【毕业论文】高频脉冲电镀电源设计论文简介

兰州理工大学毕业设计 论文 简介 基于基于 PICPIC 单片机的电镀脉冲电源设计单片机的电镀脉冲电源设计 电气工程及其自动化 09230418 温少祥 指导教师 王兴贵 教授 孙晓静 高工 摘要摘要 脉冲电镀实际上是一种通断直流电镀 脉冲电镀过程中 当电流导通时 脉冲 峰值 电流相当于普通直流电流的几 倍甚至几十倍 正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原 从而使沉积层晶粒变细 当电流关断时 阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度 浓差极化消除 这利于下一个脉冲周期继续使用高的脉冲 峰值 电流密度 同 时关断期内还伴有对沉积层有利的重结晶 吸脱附等现象 这样的过程同期性地贯穿整个电镀过程的始末 其中所包含 的机理构成了脉冲电镀的最基本原理 本设计采用 pic 单片机对脉冲进行控制 实践证明 脉冲电镀在细化结晶 改善镀层物理化学性能 节约贵金属等 方面比传统的直流电镀有着不可比拟的优越性 关键词 关键词 电镀 脉冲电源 PIC 单片机 Abstract Pulse electroplating is actually an on off DC plating Pulse electroplating process when the current is switched on the pulse peak several times the current equivalent to an ordinary DC current or even several times it is the instantaneous high current density of metal ions reduction in potential high so the grain became fine when the current is turned off the cathode area near the discharge ion and return to the initial concentration the concentration polarization is eliminated the beneficial cycle pulse next to continue to use the high pulse current density peak at the same time turn off period accompanied by recrystallization favorable to the deposition layer desorption phenomena This process synchronization throughout the whole plating process from beginning to end the mechanism of which contain constitute the most basic principle of pulse plating This design uses PIC microcontroller control of pulse practice has proved pulse electroplating in refining crystallization improve the physical and chemical properties such as coating save precious metal than traditional DC plating has the incomparable superiority Keywords Plating Pulse power PIC microcontroller 一 脉冲电镀电源概述一 脉冲电镀电源概述 一 什么是脉冲电镀 一 什么是脉冲电镀 脉冲电镀所依据的电化学原理 主要是利用脉冲电压或脉冲电流的张弛 间隙工作 增强阴极的 活性极化和降低阴极的浓差极化 从而有效地改善镀层的物理化学特性 在脉冲电镀过程中 电流 导通时 接近阴极的金属离子充分地被沉积 而电流关断时 阴极周围的放电离子又恢复到初始浓度 脉冲电镀时的导通电流密度 远远大于直流电源电镀时的电流密度 这将使金属离子处在直流电镀实 现不了的极高过电位下电沉积 其结果不仅能改善镀层的物理化学特性 而且还能降低析出电位较负 金 二 脉冲电镀的优点 二 脉冲电镀的优点 脉冲电镀与直流电镀相比 概括起来有以下几个优点 1 镀层孔隙率低 致密性好 抗蚀性高 以方波输出脉冲电源电镀为例 由于脉冲电源输出为间 歇性矩形方波 在脉冲导通期间 金属离子在工件表面沉积的晶粒在镀液中溶解 使得工件表面沉积 的晶粒细化 镀层致密 大大降低了镀层的孔隙率 实践表明 装饰业和电子业 用脉冲电源电镀贵 金属 可以用较薄的镀层获得较为理想的镀层表面 2 镀层应力低 成分稳定 深镀能力强 结品细化 改善与提高镀层的均镀能力 脉冲电镀时 山于脉冲瞬间阴极表而上具有很高的电流密度 如镀金时瞬间电流密度可比平均电流密度左 1012 倍 这就使品核形成的速度大于晶核成长的速度 脉冲镀层的品粒般为 0 5 微米左右 而直流镀层的晶粒 兰州理工大学毕业设计 论文 简介 大于 1 微米 另外脉冲电镀电流分布的均匀性好 这就改善了镀层的均镀能力 3 改善镀层的化学性能 降低孔隙率提高镀层的抗腐蚀能力 对十镀层表面具有无孔特性一般说 其镀属厚度 脉冲镀比直流镀可减少 4 改善镀层的物理性能 降低表面电阻和体电阻 提高导电性 增大耐磨性 减少应力 氰化镀银 脉冲镀层的耐磨能力要比直流镀层增加一倍 由于脉冲时的峰值电压远大于直流镀时的电压所以阴极 表面钝化膜易被击穿而有利于镀层与基体间的结合 因此脉冲镀提高了结合力 5 节约金属尤其是贵金属 我国电子工业每年用金量约 20 吨其中大部分用于电子元件的电镀涂层 白银的每年用量超过百吨它主要用于电镀涂层 由于镀层超厚其金 银等贵重金属白白耗费紧集成电 路框架镀金为例 直流镀层厚度需要 2 微米以上刁 