鋁合金特種工藝專用脈沖電源的研制

摘要：針對鋁合金特種工藝對脈沖電源的要求，以32位DSP芯片TMS320F2809為控制核心，采用變換的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，研制了一種專用數(shù)字脈沖電源。介紹了數(shù)字脈沖電源原理，闡述了主電路、控制電路、保護(hù)及驅(qū)動(dòng)電路等的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)直流電壓的大小來滿足不同電壓輸出的要求，同時(shí)可分別調(diào)節(jié)正、負(fù)脈沖幅值。該電源滿足各項(xiàng)技術(shù)要求，電源運(yùn)行良好，已成功應(yīng)用于鋁合金特種工藝實(shí)驗(yàn)中。
關(guān)鍵詞：脈沖電源；晶粒細(xì)化；逆變電路；控制器

1 引言
在鋁合金特種工藝過程中，為配合溫度場效應(yīng)來達(dá)到細(xì)化晶粒，促進(jìn)塑性變的效果，需要將一定頻率、電壓和電流幅值可調(diào)的交流信號加入鋁合金板材中。目前，國內(nèi)傳統(tǒng)式脈沖電源裝置大多采用分立數(shù)字IC芯片產(chǎn)生脈沖，再加入功率放大部分組成整個(gè)系統(tǒng)。這些裝置普遍存在一些問題，例如系統(tǒng)的集成度不夠高、頻率范圍有所限制、數(shù)字化程度低，人機(jī)交互不夠成熟，需要通過設(shè)置周期來得到頻率等。新型脈沖電源采用高性能微控制器及高速電路對脈沖電源中的開關(guān)功率器件進(jìn)行控制，并且采用良好的人機(jī)交互界面。因此研制具有規(guī)則脈沖波，且脈沖幅值、占空比和頻率可任意調(diào)節(jié)的特種鋁合金脈沖電源有著相當(dāng)重要的意義。

2 電源技術(shù)指標(biāo)及方案
鋁合金特種工藝脈沖電源系統(tǒng)需大電流脈沖激勵(lì)，在低頻情況下進(jìn)行。根據(jù)工藝實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求，脈沖電源技術(shù)指標(biāo)為：脈沖電流0～30 A可調(diào)；信號頻率1～1 000 Hz可調(diào)；脈沖信號占空比及周期個(gè)數(shù)可調(diào)；正、負(fù)脈沖幅值獨(dú)立可調(diào)；實(shí)時(shí)顯示、存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、溫度等。

圖1示出設(shè)計(jì)的脈沖電源。主電路采用三相380 V／50 Hz輸入，整流單元采用三相智能晶閘管模塊，通過微控制器和數(shù)字電路輸出模塊調(diào)整電壓，以調(diào)節(jié)直流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)脈沖電流幅值的恒定。通過PWM控制IGBT的開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)輸出頻率、占空比、脈沖個(gè)數(shù)可調(diào)的脈沖電流波形。