穩(wěn)定可靠的直流電源是直流磁控濺射鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵，本文采用開關(guān)頻率為50 kHz 的半橋拓?fù)�，對主回路結(jié)構(gòu)和參數(shù)進行設(shè)計。以SG3525 控制芯片為核心，對控制回路按小信號模型建模，使用PI補償網(wǎng)絡(luò)，通過電阻負(fù)載實驗得到穩(wěn)定的直流。

　　普通濺射鍍膜技術(shù)具有濺射速率低、基片溫度升高的缺點，目前真空鍍膜中常采用磁控濺射技術(shù)來提高鍍膜質(zhì)量。磁控濺射的基本原理是低真空條件下的冷等離子體輝光放電^[1]，具有濺射速率高、重復(fù)性好、基片溫度低等優(yōu)點。磁控濺射方法有直流磁控濺射、非平衡磁控濺射、射頻磁控濺射和脈沖磁控濺射等^[2]。直流磁控濺射技術(shù)因鍍膜性能良好, 直流磁控電源簡單可靠、工作穩(wěn)定^[3]，在真空鍍膜中得到廣泛應(yīng)用。

　　隨著電子元器件的更新?lián)Q代，高頻開關(guān)電源技術(shù)得到了快速的發(fā)展，高頻開關(guān)電源以體積小、工作效率高、成本低等優(yōu)點，成為磁控濺射鍍膜中的重要部件。本文選用英飛凌IKW50N60H3高速IGBT 作為開關(guān)管, 采用對稱驅(qū)動半橋電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按單相220 V 輸入，最大額定輸出電壓Vomax=800 V，實際工作電壓Vo<700 V，最大額定輸出電流Iomax=2 A，開關(guān)頻率f=50 kHz，設(shè)計直流磁控電源。

1、主回路設(shè)計

　　電路實際輸出功率小于1.6 kW，以電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高為目的，選用對稱驅(qū)動半橋變換器。對稱驅(qū)動半橋變換器是Buck 變換器的理想隔離版本^[4]，回路設(shè)計簡單，元器件少，具有自動抗磁偏，調(diào)試方便的優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

　　在半橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中高頻整流環(huán)節(jié)有全波整流和全橋整流兩種形式;雖然全波整流比全橋整流所用整流管少，但是在輸出同樣電壓幅在半橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中高頻整流環(huán)節(jié)有全波整流和全橋整流兩種形式;雖然全波整流比全橋整流所用整流管少，但是在輸出同樣電壓幅值時，整流管承受的最大電壓是全橋整流電路的2 倍，由于設(shè)計電路輸出電壓較高，所以選擇全橋整流。

　　主回路電路如圖2 所示，電網(wǎng)單相輸入220 V電壓通過低頻整流、電容濾波得到半橋逆變電路的直流輸入電壓U，逆變器輸出電壓Vi，經(jīng)過變壓器升壓、高頻整流濾波后得到直流輸出。由于變壓器漏感的存在，為了減小漏感能量的影響增加了RCD 吸收電路。同理為了減小高頻整流管電壓振蕩峰值，增加了RC 吸收電路。

圖2 電源主回路結(jié)構(gòu)

5、結(jié)論

　　采用半橋逆變拓?fù)湓O(shè)計直流磁控電源，電路結(jié)構(gòu)簡單，理論成熟，成本低，電源體積小;控制回路、輸出濾波電感電容通過等效的Buck 電路設(shè)計，參數(shù)計算簡單可靠;圖2 中所示電容C1，C2，C3 參數(shù)的選擇：C1 選用大容量電解電容來滿足紋波和保持時間的要求，C2，C3 選用小容量電容起到變壓器動態(tài)抗磁偏的作用。由于各環(huán)節(jié)都理想化，采用小信號模型會存在一定誤差，但是對回路參數(shù)設(shè)計具有很好的指導(dǎo)作用。采用PI補償電路，系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性矛盾突出，但由于其參數(shù)設(shè)計方便，便于調(diào)節(jié)，在動態(tài)特性要求不高的情況下，是一個可靠選擇，通過電阻負(fù)載試驗可知紋波控制在3%內(nèi)。

參考文獻

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