專利名稱：多功能偏壓電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及偏壓電源，具體地說是一種用于等離子表面處理的多功能偏壓電源。
常規的偏壓電源主要有直流偏壓，脈沖偏壓和交流偏壓，其中交流偏壓的應用不太廣泛。
一般直流偏壓電源的電路如
圖1所述，在圖1中，電路主要是由工頻變壓器和可控硅整流橋組成，改變可控硅導通角，可獲得可調的直流偏壓。值得提出的是，該電源的運用環境是真空容器，而且容器內充滿等離子體，這些等離子體在偏壓作用下作定向加速運動，轟擊零件表面。如果零件表面不干凈或因其它原因造成離子大量堆積于零件表面，都易造成低電壓維持大電流放電現象產生，即弧光放電，俗稱打弧。為了適當抑制打弧，直流偏壓都設計有專門的滅弧電路，而滅弧電路性能的好壞，在很大程度上決定了整套電源的好壞。
直流偏壓電源的優點是電路簡單，易推廣。缺點是不能主動抑制弧的產生，只能被動地對產生的弧進行抑制，因此，對于處理帶有深孔，狹縫的零件它不適用，另外，可控硅的使用對電網有污染，而且控制方式不可能連續。
針對直流偏壓電源的不足，脈沖偏壓日益引起人們的重視。由于脈沖偏壓的輸出電量按一定頻率提供，不管有沒有弧產生，都以一定頻率過零，使得電荷來不及積累，從而抑制了弧的產生，這是直流偏壓不可能做到的。由于這個特點，脈沖偏壓特別適用于深孔、狹縫工件，并能容易保證形狀復雜工件的溫度均勻。另外取消了可控硅移相，避免了對電網波形造成的干擾。
一般脈沖偏壓電源的電路如圖2所述，其電路主要由工頻變壓器、二級管整流橋和開關管組成，屬直斬波電路。它雖然具有脈沖偏壓的基本功能，但也存在著許多不足之處1、由于偏壓電源的輸出電壓值一般在1000V左右，電源在幾十安之間，也有一些從事熱處理工藝的學者希望電壓值能更高一些。這樣，在上述電路中，就必須先通過工頻變壓器升壓，經二級管整流，形成1000V或更高的直流電壓，然后經開關管斬波，形成脈沖。這種設計思想將給實際應用帶來一些困難。因為，熱處理工藝過程需要多高電壓、多大電流，開關管就不得不工作于該電壓和該電流下，這樣高電壓，大功率功和高頻率的開關元件在實際中很難獲得，往往由于選不到所需開關元件，不得不降低整個電源的指標。
2、脈沖偏壓的技術參數很多，如頻率、波形甚至波形中的許多細節，象各種波形的上升率和下降率等。而熱處理工件的材料和形狀又是那么廣泛，兩者參數之間一定有最佳配合，一定有規律可循，這就需要脈沖偏壓的技術參數能在一定的范圍中調節，以選擇最佳參數，提高工藝水平，而目前這種脈沖偏壓電源是無法做到的。因為，上述電路中，開關管的保護電路一般是針對某個頻率設計的。如果頻率大幅度變化，將影響保護電路的效果。另外，該電路波形也難以隨心所欲地加以控制，因為開關管只有工作于開關狀態下損耗才小，而工作于模擬狀態下損耗太大，并帶來其它一些麻煩。
3、使用工頻變壓器，體積大。
本發明的目的主要是為了解決上述脈沖偏壓電源存在的問題，提出一種多功能偏壓電源，使其即可產生脈沖偏壓，又具有直流偏壓和交流偏壓的功能。
為實現上述目的，本發明采用由高頻變壓器10，整流電流，逆變電路，觸發電路和控制電路組成的利用電網電壓產生高壓輸出的多功能偏壓電源。其中，所述的高頻變壓器10的次級繞帶有中心抽頭，另兩端各有若干個抽頭，其次級繞組與控制電路相連，初級繞組與逆電路的輸出相連，逆變電路的輸入與整流電路的輸入相連，整流電路的輸入與電網相連，觸發電路的四個輸出分別與全橋逆變電路中的四個開關管(4、5、6、7)的基級相聯。
