[發(fā)明專(zhuān)利]一種高可靠沿面擊穿放電觸發(fā)式脈沖引弧電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911353705.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111146967B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣釗;肖更竭;周暉;鄭軍;趙棟才;楊拉毛草;魏廣;張騰飛;張延帥;貴賓華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H02M9/04
• 分類(lèi)號(hào): H02M9/04;H03K3/57
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;楊志兵

本發(fā)明公開(kāi)了一種沿面擊穿放電觸發(fā)式脈沖引弧電源，并設(shè)計(jì)了觸發(fā)式脈沖引弧電源包括整流電路、電容充放電電路和觸發(fā)控制電路三部分；當(dāng)電弧主電源的輸出電壓高于空載輸出電壓的75％，或輸出電流低于30A時(shí)，觸發(fā)控制電路判定陰極電弧源處于熄弧狀態(tài)，并觸發(fā)脈沖信號(hào)，整流電路同步將交流電220V轉(zhuǎn)換成直流電360V，并開(kāi)始對(duì)電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到360V，光晶閘管VS1自行關(guān)斷，光晶閘管VS1可靠關(guān)斷2ms后，觸發(fā)控制電路給光晶閘管VS2發(fā)出一個(gè)導(dǎo)通觸發(fā)脈沖信號(hào)，電容的電壓通過(guò)光晶閘管VS2施加到陰極電弧源的陶瓷觸發(fā)極上，為陶瓷表面的沿面擊穿提供脈沖放電電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率脈沖電源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種與沿面擊穿放電觸發(fā)式脈沖引弧裝置配套使用的專(zhuān)用功率電源。

背景技術(shù)

真空陰極電弧離子源是多弧離子鍍膜設(shè)備的核心部件，由于真空陰極電弧離子源的弧光放電需要經(jīng)歷引弧過(guò)程，通過(guò)沿面擊穿放電觸發(fā)式引弧技術(shù)可提供初始等離子體引發(fā)電弧放電。觸發(fā)式脈沖電源是引起電弧放電的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通常采用IGBT模塊電路控制電路的導(dǎo)通和截止。但在實(shí)際的多弧離子鍍膜工藝過(guò)程中，涂層會(huì)額外沉積在引弧裝置的觸發(fā)極上，隨著涂層沉積厚度增加會(huì)導(dǎo)致其沿面位置的絕緣性能降低，電流迅速增大，高的電流變化率dI/dt會(huì)對(duì)IGBT器件造成過(guò)流沖擊，而商用的IGBT器件的電壓和電流容量比較有限，擊穿電壓低，耐過(guò)流量小，則有可能使IGBT過(guò)熱或損壞，導(dǎo)致觸發(fā)式脈沖引弧電源短路并損壞。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種采用光晶閘管模塊設(shè)計(jì)的觸發(fā)式脈沖電源電路，旨在解決沿面擊穿觸發(fā)式引弧電源的可靠性和效率問(wèn)題。且電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，安全可靠，造價(jià)低廉，節(jié)省空間，便于推廣應(yīng)用。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種沿面擊穿放電觸發(fā)式脈沖引弧電源，包括：整流電路、電容充放電電路和觸發(fā)控制電路三部分；整流電路包括熔斷器FU1、變壓器TV和整流橋U1，用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電；電容充放電電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、光晶閘管VS1、光晶閘管VS2、電容C1、電容C2、電容C3、續(xù)流二極管U2、電感L，其中，光晶閘管VS1陰極連接電容C1、C2、C3正極，三組電容并聯(lián)后經(jīng)R2接至光晶閘管VS2陽(yáng)極，光晶閘管VS2陰極分別連接電感L和續(xù)流二極管U2，電感L經(jīng)限流電阻R3連接陰極電弧源觸發(fā)極陶瓷沿面，所述電容充放電電路提供沿面擊穿觸發(fā)放電所需的脈沖電壓；觸發(fā)控制電路包括集成的觸發(fā)控制電路板，其兩路脈沖信號(hào)輸出端分別連接光晶閘管VS1和VS2信號(hào)觸發(fā)極，用于控制電容充放電的時(shí)序。

進(jìn)一步的，所述電容充放電的頻率為0.5Hz，即觸發(fā)式脈沖引弧電源電路以0.5Hz的頻率向觸發(fā)極陶瓷沿面施加脈沖電壓，直至沿面擊穿放電引弧成功。

進(jìn)一步的，當(dāng)電弧主電源的輸出電壓高于空載輸出電壓的75％，或輸出電流低于30A時(shí)，所述觸發(fā)控制電路判定陰極電弧源處于熄弧狀態(tài)，并觸發(fā)脈沖信號(hào)。

進(jìn)一步的，在觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí)，整流電路同步將交流電220V轉(zhuǎn)換成直流電360V，開(kāi)始對(duì)電容C1、C2、C3充電；當(dāng)充電電壓達(dá)到360V，光晶閘管VS1自行關(guān)斷；光晶閘管VS1可靠關(guān)斷2ms后，觸發(fā)控制電路給光晶閘管VS2發(fā)出一個(gè)導(dǎo)通觸發(fā)脈沖信號(hào)，電容C1、C2、C3的電壓通過(guò)光晶閘管VS2施加到陰極電弧源的陶瓷觸發(fā)極上，為陶瓷表面的沿面擊穿提供脈沖放電電壓。

進(jìn)一步的，觸發(fā)控制板的啟動(dòng)接口和計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)接口均連接PLC控制器。

進(jìn)一步的，觸發(fā)控制板接入主弧回路，用于反饋主回路電壓電流。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)上述特殊設(shè)計(jì)的光晶閘管模塊所得到的觸發(fā)式脈沖電源電路代替現(xiàn)有技術(shù)中IGBT模塊電路控制電路導(dǎo)通和截止，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的沿面擊穿觸發(fā)式引弧電源的可靠性和效率問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全耐用，便于實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品小型化，經(jīng)濟(jì)成本低，同時(shí)提高觸發(fā)工作的可靠性和引弧穩(wěn)定性，可廣泛與沿面擊穿放電引弧裝置配合使用。

附圖說(shuō)明