CN219893179U - 一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源，属于镀膜电源技术领域，主功率电路包括依次连接的整流模块、转换模块、谐振滤波模块和变压模块，以及与谐振滤波模块连接的控制模块；谐振滤波模块包括电流源电路和谐振电路，电流源电路的输入端与转换模块连接，电流源电路的输出端分别与变压模块和谐振电路连接，谐振电路分别与变压模块和控制模块连接，谐振电路包括开关管Q1、开关管Q2和谐振电容。本实用新型解决了镀膜电源在等离子体负载发生电弧时，无法有效抑制电弧能量的问题，达到有效抑制电弧能量，减少工件表面损伤的效果。

Description

一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源

技术领域

本实用新型涉及镀膜电源技术领域，特别涉及一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源。

背景技术

真空镀膜领域，对交流镀膜电源的动态性能提出了极高的要求。目前的镀膜电源多采用直流镀膜电源和方波镀膜电源，直流镀膜电源的特性为电压源，输出端并联有较多电容，当等离子体负载发生电弧时，电容内存储的能量会倾泻到负载端，若不能有效抑制电弧能量，就容易造成工件表面破坏甚至烧毁；方波镀膜电源仍然类似于电压源，也无法有效抑制电弧能量。因此，当等离子体负载发生电弧时，当前采用的电压型镀膜电源存在无法有效抑制电弧能量，容易造成工件损伤的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于：提供一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源，旨在解决现有技术中镀膜电源无法有效抑制电弧能量的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型提出一种主功率电路，包括依次连接的整流模块、转换模块、谐振滤波模块和变压模块，以及与谐振滤波模块连接的控制模块；

谐振滤波模块包括电流源电路和谐振电路，电流源电路的输入端与转换模块连接，电流源电路的输出端分别与变压模块和谐振电路连接，谐振电路分别与变压模块和控制模块连接；

谐振电路包括开关管Q1、开关管Q2和谐振电容，开关管Q1的源极和开关管Q2的源极均与电流源电路的输出端连接，开关管Q1的漏极与谐振电容的一端连接，开关管Q2的漏极与谐振电容的另一端连接，开关管Q1的栅极和开关管Q2的栅极均与控制模块连接。

可选地，上述主功率电路中，电流源电路包括电容C1、电感L1和电感L2；

电容C1的一端和电感L1的一端均与转换模块的正输出端连接，电容C1的另一端和电感L2的一端均与转换模块的负输出端连接，电感L1的另一端与变压模块连接，电感L2的另一端与开关管Q1的源极和开关管Q2的源极连接。

可选地，上述主功率电路中，谐振电容包括电容C2，谐振电路还包括电感L3、电感L4和电感L5；

电容C2的一端分别与开关管Q1的漏极、电感L5的一端和变压模块连接，电容C2的另一端分别与开关管Q2的漏极和电感L3的一端连接，电感L3的另一端分别与电感L4的一端和变压模块连接，电感L4的另一端分别与电感L5的另一端和变压模块连接。

可选地，上述主功率电路中，谐振滤波模块还包括泄放电路；

泄放电路并联在谐振电容两端，泄放电路还与电流源电路的输出端和控制模块连接；

控制模块还控制泄放电路对谐振电容进行能量泄放。

可选地，上述主功率电路中，泄放电路包括开关管Q3、电阻R1、二极管D1和二极管D2；

开关管Q3的源极与电流源电路的输出端连接，开关管Q3的漏极通过电阻R1分别与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，二极管D1的正极与二极管D2的正极分别与谐振电容的两端对应连接，开关管Q3的栅极与控制模块连接。

可选地，上述主功率电路中，变压模块与控制模块连接，变压模块包括变压器T1，变压器T1的副边绕组包括多个中心抽头，每一中心抽头分别通过一开关元件并联，开关元件与控制模块连接。

