[發(fā)明專利]一種新型高功率高壓脈沖電源電路

有效

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• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103281004A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁兆光;程岐生
• 申請（專利權(quán)）人: 中山市昊源電器設(shè)備有限公司
• 主分類號: H02M9/06
• 分類號: H02M9/06
• 代理公司: 中山市科創(chuàng)專利代理有限公司 44211
• 代理人: 謝自安

[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及一種新型高功率高壓脈沖電源電路。

[背景技術(shù)]

高功率脈沖磁控濺射技術(shù)以其較高的金屬離化率近年來在國際真空領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，該技術(shù)是利用較高的峰值功率和較低的脈沖占空比來產(chǎn)生高濺射金屬離化，由于脈沖時間短，其平均功率并不高，陰極不會因過熱而增加靶的冷卻要求，其峰值功率是普通濺射的100倍，高達1000-3000W/c㎡；還有應(yīng)用該技術(shù)直接在金屬表面生成類金剛石膜層等等，而實現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是高功率脈沖電源。

對于高功率高電壓窄脈沖輸出電路，傳統(tǒng)的電路拓撲由全橋電路驅(qū)動升壓變壓器，然后全橋整流后直接輸出，又或者做成高壓直流輸出后以高壓大功率器件斬波獲得窄脈沖，這樣的電路會碰到以下問題：

1、高電壓大電流的快恢復(fù)二極管目前在國內(nèi)價格昂貴，并且采購困難。采用分開多路整流后再串聯(lián)系的方法也是欠妥，因為多數(shù)管子封裝的絕緣電壓只能是AC2500V及以下，而且分開多路后，驅(qū)動同步是一大難點，整流電路上的高壓點便分布開，使絕緣工作變得困難，日后長期的使用中留下隱患。

2、高壓大功率斬波器件目前國內(nèi)外均難以采購而且價格昂貴，還有耐高壓大電流器件關(guān)斷速度、拖尾電流等多項指標并不理想。

3、對于容性負載，全橋整流電路在死區(qū)時間的輸出阻抗理論是無窮大的，所以輸出脈沖波形的下降沿視容性負載不同，有不同程度的拖尾。

因此，有必要解決如上問題。

[發(fā)明內(nèi)容]

本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，實現(xiàn)容易的新型高功率高壓脈沖電源電路。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：

一種新型高功率高壓脈沖電源電路，包括有順次連接的用于提供初步穩(wěn)定直流電壓的前級穩(wěn)壓電源1，用于控制前級穩(wěn)壓電源1輸出脈動直流電壓的脈沖控制電路2，以及用于對輸入脈動直流電壓進行升壓后輸出不對稱正負方波的升壓變壓器電路3，所述脈沖控制電路2包括有與升壓變壓器電路3一輸入端串聯(lián)連接的用于控制前級預(yù)穩(wěn)壓電路1電壓輸入的開關(guān)管Q2、并聯(lián)在升壓變壓器電路3兩輸入端之間用于控制升壓變壓器電路3輸入端短接的開關(guān)管Q3、以及用于控制開關(guān)管Q2和開關(guān)管Q3的導(dǎo)通與關(guān)斷的脈沖發(fā)生器21，所述脈沖發(fā)生器21上連接有用于控制脈沖發(fā)生器21向開關(guān)管Q2和開關(guān)管Q3輸出互補PWM脈沖的控制器5，所述前級穩(wěn)壓電源1控制信號輸入端與控制器5連接，所述升壓變壓器電路3一輸出端串聯(lián)有用于輸出穩(wěn)定直流電壓以抬高升壓變壓器電路3輸出的不對稱正負方波中的負周期至零點的補償電容C3，所述補償電容C3兩端并聯(lián)有受控制器5控制的用于向補償電容C3兩端加載所需穩(wěn)定直流電壓的穩(wěn)壓補償電源4，所述升壓變壓器電路3另一輸出端與補償電容C3另一端作為本電路高功率高壓脈沖的電壓輸出端。

所述升壓變壓器電路3包括有串聯(lián)連接的升壓變壓器T1和電容C2，升壓變壓器T1初級繞組一輸入端通過開關(guān)管Q2與前級穩(wěn)壓電源1一輸出端連接，升壓變壓器T1初級繞組另一輸入端通過電容C2與前級穩(wěn)壓電源1另一輸出端連接，所述開關(guān)管Q3并聯(lián)在升壓變壓器電路3兩輸入端之間，升壓變壓器T1次級繞組一輸出端與補償電容C3一端連接。

所述前級穩(wěn)壓電源1輸入端通過一個三相全波整流橋6接三相交流電。

所述前級穩(wěn)壓電源1包括有開關(guān)管Q1、電感L1、二極管D1、以及電容C1，所述開關(guān)管Q1集電極與三相全波整流橋電路6一輸出端連接，開關(guān)管Q1發(fā)射極與電感L1一端、二極管D1負極相連接，開關(guān)管Q1基極與控制器5控制信號輸入端連接，所述電感L1另一端與電容C1一端相連接后作為前級穩(wěn)壓電源1一輸出端，二極管D1正極與電容C1另一端相連接后作為前級穩(wěn)壓電源1另一輸出端。

所述穩(wěn)壓補償電源4采用DC/DC隔離變壓器電路，DC/DC隔離變壓器電路的輸入端與三相全波整流橋6輸出端連接。

所述控制器5上還連接有用于檢測升壓變壓器電路3輸入輸出端、穩(wěn)壓補償電源4輸出端電壓大小的電壓傳感器檢測裝置7。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、控制簡單，開關(guān)管Q2、Q3與升壓變壓器T1組成不對稱半橋電路，開關(guān)管Q2由窄脈沖驅(qū)動，驅(qū)動脈沖的寬度、周期與輸出目標脈沖一致，開關(guān)管Q3在留下必要的死區(qū)時間后與開關(guān)管Q2相互導(dǎo)通與關(guān)斷，可迅速下拉升壓變壓器T1的輸出電壓。

2、適用于高功率高電壓窄脈沖輸出的電源，通過控制前級穩(wěn)壓電源的輸出電壓，以及控制開關(guān)管Q2、Q3的占空比，可以得到與所需高功率高電壓窄脈沖周期相同的不對稱正負方波。