中心議題：

• 電源的基本方案
• 開關電源部分的設計要點
• 電壓斬波控製

1 引言

zaiwoguo，dianduxingyefazhanjiaokuai，suizheshichangduidianduchanpinzhiliangyaoqiudetigao
，diandugongyiduidiandudianyuandeyaoqiuyeyuelaiyuegao。kaiguandianyuanchanpinyouyuqijuyoutijixiao
，zhongliangqing
，jienengjiecai
，tiaojiejingdugao，yiyukongzhidengzhuduoyoudian，zhengzhujianbeiguangdayonghusuocaiyong。maichongkaiguandianyuanzuoweikaiguandianyuanyanshengchanpin，qiyingyongyudianduyuzhiliudianduxiangbiyouruxiatedian:

脈衝電源可通過控製輸出電壓的波形、頻pin率lv和he占zhan空kong比bi及ji平ping均jun電dian流liu密mi度du等deng參can數shu，改gai變bian金jin屬shu離li子zi的de電dian沉chen積ji過guo程cheng

，使shi電dian沉chen積ji過guo程cheng在zai很hen寬kuan的de範fan圍wei內nei變bian化hua，從cong而er在zai某mou種zhong鍍du液ye中zhong獲huo得de具ju有you一yi定ding特te性xing的de鍍du層ceng。脈mai衝chong鍍du鎳nie代dai替ti直zhi流liu鍍du鎳nie可ke獲huo得de結jie晶jing細xi致zhi的de鍍du層ceng
，能neng使shi鎳nie層ceng的de孔kong隙xi率lv與yu內nei應ying力li降jiang低di
，硬ying度du增zeng高gao，雜za質zhi含han量liang降jiang低di，並bing可ke采cai用yong更geng高gao的de電dian流liu密mi度du，提ti高gao鍍du覆fu速su度du〖1〗。

根據脈衝鍍鎳的工藝
，我們研製了最大峰值電流1000A，最大峰值電壓30V的脈衝鍍鎳開關電源。其工藝如下:

    * 　　硫酸鎳(NiSO4·7H2O)：180～240g/L
    * 　　硫酸鎂(MgSO4·7H2O)：20～30g/L
    * 　　氯化鈉（NaCl）：10～20g/L
    * 　　硼酸：30～40
    * 　　PH值：5.4
    * 　　溫度：室溫
    * 　　波形：矩形波
    * 　　頻率：500～1500Hz
    * 　　占空比：5％～12％
    * 　　平均電流密度(A/dm2)：0.7

2 電源的基本方案

三相380V/50Hz交流電經過EMI電磁兼容裝置，進行橋式整流，再經過逆變和變壓，然後再整流、濾波、儲能，最後進行電壓斬波
，輸出單向脈衝電壓。本電源設計分兩部分：前級的開關電源和後級的斬波。脈衝電源電路工作原理框圖如圖1所示。

脈衝電源電路工作原理框圖

                                    
                                                                          圖1脈衝電源電路工作原理框圖

3 開關電源部分的設計要點

3.1開關電源部分原理

主電路由EMI電磁兼容裝置、整流電路、逆變電路
、高頻變壓器
、高頻整流及高頻濾波電路組成;控製電路由電流、電壓雙閉環組成，電流環為內環，電壓環為外環

；保護電路設置有初級最大電流限製，輸出過流

、短路保護，最高輸出電壓限製。

3.2基本要求

脈mai衝chong開kai關guan電dian源yuan除chu應ying具ju有you一yi般ban電dian源yuan的de要yao求qiu外wai
，還hai要yao求qiu短duan時shi輸shu出chu功gong率lv大da，動dong態tai特te性xing好hao，效xiao率lv高gao
，並bing在zai大da功gong率lv脈mai衝chong輸shu出chu情qing況kuang下xia能neng穩wen定ding可ke靠kao地di工gong作zuo。

