[发明专利]两级逆变式微弧氧化电源及其输出调节控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于材料表面处理的微弧氧化电源，具体是指两级逆变式微弧氧化电源及其输出调节控制方法。

背景技术

微弧氧化是一种新型的很有前途的材料表面处理技术，而微弧氧化电源是影响微弧氧化膜层质量的关键因素之一。微弧氧化电源有直流，单向脉冲，交流对称和交流不对称等多种模式，采用交流不对称工作模式的电源是微弧氧化技术的重要发展方向。目前国内也研制出具有交流不对称脉冲输出特性的微弧氧化电源，主要有晶闸管整流型电源，二极管整流型电源，两极逆变调压型电源和两级斩波型电源。

晶闸管整流型电源：其主电路结构如图1所示。主要由正负两极变压，晶闸管整流，电容电感滤波，IGBT斩波等电路组成。三相工频变压器的初级为一个绕组，次级为两个绕组工作，分别经晶闸管整流，电感、电容滤波后，产生后级斩波所需的正负两路直流，斩波电路采用两个IGBT模块串联，分别用于产生微弧氧化所需的正负向脉冲。Q1和Q3导通时，Q2和Q4截至；Q2和Q4导通时，Q1和Q3截至，这样经过负载的电压是正负两路交替变换的脉冲电压，而极性转换加工电路的电压调节是通过单片机控制可控硅的导通角来实现的。

该类电源调节周期较长，脉冲频率最大为1kHz，最高加工时间调节分辨率为1ms，由于电流过零的影响，热效率低，用晶闸管调节电流，当电流百分比偏小时，过零时间长，影响更大；变压器损耗大，电源系统功率因素低，回路损耗大，采用工频变压器，设备笨重。

二极管整流型电源：其主电路结构如图2所示。主要也是包括正、负极电压调节电路，整流滤波电路和斩波电路等。采用工频变压，二极管整流，阴阳极电压电流分别固定不变，不能够进行连续调节，能量输出控制精度低，如果要改变输出电压或电流则需在变压器初级前端增加一个调压器来调节输入电压。

两极逆变调压型电源：其主电路结构框图如图3所示。主电路由输入整流滤波电路、逆变调压电路、输出端整流滤波电路、极性转换电路等组成。也是分阴阳两极进行三相逆变调压，耗材，成本高，控制复杂。

两级斩波型电源：其主电路结构如图4所示。主电路在结构上分为整流电路、滤波电路、斩波电路以及逆变电路等组成。其中Q1为初级斩波IGBT，Q2、Q3、Q4、Q5构成后级斩波逆变电路。采用工频整流变压器，体积大，效率低；频率低，控制精度低。

综合起来，上述电源主要存在以下问题：

(1)开关频率低，一般在1kHz以下，能量输出控制和时间控制精度低；

(2)大部分电源初级采用工频整流变压器，体积大、笨重、效率低、耗材；而即便采用逆变调压，也是分阴阳两级，这就使得电源成本高，损耗大；

(3)有些电源为开环系统，部分带电流、电压反馈控制，电源稳定性不够；

(4)正负脉冲一般需采用不同的变压器来得到不同的输出，控制电路复杂；

(5)后级斩波电路中开关器件处于硬开关工作状态，开关损耗大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷与不足，提供一种两级逆变式微弧氧化电源，其控制精度高、响应速度快，具有多输出特性，且工艺稳定性好，采用智能监控，实现了电源的高效化、高频化以及智能化。

本发明的目的还在于提供上述两级逆变式微弧氧化电源输出调节控制方法。

本发明的目的通过下述方案实现：本两级逆变式微弧氧化电源，包括主电路、控制系统、人机交互设备，其中主电路包括电源开关、输入整流滤波电路、功率逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路、斩波逆变电路；控制系统包括控制变压器、控制电路；所述人机交互设备包括键盘、显示设备(LED或者LCD)；所述控制变压器、输入整流滤波电路分别通过电源开关与工频交流电网连接，斩波逆变电路与负载连接，控制电路与功率逆变电路、斩波逆变电路、键盘、显示器分别连接，且与输出整流滤波电路的输出端连接。

为更好地实现本发明，所述控制电路包括处理器及其连接的电压/电流采样电路、过载保护电路、功率逆变驱动电路、斩波逆变驱动电路；所述功率逆变驱动电路、斩波逆变驱动电路相应与功率逆变电路、斩波逆变电路连接，所述电压/电流采样电路分别与输出整流滤波电路的输出端连接；处理器还与所述控制变压器、键盘、显示设备连接。