微弧氧化是一种直接在阀金属及其合金表面原位生长陶瓷层的新技术,使用微弧氧化技术生成的氧化膜具有显微硬度高,耐磨性好,与基体的结合力强,耐腐蚀等优点,因而在机械、汽车、国防、电子、航空航天和建筑民用等工业领域具有重要的潜在应用价值。微弧氧化装置包括专用高压电源、氧化槽、冷却系统和搅拌系统。微弧氧化电源是研究微弧氧化技术的重要仪器。本文主要分两个部分介绍了多功能微弧氧化电源的研制。第一部分介绍了多功能微弧氧化电源的硬件电路设计。电源的硬件结构主要包括电源主回路和电源控制回路两个部分。电源的主回路由隔离变压器、三相调压器、滤波电路、IGBT逆变电路几个主要部分组成。为了使电源阴极、阳极电压分别独立可调,阴极和阳极电压调节电路分离。隔离变压器使电源电压与地隔离,并升高电压。三相调压器通过晶闸管和移相控制改变电压幅值,经整流滤波电路后变成直流电压送至逆变器IGBT,IGBT控制电源的输出。除了这些功能电路之外电源主回路还包括一些驱动和保护电路,如IGBT驱动电路、IGBT阻容吸收电路、调压器保护电路等。IGBT驱动电路控制IGBT的关断和导通,吸收电路控制IGBT关断和续流二极管恢复时产生的尖峰电压,以防止IGBT的损坏,调压器是使用晶闸管实现调压功能的设备,也需要过流保护与过压保护。控制回路以单片机为核心,其外围电路包括数据采集电路、电压电流调节反馈电路、IGBT波形选择电路等。单片机选用STMicroelectronics公司的STM32F103VBT6;数据采集电路分为电压信号采集电路和电流信号采集电路,分别实现对电源输出阳极电压、阴极电压、阳极电流、阴极电流的AD采集,并将采集信号反馈给反馈回路;电压电流调节反馈电路通过负反馈精确控制调压电路的输出结果,可以通过电流方式控制也可以通过电压方式控制;IGBT波形选择电路为IGBT驱动电路提供驱动信号,控制电源的输出波形。除此之外电源有完整的低电供电系统,实现不同模块间的隔离供电,保证电路安全。第二部分介绍了多功能微弧氧化电源的软件设计。电源的软件部分包括下位机的控制系统和上位机的应用软件。下位机控制系统使用C语言编写,上位机的应用软件使用LabVIEW的图形化程序设计。下位机控制系统主要实现电源的自动化控制,包括电压电流值的控制,脉冲方式的控制,电压电流值的采集和监控,电源定时,下位机面板的LCD显示和通过按键对电源的控制,与上位机的通信,借由通信实现上位机虚拟面板的显示和上位机虚拟面板按键对电源的控制等功能。程序采用状态机的思路编写,划分为电源关闭且控制者为下位机、电源开启且控制者为下位机、电源关闭且控制者为上位机和电源开启且控制者为上位机四个状态。使用通用定时器3的PWM输出控制电源输出电压电流值;电源输出方式通过通用定时器2的PWM输出和通用I/O接口的输出实现;使用实时时钟进行电源的计时;使用通用定时器4实现脉冲交流输出模式下阴阳极的转换。电源的上位机应用软件使用美国国家仪器公司开发的图形化开发环境LabVIEW设计,通过虚拟仪器的界面实现自动化控制、数据采集和分析一体化的目标。软件功能主要包括:电源工作参数设定、数据采集、串行通信、绘图、数据存储等。