高頻半橋直流磁控濺射電源設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的直流電源是直流磁控濺射鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵，本文采用開關(guān)頻率為50kHz的半橋拓?fù)?，?duì)主回路構(gòu)造和參數(shù)開展設(shè)計(jì)。以SG3525控制芯片為核心，對(duì)控制回路按小信號(hào)模型建模，使用PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)電阻負(fù)載實(shí)驗(yàn)得到穩(wěn)定的直流。

普通濺射鍍膜技術(shù)具有濺射速率低、基片溫度升高的缺點(diǎn)，目前真空鍍膜中常采用磁控濺射技術(shù)來(lái)提高鍍膜質(zhì)量。磁控濺射的基本原理是低真空條件下的冷等離子體輝光放電[1]，具有濺射速率高、重復(fù)性好、基片溫度低等優(yōu)點(diǎn)。磁控濺射方法有直流磁控濺射、非平衡磁控濺射、射頻磁控濺射和脈沖磁控濺射等[2]。直流磁控濺射技術(shù)因鍍膜性能良好,直流磁控電源簡(jiǎn)單可靠、工作穩(wěn)定[3]，在真空鍍膜中得到廣泛應(yīng)用。

隨著電子元器件的更新?lián)Q代，高頻開關(guān)電源技術(shù)得到了快速的發(fā)展，高頻開關(guān)電源以體積小、工作效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為磁控濺射鍍膜中的重要部件。本文選用英飛凌IKW50N60H3高速IGBT作為開關(guān)管,采用對(duì)稱驅(qū)動(dòng)半橋電路拓?fù)錁?gòu)造按單相220V輸入，最大額定輸出電壓Vomax=800V，實(shí)際工作電壓Vo<700V，最大額定輸出電流Iomax=2A，開關(guān)頻率f=50kHz，設(shè)計(jì)直流磁控電源。

1、主回路設(shè)計(jì)

電路實(shí)際輸出功率小于1.6kW，以電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，可靠性高為目的，選用對(duì)稱驅(qū)動(dòng)半橋變換器。對(duì)稱驅(qū)動(dòng)半橋變換器是Buck變換器的理想隔離版本[4]，回路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，元器件少，具有自動(dòng)抗磁偏，調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)。其構(gòu)造框圖如圖1。

圖1系統(tǒng)原理框圖

在半橋變換器拓?fù)錁?gòu)造中高頻整流環(huán)節(jié)有全波整流和全橋整流兩種形式;雖然全波整流比全橋整流所用整流管少，但是在輸出同樣電壓幅在半橋變換器拓?fù)錁?gòu)造中高頻整流環(huán)節(jié)有全波整流和全橋整流兩種形式;雖然全波整流比全橋整流所用整流管少，但是在輸出同樣電壓幅值時(shí)，整流管承受的最大電壓是全橋整流電路的2倍，由于設(shè)計(jì)電路輸出電壓較高，所以選擇全橋整流。

主回路電路如圖2所示，電網(wǎng)單相輸入220V電壓通過(guò)低頻整流、電容濾波得到半橋逆變電路的直流輸入電壓U，逆變器輸出電壓Vi，經(jīng)過(guò)變壓器升壓、高頻整流濾波后得到直流輸出。由于變壓器漏感的存在，為了減小漏感能量的影響增加了RCD吸收電路。同理為了減小高頻整流管電壓振蕩峰值，增加了RC吸收電路。

圖2電源主回路構(gòu)造

5、結(jié)論

采用半橋逆變拓?fù)湓O(shè)計(jì)直流磁控電源，電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，理論成熟，成本低，電源體積小;控制回路、輸出濾波電感電容通過(guò)等效的Buck電路設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單可靠;圖2中所示電容C1，C2，C3參數(shù)的選擇：C1選用大容量電解電容來(lái)滿足紋波和保持時(shí)間的要求，C2，C3選用小容量電容起到變壓器動(dòng)態(tài)抗磁偏的作用。由于各環(huán)節(jié)都理想化，采用小信號(hào)模型會(huì)存在一定誤差，但是對(duì)回路參數(shù)設(shè)計(jì)具有很好的指導(dǎo)作用。采用PI補(bǔ)償電路，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)