一种双极脉冲电源、单极脉冲电源和限流灭弧方法技术

本申请涉及高能脉冲电源领域，公开一种双极脉冲电源、单极脉冲电源和限流灭弧的方法。该双极脉冲电源包括：AC

【技术实现步骤摘要】
一种双极脉冲电源、单极脉冲电源和限流灭弧方法


[0001]本申请涉及高能脉冲电源领域，尤其涉及一种双极脉冲电源、单极脉冲电源和限流灭弧方法。

技术介绍

[0002]现有的高功率脉冲磁控溅射(High Power Impulse Magnetron Sputtering，HiPIMS)极大多数为单极脉冲。且当工艺需要混合膜层，需要不同材质的孪生靶同时运行镀膜时，单极脉冲电源无法达到所需要求。另外，现有的单极脉冲虽然输出的电压波形为方形，但电流波形一般与理想波形方形相差较远，出现为三角形或梯形。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本申请提出一种拓扑限流双极脉冲电源、单极脉冲电源和灭弧方法。
[0004]本申请实施例提出一种拓扑限流双极脉冲电源，包括：第一AC
‑
DC转换器、变压模块、储能模块、全桥拓扑脉冲电路、以及设有变压器的变电感限流模块；
[0005]所述第一AC
‑
DC转换器分别连接所述储能模块、所述变压模块；
[0006]所述储能模块的输出端正极连接所述全桥拓扑脉冲电路，所述全桥拓扑脉冲电路连接所述变电感限流模块，所述变电感限流模块连接所述储能模块的输出端负极，所述变压模块连接所述全桥拓扑脉冲电路；
[0007]所述第一AC
‑
DC转换器用于将接入的交流电转为直流电；所述储能模块用于电能量储能；所述全桥拓扑脉冲电路用于正负极波形变换和连接负载；所述变压模块用于对所述直流电进行升压，并利用升压后的电压在所述负载两端产生高压从而电离负载产生电流；所述全桥拓扑脉冲电路和所述变压模块通过所述储能模块存储的能量向所述负载提供脉冲信号；所述变电感限流模块用于当所述全桥拓扑脉冲电路正向导通时，控制所述变压器两端电压，以控制施加至所述负载两端的电压。
[0008]进一步地，在上述的双极脉冲电源中，所述全桥拓扑脉冲电路包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块；
[0009]所述第一开关模块和所述第二开关模块串联形成第一桥臂；
[0010]所述第三开关模块和所述第四开关模块串联形成第二桥臂；
[0011]所述第一桥臂的中点和所述第二桥臂的中点分别用于连接负载两端。
[0012]进一步地，在上述的双极脉冲电源中，所述第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块中任一开关模块包括RCD尖峰吸收模块和一开关器件；
[0013]每个所述RCD尖峰吸收模块并联设置在对应的开关器件的两端。
[0014]进一步地，在上述的双极脉冲电源中，所述全桥拓扑脉冲电路用于当正向导通时，在所述负载两端产生正压；所述全桥拓扑脉冲电路用于当反向导通时，在所述负载两端产生负压；
[0015]其中，当所述第一开关模块和所述第四开关模块同时导通时，定义为所述全桥拓扑脉冲电路处于正向导通状态；当所述第二开关模块和所述第三开关模块同时导通时，定义为全桥拓扑脉冲电路处于反向导通状态。
[0016]进一步地，在上述的双极脉冲电源中，所述变压模块包括：boost升压电路、第一开关器件、第二开关器件、第一二极管和第二二极管；
[0017]所述boost升压电路的输入端连接所述第一AC
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DC转换器，所述boost升压电路的输出端分别连接所述第一开关器件和所述第二开关器件各自的输入端；所述第一开关器件的输出端连接所述第一二极管，所述第一二极管用于连接所述负载的一端；所述第二开关器件的输出端连接所述第二二极管，所述第二二极管用于连接所述负载的另一端。
[0018]进一步地，在上述的双极脉冲电源中，所述全桥拓扑脉冲电路正向导通时，导通所述第二开关器件，以使在所述负载的一端产生正向高压引弧；
[0019]所述全桥拓扑脉冲电路反向导通时，导通所述第一开关器件，以使在所述负载的另一端产生反向高压引弧。
[0020]进一步地，在上述的双极脉冲电源中，所述变电感限流模块包括：由第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件形成的桥电路、以及第二AC
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DC转换器和变压器；
[0021]所述第三开关器件和第四开关器件串联形成所述桥电路的一桥臂；
[0022]所述第五开关器件和第六开关器件串联形成所述桥电路的另一桥臂；
[0023]所述第二AC
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DC转换器、所述桥电路和所述变压器的初级侧依次连接；
[0024]所述变压器的次级侧连接于所述全桥拓扑脉冲电路和所述储能模块的输出端负极。
[0025]进一步地，在上述的双极脉冲电源中还包括：
[0026]所述第三开关器件和所述第六开关器件同时导通，称为变电感限流模块正向导通；所述第四开关器件和所述第五开关器件同时导通，称为变电感限流模块反向导通；
