一种专用于等离子体发生器的电源制造技术

本发明专利技术是一种专用于等离子体发生器的电源，主要由高频变压器、整流电路、逆变电路和控制电路组成，其中整流电路、逆变电路和变压器的初级绕组依次相联，变压器次级绕组与脉冲输出端（Ｎ、Ｐ）相连，在脉冲输出端（Ｎ、Ｐ）之间跨接有产生脉冲磁场的电感（Ｌ↓［２］），控制电路用于控制逆变电路中的波形，在控制电路与输出端（Ｎ、Ｐ）和电感（Ｌ↓［２］）的输入之间接有电流反馈电路，本发明专利技术的脉冲磁场与脉冲输出共用一个电源，它可以作任意波形的脉冲输出。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种专用于等离子体发生器的电源，它适合于等离子体化学热处理行业。等离子体做为一种物质存在的形式，在当今世界得到了广泛的应用。然而，为其服务的专用电源却迟迟未见产生。以“多弧离子镀膜”工艺为例，该工艺需要一种关键电源，用来产生大量等离子体，所以也称该电源为等离子体加速器，简称“PA”。由于目前尚无这种专用电源，因此一般都是采用电焊机代替“PA”。这就势必带来一些问题电焊机是用于普通大气压下燃弧，利用弧的热量焊接金属;而“PA”是工作于真空状态下，以燃弧的形式产生大量等离子体蒸气，该等离子体蒸气又在另一电源(一般称偏压电源)作用下与其它气体组成新的化合物，沉积到工件表面。两种电源工作环境差别很大，对电源要求也不一样，所以简单地用电焊机代替“PA”只能是一时之举。另外，通用电焊机电源燃烧喷出的金属蒸气，其颗粒太粗，直接影响镀膜的质量。从理论上说，“PA”可以溶化地球上所有物质。可是这些物质性能千差万别，很不一致。就以金属材料来说，首当其冲的是溶点问题，各种金属，溶点有高有低，相差很大。一般来说，溶点高的金属容易起弧，而溶点低的金属一起弧，在靶的端面上就形成大面积的溶坑，甚至溶化滴落，难以工作。因此，从电源入手，改变，优化燃弧的具体物理过程，细化金属颗粒，对提高镀膜质量极有意义。本专利技术的目的是为了解决上述背景中所存在的靶面燃烧不均匀，燃烧喷出的金属蒸气颗粒太粗，从而直接影响镀膜质量的问题，而提出一种专用于等离子体发生器的电源，它燃烧以较高的频率中断，并可以控制弧斑运动轨迹，使弧斑以多变的方向和速度在靶面上均匀燃烧，它还可适用于溶点低的靶材。本专利技术是在“多功能偏压电源”(申请号92100425.7，申请日920129)的基础上产生的。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用由高频变压器、整流电路、逆变电路、控制电路组成的利用电网电压产生脉冲电压和脉冲磁场输出的设计方案。其中，所述高频变压器的初级绕组与逆变电路的输出相连，逆变电路的输入与整流电路的输出相连，整流电路的输入与电网相连，控制电路的输出分别与逆变电路中开关管的基级相连，高频变压器的次级绕组与本电源的脉冲输出端N、P相连。本专利技术的特征是在输出端N、P之间跨接有电感L2，电感L2产生脉冲磁场，在控制电路与高频变压器次级绕组电流取样端A之间接有电流反馈电路，所述的高频变压器是降压变压器。本专利技术工作时，整流电路将电网电压直接整流，得到约500V的直流电，逆变电路将该直流电逆变，得到约20KHz的高频交流电，再经高频变压器降压，降压后的交流电经整流后形成直流脉冲，再经适当滤波后输出给脉冲磁场和脉冲输出端N、P间的弧靶。为了确保弧靶能在真空状态下稳定燃烧，本专利技术设计为恒流型电源，利用电流反馈电路将脉冲磁场和脉冲输出端N、P的电流信号反馈给控制电路，控制电路控制逆变时脉冲的占空比，达到恒流的目的。综上所述，本专利技术具有以下优点和效果。1.脉冲磁场与脉冲输出共用一个电源，两者保持一种同步输出，这样，弧斑在燃烧时，磁场以渥伦磁力拉着弧斑以多变的方向和速度运动，并在靶面上燃烧，有得细化金属颗粒，有利于控制靶面的燃蚀过程和状态。2.本专利技术的脉冲输出波形是多种波形，甚至可以是任意波形，这一特点可以强化优点1中的效果，也有助于使本专利技术适用于低溶点的靶材。