可选地，上述主功率电路中，变压器T1原边绕组的一端和变压器T1原边绕组的另一端均与谐振电路连接，变压器T1原边绕组的一中心抽头分别与电流源电路和谐振电路连接。

可选地，上述主功率电路中，变压器T1副边绕组的一端和多个中心抽头分别通过一开关元件并联，作为变压模块的正输出端，变压模块的正输出端与负载的正极连接，变压器T1副边绕组的另一端作为变压模块的负输出端，变压模块的负输出端与负载的负极连接。

可选地，上述主功率电路中，转换模块与控制模块连接，转换模块包括电容C4、开关管Q4、开关管Q5、电容C5和电感L6；

电容C4的一端和开关管Q4的漏极均与整流模块的正输出端连接，开关管Q4的源极分别与开关管Q5的漏极和电感L6的一端连接，电感L6的一端分别与电容C5的一端和电流源电路的正输入端连接，电容C4的另一端、开关管Q5的源极和电容C5的另一端均与整流模块的负输出端连接，并与电流源电路的负输入端连接，开关管Q4的栅极和开关管Q5的栅极均与控制模块连接。

第二方面，本实用新型还提出一种谐振式交流镀膜电源，包括如上述的主功率电路。

本实用新型提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本实用新型提出的一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源，通过采用依次连接的整流模块、转换模块、谐振滤波模块和变压模块，以及与谐振滤波模块连接的控制模块；谐振滤波模块包括电流源电路和谐振电路，谐振电路包括开关管Q1、开关管Q2和谐振电容；电流源电路将转换模块输出的直流电转换为电流源，输出恒流信号，控制模块根据谐振电路中谐振电容两端的电压控制开关管Q1和开关管Q2切换导通，对接收到的恒流信号进行谐振滤波，得到正弦波信号；本实用新型对主功率电路拓扑进行改进，采用电流源谐振方式使电源对外输出表现为一个电流源来抑制电弧发生，通过两个开关管根据过零点的谐振电容进行开通或关断，实现电容换方向谐振，避免在谐振电容、开关管等器件上面产生冲击电流，减少了工件表面损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型主功率电路第一实施例的连接框图；

图2为本实用新型主功率电路第一实施例中谐振滤波模块的细化连接框图；

图3为本实用新型主功率电路第一实施例中谐振滤波模块与变压模块的电路拓扑图；

图4为图3在一种实施方式下的等效电路示意图；

图5为本实用新型主功率电路第二实施例中谐振滤波模块的细化连接框图；

图6为本实用新型主功率电路第二实施例中谐振滤波模块与变压模块的电路拓扑图；

图7为本实用新型主功率电路第三实施例中整流模块的电路拓扑图；

图8为本实用新型主功率电路第三实施例中转换模块的电路拓扑图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的装置或者系统中还存在另外的相同要素。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。在本实用新型中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

随着制造业的升级，真空镀膜领域不仅对等离子镀膜电源的功能提出更高要求，对其性能也提出了更高的要求。由于等离子体负载的复杂性，阻抗从未放电阶段的无穷大到电弧阶段的几欧姆，呈现纳秒级突变，这对电源的动态性能提出了极高的要求。

对现有技术进行分析发现，传统电源的控制方案无法根据纳秒级动态负载做出相应调整。目前的镀膜电源多采用直流镀膜电源和方波镀膜电源，直流镀膜电源的特性为电压源，输出端并联有较多电容，当等离子体负载发生电弧时，电容内存储的能量会倾泻到负载端，若不能有效抑制电弧能量，就容易造成工件表面破坏甚至烧毁；方波镀膜电源的系统结构上采用整流和逆变结合，其逆变部分多采用全桥电路，结合变压器升压输出，虽然其输出电压极性可变，但是在单极性下，该方波镀膜电源仍然类似于电压源，无法有效抑制电弧能量。因此，当等离子体负载发生电弧时，当前采用的电压型镀膜电源存在无法有效抑制电弧能量，容易造成工件损伤的问题。

