CN1075035A - 多功能偏压电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电网电压产生高压输出的 多功能偏压电源，它包括高频变压器，全波整流电路、 全桥逆变电路和触发电路以及控制电路，电网电压经 全波整流电路和全桥逆变电路通入变压器的初级绕 组，变压器的次级绕组与控制电路相联，然后输出，触 发电路与全桥逆变电路中开关管的基级相联。本发 明的功能可根据需要组合，输出交流偏压、直流偏压 和脉冲偏压，且脉冲的频率和波形可以调节，同时输 出电压值可成倍增加。

Description

本发明涉及偏压电源，具体地说是一种用于等离子表面处理的多功能偏压电源。

常规的偏压电源主要有直流偏压，脉冲偏压和交流偏压，其中交流偏压的应用不太广泛。

一般直流偏压电源的电路如图1所述，在图1中，电路主要是由工频变压器和可控硅整流桥组成，改变可控硅导通角，可获得可调的直流偏压。值得提出的是，该电源的运用环境是真空容器，而且容器内充满等离子体，这些等离子体在偏压作用下作定向加速运动，轰击零件表面。如果零件表面不干净或因其它原因造成离子大量堆积于零件表面，都易造成低电压维持大电流放电现象产生，即弧光放电，俗称打弧。为了适当抑制打弧，直流偏压都设计有专门的灭弧电路，而灭弧电路性能的好坏，在很大程度上决定了整套电源的好坏。

直流偏压电源的优点是电路简单，易推广。缺点是不能主动抑制弧的产生，只能被动地对产生的弧进行抑制，因此，对于处理带有深孔，狭缝的零件它不适用，另外，可控硅的使用对电网有污染，而且控制方式不可能连续。

针对直流偏压电源的不足，脉冲偏压日益引起人们的重视。由于脉冲偏压的输出电量按一定频率提供，不管有没有弧产生，都以一定频率过零，使得电荷来不及积累，从而抑制了弧的产生，这是直流偏压不可能做到的。由于这个特点，脉冲偏压特别适用于深孔、狭缝工件，并能容易保证形状复杂工件的温度均匀。另外取消了可控硅移相，避免了对电网波形造成的干扰。

一般脉冲偏压电源的电路如图2所述，其电路主要由工频变压器、二级管整流桥和开关管组成，属直斩波电路。它虽然具有脉冲偏压的基本功能，但也存在着许多不足之处：

1、由于偏压电源的输出电压值一般在1000V左右，电源在几十安之间，也有一些从事热处理工艺的学者希望电压值能更高一些。这样，在上述电路中，就必须先通过工频变压器升压，经二级管整流，形成1000V或更高的直流电压，然后经开关管斩波，形成脉冲。这种设计思想将给实际应用带来一些困难。因为，热处理工艺过程需要多高电压、多大电流，开关管就不得不工作于该电压和该电流下，这样高电压，大功率功和高频率的开关元件在实际中很难获得，往往由于选不到所需开关元件，不得不降低整个电源的指标。

2、脉冲偏压的技术参数很多，如频率、波形甚至波形中的许多细节，象各种波形的上升率和下降率等。而热处理工件的材料和形状又是那么广泛，两者参数之间一定有最佳配合，一定有规律可循，这就需要脉冲偏压的技术参数能在一定的范围中调节，以选择最佳参数，提高工艺水平，而目前这种脉冲偏压电源是无法做到的。因为，上述电路中，开关管的保护电路一般是针对某个频率设计的。如果频率大幅度变化，将影响保护电路的效果。另外，该电路波形也难以随心所欲地加以控制，因为开关管只有工作于开关状态下损耗才小，而工作于模拟状态下损耗太大，并带来其它一些麻烦。

