高可靠性大功率电镀电源研究

发布时间：2017-06-06 04:09

  本文关键词：高可靠性大功率电镀电源研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于开关电源技术的电镀电源因其卓越的性能,目前已在电镀工业领域得到了广泛应用。随着计算机、微电子技术和电力电子技术的发展,具有低压大电流输出特性的电镀电源成为研究热点。国内外在提高开关频率、提高单机功率、提升电源效率、电磁兼容和可靠性等方面均进行了深入的研究。本文从基础设计上对电镀电源进行了可靠性研究设计,包含可靠的电路拓扑结构、可靠高效的功率调整控制方式、具有冗余度的安全保护措施、元器件和电路的抗干扰设计等。本文也对在满足可靠性要求下提高电源效率的方法进行研究设计。本设计主电路由抗磁通不平衡能力较强,结构简单功率适中的半桥拓扑结构,低EMI、低温升的环形磁芯变压器及并联全波整流输出结构构成。主电路实现了电镀电源的基础可靠性。为兼顾控制可靠性和控制灵敏度,本设计使用了可逐周期限定和调节输出电流的的双闭环控制方式。本文对双环控制系统进行建模分析,消除条件稳定现象,设计合理的控制参数保证控制环路的稳定性。双环控制器与成熟可靠的PWM驱动芯片一起共同构成了电源系统的功率调节设计。为保证电源系统的可靠运行,本文设计了多重保护措施,包括具有故障自关断能力的开关管驱动,独立的基于FPGA的外部监控保护电路,有利于远程监控运行参数的串行通信设计和能够保留故障状态的友好的人机界面。针对较为恶劣的电源工作环境,本设计选用抗干扰能力较强的元器件,采用降额设计,优化电路结构以保证电路的可靠性。同时,为提升电源效率,本文采用同步整流技术和简单并联输出设计。为验证设计方案,本文制作了一台具有5~12V可调电压输出,最大设计输出电流200A的原理样机。通过对电源输出特性,双环控制特性,安全保护能力和远程通信能力等方面实验测试,结果表明,样机达到设计指标要求,具有较高的可靠性和运行效率。因而本文提出的设计方案对于电镀行业电镀电源设计具有一定的应用价值。
【关键词】：电镀电源 可靠性 双环控制 同步整流
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题背景11-12
• 1.1.1 电镀的概念和原理11-12
• 1.1.2 电镀用电源的需求12
• 1.2 电镀电源的技术发展12-13
• 1.3 电镀电源研究现状13-14
• 1.4 课题研究目标和意义14-15
• 1.5 章节安排15-16
• 2 电镀电源整体方案设计16-39
• 2.1 电镀电源整体设计与性能指标16-17
• 2.2 电镀电源可靠性设计17-20
• 2.3 电镀电源主电路拓扑结构设计20-24
• 2.3.1 电源主电路拓扑20-22
• 2.3.2 简单并联输出结构22-24
• 2.4 调功方案设计24-26
• 2.4.1 常用调功控制方案24
• 2.4.2 PWM控制器芯片SG3525 的特点24-25
• 2.4.3 基于SG3525 的PWM调功方案25-26
• 2.5 双环控制器设计26-30
• 2.5.1 双环控制器原理与设计26-27
• 2.5.2 双环控制系统系统模型的建立27-30
• 2.6 同步整流整体方案设计30-36
• 2.6.1 半桥结构常见整流输出方案30-31
• 2.6.2 同步整流技术31-32
• 2.6.3 自驱动同步整流技术32-33
• 2.6.4 外驱动同步整流技术33-35
• 2.6.5 同步整流MOS管特性与多管并联35-36
• 2.7 电镀电源数据传输与显示方案设计36-37
• 2.7.1 人在回路的设计需求36
• 2.7.2 串口屏和串行通信方案36-37
• 2.8 数字辅助控制与保护方案设计37-38
• 2.8.1 基于FPGA的控制与保护方案38
• 2.9 本章小结38-39
• 3 电镀电源硬件电路设计39-65
• 3.1 电镀电源主电路硬件设计39-47
• 3.1.1 功率元器件的选取39-41
• 3.1.2 变压器设计41-43
• 3.1.3 输出滤波电感的设计43-46
• 3.1.4 输出滤波电容的计算46
• 3.1.5 吸收电路的设计46-47
• 3.2 开关管驱动电路设计47-49
• 3.2.1 开关管驱动的要求47
• 3.2.2 开关管驱动设计47-49
• 3.3 基于SG3525 的PWM主控电路设计49-51
• 3.3.1 SG3525 芯片基本电路设计49-50
• 3.3.2 主电路异常波形和SG3525 抗干扰设计50-51
• 3.4 驱动波形和波形变换电路设计51-53
• 3.4.1 基于与门翻转的上升沿延时电路原理设计51-53
• 3.5 双环控制器电路设计53-60
• 3.5.1 电流环环路参数的设计53-57
• 3.5.2 电压外环的设计57-59
• 3.5.3 双环控制硬件实现59-60
• 3.6 数字控制的硬件实现60-63
• 3.6.1 基于FPGA的辅助控制系统60
• 3.6.2 数字采样电路的实现60-63
• 3.6.3 串行通信和显示的硬件实现63
• 3.7 辅助电源设计63-64
• 3.8 本章小结64-65
• 4 FPGA内部逻辑设计65-77
• 4.1 串口屏GUI设计与串行通信的实现65-71
• 4.1.1 GUI设计65-66
• 4.1.2 串行通信协议设计66-67
• 4.1.3 串行通信模块逻辑实现67-71
• 4.2 保护控制电路逻辑设计71-76
• 4.2.1 数据采集驱动逻辑设计71-74
• 4.2.2 保护控制逻辑74-76
• 4.2.3 故障时的数据保留76
• 4.3 本章小结76-77
• 5 实验结果及分析77-82
• 5.1 实验过程和分析77-81
• 5.1.1 驱动波形测量78
• 5.1.2 半桥开关管两端波形78-79
• 5.1.3 环路控制与电源输出79-80
• 5.1.4 数字辅助控制系统的保护实验80-81
• 5.1.5 串行通信功能测试81
• 5.2 本章小结81-82
• 6 结论82-84
• 6.1 论文总结82
• 6.2 论文展望82-84
• 参考文献84-87
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果87-88
• 致谢88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 李桂丹;高晗璎;张春喜;;基于SG3525的DC/DC直流变换器的研究[J];电源技术应用;2009年01期

2 蔡宣三;;开关电源的频域分析与综合(Ⅰ)[J];电源世界;2002年09期

3 丁继华,陈卫东;铝电解电容器耐纹波电流探讨[J];电子元件与材料;2001年05期

4 冯敬东;来萍;;电子产品MTBF的意义及工程化计算方法[J];电子产品可靠性与环境试验;2008年02期

5 刘星平,唐勇奇,赵葵根;基于SG3525控制的可逆直流脉宽调速系统[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2002年01期

6 张琳;汪建华;秦道东;向东;;基于SG3525控制的脉冲式微波电源的研究[J];仪表技术;2006年05期

7 程晓红;;基于SG3525控制的车载电源设计[J];电子元器件应用;2007年07期

8 林金堵;吴梅珠;;PCB电镀铜技术与发展[J];印制电路信息;2009年12期

9 胡宗波,张波;同步整流器中MOSFET的双向导电特性和整流损耗研究[J];中国电机工程学报;2002年03期

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1 薛文瑞;高效率LED路灯驱动电源的仿真研究[D];东北石油大学;2013年

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