩波电路包括并联设置在LC滤波电路两端且相互之间串联的快恢复二极管D1 81和快恢复二极管D282，并联在快恢复二极管D1和快恢复二极管D2连接处和LC滤波电路之间的辅助IGBT模块83、位于辅助IGBT模块和快恢复二极管D1之间的高频聚丙烯薄膜电容C2 84，并联在串联的快恢复二极管D1和快恢复二极管D2两端的续流IGBT模块85，位于快恢复二极管D1和续流IGBT模块之间的主功率IGBT模块86，设置在续流IGBT模块和主功率IGBT模块连接处和快恢复二极管D1之间的辅助电感Lr87，位于续流IGBT模块和主功率IGBT模块连接处和快恢复二极管D2之间的辅助IGBT结电容88，并联设置在主功率IGBT模块上的主功率IGBT电容89，续流IGBT模块一端通过主电感Lf891连接阳极，续流IGBT模块另一端连接阴极，主功率IGBT电容和续流IGBT模块分别与主控板上的PWMH驱动信号端和所述PWML驱动信号端相连。上述的主控板上设置有与远程控制面板13相连的点火脉冲信号管脚98。
大功率微弧氧化电源系统一般为AC/DC直流电源系统，既是通过全波整流将三相交流工业电整流成直流高压电，然后通过全桥电路加高频变压器变成交流电，然后后级由全桥高频整流二极管成脉动直流，再通过LC滤波电路变为平滑的直流电压。然后再将直流电压通过BUCK斩波电路转换频率和占空比可调节的脉冲直流，可正脉冲输出，可正负脉冲交替输出。
此种电源结构，前级采用三相功率因数校正APFC升压直流母线，逆变部分采用全桥LLC谐振软开关逆变，通过变压器输出整流，电容滤波作为后级BUCK斩波输入，通过DSP程序控制输出可调的直流脉冲。需要用包括APFC整流滤波，4只IGBT做全桥整流电路1只做后级斩波、2个串联双管快恢复二极管作高频整流，2个串联双管快恢复二极管BUCK谐振软开关的续流作用，1个高频变压器、4只高频整流二极管及L、C滤波电路，后级输出斩波需要一个高压大电流IGBT和快恢复二极管.与传统的硬开关拓扑工作模式相比，此种APFC+LLC+BUCK实现的软开关特性，开关损耗降低到最小，对半导体器件的电压电流应力要求不高，省去了尖峰吸收电路，同时可以再不增加损耗的情况下提高工作频率，有利于磁性期间的小型化，减少重量和体积。有利于低碳节能环保的发展理念。
针对LLC拓扑结构电压输出范围较窄的不足和轻载条件下工作在谐振频率以上整流二极管不能有效的实现软开关的缺点，本发明开创性的采用根据负载的动态变化状态动态实时调节APFC升压电路的母线电压，使开关频率始终处于谐振频率附近，从而使高频整流二极管零电流换向，不存在反向恢复损耗，避免出现尖峰电压。后级BUCK电路主开关ZVS开通，ZVS关断。辅助开关工作在ZCS开通，ZVS关断的工作模式，同样的实现了全负载范围的软开关。大大降低的半导体期间的电流电压应力，降低了尖峰电压和振荡。前级LLC的转换效率在93%左右，后级BUCK转换效率达到98%以上。
如图2所示，在图中由输入端在脉冲发出开始阶段，控制回路先打开Q2的辅助开关通过续流二极管Q3的IGBT寄生二极管对电感Lr充电，此时电感Lf存储的能量释放，续流电流通过Q3的IGBT寄生二极管由下到上流过电流,辅助电感右端电势接近于负极，此时电感Lr电流由0线性上升，以使续流二极管电流减小至0，此时打开辅助开关开，辅助开关管电流由零逐渐上升，开通瞬间实现零电流开通。当Q3的IGBT寄生二极管电流降低到0，辅助电感与主开关结电容产生谐振，电感能量抽出主开关寄生电容Cr的电荷，用一ZVS电压检测电路检测当主开关电压接近于0时打开主开关，此时主开关实现零电压开通。此后由于主开关Q1的打开，C1相当于并联于辅助开关Q2上，电压为0，此时关闭辅助开关，由于C1接入，Q2电压缓慢上升相当于零电压关断，此时主开关Q1继续开通，当PWM下降沿关断主开关由于电容Cr的存在主开关管Q1电压缓慢上升。这样主开关Q1和辅助开关Q2的开关损耗降低到接近于0实现软开关，续流二极管零电流换向没有反向恢复现象，值得一提的是所有半导体器件IGBT和快恢复二极管都实现了软恢复。跟传统的简单BUCK拓扑不一样，这样的拓扑结构开关损耗极小，尖峰电压电流也在极小水平，效率可达到较高水平，据测试脉冲部分转换效率达98%；三相隔离后转直流部分采用维也纳整流，移相全桥拓扑软开关结构使转换效率能达到92%，斩波部分也采用软开关特性拓扑结构，高于行业内的其他标准达80%左右。功率因素为业界较高水平。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置包括三相交流电输入、与所述三相交流电输入相连的三相滤波电路、与所述三相滤波电路相连的APFC三相功率因数校正直流母线升压电路、与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连的全桥滤波电路、与所述全桥滤波电路相连的变压器、与所述变压器相连的全桥高频整流电路、与所述全桥高频整流电路相连的LC滤波电路、与所述LC滤波电路相连的斩波电路，所述斩波电路分别与主控板上的PWMH驱动信号端和PWML驱动信号端相连，所述主控板上设置有与所述全桥滤波电路相连的交变电流传感器管脚、与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连的直流母线调压控制管脚、设置在主控板上的电流输出管脚和电压输出管脚。
