專利名稱：輝光離子氮化爐脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輝光離子氮化爐脈沖電源，屬于離子化學(xué)和表面熱處理中的電源設(shè)備。
自七十年代初，我國研制了第一臺輝光離子氮化爐使得氮化這一新工藝得以應(yīng)用和推廣，但該設(shè)備電源部分一直采用電阻器來限制電流的上升，以保障電氣元件不致?lián)p壞，電路工作狀態(tài)穩(wěn)定，以及避免工件因過流而燒傷。但這個限流電阻將白白消耗可貴的能源，并使電阻器壽命變短，這兩個問題長期困擾著用戶和制造商。八十年代以來，隨著微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了一代高頻全控型的功率集成器件，從而跨入現(xiàn)代電力電子技術(shù)的新時代，特別是功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、可關(guān)斷可控硅(GTO)、絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)等新型大功率電力電子器件的問世，使各種脈寬調(diào)制電路，諧振電路向大功率技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展。與些相適應(yīng)的各種變頻技術(shù)，電抗調(diào)速，無工頻變壓器的逆變電焊機，功率控制器等產(chǎn)品相繼開發(fā)并投入商業(yè)生產(chǎn)。九十年代輝光離子氮化爐領(lǐng)域也相繼采用以上器件開發(fā)生產(chǎn)了直流脈沖電源，它們在節(jié)電和氮化工藝性能上都優(yōu)于直流電源，它由以下部分組成1、可調(diào)直流電源2、儲能電容器 3、功率開關(guān)元件4、開關(guān)元件控制電路5、點燃電路6、清洗階段打弧電阻但該功率開關(guān)元件控制電路在驅(qū)動及保護上仍不夠完善，影響了設(shè)備的可靠性，有待改進，其缺點是1、檢測控制弧光放電電路復(fù)雜，判斷速度不快，影響電源的可靠性。
2、清洗階段需接入電阻造成能源浪費，操作煩瑣。
3、由于輝光離子氮化在升溫和保溫階段，工藝要求的放電電壓常低于輝光點燃所需的電壓，為此增加了一組點燃電路。
4、在打弧階段，電流是突變的，造成電容器處于充放電狀態(tài)，電容二端電壓升高造成其后的功率開關(guān)元件過壓而損壞。
為克服上述缺點，本專利的目的是找到一個快速可靠的檢測打弧的方法，并快速判斷，在最短時間內(nèi)可靠關(guān)斷功率開關(guān)元件，采取有效措施抑制過電流、過電壓，保護功率器件的安全。
本實用新型的技術(shù)方案是采取檢測打弧電流和電壓兩個信號，來控制功率開關(guān)元件，工作狀態(tài)，并采取了過電壓保護措施，該氮化爐脈沖電源，主要包括可調(diào)直流電源，主控電路和控制電路，可調(diào)直流電源后接主控電路，主控電路包括與可調(diào)直流電源并聯(lián)的儲能電容C，串聯(lián)在主控電路主回路中的功率開關(guān)元件K和由限流電感L與續(xù)流二級管D組成的保護電路，控制電路是對主控電路中功率開關(guān)元件K的工作狀態(tài)進行控制的電路，它包括取樣電路、比較延時電路，方波發(fā)生電路和驅(qū)動電路，取樣電路從主控回路取主回路中的打弧判斷信號，送至比較延時電路，比較延時電路輸出端接方波發(fā)生電路，控制方波的輸出，方波發(fā)生電路的輸出至驅(qū)動電路的控制端，驅(qū)動電路的輸出接功率開關(guān)元件的控制極。
控制電路的取樣電路取脈沖電源輸出陰陽極間電壓信號Vf和電流信號In共同作為打弧判斷信號。
控制電路中比較延時電路的延時時間為300us-3ms，該延時時間是延時功率開關(guān)元件關(guān)斷后再啟動的時間。取樣電路中還有取自儲能電容器C兩端的電壓信號Vc，當(dāng)C兩端電壓高于比較電壓時，取樣信號經(jīng)比較延時電路輸出封鎖驅(qū)動電路正端，使功率開關(guān)元件關(guān)斷。
本實用新型的優(yōu)點是對打弧檢測快速準(zhǔn)確，關(guān)斷功率開關(guān)元件迅速，關(guān)斷后延時開啟，有利于保護功率開關(guān)元件，由于控制電路的功能，去掉了串聯(lián)在主回路中用于電源在清洗階段的限流電阻，節(jié)省了能源，儲能電容兩端電壓檢測信號Vc用于保護功率開關(guān)元件的過電壓損壞，整體線路簡單、操作維護方便、成本低。
以下結(jié)合附圖進一步闡述本實用新型的工作原理和實施例