3.3開關電源的設計

（1）高頻化該電源輸出最大平均容量為峰值電流1000A

，電壓30V，占空比10％，即3kW。jiyuduimaichongkaiguandianyuandeshijiyaoqiu，yicaiyonggaopinjishufangan，tongshixuanququanqiaonibiandetuopuxingshi，tigaopinlvshishixianxiaoxinghuadezhongyaotujing，tanengjianshaogonglvbianyaqidetijihelvbodianganliang
，ershuchudianganshiyingxiangdongtaixiangyingdezhongyaoyinsu。gaopinhuahaishigaishandongtaixiangyingdezhongyaocuoshi，dianyuantiaozhengdesudusuipinlvtigaoerjiakuai。congerdadaoxunsuwenyademude。
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（2）容量小型化由於占空比D較小

，例如:D=0.1，

則(ze)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)將(jiang)為(wei)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)的(de)十(shi)倍(bei)。若(ruo)按(an)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)設(she)計(ji)則(ze)不(bu)難(nan)實(shi)現(xian)，但(dan)電(dian)源(yuan)體(ti)積(ji)龐(pang)大(da)，不(bu)經(jing)濟(ji)。若(ruo)按(an)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)設(she)計(ji)，則(ze)對(dui)電(dian)源(yuan)要(yao)求(qiu)十(shi)分(fen)苛(ke)刻(ke)，既(ji)要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)小(xiao)型(xing)可(ke)靠(kao)，又(you)要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)在(zai)負(fu)載(zai)突(tu)變(bian)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)能(neng)產(chan)生(sheng)過(guo)大(da)的(de)壓(ya)降(jiang)。對(dui)於(yu)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)為(wei)2～30Vd.c.，峰值電流IP=1000A，D=0.05～0.1，需平均電流ICP=50A～100A的開關電源，若按照平均電流來設計，則有以下難題：

①電源在毫秒級時間內突然加上十倍平均電流時將會發生過流保護；

②電源在毫秒級時間內提供不了峰值電流時將會發生輸出跳變，即突降過程〖2〗。

本裝置采用1.5倍平均電流設計，保證開關電源有足夠的裕量，同時，適當增加電源的能量供給能力。

（3）高的電壓反饋增益電源應有足夠高的電壓反饋
，提高電源的動態特性
，保證脈衝輸出電壓的平穩。

（4）增大開關電源輸出電壓保持能力問題

youyudianyuangongzuozaidamaichongdianliutiaojianxia
，dianyuanzhishaoyaojingguoruogangezhouqidetiaozhengcainengwendingguolai，bingyaonaishouchongjidianliuerbuzhiyubaohudongzuo，weilejianxiaochongjidailaideyichang（尖峰，下降等），宜在負載端設置儲能電容。

設計方法如下：

電容中儲存的能量為：

EC=0.5C0U2

在輸出峰值功率P0P作用下

，開關電源輸出功率為PO1時，維持輸出方波寬度TON

，輸出電壓變化ΔU=U1－U2
，電容儲存的能量如下式所示：

0.5C0(U12－U22)=(P0P－PO1)×TON

由上式求得儲能電容C0:

C0={2(P0P－PO1)×TON}/(U12－U22)

同時，儲能電容必須選用ESR小，高頻性能好的電解電容。

（5）加jia入ru逆ni變bian橋qiao的de過guo流liu限xian製zhi鑒jian於yu開kai關guan電dian源yuan輸shu出chu電dian容rong量liang特te別bie大da，開kai機ji瞬shun間jian和he脈mai衝chong輸shu出chu時shi，逆ni變bian橋qiao需xu要yao承cheng受shou特te別bie大da的de衝chong擊ji電dian流liu，當dang逆ni變bian橋qiao加jia入ru單dan周zhou期qi過guo流liu限xian製zhi後hou
，能neng夠gou有you效xiao地di保bao證zheng逆ni變bian橋qiao的de功gong率lv器qi件jian不bu會hui超chao過guo設she計ji電dian流liu值zhi，而er大da大da提ti高gao了le開kai關guan電dian源yuan的de可ke靠kao性xing。

4 電壓斬波控製

4.1設計思路

以SG3525PWM 芯片為核心進行控製係統的設計。通過用CD4017B芯片進行8分頻，對輸出最大占空比進行限製。主電路采用場效應管並聯。電壓斬波控製原理圖如圖2所示。

電壓斬波控製原理圖
                         
                                                                     圖2電壓斬波控製原理圖