高频开关电镀电源及其关键问题探讨

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1、高频开关电镀电源及其关键问题探讨电镀电源是电镀行业的重大关键设备，其性能的优劣直接影响到电镀产品工艺质量的好坏；同时电源是电镀行业最主要的能量消耗者，因此高品质的电源是电镀业节能增效的决定性因素，并对电网的绿色化有重要影响。电镀电源属于低压大电流设备，要求操作简便、能承受输入端的突变和输出端短路及过载的冲击。由于长期运行在酸、碱、潮湿等恶劣工况下，其性能的优劣就显得更为重要。高频开关电源与传统工频整流电源相比，具有高效节能约20％~30％、省材约80％~90％、功率密度大（输出1A电流，传统电源需0.5~1kg

2、制造材料，而开关式电源只需要0.06~0.12kg），而且动态特性和控制调节特性好，制造过程占地少、加工量少等特点。因而迅速在众多领域得到推广应用。因此在电镀行业推广应用开关式电源具有显著意义。当今，我国制造业正在进入再次大发展，同时面临制造材料涨价，工业用电紧张等问题，因此，更加迫切需要这种节能省材的电镀电源。本文将简单回顾电镀电源发展历史，对开关电镀电源的现状、发展趋势及所涉及的关键问题进行探讨。一、电镀电源的发展历史电镀电源的发展大致经历了四个阶段：第一阶段为早期的交流-直流发电机组，开始于前苏联，由于经

3、过两次能量转换过程（电能-机械能-电能），机组效率低于60％，噪声大且整流子维修不方便，这类变流设备现在已被列入淘汰产品行列，但在电镀行业仍有少量单位使用该类高能耗设备；第二阶段为20世纪50年代的硒整流器和20世纪60年代的硅整流器，采用变压器一次侧抽头或用调压器、饱和电抗器方式调压，二次侧用硒或硅二极管整流作为电镀电源。这类电源在我国电镀电源中占有一定比例，20世纪80年代占70％左右，如GDA、GDAJ—F、GDS等系列，目前仍有部分生产和应用。该类电源结构简单、造价低，但都存在体积大、笨重和输出指标低、

4、精度差和效率低等缺点；第三阶段是20世纪70年代晶闸管整流器，其性能指标比前面两代产品有较大改善。采用了五心柱变压器、高压大功率晶闸管等新技术，并出现了恒压、恒流和恒电流密度等新特性。但是由于还是使用工频变压器和工作在低频段，所以整流器体积大、重量重、效率较低，性能的进一步提高也受到电源体积的限制。为克服上述产品的缺点，近年来，以现代电力电子技术的高速发展为基础，国内外相继研制出电镀用第四代直流电镀电源——高频开关电源。与传统工频整流电源相比，开关电源具有高效节能、重量轻、体积小、动态性能好、适应性强、有利于实

5、现工艺过程自动化和智能化控制等显著的优点。因此，大功率开关电源具有广泛的应用前景，是当前国内外研究、开发、应用的主流和方向。但是，开关电源特别是大功率硬开关电源在可靠性、稳定性、效率等方面的缺点成为制约大功率开关电源应用和发展的“瓶颈”，按照传统电源的设计思路和解决办法，不能从根本上解决其所面临的诸多问题。二、我国开关式电镀电源的发展现状及趋势1.开关电镀电源的发展现状20世纪90年代开始，由于开关功率器件（MOSFET、IGBT等）的技术进步，瑞典加力富公司（Kerefetlectronic）的电源开始在我国

6、的合资和外资企业的电路板（PCB）的电镀生产线上使用。加力富公司于20世纪90年代初开始与北京运载火箭技术研究院合作，共同生产小功率（1000A/12V以下）、以高频MOS管为开关元件和风冷式的电镀电源，并在一些工厂采用，后来由于诸多的原因，双方终止了合作。20世纪90年代中后期，国内许多整流器生产厂开始尝试研制大功率高频开关电源，一些原来生产小功率开关电源也开始进入大功率开关电源的领域，并在全国范围内推广应用。国内每年采用高频开关金属表面处理电源、电流在5000A以下的市场总量在5000万元以上，特别是在某些

7、行业，例如印刷板电镀、贵重金属电镀等，输出电流小于500A的金属表面处理电源使用率已超过50％。近年来有些高频开关电源生产厂开始采用的是积木式、小功率并联输出方式研制大电流电源，但由于存在许多技术上的问题尚未解决，目前还不能应用到生产中。由此可见，高频开关电镀电源应用在金属表面处理及小功率范围内的国内市场已经接受，具有广阔的市场前景。但产品主要局限于1500A以下的中小功率领域，在国内也只有少量厂家生产，从技术角度看主要限于硬开关变换模式和模拟控制方式，可靠性、EMC及工艺结构等方面具有明显的局限性，同焊接等领

8、域全面推广应用开关式电源的景况具有较大差距。2.开关电镀电源的发展趋势（1）高频高效化在较大功率领域采用高频开关电源代替传统整流电源，降低损耗，提高功率密度。目前电镀开关电源主要局限于1500A以下的中小功率领域，所以通过运用先进的功率电子器件和高频逆变技术，克服目前功率器件和磁性材料输出功率的局限性，通过变压器串并联的方式发挥现有开关管的功率输出能力，提高单机功率输出级别；采用多单元