專利名稱：智能精密電鍍電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能精密電鍍電源，屬于電鍍電源控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
電鍍過程使用恒流源供電，恒流源按照工作原理可分為線性恒流源和開關(guān)型恒流源兩類。線性恒流源就是使用運(yùn)算放大器配以電阻、電容、基準(zhǔn)源按照線性放大電路的原理工作，恒定輸出設(shè)置好的電流，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好。由于貴重金屬電鍍過程要求高精度和高穩(wěn)定性，因此，目前市場(chǎng)上用于貴重金屬電鍍的電源都是使用線性恒流源電路設(shè)計(jì)的，缺陷是體積大、笨重，效率低于30%，能耗高。開關(guān)型恒流源是按照脈寬調(diào)制(脈寬調(diào)制以下稱PWM)方式工作的，優(yōu)點(diǎn)是體積小、效率高、節(jié)能。但傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制方式都是使用集成開關(guān)電源芯片制作，只適合某些固定電壓、電流或負(fù)載場(chǎng)合，不適合連續(xù)可調(diào)的恒流源方式，尤其在小電流工況下很難做到高精度和高穩(wěn)定輸出。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種智能精密電鍍電源，通過PWM方式設(shè)計(jì)能使電鍍電源或其它恒流電源的輸出電流精度達(dá)到O. 1%，效率高于70%，實(shí)現(xiàn)精密恒流控制。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種智能精密電鍍電源，其特征在于包括開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端穩(wěn)壓器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、片上系統(tǒng)(單片機(jī))、脈寬調(diào)制PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊，其中，與220VAC電源連接的開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出端與PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸入端和三端穩(wěn)壓器輸入端分別連接，為其提供15VDC電壓；三端穩(wěn)壓器輸出端與電路中的片上系統(tǒng)及其集成電路連接，提供5VDC電壓；片上系統(tǒng)作為核心部件通過信號(hào)線與液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊分別連接；PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸出端通過信號(hào)線與輸出電壓電流檢測(cè)模塊輸入端連接，使電壓電流檢測(cè)模塊為片上系統(tǒng)提供實(shí)際輸出的電壓電流反饋信號(hào)。本技術(shù)用脈寬調(diào)制PWM方式設(shè)計(jì)的電鍍電源，用新型片上系統(tǒng)(單片機(jī))直接輸出16位PWM，實(shí)現(xiàn)了電源精密恒流控制，使金屬電鍍過程具有智能管理、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，提高了電鍍生產(chǎn)的成品率和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了金屬電鍍過程的節(jié)能降耗。

圖I是智能精密電鍍電源的原理框圖。
具體實(shí)施方式
智能精密電鍍電源，包括開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端穩(wěn)壓器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、片上系統(tǒng)(C8051F410)、脈寬調(diào)制PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊。其中，開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出端與脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸入端和三端穩(wěn)壓器輸入端分別連接，開關(guān)穩(wěn)壓電源將220VAC電壓轉(zhuǎn)換成15VDC電壓輸出，為整機(jī)供電，三端穩(wěn)壓器將15VDC轉(zhuǎn)換成5VDC為電路中的片上系統(tǒng)(C8051F410)和其它集成電路供電；片上系統(tǒng)C8051F410作為核心部件通過信號(hào)線與液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊分別連接，PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸出端通過信號(hào)線與輸出電壓電流檢測(cè)模塊輸入端連；所述的片上系統(tǒng)C8051F410是Silicon Lab公司生產(chǎn)的混合信號(hào)片上系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，樣機(jī)中使用的是C8051F410型號(hào)的片上系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，按鍵模塊提供人機(jī)輸入接口，作為操作者設(shè)置電源輸出電流和工作參數(shù)的輸入設(shè)備；液晶顯示模塊用于顯示電源工作的電壓、電流、安分量、電鍍工作時(shí)間等參數(shù)和狀態(tài)；片上系統(tǒng)C8051F410通過按鍵模塊接受操作指令，將設(shè)置電流與檢測(cè)回來的輸出電流進(jìn)行偏差運(yùn)算，產(chǎn)生PWM信號(hào)控制輸出電流到設(shè)置值，并將各種工況參數(shù)通過液晶模塊顯示出來；PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊將片上系統(tǒng)(C8051F410)輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大和濾波后以電流形式輸出到負(fù)載；輸出電壓電流檢測(cè)模塊將實(shí)際輸出的電壓電流反饋給片上系統(tǒng)(C8051F410)。