[发明专利]多功能偏压电源

说明书

本发明涉及偏压电源，具体地说是一种用于等离子表面处理的多功能偏压电源。

常规的偏压电源主要有直流偏压，脉冲偏压和交流偏压，其中交流偏压的应用不太广泛。

一般直流偏压电源的电路如图1所述，在图1中，电路主要是由工频变压器和可控硅整流桥组成，改变可控硅导通角，可获得可调的直流偏压。值得提出的是，该电源的运用环境是真空容器，而且容器内充满等离子体，这些等离子体在偏压作用下作定向加速运动，轰击零件表面。如果零件表面不干净或因其它原因造成离子大量堆积于零件表面，都易造成低电压维持大电流放电现象产生，即弧光放电，俗称打弧。为了适当抑制打弧，直流偏压都设计有专门的灭弧电路，而灭弧电路性能的好坏，在很大程度上决定了整套电源的好坏。

直流偏压电源的优点是电路简单，易推广。缺点是不能主动抑制弧的产生，只能被动地对产生的弧进行抑制，因此，对于处理带有深孔，狭缝的零件它不适用，另外，可控硅的使用对电网有污染，而且控制方式不可能连续。

针对直流偏压电源的不足，脉冲偏压日益引起人们的重视。由于脉冲偏压的输出电量按一定频率提供，不管有没有弧产生，都以一定频率过零，使得电荷来不及积累，从而抑制了弧的产生，这是直流偏压不可能做到的。由于这个特点，脉冲偏压特别适用于深孔、狭缝工件，并能容易保证形状复杂工件的温度均匀。另外取消了可控硅移相，避免了对电网波形造成的干扰。

一般脉冲偏压电源的电路如图2所述，其电路主要由工频变压器、二级管整流桥和开关管组成，属直斩波电路。它虽然具有脉冲偏压的基本功能，但也存在着许多不足之处：

1、由于偏压电源的输出电压值一般在1000V左右，电源在几十安之间，也有一些从事热处理工艺的学者希望电压值能更高一些。这样，在上述电路中，就必须先通过工频变压器升压，经二级管整流，形成1000V或更高的直流电压，然后经开关管斩波，形成脉冲。这种设计思想将给实际应用带采一些困难。因为，热处理工艺过程需要多高电压、多大电流，开关管就不得不工作于该电压和该电流下，这样高电压，大功率功和高频率的开关元件在实际中很难获得，往往由于选不到所需开关元件，不得不降低整个电源的指标。

2、脉冲偏压的技术参数很多，如频率、波形甚至波形中的许多细节，象各种波形的上升率和下降率等。而热处理工件的材料和形状又是那么广泛，两者参数之间一定有最佳配合，一定有规律可循，这就需要脉冲偏压的技术参数能在一定的范围中调节，以选择最佳参数，提高工艺水平，而目前这种脉冲偏压电源是无法做到的。因为，上述电路中，开关管的保护电路一般是针对某个频率设计的。如果频率大幅度变化，将影响保护电路的效果。另外，该电路波形也难以随心所欲地加以控制，因为开关管只有工作于开关状态下损耗才小，而工作于模拟状态下损耗太大，并带来其它一些麻烦。

3、使用工频变压器，体积大。

本发明的目的主要是为了解决上述脉冲偏压电源存在的问题，提出一种多功能偏压电源，使其即可产主脉冲偏压，又具有直流偏压和交流偏压的功能。

为实现上述目的，本发明采用由高频变压器10，整流电流，逆变电路，触发电路和控制电路组成的利用电网电压产生高压输出的多功能偏压电源。其中，所述的高频变压器10的次级绕带有中心抽头，另两端各有若干个抽头，其次级绕组与控制电路相连，初级绕组与逆电路的输出相连，逆变电路的输入与整流电路的输入相连，整流电路的输入与电网相连，触发电路的四个输出分别与全桥逆变电路中的四个开关管(4、5、6、7)的基级相联。

控制电路是由整流部分、滤波部分和续流部分组成。其中，整流部分由二级管18和二极管19组成，二级管18的阳级与变压器10次级绕组上端若干个抽头相联，阴级与输出34相联，二级管19的阳级与次级绕组下端若干个抽头相联，阴级通过接触器32与中心抽头输出线中的P点相联，二级管18和二级管19的阴级之间通过接触器31相联，二级管18和二级管19上各并联一个接触器，在变压器10次级绕组的每个抽头上各接有一个接触器。滤波部分由电抗器和电容组成，电抗器联接在中心抽头与输出35之间P点到输出35之间，电抗器上并联有接触器，电容与接触器串联在输出34与输出35之间。续流部分由二级管22组成，该二级管的阳级与P点和电抗器之间的导线相联，阴级通过一个接触器21与二级管18和输出34之间的导线相联。    

本发明工作时，整流电路直接从电网取电压，经整流，输出直流500V电压，再经逆变电路做逆变，将直流500V电压逆变为约50KHZ的交流电压，再经高频变压器升至所需值，然后根据需要通过控制电路做各种形式的输出。

综上所述，本发明具有如下优点：