專利名稱：用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于交流和直流之間用于電源或類似的電力系統(tǒng)的變換設(shè)備，確切說，本實(shí)用新型涉及離子化學(xué)和表面熱處理中所應(yīng)用的調(diào)制式離子電源。
機(jī)械行業(yè)中，為了改善機(jī)械零件的表面質(zhì)量和機(jī)械性能，廣泛采用離子化學(xué)及表面熱處理工藝，在離子化學(xué)及表面熱處理設(shè)備中，離子電源是關(guān)鍵部件，工件在真空爐體中，要經(jīng)過清理、打弧、升溫、保溫、降溫等階段，在清理打弧時(shí)，要求電源提供一定能量的弧光放電，通過打弧清除工件上殘留的油污，但又不能損壞工件，在升溫，保溫階段所產(chǎn)生的輝光放電，也必須防止由于氣壓等諸多工藝參數(shù)的變化而導(dǎo)致的弧光放電，為此，要求所用的離子電源裝置不僅能夠提供上千伏的直流電壓，同時(shí)必須具備可靠的滅弧措施，用以滿足嚴(yán)格的工藝要求。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為完成上述工藝處理所用的離子電源線路有兩種，一種為普通可調(diào)直流電源；另一種為直流脈沖電源。九三年及九四年，中鐵科學(xué)技術(shù)開發(fā)公司及武漢市等離子體技術(shù)研究所均向社會(huì)公開發(fā)行了上述脈沖電源的使用說明書。
目前所采用的普通直流電源線路是將工頻交流電壓升壓后經(jīng)可控硅整流成為連續(xù)可調(diào)直流電壓，為避免大的弧光放電，電源接有振蕩回路，并有電流截止反饋。這種直流離子電源可以滿足一般工件處理中的工藝要求，但卻無法達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)要求，它的缺陷在于①由于連接有一定的電阻值的限流電阻，將損耗整個(gè)電源20％～30％的電能。②對(duì)于帶有深孔，狹縫的工件，易產(chǎn)生空心陰極效應(yīng)，為避免這種效應(yīng)的產(chǎn)生，待處理工件須屏蔽，使工序繁鎖，③電壓、電流、氣壓、溫度等各參數(shù)相互關(guān)連，不便獨(dú)立調(diào)節(jié)，給控制和操作帶來困難。
直流脈沖電源是近年來開拓的新的離子電源產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)特征是在直流電源后加一斬波器，輸出固定頻率(如1000HZ)的脈沖電壓，通過調(diào)節(jié)脈沖幅值和寬度得到不同功率的輸出，上述改進(jìn)雖然克服了直流電源的不足，但仍存在下述缺點(diǎn)①在弧光放電時(shí)，必須減小脈沖寬度以避免大的弧光能量損壞工件及電路上的其它器件，由于脈沖寬度過窄，使得輸出功率極小，迫使工件打弧時(shí)間過長，影響效率。
②頻率低，抑制空心陰極效果不是最佳，使得工件上直徑小的深孔或狹縫不能得到處理。
③檢測控制弧光放電電路復(fù)雜，影響電源可靠性。
④線路復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。
為克服上述二種電源存在的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效率的調(diào)制式離子電源，其對(duì)工件離子化學(xué)和表面熱處理中的清理，打弧優(yōu)于現(xiàn)有的脈沖電源，提高功率，縮短打弧時(shí)間，有效的抑制空心陰極效應(yīng)，并可使工藝參數(shù)獨(dú)立調(diào)節(jié)，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制操作也十分簡單。且線路簡單，成本低廉。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案將調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于離子化學(xué)及表面熱處理工藝所使用的離子電源中。具體實(shí)施方案在直流電源后邊加一特殊斬波器環(huán)節(jié)，使其輸出脈沖幅度和寬度為可調(diào)直流脈沖，該脈沖為高、低頻率混合調(diào)制，以高頻(數(shù)十千赫)為基波，調(diào)制成低頻(數(shù)千赫)脈沖。通過功放級(jí)，將此調(diào)制信號(hào)控制開關(guān)管柵極，構(gòu)成直流電源后增加特殊的斬波器環(huán)節(jié)。
