一種節(jié)能型電鍍電源的制作方法
【專利摘要】一種節(jié)能型電鍍電源，包括MOS場(chǎng)效應(yīng)管，還包括用于調(diào)節(jié)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓的調(diào)節(jié)電路、用于調(diào)節(jié)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電源的供電電壓的控制電路、第一運(yùn)算電路、第二運(yùn)算電路、減法電路、取樣電阻并聯(lián)電路；調(diào)節(jié)電路的輸出端與第一運(yùn)算電路的同相輸入端連接，取樣電阻并聯(lián)電路通過(guò)第二運(yùn)算電路與第一運(yùn)算電路的反相輸入端連接，第一運(yùn)算電路的輸出端與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接；控制電路的輸出端通過(guò)電阻RL與MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極通過(guò)所述減法電路與所述控制電路的反饋端連接。其在大電流范圍內(nèi)可任意設(shè)定電流值，高精度恒流輸出，高可靠性，并具備自適應(yīng)降低MOS場(chǎng)效應(yīng)管功耗的能力。
【專利說(shuō)明】—種節(jié)能型電鍍電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電鍍電源技術(shù)，尤其涉及一種用于電鍍金剛石鉆頭、金剛石磨片等的高效的節(jié)能型電鍍電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在電鍍金剛石鉆頭、金剛石磨片生產(chǎn)中，均采用直流恒流工作方式。一般采用數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)相互隔離的鍍?cè)?，電源正極作公用極，負(fù)極各自連在自己的槽內(nèi)工件上，這就要求每個(gè)槽都能獨(dú)立調(diào)節(jié)電流值，并且保持恒定。
[0003]高穩(wěn)定度的電鍍電流可以提高電鍍金剛石鉆頭鍍層的結(jié)合力，改善鍍層厚度的均勻性、有效降低鍍層的缺陷，改善鍍層的物理和化學(xué)性能，增加電鍍鉆頭的使用壽命。電鍍金剛石鉆頭有兩個(gè)特點(diǎn):一是電鍍鉆頭生產(chǎn)周期長(zhǎng)，一般為3?7天，在電鍍過(guò)程中，需要多次調(diào)節(jié)電流大小，前期電鍍電流較小，后期電鍍電流較大，且電流穩(wěn)定性要求高，一般要求為0.1% ;二是電鍍過(guò)程中，電鍍電源長(zhǎng)時(shí)間工作于大電流狀態(tài)，電鍍電源熱損耗嚴(yán)重，影響電流穩(wěn)定性，甚至影響其可靠性。
[0004]現(xiàn)有電鍍電源主要有以下兩種。第一種，是由開(kāi)關(guān)電源和變阻器組成，如圖1所示，圖1為其原理簡(jiǎn)圖，包括電鍍槽101、陽(yáng)極鎳板102、陰極鎳板103、電鍍鉆頭104，而圖1中R為變阻器(如:滑動(dòng)變阻器或磁盤式變阻器)，通過(guò)改變變阻器R的電阻值來(lái)調(diào)節(jié)電鍍電流的大小，A為在線電流表，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電鍍電流的大小，+12V電壓是由高頻開(kāi)關(guān)電源提供的穩(wěn)定的電鍍電壓，每個(gè)電鍍槽上可并聯(lián)多個(gè)支路，每個(gè)支路都可單獨(dú)電鍍金剛石鉆頭，且每個(gè)支路上的電鍍電流的大小由變阻器R調(diào)節(jié)。這種電鍍電源有以下缺點(diǎn):當(dāng)電鍍電流輸出范圍在O?0.8A (安培)的小電流時(shí)，電流不穩(wěn)定；當(dāng)電鍍電流輸出范圍在3A以上的大電流時(shí)，變阻器R發(fā)熱嚴(yán)重，電流也不穩(wěn)定，且經(jīng)常由于電流大而燒毀，長(zhǎng)時(shí)間工作可靠性低。另外，變阻器R易受腐蝕，且采用人工調(diào)節(jié)方法，不能按照設(shè)定的電流值恒流輸出，調(diào)節(jié)困難，影響電鍍件的質(zhì)量。
[0005]第二種，是使用運(yùn)算放大器U、MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q等構(gòu)成的恒流源，如圖2所示，圖2為其電路原理圖。這種結(jié)構(gòu)的恒流源特性為:輸出電流在O?IA內(nèi)，電流長(zhǎng)期穩(wěn)定度可優(yōu)于0.05%，恒流精度高。當(dāng)輸出電流大于IA以上后，一方面，取樣電阻R0的功耗將比較大；另一方面，MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q損耗隨工作電流的增大而增加時(shí)，功率器件發(fā)熱也愈發(fā)嚴(yán)重，致MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q性能參數(shù)因溫度升高而變化，恒流源的電流的穩(wěn)定性下降，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作于大電流狀態(tài)時(shí)，電源的工作可靠性變差，作為電鍍金剛石鉆頭電鍍電源使用，不利于提高電鍍金剛石鉆頭鍍層的質(zhì)量和電鍍鉆頭的使用壽命。特別是，電鍍金剛石鉆頭電鍍電源工作過(guò)程中，電流工作范圍大，在取樣電阻R0為定值條件下，難以保證小電流、大電流工作狀況下，都有很高的恒流精度。
[0006]對(duì)于電鍍金剛石鉆頭電鍍電源，一般采用圖2所示的線性恒流結(jié)構(gòu)的電源。由于電鍍過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，又需要多次連續(xù)調(diào)節(jié)電流大小，前期電鍍電流較小，后期電鍍電流較大，MOS場(chǎng)效應(yīng)管和取樣電阻熱損耗嚴(yán)重。為了降低電鍍電源系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，提高電鍍電源工作的可靠性，必需解決以下兩個(gè)問(wèn)題。
