一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源转让专利
申请号 : CN202111184270.9
文献号 : CN113890374B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 胡栋明
申请人 : 深圳市金源康实业有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于,包括若干个输出模块(1)以及用于向若干个所述输出模块(1)提供电能的电源输入模块(2),若干个所述输出模块(1)分别布设于电镀槽的不同位置,其中,所述输出模块(1)包括阳极输出单元(11)和阴极输出单元(16),所述阳极输出单元(11)的输出端电性连接有负载的阳极,所述阳极输出单元(11)与负载的阳极之间设置有电流检测部(12),所述电流检测部(12)用于检测电镀电流变化以反馈电镀液的离子浓度,并发出离子浓度变化信号;所述阳极输出单元(11)的输出端电性连接有用于补偿输出电压的电压补偿单元(13),所述电压补偿单元(13)的输出端与负载的阳极电性连接,所述电压补偿单元(13)响应于离子浓度变化信号,改变输出电压以调节负载的阳极的电镀电流;
所述电流检测部(12)包括发光灯泡D1以及与所述发光灯泡D1电性连接的第一分压电阻R19,所述发光灯泡D1位于所述第一分压电阻R19和阳极输出单元(11)之间,所述发光灯泡D1与所述阳极输出单元(11)的输出端电性连接,所述第一分压电阻R19远离连接发光灯泡D1的一端与负载的阳极电性连接,所述发光灯泡D1通过发光的亮度反馈电镀液中的离子浓度变化;
所述电压补偿单元(13)包括运算放大器A3以及用于控制所述运算放大器A3的通断的开关控制部(14),所述运算放大器A3的同向输入端与所述开关控制部(14)电性连接,运算放大器A3的输出端与负载的阳极电性连接,运算放大器A3的反向输入端与输出端之间电性连接有反馈放大电阻组(15)。
2.根据权利要求1所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述开关控制部(14)包括与所述发光灯泡D1配合的光敏电阻RL1以及与所述光敏电阻RL1电性连接的场效应管Q1,所述光敏电阻RL1电性连接于所述场效应管Q1的基极,所述场效应管Q1的发射极和集电极分别电性连接于所述阳极输出单元(11)与所述运算放大器A3的同向输入端,所述场效应管Q1的发射极与所述阳极输出单元(11)之间串联有发射极电阻R18,所述光敏电阻RL1用于感应发光灯泡D1的亮度以调节场效应管Q1的基极电压,以控制场效应管Q1的通断。
3.根据权利要求2所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述输出模块(1)还包括与所述电源输入模块(2)电性连接的第一变压器CT1,所述第一变压器CT1的次级线圈的两端分别电性连接于阳极输出单元(11)和阴极输出单元(16)。
4.根据权利要求3所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述输出模块(1)还包括用于反向导通电流的反向导通部(17),所述反向导通部(17)的两端分别电性连接于第一变压器CT1的次级线圈和负载的电极。
5.根据权利要求4所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述电源输入模块(2)包括与外部电源电性连接的整流单元(21)和与所述整流单元(21)连接的逆变单元(23),所述逆变单元(23)与所述第一变压器CT1的初级线圈电性连接,用于将来自所述整流单元(21)的电能转换成交流电,以向第一变压器CT1提供交流电。