能保证使用 而采用脉冲电镀后可使镀金层厚减 到 1 2 微米便可满足要求 这就可使镀金层厚度降低 40 镀件受镀时间减少 1 3 左右 脉冲镀在节约 材料尤其贵金属方面具有非常明显的经济效益 综上所述脉冲电镀在细化结晶 改善镀层物理化学性 能 节约贵金属等方面比传统的直流电镀有着不可比拟的优越性 因此研究新型高效的基于单片机脉 冲电源的设计是十分有必要的 二 毕业设计 论文 的主要内容 功能及技术指标二 毕业设计 论文 的主要内容 功能及技术指标 1 熟悉电镀工艺中脉冲电源的性能要求 2 主电路的设计 3 控制电路设计 4 键盘 显示电路设计 5 绘制软件框图 编程并对部分程序做调试 6 专业英文文献翻译 7 主要技术指标 1 供电电源 3 相 50HZ 380V 2 输出峰值电流 4 40A 连续可调 3 输出电压幅值 3 30V 连续可调 4 脉冲频率 1 10KHZ 可调 5 脉冲占空比 40 70 可调 6 脉冲宽度 ton 1 100ms 7 电流电压波形 脉冲 键盘设定 8 工作方式 恒流 压任选 9 电镀时间可键盘设定 为 0 9999s 三 硬件设计三 硬件设计 一 主电路设计 一 主电路设计 主电路由三部分构成 分别为电源部分 斩波部分 调压部分 电源部分采用三相全控桥式整流 电路 斩波部分采用 MOSFET 场效应管的通断来控制 调压部分采用脉冲式变压器完成 图图 1 1 主电路示意图主电路示意图 二 控制电路设计 二 控制电路设计 兰州理工大学毕业设计 论文 简介 电源控制电路采用负反馈控制 使其输出电压或电流保持稳定 并达到一定的稳压或精度 开关 电源的主电路及反馈控制电路构成了一个自动控制系统 其结构如图所示 Pic单片机电流转换电路 Uf 控制Vt通断 控制触发角 I0 Ug 图图 2 2 控制电路结构图控制电路结构图 电镀电源的主电路主要处理电能 而控制电路主要处理电信号 属于 弱电 电路 但它控制着 主电路中的开关器件的工作 一旦出现失误 将造成严重后果 使整个电源停止工作或损坏 设计电源控制电路主要考虑两个方面的因素 一是负载和外界环境 二是电源的主电路的特性 结合本次设计要求和以上两方面的因素 该控制电路主要具有电压检测模块 输出显示模块 键盘设 定模块 单片机构成 其原理图下图所示 键盘 输入 晶闸管驱 动电路 单片机 f877 电压 反馈 Led 显示 图图 3 3 控制电路原理图控制电路原理图 1 电压检测模块 电源在工作过程中 当输入输出的条件变化时 电源应具备自动调节的功能 这就要求电源的控 制电路具有稳定输出的功能 控制电路能对主电路的输出电压进行检测 然后将检测值同设定的参考 值相比较得出误差值 利用该误差值进行一定计算和处理后去控制主电路 使输出值不断的接近设定 值 从而达到稳定输出的目的 电路运行时 电压检测电路将输出电压转化为单片机能够识别的电信 号输入单片机 并和设定基准值进行比较得出差值 之后单片机经过程序计算后得出新的 pwm 波形来 控制晶闸管导通角来调整电压 图图 4 4 电压检测电路电压检测电路 2 输出显示模块 在控制系统中设计相应的显示模块 实时显示输出电压 电流 频率 本次设计采用 74ls373 八 段透明锁存器 Q 口接电阻后驱动七段发光二极管来进行数据显示 373 为三态输出的八段透明锁存器 共有 54S373 和 74LS373 两种线路 373 的输出端 Q0 Q7 可 直接与总线相连 兰州理工大学毕业设计 论文 简介 当三态允许控制端 OE 为低电平时 Q0 Q7 为正常逻辑状态 可用来驱动负载或总线 当 OE 为 高电平时 Q0 Q7 呈高阻态 即不驱动总线 也不为总线的负载 但锁存器内部的逻辑操作不受影响 当锁存允许端 LE 为高电平时 Q 随数据 D 而变 当 LE 为低电平时 D 被锁存在已建立的数据 电平 当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用 使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV 图图 5 5 显示电路显示电路 图中只画出了一位 led 数码管的显示电路 而实际线路是 8 位 led 数码显示电路 共使用了 8 片 74ls373 8 位数据锁存芯片 cpu 送来的数据通过 74ls373 锁存器进行锁存输出显示 3 键盘设定模块 在控制系统中设计加入相应的键盘设定模块 可以完成对输出频率占空比等参数的设定 本设计 采用 74ls245 作为键盘接口 构成按键扫描电路 扫描到的电路通过 c 口输出到 cpu 的总线上 图图 6 6 键盘电路键盘电路 工作原理与功能 简单的流程为 主程序扫描键盘 将设置信息输入 处理后 输出到 LED 显示器显示与晶闸管驱 动电路 兰州理工大学毕业设计 论文 简介 单片机的晶振为 11 0592MHz 用到了三个定时器 分别进行频率 占空比与电镀时间的定时 三 个定时器都是工作在方式 1 根据计算定时器初值的公式 12 2 tf TC oscL 计算出定时器所要装入的初值 频率及占空比的显示电路由 74LS373 构成的驱动电路和 LED 数码显示管组成 利用八个数码管来 显示 有两位是用来显示频率的 有两位是显示占空比的 还有四位是显示定时时间的 为了区分不 同功能 显示占空比的两位用绿色发光 led 显示器 此电路的键盘是由一个状态键 四个功能键 调节频率 占空比与时间的增减 组成 其特殊之 处在于利用外部中断实现键盘扫描 状态键有三种状态 当其处于状态 0 时 则其它的键会处于无用 状态 当其处于状态 1 时 可通过按两个调节键来调节频率 处于第三种状态时 按四个调节键中的 前两个便可对占空比进行调节了 处于第四种状态时 按四个调节按键可以对电镀定时进行设定 4 4 软件设计软件设计 本设计采用 PIC16F877 单片机做为控制芯片 PIC16F877 单片机支持 C 语言编程 C 语言编程的特 点是逻辑结构清晰 可读性和可维护性好 可进行结构化编程 兼容性好 移植方便 在开发过程中 PIC 的 C 语言源程序经过编译之后生成相应的机器码文件 再将机器码写入到相应的 PIC 芯片既可投入 使用 软件部分采用 C 语言编程实现模块化结构 将其功能模块编