CN101469442B - 脉冲调制电源及具有该电源的电化学抛光装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲调制电源及具有该电源的电化学抛光装置，该脉冲调制电源包括控制器和脉冲执行电路；其中，所述控制器用于控制脉冲执行电路改变输出的脉冲电流的方向；所述脉冲执行电路用于输出改变方向的脉冲电流。该脉冲调制电源能周期性改变输出的脉冲电流的方向。

Description

脉冲调制电源及具有该电源的电化学抛光装置

技术领域

本发明涉及一种脉冲调制电源及具有该电源的电化学抛光装置。

背景技术

电化学抛光是指在电解液中作为阳极的金属工件(被抛光工件)溶解，从而使其表面粗糙度下降、光亮度提高，并产生一定金属光泽的表面光整技术。目前，该技术已在金属精加工、金属样品制备及需要控制表面质量与光洁度的领域获得了极其广泛的应用，显示出机械抛光及其它表面精加工技术无法媲美的一些优点，如效率高、表面无加工硬化层、无内应力作用、耐腐蚀等。电化学抛光涉及的材料有不锈钢、纯金属、碳钢、合金钢、有色金属、合金及其贵重金属等几乎所有的金属材料。

传统的电化学抛光电源一般是将调压后的直流电对电解池进行供电。近年来，随着工业设备和产品不断向精密化方向发展，传统的直流电源方法很难满足高精度的抛光要求。采用直流电源的电化学抛光存在无法精确控制电化学抛光间隙的流场、电场及电化学过程、以及抛光温度较高、工件损耗较高等缺陷。与传统的直流电源相比，采用脉冲电源的电化学抛光能从根本上改善电化学抛光间隙的流场、电场及电化学过程，从而得到较高的除蚀能力，获得较高的抛光精度和表面质量。最新研究表明，周期性的改变脉冲电源输出的脉冲电流的大小和方向，能进一步降低抛光温度，减少金属工件的损耗。然而，现有的用于电化学抛光的脉冲电源并不具有周期性改变输出的脉冲电流的方向的功能。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种脉冲调制电源及具有该电源的电化学抛光装置，该脉冲调制电源能周期性改变输出的脉冲电流的方向。

为实现上述目的，本发明提供一种脉冲调制电源，该脉冲调制电源包括控制器和脉冲执行电路；其中，所述控制器用于控制脉冲执行电路改变输出的脉冲电流的方向；所述脉冲执行电路用于在控制器的控制下输出改变方向的脉冲电流。

本发明还提供一种电化学抛光装置，该装置包括电极、电解液槽和脉冲电源；所述电极插入电解液槽中，脉冲电源用于与电极和被电抛光的金属工件连接，其中，所述脉冲电源为上述脉冲调制电源。

在应用时，对所述脉冲调制电源的控制器设定脉冲调制参数，控制器根据设定的脉冲调制参数输出包含该参数信息的控制信号来控制所述脉冲执行电路，改变脉冲执行电路输出的脉冲电流的方向。本发明提供的电化学抛光装置，由于具有上述脉冲调制电源，因此，所述抛光装置在使用时能进一步降低抛光温度，减少金属工件的损耗，提高电化学抛光的性能。

附图说明

图1为本发明提供的脉冲调制电源的结构框图；

图2为本发明提供的脉冲调制电源中脉冲执行电路的电路结构图；

图3为本发明提供的电化学抛光装置的结构图；

图4为本发明提供的电化学抛光装置的调压模块和脉冲执行电路的结构图；

图5为本发明提供的脉冲调制电源工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参照图1、图2，本发明提供一种脉冲调制电源，该脉冲调制电源包括控制器1和脉冲执行电路2；其中，所述控制器1用于控制脉冲执行电路2改变输出的脉冲电流的方向；所述脉冲执行电路2用于在控制器1的控制下输出改变方向的脉冲电流。