鉴于现有技术中镀膜电源无法有效抑制电弧能量的技术问题，本实用新型提供了一种主功率电路及谐振式交流镀膜电源，具体实施例及实施方式如下：

实施例一

参照图1，图1为本实用新型主功率电路第一实施例的连接框图，本实施例提出一种主功率电路。如图1所示的连接框图，该主功率电路可以包括：

依次连接的整流模块、转换模块、谐振滤波模块和变压模块，以及与谐振滤波模块连接的控制模块；其中，

整流模块与三相交流电网连接，用于将接收到的三相交流电转换为双相直流电；

转换模块与控制模块连接，用于根据控制模块的控制，对整流模块输出的双相直流电进行降压转换，输出降压后的直流电；

谐振滤波模块，用于对转换模块输出的直流电进行谐振滤波，得到正弦波信号；

变压模块与负载连接，用于对正弦波信号进行升压处理，输出交流电压，给负载供电。

具体的，整流模块可以采用AC/DC电路，例如二极管不控整流电路；转换模块可以采用DC/DC电路，例如Buck降压电路；谐振滤波模块可以采用电流源谐振电路，采用电流源谐振方式使电源对外输出表现为一个电流源；变压模块可以采用变压器，实现阻抗匹配输出。该主功率电路应用于交流镀膜电源，作为正弦输出的电流源谐振式交流镀膜电源，为等离子体负载供电。

如图2所示为谐振滤波模块的细化连接框图，谐振滤波模块可以包括电流源电路和谐振电路；

电流源电路的输入端与转换模块连接，电流源电路的输出端分别与变压模块和谐振电路连接，谐振电路分别与变压模块和控制模块连接；其中，谐振电路包括开关器件和谐振电容；

电流源电路将转换模块输出的直流电转换为电流源，输出恒流信号，控制模块根据谐振电路中谐振电容两端的电压控制开关器件导通或关断，对接收到的恒流信号进行谐振滤波，得到正弦波信号。

具体的，如图3所示为谐振滤波模块和变压模块的电路拓扑图，电流源电路的正输入端与转换模块的正输出端DC2+连接，电流源电路的负输入端转换模块的负输出端DC2-连接，电流源电路的正输出端与变压模块连接，电流源电路的负输出端与谐振电路连接，谐振电路的输出端与变压模块的输入端连接，具体与变压模块中变压器的原边绕组连接。

进一步地，如图3所示，谐振电路中开关器件包括开关管Q1和开关管Q2，即谐振电路包括开关管Q1、开关管Q2和谐振电容；

开关管Q1的源极和开关管Q2的源极均与电流源电路的输出端连接，开关管Q1的漏极与谐振电容的一端连接，开关管Q2的漏极与谐振电容的另一端连接，开关管Q1的栅极和开关管Q2的栅极均与控制模块连接。

具体的，开关管Q1和开关管Q2作为开关器件，可以采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT管)。常规技术中，开关管Q1和开关管Q2的通断一般根据控制模块中控制程序的需要直接控制，但本实施例中，开关管Q1和开关管Q2的通断不是由控制模块的控制程序直接控制的，而是由控制模块根据谐振电路中谐振电容两端的电压对应产生控制信号来控制的，也就是说开关管Q1和开关管Q2的通断是由谐振电路中谐振电容两端的电压来决定的。

进一步地，如图3所示，电流源电路可以包括电容C1、电感L1和电感L2；

电容C1的一端和电感L1的一端均与转换模块的正输出端连接，电容C1的另一端和电感L2的一端均与转换模块的负输出端连接，电感L1的另一端与变压模块连接，电感L2的另一端与开关管Q1的源极和开关管Q2的源极连接。

具体的，电感L1和电感L2可以是大电感，转换模块的正输出端DC2+通过电感L1接到变压模块中变压器T1原边绕组的中心抽头p2处，转换模块的负输出端DC2-通过电感L2接到开关器件的下端，具体接到开关管Q1的源极和开关管Q2的源极。