[0027]当所述变电感限流模块正向导通时，通过控制所述第二AC
‑
DC转换器来正向消除变压器的电感效应；当所述变电感限流模块反向导通时，通过控制所述第二AC
‑
DC转换器来改变所述变压器的次级侧两端电压从而控制所述负载两端的电压。
[0028]本申请又一实施例提出一种单极脉冲电源，包括：第一AC
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DC转换器、储能模块、变压模块和设置有变压器的变电感限流模块；
[0029]所述第一AC
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DC转换器连接所述储能模块；
[0030]所述储能模块连接所述变压模块；
[0031]所述变压模块的输出端负极连接所述变电感限流模块的一端；
[0032]所述变压模块的输出端正极与所述变电感限流模块的另一端用于分别连接负载的两端；
[0033]所述第一AC
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DC转换器用于将接入的交流电转为直流电；所述储能模块用于能量储能；所述变压模块用于将所述直流电进行电压转换后向所述负载提供电压；所述变电感限流模块用于控制所述变压器次级侧两端电压，以控制施加至所述负载两端的电压。
[0034]本申请又一实施例提出一种灭弧方法，用于如上述的拓扑限流脉冲电源，方法包括：
[0035]当负载正常放电工作时，通过所述变电感限流模块控制所述变压器的初级侧两端电压的极性和幅值来正向消除变压器的电感效应；
[0036]当负载异常放电工作时，通过所述变电感限流模块控制所述变压器的初级侧两端电压极性和幅值来增加变压器的电感效应。
[0037]本申请的实施例具有以下的有益效果：
[0038]本申请实施例提出一种拓扑限流双极脉冲电源，该拓扑限流双极脉冲电源包括直流源、变压模块、储能模块、全桥拓扑脉冲电路、设有变压器的变电感限流模块。可通过变压模块和全桥拓扑脉冲电路中的开关的组合切换，在输出端形成正负脉冲波形，也可通过控制端不同的时序相位，设定不同组合的脉冲输出波形。在真空镀膜中，该拓扑限流双极脉冲电源可应用于双靶镀膜，利用变压模块使得负载端电压升高点燃辉光，使得电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极脉冲电源，其特征在于，包括：第一AC
‑
DC转换器、变压模块、储能模块、全桥拓扑脉冲电路、以及设有变压器的变电感限流模块；所述第一AC
‑
DC转换器分别连接所述储能模块、所述变压模块；所述储能模块的输出端正极连接所述全桥拓扑脉冲电路，所述全桥拓扑脉冲电路连接所述变电感限流模块，所述变电感限流模块连接所述储能模块的输出端负极，所述变压模块连接所述全桥拓扑脉冲电路；所述第一AC
‑
DC转换器用于将接入的交流电转为直流电；所述储能模块用于电能量储能；所述全桥拓扑脉冲电路用于正负极波形变换和连接负载；所述变压模块用于对所述直流电进行升压，并利用升压后的电压在所述负载两端产生高压从而电离负载产生电流；所述全桥拓扑脉冲电路和所述变压模块通过所述储能模块存储的能量向所述负载提供脉冲信号；所述变电感限流模块用于当所述全桥拓扑脉冲电路正向导通时，控制所述变压器两端电压，以控制施加至所述负载两端的电压。2.根据权利要求1所述的双极脉冲电源，其特征在于，所述全桥拓扑脉冲电路包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块；所述第一开关模块和所述第二开关模块串联形成第一桥臂；所述第三开关模块和所述第四开关模块串联形成第二桥臂；所述第一桥臂的中点和所述第二桥臂的中点分别用于连接负载两端。3.根据权利要求2所述的双极脉冲电源，其特征在于，所述第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块中任一开关模块包括RCD尖峰吸收模块和一开关器件；每个所述RCD尖峰吸收模块并联设置在对应的开关器件的两端。4.根据权利要求2所述的双极脉冲电源，其特征在于，所述全桥拓扑脉冲电路用于当正向导通时，在所述负载两端产生正压；所述全桥拓扑脉冲电路用于当反向导通时，在所述负载两端产生负压；其中，当所述第一开关模块和所述第四开关模块同时导通时，定义为所述全桥拓扑脉冲电路处于正向导通状态；当所述第二开关模块和所述第三开关模块同时导通时，定义为全桥拓扑脉冲电路处于反向导通状态。5.根据权利要求1所述的双极脉冲电源，其特征在于，所述变压模块包括：boost升压电路、第一开关器件、第二开关器件、第一二极管和第二二极管；所述boost升压电路的输入端连接所述第一AC
‑
DC转换器，所述boost升压电路的输出端分别连接所述第一开关器件和所述第二开关器件各自的输入端；所述第一开关器件的输出端连接所述第一二极管，所述第一二极管用于连接所述负载的一端；所述第二开关器件的输出端连接所述第二二极管，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：田修波，欧科军，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：