所述脉冲执行电路2包括多个可控开关K，多个可控开关K分为两组，每组中的可控开关K串联，一组串联的可控开关K的一端与另一组串联的可控开关K的一端电连接，作为电流的输入端，两组串联的可控开关K的另一端共同接地，控制器1分别与每个可控开关K的控制端连接，用于控制可控开关K的通断，属于同一组串联的可控开关K中一对相邻两个可控开关K的接点与属于另一组串联的可控开关K中一对相邻两个可控开关K的接点作为脉冲执行电路2一组电流输出端。所述脉冲执行电路2可以为多个。

优选地，所述脉冲执行电路2的可控开关为4个，每一组串联的可控开关K的个数为2个。

所述控制器1通过控制可控开关K通断的时间和顺序来改变输出的脉冲电流的方向。

所述可控开关K为本领域技术人员公知的具有可控端的功率开关，例如可控硅、CMOS管、IGBT等，优选为IGBT。

所述控制器1为本领域技术人员公知的可编程的微处理器，例如单片机、ARM处理器和DSP芯片等，优选为DSP芯片及其外围电路。对所述控制器1设定脉冲调制参数，控制器1根据设定的脉冲调制参数输出包含该参数信息的控制信号给脉冲执行电路2，控制脉冲执行电路2的多个可控开关K的通断时间和顺序。所述脉冲调制参数包含脉冲周期时间、脉冲频率、脉冲占空比等参数信息，控制器1根据上述信息进行计算，计算方法包括步骤：根据脉冲周期时间参数，将一个脉冲周期分成电流导通阶段和电流截止阶段；根据脉冲频率和占空比参数计算电流导通阶段和电流截止阶段各自所占的时间。根据上述计算的结果，控制器1通过控制可控开关K的通断能将输入到所述脉冲执行电路2的直流电流转变为脉冲电流。所述脉冲调制参数还包含所述多个可控开关K的通断顺序的参数，根据该参数，控制器1控制所述多个可控开关K的通断顺序可以改变脉冲执行电路2输出的脉冲电流的方向。所述控制器1控制可控开关K产生脉冲电流以及改变输出脉冲电流的方向可以通过对控制器1编辑程序来实现。

所述脉冲调制电源还包括稳压电源3和调压模块4；稳压电源3用于为调压模块4提供电源输出；调压模块4用于调节所述稳压电源3输出的电流的大小，并将调节后的电流输出到脉冲执行电路2的电流输入端；所述控制器1还用于控制调压模块4输出的电流的大小。所述控制器1还用于控制输入所述脉冲执行电路2电流输入端电流的大小。

所述脉冲调制参数还包括脉冲电流大小参数，控制器1根据该参数控制所述调压模块4输出的直流电流的大小。所述控制器1控制电流的大小可以通过对控制器1编辑程序来实现。

所述稳压电源3和调压模块4为本领域技术人员公知，不多做赘述。

脉冲调制电源还包括二极管D，所述二极管D串联在所述调压模块4和脉冲执行电路2的电流输入端之间，用于防止电流反向流入调压模块4。所述二极管D为本领域技术人员公知。

所述脉冲调制电源还包括控制面板5和存储器6；控制面板5用于对所述控制器1设定脉冲调制参数，并将设定的脉冲调制参数输入到控制器1，以及对控制器1发出工作指令；所述存储器6用于存储控制器1应用程序和预先设定的脉冲调制参数，供控制器1调用程序和脉冲调制参数。

所述控制面板5为本领域技术人员公知，通过所述控制面板5可以设定所述脉冲电流调制参数，对控制器1发出各种工作指令等。所述存储器6为本领域技术人员公知，例如存储器6可以选用EEPROM。存储器6用于存储控制器1应用程序和预先设定的脉冲调制参数，供控制器1调用程序和脉冲调制参数。在本发明中，所述存储器6可以存储预先设定好的脉冲电流调制参数或者存储通过控制面板5设定的多组脉冲电流调制参数作为自定义脉冲电流调制参数，在需要时供控制器1调用。