圖1是邏輯框圖，圖2是主回路電路圖K是功率開關(guān)元件，C是儲能電容，D是續(xù)流二極管，L是限流電感，Vc、In、Vf是取樣器件。圖3是方波發(fā)生電路和驅(qū)動電路，本驅(qū)動器獨立配備電源，由B、D5-8、C15、C16、7820組成，驅(qū)動器V9采用EXB841，其2、9腳接電源，1、3腳為輸出端至開關(guān)元件的控制極，14、15腳為輸入端，14腳為負(fù)端D-，15腳為正端D+。方波脈沖形成電路U8由BK01及外圍電路組成，1腳為地、2、8腳接電容C9、C8，5腳為脈沖輸出，6腳接R24，R24是脈沖調(diào)頻電阻，7腳接脈寬調(diào)整電位器W1、W2、W3。C10是穩(wěn)定電容。
圖4是打弧檢測信號的比較延時電路，它包括比較器U4B、U5B及外圍電路，一片單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14538作為定時器，包括U1A、U1B，電流檢測信號In和打弧電壓檢測信號Vf分別接入U4B、U5B，兩路訊號經(jīng)各自比較后在其輸出端相與，結(jié)果送至定時器U1A、U1B，當(dāng)相與后的信號為高時，說明爐內(nèi)打弧，定時器U1AQ端為高時，輸出封鎖信號至驅(qū)動器正端D+，Q端輸出至驅(qū)動器負(fù)端D-，使功率開關(guān)元件可靠截止。另一組U1B經(jīng)延時0.1s點燃LED1實現(xiàn)狀態(tài)顯示。
圖5是過流檢測信號比較延時電路，它包括U5A及其外圍電路，和定時器U2A、U2B，電流取樣信號In經(jīng)比較器與標(biāo)準(zhǔn)信號比較后至定時器U2A，當(dāng)過流時，Q端為高，與Q端共同送出封鎖信號，封鎖驅(qū)動器使功率開關(guān)元件截止。另一組U2BQ端經(jīng)延時0.1秒點燃LED2實現(xiàn)狀態(tài)顯示。
圖6是過電壓檢測信號比較延時電路，它包括由U6B及外圍電路組成的比較器和定時器U3B，當(dāng)儲能電容器兩端的電壓Uc高于標(biāo)準(zhǔn)電壓時，比較器輸出信號封鎖驅(qū)動器，使功率開關(guān)元件截止，達到保護目的，比較器輸出信號經(jīng)U3B延時0.1秒，其Q端點燃LED3實現(xiàn)狀態(tài)顯示。
權(quán)利要求1.一種輝光離子氮化爐脈沖電源，主要包括可調(diào)直流電源、主控電路和控制電路，可調(diào)直流電源后接主控電路，其特征是主控電路包括與可調(diào)直流電源并聯(lián)的儲能電容C，串聯(lián)在主控電路主回路中的功率開關(guān)元件K和由限流電感L與續(xù)流二級管D組成的保護電路，控制電路是對主控電路中功率開關(guān)元件K的工作狀態(tài)進行控制的電路，它包括取樣電路、比較延時電路、方波發(fā)生電路和驅(qū)動電路，取樣電路從主控回路取主回路中的打弧判斷信號，送至比較延時電路，比較延時電路輸出端接方波發(fā)生電路，控制方波的輸出，方波發(fā)生電路的輸出至驅(qū)動電路的控制端，驅(qū)動電路的輸出接功率開關(guān)元件的控制極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輝光離子氮化爐脈沖電源，其特征是取樣電路取脈沖電源輸出陰陽極間電壓Vf和電流信號Ih共同作為打弧判斷信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輝光離子氮化爐脈沖電源，其特征是比較延時電路中延時時間為300Ms-3ms，該延時時間是延時功率開關(guān)元件關(guān)斷后再啟動的時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輝光離子氮化爐脈沖電源，其特征是取樣電路中還有取自儲能電容器C兩端的電壓信號Vc，當(dāng)C兩端電壓高于比較電壓時，通過比較延時電路封鎖驅(qū)動電路正端，使功率開關(guān)元件關(guān)斷。
專利摘要本實用新型提供一種輝光離子氮化爐脈沖電源,包括可調(diào)直流電源,主控電路和控制電路,主控電路包括與可調(diào)直電源并聯(lián)的儲能電容C,串聯(lián)在主回路中的功率開關(guān)元件K和由限流電感L與續(xù)流二極管D組成的續(xù)流保護電路,控制回路是從主回路取打弧電壓、電流信號和過壓信號,通過比較控制方波發(fā)生電路和驅(qū)動電路,決定功率開關(guān)元件的導(dǎo)通或截止,從而快速判斷打弧和過電壓,采取保護措施。本實用新型線路簡單、工作可靠、操作方便、節(jié)約能源。
文檔編號H03K17/08GK2396572SQ99238580
公開日2000年9月13日 申請日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月24日
發(fā)明者王汝赳 申請人:王汝赳