CN2396572Y - 辉光离子氮化炉脉冲电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种辉光离子氮化炉脉冲电源,包括可调直流电源,主控电路和控制电路,主控电路包括与可调直电源并联的储能电容C,串联在主回路中的功率开关元件K和由限流电感L与续流二极管D组成的续流保护电路,控制回路是从主回路取打弧电压、电流信号和过压信号,通过比较控制方波发生电路和驱动电路,决定功率开关元件的导通或截止,从而快速判断打弧和过电压,采取保护措施。本实用新型线路简单、工作可靠、操作方便、节约能源。

Description

辉光离子氮化炉脉冲电源
本实用新型涉及一种辉光离子氮化炉脉冲电源，属于离子化学和表面热处理中的电源设备。
自七十年代初，我国研制了第一台辉光离子氮化炉使得氮化这一新工艺得以应用和推广，但该设备电源部分一直采用电阻器来限制电流的上升，以保障电气元件不致损坏，电路工作状态稳定，以及避免工件因过流而烧伤。但这个限流电阻将白白消耗可贵的能源，并使电阻器寿命变短，这两个问题长期困扰着用户和制造商。八十年代以来，随着微电子技术与电力电子技术的发展，产生了一代高频全控型的功率集成器件，从而跨入现代电力电子技术的新时代，特别是功率场效应晶体管(MOSFET)、可关断可控硅(GTO)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)等新型大功率电力电子器件的问世，使各种脉宽调制电路，谐振电路向大功率技术领域发展。与些相适应的各种变频技术，电抗调速，无工频变压器的逆变电焊机，功率控制器等产品相继开发并投入商业生产。九十年代辉光离子氮化炉领域也相继采用以上器件开发生产了直流脉冲电源，它们在节电和氮化工艺性能上都优于直流电源，它由以下部分组成：
1、可调直流电源        2、储能电容器      3、功率开关元件
4、开关元件控制电路    5、点燃电路        6、清洗阶段打弧电阻
但该功率开关元件控制电路在驱动及保护上仍不够完善，影响了设备的可靠性，有待改进，其缺点是：
1、检测控制弧光放电电路复杂，判断速度不快，影响电源的可靠性。
2、清洗阶段需接入电阻造成能源浪费，操作烦琐。
3、由于辉光离子氮化在升温和保温阶段，工艺要求的放电电压常低于辉光点燃所需的电压，为此增加了一组点燃电路。
4、在打弧阶段，电流是突变的，造成电容器处于充放电状态，电容二端电压升高造成其后的功率开关元件过压而损坏。
为克服上述缺点，本专利的目的是找到一个快速可靠的检测打弧的方法，并快速判断，在最短时间内可靠关断功率开关元件，采取有效措施抑制过电流、过电压，保护功率器件的安全。
本实用新型的技术方案是采取检测打弧电流和电压两个信号，来控制功率开关元件，工作状态，并采取了过电压保护措施，该氮化炉脉冲电源，主要包括可调直流电源，主控电路和控制电路，可调直流电源后接主控电路，主控电路包括与可调直流电源并联的储能电容C，串联在主控电路主回路中的功率开关元件K和由限流电感L与续流二级管D组成的保护电路，控制电路是对主控电路中功率开关元件K的工作状态进行控制的电路，它包括取样电路、比较延时电路，方波发生电路和驱动电路，取样电路从主控回路取主回路中的打弧判断信号，送至比较延时电路，比较延时电路输出端接方波发生电路，控制方波的输出，方波发生电路的输出至驱动电路的控制端，驱动电路的输出接功率开关元件的控制极。
控制电路的取样电路取脉冲电源输出阴阳极间电压信号Vf和电流信号In共同作为打弧判断信号。
控制电路中比较延时电路的延时时间为300us-3ms，该延时时间是延时功率开关元件关断后再启动的时间。取样电路中还有取自储能电容器C两端的电压信号Vc，当C两端电压高于比较电压时，取样信号经比较延时电路输出封锁驱动电路正端，使功率开关元件关断。
本实用新型的优点是对打弧检测快速准确，关断功率开关元件迅速，关断后延时开启，有利于保护功率开关元件，由于控制电路的功能，去掉了串联在主回路中用于电源在清洗阶段的限流电阻，节省了能源，储能电容两端电压检测信号Vc用于保护功率开关元件的过电压损坏，整体线路简单、操作维护方便、成本低。
下面结合附图进一步阐述本实用新型的工作原理和实施例：
图1是逻辑框图，图2是主回路电路图：K是功率开关元件，C是储能电容，D是续流二极管，L是限流电感，Vc、In、Vf是取样器件。图3是方波发生电路和驱动电路，本驱动器独立配备电源，由B、D5-8、C15、C16、7820组成，驱动器V9采用EXB841，其2、9脚接电源，1、3脚为输出端至开关元件的控制极，14、15脚为输入端，14脚为负端D-，15脚为正端D+。方波脉冲形成电路U8由BK01及外围电路组成，1脚为地、2、8脚接电容C9、C8，5脚为脉冲输出，6脚接R24，R24是脉冲调频电阻，7脚接脉宽调整电位器W1、W2、W3。C10是稳定电容。
图4是打弧检测信号的比较延时电路，它包括比较器U4：B、U5：B及外围电路，一片单稳态触发器14538作为定时器，包括U1：A、U1：B，电流检测信号In和打弧电压检测信号Vf分别接入U4：B、U5：B，两路讯号经各自比较后在其输出端相与，结果送至定时器U1：A、U1：B，当相与后的信号为高时，说明炉内打弧，定时器U1：AQ端为高时，输出封锁信号至驱动器正端D+，Q端输出至驱动器负端D-，使功率开关元件可靠截止。另一组U1：B经延时0.1s点燃LED1实现状态显示。
图5是过流检测信号比较延时电路，它包括U5：A及其外围电路，和定时器U2：A、U2：B，电流取样信号In经比较器与标准信号比较后至定时器U2：A，当过流时，Q端为高，与Q端共同送出封锁信号，封锁驱动器使功率开关元件截止。另一组U2：BQ端经延时0.1秒点燃LED2实现状态显示。
图6是过电压检测信号比较延时电路，它包括由U6：B及外围电路组成的比较器和定时器U3：B，当储能电容器两端的电压Uc高于标准电压时，比较器输出信号封锁驱动器，使功率开关元件截止，达到保护目的，比较器输出信号经U3：B延时0.1秒，其Q端点燃LED3实现状态显示。

