[實用新型]電感儲能式PCB鍍銅高速正反脈沖電源

有效

• 申請號: 202020681413.1
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN212115164U
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 侯鴻斌;施佳抄;鄧志克;趙海濤
• 申請（專利權）人: 廣州精原環保科技有限公司;深圳市華源脈沖科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 上海微策知識產權代理事務所(普通合伙) 31333
• 代理人: 李萍

本實用新型提供一種電感儲能式PCB鍍銅高速正反脈沖電源，包括正向供電直流電源、反向脈沖電感儲能充電電源、儲能電感模塊、正反脈沖切換功率模組、正負脈沖電源數字控制系統。本實用新型解決了現有PCB鍍銅使用正反脈沖電源的實現方案中的電能轉換效率低，系統穩定性低，輸出電流失真等系統性問題，實現了高效、可靠的正反脈沖電源輸出系統，比現有技術方案大大降低了開關損耗，也提高了開關機器的可靠性，整機效率可達到85～92％；輸出電流控制魯棒性較高，且充分克服電源與負載連接之間的導線電感和電阻的影響，而產生不失真的反向脈沖波形。

技術領域

本實用新型涉及到脈沖功率技術領域，具體涉及到電感儲能式PCB鍍銅高速正反脈沖電源。

背景技術

隨著當前5G通訊技術的推廣和應用，作為電子元器件載體的PCB(Printedcircuit boards)印刷電路板迎來了新的工藝要求。鍍銅作為PCB板制程中的重要環節，其新的工藝要求包括：板厚加厚，線路寬度更細，厚徑比越來越高，高縱橫比的填盲孔工藝，載板填通孔等。

傳統PCB的電鍍銅工藝是通過直流電源來進行加工生產，其并不能滿足5G PCB板的工藝要求。目前能夠滿足5G PCB板鍍銅工藝要求的是脈沖電鍍工藝，而脈沖電鍍工藝的核心是正反脈沖電源設備。為了達到脈沖電鍍工藝的需求，脈沖電流的峰值需求越來越高，根據不同的應用，輸出電流范圍400-5000A，脈沖時間寬度需要達到0.1ms的控制精度。因而，隨著5G等電子行業的發展，節能高效可靠的脈沖電源設備是支撐電子工業發展的重要環節。

目前在PCB行業現有采用的正反脈沖電源技術方案皆為兩步式的功率轉換方式，功率轉換流程如下：第一次功率變換，從電網市電的高壓交流電通過整流電源設備轉化為恒定電壓的低壓直流電，主要方式是通過IGBT開關器件，進行高頻(15-20Khz)的逆變，然后通過高頻變壓器和整流電路來實現從市電轉換為低壓的直流電。第二次功率變換，是低壓直流電通過高頻橋式電路逆變為設定的正反脈沖電流的輸出，主要方式是通過由大量分立Mosfet器件并聯而成的橋式電路(根據供電形式的不同采用全橋式或半橋式的電路)，進行高頻斬波(50-100Khz)，然后通過電感和電容組成的濾波網絡輸出到PCB電鍍槽體的負載6中。上述方案的主要存在三個缺點：

(1)電源功率轉換效率低：

鑒于電鍍銅的化學電位需求，鍍銅電源的輸出電壓一般在4V以下，而輸出電流可達到400-5000A，故屬于低壓大電流的電源設備。現有的電源方案采用了兩次的功率變換，在低壓大電流的轉換場合中，從市電轉化為低壓直流電時的第一次轉換的效率一般在80-90％之間。而由于需要實現100us級別的動態響應，故橋式斬波電路的開關頻率需要達到50-100Khz之間，且通斷的電流都為KA級別，故第二次功率轉換效率小于80％。所以綜合整個系統的效率在64-72％之間，有36-28％的電能隨著熱量而消耗掉，且需要工廠配置更大的能卻系統來進行冷卻，從而消耗更多的電能。

(2)電源系統故障點多：

從電源使用的功率器件的角度來考慮，IGBT與Mosfet由于都處于高頻的開關狀態，故皆為潛在的故障風險。而且由于輸出電流的范圍需到達5000A，即使按照現在全球領先的德國功率半導體企業Infineon(英飛凌)Mosfet低壓產品線，也需要400只以上的分立Mosfet并聯，以實現全橋或者半橋斬波電路，這就會使得系統的可靠性隨著并聯元件的數量增加而降低。

(3)輸出電流控制魯棒性低：

PCB的鍍銅生產，需要穩定的電流輸出。現有的輸出電流控制方案采用高頻斬波電路來實現，通過高速的反饋電路來實現輸出電流的動態反饋控制。由于每個應用的場景下，電源到槽體的輸出線路的電感，槽體上的負載電容和電阻的變化，為閉環控制造成比較大的影響，從而導致系統控制閉環的魯棒性不強，最終導致輸出電流的超調，或者欠輸出的失真情況出現，直接導致銅結晶的變化，而出現線路的缺陷。

實用新型內容