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电镀整流器分类有哪些?
文章出处:http://www.dgyuanbao.com/  网责任编辑:admin 人气:127  发表时间:2014-11-28

        电镀属于电解加工过程。不言而喻,电源的性能、类型、特征等因素必将对电镀工艺过程产生重要影响。特别是在现代电镀技术飞速发展的今天,电镀电源更具有重要地位。因此,了解电镀电源对电镀工艺过程的影响很有必要。

  1 整流器的基本原理及类型

  1.1 传统硅整流器

  硅整流器使用历史长,技术成熟,是整流器主流产品。

  1.1.1 整流电路。工业生产中一般采用三相调压器调压,50Hz三相工频变压器降压的普通硅整流器。各种整流电路获得的均是脉动直流电,不是纯直流,或多或少地含有交流成分。为了比较脉动成份的多少,可用纹波系数来表示,其含义为交流成份在直流成分中占的百分比,其数值越小,交流成份越少,越接近纯直流。

  各种整流电路的波动系数不同。其由大到小的次序为:三相半波整流、三相全波桥式整流或带平衡电抗器的六相双反星形整流。其中后者工作时整流元件并联导通,波形最为平滑,整流效率较高,工作也较为可靠,时最为常用的一种。

  为了获得低纹波输出,则必须采用滤波或其它特殊措施。利用电容、电感贮能元件进行滤波,是将脉动直流转变为较为平滑的直流的常用措施。但实际生产中,除试验用的小型整流器之外,工业生产基本上不进行滤波。特殊情况可使用大电感。电容在低电压、大电流情况下不适用于滤波。电容滤波,对工频整流只适合于非常小功率的整流电源。例如输出10A的单相全波整流器,要达到低纹波输出,其滤波电容要达0.1F以上。随着频率的提高,所需电容量减小。

  可控硅利用改变可控硅管导通角来调整输出平均直流大小的普通可控硅整流器,可控硅管输出的是间断脉冲波,其纹波系数的受导通角控制,输出纹波系数大于普通硅整流电路。特别是在使用电流低于额定电流较大的情况下,输出波形脉动系数更大。

  它采用工频变压器将交流输入电压转变为较低(IOV~20V)交流电压,再通过可控硅进行整流和调压。控制机理是通过控制电路对可控硅的导通角进行控制来实现输出电压和电流的调节。此种电源的缺点是体积大、重量重、噪音大、耗电大、波纹大。随着生产工艺对镀层质量及自动控制的要求越来越高,以及人们对节能及环保意识的增强,在PCB电镀中已逐渐淘汰。它主要使用在电流较大的工业电镀上。

  1.1.2.整流元件类型

  整流元件即通常所说的二极管。由于整流器所有的输出电流都要经过整流元件,因此,可以说是整流器的心脏。整流元件分为硅整流元件和可控硅整流元件二种。镀铬整流器主要使用硅整流元件。虽然可控硅技术已有了长足的发展,且在电镀上应用也日趋增多,但笔者还是推荐使用硅整流器。其原因主要是波形问题。可控硅整流是采用控制整流元件导通时间与截止时间长短来控制电流的。整流器满负荷使用时波形好。但输出电流较小时电流波形变差。电流越小,波形越差。而硅整流器输出电流大小对波形几乎无影响。

  1.2 高频开关整流器,也叫开关电源

  一种新型电镀电源设备-高频开关电源。它兼有硅整流器的波形平滑性优点及可控硅整流器的调压方便的优点,电流效率最高(可达90%以上),体积最小,是大有前途的整流器。制造技术已解决了功率问题,数千安培至上万安培的大功率开关电源已进入生产实用阶段。

  它将交流电网经EMI防电磁干扰线路滤波器,直接整流、滤波,经变换器将直流电压变换成数十或数百kHz的高频方波,经高频变压器隔离、降压,再经高频滤波输出直流电压。经取样、比较、放大及控制、驱动电路,控制变换器中功率管的占空比,得到稳定的输出电压(或输出电流)。

  高频开关整流器的调整管工作在开关状态,功率损耗小,效率可达到75%~90%,体积小、重量轻,而且精度、纹波系数均优于硅整流器,在全输出范围内都能达到生产所要求的精度。它具有自我保护能力,可以在带载的情况下任意启停。它能极方便的同计算机进行连接,给自动化生产中带来了极大的方便,在PCB电镀行业中得到广泛的应用。

