直流磁控濺射電源的製作方法
2023-05-28 17:29:01
專利名稱：直流磁控濺射電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種直流電源設備，特別涉及的是一種用於大型玻璃鍍膜生產線的直流磁控濺射電源。
現代建築鍍膜玻璃幾乎都採用直流磁控濺射(伴反應磁控濺射)的方法製備。由於玻璃面積大，必須用大型連續式玻璃鍍膜機，裝上大型磁控靶進行連續濺射鍍。大型磁控濺射靶所用直流電源的功率隨著面積的增大而增大。目前國內2000×1600m2(甚至2000×3300mm2)的玻璃所用磁控濺射靶的功率均在50KW以下。由於功率偏小，生產效率低，而且製作各種膜系較困難，同時由於在濺射期間打火飛弧不可避免，隨著功率的增大，對打火飛弧的保護技術也越發重要，難度也越來越大。打火飛弧時常導致燒壞保險，整流元器件及磁控濺射靶；濺射時要求電源採用的工作方式也僅限於一種電流方式，一擋電壓，不能滿足實際濺射時的負荷變化要求的濺鍍各種膜系的工藝要求。
鑑於以上原因，本實用新型的目的是為了提供一種能增大電源輸出功率，滿足大型高速濺射磁控靶的濺射工藝要求需要的直流磁控濺射電源。
本實用新型中有三相交流電源輸入電路，交流輸入端與三相交流電源輸入電路連接的三相可控橋式整流電路，輸入端與三相可控橋式整流電路連接的調節控制電路，與調節控制電路連接的可控矽觸發控制電路(參見
圖1、圖5)，可選用電流、電壓、功率三種工作方式和三種不同的工作電壓。
上述的直流磁控濺射電源輸出電路中串接有電感線圈L，調節控制電路中有電流閾N16B、電壓閾N16A，電壓閾N16A、電流閾N16B並聯後接到三極體V2的基極並可將信號送到三極體V1，在調節控制電路中還設有與三極體V1集電極連接的運放器N9，軟啟動電路V1、R26、C8接於運放器N9的輸入端，實現飛弧後的軟啟動(參見
圖1、圖3)，N16A、N16B可採用型號為LM339的比較器，V2可採用2N3703型，N9可採用OP07型運放器，改變電阻R26或電容C8可改變軟啟動的速度，電感線圈L和N16A、N16B、V2、V1形成了打火飛弧保護電路，使濺射靶工作正常、安全、可靠，並具有飛弧後自動恢復功能。
上述的調節控制電路中的輸入端有隔離運算放大器N1、N2(參見圖3)，N1、N2可採用AD289型運算放大器，可使調節控制單元正常工作。
上述的調節控制電路中有模擬乘法器N3(參見圖3)，將電壓和電流相乘後的以實時功率值參與電路調節運行，N3可採用型號為AD35型模擬乘法器。
上述的調節控制電路中有微分(D)電路N9、積分(I)電路N12、比例調節(P)電路N11(參見圖3)，N9、N12、N11採用OP07型運放器、使電路具有P.I.D調節功能，使工作更加平穩、可靠。
上述的三相可控橋式整流電路中有六隻可控矽V1～V0及其附屬電子元件R1～R12、C1～C12(參見圖6)，組成一個風冷式整體結構，體積小、結構緊湊。
上述的三相交流電源輸入電路中有裝於三相變壓器上的交流接觸器K2、K3、K4，調節控制電路中有與交流接觸器K2、K3、K4連通的光電耦合器N18～N24(參見圖2、圖3、圖6)，電壓檔選擇信號給出時，一方面使交流接觸器K2、K3、K4中的某一個工作，另一方面使調節控制電路中的相應電路接通，通過光電耦合器N18～N24完成電路轉換；同理，當工作方式的信號給出時，調節控制電路中的相應電路接通，通過光電耦合器完成電路轉換，光電耦合器N18—N24可採用H11F1型。
上述的可控矽觸發控制電路中有含三極體V3、V7、V11，雙基二極體V5、V9、V13、電容C16、C17、C18的鋸齒波發生器(參見圖4)。
