双H桥双峰双向脉冲电镀电源设计与仿真

摘要：为了使脉冲电镀电源输出频率可调，电压可调，正向脉冲开启时间宽度和负向脉冲开启时间宽度可调的双峰双脉冲。特此提出了一种绿色可靠、节能高效的新设计方案，第一个H桥采用ZVZCSPWM DC／DC变换器时输入的直流电压进行降压，变成高频交漉脉冲电压，然后经过高频变压器的隔离和耦合，再通过桥式整流滤波得到稳定的直流电压，最后经过第二个H桥进行切换，得到任意频率，任意占空比的双峰双向脉冲。实验证明应用该方案能降低开关管的开关损耗，降低元器件的要求，能将电源的效率提高到90％以上，同时由于此电源具有脉冲换向功能，在电镀时，大大增加了贵金属的利用效率。
关键词：全桥移相软开关；双H桥；双峰双向；PSIM；双向多脉冲

由于脉冲电源拥有广阔的应用领域，因此研制高频高效、绿色可靠、智能化、输出特性优良的脉冲电源对工程应用有重要的实际意义。同时，脉冲电源的研究涉及电力电子、新型功率开关器件的应用、自动控制技术、电磁理论、材料科学和电路系统建模、优化等多方面内容，因此具有广泛的理论和学术意义。双峰双向脉冲电镀电源与传统的充电电源相比，双脉冲双极性正负换向脉冲电源采用电源脉冲换向功能，在电镀时使镀层凸处被强烈溶解而整平，提高电镀质量，节约贵重金属。能够取得更好的电镀效果及节能效果，对电网的污染小，特别是应用在精密公差要求的一些特殊工件电镀，以及一些直流电源电镀不能得到理想效果的场合，如：连接器及其针脚、精密图案、电路板过孔、微波电路板、多层板等等。同时，新技术的应用将减少电镀电源对电网的污染，增加贵金属的利用效率，减少企业成本，保护环境资源。

1 主电路结构
主电路如图1所示，第一个H桥采用全桥移相软开关ZVZCS PWM DC／DC变换器进行降压，得到高频交流脉冲电压，然后经过高频变压器的隔离、降压，再经过桥式整流滤波得到稳定的直流电压，此处的桥式整流二极管为快速恢复二极管，能对高频变压器耦合过来的高频交流脉冲做出快速反应，并且在快速回复二极管上接入RC吸收网络，抑制其寄生振荡，减小尖峰电压。然后将整流滤波得到的直流电压送往第二个H桥进行切换，获得任意频率，任意占空比的双峰双向脉冲。该电路中，第一个H桥由于采用软开关，避免了开关器件大电流与高电压同时出现的硬开关状态、抑制感性关断电压尖峰和容性开通时管温过高，减小了开关损耗与干扰，同时降低了开关管的要求。通过两个H桥的巧妙结合，既大大提高了电源的效率，又节约了电源制作的成本。

2 全桥移相软开关变换器工作原理及波形
在一个开关周期中，全桥移相软开关变换器共有10种开关模式。在分析之前作如下假设：
阻断电容Cb足够大；
为变压器初、次级绕组匝数比；
所有开关管、二极管为理想器件，电容、电感为理想元件。
1)开关模式0(to时刻)在to时刻，Vg1和Vg4导通，变压器初级电流ip给阻断电容Cb充电。变压器初级侧电流Ipo=Io／n。阻断电容Cb电压为UCb(to)。
2)开关模式1(to，t1)在to时刻，关断Vg1，ip从Vg1转移到C2和C1，给C1充电，C2放电。在这个时段，Llk和L是串联的，而且L很大，可以认为ip近似不变，类似于一个恒流源，其大小为Ipo=Io／n。变压器初级侧电流ip继续给阻断电容Cb充电。C1的电压从零开始线性上升，C2的电压从Uin开始线性下降，Vg1是零电压关断。