铝合金特种工艺专用脉冲电源的研制
3 电源硬件设计
3．1 主电路设计及动态分析
图2示出主电路拓扑结构。三相工频交流电经过滤波器、智能模块进行三相可控整流，得到所需直流输出。为了使正、负脉冲个数可任意调节，逆变电路由两个半桥ICBT模块组成一个全桥逆变回路，而两个半桥臂的上臂所接入的电压则分别是两个智能整流模块的直流输出电压。
后级逆变电路的PWM斩波所采用的两个IGBT半桥参数完全相同，IGBT的驱动信号具有100 ns范围内的延时。主回路合闸通过电气自锁电路实现，合闸后对大电容进行快速充电，DSP控制电路通过采样以及逻辑判断后输出PWM脉冲驱动信号，实现IGBT斩波。
电源的负载为大面积铝合金板块，等效为电阻几乎为零的一个模型，故在负载端串联了一个1 Ω的大功率绕线电阻。为了防止装置负载短路，DSP输出控制信号必须与反馈经过相应的逻辑运算，才能最后输出PWM驱动IGBT。为能更好地分析主电路电流动态过程，将晶闸管与大电容等效为一个恒定电源，电路中LC滤波、PWM斩波、铝合金负载可表示为图3所示简易模型。
当S导通时，Ldi／dt=u1-uC，CduC／dt=i-uC／R；当S断开时，Ldi／dt=u1-uC，CduC／dt=i。根据状态空间中的平均原则，得到状态方程：
由上述动态分析得知，系统输出主要由两部分决定，一部分是输入电压扰动U1(s)，一部分是占空比扰动K(s)。根据式(5)可得U1(s)和K(s)信号的传递函数分别为：
3．2 DSP控制系统设计
铝合金时特种工艺数字脉冲电源的控制系统中，控制核心为TMS320F2809型DSP芯片，系统的控制方式为恒流或恒压，采用电流、电压霍尔传感器采样得到电流、电压反馈信号，经调理电路后进行A／D采样。采用热电阻及温度隔离变送器得到铝合金温度信号，同样经调理后送入DSP进行采样。反馈信号与设置的信号进行PID运算，得到相应的输出，经过IGBT驱动电路向主电路发送PWM信号。电流、电压、温度等反馈信号都进入故障综合电路，当出现过流等故障时可进行硬件及软件保护，切断主回路，提高电路的实时性能。主控电路有良好的人机界面，能够实现电压、电流、频率、占空比、温度等信号的修改与显示，并能每隔一段时间进行相关参数的保存，以备调用查看。
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