【正文】 展， 電鍍工藝已遍布各個(gè)領(lǐng)域。在電鍍中產(chǎn)生電流的裝置，稱(chēng)之為電鍍電源。脈沖電鍍是一項(xiàng)新的電鍍技術(shù)。 所謂數(shù)字脈沖電源，就是采用微處理器等數(shù)字電路對(duì)脈沖電源中的直流斬波進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示與數(shù)字調(diào)節(jié)的一種脈沖電源。 隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展 ,數(shù)控電源技術(shù)已經(jīng)用到了各種領(lǐng)域，首先我們先了解一下數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況，人們對(duì)電鍍質(zhì)量的要求越來(lái)越高。這些缺陷大大限制了電鍍技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，不能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)，尤其是精密制造的需要。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。武器裝備的快速發(fā)展，對(duì)電子封裝技術(shù)提出了新的、更高的要求。 長(zhǎng)期以來(lái)，由于在電鍍行業(yè)中普遍使用直流電鍍電源，人們往往把主要精力用于改變直流電鍍的鍍液成分、采用化學(xué)添加劑等方式來(lái)改善鍍層性能。 脈沖電鍍實(shí)際上是一種通斷直流電鍍。當(dāng)電流關(guān)斷時(shí)，陰極區(qū)附近放電離子又恢復(fù)到初始濃度，濃差極化消除，這利于下一個(gè)脈沖周期繼續(xù)使用高的脈沖 (峰值 )電流密度，同時(shí)關(guān)斷期內(nèi)還伴有對(duì)沉積層有利的重結(jié)晶、吸脫附等現(xiàn)象。 實(shí)踐證明，脈沖電鍍?cè)诩?xì)化結(jié)晶、改善鍍層物理化學(xué)性能、節(jié)約貴金屬等方面比傳統(tǒng)的直流電鍍有著不可比擬的優(yōu)越性。 20 世紀(jì) 80 年代末 90 年代初雙脈沖電鍍電源在我國(guó)開(kāi)始有所應(yīng)用以來(lái)，脈沖電鍍技術(shù)即得到了飛速發(fā)展。我所曾于 90 年代中期配置了這種雙脈沖電源。對(duì)于雙脈沖電源來(lái)說(shuō)，只能等鍍了一段時(shí)間后，再重新手動(dòng)修改電鍍參數(shù)，這樣勢(shì)必造成操作上的煩瑣和失誤，同時(shí)因?yàn)檫^(guò)多的人為因素的介入，使得重復(fù)性變得很差。該程序控制多脈沖電鍍電源可以將多組不同參數(shù)的脈沖方波 (包括正、反向脈沖 )進(jìn)行任怠組合，且脈寬、頻率等參數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬，使用靈活方便，很好地滿足了多種電鍍工藝的需求 。 70 年代后期，我國(guó)部分高等院校、研究所、生產(chǎn)廠已研制并投產(chǎn)幾種類(lèi)型的脈沖電鍍電源，其情況大致可分為以下三個(gè)階段 第一階段 :提供試驗(yàn)室進(jìn)行脈沖電鍍工藝研究和脈沖電鍍機(jī)理探討用的小型脈沖電鍍電源。通過(guò)工藝研究和機(jī)理初步探討，脈沖電 鍍?cè)陔婂冃袠I(yè)尤其在貴金屬電鍍、合金電鍍方面有著很強(qiáng)的生命力，提出了金、銀、鍺等貴金屬脈沖電鍍的較成熟的工藝。為了滿足生產(chǎn)需要，脈沖電源已形成峰值電流為 30A, 50A, 100A, 200A, 300A, 500A 的系列產(chǎn)品。 隨著脈沖電源容量的增加及頻率范圍的擴(kuò)大又促進(jìn)了電鍍工藝的研究。如不加添加劑光 亮鍍鎳新工藝的研究，表面電鍍晶粒細(xì)，光澤度又好印刷板薄銅皮鍍銅工藝研究，合金電鍍工藝的研究等。 二、在可調(diào)直流的基礎(chǔ)上疊加可變的方波脈沖電源。 隨著器件質(zhì)量進(jìn)一步提高及新的大功率器件的研制成功，在脈沖電鍍電源中采用1000V左右高壓品體管，大容量可關(guān)斷晶閘管及調(diào)頻晶閘管作為功率器件，上述 三方面要求的電源，為期不會(huì)太遠(yuǎn)。雙脈沖電鍍電源具有如下特點(diǎn) : 一、國(guó)產(chǎn)雙脈沖電鍍電源多采用性能相同的兩組脈沖電源反向隔離并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)輸出正、負(fù)脈沖周期換向電流的日的。