一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源的制作方法

1.本发明涉及电镀的技术领域，尤其是涉及一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源。


背景技术：

2.一般电镀加工主要通过电解过程，在阳极与阴极输入电流后，阴极吸引电镀液中的金属离子，并且还原镀着于与阴极连接的待镀物上，同时阳极所连接的金属氧化溶解，为电镀液提供更多的金属离子，使电镀过程持续进行，直到待镀物上沉积足够的镀层为止。通过电镀的作用，可令电镀部件的抗腐蚀、耐磨损的性能以及导电性、光滑性、耐热性和表面美观均能够得到有效加强。
3.然而，发明人认为现有技术中的电镀电源装置在电镀过程中，消耗阳极金属产生金属离子，阴极快速吸收电镀液中的金属离子，使得电镀液中阴极附近的局部位置的金属离子被消耗完，导致该局部位置的电镀液的导电能力下降，而使得待电镀件表面的电镀层容易出现薄厚不一的现象，影响电镀效果。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源，具有能够改善因电镀液中金属阳离子浓度下降，造成的电镀液的导电能力下降，进而影响电镀效果的特点。
5.本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源，包括若干个输出模块以及用于向若干个所述输出模块提供电能的电源输入模块，若干个所述输出模块分别布设于电镀槽的不同位置，其中，所述输出模块包括阳极输出单元和阴极输出单元，所述阳极输出单元的输出端电性连接有负载的阳极，所述阳极输出单元与负载的阳极之间设置有电流检测部，所述电流检测部用于检测电镀电流变化以反馈电镀液的离子浓度，并发出离子浓度变化信号；所述阳极输出单元的输出端电性连接有用于补偿输出电压的电压补偿单元，所述电压补偿单元的输出端与负载的阳极电性连接，所述电压补偿单元响应于离子浓度变化信号，改变输出电压以调节负载的阳极的电镀电流。
6.通过采用上述技术方案，将若干个输出模块放置于电镀槽中，令若干个输出模块中的阳极输出单元分别位于电镀槽的不同位置，以负责对电镀件从不同方向进行电镀。当电镀槽进行电镀时，电流检测部对电镀时的电镀电流进行检测，由于电镀液的导电能力由电镀液中的金属离子决定，当任一阳极与阴极之间的金属离子浓度较低时，电镀液的导电能力降低，从该阳极放出的电流减小，从而相同的电压等级下的电镀电流较小，令流过电流检测部的电流减小，电流检测部发出离子浓度变化信号，同一输出模块中的电压补偿单元响应于电流检测部发出的离子浓度变化信号对阳极的输出电压进行调节，令负载的阳极上的电流变大，加快阳极电解形成金属离子补充到电镀液中，以提高该阳极附近的电镀液中
的金属离子浓度，从而提高电镀时的电镀电流。
7.优选的，所述电流检测部包括发光灯泡d1以及与所述发光灯泡d1电性连接的第一分压电阻r19，所述发光灯泡d1位于所述第一分压电阻r19和阳极输出单元之间，所述发光灯泡d1与所述阳极输出单元的输出端电性连接，所述第一分压电阻r19远离连接发光灯泡d1的一端与负载的阳极电性连接，所述发光灯泡d1通过发光的亮度反馈电镀液中的离子浓度变化。
8.通过采用上述技术方案，电镀槽进行电镀时，电镀电流流经发光灯泡d1进入电镀液中，当电镀液中的金属离子浓度较低时，流过发光灯泡d1的电流较小，发光灯泡d1的亮度较暗。当电镀液中的金属离子浓度较高时，流过发光灯泡d1的电流较大，发光灯泡d1的亮度较亮。
9.优选的，所述电压补偿单元包括运算放大器a3以及用于控制所述运算放大器a3的通断的开关控制部，所述运算放大器a3的同向输入端与所述开关控制部电性连接，运算放大器a3的输出端与负载的阳极电性连接，运算放大器a3的反向输入端与输出端之间电性连接有反馈放大电阻组。
10.通过采用上述技术方案，通过设置运算放大器a3以及反馈放大电阻组，当开关控制部导通时，阳极输出单元的输出端的电压经过运算放大器a3以及反馈放大电阻组的放大作用，令负载的阳极上的电压变大，加快阳极上电镀金属电解。