3、使用工频变压器，体积大。

本发明的目的主要是为了解决上述脉冲偏压电源存在的问题，提出一种多功能偏压电源，使其即可产生脉冲偏压，又具有直流偏压和交流偏压的功能。

为实现上述目的，本发明采用由高频变压器10，整流电流，逆变电路，触发电路和控制电路组成的利用电网电压产生高压输出的多功能偏压电源。其中，所述的高频变压器10的次级绕带有中心抽头，另两端各有若干个抽头，其次级绕组与控制电路相连，初级绕组与逆电路的输出相连，逆变电路的输入与整流电路的输入相连，整流电路的输入与电网相连，触发电路的四个输出分别与全桥逆变电路中的四个开关管（4、5、6、7）的基级相联。

控制电路是由整流部分、滤波部分和续流部分组成。其中，整流部分由二级管18和二极管19组成，二级管18的阳级与变压器10次级绕组上端若干个抽头相联，阴级与输出34相联，二级管19的阳级与次级绕组下端若干个抽头相联，阴级通过接触器32与中心抽头输出线中的P点相联，二级管18和二级管19的阴级之间通过接触器31相联，二级管18和二级管19上各并联一个接触器，在变压器10次级绕组的每个抽头上各接有一个接触器。滤波部分由电抗器和电容组成，电抗器联接在中心抽头与输出35之间P点到输出35之间，电抗器上并联有接触器，电容与接触器串联在输出34与输出35之间。续流部分由二级管22组成，该二级管的阳级与P点和电抗器之间的导线相联，阴级通过一个接触器21与二级管18和输出34之间的导线相联。

本发明工作时，整流电路直接从电网取电压，经整流，输出直流500V电压，再经逆变电路做逆变，将直流500V电压逆变为约50KHZ的交流电压，再经高频变压器升至所需值，然后根据需要通过控制电路做各种形式的输出。

综上所述，本发明具有如下优点：

1、不论偏压值要求多高，逆变电路中的开关元件都只在直流500V以下工作，这样就回避了现有技术中开关元件工作于高电压下的不利情况，可以较方便地选择开关管。

2、在逆变电路中，开关管（4、5、6、7）在触发电路的控制下产生固定频率的基波，该基波频率不变，通过改变其占空比，可达到控制其输出电量的目的，由于基波频率固定，所以开关管的保护元件和高频变压器都是针对这一基波频率设计的。在此基波上，再由触发电路叠加一低于基波频率的波形，对基波进行调制，调制波的波形可由计算机软件方便控制，调制后的波形输入到逆变电路中，经控制电路的控制，可使本发明的输出产生的频率在基波频率以下大幅度变化，波形的各参数可随心所欲地根据需要调整的脉冲偏压。整个过程不增加硬件电路的难度和工作量，不影响开关管的保护和变压器的参数，从而较好地实现了多频率，多波形的控制，而且频率和波形均可在很大范围内调节。

3、通过控制电路的控制，即通过接触器的切换，灵活组合，能获得多种功能的偏压，如脉冲偏压、交流偏压和直流偏压。

4。在不改变电源总功率和不影响开关管工作状态情况下，该电源的输出电压能象积木一样组合获得，并能在极大的范围内变化，而且还能获得较高的偏压，这对于使用者来说尤为方便。