本實用新型電源可獨立向磁控濺射靶供電，可輸出三種不同的電壓，通過改變三相變壓器次級抽頭的方式，實現各擋轉換，各擋輸出的最大電流可為160A、123A、100A、輸出功率均可為80KW，而電壓的細調可由調控電路實現，其運行方式可以是電流、電壓或功率方式，功率大，電路具有獨特可靠的打火飛弧保護電路，飛弧時能迅速斷弧，隨後即很快自動恢復到正常運行狀態，對濺射靶和電路有可靠的保護作用。電路中還有P.I.D調節功能，使在濺射各種膜系時，能根據不同工藝要求，選擇最佳的濺射運行狀態，濺射、鍍膜過程工作穩定，濺射率高，所鍍膜的質量優良，重複性好。本電源可廣泛應用於磁控濺射玻璃鍍膜生產線，其調控方式、打火飛弧保護也可廣泛應用於類似的濺射設備和其他電源的調控電路中。
以下結合附圖詳細說明本實用新型的實施例
圖1為本實用新型框圖。
圖2為本實用新型電源電氣原理圖。
圖3為調節控制電路電氣原理圖。
圖4為可控矽觸發控制電路電氣原理圖。
圖5為電源輸入部分電氣原理圖。
圖6為三相可控橋式整流電路電氣原理圖。
參見
圖1～圖6，本實用新型中有交流電源輸入電路1、由六隻可控矽V1～V6及其附屬電子元件R1～R12、C1～C12等組成的三相可控橋式整流電路2、調節控制電路3、可控矽觸發控制電路4，控制面板5。
三相電源經主控接觸器接至三相變壓器初級，變壓器次級經接觸器、保險器接至三相可控(全控)橋式整流器的交流輸入端，整流後，負端經電感線圈L後接到磁控濺射靶上，其正端經採樣電阻後接到陽極。從採樣電阻R0上取得的電流反饋信號和從輸出負端引出的電壓信號加到調節控制電路的相應輸入端子上(圖3中X2的1、7、8、10端子)，由於這兩個信號來自強電高壓端，而調節控制電路是低壓弱電部分，如果不採取有效的高低壓隔離措施，將有可能使調節控制電路無法正常工作，並可能損壞其元器件。故採用耐高壓的隔離運放器(N1、N2型號AD289)放大後再進行調節控制以電壓和功率方式工作時，電路還具有P.I.D調節功能，使工作更加平穩，可靠模擬乘法器N3。將電壓和電流相乘後以實時功率值產與電路調節運行。
從調節控制電路輸出的主檢信號送到觸發電路的輸入放大器N1(參見圖4)，同時還有一路經隔離放大的電流反饋信號(取自圖3中RP18)加到輸入放大器的同一端，以使閉環運行更加穩定，這二個信號經相加放大後，輸出去調節可控矽觸發電路中含三極體V3、V4、V7雙基二極體V5、V9、V13、電容C16、C17、C18鋸齒波發生器的頻率，以改變可控矽的導通角，從而達到調節和穩定輸出電壓的目的。
濺射運行中，打火飛弧是無法完全避免的，而打火飛弧的後果卻十分嚴重，可能導致燒壞靶子、燒壞電路元器件，引起總電源跳閘，從而使全車間或全廠停電，嚴重幹擾其他用電器或設備的正常運行，因此，本實用新型採用獨特的打火飛弧保護電路保護功能完善，可靠，並具有自動恢復正常運行的功能。本電路對已引起的打火或飛弧設置電流閾控制，即圖3中比較器(LM339)N16B，而對尚未打火飛弧而面臨打火飛弧危險的過高電壓設置電壓閥，即圖3中N16A，這樣既可預防打火飛弧的發生，又可對又發生的打火飛弧加以限制，不使其引起嚴重後果。從圖3中可看出，N16A、N16B中有一路輸出即可使V2導通，V2一導通將有兩個信號送出，因為二個比較器輸出端並聯後接到三極體V2(2N3703)的基極，所以一路使三極體V1導通，將輸入信號迅速降為零，同時阻弧燈亮，另一路送到觸發控制電路的V1三極體基極，使其導通，將鋸齒波發生器的輸入調節信號短路，由於可控矽失去觸閾信號，故立即停止輸出電壓，使飛弧立即消失，從而保護了靶子和電路元器件不致因劇增後電流所損壞，由於電源輸出電路中串聯有電感L，將使飛弧時電流增長的速度受到限制，也才能使飛弧保護電路真正起作用，所以電感L也是打火飛弧保護電路中不可缺少的元件，這是打火飛弧保護電路的作用之一，打火飛弧一消失，電路應立即恢復工作狀態，這是保護電路應完成的第二個作用，由於飛弧時的大電流(或未引起飛弧前的過高電壓)經上述「阻弧」過程已不復存在，那麼N16A或N16B、V2、V1均恢復正常狀態，N9的運放器(OP07)輸入信號經軟啟動電路R26、C8很快恢復到原來的值，整個電路也就恢復到原來的工作狀態，這一自動恢復電路非常簡要，可靠，從圖3電路中可以看出，三個電壓500V、650V、800V和三種工作的選擇由控制面板的按鈕或PLC等其他控制部分的控制信號控制，只要信號一到，電路便自動輸入所給控制信號所選擇的電壓和工作方式工作，互不影響。