現(xiàn)結(jié)合附圖及實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本新型結(jié)構(gòu)特征及工作原理。


圖1為本實(shí)用新型原理方框圖。
圖2為本實(shí)用新型裝置線路主回路線路圖。
圖3－A為本實(shí)用新型觸發(fā)控制線路圖實(shí)施例。(以下簡稱控制電路)圖3－B為本新型觸發(fā)控制線路的又一實(shí)施例。
圖3－C為本新型觸發(fā)控制線路的另一實(shí)施例。
圖4－A為未經(jīng)調(diào)制的高頻信號(hào)，圖4－B為低頻信號(hào)，圖4－C為高，低頻混合后的信號(hào)。
圖5為調(diào)制式離子電源組合控制柜。
其中
圖1中的1為已有技術(shù)中的可調(diào)直流電源。2為斬波器，該斬波器是由開關(guān)管與圖3(包含圖3－A，圖3－B，圖3－C)觸發(fā)控制線路組合為一體。3為續(xù)流限流環(huán)節(jié)。方框圖的E，F(xiàn)為接連爐體端線。
由
圖1可知，當(dāng)斬波器中的開關(guān)管工作于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管導(dǎo)通，電路中有電流流過；當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉，電路中電流為零。
圖2中，(整流橋?yàn)橐延屑夹g(shù))，斬波器中的開關(guān)管采用N1與N2復(fù)合連接方式，也可采用單一開關(guān)管與觸發(fā)控制線路連接。開關(guān)管的集電極與續(xù)流限流電路連接。該續(xù)流限流電路由二極管D與線圈L構(gòu)成，二極管與線圈結(jié)合點(diǎn)與開關(guān)管N2的集電極連接。開關(guān)管的發(fā)射極與直流電源連接，柵極接控制線路。
圖3－A為本實(shí)用新型觸發(fā)控制線路的實(shí)施例，該實(shí)施例中采用二片TL494芯片。芯片TL494A 與 腳分別與電位器W3連接，電位器活動(dòng)端與芯片 及④腳相連；芯片⑧腳通過R4接地，該電阻與⑧腳相連端與芯片TL494B的④腳相連，芯片TL494A⑥腳通過R3與電位器W2的一固定端連接，電位器W2的活動(dòng)端與該電位器另一固定端與地連接。TL494A與TL494B的⑤腳通過電容C1、C2與地相連。芯片TL494A③腳通過電阻R2與二極管D1、D2及電阻R1相接，R1另一端接地。二極管D1的負(fù)極與D2的正極的連接點(diǎn)與芯片TL494A的①腳相連。芯片TL494B的 腳與電位器W1固定端連接，W1的另一固定端接地；W1的活動(dòng)端與芯片TL494B的③腳相連，芯片TL494B的⑩腳與⑨腳相接后輸出至功放級(jí)(可為任何形式的功放電路)的輸入端；功放級(jí)的輸出端信號(hào)送至開關(guān)管的柵極。TL494B的⑥腳通過R5與電位器W4的一固定端連接，電位器另一端與W4的活動(dòng)端相接并接地。
現(xiàn)將上述觸發(fā)控制線路工作原理詳細(xì)闡述如下芯片TL494B，振蕩器電路R5、C2、W4將產(chǎn)生幾十KHZ以上的振蕩頻率，輸出端將產(chǎn)生相應(yīng)頻率的方波，該波形的占空比b]]>調(diào)節(jié)范圍為0％－95％④腳作為脈沖封鎖端，當(dāng)電位呈高位時(shí)，輸出端方波被鎖定，輸出為零電位，當(dāng)④腳為低電位時(shí)，則輸出端輸出為方波，其波形圖如圖4－A所示。
芯片TL494A，振蕩頻率為1KHZ左右。輸出端⑧腳可輸出相應(yīng)頻率的方波，該方波的占空比A]]>的上限由W3鎖定，根據(jù)離子電源恒流特性要求，使③腳電位不斷變化，迫使A]]>也在0％～95％之間變化，從而可達(dá)到恒流目的。該方波輸出波形見圖4－B。該方波從TL494A⑧腳輸入至TL494B的④腳，對(duì)TL494B的高頻方波進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的波形從TL494B的⑨⑩腳輸出，波形圖如圖4－C所示。