11.优选的，所述开关控制部包括与所述发光灯泡d1配合的光敏电阻rl1以及与所述光敏电阻rl1电性连接的场效应管q1，所述光敏电阻rl1电性连接于所述场效应管q1的基极，所述场效应管q1的发射极和集电极分别电性连接于所述阳极输出单元与所述运算放大器a3的同向输入端，所述场效应管q1的发射极与所述阳极输出单元之间串联有发射极电阻r18，所述光敏电阻rl1用于感应发光灯泡d1的亮度以调节场效应管q1的基极电压，以控制场效应管q1的通断。
12.通过采用上述技术方案，光敏电阻rl1的阻值受发光灯泡d1的亮度控制，当发光灯泡d1亮度较亮时，表示电镀液中的金属离子浓度较高，光敏电阻rl1的阻值较小，场效应管q1关断，流过运算放大器a3以及反馈放大电阻组的电流为零，输出电压不升高。当发光灯泡d1亮度较暗时，表示电镀液中的金属离子浓度较低，光敏电阻rl1的阻值较大，使得场效应管q1导通，经过运算放大器a3的放大作用使得输出电压升高。
13.优选的，所述输出模块还包括与所述电源输入模块电性连接的第一变压器ct1，所述第一变压器ct1的次级线圈的两端分别电性连接于阳极输出单元和阴极输出单元。
14.通过采用上述技术方案，通过将第一变压器ct1的次级线圈的两端分别与阳极输出单元和阴极输出单元电性连接，电镀装置正常电镀，当正向的电流流过时，电流依次流经阳极输出单元、电流检测部、负载至阴极输出单元。当负半周的电流流过时，电流依次流经阴极输出单元、电流检测部、负载至阳极输出单元。
15.优选的，所述输出模块还包括用于反向导通电流的反向导通部，所述反向导通部的两端分别电性连接于第一变压器ct1的次级线圈和负载的电极。
16.通过采用上述技术方案，当第一变压器ct1输出正向电流时，与阳极输出单元电性连接的反向导通部不工作，与阴极输出单元电性连接的反向导通部工作导通。当第一变压器ct1输出反向电流时，与阴极输出单元电性连接的反向导通部不工作，与阳极输出单元电
性连接的反向导通部工作导通。
17.优选的，所述电源输入模块包括与外部电源电性连接的整流单元和与所述整流单元连接的逆变单元，所述逆变单元与所述第一变压器ct1的初级线圈电性连接，用于将来自所述整流单元的电能转换成交流电，以向第一变压器ct1提供交流电。
18.通过采用上述技术方案，整流单元和逆变单元分别用于将外部交流电能转化为实际需要的频率与峰值的交流电输入至第一变压器ct1中。
19.优选的，所述整流单元与所述逆变单元之间设置有滤波单元。
20.通过采用上述技术方案，滤波单元用以降低整流单元输出的交流电的脉动波纹系数，使得整流单元输出的电流更加平滑。
21.优选的，所述逆变单元与所述第一变压器ct1的初级线圈之间设置有第一电感l0。
22.通过采用上述技术方案，第一电感l0与第一变压器ct1初级线圈的漏感配合实现零电压零电流开通或关断。
23.优选的，所述输出模块与负载的阳极之间设置有第二电感l1。
24.通过采用上述技术方案，第二电感l1与第一变压器ct1的次级线圈的漏感共同配合吸收浪涌，抑制尖峰，消除振荡。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.通过在输出端设置有电流检测部、开关控制部以及运算放大器a3，使得当检测到电镀液中的导电电流变小时，运算放大器a3对输出电压进行放大，以增加阳极金属的溶解，提高溶液中的金属离子。
26.2.在使用时只需控制逆变单元中功率开关管的通断，即可实现对负载的阴阳极形成脉冲电流的效果，提高了脉冲电镀电源的可靠性。
附图说明
27.图1是本实施例中脉冲电源电路原理图；图2是本发明中电源输入模块的电路原理图；图3是本发明中输出模块的电路原理图。
28.附图标记说明：1、输出模块；11、阳极输出单元；111、滤波部；12、电流检测部；13、电压补偿单元；14、开关控制部；15、反馈放大电阻组；16、阴极输出单元；17、反向导通部；2、电源输入模块；21、整流单元；22、滤波单元；23、逆变单元；3、控制模块。
具体实施方式