控制電路是由整流部分、濾波部分和續流部分組成。其中，整流部分由二級管18和二極管19組成，二級管18的陽級與變壓器10次級繞組上端若干個抽頭相聯，陰級與輸出34相聯，二級管19的陽級與次級繞組下端若干個抽頭相聯，陰級通過接觸器32與中心抽頭輸出線中的P點相聯，二級管18和二級管19的陰級之間通過接觸器31相聯，二級管18和二級管19上各并聯一個接觸器，在變壓器10次級繞組的每個抽頭上各接有一個接觸器。濾波部分由電抗器和電容組成，電抗器聯接在中心抽頭與輸出35之間P點到輸出35之間，電抗器上并聯有接觸器，電容與接觸器串聯在輸出34與輸出35之間。續流部分由二級管22組成，該二級管的陽級與P點和電抗器之間的導線相聯，陰級通過一個接觸器21與二級管18和輸出34之間的導線相聯。
本發明工作時，整流電路直接從電網取電壓，經整流，輸出直流500V電壓，再經逆變電路做逆變，將直流500V電壓逆變為約50KHZ的交流電壓，再經高頻變壓器升至所需值，然后根據需要通過控制電路做各種形式的輸出。
綜上所述，本發明具有如下優點
1、不論偏壓值要求多高，逆變電路中的開關元件都只在直流500V以下工作，這樣就回避了現有技術中開關元件工作于高電壓下的不利情況，可以較方便地選擇開關管。
2、在逆變電路中，開關管(4、5、6、7)在觸發電路的控制下產生固定頻率的基波，該基波頻率不變，通過改變其占空比，可達到控制其輸出電量的目的，由于基波頻率固定，所以開關管的保護元件和高頻變壓器都是針對這一基波頻率設計的。在此基波上，再由觸發電路疊加一低于基波頻率的波形，對基波進行調制，調制波的波形可由計算機軟件方便控制，調制后的波形輸入到逆變電路中，經控制電路的控制，可使本發明的輸出產生的頻率在基波頻率以下大幅度變化，波形的各參數可隨心所欲地根據需要調整的脈沖偏壓。整個過程不增加硬件電路的難度和工作量，不影響開關管的保護和變壓器的參數，從而較好地實現了多頻率，多波形的控制，而且頻率和波形均可在很大范圍內調節。
3、通過控制電路的控制，即通過接觸器的切換，靈活組合，能獲得多種功能的偏壓，如脈沖偏壓、交流偏壓和直流偏壓。
4。在不改變電源總功率和不影響開關管工作狀態情況下，該電源的輸出電壓能象積木一樣組合獲得，并能在極大的范圍內變化，而且還能獲得較高的偏壓，這對于使用者來說尤為方便。
5、用高頻變壓器10取代了現有技術中的低頻變壓器，使本發明的體積變小。
以下結合附圖具體說明本發明。
圖1是現有直流偏壓電源的電路圖。
圖2是現有脈沖偏壓電源的電路圖。
圖3是本發明的一種具體的電路圖。
在圖3中，整流電路是由二級管整流橋1組成，電網的交流電壓經二級管整流橋1整流后，其輸出的直流電壓為上正下負，電壓約為500V。逆變電路是由開關管4、開關管5。開關管6、開關管7和起保護作用的二級管2、二級管3、二級管8、二級管9組成的全橋逆變，四個開關管(4、5、6、7)的基級分別與觸發電路的四個輸出端相聯。觸發電路是由計算機系統Ⅰ、功放環節Ⅱ和隔離觸發環節Ⅲ組成，觸發電路產生-50KHZ的基波和一低于50KHZ的調制波，調制波對基波調制后輸入到全橋逆變電路中開關管的基級上，變壓器10是一個升壓的高頻變壓器，其初級繞組與全橋逆變電路的輸出相聯，次級繞組帶有中心抽頭，次級繞組的上端有三個抽頭，每個抽頭分別接有接觸器11、接觸器12、接觸器13、次級繞組的下端也有三個抽頭，每個抽頭分別接有接觸器14、接觸器15、接觸器16。控制電路是由整流部分、濾波部分和續流部分組成，整流部分由二級管18和二級管19組成，二級管18的陽級與變壓器10次級繞組上端的抽頭相連，陰級與輸出34相聯;二級管19的陽級與變壓器10次級繞組下端的抽頭相連，陰級通過接觸器32與中心抽頭輸出線中的P點相聯，二級管18和二級管19的陰級之間通過接觸器31相聯，二級管18上并聯一個接觸器17，二級管19上關聯一個接觸器20。