專利名稱:高速可反向電流脈沖電源裝置的制作方法
本實用新型屬電鍍、電鑄的脈沖電源裝置。
在現(xiàn)有技術中，電鍍場合依靠只有一個電壓(或電流)電參數(shù)可變的直流電源裝置作為電鍍槽供電裝置，難以實現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)電鍍或電鑄工藝目的。因為直流電鍍電源裝置無法解決由于電極界面雙層電容充電效應引起的電極界面電位遠低于電源電壓值的矛盾，無法解決大電流密度下沉積層樹枝狀長瘤及氫脆、有針孔的現(xiàn)象，且沉積層性能難以通過調(diào)節(jié)電參數(shù)進行控制。
本實用新型的目的，是要提供一種有四個電參數(shù)獨立可變脈沖頻率、占空比、輸出電壓(或電流)值、正向脈沖與反向脈沖小數(shù)比分別獨立可調(diào)的實現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)電鍍、電鑄的電源裝置。
本實用新型是完全區(qū)別于現(xiàn)有技術的一種全新的設計。本實用新型裝置通過正、反向電流脈沖解決使用直流電鍍電源時電鍍槽中電極界面雙層電容充電效應引起的電極界面電位遠低于電源電壓值問題，減輕沉積層氫脆現(xiàn)象，減少沉積層針孔及在提高使用正向電流密度得到高沉積速率鍍層而控制直流電鍍使用高電流密度產(chǎn)生樹枝狀長瘤現(xiàn)象。在鍍液組成成份不改變條件下，通過變化脈沖頻率、占空比、輸出電流值、正向反向脈沖個數(shù)比全部或部分電參數(shù)，對沉積層的物理化學性能硬度、晶粒細化、晶粒排列、致密性、“氫脆”、應力等產(chǎn)生影響，并對其實現(xiàn)控制的目的。
本實用新型的電路如圖1、2、3所示。通過實現(xiàn)圖1中〔M＋，M－〕兩端輸出如圖4所示的四個電參數(shù)獨立可調(diào)的方波脈沖電壓，實現(xiàn)在各種電鍍及電鑄場合獲得高速優(yōu)質(zhì)沉積層的目的。
本實用新型的特征在于含有大電流功率三極管橋式開關電路，光電耦合器及運算放大器正向、反向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路，正向、反向脈沖信號邏輯連鎖延遲電路，和反向脈沖與正向脈沖信號個數(shù)比為1／1、1／2、1／4、1／8、1／16的選擇電路。
大電流功率三極管橋式開關電路，由NPN型三重擴散臺面大電流功率三極管〔1～4〕、NPN型功率推動三極管〔5～8〕、阻容浪涌吸收電路〔9～16〕、大容量濾波儲能電容器組〔17〕及與之相連的調(diào)壓整流電路組成。如圖1所示的大電流功率三極管橋式開關電路工作原理當正向方波脈沖控制信號分別加到橋路對稱臂輸入端a11～a12、c11～c12，而橋路另一對稱臂輸入端b11～b12、d11～d12信號為零，NPN型三重擴散臺面大電流功率三極管〔1、2〕飽和導通，這時橋路輸出端〔M＋〕經(jīng)大功率三極管〔1〕接電源正極，橋路輸出端〔M－〕經(jīng)大功率三極管〔2〕接電源負極，流經(jīng)電鍍槽的正向脈沖電流由電源正極→三極管〔1〕→橋路輸出端〔M＋〕→電鍍槽→橋路輸出端〔M－〕→三極管〔2〕→電源負極。當加到橋路對稱臂輸入端a11～a12、c11～c12信號為零時，三極管〔1、2〕截止，如反向方波脈沖控制信號出現(xiàn)于橋路另一對稱臂輸入端b11～b12、d11～d12，NPN型三重擴散臺面大電流功率三極管〔3、4〕飽和導通，這時橋路輸出端〔M＋〕變?yōu)榻?jīng)大功率三極管〔4〕接電源負極，橋路輸出端〔M－〕變?yōu)榻?jīng)大功率三極管〔3〕接電源正極，流經(jīng)電鍍槽的反向脈沖電流由電源正極→三極管〔3〕→橋路輸出端〔M－〕→電鍍槽→橋路輸出端〔M＋〕→三極管〔4〕→電源負極。只要設定脈沖頻率、占空比，并從反向脈沖／正向脈沖＝1／1、1／2、1／4、1／8、1／16(見圖3中的開關〔85〕)中取其中一種方式作控制信號，則加于電鍍槽的橋路輸出端〔M＋、M－〕的電壓波形與所取方式的控制信號波形相同，從而使電鍍槽流過反向／正向脈沖個數(shù)比一定的正向、反向脈沖電流。
