电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源制造技术

本实用新型专利技术提供一种电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，包括正向供电直流电源、反向脉冲电感储能充电电源、储能电感模块、正反脉冲切换功率模组、正负脉冲电源数字控制系统。本实用新型专利技术解决了现有PCB镀铜使用正反脉冲电源的实现方案中的电能转换效率低，系统稳定性低，输出电流失真等系统性问题，实现了高效、可靠的正反脉冲电源输出系统，比现有技术方案大大降低了开关损耗，也提高了开关机器的可靠性，整机效率可达到85～92％；输出电流控制鲁棒性较高，且充分克服电源与负载连接之间的导线电感和电阻的影响，而产生不失真的反向脉冲波形。

【技术实现步骤摘要】
电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源
本技术涉及到脉冲功率
，具体涉及到电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源。
技术介绍
随着当前5G通讯技术的推广和应用，作为电子元器件载体的PCB(Printedcircuitboards)印刷电路板迎来了新的工艺要求。镀铜作为PCB板制程中的重要环节，其新的工艺要求包括：板厚加厚，线路宽度更细，厚径比越来越高，高纵横比的填盲孔工艺，载板填通孔等。传统PCB的电镀铜工艺是通过直流电源来进行加工生产，其并不能满足5GPCB板的工艺要求。目前能够满足5GPCB板镀铜工艺要求的是脉冲电镀工艺，而脉冲电镀工艺的核心是正反脉冲电源设备。为了达到脉冲电镀工艺的需求，脉冲电流的峰值需求越来越高，根据不同的应用，输出电流范围400-5000A，脉冲时间宽度需要达到0.1ms的控制精度。因而，随着5G等电子行业的发展，节能高效可靠的脉冲电源设备是支撑电子工业发展的重要环节。目前在PCB行业现有采用的正反脉冲电源技术方案皆为两步式的功率转换方式，功率转换流程如下：第一次功率变换，从电网市电的高压交流电通过整流电源设备转化为恒定电压的低压直流电，主要方式是通过IGBT开关器件，进行高频(15-20Khz)的逆变，然后通过高频变压器和整流电路来实现从市电转换为低压的直流电。第二次功率变换，是低压直流电通过高频桥式电路逆变为设定的正反脉冲电流的输出，主要方式是通过由大量分立Mosfet器件并联而成的桥式电路(根据供电形式的不同采用全桥式或半桥式的电路)，进行高频斩波(50-100Khz)，然后通过电感和电容组成的滤波网络输出到PCB电镀槽体的负载6中。上述方案的主要存在三个缺点：(1)电源功率转换效率低：鉴于电镀铜的化学电位需求，镀铜电源的输出电压一般在4V以下，而输出电流可达到400-5000A，故属于低压大电流的电源设备。现有的电源方案采用了两次的功率变换，在低压大电流的转换场合中，从市电转化为低压直流电时的第一次转换的效率一般在80-90％之间。而由于需要实现100us级别的动态响应，故桥式斩波电路的开关频率需要达到50-100Khz之间，且通断的电流都为KA级别，故第二次功率转换效率小于80％。所以综合整个系统的效率在64-72％之间，有36-28％的电能随着热量而消耗掉，且需要工厂配置更大的能却系统来进行冷却，从而消耗更多的电能。(2)电源系统故障点多：从电源使用的功率器件的角度来考虑，IGBT与Mosfet由于都处于高频的开关状态，故皆为潜在的故障风险。而且由于输出电流的范围需到达5000A，即使按照现在全球领先的德国功率半导体企业Infineon(英飞凌)Mosfet低压产品线，也需要400只以上的分立Mosfet并联，以实现全桥或者半桥斩波电路，这就会使得系统的可靠性随着并联元件的数量增加而降低。(3)输出电流控制鲁棒性低：PCB的镀铜生产，需要稳定的电流输出。现有的输出电流控制方案采用高频斩波电路来实现，通过高速的反馈电路来实现输出电流的动态反馈控制。由于每个应用的场景下，电源到槽体的输出线路的电感，槽体上的负载电容和电阻的变化，为闭环控制造成比较大的影响，从而导致系统控制闭环的鲁棒性不强，最终导致输出电流的超调，或者欠输出的失真情况出现，直接导致铜结晶的变化，而出现线路的缺陷。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，包括正向供电直流电源1、反向脉冲电感储能充电电源2、储能电感模块3、正反脉冲切换功率模组4、正负脉冲电源数字控制系统5；所述正负脉冲电源数字控制系统5通过接口实时控制正向供电直流电源1、反向脉冲电感储能充电电源2的电流输出；所述反向脉冲电感储能充电电源2对储能电感模块3进行恒电流充电；所述正反脉冲切换功率模组4，根据正负脉冲电源数字控制系统5设定的正反脉冲时间对正向供电直流电源1输出和储能电感模块3输出进行高速切换。作为一种优选的技术方案，所述储能电感模块3在一个脉冲周期中的反向输出阶段内，为负载6输出反向脉冲电流。作为一种优选的技术方案，所述正负脉冲电源数字控制系统5还通过数字接口与上位机的工控系统相连接。作为一种优选的技术方案，所述储能电感模块3包括原边电流检测CT1、储能变压器T1、第一开关管S1；所述原边电流检测CT1和第一开关管S1的一端连接反向脉冲电感储能充电电源2，另一端与储能变压器T1相连接；作为一种优选的技术方案，所述正反脉冲切换功率模组4包括反向脉冲输出组件和正向脉冲输出组件；所述反向脉冲输出组件和正向脉冲输出组件通过负载6相连接。作为一种优选的技术方案，所述反向脉冲输出组件包括副边电流检测CT2、第二开关管S2、隔离器件。作为一种优选的技术方案，所述第二开关管(S2)的一端与隔离器件的一端相连接；所述第二开关管(S2)的另一端与储能变压器(T1)相连接；所述副边电流检测(CT2)的一端与储能变压器(T1)相连接；所述隔离器件的另一端和副边电流检测(CT2)的另一端输出反向脉冲，连接负载(6)。作为一种优选的技术方案，所述正向脉冲输出组件包括第三开关管S3和电流检测器件CT3。作为一种优选的技术方案，所述第三开关管S3和电流检测器件CT3的一端连接正向供电直流电源1，另一端输出正向脉冲，连接负载6。作为一种优选的技术方案，所述隔离器件为隔离二极管D1或隔离MosfetS4。有益效果：本技术所提供的电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，解决了现有PCB镀铜使用正反脉冲电源的实现方案中的电能转换效率低，系统稳定性低，输出电流失真等系统性问题，实现了高效、可靠的正反脉冲电源输出系统。本技术所述正反脉冲电源中反向脉冲电感储能充电电源和正向供电直流电源的转换效率可达90-95％，且比现有技术方案大大降低了开关损耗，也提高了开关机器的可靠性，整机效率可达到85～92％；采用电磁储能方式，相比于电容储能等其他储能方式，不存在容量衰减和寿命问题，输出电流控制鲁棒性较高，且充分克服电源与负载连接之间的导线电感和电阻的影响，而产生不失真的反向脉冲波形。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术所述电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源的系统结构。图2为本技术所述储能电感模块和正反脉冲切换功率模组的电路结构图，隔离二极管D1作为隔离器件。图3为本技术所述储能电感模块和正反脉冲切换功率模组的电路结构图，隔离MosfetS4作为隔离器件。图4为本技术的实施例1中所述电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源的HDI板电镀输出波形。图5为本技术的实施例1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，其特征在于，包括正向供电直流电源(1)、反向脉冲电感储能充电电源(2)、储能电感模块(3)、正反脉冲切换功率模组(4)、正负脉冲电源数字控制系统(5)；所述正负脉冲电源数字控制系统(5)通过接口实时控制正向供电直流电源(1)、反向脉冲电感储能充电电源(2)的电流输出；所述反向脉冲电感储能充电电源(2)对储能电感模块(3)进行恒电流充电；所述正反脉冲切换功率模组(4)，根据正负脉冲电源数字控制系统(5)设定的正反脉冲时间对正向供电直流电源(1)输出和储能电感模块(3)输出进行高速切换。/n

【技术特征摘要】
1.一种电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，其特征在于，包括正向供电直流电源(1)、反向脉冲电感储能充电电源(2)、储能电感模块(3)、正反脉冲切换功率模组(4)、正负脉冲电源数字控制系统(5)；所述正负脉冲电源数字控制系统(5)通过接口实时控制正向供电直流电源(1)、反向脉冲电感储能充电电源(2)的电流输出；所述反向脉冲电感储能充电电源(2)对储能电感模块(3)进行恒电流充电；所述正反脉冲切换功率模组(4)，根据正负脉冲电源数字控制系统(5)设定的正反脉冲时间对正向供电直流电源(1)输出和储能电感模块(3)输出进行高速切换。


2.根据权利要求1所述的电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，其特征在于，所述储能电感模块(3)在一个脉冲周期中的反向输出阶段内，为负载(6)输出反向脉冲电流。


3.根据权利要求1所述的电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，其特征在于，所述正负脉冲电源数字控制系统(5)还通过数字接口与上位机的工控系统相连接。


4.根据权利要求1所述的电感储能式PCB镀铜高速正反脉冲电源，其特征在于，所述储能电感模块(3)包括原边电流检测(CT1)、储能变压器(T1)、第一开关管(S1)；所述原边电流检测(CT1)和第一开关管(S1)的一端连接反向脉冲电感储能充电电源(2)，另一端与储能变压器(T1)相连接。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鸿斌，施佳抄，邓志克，赵海涛，
申请(专利权)人：广州精原环保科技有限公司，深圳市华源脉冲科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44