濾波部分由電抗器23、電抗器24和電容28、電容30組成，電抗器23和電抗器24串聯在中心抽頭與輸出35之間的P點到輸出35段上，電抗器23上并聯一個接觸器25，電抗器24上并聯一個接觸器26，電容28與接觸器27串聯和電容30與接觸器29串聯后再并聯接到輸出34與輸出35之間。續流部分由二級管22組成，二級管22與接觸器21串聯后連接在P點與電抗器23之間的導線和二級管18與輸出34之間的導線之間。
在圖3中通過對不同接觸器的切換，可獲得多種功能的偏壓。
1、接觸器13和14，接觸器12和15、接觸器11和16可分別吸合，獲得不同的輸出電壓。例如，接觸器13和14吸合，輸出電壓為1000V，電流為30A;接觸器12和15吸合，輸出電壓為2000V，電流為15A;接觸器11和16吸合，輸出電壓為3000V，電流為10A。
2、接觸器17、接觸器20、接觸器32和接觸器25、接觸器26全吸合，可獲得純交流偏壓。
3、接觸器31、接觸器33和接觸器21全吸合，接觸器25、接觸器26、接觸器27和接觸器29根據需要選擇吸合，可獲得各種波形和頻率的脈沖偏壓。
4、接觸器31、接觸器33、接觸器27和接觸器29、接觸器21全吸合可得到直流偏壓。
綜上所述，本發明打破了現有偏壓電源的局限性，徹底解決了現有技術中存在的問題，為提高熱處理工藝水平提供了強有力的手段，甚至使某些工藝可因此而涉及于前人沒有探討過的領域。
本發明可適用于離子氧化，多弧離子沉積，空心陰極，磁控濺射等所有需要使用偏壓的場合。
權利要求
1.一種利用電網電壓產生高壓輸出的多功能偏壓電源，包括高頻變壓器，整流電路逆變電路和觸發電路以及控制電路，其特征在于所述變壓器的初級繞組與逆變電路的輸出相連，逆變電路的輸入與整流電路的輸出相連，整流電路輸入與電網相連，觸發電路的四個輸出分別與開關管4、5、6、7的基級相聯，變壓器的次級繞組與控制電路相連，高頻變壓器的次級繞組帶有中心抽頭，另兩端各有若干個抽頭。
2.按照權利要求1所述的多功能偏壓電源，其特征在所述的控制電路是由整流部分、濾波部分和續流部分組成，其中，(1)整流部分由二級管18和二級管19組成，二級管18的陽級與變壓器10次級繞組上端若干個抽頭相聯，陰級與輸出34相聯，二級管19的陽級與次級繞組下端若干個抽頭相聯，陰級通過接觸器32與中心抽頭輸出線中的P點相聯，二級管18和二級管19的陰級之間通過接觸器31相聯，二級管18和二級管19上各并聯一個接觸器，在變壓器10次級繞組的每個抽頭上各接有一個接觸器。(2)濾波部分由電抗器和電容組成，電抗器聯接在中心抽頭與輸出35之間的P點到輸出35之間，電抗器上并聯有接觸器，電容與接觸器串聯在輸出34與輸出35之間。(3)續流部分由二級管22組成，該二級管的陽級與P點和電抗器之間的導線相聯，陰級通過一個接觸器21與二級管18和輸出34之間的導線相聯。
全文摘要
本發明涉及一種利用電網電壓產生高壓輸出的多功能偏壓電源，它包括高頻變壓器，全波整流電路、全橋逆變電路和觸發電路以及控制電路，電網電壓經全波整流電路和全橋逆變電路通入變壓器的初級繞組，變壓器的次級繞組與控制電路相聯，然后輸出，觸發電路與全橋逆變電路中開關管的基級相聯。本發明的功能可根據需要組合，輸出交流偏壓、直流偏壓和脈沖偏壓，且脈沖的頻率和波形可以調節，同時輸出電壓值可成倍增加。
文檔編號H03K3/02GK1075035SQ9210042
公開日1993年8月4日 申請日期1992年1月29日 優先權日1992年1月29日
發明者祁琦 申請人:武漢離子化學熱處理研究所