[0007]—是取樣電阻熱損耗問(wèn)題。譬如，Rtl的取值為10 Ω (歐姆)，ID電流為ImA (毫安)時(shí)，可得到IOmV (毫伏)的取樣電壓，這個(gè)電壓量級(jí)是電路可進(jìn)行信號(hào)放大處理的最低要求。對(duì)低于IOmV的信號(hào)進(jìn)行放大處理，對(duì)處理電路的要求就很高了，從電流檢測(cè)的分辨率要求看，Rtl的取值應(yīng)不小于10 Ω，才能檢測(cè)出ImA變化的電流。但是，當(dāng)電鍍電流較大時(shí)，10 Ω的Rtl熱功耗將比較大。譬如，Id電流為5A時(shí)，10 Ω的Rtl熱功耗將達(dá)到250W，這顯然是不容許的。所以，一般通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器(即取樣電阻)&的電阻值(0.01?10Ω之間)來(lái)解決。Id電流大，R0取值就小，保證Rtl的熱功耗不大于10W。由于采用手工調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，調(diào)節(jié)精度困難，也難以按照設(shè)定的電流值恒流輸出，影響電鍍件的質(zhì)量。
[0008]二是MOS場(chǎng)效應(yīng)管熱損耗問(wèn)題。電鍍電源的熱損耗主要是MOS場(chǎng)效應(yīng)管的IdVds導(dǎo)通損耗，即Vds為MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏源導(dǎo)通壓降。顯然，當(dāng)電鍍電流輸出范圍在O?0.8A的小電流時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通損耗還不太嚴(yán)重，通過(guò)好的熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以保證MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作溫度控制在50°C以內(nèi)。當(dāng)電鍍電流輸出范圍在3A以上的大電流時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通損耗將非常嚴(yán)重，對(duì)系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)帶來(lái)非常嚴(yán)重的困難，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作溫度只能控制在90°C以內(nèi)。嚴(yán)重影響MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作性能，降低電鍍電源的電流穩(wěn)定性，也容易產(chǎn)生電鍍電源故障。如何進(jìn)一步降低電鍍電源的熱損耗，是保證電鍍電源實(shí)際工作電流穩(wěn)定性急迫解決的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種節(jié)能型電鍍電源，其在大電流范圍內(nèi)可任意設(shè)定電流值，高精度恒流輸出，高可靠性，并具備自適應(yīng)降低MOS場(chǎng)效應(yīng)管功耗的能力。
[0010]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn):一種節(jié)能型電鍍電源，包括MOS場(chǎng)效應(yīng)管，還包括用于調(diào)節(jié)所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓的調(diào)節(jié)電路、用于調(diào)節(jié)所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電源的供電電壓的控制電路、第一運(yùn)算電路、第二運(yùn)算電路、減法電路、取樣電阻并聯(lián)電路；所述調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述第一運(yùn)算電路的同相輸入端連接，所述取樣電阻并聯(lián)電路通過(guò)第二運(yùn)算電路與所述第一運(yùn)算電路的反相輸入端連接，所述第一運(yùn)算電路的輸出端與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接；所述控制電路的輸出端通過(guò)電阻Rl與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接，所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極通過(guò)所述減法電路與所述控制電路的反饋端連接。
[0011]較佳地，所述調(diào)節(jié)電路設(shè)置有電流設(shè)置保護(hù)電路。
[0012]較佳地，所述控制電路包括PWM控制電路、開(kāi)關(guān)電源，所述PWM控制電路的輸入端為所述控制電路的反饋端，所述PWM控制電路的輸出端與所述開(kāi)關(guān)電源的控制端連接，所述開(kāi)關(guān)電源的輸出端為所述控制電路的輸出端。
[0013]本實(shí)用新型有益效果在于:在使用時(shí)，本實(shí)用新型可以通過(guò)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓而控制電鍍電源工作電流的大小，從而解決了采用手工調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)設(shè)定電流、調(diào)節(jié)精度不高等問(wèn)題，同時(shí)又控制了取樣電阻熱功耗的問(wèn)題，即大電流范圍內(nèi)可任意設(shè)定電流值，高精度恒流輸出，高可靠性；而且，本實(shí)用新型可以通過(guò)控制電路調(diào)節(jié)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電源的供電電壓Vdd的大小，將MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏源導(dǎo)通壓降Vds控制在盡量小的范圍，依據(jù)Vds=Vdd-1d(RJRci),當(dāng)導(dǎo)通壓降Vds偏離增大時(shí)，就減少漏源極電源Vdd的供電電壓大小，抑制導(dǎo)通壓降Vds的增大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)通壓降Vds的控制，并把導(dǎo)通壓降Vds控制在盡量小的值，以減小MOS場(chǎng)效應(yīng)管的熱損耗，即本實(shí)用新型具備自適應(yīng)降低MOS場(chǎng)效應(yīng)管功耗的能力。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有的一種電鍍電源的原理圖。
