[发明专利]一种用于微弧氧化的电流源脉冲控制方法

说明书

本发明公开了一种用于微弧氧化的电流源脉冲控制方法，通过基于输出电流预测模型的脉冲形状控制单元控制移相全桥DC‑DC变换器直接输出单极性电流脉冲的具体过程有：将电流源脉冲给定曲线中的脉冲幅值给定信息i_oref，k时刻输出电流平均值k时刻移相全桥DC‑DC变换器输出电压平均值k时刻母线输入电压平均值输入到基于输出电流的预测模型中，得到k+1时刻的作用的最优占空比，对脉冲电流快速调节。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种用于微弧氧化的电流源脉冲控制方法。

背景技术

近年来，铝、镁、钛金属及其合金在生产生活中的应用越来越广泛，但是由于其自身的固有缺陷，其耐磨性和抗蚀性等较差。微弧氧化处理技术通过脉冲放电在上述金属表面生成陶瓷层可以有效地提高防护性能。

为了满足不同的膜层工艺需求，微弧氧化电源往往需要不同的脉冲输出类型和输出形式，其中脉冲输出类型电压源型和电流源型，脉冲输出形式包括单向脉冲，双向对称脉冲、双向非对称脉冲以及直流叠加脉冲等各种大功率脉冲波形。尤其是针对双向非对称和直流叠加等特殊形式的脉冲需求日益增加，并且要求特殊形式的脉冲占空比、频率等参数可以自由调节。

针对电压源型脉冲，专利号为：CN103475256，授权日为：2016.04.06，发明名称为：一种电压源型非对称脉冲变换器及其输出脉冲的控制方法，虽然在一定程度上克服了现有脉冲变换器输出形式单一的缺点，但其直流输入侧使用了双电源供电，且电压源脉冲幅值不具有可调性，适用范围受限；文献《双向不对称脉冲型微弧氧化电源研究》中提出了一种双极性脉冲发生方法，其双向不对称脉冲幅值可调，且输入侧使用单电源供电，但正负向脉冲发生电路独立，增加了电路结构和控制的复杂度。总的来说，现有的微弧氧化电源主要采用幅值可调的电压源加上斩波电路实现。因此，为了能够实现较为复杂的脉冲形式宽范围可调输出，其需要多个可调电压源与复杂的脉冲电路相结合。此种方案成本高且电路结构复杂，脉冲实现难度明显增大。

相较之电压源型脉冲，电流源型脉冲的氧化时间要比电压源型脉冲所需时间短且易于控制，更便于计算和控制能耗，可提高电路的可靠性，且采用正负双向电流源脉冲，可以调整负载放电状态，从而更好地改善陶瓷层生长效果。专利公开号为：CN107302321，公开日为：2017.10.27，发明名称为：一种基于组合法的脉冲电流源，设计了一种基于多个恒流模块叠加以输出不同幅值和脉宽的单向电流源脉冲。但恒流模块幅值固定，输出电流脉冲幅值自由调节受限，且模块数量增加导致电路结构更加复杂，控制难度加大。文献《微弧氧化电流脉冲电源及其负载电气特性的研究》提出了一种并联组合结构的微弧氧化方波电流脉冲电源方案，其基本思想为“恒流源+斩波电路”的实现方式，仅能实现单向电流脉冲。文献《变极性微弧氧化电流脉冲电源拓扑研究》通过两台双管反激电路组合实现非对称双极性三角波输出，该电路脉冲受到反激电路的导通占空比制约，脉冲输出参数范围窄而且正、负脉冲电路之间存在环流问题，需要额外加入复杂的环流抑制电路。因此，上述电流源脉冲的实现均基于“恒流源+斩波电路(形状、极性控制)”的方式，一方面，其实现双向脉冲时并联电路结构会增加系统复杂程度，可能还会引入新问题；另一方面，直流叠加的脉冲形式实现难度明显增大。

综上，目前微弧氧化脉冲电源，主要存在如下不足，具体包括：

1)、无论是电压源脉冲还是电流源脉冲，其若要实现多种输出形式，例如双向不对称脉冲，会导致供电系统、电路结构和控制难度会大大增加。

2)、基于目前电流源脉冲实现的基本思想，即“恒流源+斩波电路(形状、极性控制)”方式，不易实现直流叠加脉冲的特殊形式，无法满足日益丰富的加工需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于微弧氧化的电流源脉冲控制方法，采用该方法能够实现单电源供电情况下多种形式的电流源脉冲自由输出，解决了现有技术中为实现多种输出形式的电流源脉冲而导致的供电系统、电路结构以及控制系统复杂度增加等问题，大大拓宽了电流源脉冲的适用范围。