由于是采用兩臺(tái)獨(dú)立電源，因此上述參數(shù)均可單獨(dú)調(diào)節(jié)。 四、雙脈沖電源也存在它的局限性，由于這種電源采用手動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)，因此在設(shè)定好上述十個(gè)參數(shù)之后，即成為單一參數(shù)的脈沖波形參數(shù)，進(jìn)入電鍍過(guò)程。脈沖電流 (或電壓 )的波形通常有方波、正弦波、鋸齒波等以及這些波形與直流的疊加 。就方波脈沖而言，前沿和后沿的陡度越大可獲得更好的實(shí)鍍效果，但對(duì)前后沿的要求不可太苛刻，否則會(huì)為脈沖電源的設(shè)計(jì)、制造和脈沖的傳輸帶來(lái)困難。 對(duì)不同鍍種在不同槽液中等效電阻的變化，我們作了測(cè)試，積累了一定數(shù)據(jù)，綜合其他相關(guān)資料，有關(guān)方波脈沖電鍍電源的技術(shù)指標(biāo)特提出如下基本要求 : 一、輸出電壓波形為方波平頂?shù)募y波系數(shù) 5%，電壓波形不允許有過(guò)沖及振蕩現(xiàn)象。 三、方波脈沖電源測(cè)量與顯示系統(tǒng)可采用電流表顯示平均值電流 Ic P,脈沖 電流的通電時(shí)間 Ton脈沖電流的斷電時(shí)間 Torn和脈沖電流之頻率 f可使用示波器觀察分析。 在實(shí)際使用中，方波脈沖電源使用較為普通，多用于無(wú)特殊要求的鍍金、銀、鎳場(chǎng)合，多波形脈沖電源多應(yīng)用于合金類(lèi)表面硬質(zhì)氧化場(chǎng)合，例如鋁的硬質(zhì)氧化，而雙脈沖電源為新近發(fā)展的新穎脈沖電源， 是對(duì)于表面要求高的場(chǎng)合較為理想的電源，如精密儀器、電子元件陶瓷基片表面處理場(chǎng)合。它的特點(diǎn)是由脈沖電流對(duì)電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)的特效影響所決定的，其中最主要的是對(duì)傳質(zhì)過(guò)程的影響。由此，可以調(diào)節(jié)占空比及頻率的脈沖電源。一般直流電源的輸出電流波形如圖，而特殊電 源的脈沖電源，有著與直流電源完全不同的波形如圖。(2)波形特殊 (例如方波等 )。例如在印刷線路板行業(yè) (PCB)中，使用脈沖電源電鍍，可提高其深鍍能力，使鍍層均勻、致密、不脫落。實(shí)踐表明，裝飾業(yè)和電子業(yè)，用脈沖電源電鍍貴金屬，可以用較薄的鍍層獲得較為理想的鍍層表面。 結(jié)品細(xì)化，改善與提高鍍層的均鍍能力 :脈沖電鍍時(shí)，山于脈沖瞬間陰極表 而上具有很高的電流密度。這就使品核形成的速度大于晶核成長(zhǎng)的速度。 三、改善鍍層的化學(xué)性能，降低孔隙率提高鍍層的抗腐蝕能力。 四、改善鍍層的物理性能 降低表面電阻和體電阻，提高導(dǎo)電性，增大耐磨性，減少應(yīng)力。由于脈沖時(shí)的峰值電壓遠(yuǎn) 大于直流鍍時(shí)的電壓所以陰極表面鈍化膜易被擊穿而有利于鍍層與基體間的結(jié)合，因此脈沖鍍提高了結(jié)合力。我國(guó)電子工業(yè)每年用金量約 20 噸其中大部分用于電子元件的電鍍涂層，白銀的每年用量超過(guò)百?lài)嵥饕糜陔婂兺繉?，由于鍍層超厚其金、銀等貴重金屬白白耗費(fèi)緊集成電路框架鍍金為例，直流鍍層厚度需要 2 微米以上刁‘能保證使用，而采用脈沖電鍍后可使鍍金層厚減到 微米便可滿足要求，這就可使鍍金層厚度降低 40%,鍍件受鍍時(shí)間減少 1/3 左右。 脈沖電源使用的局限性 上面簡(jiǎn)要說(shuō)明了脈沖電源作為電鍍電源使用的特點(diǎn)和使用方法，但并非脈沖電源在任何場(chǎng)合使用都能獲得較為理想的表面，脈沖電源也存在一定的 P 限性，主要表現(xiàn)在以下幾遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 個(gè)方面 : 一、脈沖電源雖然在表面能形成致密均勻的鍍層表面，但它在要求工件表面鍍層較厚的場(chǎng)合效果并不理想，效率低。 二、脈沖電源在較多復(fù)雜的表面 (例如首飾、插件 )能形成較為均勻的鍍層，保持工件原有機(jī)械形狀，但在深鍍能力上不理想，電流效率較低，例如深孔電鍍。但會(huì)出現(xiàn)鍍層厚度不一致的現(xiàn)象。故在脈沖電源使用場(chǎng)合，最好不使用有機(jī)添加劑。 