6.根据权利要求5所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述整流单元(21)与所述逆变单元(23)之间设置有滤波单元(22)。
7.根据权利要求6所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述逆变单元(23)与所述第一变压器CT1的初级线圈之间设置有第一电感L0。
8.根据权利要求1所述的一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,其特征在于:所述输出模块(1)与负载的阳极之间设置有第二电感L1。
说明书 :
一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源
技术领域
背景技术
电镀液提供更多的金属离子,使电镀过程持续进行,直到待镀物上沉积足够的镀层为止。通
过电镀的作用,可令电镀部件的抗腐蚀、耐磨损的性能以及导电性、光滑性、耐热性和表面
美观均能够得到有效加强。
离子被消耗完,导致该局部位置的电镀液的导电能力下降,而使得待电镀件表面的电镀层
容易出现薄厚不一的现象,影响电镀效果。
发明内容
同位置,其中,
检测部用于检测电镀电流变化以反馈电镀液的离子浓度,并发出离子浓度变化信号;所述
阳极输出单元的输出端电性连接有用于补偿输出电压的电压补偿单元,所述电压补偿单元
的输出端与负载的阳极电性连接,所述电压补偿单元响应于离子浓度变化信号,改变输出
电压以调节负载的阳极的电镀电流。
电镀槽进行电镀时,电流检测部对电镀时的电镀电流进行检测,由于电镀液的导电能力由
电镀液中的金属离子决定,当任一阳极与阴极之间的金属离子浓度较低时,电镀液的导电
能力降低,从该阳极放出的电流减小,从而相同的电压等级下的电镀电流较小,令流过电流
检测部的电流减小,电流检测部发出离子浓度变化信号,同一输出模块中的电压补偿单元
响应于电流检测部发出的离子浓度变化信号对阳极的输出电压进行调节,令负载的阳极上
的电流变大,加快阳极电解形成金属离子补充到电镀液中,以提高该阳极附近的电镀液中
的金属离子浓度,从而提高电镀时的电镀电流。
灯泡D1与所述阳极输出单元的输出端电性连接,所述第一分压电阻R19远离连接发光灯泡
D1的一端与负载的阳极电性连接,所述发光灯泡D1通过发光的亮度反馈电镀液中的离子浓
度变化。
较暗。当电镀液中的金属离子浓度较高时,流过发光灯泡D1的电流较大,发光灯泡D1的亮度
较亮。
大器A3的输出端与负载的阳极电性连接,运算放大器A3的反向输入端与输出端之间电性连
接有反馈放大电阻组。
作用,令负载的阳极上的电压变大,加快阳极上电镀金属电解。
极,所述场效应管Q1的发射极和集电极分别电性连接于所述阳极输出单元与所述运算放大
器A3的同向输入端,所述场效应管Q1的发射极与所述阳极输出单元之间串联有发射极电阻
R18,所述光敏电阻RL1用于感应发光灯泡D1的亮度以调节场效应管Q1的基极电压,以控制
场效应管Q1的通断。
Q1关断,流过运算放大器A3以及反馈放大电阻组的电流为零,输出电压不升高。当发光灯泡
D1亮度较暗时,表示电镀液中的金属离子浓度较低,光敏电阻RL1的阻值较大,使得场效应
管Q1导通,经过运算放大器A3的放大作用使得输出电压升高。
阳极输出单元、电流检测部、负载至阴极输出单元。当负半周的电流流过时,电流依次流经
阴极输出单元、电流检测部、负载至阳极输出单元。
器CT1输出反向电流时,与阴极输出单元电性连接的反向导通部不工作,与阳极输出单元电
性连接的反向导通部工作导通。
所述整流单元的电能转换成交流电,以向第一变压器CT1提供交流电。
解,提高溶液中的金属离子。
附图说明
电源输入模块;21、整流单元;22、滤波单元;23、逆变单元;3、控制模块。