光電耦合器及運算放大器正向、反向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路，由光電耦合器隔離電路〔18～21〕、三極管〔22～25〕、二極管〔26～29〕、阻容電路〔30～41〕、運算放大器電阻分壓基準電壓信號比較及方波脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)電路〔42～53〕及功率推動晶體管電路〔54～57〕組成(電路見圖2)，實現(xiàn)如圖5正向、反向方波脈沖控制信號寬度參數(shù)調(diào)節(jié)的工作原理當正向方波脈沖信號加于三極管〔77〕使其飽和導通，這時，加于三極管〔78〕的反向方波脈沖信號為零，呈截止狀態(tài)。光電耦合器〔18、19〕中的發(fā)光二極管發(fā)出方波脈沖信號，硅光電二極管導通輸出比輸入信號延遲了3微秒的方波信號電流，三極管〔22、23〕由原來導通突變?yōu)榻刂範顟B(tài)，由于電容器〔31、34〕原來已充電，二極管〔26、27〕反向偏置不導通，電容器〔31、34〕通過電位器〔32、35〕開始放電過程，當加到運算放大器〔42、45〕反相輸入端的電位下降至小于同相輸入端由電阻、電位器〔43～47〕設定的基準電位值時，運算放大器〔42、45〕輸出高電平，使三極管〔54、55〕由原來截止突變導通，其發(fā)射極電阻器〔79、80〕輸出寬度參數(shù)經(jīng)過調(diào)節(jié)的正向方波控制信號分別加到橋式開關電路的對稱臂輸入端a11－a12、c11－c12，使大功率三極管〔1、2〕導通，這時〔3、4〕截止，橋路輸出端〔M＋、M－〕輸出經(jīng)過調(diào)節(jié)的正向方波脈沖電壓加到電鍍槽，電流方向由〔M＋〕→〔M－〕；上述電容器〔31、34〕通過電位器〔32、35〕放電至運算放大器〔42、45〕輸出高電平這段時間為圖5正向方波信號調(diào)節(jié)時間〔T5〕。當正向方波信號結(jié)束瞬間，光電耦合器〔18、19〕的硅光電二極管截止，三極管〔22、23〕由原來截止突變?yōu)閷顟B(tài)，這時獨立電源的正極經(jīng)三極管、電阻器、二極管向電容器迅速充電至高電平值〔分別為22、30、26、31及23、33、27、34〕，由于放電電位器〔32、35〕阻值遠大于充電支路電阻值，充電時間常數(shù)遠小于放電時間常數(shù)，通過調(diào)節(jié)電位器〔32、35〕阻值及設定運算放大器的同相輸入端基準比較電位值，可實現(xiàn)圖5正向脈沖寬度調(diào)節(jié)時間〔T5〕的設定。
反向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路與上述正向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路原理圖相同，當正向方波脈沖信號為零，三極管〔77〕截止，如經(jīng)選擇開關〔85〕設定反向／正向脈沖個數(shù)比一定的反向方波脈沖信號加于三極管〔78〕，使其飽和導通，則電路工作過程與上述相同；同理，通過調(diào)節(jié)電位器〔38、41〕阻值及設定運算放大器的同相輸入端基準比較電位值，可實現(xiàn)圖5反向脈沖寬度調(diào)節(jié)時間〔T4〕的設立。