2.如权利要求1所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述三相滤波电路为三相EMI滤波电路，所述三相EMI滤波电路上串联设置有控制三相EMI滤波电路通断的钥匙开关；所述三相交流电输入为380V交流电输入。
3.如权利要求1所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述全桥滤波电路由桥式设置的四个高压大电流IGBT组成，包括QH1、QH2、QL1、QL2，全桥滤波电路其中两端与所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路相连，全桥滤波电路另外两端与变压器相连。
4.如权利要求3所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述APFC三相功率因数校正直流母线升压电路两端并联设置有高频聚丙烯薄膜电容。
5.如权利要求3所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述全桥滤波电路的另外两端与变压器之间串联设置有电容Cr1和组合电感，所述全桥滤波电路的另外两端与所述组合电感之间设置有与主控板相连的管脚接口；所述变压器为高频变压器。
6.如权利要求1所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述全桥高频整流电路包括四个桥式布置的高频整流二极管。
7.如权利要求1所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述斩波电路包括并联设置在LC滤波电路两端且相互之间串联的快恢复二极管D1和快恢复二极管D2，并联在快恢复二极管D1和快恢复二极管D2连接处和所述LC滤波电路之间的辅助IGBT模块、位于所述辅助IGBT模块和所述快恢复二极管D1之间的高频聚丙烯薄膜电容C2，并联在串联的快恢复二极管D1和快恢复二极管D2两端的续流IGBT模块，位于所述快恢复二极管D1和所述续流IGBT模块之间的主功率IGBT模块，设置在所述续流IGBT模块和主功率IGBT模块连接处和所述快恢复二极管D1之间的辅助电感Lr，位于所述续流IGBT模块和主功率IGBT模块连接处和所述快恢复二极管D2之间的辅助IGBT结电容，并联设置在所述主功率IGBT模块上的主功率IGBT电容，续流IGBT模块一端通过主电感Lf连接阳极，续流IGBT模块另一端连接阴极，所述主功率IGBT电容和所述续流IGBT模块分别与主控板上的所述PWMH驱动信号端和所述PWML驱动信号端相连。
8.如权利要求1所述的用于钛镁铝金属表面改性处理的微弧氧化电源装置，其特征在于：所述主控板上设置有与远程控制面板相连的点火脉冲信号管脚。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240116 Address after: No. 1515 Gangfeng Road, Yangzijiang International Chemical Industry Park, Suzhou City, Jiangsu Province, 215600 Patentee after: Jiangsu Meidong Environmental Technology Co.,Ltd. Address before: 215300 4th floor, office building 1515 Gangfeng Road, Jiangsu Yangzi River International Chemical Industrial Park, Suzhou, Jiangsu Patentee before: Shixing plasma technology (Jiangsu) Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |