基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源制造技术

本发明专利技术提出基于分组脉冲的电泳‑微弧氧化同步处理电源，包括人机界面、主控制板、IGBT脉冲驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、三相可控硅驱动电路、主电路。人机界面实现参数的输入；电流检测电路、电压检测电路分别用于检测负载两端的电压和电流值；主控制板根据接收到的检测数据和设置的参数生成三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路的控制信号；三相可控硅驱动电路驱动主电路的调压部分，调节电泳‑微弧氧化过程中的电压值；IGBT脉冲驱动电路驱动主电路的IGBT开关电路，实现负载波形任意输出和矩形波输出时脉宽和脉间分别输出。本发明专利技术通过电泳脉冲和微弧氧化脉冲的复合，实现了电泳和微弧氧化同步，获得具备电泳和微弧氧化性能的膜层。

Power supply for simultaneous treatment of electrophoresis and microarc oxidation based on grouped pulse

【技术实现步骤摘要】
基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源
本专利技术涉及铝合金制品的表面防腐领域，尤其是一种基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源。
技术介绍
铝及其合金凭借其比重小、比强度高及易成型等诸多优点，在航空、航天、舰船、化工等领域得到广泛应用。服役于海洋环境的舰船用铝合金构件因海水为典型的强电解质溶液，遭受较为严重的腐蚀，严重的腐蚀可使材料平均寿命降低40％以上。传统喷漆处理无法满足舰船在海洋性环境下长期服役，迫切要求开发新的表面改性技术以提高铝合金制品的耐腐蚀性能。电泳-微弧氧化技术因节能、环保且能够复合强耐腐蚀性的纳米颗粒至膜层内部，在舰船关键部件防腐领域得到广泛应用。电源提供的能量场在微弧氧化“火花”放电过程中进行微弧氧化膜层的生长并夹杂颗粒的沉积，仅微量纳米颗粒在微弧氧化脉宽期间参与火花放电，大部分纳米颗粒“粘附”在膜层表面，未充分进入膜层，制备膜层性能提高有限且效率低。为了解决上述技术问题，本专利技术旨在从电源进行改进，设计一种电源，以在常规微弧氧化电源中增加一组低压高频脉冲，促进电泳沉积，实现电泳和微弧氧化在一次处理过程中同步实现。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术旨在提供一种基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源，用于在微弧氧化过程中提供两组脉冲，其中一组为微弧氧化脉冲，另一组为电泳脉冲；微弧氧化脉冲的脉宽阶段进行微弧放电生成膜层，电泳脉冲发生在微弧氧化脉冲的脉间阶段，用于促使纳米颗粒电泳沉积，沉积的纳米颗粒在下次微弧氧化脉冲的脉宽来临时，进行烧结和熔融，进入膜层之中。也就是使整个微弧氧化作用过程变为“沉积-沉积与微弧氧化同步-沉积”。在此过程中，纳米颗粒充分进入膜层，并利用电泳沉积抑制微弧氧化“火山口”形貌，从而提高膜层的性能。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提出的技术方案为：基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源，包括：人机界面、主控制板、IGBT脉冲驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、三相可控硅驱动电路、主电路；其中，主电路包括级联的三相电压源、三相可控硅调压电路、IGBT开关电路，三相可控硅调压电路、IGBT开关电路组成三路分组脉冲发生电路，分别为微弧氧化正脉冲输出电路、微弧氧化负脉冲输出电路和电泳脉冲输出电路；人机界面与主控制板交互数据，实现工作模式的选取和各个工作模式参数的输入，所述工作模式包括：电泳复合微弧氧化恒压模式、电泳复合微弧氧化恒流模式、微弧氧化模式；电流检测电路、电压检测电路分别用于检测负载两端的电压和电流值并上传给主控制板；主控制板根据接收到的检测数据和设置的参数生成三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路的控制信号，使三相可控硅驱动电路驱动三相可控硅调压电路将三相电压源电压转化为相应工作模式所需的电压，使IGBT脉冲驱动电路驱动IGBT开关电路将经过三相可控硅调压电路调压后的信号进行时序调整，最后在所述电源的输出端输出各工作模式相应的脉冲信号：电泳复合微弧氧化恒压模式：所述电源输出电压恒定的复合脉冲，所述复合脉冲由微弧氧化正脉冲工作在恒压模式复合电泳脉冲得到，复合脉冲中，电泳脉冲发生在微弧氧化正脉冲的脉间阶段；电泳复合微弧氧化恒流模式：所述电源输出电流恒定的复合脉冲，所述复合脉冲由微弧氧化正脉冲工作在恒流模式复合电泳脉冲得到，复合脉冲中，电泳脉冲发生在微弧氧化正脉冲的脉间阶段；微弧氧化模式：所述电源仅输出微弧氧化正负双向脉冲。进一步的，所述主控制板包括ARM模块和FPGA模块；ARM模块分别与人机界面、接收电流检测电路、电压检测电路和FPGA模块相连；ARM模块控制FPGA模块启动或关闭，以及根据接收到的检测数据和设定参数生成脉冲参数发送给FPGA模块；FPGA模块根据脉冲参数生成三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路的控制信号，并分别发送给三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路。进一步的，所述工作模式参数包括：持续时间、工作电流、工作电压、脉冲宽度、脉间参数。进一步的，所述基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源还包括冷却系统，所述冷却系统由主控制板控制，主控制板根据人机界面输入的控制指令控制所述冷却系统维持微弧氧化工作过程中所述电源电解液温度恒定。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：本专利技术有效解决了常规微弧氧化电源在纳米颗粒沉积过程中效率极低的难题，通过电泳脉冲和微弧氧化脉冲的复合，一次处理实现了电泳和微弧氧化，同时获得具备电泳和微弧氧化性能的膜层。相比单独进行微弧氧化处理获得的膜层致密、均匀。相比单独进行电泳处理，获得的膜层结合力增大，硬度较高。相比电泳后进行微弧氧化异步处理，获得的复合膜层更为致密。附图说明图1为本专利技术所述基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源的功能结构示意图；图2为主控制板的电路结构示意图；图3为ARM模块的流程图；图4为FPGA脉冲生成电路的结构图；图5为电流检测电路原理图；图6为电压检测电路原理图；图7为IGBT驱动电路原理图；图8为主电路原理图；图9为人机交互界面示意图；图10为主电路驱动信号波形示意图，其中，图10a为微弧氧化脉冲的IGBT驱动波形示意图，图10b为微弧氧化脉冲和电泳脉冲的IGBT驱动波形对比示意图；图11为微弧氧化脉冲和电泳脉冲复合信号的波形示意图。具体实施方式本专利技术旨在在微弧氧化低频(200Hz-500Hz)脉间增加中频脉冲组改变膜层生长过程，微弧氧化的脉宽阶段进行微弧放电生成膜层，在脉间阶段增加脉冲序列进行电泳沉积，沉积的纳米颗粒在下次微弧脉宽来临，进行烧结和熔融，进入膜层之中，其作用过程为“沉积-沉积与微弧氧化同步-沉积”为了实现这个目的，本专利技术设计了一种基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源，包括：人机界面、主控制板、IGBT脉冲驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、三相可控硅驱动电路、主电路；其中，主电路包括级联的三相电压源、三相可控硅调压电路、IGBT开关电路，三相可控硅调压电路、IGBT开关电路组成三路分组脉冲发生电路，分别为微弧氧化正脉冲输出电路、微弧氧化负脉冲输出电路和电泳脉冲输出电路；人机界面与主控制板交互数据，实现工作模式的选取和各个工作模式参数的输入，所述工作模式包括：电泳复合微弧氧化恒压模式、电泳复合微弧氧化恒流模式、微弧氧化模式；电流检测电路、电压检测电路分别用于检测负载两端的电压和电流值并上传给主控制板；主控制板根据接收到的检测数据和设置的参数生成三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路的控制信号，使三相可控硅驱动电路驱动三相可控硅调压电路将三相电压源电压转化为相应工作模式所需的电压，使IGBT脉冲驱动电路驱动IGBT开关电路将经过三相可控硅调压电路调压后的信号进行时序调整，最后在所述电源的输出端输出各工作模式相应的脉冲信号：电泳复合微弧氧化恒压模式：所述电源输出电压恒定的复合脉冲，所述复合脉冲由微弧氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源，其特征在于，包括：人机界面、主控制板、IGBT脉冲驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、三相可控硅驱动电路、主电路；其中，/n主电路包括级联的三相电压源、三相可控硅调压电路、IGBT开关电路，三相可控硅调压电路、IGBT开关电路组成三路分组脉冲发生电路，分别为微弧氧化正脉冲输出电路、微弧氧化负脉冲输出电路和电泳脉冲输出电路；/n人机界面与主控制板交互数据，实现工作模式的选取和各个工作模式参数的输入，所述工作模式包括：电泳复合微弧氧化恒压模式、电泳复合微弧氧化恒流模式、微弧氧化模式；/n电流检测电路、电压检测电路分别用于检测负载两端的电压和电流值并上传给主控制板；/n主控制板根据接收到的检测数据和设置的参数生成三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路的控制信号，使三相可控硅驱动电路驱动三相可控硅调压电路将三相电压源电压转化为相应工作模式所需的电压，使IGBT脉冲驱动电路驱动IGBT开关电路将经过三相可控硅调压电路调压后的信号进行时序调整，最后在所述电源的输出端输出各工作模式相应的脉冲信号：/n电泳复合微弧氧化恒压模式：所述电源输出电压恒定的复合脉冲，所述复合脉冲由微弧氧化正脉冲工作在恒压模式复合电泳脉冲得到，复合脉冲中，电泳脉冲发生在微弧氧化正脉冲的脉间阶段；/n电泳复合微弧氧化恒流模式：所述电源输出电流恒定的复合脉冲，所述复合脉冲由微弧氧化正脉冲工作在恒流模式复合电泳脉冲得到，复合脉冲中，电泳脉冲发生在微弧氧化正脉冲的脉间阶段；/n微弧氧化模式：所述电源仅输出微弧氧化正负双向脉冲。/n...

【技术特征摘要】
1.基于分组脉冲的电泳-微弧氧化同步处理电源，其特征在于，包括：人机界面、主控制板、IGBT脉冲驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、三相可控硅驱动电路、主电路；其中，
主电路包括级联的三相电压源、三相可控硅调压电路、IGBT开关电路，三相可控硅调压电路、IGBT开关电路组成三路分组脉冲发生电路，分别为微弧氧化正脉冲输出电路、微弧氧化负脉冲输出电路和电泳脉冲输出电路；
人机界面与主控制板交互数据，实现工作模式的选取和各个工作模式参数的输入，所述工作模式包括：电泳复合微弧氧化恒压模式、电泳复合微弧氧化恒流模式、微弧氧化模式；
电流检测电路、电压检测电路分别用于检测负载两端的电压和电流值并上传给主控制板；
主控制板根据接收到的检测数据和设置的参数生成三相可控硅驱动电路和IGBT脉冲驱动电路的控制信号，使三相可控硅驱动电路驱动三相可控硅调压电路将三相电压源电压转化为相应工作模式所需的电压，使IGBT脉冲驱动电路驱动IGBT开关电路将经过三相可控硅调压电路调压后的信号进行时序调整，最后在所述电源的输出端输出各工作模式相应的脉冲信号：
电泳复合微弧氧化恒压模式：所述电源输出电压恒定的复合脉冲，所述复合脉冲由微弧氧化正脉冲工作在恒压模式复合电泳脉冲得到，复合脉冲中，电泳脉冲发生在微弧氧化正...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭豫鹏，李刚，薛铸，陆晓峰，陈道明，白杨，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32