正向、反向脈沖信號邏輯連鎖延遲電路，由雙與非門、二極管、電阻器、正反向脈沖信號連鎖電路〔58～62〕，雙與門阻容正反向脈沖信號延遲電路〔63～70〕組成，如圖3所示。該電路的工作原理是為了防止兩只三極管〔77、78〕同時輸出信號使橋式開關電路的大功率三極管〔1～4〕同時導通造成短路，即兩只雙與門〔66、70〕同時輸出高電平，這時雙與非門〔58〕兩輸入端同為高電平，輸出端為低電平，兩只二極管〔59、60〕同處于正向?qū)顟B(tài)，使兩只三極管〔77、78〕的基極為低電平，可靠截止。正常工作狀態(tài)時，邏輯信號電路〔58～62〕對信號通路不產(chǎn)生影響。
反向脈沖與正向脈沖個數(shù)比為1／1、1／2、1／4、1／8、1／16選擇電路，由反相器〔71〕四位循環(huán)碼計數(shù)器電路〔83〕，雙與門，三與門，四與門，四與門及雙與門〔72～76〕，反向脈沖輸出信號個數(shù)比選擇電路組成，如圖3所示。頻率及占空比可調(diào)方波信號電路〔84〕輸出的純正向方波脈沖信號，一方面經(jīng)雙與門〔63〕送往邏輯信號連鎖延遲電路，另一方面經(jīng)反相器〔71〕反相，把原來方波信號高電平變低電平，低電平變高電平作為1／1信號選擇輸?shù)竭x擇開關〔85〕，同時也輸送到四位循環(huán)碼計數(shù)器電路〔83〕，其輸出端〔A、B、C、D〕信號波形如圖6所示，真值表如圖7所示。經(jīng)過與門電路后的波形如圖6中的〔E、F、G、H〕輸出1／2、1／4、1／8、1／16信號到選擇開關〔85〕。
本實用新型高速可反向流脈沖電源裝置，與現(xiàn)有技術直流電鍍電源裝置相比，具有如下優(yōu)點1.采用本實用新型裝置，徹底改變了現(xiàn)有技術中只有一個電壓(或電流)可調(diào)節(jié)的直流電鍍方式，實現(xiàn)了四個電參數(shù)獨立可調(diào)、功能完善的大電流脈沖電鍍電源裝置。
2.本實用新型裝置頻率范圍寬，0～3000赫芝。占空比0.3～0.9無級可調(diào)，反向／正向脈沖個數(shù)比有1／1、1／2、1／4、1／8、1／16，可任意選擇。橋式開關電路輸出端〔M＋、M－〕的方波脈沖電壓線性良好。選取相應容量的NPN三重擴散臺面大電流功率三極管(50安、150安、500安、800安、1200安、2000安)可實現(xiàn)相應容量(50安、150安、500安、800安、1200安、2000安)的四個電參數(shù)獨立可調(diào)的可反向電流脈沖電源裝置，并可代替相同容量的直流電鍍電源裝置。
3.應用本實用新型裝置，通過正向、反向電流脈沖解決直流電鍍電源裝置電鍍槽中電極界面雙層電容充電效應引起的電極界面電位遠低于電源電壓值問題，減輕鍍層“氫脆”現(xiàn)象，減少鍍層針孔及提高使用正向電流密度，獲得高沉積速率鍍層，控制了直流電鍍時高電流密度產(chǎn)生樹枝狀長瘤現(xiàn)象。
4.應用本實用新型裝置，在鍍液組成成份不變條件下，通過變化脈沖頻率、占空比、輸出電流值、反向脈沖／正向脈沖個數(shù)比全部或部分參數(shù)，對陰極沉積層的物理化學性能，如硬度、應力、晶粒大小、鍍層致密性、氫脆等產(chǎn)生影響，達到對陰極沉積層的物理化學性能進行控制，并實現(xiàn)陰極沉積層高速優(yōu)質(zhì)的目的。
本實用新型裝置經(jīng)過一年在快速電鑄鎳制模工藝中試用，證明本實用新型裝置功能完善，操作簡單，使用方便，為快速優(yōu)質(zhì)電鍍及電鑄工藝提供了理想的可反向電流脈沖電源裝置。
圖1是大電流功率三極管橋式開關電路圖。
圖2是光電耦合器及運算放大器正向、反向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路圖。
