电镀电源技术历程

2014年04月27日

电镀工序需求一个低压直流电源。以前的直流电源是由直流发电机而提供。时至今日已被整流器所取代。虽然,在整个电镀工序中,整流器的成本,比较其它设备的投资及运作成本微不足道,但是,整流器可算是电镀工序的灵魂现。低劣的整流器,不但影响产品的电镀品质,并可能带来电镀生产线的停工。

    早期的整流器,采用金属化合物作为原料如氧化。后来,采用半导体如硒,锗等材料。该等材料制成的整流器受制于其低效率,操作或成本等问题。闸流管在60年代初期开始应用在整流器上。该类整流器性能可靠,更能提供精确的电流及电压控制。现在,可控硅整流器(SCR-是闸流管的一种)已在市场主导。可控硅整流器的优点在于它能够在高温如150运作,在有系统的保养维修下,它没有老化的问题。

    传统的可控硅(SCR)整流器括三个部份:

    (1)变压机将输入电源的电压(如香港或中国的220伏特)降低到电镀线上要求的电压(4-6伏特)

    (2)整流器将交流电(AC)转换到直流电(DC)及;

    (3)稳压器以控制整流器输出电压。其整流器的结构如下:

        输入电源变压器整流器稳压器

        频率: → 50HZ → 100/300HZ 

    可控硅(SCR)整流的缺点

    目前生产的可控硅(SCR)整流器,尤其应用在印刷电路板方面,从设计到生产达不到低纹波因数值。即使采用措施,如相控及加入滤波电抗器等,也难满足印刷电路的低纹波要求(以纹波等于1%为理想)

    现将不同相数的电压纹波因数值列于下表:

 相数

 纹波%

 2 

 48.20

 3

 18.30

 6

 4.20

 12

 0.99

 1OO

 0

    从上表可知,三相电压纹波因数为18.30%,达不到印刷电路低纹波要求。

    再者,可控硅(SCR)相控电镀电源本身亦有以下缺点:

1.整流器的变压器及其附件仍在低频(50Hz),故此其体积大,重量重,采用铜、铁材料亦多。

2.由于整流器在低频运作,不能应用在脉冲电镀(脉冲电镀的好处在另一章描述)

3.可控硅整流器效率低(在某种情况下低于50),耗电大。

4.可控硅整流器网侧功率因数(Power Factor)低及运行期间,电网注入谐波电流而产生所谓电力公害,其详情如下:

()增加了电网的无功损耗与线路压降,严重时,将造成局部网络电压的波动。

()引起了电的谐波损耗。

()这些谐波电流在传输线上流动将引起传导及干扰,造成对敏感的电子仪器和设备,如继电器通讯线路等的谐波干扰危害。特别对于印刷电路板厂所应用的计算机(电脑)或自动化运作造成威胁。

    由于上述可控硅(SCR)电镀电源的缺点,研究人员极力找寻另一可靠、高效率的电镀电源。在60年代,大多数电元件耐压不高及功率不大,只能应用在低频(400HZ以下)领域。70年代后期,由于场效应管MOSEFT)出现,以及个人电脑市场发展,市场追求一个细小、轻便及可靠的电源。这使电力半导体高频化进程中一次重要命而出现开关电源(SMPS)

开关电源技术开始是应用在电讯行业,在1984年,瑞典加力富电子有限公司(Kraftelektronik AB)首先引入开关电源(SMPS)技术到整流器上。开关电源技术概念叙述如下:

1. 将输入电源220V整流至300V直流电。

2. 整流后的电压经过一个特大的电解质电容器过滤

3. 然后,该电压输入晶体管桥,在管桥中,直流电压被切碎而达到约5万HZ的平方波。并且经脉波阔度调变方法(Pulse Width Modulation-PWM)将输出电压调控。

4.将300V的平方波输入高频变压器而将其电压下降至50V平方波 。

5.此低电压的平方波经整流后再送到LC滤波器过滤。

    有关直流电压变成上述第3点高频率的平方波的原因,是在此高频水平,电力能经过较小的变压器而转换为直流电压,因为磁铁寸是与频率成反比例,高频电波对应为细小重量轻的磁铁附件。故此与传统的50HZ电路而言,开关电源技术能持有关磁铁及滤波器的附件尺寸大大减少。

    与油冷整流器及硅控整流器及尺寸上的比较由于整流器采取了开关电源技术,整流器的重量及尺寸大大减少。

来源:东莞市科宏机电设备有限公司
  • 1
  • 2