5、用高频变压器10取代了现有技术中的低频变压器，使本发明的体积变小。

以下结合附图具体说明本发明。

图1是现有直流偏压电源的电路图。

图2是现有脉冲偏压电源的电路图。

图3是本发明的一种具体的电路图。

在图3中，整流电路是由二级管整流桥1组成，电网的交流电压经二级管整流桥1整流后，其输出的直流电压为上正下负，电压约为500V。逆变电路是由开关管4、开关管5。开关管6、开关管7和起保护作用的二级管2、二级管3、二级管8、二级管9组成的全桥逆变，四个开关管（4、5、6、7）的基级分别与触发电路的四个输出端相联。触发电路是由计算机系统Ⅰ、功放环节Ⅱ和隔离触发环节Ⅲ组成，触发电路产生-50KHZ的基波和一低于50KHZ的调制波，调制波对基波调制后输入到全桥逆变电路中开关管的基级上，变压器10是一个升压的高频变压器，其初级绕组与全桥逆变电路的输出相联，次级绕组带有中心抽头，次级绕组的上端有三个抽头，每个抽头分别接有接触器11、接触器12、接触器13、次级绕组的下端也有三个抽头，每个抽头分别接有接触器14、接触器15、接触器16。控制电路是由整流部分、滤波部分和续流部分组成，整流部分由二级管18和二级管19组成，二级管18的阳级与变压器10次级绕组上端的抽头相连，阴级与输出34相联;二级管19的阳级与变压器10次级绕组下端的抽头相连，阴级通过接触器32与中心抽头输出线中的P点相联，二级管18和二级管19的阴级之间通过接触器31相联，二级管18上并联一个接触器17，二级管19上关联一个接触器20。滤波部分由电抗器23、电抗器24和电容28、电容30组成，电抗器23和电抗器24串联在中心抽头与输出35之间的P点到输出35段上，电抗器23上并联一个接触器25，电抗器24上并联一个接触器26，电容28与接触器27串联和电容30与接触器29串联后再并联接到输出34与输出35之间。续流部分由二级管22组成，二级管22与接触器21串联后连接在P点与电抗器23之间的导线和二级管18与输出34之间的导线之间。

在图3中通过对不同接触器的切换，可获得多种功能的偏压。

1、接触器13和14，接触器12和15、接触器11和16可分别吸合，获得不同的输出电压。例如，接触器13和14吸合，输出电压为1000V，电流为30A;接触器12和15吸合，输出电压为2000V，电流为15A;接触器11和16吸合，输出电压为3000V，电流为10A。

2、接触器17、接触器20、接触器32和接触器25、接触器26全吸合，可获得纯交流偏压。

3、接触器31、接触器33和接触器21全吸合，接触器25、接触器26、接触器27和接触器29根据需要选择吸合，可获得各种波形和频率的脉冲偏压。

4、接触器31、接触器33、接触器27和接触器29、接触器21全吸合可得到直流偏压。

综上所述，本发明打破了现有偏压电源的局限性，彻底解决了现有技术中存在的问题，为提高热处理工艺水平提供了强有力的手段，甚至使某些工艺可因此而涉及于前人没有探讨过的领域。

本发明可适用于离子氧化，多弧离子沉积，空心阴极，磁控溅射等所有需要使用偏压的场合。

Claims (2)

1、一种利用电网电压产生高压输出的多功能偏压电源，包括高频变压器，整流电路逆变电路和触发电路以及控制电路，其特征在于：所述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，整流电路输入与电网相连，触发电路的四个输出分别与开关管4、5、6、7的基级相联，变压器的次级绕组与控制电路相连，高频变压器的次级绕组带有中心抽头，另两端各有若干个抽头。

2、按照权利要求1所述的多功能偏压电源，其特征在：所述的控制电路是由整流部分、滤波部分和续流部分组成，其中，

（1）整流部分由二级管18和二级管19组成，二级管18的阳级与变压器10次级绕组上端若干个抽头相联，阴级与输出34相联，二级管19的阳级与次级绕组下端若干个抽头相联，阴级通过接触器32与中心抽头输出线中的P点相联，二级管18和二级管19的阴级之间通过接触器31相联，二级管18和二级管19上各并联一个接触器，在变压器10次级绕组的每个抽头上各接有一个接触器。

（2）滤波部分由电抗器和电容组成，电抗器联接在中心抽头与输出35之间的P点到输出35之间，电抗器上并联有接触器，电容与接触器串联在输出34与输出35之间。

（3）续流部分由二级管22组成，该二级管的阳级与P点和电抗器之间的导线相联，阴级通过一个接触器21与二级管18和输出34之间的导线相联。

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