專(zhuān)利名稱(chēng)：直流磁控濺射電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種直流電源設(shè)備，特別涉及的是一種用于大型玻璃鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)的直流磁控濺射電源。
現(xiàn)代建筑鍍膜玻璃幾乎都采用直流磁控濺射(伴反應(yīng)磁控濺射)的方法制備。由于玻璃面積大，必須用大型連續(xù)式玻璃鍍膜機(jī)，裝上大型磁控靶進(jìn)行連續(xù)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(guó)內(nèi)2000×1600m2(甚至2000×3300mm2)的玻璃所用磁控濺射靶的功率均在50KW以下。由于功率偏小，生產(chǎn)效率低，而且制作各種膜系較困難，同時(shí)由于在濺射期間打火飛弧不可避免，隨著功率的增大，對(duì)打火飛弧的保護(hù)技術(shù)也越發(fā)重要，難度也越來(lái)越大。打火飛弧時(shí)常導(dǎo)致燒壞保險(xiǎn)，整流元器件及磁控濺射靶；濺射時(shí)要求電源采用的工作方式也僅限于一種電流方式，一擋電壓，不能滿(mǎn)足實(shí)際濺射時(shí)的負(fù)荷變化要求的濺鍍各種膜系的工藝要求。
鑒于以上原因，本實(shí)用新型的目的是為了提供一種能增大電源輸出功率，滿(mǎn)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(shí)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(diào)節(jié)控制電路，與調(diào)節(jié)控制電路連接的可控硅觸發(fā)控制電路(參見(jiàn)


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(xiàn)圈L，調(diào)節(jié)控制電路中有電流閾N16B、電壓閾N16A，電壓閾N16A、電流閾N16B并聯(lián)后接到三極管V2的基極并可將信號(hào)送到三極管V1，在調(diào)節(jié)控制電路中還設(shè)有與三極管V1集電極連接的運(yùn)放器N9，軟啟動(dòng)電路V1、R26、C8接于運(yùn)放器N9的輸入端，實(shí)現(xiàn)飛弧后的軟啟動(dòng)(參見(jiàn)
圖1、圖3)，N16A、N16B可采用型號(hào)為L(zhǎng)M339的比較器，V2可采用2N3703型，N9可采用OP07型運(yùn)放器，改變電阻R26或電容C8可改變軟啟動(dòng)的速度，電感線(xiàn)圈L和N16A、N16B、V2、V1形成了打火飛弧保護(hù)電路，使濺射靶工作正常、安全、可靠，并具有飛弧后自動(dòng)恢復(fù)功能。
上述的調(diào)節(jié)控制電路中的輸入端有隔離運(yùn)算放大器N1、N2(參見(jiàn)圖3)，N1、N2可采用AD289型運(yùn)算放大器，可使調(diào)節(jié)控制單元正常工作。
上述的調(diào)節(jié)控制電路中有模擬乘法器N3(參見(jiàn)圖3)，將電壓和電流相乘后的以實(shí)時(shí)功率值參與電路調(diào)節(jié)運(yùn)行，N3可采用型號(hào)為AD35型模擬乘法器。
上述的調(diào)節(jié)控制電路中有微分(D)電路N9、積分(I)電路N12、比例調(diào)節(jié)(P)電路N11(參見(jiàn)圖3)，N9、N12、N11采用OP07型運(yùn)放器、使電路具有P.I.D調(diào)節(jié)功能，使工作更加平穩(wěn)、可靠。
上述的三相可控橋式整流電路中有六只可控硅V1～V0及其附屬電子元件R1～R12、C1～C12(參見(jiàn)圖6)，組成一個(gè)風(fēng)冷式整體結(jié)構(gòu)，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。
上述的三相交流電源輸入電路中有裝于三相變壓器上的交流接觸器K2、K3、K4，調(diào)節(jié)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(jiàn)圖2、圖3、圖6)，電壓檔選擇信號(hào)給出時(shí)，一方面使交流接觸器K2、K3、K4中的某一個(gè)工作，另一方面使調(diào)節(jié)控制電路中的相應(yīng)電路接通，通過(guò)光電耦合器N18～N24完成電路轉(zhuǎn)換；同理，當(dāng)工作方式的信號(hào)給出時(shí)，調(diào)節(jié)控制電路中的相應(yīng)電路接通，通過(guò)光電耦合器完成電路轉(zhuǎn)換，光電耦合器N18—N24可采用H11F1型。
上述的可控硅觸發(fā)控制電路中有含三極管V3、V7、V11，雙基二極管V5、V9、V13、電容C16、C17、C18的鋸齒波發(fā)生器(參見(jiàn)圖4)。