[0015]圖2是現(xiàn)有的另一種電鍍電源的電路原理圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型的節(jié)能型電鍍電源的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]請(qǐng)參考圖3，本實(shí)用新型的節(jié)能型電鍍電源，包括MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q)、用于調(diào)節(jié)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓的調(diào)節(jié)電路1、用于調(diào)節(jié)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電源的供電電壓的控制電路2、第一運(yùn)算電路3、第二運(yùn)算電路4、減法電路5、取樣電阻并聯(lián)電路6 ;調(diào)節(jié)電路I的輸出端與第一運(yùn)算電路3的同相輸入端連接，取樣電阻并聯(lián)電路6通過(guò)第二運(yùn)算電路4與第一運(yùn)算電路3的反相輸入端連接，第一運(yùn)算電路3的輸出端與MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接；控制電路2的輸出端通過(guò)電阻Rl與MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極通過(guò)減法電路5與控制電路2的反饋端連接。
[0019]其中，調(diào)節(jié)電路I設(shè)置有電流設(shè)置保護(hù)電路7，電流設(shè)置保護(hù)電路7為圖3中的Ul等部件構(gòu)成。
[0020]其中，控制電路2包括PWM控制電路21、開(kāi)關(guān)電源22，PWM控制電路21的輸入端為控制電路2的反饋端，PWM控制電路21的輸出端與開(kāi)關(guān)電源22的控制端連接，開(kāi)關(guān)電源22的輸出端為控制電路2的輸出端。
[0021]針對(duì)取樣電阻熱損耗問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)改進(jìn)點(diǎn)之一是，在圖3中，為了降低取樣電阻R0的熱功耗，依據(jù)電流大小采用不同阻值的取樣電阻，將取樣電阻的熱功耗控制在一定范圍。具體地，將電鍍電源工作電流Id大小劃分為O~100mA、100mA~1A、1A~5A、5A~IOA等4個(gè)區(qū)間，每個(gè)電流區(qū)間選取不同阻值的取樣電阻，具體取值見(jiàn)表1。其實(shí)現(xiàn)電路見(jiàn)圖3所示。圖3中，Autl的值為5，
[0022]表1:取樣電阻Rtl的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)方式
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能型電鍍電源，包括MOS場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:還包括用于調(diào)節(jié)所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓的調(diào)節(jié)電路、用于調(diào)節(jié)所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電源的供電電壓的控制電路、第一運(yùn)算電路、第二運(yùn)算電路、減法電路、可調(diào)節(jié)阻值的取樣電阻并聯(lián)電路；所述調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述第一運(yùn)算電路的同相輸入端連接，所述取樣電阻并聯(lián)電路通過(guò)第二運(yùn)算電路與所述第一運(yùn)算電路的反相輸入端連接，所述第一運(yùn)算電路的輸出端與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接；所述控制電路的輸出端通過(guò)電阻^與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接，所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極通過(guò)所述減法電路與所述控制電路的反饋端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型電鍍電源，其特征在于:所述調(diào)節(jié)電路設(shè)置有電流設(shè)置保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型電鍍電源，其特征在于:所述控制電路包括PWM控制電路、開(kāi)關(guān)電源，所述PWM控制電路的輸入端為所述控制電路的反饋端，所述PWM控制電路的輸出端與所述開(kāi)關(guān)電源的控制端連接，所述開(kāi)關(guān)電源的輸出端為所述控制電路的輸出端。
【文檔編號(hào)】H02M3/156GK203398992SQ201320377792
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】涂用軍, 王志明 申請(qǐng)人:涂用軍, 東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院