I
摘要
本文针对目前电镀电源在我国的发展速度很快，以及脉冲电镀电源与直流
电镀电源有很多优点对脉冲电镀电源进行设计。
本设计首先从脉冲电镀电源的技术性能指标出发，设计了主电路，其中包
括整流电路、滤波电路、斩波电路等。
其次，根据主电路的特点，设计了控制电路的硬件和软件，控制电路核心
采用 SPCE061A 单片机来实现。控制电路主要完成对晶闸管触发角α的控制、功
率开关管 IGBT 的开关频率和占空比的控制，还有电流反馈的闭环控制。其中，
电流反馈的闭环控制，采用数字 PID 控制算法。
关键词:脉冲电源 三相整流 直流斩波 滤波
II
Abstract
According to the fast development of the electroplating power in our
country ,and there being many advantages of the pulse electroplating power and
direct current electroplating power, the pulse electroplating power is designed in
this design.
This design being firstly from the beginning of the technical specifications of
the pulse electroplating power, design the main circuit that includes rectifier,
filter,chopper,and so on.
Secondly, according to the characteristics of the main circuit ,the control
circuit is designed. The core of the control circuit is based on the single chip
computer—SPCE061A. And the tasks of the control circuit are to control the
thyristor ′ s trigger angle ,and the switching frequency of the IGBT ,and the duty
ratio,still and the closed loop control of the current feedback.The closed loop
control of the current feedback adopts the digital PID control.
Keywords: Pulse power,Three—phase rectifier, DC Chopping ,Filtering
III
目 录
第 1 章 绪论 ......................................................1
1.1 电镀电源的发展阶段 ............................................1
1.2 脉冲电镀电源的优点 ............................................2
1.3 本设计的内容 ..................................................2
第 2 章 电源总体方案的确定 ........................................4
2.1 概述 ..........................................................4
2.2 脉冲电源工作原理和系统组成 ....................................4
第 3 章 主电路的设计 ..............................................6
3.1 系统的主电路拓扑结构 ..........................................6
3.2 整流电路的设计 ................................................7
3.2.1 整流电路方案的确定 ........................................7
3.2.2 整流变压器的设计 ...........................................9
3.2.3 晶闸管的选择 ..............................................10
3.2.4 晶闸管的保护 ..............................................11
3.3 中间滤波电路的设计 ...........................................16
3.4 斩波电路的设计 ...............................................17
3.4.1 斩波电路的选择 ............................................17
3.4.2 功率开关器件的选择 ........................................18
3.4.3 IGBT 的保护 ...............................................19
3.4.4 吸收电路参数计算 .........................................21
第 4 章 控制电路的设计 ...........................................24
4.1 SPCE061A 单片机概述 ..........................................25
4.2 零电压检测电路的设计 .........................................29
4.3 过电流检测及保护电路 .........................................31
4.3.1 电流检测 .................................................31
4.3.2 电流采样电路 .............................................32
4.3.3 过电流保护电路 ...........................................32
4.4 晶闸管驱动电路的设计 .........................................33
4.4.1 晶闸管驱动信号要求 .......................................33
4.4.2 晶闸管驱动电路 ...........................................34
IV
4.5 IGBT 驱动电路的设计 ..........................................34
4.5.1 IGBT 的驱动电路的要求 .....................................34
4.5.2 IGBT 驱动电路 .............................................35
4.6 辅助电源的设计 ...............................................38
第 5 章 软件设计 .................................................39
5.1 主程序设计 ...................................................39
5.2 外部中断程序的设计 ...........................................39
5.3 AD 转换程序的设计 ............................................40
5.4 电流采样程序的设计 ...........................................41
5.5 晶闸管触发程序的设计 .........................................42
5.6 定时器中断程序的设计 .........................................43
5.7 PID 控制程序的设计 ...........................................43
设计总结 ..........................................................52
参考文献 ..........................................................53
英文资料原文 ......................................................54
英文资料译文 ......................................................63
致谢 ..............................................................72
附录 ..............................................................73
1
第 1 章 绪论
1.1 电镀电源的发展阶段
就电镀电源技术来讲，电镀电源的发展经历了 4 个阶段：直流发电机组、不
可控整流器、晶闸管整流、高频开关电源。
1．交-直流发电机组
50 年代的电镀电源主要是交-直流发电机组，即用交流电机带动直流电机，
产生直流电压电流。若想调节直流发电机的输出，则把直流发电机的输出作为
采样信号，调节交流电机转速以改变直流输出。这种系统始于前苏联；由于具
有较高的可靠性，曾一度占据电镀行业的统治地位。但是经过两次的能量转换，
机组的效率低，噪音大且直流电机维修不方便。这类变流设备在有些行业已被
国家明令为淘汰产品，但电镀行业仍有少数单位在使用这种高能耗的变流设备。
2．不可控硒或硅整流器（带饱和电抗器或者磁放大器）
60 年代发展了硒、硅整流器，它采用变压器原边抽头或者用调压器、饱和
电抗方式调压，副边用硒或硅二极管整流作为电镀电源。虽然在技术上比“交-
直发电机组"有了一定的进步，但由于在控制上需要用电机或人力去拖动自耦变
压器的调压端，很不方便。这类电源在我国电镀电源生产中所占比例不轻，据
1988 年的不完善统计就占到 76%，如 GDA、GDAJ-F、GDS 等系列。该列电源
结构简单、造价低，但重量大、体积大、效率不高、功率因数也不高，难以实
现高精度的控制。
3． 晶闸管相控电镀电源
70 年代出现的晶闸管相控电镀电源具有体积小、重量轻、效率高，控制方
便等一系列优点。它的出现使得整个电化学工业的面目焕然一新。
晶闸管相控电镀电源，在电路结构上主要有两种形式：一是利用晶闸管在
供品变压器的原边进行调压，然后在副边用硅二极管整流；二是直接用晶闸管
在供品变压器副边进行调压整流。不论哪种形式，都把成熟的调压控制原理通
过电子电路，运用到对晶闸管导通角的控制中，使得晶闸管相控电镀电源的输
出特性大大的优于以往的产品。在额定负载情况下，往往能获得令人满意的精
度，波纹系数和效率。特别是在效率上，比过去的产品有了显著提高。功率容
量的范围也很宽。这些优良特性使得它已经出现，便成为直流电镀电源的主流。
至今国内大量使用的仍是一这种电源为主（如 ZDDKF 系列、KGD 系列等），国