三相可控橋式整流電路的六隻可控矽及其防護元件，組成一個風冷式整體結構，體積小、結構緊湊、可控矽夾固在帶散熱片的、厚度為100mm的銅塊間，銅塊尺寸為100mm×100mm×10mm，每塊上焊有10片100mm×40mm×2mm的散熱銅片，銅塊的側邊緊固在一膠木板上，外面再用筒形罩罩住夾固有可控矽的銅塊一側，φ200mm的軸流風機從下向上吹風冷卻可控矽。
圖5中的三相干式變壓器T1次級每相各有233V、300V、367V三個抽頭，外形尺寸為740mm×420mm×650mm。
本實施例中有500V、650V、800V三種不同的工作電壓和電流、電壓、功率三種工作方式可供選用，獨立向磁控濺射靶供電。
本實施例中所有元器件均裝在控電櫃中，櫃頂設置二個φ200軸流風機抽風冷卻，控電櫃面板上有操作按鈕和指示燈等，其外形尺寸為1250×900×1850mm3。
權利要求1.直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的直流磁控濺射電源中有三相交流電源輸入電路，交流輸入端與三相交流電源輸入電路連接的三相可控橋式整流電路，輸入端與三相可控橋式整流電路連接的調節控制電路，與調節控制電路連接的可控矽觸發控制電路。
2.如權利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的直流磁控濺射電源輸出電路中串聯有電感線圈L，調節控制電路中有電流閾N16B、電壓閾N16A，電壓閾N16A、電流閾N16B並聯後接到三極體V2的基極，並可將信號送到三極體V1，在調節控制電路中還設有與三極體V1集電極連接的運放器N9，軟啟動電路V1、R26、C8接於運放器N9的輸入端。
3.如權利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的調節控制電路中的輸入端有隔離運算放大器N1、N2。
4.如權利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的調節控制電路中有模擬乘法器N3。
5.如權利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的調節控制電路中有微分(D)電路N9、積分(I)電路N12、比例調節(P)電路N11。
6.如權利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的的三相交流電源輸入電路中有裝於三相變壓器上的交流接觸器K2、K3、K4，調節控制電路中有與交流接觸器K2、K3、K4連通的光電耦合器N18～N24。
7.如權利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特徵在於所述的三相可控橋式整流電路中有六隻可控矽V1～V6及其附屬電子元件R1～R12、C1～C12。
8.如權利要求1所述的直流電源濺射電源，其特徵在於所述的可控矽觸發控制電路中有含三極體V3、V7、V11，雙基二極體V5、V9、V13，電容C16、C17、C18的鋸齒波發生器。
專利摘要本實用新型提供了一種直流磁控濺射電源。有三相交流電源輸入電路，交流輸入端與三相交流電源輸入電路連接的三相可控橋式整流電路，輸入端與三相可控橋式整流電路連接的調節控制電路，與調節控制電路連接的可控矽觸發控制電路。飛弧時可迅速斷弧，隨後即能自動恢復到正常運行狀態，對濺射靶和電路有可靠的保護作用。在濺鍍各種膜系時，能根據不同工藝要求，選擇最佳的濺射運行狀態，工作穩定，濺射率高，質量優良，重複性好。
文檔編號C23C14/35GK2239438SQ9620686
公開日1996年11月6日 申請日期1996年3月8日 優先權日1996年3月8日
發明者許鏡明, 餘明心, 甘國工 申請人:甘國工