29.以下结合附图1
‑
3对本发明作进一步详细说明。
30.一种自适应调节的高性能正负脉冲电镀电源,参照图1，包括若干个输出模块1以及用于向若干个输出模块1提供电能的电源输入模块2。其中，若干个输出模块1相互并联，且若干个输出模块1分布于电镀槽中的不同位置，用于分别从不同角度对电镀件进行电镀。本实施例中，输出模块1有四个，四个输出模块1分别位于电镀槽的四个侧面，输出模块1的数量可根据实际需要增加。
31.参照图2，整流单元21与外部交流电源电性连接。本实施例中，整流单元21为三相整流桥，三相整流桥由两组晶闸管组成。其中，第一组晶闸管包括晶闸管vt1、晶闸管vt3和
晶闸管vt5为共阴极连接，第二组晶闸管包括晶闸管vt2、晶闸管vt4和晶闸管vt6为共阳极连接，第一组晶闸管的阳极和第二组晶闸管的阴极均电性连接于外部交流电源的a相、b相和c相，三相整流桥的输出电流是在任意时刻下的外部交流电源中3相电中最高电位的一相所连接的晶闸管正向导通，形成正向电流。正向电流经三相整流桥所连接的负载后流向3相电中电位最低的一相所连接的晶闸管，从而形成回路。
32.参照图1，此外，两组晶闸管均电性连接有控制模块3，控制模块3包括mcu主控芯片，本实施例中，mcu主控芯片型号为eg8010，两组晶闸管的门极与mcu主控芯片的第一控制引脚电性连接，mcu主控芯片通过控制晶闸管的门极信号以控制两组晶闸管的通断。
33.参照图2，三相整流桥的输出端电性连接有滤波单元22，滤波单元22的一端与第一组晶闸管的阴极电性连接，滤波单元22的另一端与逆变单元23的输入端电性连接。具体的，滤波单元22包括滤波电容c1、滤波电容c2和滤波电感l4组成的π型lc滤波电路，滤波电感l4的两端分别电性连接于第一组晶闸管的阴极和逆变单元23。滤波电容c1一端接地，滤波电容c1的另一端电性连接于滤波电感l4与逆变单元23之间，滤波电容c2一端接地，滤波电容c2的另一端电性连接于滤波电感l4与第一组晶闸管的阴极之间。滤波单元22用于降低三相整流桥输出的交流脉动波纹系数，使得三相整流桥输出的直流电流更加平滑。
34.参照图2，逆变单元23包括第一开关管igbt1、第二开关管igbt2、第三开关管igbt3、第四开关管igbt4作为功率开关管组成。具体的，第二开关管igbt2和第四开关管igbt4组成第一桥臂，第一开关管igbt1和第三开关管igbt3组成第二桥臂；第一开关管igbt1和第二开关管igbt2的集电极电性连接于三相整流桥的正极，第三开关管igbt3和第四开关管igbt4的发射极电性连接于三相整流桥的负极。第一开关管igbt1的发射极与第三开关管igbt3的集电极电性连接，第一开关管igbt1和第三开关管igbt3之间设有逆变单元23的第一输出端。第二开关管igbt2的发射极与第四开关管igbt4的集电极电性连接，第二开关管igbt2和第四开关管igbt4之间设有逆变单元23的第二输出端。
35.逆变单元23中第一开关管igbt1、第二开关管igbt2、第三开关管igbt3、第四开关管igbt4的栅极均电性连接于mcu主控芯片第二控制引脚，通过设置mcu主控芯片控制第一开关管igbt1、第二开关管igbt2、第三开关管igbt3、第四开关管igbt4通断频率调节输出电压频率。以使得输出模块1的输出电压频率可调。
36.参照图3，输出模块1包括用于变压的变压器，变压器包括第一变压器ct1、第二变压器ct2、第三变压器ct3、第四变压器ct4。第一变压器ct1的初级线圈的两端分别电性连接于逆变单元23的第一输出端和第二输出端。具体的，第一输出端经过串联电容c3后与第一变压器ct1的初级线圈的一端电性连接，电容c3用于隔离电路中的直流电。第二输出端经过串联第一电感l1后与第一变压器ct1的初级线圈的另一端电性连接，通过第一电感l1与第一变压器ct1初级线圈的漏感实现零电压零电流开通或关断。