下面参照图5，阐述本发明提供的脉冲调制电路的工作流程。

所述控制器1接收控制面板5发出的工作指令，判断选择的工作模式是手动模式还是自动模式；

如果是手动模式，控制器1检测手动模式是否允许启动，如果允许，则读取通过控制面板5设定的脉冲电流调制参数；

根据上述的计算方法对脉冲电流调制参数进行计算；

根据计算后的结果控制所述多个可控开关K的通断和通断的顺序，以及控制调压模块4输出直流电流的大小。

在手动模式下，控制器1每隔一设定时间(如0.1秒)重新读取控制面板5上设定的脉冲电流调制参数，如果该参数发生变化，则对该参数重新进行计算，再根据计算后的结果控制所述多个可控开关K的通断和通断的顺序，以及控制调压模块4输出直流电流的大小。

如果是自动模式，控制器1检测自动模式是否允许启动，如果允许，则读取选定的所述存储器6里存储的脉冲电流调制参数；

根据上述的计算方法对脉冲电流调制参数进行计算；

根据计算后的结果控制所述多个可控开关K的通断和通断的顺序，以及控制调压模块4输出直流电流的大小。

通过以上描述，本领域技术人员可以很清楚地理解，本发明提供的脉冲调制电源能根据需要，改变输出脉冲电流的大小和方向，满足多种需要提供脉冲电流的器件的需要。

参照图3、图4，本发明还提供一种电化学抛光装置，该装置包括电极73、电解液槽71和脉冲电源；所述电极73插入电解液槽71中，脉冲电源用于与电极73和被电抛光的工件74连接，其中，所述脉冲电源为上述脉冲调制电源。

所述抛光装置还包括电解液72，电解液72位于电解液槽71中，所述电极73和被电抛光的工件74插入电解液槽71中。

所述脉冲调制电源的脉冲执行电路2包括至少一个“H”桥电路单元，所述“H”桥电路单元包括四个可控开关K，第一个和第二个可控开关K的一端相连接作为脉冲执行电路2的电流输出端，第一个和第二个可控开关K的另一端分别接第三和第四个可控开关K的一端，第三和第四个可控开关K的另一端接地，所述第一和第三个可控开关K的接点、第二和第四个可控开关K的接点分别被引出作为脉冲执行电路2的一组电流输出端。

所述脉冲调制电源还包括稳压电源3和调压模块4；稳压电源3用于为调压模块4提供电源输出；调压模块4用于调节所述稳压电源3输出的电流的大小，并将调节后的电流输出到脉冲执行电路2的电流输入端；所述控制器1还用于控制调压模块4输出的电流的大小。

所述调压模块4包括多个电流输出端，分别输出不同大小的电流，每一个电流输出端与脉冲执行电路2的电流输入端之间连有可控开关K，所述控制器1通过控制可控开关K的通断来控制调压模块4输出的电流的大小。

优选地，所述调压模块4电流输出端的个数为2个。

所述“H”桥电路单元的电流输出端一端接所述电极73，另一端接要被抛光的工件74，控制器1通过控制调压模块4上的可控开关K来选择输出电流的电流输出端，从而控制调压模块4输出的电流的大小。控制器1控制“H”桥电路单元上的四个可控开关K通断的时间来产生输出给所述被抛光的工件74及电极73的脉冲电流，控制四个可控开关K通断的顺序来改变所述输出的脉冲电流的方向。

具体来说，当控制器1控制所述第一和第四个可控开关K导通，第二和第三个可控开关K断开时，输出的脉冲电流的方向从所述第一和第三个可控开关K的接点到第二和第四个可控开关K的接点；当控制器1控制所述第二和第三个可控开关K导通，第一和第四个可控开关K断开时，输出的脉冲电流的方向从所述第二和第四个可控开关K的接点到第一和第三个可控开关K的接点。

