1000A/30V电镀用脉冲电源的研制

　　1引言

　　在我国，电镀行业发展较快，随着市场对电镀产品质量要求的提高，电镀工艺对电镀电源的要求也越来越高。开关电源产品由于其具有体积小，重量轻，节能节材，调节精度高，易于控制等诸多优点，正逐渐被广大用户所采用。脉冲开关电源作为开关电源衍生产品，其应用于电镀与直流电镀相比有如下特点:

　　脉冲电源可通过控制输出电压的波形、频率和占空比及平均电流密度等参数，改变金属离子的电沉积过程，使电沉积过程在很宽的范围内变化，从而在某种镀液中获得具有一定特性的镀层。脉冲镀镍代替直流镀镍可获得结晶细致的镀层，能使镍层的孔隙率与内应力降低，硬度增高，杂质含量降低，并可采用更高的电流密度，提高镀覆速度。根据脉冲镀镍的工艺，我们研制了最大峰值电流1000A，最大峰值电压30V的脉冲镀镍开关电源。其工艺如下:

　　硫酸镍(NiSO4·7H2O)：180～240g/L

　　硫酸镁(MgSO4·7H2O)：20～30g/L

　　氯化钠(NaCl)：10～20g/L

　　硼酸：30～40

　　PH值：5.4

　　温度：室温

　　波形：矩形波

　　频率：500～1500Hz

　　占空比：5%～12%

　　平均电流密度(A/dm2)：0.7

　　2电源的基本方案

　　三相380V/50Hz交流电经过EMI电磁兼容装置，进行桥式整流，再经过逆变和变压，然后再整流、滤波、储能，最后进行电压斩波，输出单向脉冲电压。本电源设计分两部分：前级的开关电源和后级的斩波。脉冲电源电路工作原理框图如图1所示。

图1脉冲电源电路工作原理框图

　　3开关电源部分的设计要点

　　3.1开关电源部分原理

　　主电路由EMI电磁兼容装置、整流电路、逆变电路、高频变压器、高频整流及高频滤波电路组成;控制电路由电流、电压双闭环组成，电流环为内环，电压环为外环;保护电路设置有初级最大电流限制，输出过流、短路保护，最高输出电压限制。

　　3.2基本要求

　　脉冲开关电源除应具有一般电源的要求外，还要求短时输出功率大，动态特性好，效率高，并在大功率脉冲输出情况下能稳定可靠地工作。

　　3.3开关电源的设计

　　(1)高频化该电源输出最大平均容量为峰值电流1000A，电压30V，占空比10%，即3kW。基于对脉冲开关电源的实际要求，宜采用高频技术方案，同时选取全桥逆变的拓扑形式，提高频率是实现小型化的重要途径，它能减少功率变压器的体积和滤波电感量，而输出电感是影响动态响应的重要因素。高频化还是改善动态响应的重要措施，电源调整的速度随频率提高而加快。从而达到迅速稳压的目的。