37.当逆变单元23中的第一开关管igbt1和第四开关管igbt4导通，第二开关管igbt2和第三开关管igbt3关断时，直流电依次流过第一开关管igbt1、第一电感l1、初级线圈、电容c3至第四开关管igbt4。当第二开关管igbt2和第三开关管igbt3导通，第一开关管igbt1和第四开关管igbt4关断时，直流电依次流过第二开关管igbt2、电容c3、初级线圈、第一电感l1、至第三开关管igbt3，从而形成电流方向变化的交流电。
38.参照图1和图3，输出模块1还包括阳极输出单元11和阴极输出单元16，阳极输出单
元11和阴极输出单元16分别电性连接于第一变压器ct1的次级线圈的两端。阳极输出单元11的输出端与负载的阳极电性连接，阴极输出单元16的输出端与负载的阴极电性连接。其中阳极输出单元11的输出端与负载阳极之间设有第二电感l2，第二电感l2与第一变压器ct1的次级线圈的漏感共同配合用于吸收浪涌，抑制尖峰，消除振荡。
39.具体的，参照图3，阳极输出单元11包括用于滤除次级线圈中的干扰信号的滤波部111，滤波部111的输入端电性连接有二极管vd1，二极管vd1用于导通正向电流。二极管vd1的阴极与滤波部111电性连接，二极管vd1的阳极与次级线圈电性连接。滤波部111包括两个高输入阻抗的运算放大器a1和运算放大器a2组成的高q值带通滤波器。运算放大器a1的输出端和运算放大器a2反向输入端串联。运算放大器a2的输出端电性连接有电阻r14，电阻r14的另一端电性连接于运算放大器a1的正向输入端，电阻r14通过正反馈的方式用以提高滤波部111的品质因数，使得滤波部111具有较好的选频特性。本实施例中，运算放大器型号为sf356。
40.参照图3，滤波部111的输出端电性连接有用于检测电镀电流大小的电流检测部12，电流检测部12包括用于显示电镀电流大小的发光灯泡d1以及与发光灯泡d1电性连接的第一分压电阻r19，第一分压电阻r19远离发光灯泡d1的一端与负载的阳极电性连接。在进行电镀时，阳极输出单元11中的正向电镀电流依次流经二极管vd1、滤波部111、发光灯泡d1和第一分压电阻r19后从负载的阳极流入电镀液中对电镀件进行电镀。其中，当与该阳极输出单元11连接的阳极与负载的阴极之间的电镀液中金属离子的浓度较低时，使得电镀液的导电能力较低，从而流入发光灯泡d1和第一分压电阻r19的电流较小，发光灯泡d1发光的亮度亮度较暗。当与该阳极输出单元11连接的阳极与负载的阴极之间的电镀液中金属离子的浓度较高时，电镀液的导电能力较高，发光灯泡d1发光亮度较亮。
41.参照图3，电流检测部12的两端电性连接有电压补偿单元13，电压补偿单元13包括运算放大器a3以及用于控制运算放大器a3的通断的开关控制部14。其中，开关控制部14包括光敏电阻rl1以及与光敏电阻rl1电性连接的场效应管q1，光敏电阻rl1电性连接于场效应管q1的基极，场效应管q1的发射极和集电极分别电性连接于阳极输出单元11以及运算放大器a3的同向输入端，场效应管q1的发射极与阳极输出单元11之间串联有发射极电阻r18。本实施例中个光敏电阻rl1的最大阻值与发射极电阻r18相同，场效应管q1为pnp型场效应管。
42.运算放大器a3的输出端与同向输入端之间设有反馈放大电阻组15，反馈放大电阻组15包括第一放大电阻r111和第二放大电阻r112，第一放大电阻r111和第二放大电阻r112串联后一端与运算放大器a3的输出端电性连接，第一放大电阻r111和第二放大电阻r112串联后一端接地。运算放大器a3的同向输入端电性连接于第一放大电阻r111和第二放大电阻r112之间。运算放大器a3的放大倍数为（第一放大电阻r111 第二放大电阻r112）/第二放大电阻r112。
43.在进行电镀放电时，电流流过发光灯泡d1和第一分压电阻r19，发光灯泡d1导通发光，当电镀液中金属离子的浓度较高时，电镀液的导电能力较高，使得发光灯泡d1的亮度较高，光敏电阻rl1的阻值最大，此时光敏电阻rl1与发射极电阻r18上的分压相同，从而令场效应三极管q1截止状态，运算放大器a3不工作。当电镀液中金属离子的浓度低时，流过发光灯泡d1的电流较小，电镀液的导电能力较低，使得发光灯泡d1的亮度较暗，光敏电阻rl1的