具体实施方式
且若干个输出模块1分布于电镀槽中的不同位置,用于分别从不同角度对电镀件进行电镀。
本实施例中,输出模块1有四个,四个输出模块1分别位于电镀槽的四个侧面,输出模块1的
数量可根据实际需要增加。
晶闸管VT5为共阴极连接,第二组晶闸管包括晶闸管VT2、晶闸管VT4和晶闸管VT6为共阳极
连接,第一组晶闸管的阳极和第二组晶闸管的阴极均电性连接于外部交流电源的a相、b相
和c相,三相整流桥的输出电流是在任意时刻下的外部交流电源中3相电中最高电位的一相
所连接的晶闸管正向导通,形成正向电流。正向电流经三相整流桥所连接的负载后流向3相
电中电位最低的一相所连接的晶闸管,从而形成回路。
引脚电性连接,MCU主控芯片通过控制晶闸管的门极信号以控制两组晶闸管的通断。
滤波单元22包括滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电感L4组成的π型LC滤波电路,滤波电感L4
的两端分别电性连接于第一组晶闸管的阴极和逆变单元23。滤波电容C1一端接地,滤波电
容C1的另一端电性连接于滤波电感L4与逆变单元23之间,滤波电容C2一端接地,滤波电容
C2的另一端电性连接于滤波电感L4与第一组晶闸管的阴极之间。滤波单元22用于降低三相
整流桥输出的交流脉动波纹系数,使得三相整流桥输出的直流电流更加平滑。
IGBT4组成第一桥臂,第一开关管IGBT1和第三开关管IGBT3组成第二桥臂;第一开关管
IGBT1和第二开关管IGBT2的集电极电性连接于三相整流桥的正极,第三开关管IGBT3和第
四开关管IGBT4的发射极电性连接于三相整流桥的负极。第一开关管IGBT1的发射极与第三
开关管IGBT3的集电极电性连接,第一开关管IGBT1和第三开关管IGBT3之间设有逆变单元
23的第一输出端。第二开关管IGBT2的发射极与第四开关管IGBT4的集电极电性连接,第二
开关管IGBT2和第四开关管IGBT4之间设有逆变单元23的第二输出端。
开关管IGBT1、第二开关管IGBT2、第三开关管IGBT3、第四开关管IGBT4通断频率调节输出电
压频率。以使得输出模块1的输出电压频率可调。
于逆变单元23的第一输出端和第二输出端。具体的,第一输出端经过串联电容C3后与第一
变压器CT1的初级线圈的一端电性连接,电容C3用于隔离电路中的直流电。第二输出端经过
串联第一电感L1后与第一变压器CT1的初级线圈的另一端电性连接,通过第一电感L1与第
一变压器CT1初级线圈的漏感实现零电压零电流开通或关断。
容C3至第四开关管IGBT4。当第二开关管IGBT2和第三开关管IGBT3导通,第一开关管IGBT1
和第四开关管IGBT4关断时,直流电依次流过第二开关管IGBT2、电容C3、初级线圈、第一电
感L1、至第三开关管IGBT3,从而形成电流方向变化的交流电。
11的输出端与负载的阳极电性连接,阴极输出单元16的输出端与负载的阴极电性连接。其
中阳极输出单元11的输出端与负载阳极之间设有第二电感L2,第二电感L2与第一变压器
CT1的次级线圈的漏感共同配合用于吸收浪涌,抑制尖峰,消除振荡。
的阴极与滤波部111电性连接,二极管VD1的阳极与次级线圈电性连接。滤波部111包括两个
高输入阻抗的运算放大器A1和运算放大器A2组成的高Q值带通滤波器。运算放大器A1的输
出端和运算放大器A2反向输入端串联。运算放大器A2的输出端电性连接有电阻R14,电阻
R14的另一端电性连接于运算放大器A1的正向输入端,电阻R14通过正反馈的方式用以提高
滤波部111的品质因数,使得滤波部111具有较好的选频特性。本实施例中,运算放大器型号
为SF356。
第一分压电阻R19,第一分压电阻R19远离发光灯泡D1的一端与负载的阳极电性连接。在进
行电镀时,阳极输出单元11中的正向电镀电流依次流经二极管VD1、滤波部111、发光灯泡D1