綜上所述，隨著科技進(jìn)步，電子、通信、信息等尖端高科技工業(yè)的發(fā)展，電鍍脈沖電源的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，合理使用脈沖電源必將對(duì)我國(guó)金屬表面處理行業(yè)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用 。但目前電鍍技術(shù)仍存在某些缺陷，諸如加工時(shí)間長(zhǎng)、鍍層厚度均勻性差、鍍層容易出現(xiàn)缺陷以及存在較大內(nèi)應(yīng)力等。數(shù)控電源技術(shù)是對(duì)電解電源實(shí)現(xiàn)大電流、高頻率、大工作比脈沖輸出、環(huán)保 、節(jié)電節(jié)時(shí)高效的技術(shù)。它是當(dāng)今最為現(xiàn)在金的電鍍電源，也是電鍍電源發(fā)展的方向。 數(shù)字脈沖電源一般分為雙脈沖電源與單脈沖電源 2種。改變 IGBT 開(kāi)關(guān)的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)脈沖寬及頻率的可調(diào)。所不同的是脈沖電鍍有三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)（脈沖電流密度 J、導(dǎo)通時(shí)間 tom 及關(guān)斷時(shí) 間 toff 可調(diào)；而一般直流電鍍只有 1 個(gè)參數(shù)（電流或電壓）可調(diào)。國(guó)內(nèi)外電鍍工作者大量的實(shí)踐證明，脈沖電鍍是一項(xiàng)既能提高鍍層質(zhì)量，又能提高沉積速率的經(jīng)濟(jì)效率很高的電鍍新技術(shù)。 o titon toff TJI p 圖 32 脈沖電源參數(shù)圖 Figure 32 pulse power source parameter chart 本數(shù)字單脈沖電源的性能與設(shè)計(jì)要求主要體現(xiàn)在以下一些指標(biāo)： 供電電源： 3 相， 50HZ， 380V。 輸出峰值電壓： 330V，連續(xù)可調(diào)。 脈沖占空比： 0100%，可調(diào)。 工作方式 :恒流 /壓任選。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 4 數(shù)字單脈沖電源的設(shè)計(jì)方案及其要求 數(shù)字單脈沖電源的設(shè)計(jì)主要采用了雙 CPU 系統(tǒng)方案，包括系統(tǒng)硬件、軟件的具體設(shè)計(jì)方案和步驟 雙 CPU 系統(tǒng)方案 在單 CPU 系統(tǒng)中，全部的控制、監(jiān)測(cè)和運(yùn)算都由 CPU 來(lái)完成，致使 CPU 只能串行地完成任務(wù)，這將造成兩方面的結(jié)果 :一是控制響應(yīng)的速度很大程度上取決于 CPU 的速度， CPU則成為系統(tǒng)性能提高的瓶頸，對(duì)于要求高速采樣、控制、輸出的應(yīng)用，系統(tǒng)顯得力不從心 。因此自 80 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)始研制多 CPU 型電源控 制硬件結(jié)構(gòu)，各種方案總的來(lái)說(shuō)可分為兩類(lèi) :一類(lèi)是將保護(hù)功能和人機(jī)界面等功能分開(kāi)，由不同的 CPU 分別承擔(dān)電氣量的采集與變換、控制邏輯運(yùn)算、人機(jī)對(duì)話和打印輸出、與上位機(jī)通信、數(shù)字量輸入和處理等功能。CPU 數(shù)目多，使得裝置體積大且成本也較高。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是每個(gè)保護(hù)插件的硬件完全相同，只是 EPROM 中的運(yùn)行程序不同，各板間 的聯(lián)絡(luò)線很少，因而維護(hù)檢修方便，抗千擾能力強(qiáng)。 系統(tǒng)總體方案的思路 由于系統(tǒng)中關(guān)鍵的問(wèn)題是定時(shí)：電鍍時(shí)間的定時(shí)及驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的脈沖定時(shí)，而且后者的定時(shí)精度直接影響輸出脈沖波形的頻率精度。 主系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)顯示按鍵管理、電鍍時(shí)間控制以及運(yùn)行中的暫停等控制；從系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖。實(shí)現(xiàn)的約素是： 1)能夠滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，響應(yīng)及時(shí)，并能完成系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)功能： 2)軟、硬件實(shí)現(xiàn)不能過(guò)于復(fù)雜。采用雙口 RAM 的雙 CPU 電路，整個(gè)電路分成 2 大部分，每個(gè)編有單獨(dú)的程序 ,各管理 1 部分 ,這樣可以減少軟件的編寫(xiě)的難度 ,增加儀器工作的可靠性 .雙口RAM 產(chǎn)品的型號(hào)和規(guī)格較多，作為 2 個(gè) CPU 交換信息的媒介，主 CPU 和次 CPU均可通過(guò)與雙口 RAM 相連的總線對(duì)雙口 RAM 進(jìn)行讀 /寫(xiě)。這種方式的實(shí)現(xiàn)原理可用圖 42 來(lái)表示： CP U1CP U2總線狀態(tài)片選總線狀態(tài)片選左總線 右總線雙口 RA M 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 42 雙口 RAM 方式雙 CPU 系統(tǒng) Figure 42 pair of mouth RAM way double CPU system 2．采用并口通信方式 采用這種方式的主要有兩種： (1)直接連接方式。圖 P34， P35 作為握手聯(lián)絡(luò)信號(hào)。索然是半雙工通信方式，但由于是并行通信方式，速度還是比串口方式要快。 CPU 1CPU 28p1p34p35p1p34p35 圖 43 直 接并行方式 Figure 43 direct parallel way (2)間接連接方式 間接連接方式一般是通過(guò)并行接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種方式的特點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)也很方便；但實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，只適應(yīng)于數(shù)據(jù)量小的場(chǎng)合。 2 主系統(tǒng)分析 (1)復(fù)位與看門(mén)狗電路 按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行、工作環(huán)境惡劣等實(shí)際情況，本系統(tǒng)的復(fù)位必須考慮以下 3 種情況： 上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位及看門(mén)狗定時(shí)器溢出復(fù)位；因此，采用 MAX813L 電源監(jiān)視電路。雖然“喂狗”信號(hào)來(lái)自主 CPU，表面上看，從系統(tǒng)的失常不至于引起監(jiān)視電路輸出復(fù)位信號(hào)；但事實(shí)上，如果對(duì)從系統(tǒng)的軟件進(jìn)行適當(dāng)處理，當(dāng)從系統(tǒng)工作失常后，也能讓主系統(tǒng)感知，然后強(qiáng)制電源監(jiān)視電路復(fù)位，也可以達(dá)到引起復(fù)位的目的。 (2)主 CPU系統(tǒng) 主 CPU 系統(tǒng)主要管理顯示電路、按鍵電路、運(yùn)行狀態(tài)控制及向從 CPU 系統(tǒng)發(fā)出脈沖參數(shù)等，核心是 89C52 單片機(jī)?！拔构贰毙盘?hào)由 P12 輸出，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)負(fù)脈沖。其中 R/P 用來(lái)由主 CPU 控制從 CPU 的運(yùn)行與暫停， SCOMM 信號(hào)是從 CPU向主 CPU指示通信狀態(tài)的，成功結(jié)束有效；否則無(wú)效。由于系統(tǒng)設(shè)置 TON， TOFF， T遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 等參數(shù)的要求，以及運(yùn)行中的電鍍時(shí)間的倒計(jì)時(shí)的需要，一共用了 3 組數(shù)碼管，每組 4 個(gè)數(shù)碼管。 數(shù)碼管采用小型超高亮共陰數(shù)碼管。 TON， TOFF 參數(shù)在運(yùn)行中始終顯示，而 T 參數(shù)則以秒為單位倒計(jì)時(shí)顯示，到 0 結(jié)束運(yùn)行。 ABCDEFGDP124567910ABCDEFGDPCOM1COM2SMG L