阻值逐渐变小，令场效应三极管q1处于导通状态，运算放大器a3开始工作，令与运算放大器a3的输出端电性连接的阳极的输出电压变高，从而使阳极上的电镀金属加快溶解，提高该阳极附近的金属离子浓度，加快金属离子浓度的扩散，使得该阳极与负载的阴极之间的金属离子浓度更加均匀。
44.参照图3，输出模块1还包括反向导通部17，反向导通部17用于当脉冲电流反向时，电流经过反向导通部17导通。反向导通部17有两个，两个反向导通部17分别连接于第一变压器ct1的次级线圈与负载的电极之间，其中，与负载的阳极电性连接的反向导通部17包括二极管vd2和第一反向电阻r113，二极管vd2和第一反向电阻r113串联，二极管vd2的阴极与次级线圈电性连接，二极管vd2的阳极串联第一反向电阻r113后电性连接于负载的阳极。与负载的阴极电性连接的反向导通部17包括二极管vd4和第二反向电阻r213，二极管vd4的阴极电性连接于第一变压器ct1的另一端的次级线圈，二极管vd4的阳极与第二反向电阻r213后与负载的阴极电性连接。
45.输出单元中的阴极输出单元16电性连接于第一变压器ct1中次级线圈的另一端，阴极输出单元16的输出端也电性连接有电流检测部12和电压补偿部，其中，与阴极输出单元16电性连接的电流检测部12包括发光灯泡d2和第二分压电阻r29，阴极输出单元16和阳极输出单元11电子元器件组成以及连接方式均相同，与阴极输出单元16电性连接的电流检测部12和电压补偿部和与阳极输出端电性连接的电流检测部12和电压补偿部电子元器件组成以及连接方式均相同。
46.当电镀液中的金属离子浓度正常，发光灯泡l1亮度最大时，电压补偿部不导通。此时，第一变压器ct1输出正向电流时，电流依次流经阳极输出单元11中的滤波部111、发光灯泡d1和第一分压电阻r19、第二电感l2后从负载的阳极流入电镀槽内，使得阳极金属溶解成形金属离子扩散于电镀液中，然后从与负载的阴极电性连接的反向导通部17中的二极管vd4和第二反向电阻r213流回次级线圈。
47.第一变压器ct1输出反向电流时，电流依次流经阴极输出单元16中的滤波部111、发光灯泡d2和第二分压电阻r29、从负载的阴极流入电镀槽内，使得阴极处电镀金属溶解成形金属离子扩散于电镀液中，然后从与负载的阳极电性连接的反向导通部17中的二极管vd2和第一反向电阻r113流回次级线圈。
48.本技术的实施原理为：将四个输出模块1放置于电镀槽中，令四个输出模块1中与负载的阳极电性连接端分别位于电镀槽的四个相对设置的侧面，以负责对电镀件从四个方向进行电镀。
49.电镀槽在电镀时，将整流单元21与外部交流电源连接，通过设置mcu主控芯片，令mcu主控芯片控制整流单元21和逆变单元23启闭，从而输出得到想要的输出电流频率，从第一变压器ct1的次级线圈输出。
50.当四个输出模块1中任一个电性连接的负载的阳极与负载的阴极之间的金属离子浓度较低时，使得该电极附近区域的导电能力下降。
51.此时第一变压器ct1输出正向电流时，则该阳极输出电流减小，流经该阳极连接的发光灯泡d1的电流降低，令发光灯泡d1发出亮度减小，同一输出模块1中的光敏电阻rl1响应于发光灯泡d1的亮度变化而阻值减小，令场效应管q1导通，运算放大器a3对阳极的输出电压进行增大，令负载的阳极上的电流变大，加快电极电解形成金属离子补充到电镀液中，
以提高该阳极与负载的阴极附近的电镀液中的金属离子的平均浓度，提高该区域的导电能力。
52.第一变压器ct1输出反向电流时，发光灯泡d2的电流降低，令发光灯泡d2发出亮度减小，同一输出模块1中的光敏电阻rl2响应于发光灯泡d2的亮度变化而阻值减小，令场效应管q2导通，运算放大器a6对阴极的输出电压进行增大，令负载的阴极上的电流变大，将电镀件上的电镀层溶解，提高电镀液的导电能力。
53.变压器交替输出正向和反向的脉冲电流，使得电镀件上的电镀层被反复电镀和溶解，从而获得更加致密、光亮和均匀的电镀层。
54.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。