  电镀用高频开关整流器的主变换结构有正激式、半桥式、全桥式等,其中既有脉宽调制(PWM)的“硬开关”电路,又有热门的移相控制“软开关”电源电路。

  脉宽调制(PWM)高频开关整流器,工作频率大都低于50 kHz,采用电压或电流反馈控制。它是通过中断功率通量和调节占空比方法,改变驱动电压脉冲宽度来调整输出电流,使器件工作在“硬开关”状态,即强迫导通(电压不为零时)或强迫关断(电流不为零时),使开关功率管开关期间同时存在高压与大电流的交叉,因此开关损耗大,尖峰干扰强。变压器漏感与大电流变化率激起的高压尖峰,不仅易损坏功率管,还产生明显的电磁辐射,降低了可靠性和电源效率。

  开关电源其频率已达音频,通过滤波实现低纹波输出更为简便易行。而且稳流、稳压等功能更易实现。

  1.3 脉冲电源设备

  随着电力电子科学技术的发展,电镀整流器正在由单一功能向多功能发展。由于脉冲电源主要是由嵌入式单片计算机等进行控制,因此,除实现脉冲输出之外,一般具备多种控制功能。

  1.3.1.自动稳流稳压。传统硅整流器电流或电压无法自动稳定,随电网电压的波动而波动。而脉冲电源则拥有高精度的自动调节功能。如电网三相电压波动达上百伏时,脉冲电源输出电压可以几乎不变。脉冲电源的自动调节功能一般具有二种模式:

  第一,恒电流限压模式。当电镀工艺参数,如零件面积、温度、浓度、酸碱度等工艺条件发生改变时,常规整流器电流会发生波动。而恒电流模式下,输出电流自动恒定在设定值不发生改变。这对需精确计算硬铬厚度情况下是很有用的。采用恒流模式时的限压功能目的是保护设备不被烧坏。

  第二,恒电压限流模式。当电镀工艺参数发生改变时,输出电压自动恒定在设定值不发生改变。这种模式硬铬电镀不常使用,但对于铝氧化着色则大有作用。

  1.3.2 多段式运行模式。铝阳极氧化或硬铬电镀时,往往需要进行反向电解、大电流冲击、阶梯送电等操作。传统电源只能靠手工实现。而具有多段式运行模式的脉冲电源则只需提前设定,生产时可自动按顺序进行自动调节。这一功能对硬铬电镀是非常有用的。国产脉冲电源已达到三段式运行,每一段时间可在0~255秒内调节设定。

  1.3.3 双向脉冲功能。正负脉冲频率、占空比、正反向输出时间均可独立调节,使用灵活、方便。配合硬铬电镀工艺,可获得不同物理性能的镀层。

  1.3.4 直流叠加功能。输出正反向脉冲电流的同时,由同一台电源叠加输出一纯直流成分,更拓宽了脉冲电源的使用范围及用途。

  近几年来,国产多功能脉冲电源技术已趋于成熟,其中脉冲波形垂直程度,波形平稳程度、稳定性、抗干扰性等指标达到甚至超过了国外水平。

  直流电源波形对电镀质量有突出的影响,例如:高频率定脉宽高频稳压/稳流脉冲电源电镀时会产生特殊效应,这也是普通直流电源电镀无法达到的效果,有些现象还不能用常规电化学理论来加以解释。而直流波形对电镀沉积的影响还难以从理论上进行预测,只能通过大量的试验来作相对比较,筛选出适宜的波形。

  近几年来新出现的零电压转换(zvT)和零电流转换(ZCT)技术,或者称“软开关”技术,综合了PWM 开关与谐振变换技术两者的优点:既有脉冲方波高效传递功率和恒频控制便于优化参数,又有谐振技术的低损耗和零电压转换的特点。这种“零开关”技术充分利用变压器的漏感于功率管的输出结电容之间的谐振,产生满足零电压导通和零电流截止的条件,在开关管导通时电压为零,截止时流经开关管的电流为零。因此大大减少了功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰,降低了功耗,开关效率明显提高。