所述的PWM是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫,簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制,本技術(shù)在開關(guān)型恒流源中使用的脈寬調(diào)制PWM是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，它保持了已有體積小、效率高、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，又通過混合信號(hào)型片上系統(tǒng)和相應(yīng)的程序控制，實(shí)現(xiàn)智能精密恒流輸出功能；所述的片上系統(tǒng)C8051F410，具有最新混合信號(hào)IC技術(shù)，該混合信號(hào)IC技術(shù)是指設(shè)計(jì)工程師把復(fù)雜的、多IC設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為一個(gè)片上系 統(tǒng)(SOC-System-on-a-Chip)的技術(shù)。如此高度集成的單片器件比用分離的IC成本低、功耗低、占據(jù)面積小。在本片上系統(tǒng)C8051F410中，內(nèi)置了 12位ADC在過采樣下能夠?qū)崿F(xiàn)16位的轉(zhuǎn)換分辨率，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)實(shí)際輸出電流值，為反饋運(yùn)算提供了精確數(shù)據(jù)。內(nèi)置的PCA模塊能夠產(chǎn)生16位高分辨率的PWM信號(hào)，使得脈寬調(diào)制更精細(xì)。新型混合信號(hào)IC技術(shù)的片上系統(tǒng)是設(shè)計(jì)開關(guān)方式精密恒流源的前提。本技術(shù)在電源中設(shè)計(jì)的輸出電流檢測(cè)反饋電路，具有高穩(wěn)定、高精度、量程自適應(yīng)的特性，保證了對(duì)輸出電流的精密測(cè)量，為精密控制提供了信號(hào)基礎(chǔ)。片上系統(tǒng)C8051F410采用負(fù)載預(yù)測(cè)算法和實(shí)用的數(shù)字PID控制算法，實(shí)現(xiàn)高精度地控制輸出電流；PID控制算法是指由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成的控制程序，經(jīng)偏差運(yùn)算能產(chǎn)生PWM信號(hào)，在本專利中是指使用數(shù)字PID控制算法實(shí)現(xiàn)恒流源控制。操作控制上使用按鍵和液晶顯示實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口，操作人員可以通過按鍵輸入電鍍參數(shù)，也可以通過液晶顯示觀察電源的工作狀態(tài)。另外，為了便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理，電源還提供RS485通信接口，支持MODBUS協(xié)議，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)多電鍍過程的組態(tài)管理。
權(quán)利要求1.一種智能精密電鍍電源，其特征在于包括開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端穩(wěn)壓器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、片上系統(tǒng)、脈寬調(diào)制PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊，其中，與220VAC電源連接的開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出端與PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸入端和三端穩(wěn)壓器輸入端分別連接，三端穩(wěn)壓器輸出端與電路中的片上系統(tǒng)及其各部件電路連接，片上系統(tǒng)作為核心部件通過信號(hào)線與液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊分別連接，PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸出端通過信號(hào)線與輸出電壓電流檢測(cè)模塊輸入端連接。
專利摘要智能精密電鍍電源，包括開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端穩(wěn)壓器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、片上系統(tǒng)、脈寬調(diào)制PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊,其中，開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出端與PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸入端和三端穩(wěn)壓器輸入端分別連接，三端穩(wěn)壓器輸出端與電路中的片上系統(tǒng)及其集成電路連接，片上系統(tǒng)通過信號(hào)線與液晶顯示模塊、按鍵模塊、通信接口模塊、PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊、輸出電壓電流檢測(cè)模塊分別連接； PWM驅(qū)動(dòng)及濾波模塊輸出端通過信號(hào)線與輸出電壓電流檢測(cè)模塊輸入端連接。通過PWM方式設(shè)計(jì)能使電鍍電源或其它恒流電源的輸出電流精度達(dá)到0.1%，效率高于70%，實(shí)現(xiàn)精密恒流控制。
文檔編號(hào)C25D21/12GK202595304SQ201220259929
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者艾學(xué)忠 申請(qǐng)人:艾學(xué)忠