更进一步地，如图3所示，谐振电路中谐振电容包括电容C2，谐振电路还包括电感L3、电感L4和电感L5；

电容C2的一端分别与开关管Q1的漏极、电感L5的一端和变压模块连接，电容C2的另一端分别与开关管Q2的漏极和电感L3的一端连接，电感L3的另一端分别与电感L4的一端和变压模块连接，电感L4的另一端分别与电感L5的另一端和变压模块连接。

具体的，电容C2为谐振电容，并联在变压器T1原边绕组的两端，电感L4和L5为变压器T1的激磁电感，激磁电感与谐振电容共同组成LC谐振电路。

一种实施方式中，当图3中开关管Q1导通时，将负载折算到变压器T1的原边，谐振滤波模块作为一种电流源谐振电路，可以等效为RLC并联谐振电路，如图4所示为等效电路示意图，图4中，Req表示变压器副边绕组折算到变压器原边绕组的阻抗。同理，当图3中开关管Q2导通时，谐振滤波模块仍然可以等效为RLC并联谐振电路。

开关管Q1和开关管Q2的开通与关断不是由控制模块的控制程序直接决定，而是需要判断作为谐振电容的电容C2两端电压是否为零，实现开关管的通断切换，从而实现电容C2换方向谐振，防止在谐振电容和开关器件上产生冲击电流。例如，在图3中，当电容C2的电压为左正右负时，通过控制模块识别到该情况后，产生对应的控制信号给开关管Q1和开关管Q2，使开关管Q1导通，开关管Q2关闭。如果不考虑电容C2两端的电压，由控制模块直接控制，假设是与此相反的方案，即关闭开关管Q1，导通开关管Q2，此时电容C2将通过开关管Q2和开关管Q1体内的二极管形成短路，产生冲击电流，容易烧毁开关器件和谐振电容。因此，开关管Q1和开关管Q2的开通与关断不能由控制模块主动控制，而需要判断谐振电容两端电压是否为零来被动接受开通与关断的控制。对应的，本实施例的主功率电路应用于交流镀膜电源时，该交流镀膜电源不仅是一种谐振式交流镀膜电源，还是一种被动谐振式交流镀膜电源。

当负载不同时，作为RLC并联谐振电路的谐振滤波模块的周期也不一样，所以负载在变动时，谐振滤波模块输出正弦波信号的频率也需要不一样。谐振滤波模块的选频特性跟品质因数Q相关，品质因数越大，选频特性越好，镀膜电源最终输出电压的正弦度会越好，且THD值会越低。其中，品质因数Q可以表示为：

其中，L表示谐振滤波模块等效为RLC并联谐振电路的等效电感，C表示谐振滤波模块等效为RLC并联谐振电路的等效电容。因此，谐振滤波模块输出正弦波信号的频率可变，其选频特性可以根据品质因数Q选择。

本实施例的主功率电路，通过采用依次连接的整流模块、转换模块、谐振滤波模块和变压模块，以及与谐振滤波模块连接的控制模块；谐振滤波模块包括电流源电路和谐振电路，谐振电路包括开关管Q1、开关管Q2和谐振电容；电流源电路将转换模块输出的直流电转换为电流源，输出恒流信号，控制模块根据谐振电路中谐振电容两端的电压控制开关管Q1和开关管Q2切换导通，对接收到的恒流信号进行谐振滤波，得到正弦波信号；本实用新型对主功率电路拓扑进行改进，采用电流源谐振方式使电源对外输出表现为一个电流源来抑制电弧发生，通过两个开关管根据过零点的谐振电容进行开通或关断，实现电容换方向谐振，避免在谐振电容、开关管等器件上面产生冲击电流，减少了工件表面损伤。