本實(shí)用新型電源可獨(dú)立向磁控濺射靶供電，可輸出三種不同的電壓，通過(guò)改變?nèi)嘧儔浩鞔渭?jí)抽頭的方式，實(shí)現(xiàn)各擋轉(zhuǎn)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(xì)調(diào)可由調(diào)控電路實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行方式可以是電流、電壓或功率方式，功率大，電路具有獨(dú)特可靠的打火飛弧保護(hù)電路，飛弧時(shí)能迅速斷弧，隨后即很快自動(dòng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)濺射靶和電路有可靠的保護(hù)作用。電路中還有P.I.D調(diào)節(jié)功能，使在濺射各種膜系時(shí)，能根據(jù)不同工藝要求，選擇最佳的濺射運(yùn)行狀態(tài)，濺射、鍍膜過(guò)程工作穩(wěn)定，濺射率高，所鍍膜的質(zhì)量?jī)?yōu)良，重復(fù)性好。本電源可廣泛應(yīng)用于磁控濺射玻璃鍍膜生產(chǎn)線(xiàn)，其調(diào)控方式、打火飛弧保護(hù)也可廣泛應(yīng)用于類(lèi)似的濺射設(shè)備和其他電源的調(diào)控電路中。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例
圖1為本實(shí)用新型框圖。
圖2為本實(shí)用新型電源電氣原理圖。
圖3為調(diào)節(jié)控制電路電氣原理圖。
圖4為可控硅觸發(fā)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(jiàn)
圖1～圖6，本實(shí)用新型中有交流電源輸入電路1、由六只可控硅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(diào)節(jié)控制電路3、可控硅觸發(fā)控制電路4，控制面板5。
三相電源經(jīng)主控接觸器接至三相變壓器初級(jí)，變壓器次級(jí)經(jīng)接觸器、保險(xiǎn)器接至三相可控(全控)橋式整流器的交流輸入端，整流后，負(fù)端經(jīng)電感線(xiàn)圈L后接到磁控濺射靶上，其正端經(jīng)采樣電阻后接到陽(yáng)極。從采樣電阻R0上取得的電流反饋信號(hào)和從輸出負(fù)端引出的電壓信號(hào)加到調(diào)節(jié)控制電路的相應(yīng)輸入端子上(圖3中X2的1、7、8、10端子)，由于這兩個(gè)信號(hào)來(lái)自強(qiáng)電高壓端，而調(diào)節(jié)控制電路是低壓弱電部分，如果不采取有效的高低壓隔離措施，將有可能使調(diào)節(jié)控制電路無(wú)法正常工作，并可能損壞其元器件。故采用耐高壓的隔離運(yùn)放器(N1、N2型號(hào)AD289)放大后再進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以電壓和功率方式工作時(shí)，電路還具有P.I.D調(diào)節(jié)功能，使工作更加平穩(wěn)，可靠模擬乘法器N3。將電壓和電流相乘后以實(shí)時(shí)功率值產(chǎn)與電路調(diào)節(jié)運(yùn)行。
從調(diào)節(jié)控制電路輸出的主檢信號(hào)送到觸發(fā)電路的輸入放大器N1(參見(jiàn)圖4)，同時(shí)還有一路經(jīng)隔離放大的電流反饋信號(hào)(取自圖3中RP18)加到輸入放大器的同一端，以使閉環(huán)運(yùn)行更加穩(wěn)定，這二個(gè)信號(hào)經(jīng)相加放大后，輸出去調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)電路中含三極管V3、V4、V7雙基二極管V5、V9、V13、電容C16、C17、C18鋸齒波發(fā)生器的頻率，以改變可控硅的導(dǎo)通角，從而達(dá)到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的目的。
濺射運(yùn)行中，打火飛弧是無(wú)法完全避免的，而打火飛弧的后果卻十分嚴(yán)重，可能導(dǎo)致燒壞靶子、燒壞電路元器件，引起總電源跳閘，從而使全車(chē)間或全廠停電，嚴(yán)重干擾其他用電器或設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，本實(shí)用新型采用獨(dú)特的打火飛弧保護(hù)電路保護(hù)功能完善，可靠，并具有自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行的功能。本電路對(duì)已引起的打火或飛弧設(shè)置電流閾控制，即圖3中比較器(LM339)N16B，而對(duì)尚未打火飛弧而面臨打火飛弧危險(xiǎn)的過(guò)高電壓設(shè)置電壓閥，即圖3中N16A，這樣既可預(yù)防打火飛弧的發(fā)生，又可對(duì)又發(fā)生的打火飛弧加以限制，不使其引起嚴(yán)重后果。從圖3中可看出，N16A、N16B中有一路輸出即可使V2導(dǎo)通，V2一導(dǎo)通將有兩個(gè)信號(hào)送出，因?yàn)槎€(gè)比較器輸出端并聯(lián)后接到三極管V2(2N3703)的基極，所以一路使三極管V1導(dǎo)通，將輸入信號(hào)迅速降為零，同時(shí)阻弧燈亮，另一路送到觸發(fā)控制電路的V1三極管基極，使其導(dǎo)通，將鋸齒波發(fā)生器的輸入調(diào)節(jié)信號(hào)短路，由于可控硅失去觸閾信號(hào)，故立即停止輸出電壓，使飛弧立即消失，從而保護(hù)了靶子和電路元器件不致因劇增后電流所損壞，由于電源輸出電路中串聯(lián)有電感L，將使飛弧時(shí)電流增長(zhǎng)的速度受到限制，也才能使飛弧保護(hù)電路真正起作用，所以電感L也是打火飛弧保護(hù)電路中不可缺少的元件，這是打火飛弧保護(hù)電路的作用之一，打火飛弧一消失，電路應(yīng)立即恢復(fù)工作狀態(tài)，這是保護(hù)電路應(yīng)完成的第二個(gè)作用，由于飛弧時(shí)的大電流(或未引起飛弧前的過(guò)高電壓)經(jīng)上述“阻弧”過(guò)程已不復(fù)存在，那么N16A或N16B、V2、V1均恢復(fù)正常狀態(tài)，N9的運(yùn)放器(OP07)輸入信號(hào)經(jīng)軟啟動(dòng)電路R26、C8很快恢復(fù)到原來(lái)的值，整個(gè)電路也就恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)，這一自動(dòng)恢復(fù)電路非常簡(jiǎn)要，可靠，從圖3電路中可以看出，三個(gè)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(hào)控制，只要信號(hào)一到，電路便自動(dòng)輸入所給控制信號(hào)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只可控硅及其防護(hù)元件，組成一個(gè)風(fēng)冷式整體結(jié)構(gòu)，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可控硅夾固在帶散熱片的、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(cè)邊緊固在一膠木板上，外面再用筒形罩罩住夾固有可控硅的銅塊一側(cè)，φ200mm的軸流風(fēng)機(jī)從下向上吹風(fēng)冷卻可控硅。
圖5中的三相干式變壓器T1次級(jí)每相各有233V、300V、367V三個(gè)抽頭，外形尺寸為740mm×420mm×650mm。
本實(shí)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(dú)立向磁控濺射靶供電。
本實(shí)施例中所有元器件均裝在控電柜中，柜頂設(shè)置二個(gè)φ200軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)冷卻，控電柜面板上有操作按鈕和指示燈等，其外形尺寸為1250×900×1850mm3。
權(quán)利要求1.直流磁控濺射電源，其特征在于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(diào)節(jié)控制電路，與調(diào)節(jié)控制電路連接的可控硅觸發(fā)控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特征在于所述的直流磁控濺射電源輸出電路中串聯(lián)有電感線(xiàn)圈L，調(diào)節(jié)控制電路中有電流閾N16B、電壓閾N16A，電壓閾N16A、電流閾N16B并聯(lián)后接到三極管V2的基極，并可將信號(hào)送到三極管V1，在調(diào)節(jié)控制電路中還設(shè)有與三極管V1集電極連接的運(yùn)放器N9，軟啟動(dòng)電路V1、R26、C8接于運(yùn)放器N9的輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特征在于所述的調(diào)節(jié)控制電路中的輸入端有隔離運(yùn)算放大器N1、N2。
4.如權(quán)利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特征在于所述的調(diào)節(jié)控制電路中有模擬乘法器N3。
5.如權(quán)利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特征在于所述的調(diào)節(jié)控制電路中有微分(D)電路N9、積分(I)電路N12、比例調(diào)節(jié)(P)電路N11。
6.如權(quán)利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特征在于所述的的三相交流電源輸入電路中有裝于三相變壓器上的交流接觸器K2、K3、K4，調(diào)節(jié)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(quán)利要求1所述的直流磁控濺射電源，其特征在于所述的三相可控橋式整流電路中有六只可控硅V1～V6及其附屬電子元件R1～R12、C1～C12。
8.如權(quán)利要求1所述的直流電源濺射電源，其特征在于所述的可控硅觸發(fā)控制電路中有含三極管V3、V7、V11，雙基二極管V5、V9、V13，電容C16、C17、C18的鋸齒波發(fā)生器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)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(diào)節(jié)控制電路，與調(diào)節(jié)控制電路連接的可控硅觸發(fā)控制電路。飛弧時(shí)可迅速斷弧，隨后即能自動(dòng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)濺射靶和電路有可靠的保護(hù)作用。在濺鍍各種膜系時(shí)，能根據(jù)不同工藝要求，選擇最佳的濺射運(yùn)行狀態(tài)，工作穩(wěn)定，濺射率高，質(zhì)量?jī)?yōu)良，重復(fù)性好。
文檔編號(hào)C23C14/35GK2239438SQ9620686
公開(kāi)日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1996年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月8日
發(fā)明者許鏡明, 余明心, 甘國(guó)工 申請(qǐng)人:甘國(guó)工