和第一分压电阻R19后从负载的阳极流入电镀液中对电镀件进行电镀。其中,当与该阳极输
出单元11连接的阳极与负载的阴极之间的电镀液中金属离子的浓度较低时,使得电镀液的
导电能力较低,从而流入发光灯泡D1和第一分压电阻R19的电流较小,发光灯泡D1发光的亮
度亮度较暗。当与该阳极输出单元11连接的阳极与负载的阴极之间的电镀液中金属离子的
浓度较高时,电镀液的导电能力较高,发光灯泡D1发光亮度较亮。
括光敏电阻RL1以及与光敏电阻RL1电性连接的场效应管Q1,光敏电阻RL1电性连接于场效
应管Q1的基极,场效应管Q1的发射极和集电极分别电性连接于阳极输出单元11以及运算放
大器A3的同向输入端,场效应管Q1的发射极与阳极输出单元11之间串联有发射极电阻R18。
本实施例中个光敏电阻RL1的最大阻值与发射极电阻R18相同,场效应管Q1为PNP型场效应
管。
串联后一端与运算放大器A3的输出端电性连接,第一放大电阻R111和第二放大电阻R112串
联后一端接地。运算放大器A3的同向输入端电性连接于第一放大电阻R111和第二放大电阻
R112之间。运算放大器A3的放大倍数为(第一放大电阻R111+第二放大电阻R112)/第二放大
电阻R112。
高,光敏电阻RL1的阻值最大,此时光敏电阻RL1与发射极电阻R18上的分压相同,从而令场
效应三极管Q1截止状态,运算放大器A3不工作。当电镀液中金属离子的浓度低时,流过发光
灯泡D1的电流较小,电镀液的导电能力较低,使得发光灯泡D1的亮度较暗,光敏电阻RL1的
阻值逐渐变小,令场效应三极管Q1处于导通状态,运算放大器A3开始工作,令与运算放大器
A3的输出端电性连接的阳极的输出电压变高,从而使阳极上的电镀金属加快溶解,提高该
阳极附近的金属离子浓度,加快金属离子浓度的扩散,使得该阳极与负载的阴极之间的金
属离子浓度更加均匀。
压器CT1的次级线圈与负载的电极之间,其中,与负载的阳极电性连接的反向导通部17包括
二极管VD2和第一反向电阻R113,二极管VD2和第一反向电阻R113串联,二极管VD2的阴极与
次级线圈电性连接,二极管VD2的阳极串联第一反向电阻R113后电性连接于负载的阳极。与
负载的阴极电性连接的反向导通部17包括二极管VD4和第二反向电阻R213,二极管VD4的阴
极电性连接于第一变压器CT1的另一端的次级线圈,二极管VD4的阳极与第二反向电阻R213
后与负载的阴极电性连接。
元16电性连接的电流检测部12包括发光灯泡D2和第二分压电阻R29,阴极输出单元16和阳
极输出单元11电子元器件组成以及连接方式均相同,与阴极输出单元16电性连接的电流检
测部12和电压补偿部和与阳极输出端电性连接的电流检测部12和电压补偿部电子元器件
组成以及连接方式均相同。
泡D1和第一分压电阻R19、第二电感L2后从负载的阳极流入电镀槽内,使得阳极金属溶解成
形金属离子扩散于电镀液中,然后从与负载的阴极电性连接的反向导通部17中的二极管
VD4和第二反向电阻R213流回次级线圈。
形金属离子扩散于电镀液中,然后从与负载的阳极电性连接的反向导通部17中的二极管
VD2和第一反向电阻R113流回次级线圈。
向进行电镀。
一变压器CT1的次级线圈输出。
应于发光灯泡D1的亮度变化而阻值减小,令场效应管Q1导通,运算放大器A3对阳极的输出
电压进行增大,令负载的阳极上的电流变大,加快电极电解形成金属离子补充到电镀液中,
以提高该阳极与负载的阴极附近的电镀液中的金属离子的平均浓度,提高该区域的导电能
力。
应管Q2导通,运算放大器A6对阴极的输出电压进行增大,令负载的阴极上的电流变大,将电
镀件上的电镀层溶解,提高电镀液的导电能力。
发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。