快速響應反脈衝式電鍍電源系統之研製

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姓名

張芳林(Fang-Lin Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

快速響應反脈衝式電鍍電源系統之研製
(Design and implementation of fast response for reverse-pulse plating power system)

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摘要(中)

傳統電鍍皆使用直流電源進行，而電鍍通孔的孔壁無法達到均勻銅厚品質，且其過程相當耗電以及耗材料，因此本論文進行快速響應反脈衝式電鍍電源系統之研製，其主要目的是產生快速轉態反脈衝輸出電流，以供給電源給印刷電路板做電鍍通孔之用，使得通孔的孔內壁與板面的鍍銅厚度趨近1:1，並且可減少電鍍時間、改善電鍍之銅層品質與增加印刷電路板之產能。
反脈衝式電鍍電源輸出主要是利用功率級電路-全橋式轉換器實現，並且搭配CPLD控制IC做為系統控制核心，系統控制採全數位化控制。其中控制IC內部包括PWM產生、取樣命令產生、鍵盤掃描、七段顯示器掃描以及控制演算法實現…等模組化電路。本系統中可進行反脈衝電流控制與電流時間比調變。
為了得到良好的反脈衝電流響應，本論文設計一比例微分控制器來改善系統性能，進而滿足系統規格。並且透過模擬驗證控制器的可行性，再以實際硬體測試結果來驗證其效能，藉以佐證快速響應反脈衝式電鍍電源系統之可行性與實用性。
在本電鍍電源系統中，具有週期性反脈衝電流輸出：正20安培/負200安培，上升時間小於100微秒(us)，因此可知，本論文所設計之系統確實可實現快速轉態反脈衝輸出電流，且可應用於印刷電路板產業。

摘要(英)

In the traditional plating, the direct current was used to be the power supply. But the thickness of the internal wall of the plating through hole could not be plated uniformly, and the process of plating always consumed the electricity and materials. Therefore, a fast response for reverse-pulse plating power system is designed in this thesis. The purpose of this system is to produce the fast dynamic reverse-pulse output current as the plating power supply. So the ratio of copper-plating thickness between the internal wall of the plating through hole and the surface of the printed circuit board tends to one. This system also reduces the plating time, improves the copper-plating quality and increases the quantity of producing printed circuit board.
The reverse-pulse plating power system is realized by the full-bridges converter. The system is fully digitalized and the control kernel of the system is implemented by CPLD. This system can control the reverse-pulse current and modulate the ratio of current time.
In order to obtain a desirable current response, a proportional-derivative controller is designed to improve the system performance and then satisfy the system specification. The simulation results confirm the feasibility of the controller and the experimental results further demonstrate the dynamic performance.
The output range of periodic reverse-pulse current in the experimental system is between 20 A positive and 200 A negative. The rise time is less than 100 microseconds. Therefore, this system actually can realize the fast dynamic reverse-pulse output current.

關鍵字(中)

★ PD控制
★ CPLD
★ 反脈衝式電鍍

關鍵字(英)

★ PD control
★ CPLD
★ reverse-pulse plating

論文目次

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章緒論 01
1.1 研究動機及目的 01
1.2 研究背景及發展概況 03
1.3 研究方法與系統架構概述 05
1.4 內容大綱 06
第二章電鍍概論與CPLD概述 07
2.1 電鍍之基本原理與概念 07
2.2 各種電鍍電源分析與比較 11
2.3 電鍍在印刷電路板的應用 16
2.4 可程式邏輯晶片之概述 20
第三章反脈衝式電鍍電源系統設計與規劃 22
3.1 前言 22
3.2 系統硬體架構 22
3.2.1 輸入級電源供應電路 24
3.2.2 功率級電路 25
3.2.3 回授取樣電路 29
3.2.4 功率級開關驅動電路 31
3.2.5 命令下達與LED顯示電路 33
3.2.6 CPLD 控制IC 33
3.3 CPLD數位電路設計 36
3.3.1 電路設計流程 36
3.3.2 階層式模組化設計 38
3.3.3 控制IC內部電路設計 39
3.3.3.1 開關切換PWM產生電路 40
3.3.3.2 取樣命令產生器 43
3.3.3.3 除頻電路 45
3.3.3.4 回授資料處理 46
3.3.3.5 鍵盤掃描偵測電路 47
3.3.3.6 七段顯示器掃描電路 50
3.3.3.7 正、負電流控制器 51
第四章系統模式與控制器設計 55
4.1 前言 55
4.2 系統之動態數學模式 55
4.2.1 功率級電路模式化 56
4.2.2 脈波寬度調變(PWM)模式化 58
4.2.3 控制器模式化 58
4.2.4 閉迴路系統模式 59
4.2.5 電鍍槽之參數 60
4.3 控制器設計 63
4.4 模擬結果 67
4.5 實驗結果 74
4.6控制IC使用資源探討 79
第五章結論與未來展望 80
5.1 結論 80
5.2 未來展望 81
參考文獻 82
作者簡歷 85

參考文獻

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指導教授

徐國鎧(Kuo-Kai Shyu)

審核日期

2004-7-13

推文