一種等離子體鍍膜電源

作者Email: tshzsgm@newmail.dlmu.edu.cn

引言：現(xiàn)代社會中，某些產(chǎn)品的對硬度有特殊的要求，為此在工業(yè)生產(chǎn)過程中往往需要對這些產(chǎn)品進行表面鍍膜，以增加其耐磨性和耐刮性。在物理化學(xué)領(lǐng)域這屬于表面改性，是真空爐中的某些氣體在一定的氣壓和真空度下進行強電場等離子體電離。從而對真空爐中的掛件進行表面鍍膜，這就需要一個高頻脈沖電源對真空爐的兩個電極施加一定頻率的電壓場。本文所研制的電源正是為了滿足這種需要的高頻脈沖電源。

系統(tǒng)介紹：根據(jù)廠家要求，本電源設(shè)計指標是輸出電壓Vp=1000v，最大負載Is(max)=20A，額定頻率fs=23KHz。電源采用了三相工頻交流電電源輸入，經(jīng)過三相可控硅全橋整流濾波后，在通過全橋逆變和高頻脈沖變壓器升壓。整流用可控硅采用的是SKKT57/12E。開關(guān)管采用的使SEMIKRON公司生產(chǎn)的SKM50GB123D?？刂齐娐凡捎肞WM和PID控制，從而得到最終的設(shè)計指標。

輸入整流濾波電路的設(shè)計：在三相交流輸入電源之間并聯(lián)了三個RC阻容緩沖電路。
三相全橋可控硅整流采用市場上成熟的觸發(fā)板控制，通過電流計取得電流信號后送給可控硅觸發(fā)板用于過電流保護。
整流后的濾波電容根據(jù)輸出功率而定，選用兩個3300uf/400v的電解電容串聯(lián)，兩電容各并聯(lián)一個100k/5w的電阻，用于意外跳閘保護是釋放電容存儲的能量。為了使直流電壓更穩(wěn)定，我們在電解電容兩端并聯(lián)了一個1.5uf/1200v的無感聚酯薄膜電容，從實驗效果看，這個電容起到了很好的高頻濾波的效果。

逆變控制電路：本電源采用的控制脈沖發(fā)生芯片是SG3525。SG3525是電壓型控制芯片，其鋸齒波的波形斜率與發(fā)生的PWM波頻率有關(guān)。它可以驅(qū)動雙端變換器，驅(qū)動脈沖為圖騰柱推挽輸出，輸出相位相差180度。

驅(qū)動芯片選用富士公司的EXB841。驅(qū)動電阻Rg經(jīng)過實驗選定為10。
在本電源中，將高壓直流線上電流經(jīng)霍爾元件檢測后通過檢測電阻取樣后濾波放大加至SG3525的10腳，形成閉環(huán)，使輸出電流更加穩(wěn)定。

功率變壓器的設(shè)計和繞制：這是本電源最有難度的工作。本電源選取了西安三聯(lián)公司的鐵氧體磁芯，由于電源功率很大，磁芯的飽和磁密又小，所以選取四副U型磁芯組成了一副E型磁芯，通過面積乘積法，選擇了四副U96型磁芯。經(jīng)過計算：

N1=

實際取N1=22匝。則N2=44匝，為了減小漏感和臨近效應(yīng)的影響，在此采用初次級交錯繞法，將初級平分為兩部分繞在次級兩側(cè)。匝間電壓差為u=500/22=22.7v。我們選用厚度為0.2mm的聚酯薄膜為絕緣材料。初級采用厚度為0.2mm的銅箔，考慮到安全爬電距離及方便繞制，骨架每邊留出3mm的高度。最后銅箔寬80mm。完全可以通過額定電流要求。次級同理，同箔厚0.1mm，寬80mm。繞制好后測得初級激磁電感為7.9mH，漏感為13uH，說明變壓器初級繞制成功，無短路情況。

整機的造價在2000元以內(nèi)。實驗前后2年來已經(jīng)基本達到要求的功率要求。