Claims (4)

1、一种辉光离子氮化炉脉冲电源，主要包括可调直流电源、主控电路和控制电路，可调直流电源后接主控电路，其特征是主控电路包括与可调直流电源并联的储能电容C，串联在主控电路主回路中的功率开关元件K和由限流电感L与续流二级管D组成的保护电路，控制电路是对主控电路中功率开关元件K的工作状态进行控制的电路，它包括取样电路、比较延时电路、方波发生电路和驱动电路，取样电路从主控回路取主回路中的打弧判断信号，送至比较延时电路，比较延时电路输出端接方波发生电路，控制方波的输出，方波发生电路的输出至驱动电路的控制端，驱动电路的输出接功率开关元件的控制极。
2、根据权利要求1所述的辉光离子氮化炉脉冲电源，其特征是取样电路取脉冲电源输出阴阳极间电压Vf和电流信号Ih共同作为打弧判断信号。
3、根据权利要求1或2所述的辉光离子氮化炉脉冲电源，其特征是比较延时电路中延时时间为300Ms-3ms，该延时时间是延时功率开关元件关断后再启动的时间。
4、根据权利要求1或2所述的辉光离子氮化炉脉冲电源，其特征是取样电路中还有取自储能电容器C两端的电压信号Vc，当C两端电压高于比较电压时，通过比较延时电路封锁驱动电路正端，使功率开关元件关断。
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