一种等离子体镀膜电源

作者Email: tshzsgm@newmail.dlmu.edu.cn

引言：现代社会中，某些产品的对硬度有特殊的要求，为此在工业生产过程中往往需要对这些产品进行表面镀膜，以增加其耐磨性和耐刮性。在物理化学领域这属于表面改性，是真空炉中的某些气体在一定的气压和真空度下进行强电场等离子体电离。从而对真空炉中的挂件进行表面镀膜，这就需要一个高频脉冲电源对真空炉的两个电极施加一定频率的电压场。本文所研制的电源正是为了满足这种需要的高频脉冲电源。

系统介绍：根据厂家要求，本电源设计指标是输出电压Vp=1000v，最大负载Is(max)=20A，额定频率fs=23KHz。电源采用了三相工频交流电电源输入，经过三相可控硅全桥整流滤波后，在通过全桥逆变和高频脉冲变压器升压。整流用可控硅采用的是SKKT57/12E。开关管采用的使SEMIKRON公司生产的SKM50GB123D。控制电路采用PWM和PID控制，从而得到最终的设计指标。

输入整流滤波电路的设计：在三相交流输入电源之间并联了三个RC阻容缓冲电路。
三相全桥可控硅整流采用市场上成熟的触发板控制，通过电流计取得电流信号后送给可控硅触发板用于过电流保护。
整流后的滤波电容根据输出功率而定，选用两个3300uf/400v的电解电容串联，两电容各并联一个100k/5w的电阻，用于意外跳闸保护是释放电容存储的能量。为了使直流电压更稳定，我们在电解电容两端并联了一个1.5uf/1200v的无感聚酯薄膜电容，从实验效果看，这个电容起到了很好的高频滤波的效果。

逆变控制电路：本电源采用的控制脉冲发生芯片是SG3525。SG3525是电压型控制芯片，其锯齿波的波形斜率与发生的PWM波频率有关。它可以驱动双端变换器，驱动脉冲为图腾柱推挽输出，输出相位相差180度。

驱动芯片选用富士公司的EXB841。驱动电阻Rg经过实验选定为10。
在本电源中，将高压直流线上电流经霍尔元件检测后通过检测电阻取样后滤波放大加至SG3525的10脚，形成闭环，使输出电流更加稳定。

功率变压器的设计和绕制：这是本电源最有难度的工作。本电源选取了西安三联公司的铁氧体磁芯，由于电源功率很大，磁芯的饱和磁密又小，所以选取四副U型磁芯组成了一副E型磁芯，通过面积乘积法，选择了四副U96型磁芯。经过计算：

N1=

实际取N1=22匝。则N2=44匝，为了减小漏感和临近效应的影响，在此采用初次级交错绕法，将初级平分为两部分绕在次级两侧。匝间电压差为u=500/22=22.7v。我们选用厚度为0.2mm的聚酯薄膜为绝缘材料。初级采用厚度为0.2mm的铜箔，考虑到安全爬电距离及方便绕制，骨架每边留出3mm的高度。最后铜箔宽80mm。完全可以通过额定电流要求。次级同理，同箔厚0.1mm，宽80mm。绕制好后测得初级激磁电感为7.9mH，漏感为13uH，说明变压器初级绕制成功，无短路情况。

整机的造价在2000元以内。实验前后2年来已经基本达到要求的功率要求。