实施例二

参照图5，图5为本实用新型主功率电路第二实施例中谐振滤波模块的细化连接框图；在实施例一的基础上，本实施例继续提出一种主功率电路。

进一步地，如图5所示，谐振滤波模块还包括泄放电路；

泄放电路并联在谐振电容两端，泄放电路还与电流源电路的输出端和控制模块连接；

控制模块还控制泄放电路对谐振电容进行能量泄放。

本实施例的主功率电路应用于上述实施例一的被动谐振式镀膜电源，以电流源作为谐振网络的输入，当等离子体负载发生电弧时，由于电流源的电流不能突变的特性，可以实现有效抑制电流弧产生的效果。通过加入泄放电路，当发生电弧时，可以通过泄放电路对谐振电容即电容C2上的能量进行泄放，实现灭弧，进一步有效降低电弧能量，避免烧坏镀膜工件或者靶材。

更进一步地，如图6所示为本实施例中谐振滤波模块与变压模块的电路拓扑图，泄放电路包括开关管Q3、电阻R1、二极管D1和二极管D2；

开关管Q3的源极与电流源电路的输出端连接，开关管Q3的漏极通过电阻R1分别与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，二极管D1的正极与二极管D2的正极分别与谐振电容的两端对应连接，开关管Q3的栅极与控制模块连接。

如图6所示，开关管Q3的源极与电感L2的另一端连接，二极管D2的正极分别与电容C2的一端和二极管Q1的漏极连接，二极管D1的正极分别与电容C2的另一端和二极管Q2的漏极连接。开关管Q3可以采用MOS管或IGBT管，其通断可以由控制模块根据谐振电路中谐振电容两端的电压对应产生控制信号的方式来控制，也可以根据实际需要改用控制模块内的控制程序直接控制，比如当检测到电路中发生电弧时，直接控制开关管Q3导通，从而泄放电容C2上的能量。

本实施例的主功率电路，通过在谐振滤波模块中加入开关管Q3、电阻R1、二极管D1和二极管D2构成的泄放电路，当发生电弧时，可以迅速开通开关管Q3，泄放谐振电路中谐振电容上的能量，实现灭弧，进一步有效降低电弧能量。

实施例三

参照图3、图6、图7和图8，在实施例一或实施例二的基础上，本实施例继续提出一种主功率电路。

进一步地，如图3的电路拓扑图和图6所示的电路拓扑图，变压模块与控制模块连接，变压模块包括变压器T1，变压器T1的副边绕组包括多个中心抽头，每一中心抽头分别通过一开关元件并联，开关元件与控制模块连接；

变压模块用于对正弦波信号进行升压，以及根据控制模块发送的控制信号控制开关元件的通断，实现分段匹配负载阻抗。

更进一步地，如图3和图6所示，变压器T1原边绕组的一端和变压器T1原边绕组的另一端均与谐振电路连接，变压器T1原边绕组的一中心抽头分别与电流源电路和谐振电路连接。

更进一步地，如图3和图6所示，变压器T1副边绕组的一端和多个中心抽头分别通过一开关元件并联，作为变压模块的正输出端，变压模块的正输出端与负载的正极连接，变压器T1副边绕组的另一端作为变压模块的负输出端，变压模块的负输出端与负载的负极连接。

其中，变压器T1的作用为，一方面实现输出升压，另一方面实现负载阻抗匹配。开关元件可以是继电器、接触器等可控开关器件，以开关元件采用继电器为例进行说明，该继电器可以是可控继电器，各个继电器的第三端均与控制模块连接，控制模块可以包括微控制器(Microcontroller Unit，MCU)，由MCU根据需要控制继电器接通或断开，以实现变压器T1不同线包的自动配置，从而实现分段匹配负载阻抗。

在真空镀膜领域里，一般要求镀膜电源能够满足在1:10负载阻抗范围内持续稳定运行，对应就要求能够在1:10负载阻抗范围内实现阻抗匹配，且要保证输出电压正弦度的要求。1:10负载阻抗范围意味着谐振滤波模块中品质因数Q的变化范围也为1:10，这样宽范围的品质因数很难保证谐振滤波模块的选频特性。