圖3是反向脈沖與正向脈沖個數(shù)比為1／1、1／2、1／4、1／8、1／16選擇電路圖。
圖4是〔M＋，M－〕兩輸出端輸出的四個參數(shù)獨立可調(diào)的方波脈沖電壓圖。
圖5是正向、反向方波脈沖控制信號寬度參數(shù)。
圖6是四位循環(huán)碼計數(shù)器電路輸出端〔A、B、C、D〕信號波形及經(jīng)過與門電路輸出端〔E、F、G、H〕信號波形圖。
圖7是圖6的真值表。
權(quán)利要求
1.一種用于電鍍、電鑄的脈沖電源裝置，其特征在于含有大電流功率三極管橋式開關電路，光電耦合器及運算放大器正向、反向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路，正向、反向脈沖信號邏輯連鎖延遲電路，和反向脈沖與正向脈沖信號個數(shù)比為1/1、1/2、1/3、1/8、1/16的選擇電路。
2.按照權(quán)利要求
1所說的脈沖電源裝置，其特征在于該裝置所用的大電流功率三極管橋式開關電路，由NPN型三重擴散臺面大電流功率三極管〔1、2、3、4〕，NPN型功率推動三極管〔5、6、7、8〕、阻容浪涌吸收電路〔9、10、11、12、13、14、15、16〕，大容量濾波儲能電容器組〔17〕及與之相連的調(diào)壓整流電路組成。
3.按照權(quán)利要求
1所說的脈沖電源裝置，其特征在于該裝置所用的光電耦合器及運算放大器正向、反向方波脈沖信號獨立隔離、脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)功率推動電路，由光電耦合器隔離電路〔18、19、20、21〕，三極管〔22、23、24、25〕，二極管〔26、27、28、29〕，阻容電路〔30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41〕，運算放大器電阻分壓基準電壓信號比較及方波脈沖寬度參數(shù)獨立調(diào)節(jié)電路〔42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53〕及功率推動晶體管電路〔54、55、56、57〕所組成。
4.按照權(quán)利要求
1所說的脈沖電源裝置，其特征在于該裝置所用的正向、反向脈沖信號邏輯連鎖延遲電路，由雙與非門、二極管、電阻器、正反向脈沖信號連鎖電路〔58、59、60、61、62〕，雙與門阻容正反向脈沖信號延遲電路〔63、64、65、66、67、68、69、70〕組成。
5.按照權(quán)利要求
1所說的脈沖電源裝置，其特征在于該裝置所用的反向脈沖與正向脈沖個數(shù)比為1／1、1／2、1／4、1／8、1／16的選擇電路，由反相器〔71〕，四位循環(huán)碼計數(shù)器電路〔63〕，雙與門、三與門、四與門，四與門及雙與門〔72、73、74、75、76〕反向脈沖輸出信號個數(shù)比選擇電路組成。
專利摘要
本實用新型屬電鍍、電鑄的脈沖電源裝置。本實用新型提供了一種高速可反向電流脈沖電源裝置，提供了一種有四種電參數(shù)脈沖頻率，占空比，輸出電壓(或電流)值，正向脈沖與反向脈沖個數(shù)比分別獨立可調(diào)的電鍍、電鑄電源裝置，徹底改變了現(xiàn)有技術中采用直流電鍍電源裝置時，直流電源只有一個輸出電壓(或電流)可調(diào)的落后方式，實現(xiàn)了高速、優(yōu)質(zhì)電鑄、電鍍。
文檔編號H03K3/02GK86203631SQ86203631
公開日1987年8月12日 申請日期1986年5月28日
發(fā)明者陳愈 申請人:廣東機械研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan