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CN111146967B - 一种高可靠沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源 - Google Patents

一种高可靠沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源，并设计了触发式脉冲引弧电源包括整流电路、电容充放电电路和触发控制电路三部分；当电弧主电源的输出电压高于空载输出电压的75％，或输出电流低于30A时，触发控制电路判定阴极电弧源处于熄弧状态，并触发脉冲信号，整流电路同步将交流电220V转换成直流电360V，并开始对电容充电，当充电电压达到360V，光晶闸管VS1自行关断，光晶闸管VS1可靠关断2ms后，触发控制电路给光晶闸管VS2发出一个导通触发脉冲信号，电容的电压通过光晶闸管VS2施加到阴极电弧源的陶瓷触发极上，为陶瓷表面的沿面击穿提供脉冲放电电压。

Description

一种高可靠沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源
技术领域
本发明属于功率脉冲电源技术领域，涉及一种与沿面击穿放电触发式脉冲引弧装置配套使用的专用功率电源。
背景技术
真空阴极电弧离子源是多弧离子镀膜设备的核心部件，由于真空阴极电弧离子源的弧光放电需要经历引弧过程，通过沿面击穿放电触发式引弧技术可提供初始等离子体引发电弧放电。触发式脉冲电源是引起电弧放电的一项关键技术，通常采用IGBT模块电路控制电路的导通和截止。但在实际的多弧离子镀膜工艺过程中，涂层会额外沉积在引弧装置的触发极上，随着涂层沉积厚度增加会导致其沿面位置的绝缘性能降低，电流迅速增大，高的电流变化率dI/dt会对IGBT器件造成过流冲击，而商用的IGBT器件的电压和电流容量比较有限，击穿电压低，耐过流量小，则有可能使IGBT过热或损坏，导致触发式脉冲引弧电源短路并损坏。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用光晶闸管模块设计的触发式脉冲电源电路，旨在解决沿面击穿触发式引弧电源的可靠性和效率问题。且电路结构设计简易，安全可靠，造价低廉，节省空间，便于推广应用。
本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源，包括：整流电路、电容充放电电路和触发控制电路三部分；整流电路包括熔断器FU1、变压器TV和整流桥U1，用于将交流电转换成直流电；电容充放电电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、光晶闸管VS1、光晶闸管VS2、电容C1、电容C2、电容C3、续流二极管U2、电感L，其中，光晶闸管VS1阴极连接电容C1、C2、C3正极，三组电容并联后经R2接至光晶闸管VS2阳极，光晶闸管VS2阴极分别连接电感L和续流二极管U2，电感L经限流电阻R3连接阴极电弧源触发极陶瓷沿面，所述电容充放电电路提供沿面击穿触发放电所需的脉冲电压；触发控制电路包括集成的触发控制电路板，其两路脉冲信号输出端分别连接光晶闸管VS1和VS2信号触发极，用于控制电容充放电的时序。
进一步的，所述电容充放电的频率为0.5Hz，即触发式脉冲引弧电源电路以0.5Hz的频率向触发极陶瓷沿面施加脉冲电压，直至沿面击穿放电引弧成功。
进一步的，当电弧主电源的输出电压高于空载输出电压的75％，或输出电流低于30A时，所述触发控制电路判定阴极电弧源处于熄弧状态，并触发脉冲信号。
进一步的，在触发脉冲信号时，整流电路同步将交流电220V转换成直流电360V，开始对电容C1、C2、C3充电；当充电电压达到360V，光晶闸管VS1自行关断；光晶闸管VS1可靠关断2ms后，触发控制电路给光晶闸管VS2发出一个导通触发脉冲信号，电容C1、C2、C3的电压通过光晶闸管VS2施加到阴极电弧源的陶瓷触发极上，为陶瓷表面的沿面击穿提供脉冲放电电压。
进一步的，触发控制板的启动接口和计数脉冲信号接口均连接PLC控制器。
进一步的，触发控制板接入主弧回路，用于反馈主回路电压电流。
综上所述，本发明通过上述特殊设计的光晶闸管模块所得到的触发式脉冲电源电路代替现有技术中IGBT模块电路控制电路导通和截止，以解决现有技术中存在的沿面击穿触发式引弧电源的可靠性和效率问题。本发明通过本发明具有以下有益效果：本发明电源结构简单，安全耐用，便于实现和产品小型化，经济成本低，同时提高触发工作的可靠性和引弧稳定性，可广泛与沿面击穿放电引弧装置配合使用。
附图说明
图1是本发明实施例中沿面击穿放电触发式引弧电源电路原理图。
图2是本发明实施例中沿面击穿放电触发式引弧电源工作原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更易于理解、掌握，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的沿面击穿放电触发式引弧电源电路原理图，包括：整流电路、电容充放电电路和触发控制电路三部分；整流电路包括熔断器FU1、变压器TV和整流桥U1；电容充放电电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、光晶闸管VS1、光晶闸管VS2、电容C1、电容C2、电容C3、续流二极管U2、电感L，可提供沿面击穿触发放电所需的脉冲电压，并通过光晶闸管的自关断特性控制，使充电过程和放电过程自然结束，避免了强制关断造成的过电压冲击；触发控制电路包括集成的触发控制电路板，控制电容充放电的时序。
当电弧主电源的输出电压高于空载输出电压的75％，或输出电流低于30A时，所述触发控制电路判定阴极电弧源处于熄弧状态，并触发脉冲信号，与此同时，整流电路同步将交流电220V转换成直流电360V，经限流电阻R1连接至光晶闸管VS1阳极，光晶闸管VS1阴极连接电容C1、C2、C3正极，三组电容并联后经R2接至光晶闸管VS2阳极，光晶闸管VS2阴极分别连接电感L和续流二极管U2，电感L经限流电阻R3连接阴极电弧源触发极陶瓷沿面。
由附图1可以看出，触发电路控制板两路脉冲信号输出端分别连接光晶闸管VS1和VS2信号触发极，当充电电压达到360V，光晶闸管VS1自行关断，光晶闸管VS1可靠关断2ms后，触发控制电路给光晶闸管VS2发出一个导通触发脉冲信号，电容C1、C2、C3的电压通过光晶闸管VS2施加到阴极电弧源的陶瓷触发极上，为陶瓷表面的沿面击穿提供脉冲放电电压。
另外，触发控制板的启停和计数脉冲信号连接PLC，触发控制板接入主弧回路，反馈主回路电压电流。电容充放电的频率为0.5Hz，即触发式脉冲引弧电源电路以0.5Hz的频率向触发极陶瓷沿面施加脉冲电压，直至沿面击穿放电引弧成功。
应用本实施例，沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源工作原理如图2所示，当电弧主电源的输出电压高于空载输出电压的75％，或输出电流低于30A时，触发控制电路判定阴极电弧源处于熄弧状态，并触发脉冲信号，整流电路同步将交流电220V转换成直流电360V，并开始对电容C1、C2、C3充电，当充电电压达到360V，光晶闸管VS1自行关断，光晶闸管VS1可靠关断2ms后，触发控制电路给光晶闸管VS2发出一个导通触发脉冲信号，电容C1、C2、C3的电压通过光晶闸管VS2施加到阴极电弧源的陶瓷触发极上，为陶瓷表面的沿面击穿提供脉冲放电电压。
以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源，其特征在于：触发式脉冲引弧电源包括整流电路、电容充放电电路和触发控制电路三部分；其中，整流电路包括熔断器FU1、变压器TV和整流桥U1，用于将交流电转换成直流电；电容充放电电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、光晶闸管VS1、光晶闸管VS2、电容C1、电容C2、电容C3、续流二极管U2、电感L，其中，光晶闸管VS1阴极连接电容C1、C2、C3正极，三组电容并联后经R2接至光晶闸管VS2阳极，光晶闸管VS2阴极分别连接电感L和续流二极管U2，电感L经限流电阻R3连接阴极电弧源触发极陶瓷沿面，所述电容充放电电路提供沿面击穿触发放电所需的脉冲电压；触发控制电路包括集成的触发控制电路板，其两路脉冲信号输出端分别连接光晶闸管VS1和VS2信号触发极，用于控制电容充放电的时序；
电容充放电的频率为0.5Hz，即触发式脉冲引弧电源电路以0.5Hz的频率向触发极陶瓷沿面施加脉冲电压，直至沿面击穿放电引弧成功；
当电弧主电源的输出电压高于空载输出电压的75％，或输出电流低于30A时，触发控制电路判定阴极电弧源处于熄弧状态并触发脉冲信号。
2.如权利要求1所述的一种沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源，其特征在于：在触发脉冲信号时，整流电路同步将交流电220V转换成直流电360V，开始对电容C1、C2、C3充电；当充电电压达到360V，光晶闸管VS1自行关断；光晶闸管VS1可靠关断2ms后，触发控制电路给光晶闸管VS2发出一个导通触发脉冲信号，电容C1、C2、C3的电压通过光晶闸管VS2施加到阴极电弧源的陶瓷触发极上，为陶瓷表面的沿面击穿提供脉冲放电电压。
3.如权利要求1所述的一种沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源，其特征在于：触发控制板的启动接口和计数脉冲信号接口均连接PLC控制器。
4.如权利要求1所述的一种沿面击穿放电触发式脉冲引弧电源，其特征在于：触发控制板接入主弧回路，用于反馈主回路电压电流。
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