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(huì)中，某些產(chǎn)品的對(duì)硬度有特殊的要求，為此在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中往往需要對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)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(jìn)行強(qiáng)電場(chǎng)等離子體電離。從而對(duì)真空爐中的掛件進(jìn)行表面鍍膜，這就需要一個(gè)高頻脈沖電源對(duì)真空爐的兩個(gè)電極施加一定頻率的電壓場(chǎng)。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(jì)指標(biāo)是輸出電壓Vp=1000v，最大負(fù)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(guò)三相可控硅全橋整流濾波后，在通過(guò)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(kāi)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(jì)指標(biāo)。

輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì)：在三相交流輸入電源之間并聯(lián)了三個(gè)RC阻容緩沖電路。
三相全橋可控硅整流采用市場(chǎng)上成熟的觸發(fā)板控制，通過(guò)電流計(jì)取得電流信號(hào)后送給可控硅觸發(fā)板用于過(guò)電流保護(hù)。
整流后的濾波電容根據(jù)輸出功率而定，選用兩個(gè)3300uf/400v的電解電容串聯(lián)，兩電容各并聯(lián)一個(gè)100k/5w的電阻，用于意外跳閘保護(hù)是釋放電容存儲(chǔ)的能量。為了使直流電壓更穩(wěn)定，我們?cè)陔娊怆娙輧啥瞬⒙?lián)了一個(gè)1.5uf/1200v的無(wú)感聚酯薄膜電容，從實(shí)驗(yàn)效果看，這個(gè)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(dòng)雙端變換器，驅(qū)動(dòng)脈沖為圖騰柱推挽輸出，輸出相位相差180度。

驅(qū)動(dòng)芯片選用富士公司的EXB841。驅(qū)動(dòng)電阻Rg經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)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(cè)后通過(guò)檢測(cè)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(jì)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(guò)面積乘積法，選擇了四副U96型磁芯。經(jīng)過(guò)計(jì)算：

N1=

實(shí)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(jí)交錯(cuò)繞法，將初級(jí)平分為兩部分繞在次級(jí)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(jí)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(guò)額定電流要求。次級(jí)同理，同箔厚0.1mm，寬80mm。繞制好后測(cè)得初級(jí)激磁電感為7.9mH，漏感為13uH，說(shuō)明變壓器初級(jí)繞制成功，無(wú)短路情況。

整機(jī)的造價(jià)在2000元以?xún)?nèi)。實(shí)驗(yàn)前后2年來(lái)已經(jīng)基本達(dá)到要求的功率要求。