圖3－B為本實(shí)用新型觸發(fā)控制線路的又一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，芯片采用SG3524，在SG3524A中，①腳與D1負(fù)極、D2正極、R3，R4的一端相連，R4另一端接地，R3的另一端與SG3524A的⑨腳相連；D1的正極與D2的負(fù)極與②腳相接并輸入電流反饋信號(hào)Vin，⑥腳通過電阻R2與電位器W3的固定端連接，固定端的另一點(diǎn)與地連接，W3的活動(dòng)點(diǎn)與R2一端連接；⑦腳通過電容C2接地。⑩腳與電位器W4的活動(dòng)端連接，電位器的固定端與 腳相連，另一固定端接地。 腳一方面通過電阻R5與電源正極相連，同時(shí) 腳與SG3524B的⑩腳相連，SG3524B的⑨腳與電位器W2的活動(dòng)端相接，電位器W2的一固定端接地，另一固定端與 腳相連。SG3524B的⑥腳通過電阻R1與電位器W1的固定端相連，其W1的活動(dòng)端與另一固定端接地。SG3524B的輸出端 腳至功放級(jí)的輸入端，功放級(jí)的輸出端信號(hào)送至開關(guān)管的柵極。
該實(shí)施例的工作原理與相應(yīng)波形同圖3－A相同，在此不再復(fù)述。
圖3－C為本實(shí)用新型觸發(fā)控制線路的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，芯片采用SG3525(含SG3527，SG3525與SG3527僅僅是反相位)，與圖3－B所用芯片SG3524不同點(diǎn)在于，其振蕩回路R1，C1，W1及R2，C2，W2是與芯片SG3525A，SG3525B的⑤⑥二腳相連。其工作原理與波形皆與圖3－A所用芯片TL494A與TL494B相同，此間不在復(fù)述。
圖5為調(diào)制式離子電源組合控制柜，其中1為電流顯示，2為電壓顯示，3為真空計(jì)，4為溫度計(jì)，5為斬波觸發(fā)儀，67為流量計(jì)。
從上述所列舉的三個(gè)實(shí)施例中，不難看出本調(diào)制式離子電源可采用任何芯片連接，其振蕩回路電容，電阻及電位器，依據(jù)各芯片引腳特征，分別接在芯片振蕩端上，低頻脈沖輸出端從一個(gè)芯片輸出，送入另一芯片的脈沖封鎖端上。芯片的輸出端至功放級(jí)的輸入端，功放級(jí)的輸出端接在開關(guān)管的柵極。
在上述三種實(shí)施線路圖中，凡出現(xiàn)“︽”符號(hào)，均表示該點(diǎn)引腳被接于本實(shí)用新型的外圍線路中。
從上述三種實(shí)施例中看出，本實(shí)用新型充分體現(xiàn)了發(fā)明人技術(shù)改進(jìn)的主導(dǎo)思想即將調(diào)制技術(shù)應(yīng)用在離子化學(xué)和表面熱處理工藝中所使用的一種新型調(diào)制式離子電源中，解決了長期以來機(jī)械工件熱處理中存在的種種不盡人意的問題，它在以下三方面充分體現(xiàn)本發(fā)明所產(chǎn)生的積極效果①由于在頻率f1(1／TA)中包含更高的頻率f2(1／TB)，使?fàn)t體電流持續(xù)時(shí)間有了一個(gè)上限，不必象現(xiàn)有技術(shù)中將打弧清洗階段中占空比調(diào)到很小，現(xiàn)有技術(shù)中一般為2％。本實(shí)用新型采用上述方法及技術(shù)措施，仍可在打弧清洗階段做到大占空比的輸出。例如TB＝25μS，T′B＝20μS，B＝20／25＝80％，這意味著在弧光清洗階段時(shí)本實(shí)用新型能保持大的功率輸出，從而有效地縮短了開爐時(shí)間，進(jìn)而提高了工作效率，從試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)判斷，本發(fā)明清洗效果遠(yuǎn)優(yōu)于普通直流電源，所用于清洗時(shí)間僅為前者的1／2～1／3。
②高頻f2抑制空心陰極的效應(yīng)遠(yuǎn)勝于低頻，所以更有效地對(duì)深孔狹縫工件進(jìn)行離子熱處理。
③本實(shí)用新型對(duì)爐體電流能有效地控制，所以弧光電流檢測線路十分簡單。使成本降低。
④各工藝參數(shù)(指用于線路中各振蕩回路參數(shù))可獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而使用靈活，控制簡單方便。