针对该问题，提出了分段匹配负载阻抗，将1:10的负载阻抗分为多份，例如分为1:x1、x1:x2、……、X(n-1):X(n)，针对上述不同阻抗范围，对应设计谐振滤波模块的参数值，实现品质因数Q在合理范围内谐振滤波模块的有效选频，保证输出波形正弦度。实现谐振滤波模块的有效选频后，便可以在不同的阻抗范围下通过改变变压器匝比的方式来实现阻抗变换，本实施例则通过控制模块中的MCU控制不同继电器接通来配置变压器T1不同线包的方式实现阻抗变换，以保证在不同阻抗范围下品质因数Q与分段的阻抗范围一致，便实现了分段匹配阻抗，从而实现了交流镀膜电源的宽范围阻抗匹配功能。

本实施例中，谐振滤波模块与该变压模块配合，可以构成一种阻抗匹配电路。变压模块中包括变压器T1，变压器T1的副边绕组包括多个中心抽头，多个中心抽头分别连接一个继电器，即变压模块对应还包括多个继电器K2-Kn，各中心抽头与继电器的第一端连接，多个继电器的第二端并联，然后与副边绕组的一端s1构成变压器的正输出端。其中，副边绕组的一端s1可以直接与多个中心抽头上继电器的第二端并联，构成变压器的正输出端；也可以连接一继电器K1的第一端，使该继电器K1的第二端与多个中心抽头上继电器的第二端并联，构成变压器T1的正输出端，如图3和图6所示，对应的，变压器副边绕组的另一端s0可以作为该变压器T1的负输出端，变压器T1的正输出端也是变压模块的正输出端，可以与负载的正极连接，变压器T1的负输出端也是变压模块的负输出端，可以与负载的负极连接。

可选的，控制模块还用于接收开关元件反馈的状态信号，给变压器T1提供副边短路保护。

如图3和图6所示，变压器T1的多个中心抽头上连接的继电器K2-Kn的第三端均连接至控制模块的MCU，可以接收MCU发送的控制信号，同时，可以将自身触点的粘合状态反馈给控制模块的MCU，控制模块接收该多个继电器反馈的状态信号后，可以提供变压器T1副边短路保护。可选的，变压器T1的副边绕组的一端s1连接的继电器K1的第三端也可以连接至MCU，将自身触点的粘合状态一起反馈给MCU，以便MCU根据所有继电器反馈的状态信号提供短路保护。

每一中心抽头各连接一继电器，变压模块对应具有多个继电器，当继电器出现故障，主触点粘合无法断开的情况时，若再闭合其他继电器就会造成变压器副边短路。在主功率电路通电时，若变压器副边存在多个继电器主触点短路，就容易造成镀膜电源中其他部件损耗，而且人工方式很难判断故障位置，给实际应用带来较多不便。针对该问题，为了避免上述情况的发生，变压模块中的继电器可以统一采用带反馈的继电器，相比通过电流采样来判断继电器是否存在主触点粘合故障或通过电流采样来判断变压器副边是否短路的方式，本实施例由各个继电器向MCU反馈状态信号的方式可以减少硬件成本，还可以在主功率电路未上电之前，先通过MCU接收多个继电器的状态信号，判断继电器主触点是否存在粘合故障，及时采取故障保护，避免造成在主功率电路上电后镀膜电源中其他部件的损坏。

进一步地，整流模块分别与三相交流电网和转换模块连接，将接收到的三相交流电转换为双相直流电，并输出该双相直流电给后续的转换模块。

如图7所示为整流模块的电路拓扑图，整流模块包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8和电容C3；

二极管D3的正极和二极管D6的负极均与三相交流电网的第一相连接，二极管D4的正极和二极管D7的负极均与三相交流电网的第二相连接，二极管D5的正极和二极管D8的负极均与三相交流电网的第三相连接，二极管D3的负极、二极管D4的负极、二极管D5的负极以及电容C3的一端均与转换模块的正输入端连接，二极管D6的正极、二极管D7的正极、二极管D8的正极以及电容C3的另一端均与转换模块的负输入端连接。