针对低溶点的靶材，可选择平均功率低，但瞬时功率不低的输出波形。3.采用逆变技术，通过调节逆变时脉冲的占空比，可以控制电流。同时，由于逆变时基波的频率不变(约为20KHz)，仅仅只控制电路产生的低频波，所以，本专利技术的关键参数都能固定，使得设计工作易于完成，还可降低成本。以下参照附图说明本专利技术的实施例。附图是本专利技术作直流脉冲输出的电路。在附图中，整流电路是由二级管D1D2D3D4D5D6组成的整流桥构成的，其输出的直流电压约为500V。在整流电路后接一个电容C1，电容C1起滤波作用。滤波后的直流电输入逆变电路，逆变电路是由电容C2、C3，二级管D7、D8，开关管T1、T2组成的半桥逆变，开关管T1、T2分别与控制电路的输出相联，逆变电路的输出与高频变压器的初级绕组相连，逆变电路产生的基波频率约为20KHz，在此基波上，控制电路再输出一低于20KHz的低频波形，叠加于基波上，对基波进行调制，由于这个低频波的波形、频率、占空比能在很大范围内调整，所以，逆变电路的输出波形可以是任意的。低频波多种参数的控制可以通过专门的控制电路来实现，也可以通过计算机靠软件的编制来实现。高频变压器是一个降压的变压器，其初级绕组与逆变电路的输出相连，次级绕组带有中心抽头，中心抽头与脉冲输出端P相连，次级绕组另两端分别通过二级管D9、D10整流，电感L1滤波后与脉冲输出端N相连，在脉部输出端N、P之间跨接有一个电感L2，电感L2产生脉冲磁场，在控制电路与电感L1未端之间接有电流负反馈电路。该电源的参数输出电压0-70可调输出电流0-100A可调如需多个脉冲输出和脉冲磁场，可在高频变压器后并联。本专利技术的输出方式可以灵活多变，可以是任意波形的脉冲输出，见附图所示电路，也可以去掉整流部分的二级管D9、D10和滤波部分的电感L1，将变压器的次级绕组直接与输出端N、P相联，获得交流输出。权利要求1.一种专用于等离子体发生器的电源，包括高频变压器、整流电路、逆变电路和控制电路，其中，高频变压器的初级绕组与逆变电路的输出相连，逆变电路的输入与整流电路的输出相连，整流电路的输入与电网相连，控制电路的输出分别与逆变电路中开关管的基级相连，高频变压器的次级绕组与本电源的脉冲输出端(N、P)相连，本专利技术的特征在于在脉冲输出端N与P之间跨接有产生脉冲磁场的电感L2，在控制电路与高频变器次级绕组电流取样端A之间接有电流反馈电路，所述的高频变压器是降压变压器。全文摘要本专利技术是一种专用于等离子体发生器的电源，主要由高频变压器、整流电路、逆变电路和控制电路组成，其中整流电路、逆变电路和变压器的初级绕组依次相联，变压器次级绕组与脉冲输出端(N、P)相连，在脉冲输出端(N、P)之间跨接有产生脉冲磁场的电感(L文档编号H02M7/217GK1107635SQ94102039公开日1995年8月30日 申请日期1994年2月23日 优先权日1994年2月23日专利技术者祁琦 申请人:武汉离子化学热处理研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种专用于等离子体发生器的电源，包括高频变压器、整流电路、逆变电路和控制电路，其中，高频变压器的初级绕组与逆变电路的输出相连，逆变电路的输入与整流电路的输出相连，整流电路的输入与电网相连，控制电路的输出分别与逆变电路中开关管的基级相连，高频变压器的次级绕组与本电源的脉冲输出端（Ｎ、Ｐ）相连，本专利技术的特征在于：在脉冲输出端Ｎ与Ｐ之间跨接有产生脉冲磁场的电感Ｌ↓［２］，在控制电路与高频变器次级绕组电流取样端Ａ之间接有电流反馈电路，所述的高频变压器是降压变压器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祁琦，
申请(专利权)人：武汉离子化学热处理研究所，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]