權(quán)利要求1.一種用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源，包含一可調(diào)直流電源，一續(xù)流限流環(huán)節(jié)，其特征在于該離子電源是在可調(diào)直流電源后加一由開關(guān)管及觸發(fā)控制電路組成的特殊斬波器環(huán)節(jié)，其中的開關(guān)管發(fā)射極與可調(diào)直流電源連接，集電極與續(xù)流電路中的二極管與線圈結(jié)合點(diǎn)連接，柵極接控制線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源，其特征在于所述的控制線路采用芯片TL494A及TL494B，芯片⑤腳通過電容接地，⑥腳通過電阻，電位器接地，電位器的活動(dòng)端與電位器一固定端相接，TL494A芯片 ， 腳分別與電位器二固定端相接，該電位器活動(dòng)端與 腳④腳相接，TL494B芯片 腳與電位器一固定端相接，該電位器活動(dòng)端與3腳相連，TL494A⑧腳通過一電阻拉地，⑧腳同時(shí)與TL494B④腳相接，TL494B⑨⑩腳輸出至功放極輸入，功放級(jí)輸出至開關(guān)管柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源，其特征在于所述的控制線路采用芯片SG3524A及SG3524B，芯片⑦腳通過電容接地，⑥腳通過電阻、電位器接地，電位器的活動(dòng)端與電位器另一固定端相接，SG352412端通過電阻接電源正極，同時(shí) 腳與SG3524B⑩腳相連，GS3524A⑩腳與電位器活動(dòng)端連接，GS3524B的⑨腳與另一電位器活動(dòng)端連接，上述二電位器的固定端分別與各芯片 腳連接，另一固定端接地，SG3524B 端輸出至功放級(jí)輸入端，功放級(jí)的輸出端與開關(guān)管柵極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源，其特征在于所述的控制線路采用SG3525(含芯片SG3527)，芯片⑤腳通過電容接地，⑥腳通過電阻、電位器接地，電位器的活動(dòng)端與電位器另一固定端相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源，其特征在于所述的控制線路可采用任何芯片連接，其振蕩回路依據(jù)各芯片引腳分別按在芯片振蕩端上，從其芯片輸出端至功放級(jí)的輸入端，功放的輸出端接至開關(guān)管的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于離子化學(xué)和表面熱處理中的調(diào)制式離子電源，其特征在于低頻脈沖輸出端從一個(gè)芯片輸出，送入另一芯片的脈沖封鎖端。
專利摘要本實(shí)用新型屬于交流和直流(脈沖)之間以及用于電源的變換方法及其設(shè)備，確切說，本實(shí)用新型涉及一種調(diào)制式離子電源。該調(diào)制式離子電源采用如下技術(shù)方案，將調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于離子化學(xué)熱處理工藝和離子沉積工藝中所應(yīng)用的離子電源中，其具體實(shí)施方案為在現(xiàn)有可調(diào)直流電源后邊加特殊斬波器環(huán)節(jié)，使其輸出脈沖幅度和寬度為可調(diào)直流脈沖，該脈沖為高、低頻混合調(diào)制，通過功放級(jí)，將信號(hào)輸入開關(guān)管的柵極，構(gòu)成直流電源后增加的斬波器環(huán)節(jié)。實(shí)施本裝置有高效、簡便、易操作等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J37/00GK2208741SQ9520365
公開日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1995年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月2日
發(fā)明者祁琦, 王萬泉, 王曙文, 康裕民 申請(qǐng)人:武漢離子化學(xué)熱處理研究所