具体的，二极管D3的正极和二极管D6的负极均与R相连接，二极管D4的正极和二极管D7的负极均与S相连接，二极管D5的正极和二极管D8的负极均与T相连接，二极管D3的负极、二极管D4的负极、二极管D5的负极以及电容C3的一端的连接点作为整流模块的正输出端DC1+，与转换模块的正输入端连接，二极管D6的正极、二极管D7的正极、二极管D8的正极以及电容C3的另一端的连接点作为整流模块的负输出端DC1-，与转换模块的负输入端连接。

整流模块采用二极管不控整流，将三相交流电转换为双相直流电，接线简单，电容C3作为滤波电容，可以保证整流模块输出直流电的稳定性。

进一步地，转换模块与控制模块连接，转换模块对整流模块输出的双相直流电进行降压转换，输出降压后的直流电给电流源电路；

如图8所示为转换模块的电路拓扑图，转换模块包括电容C4、开关管Q4、开关管Q5、电容C5和电感L6；

电容C4的一端和开关管Q4的漏极均与整流模块的正输出端连接，开关管Q4的源极分别与开关管Q5的漏极和电感L6的一端连接，电感L6的一端分别与电容C5的一端和电流源电路的正输入端连接，电容C4的另一端、开关管Q5的源极和电容C5的另一端均与整流模块的负输出端连接，并与电流源电路的负输入端连接，开关管Q4的栅极和开关管Q5的栅极均与控制模块连接。

具体的，开关管Q4和开关管Q5可以采用MOS管或IGBT管，实现功率切换控制。控制模块可以生成使能信号，并输出使能信号至转换模块，控制转换模块工作。电容C4的一端和开关管Q4的漏极均与整流模块的正输出端DC1+连接，电感L6的一端和电容C5的一端的连接点作为转换模块的正输出端DC2+，与谐振滤波模块中电流源电路的正输入端连接，电容C4的另一端、开关管Q5的源极和电容C5的另一端均与整流模块的负输出端DC1-连接，并作为转换模块的负输出端DC2-，与谐振滤波模块中电流源电路的负输入端连接。开关管Q4和开关管Q5可以按一定规律进行开通和关断，开关管的通断控制可以由控制模块实现，通过两个开关管的通断切换，将双相直流电降压转换，得到降压后的直流电给谐振滤波模块。

本实施例的主功率电路，通过谐振滤波模块、变压模块以及与变压模块连接的控制模块，将变压模块中变压器的多个中心抽头分别通过一开关元件并联，由控制模块输出控制信号来控制开关元件的通断，在不同的负载下选择不同的开关元件闭合，实现不同变压器线包的自动选择，以实现分段匹配负载阻抗的目的，实现了交流镀膜电源输出分段匹配宽范围阻抗负载的效果，保证输出电压正弦度的要求，提高了电源可靠性。本实施例采用变压器分段式阻抗匹配方式实现了电流型被动谐振式镀膜电源的宽范围阻抗匹配功能。

实施例四

本实施例提出一种谐振式交流镀膜电源，该谐振式交流镀膜电源可以包括如实施例一至三中任一实施例的主功率电路。

本实施例的谐振式交流镀膜电源，为正弦输出的被动谐振式交流镀膜电源，区别于电压型的直流镀膜电源以及电压型的方波镀膜电源，对外输出表现为一个电流源，当电弧发生时，能有效抑制电弧能量，降低电弧产生的可能性，减小对工件表面的损伤。

其中，主功率电路的具体结构参照上述实施例，由于本实施例采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种主功率电路，其特征在于，包括依次连接的整流模块、转换模块、谐振滤波模块和变压模块，以及与所述谐振滤波模块连接的控制模块；

所述谐振滤波模块包括电流源电路和谐振电路，所述电流源电路的输入端与所述转换模块连接，所述电流源电路的输出端分别与所述变压模块和所述谐振电路连接，所述谐振电路分别与所述变压模块和所述控制模块连接；