所述电极73、电解液槽71和电解液72为本领域技术人员所公知，所述电极73和电解液72根据需要被抛光的工件74材料的不同而选择相适应的电极73和电解液72。

本发明提供的电化学抛光装置，由于具有上述脉冲调制电源，因此，所述抛光装置在使用时能进一步降低抛光温度，减少被抛光的工件74的损耗，提高电化学抛光的性能。

Claims (10)

1.一种脉冲调制电源，该脉冲调制电源包括控制器(1)和脉冲执行电路(2)；其中，所述控制器(1)用于控制脉冲执行电路(2)改变输出的脉冲电流的方向，并控制输入所述脉冲执行电路(2)电流输入端电流的大小；所述脉冲执行电路(2)用于在控制器(1)的控制下输出改变方向的脉冲电流，

所述脉冲调制电源还包括稳压电源(3)、调压模块(4)以及二极管(D)，稳压电源(3)用于为调压模块(4)提供电源输出；调压模块(4)用于调节所述稳压电源(3)输出的电流的大小，并将调节后的电流输出到脉冲执行电路(2)的电流输入端；所述二极管(D)串联在所述调压模块(4)和脉冲执行电路(2)的电流输入端之间；所述控制器(1)还用于控制调压模块(4)输出的电流的大小。

2.根据权利要求1所述的脉冲调制电源，其中，所述脉冲执行电路(2)包括多个可控开关，多个可控开关分为两组，每组中的可控开关串联，一组串联的可控开关的一端与另一组串联的可控开关的一端电连接，作为电流的输入端，两组串联的可控开关的另一端共同接地，控制器(1)分别与每个可控开关的控制端连接，用于控制可控开关的通断，属于同一组串联的可控开关中一对相邻可控开关的接点与属于另一组串联的可控开关中一对相邻可控开关的接点作为脉冲执行电路(2)一组电流输出端。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲调制电源，其中，所述脉冲执行电路(2)为多个。

4.根据权利要求2所述的脉冲调制电源，其中，所述控制器(1)通过控制可控开关通断的时间和顺序来改变输出的脉冲电流的方向。

5.根据权利要求2所述的脉冲调制电源，其中，所述可控开关为4个，每一组串联的可控开关的个数为2个。

6.根据权利要求1或2所述的脉冲调制电源，其中，所述脉冲调制电源还包括控制面板(5)和存储器(6)；

控制面板(5)用于对所述控制器(1)设定脉冲调制参数，并将设定的脉冲调制参数输入到控制器(1)，以及对控制器(1)发出工作指令；

所述存储器(6)用于存储控制器(1)应用程序和预先设定的脉冲调制参数，供控制器(1)调用程序和脉冲调制参数。

7.一种电化学抛光装置，该装置包括电极(73)、电解液槽(71)和脉冲电源；所述电极(73)插入电解液槽(71)中，脉冲电源用于与电极(73)和被电抛光的工件(74)连接，其特征在于，所述脉冲电源为如权利要求1-6中任一项权利要求所述的脉冲调制电源。

8.根据权利要求7所述的抛光装置，其中，该装置还包括电解液(72)，电解液(72)位于电解液槽(71)中，所述电极(73)和被电抛光的工件(74)插入电解液槽(71)中。

9.根据权利要求7所述的抛光装置，其中，所述脉冲调制电源的脉冲执行电路(2)包括至少一个H桥电路单元，所述H桥电路单元包括四个可控开关，第一个和第二个可控开关的一端相连接作为脉冲执行电路(2)的电流输入端，第一个和第二个可控开关的另一端分别接第三和第四个可控开关的一端，第三和第四个可控开关的另一端接地，所述第一和第三个可控开关的接点、第二和第四个可控开关的接点分别被引出作为脉冲执行电路(2)的一组电流输出端。

10.根据权利要求7所述的抛光装置，其中，所述脉冲调制电源的调压模块(4)包括多个电流输出端，分别输出不同大小的电流，每一个电流输出端与脉冲执行电路(2)的电流输入端之间连有可控开关，所述控制器(1)通过控制可控开关的通断来控制调压模块(4)输出的电流的大小。

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