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，采用變換的全橋拓撲結構電路，研制了一種專用數字脈沖電源。介紹了數字脈沖電源原理，闡述了主電路、控制電路、保護及驅動電路等的設計方法。系統可通過調節直流電壓的大小來滿足不同電壓輸出的要求，同時可分別調節正、負脈沖幅值。該電源滿足各項技術要求，電源運行良好，已成功應用于鋁合金特種工藝實驗中。
關鍵詞：脈沖電源；晶粒細化；逆變電路；控制器

1 引言
在鋁合金特種工藝過程中，為配合溫度場效應來達到細化晶粒，促進塑性變的效果，需要將一定頻率、電壓和電流幅值可調的交流信號加入鋁合金板材中。目前，國內傳統式脈沖電源裝置大多采用分立數字IC芯片產生脈沖，再加入功率放大部分組成整個系統。這些裝置普遍存在一些問題，例如系統的集成度不夠高、頻率范圍有所限制、數字化程度低，人機交互不夠成熟，需要通過設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功率器件進行控制，并且采用良好的人機交互界面。因此研制具有規則脈沖波，且脈沖幅值、占空比和頻率可任意調節的特種鋁合金脈沖電源有著相當重要的意義。

2 電源技術指標及方案
鋁合金特種工藝脈沖電源系統需大電流脈沖激勵，在低頻情況下進行。根據工藝實驗的相關要求，脈沖電源技術指標為：脈沖電流0～30 A可調；信號頻率1～1 000 Hz可調；脈沖信號占空比及周期個數可調；正、負脈沖幅值獨立可調；實時顯示、存儲相關數據，包括電壓、電流、溫度等。

圖1示出設計的脈沖電源。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，通過微控制器和數字電路輸出模塊調整電壓，以調節直流輸出電壓，實現脈沖電流幅值的恒定。通過PWM控制IGBT的開通與關斷，實現輸出頻率、占空比、脈沖個數可調的脈沖電流波形。