所述谐振电路包括开关管Q1、开关管Q2和谐振电容，所述开关管Q1的源极和所述开关管Q2的源极均与所述电流源电路的输出端连接，所述开关管Q1的漏极与所述谐振电容的一端连接，所述开关管Q2的漏极与所述谐振电容的另一端连接，所述开关管Q1的栅极和所述开关管Q2的栅极均与所述控制模块连接。

2.如权利要求1所述的主功率电路，其特征在于，所述电流源电路包括电容C1、电感L1和电感L2；

所述电容C1的一端和所述电感L1的一端均与所述转换模块的正输出端连接，所述电容C1的另一端和所述电感L2的一端均与所述转换模块的负输出端连接，所述电感L1的另一端与所述变压模块连接，所述电感L2的另一端与所述开关管Q1的源极和所述开关管Q2的源极连接。

3.如权利要求2所述的主功率电路，其特征在于，所述谐振电容包括电容C2，所述谐振电路还包括电感L3、电感L4和电感L5；

所述电容C2的一端分别与所述开关管Q1的漏极、所述电感L5的一端和所述变压模块连接，所述电容C2的另一端分别与所述开关管Q2的漏极和所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端分别与所述电感L4的一端和所述变压模块连接，所述电感L4的另一端分别与所述电感L5的另一端和所述变压模块连接。

4.如权利要求1所述的主功率电路，其特征在于，所述谐振滤波模块还包括泄放电路；

所述泄放电路并联在所述谐振电容两端，所述泄放电路还与所述电流源电路的输出端和所述控制模块连接；

所述控制模块还控制所述泄放电路对所述谐振电容进行能量泄放。

5.如权利要求4所述的主功率电路，其特征在于，所述泄放电路包括开关管Q3、电阻R1、二极管D1和二极管D2；

所述开关管Q3的源极与所述电流源电路的输出端连接，所述开关管Q3的漏极通过所述电阻R1分别与所述二极管D1的负极和所述二极管D2的负极连接，所述二极管D1的正极与所述二极管D2的正极分别与所述谐振电容的两端对应连接，所述开关管Q3的栅极与所述控制模块连接。

6.如权利要求1所述的主功率电路，其特征在于，所述变压模块与所述控制模块连接，所述变压模块包括变压器T1，所述变压器T1的副边绕组包括多个中心抽头，每一所述中心抽头分别通过一开关元件并联，所述开关元件与所述控制模块连接。

7.如权利要求6所述的主功率电路，其特征在于，所述变压器T1原边绕组的一端和所述变压器T1原边绕组的另一端均与所述谐振电路连接，所述变压器T1原边绕组的一中心抽头分别与所述电流源电路和所述谐振电路连接。

8.如权利要求6所述的主功率电路，其特征在于，所述变压器T1副边绕组的一端和所述多个中心抽头分别通过一开关元件并联，作为所述变压模块的正输出端，所述变压模块的正输出端与负载的正极连接；所述变压器T1副边绕组的另一端作为所述变压模块的负输出端，所述变压模块的负输出端与负载的负极连接。

9.如权利要求1所述的主功率电路，其特征在于，所述转换模块与所述控制模块连接，所述转换模块包括电容C4、开关管Q4、开关管Q5、电容C5和电感L6；

所述电容C4的一端和所述开关管Q4的漏极均与所述整流模块的正输出端连接，所述开关管Q4的源极分别与所述开关管Q5的漏极和所述电感L6的一端连接，所述电感L6的一端分别与所述电容C5的一端和所述电流源电路的正输入端连接，所述电容C4的另一端、所述开关管Q5的源极和所述电容C5的另一端均与所述整流模块的负输出端连接，并与所述电流源电路的负输入端连接，所述开关管Q4的栅极和所述开关管Q5的栅极均与所述控制模块连接。

10.一种谐振式交流镀膜电源，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的主功率电路。