電源的IGBT功率模塊

在真空鍍膜中，由于直流磁控濺射的電源系統(tǒng)是一個(gè)高電壓、大電流的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所以電源系統(tǒng)的可靠性對(duì)鍍膜質(zhì)量有很大的影響。

一般情況下，采用一組高壓整流電路和一組電壓控制電路來(lái)提高電源系統(tǒng)的可靠性，但這兩組電路由于輸入和輸出阻抗不一致，使控制電路的可靠性降低。為此，提出了一種用 IGBT功率模塊構(gòu)成的直流磁控濺射電源系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。

該電源系統(tǒng)是由一個(gè)直流磁控濺射電源、一個(gè)功率變換器和一個(gè) IGBT功率模塊組成。該直流磁控濺射電源的工作原理是：直流磁控濺射電源提供高電壓和大電流，將直流電流轉(zhuǎn)換成高電壓和大電流，并將功率變換器輸出的高壓直流電流經(jīng) IGBT功率模塊變?yōu)榈蛪褐绷麟娏?。本方案采?IGBT功率模塊組成直流磁控濺射電源，并采用了同步整流技術(shù)及 PFC電路以提高其可靠性。

1直流磁控濺射電源系統(tǒng)的組成

直流電源由變壓器和整流橋組成，變壓器對(duì)電壓進(jìn)行升壓，整流橋?qū)﹄娏鬟M(jìn)行升壓。功率變換器采用了同步整流技術(shù)，輸出端有同步整流濾波電路。IGBT功率模塊的作用是將輸入的高壓直流電流轉(zhuǎn)換為低壓直流電流，輸出端有隔離的反激開(kāi)關(guān)電路，其輸出電壓為5V。

該系統(tǒng)可將直流電源轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制（PWM）控制的脈寬調(diào)制（PWM）交流電源，在整個(gè)控制過(guò)程中，采用了 PFC技術(shù)及 PID控制。采用此種控制方法能有效地提高直流電源的穩(wěn)定性，滿足高精度的要求。

2 IGBT功率模塊的電路結(jié)構(gòu)及工作原理

本文采用了 IGBT功率模塊（IGBT FET）構(gòu)成的直流磁控濺射電源，如圖1所示。其主要電路結(jié)構(gòu)是：主電路采用雙管正激電路，它由 IGBT功率模塊、整流橋、 PWM控制器、控制電路和保護(hù)電路組成。由圖1可知， IGBT功率模塊的開(kāi)關(guān)過(guò)程是：在主電路中，當(dāng)整流橋輸出電流大于 IGBT功率模塊的開(kāi)關(guān)閾值時(shí)， IGBT功率模塊導(dǎo)通，占空比大于90%。當(dāng)占空比小于90%時(shí)，輸出電流小于 IGBT功率模塊的開(kāi)關(guān)閾值。由圖1可知，采用雙管正激電路可以大大減小開(kāi)關(guān)過(guò)程中的導(dǎo)通損耗、開(kāi)關(guān)損耗和結(jié)溫。而 PWM控制器就是用來(lái)控制 IGBT功率模塊的通斷的。

3仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

仿真所用的電路結(jié)構(gòu)如圖6所示， IGBT模塊的主回路電路圖如圖7所示， IGBT模塊的開(kāi)關(guān)電源工作過(guò)程如圖8所示。由于本方案中 IGBT模塊是由同步整流電路和 PFC電路組成，所以該方案的仿真電路與實(shí)際電路基本一致。

為了驗(yàn)證該方案的可行性，將其用于實(shí)際，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在圖8 （a）中，用電壓取樣信號(hào)檢測(cè) IGBT模塊的工作狀態(tài)；在圖8 （b）中，用電流取樣信號(hào)檢測(cè) IGBT模塊的工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)直流電壓為800V時(shí)， IGBT模塊正常工作；當(dāng)直流電壓為1500V時(shí)， IGBT模塊處于過(guò)壓保護(hù)狀態(tài)。

4結(jié)論

采用 IGBT功率模塊組成的直流磁控濺射電源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①提高了電源的可靠性，當(dāng)功率變換器輸出高壓直流電流時(shí)，通過(guò) IGBT功率模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪褐绷麟娏?，從而大大提高了電源的可靠性；②可采用同步整流技術(shù)，提高了電源的輸入和輸出阻抗的一致性，從而提高了控制電路的可靠性；③采用 PFC電路和 IGBT功率模塊構(gòu)成的直流磁控濺射電源系統(tǒng)，能有效地抑制高頻干擾對(duì)電源系統(tǒng)的影響。

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