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气相沉积技术中的电源
发布日期：2010-03-23

在各种气相沉积技术中，采用了不同类别和性质的各种电源。例如：在化学气相沉积（CVD）中的加热电源、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）中，用于产生等离子体的微波磁控管电源、射频电源和直流或脉冲辉光电源，直流或脉冲磁过滤弧源气相沉积中的直流或脉冲磁场线圈供电电源及脉冲弧电源。以上数种电源中，加热电源较为简单，其它几种电源较为特殊且使用量不大，限于本书的读者对象和篇幅，在此不做介绍，有兴趣和需要的读者可参阅其它专业和相关书籍。　　本章内容主要涉及广泛使用的电弧离子镀膜技术和磁控溅射镀膜技术中常用的高频逆变式电弧电源、磁控溅射电源和偏压电源。由于电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜技术已发展了数十年，而且在许多行业的各种产品上得到了不同程度的广泛应用，因而电弧电源、磁控溅射电源和偏压电源的种类繁多，数量较大。从输出方式上：有直流、交流(正弦波、方波)、脉冲和直流迭加脉冲；从频率上讲：有直流、低频和中频；从功率上分：有极小功率、小功率、中等功率、大功率和超大功率；从控制方式上看：有恒流、恒压和恒功率。随着电源技术的发展，它们大致经历了三代：代工频手动/电动调压；磁饱和恒压(恒流)技术(60、70年代)；第二代工频可控硅调压及恒压(恒流)技术(80、90年代)；第三代高频逆变技术(90年代末到现在)。采用代技术的电源由于体积庞大、效率低下、性能指标差和响应迟钝已基本上淘汰，只能在极旧的设备和极其简陋的配置中见到。采用第二代技术的电源还有相当一部分仍在使用，但只有很少量的品种还在生产。因为其体积较大、效率较低、性能指标不高和响应较慢等原因，应用可控硅技术的气相沉积用电源，除加热电源和少部分电弧电源外，基本上已退出历史舞台。运用高频逆变技术的气相沉积用电源凭借其体积小、效率高、性能指针好和响应迅速的优点，已成为新增设备的主流配置，而且正在全面替换仍在使用中的第二代电源。　　鉴于以上陈述，本章内容主要介绍目前大量采用的高频逆变式电弧电源、磁控溅射电源和偏压电源。我们将讲述这三种电源的详细分类、基本工作原理、使用特点和主要用途。根据本书的目的和读者对象，我们尽可能结合原理框图浅显易懂地给出各类的基本工作原理，通过比较旧式电源和新式的异同来描述各种电源的使用特点，结合实际应用情况来介绍它们的主要用途。　　章高频逆变式电弧电源　　电弧离子镀膜中靶材蒸发和电离的实现必须依靠电弧电源提供能量，在实际镀膜过程中，该电源要能自动检测灭弧现象并自动引弧，保证镀膜过程中的连续性和膜层的均匀性；此外，电弧电源的稳弧性能(尤其是最小稳弧电流)对膜层的一致性、效率性和光洁度影响很大。一台电弧离子镀膜机所配电弧电源少则几台，多则十几台，甚至几十台。稳定可靠的工作对整台设备的性能至关重要。电弧电源从传统电源式，经过采用可控硅技术，发展到现在的高频逆变式。　　节工作原理图1 高频逆变式电弧电源原理框图　　工频整流滤波单元将公用电网的50HZ正弦波交流，通过低频整流电路，变成带有一定低频纹波的直流，然后进行简单的电容滤波。小功率(≤160A)时，一般采用∽220V，单相整流；大功率(>160A)时，一般采用∽380V三相整流。值得指出的是：该单元应设计对滤波电解电容初始充电时使用的限流启动电路，以避免初始充电时，瞬间大电流引起自动空气开关跳闸，并可以延长电解电容的使用奉命。　　高频全桥逆变单元采用IGBT或MOSFET，将工频整流滤波各得到的直流变成20KHZ或以上的方波交流，以使采用高频变压器进行降压。该单元是高频逆变式电弧电源的关键部分，除形成高频方波外，还承担了通过调整方波占空比实际稳流和输出短路时快速关断进行电源保护的功能。其基本结构如下图所示：图2 高频全桥逆变原理简图　　其工作过程为：通过电位器或计算机输出系统给定一期望的电流值，该值同电流回馈信号比较后，输出驱动方波的占空比，逆变频率由频率设定端子给出，正反相的驱动方波通过G1、E1、G3、E3和G2、E2、G4、E4去驱动T1、T3和T2、T4交替同时导通，在A1、A2端形成图中所示的方波高频交流。实际电路中A1、A2端接的是高频变压器的原边。当保护信号出现时，驱动方波消失(占空比为0)，高频全桥逆变单元的T1、T2、T3、T4全部关断。　　高频变压器在微晶、非晶或铁氧磁芯上绕制。由于铁芯的体积同频率的平方呈反比关系。采用高频变压器升、降压，将大大减少铁芯的体积；另外，由于线圈匝数的平方根同频率呈反比关系，采用高频变压器。　　可大大减少导线的用量。以上是采用高频逆变的主要原因，随着铁芯体积和导线的减少，高频逆变式电源的体积明显减少，效率得到提高，相对工频电源而言，其优势十分显著。　　高频整流滤波单元采用快恢复二极管组成单相全桥或全波整流回路，通过高频电感和高频电容实验高频滤波，可以得到纹波较小的直流。其基本结构如下图所示。图3 高频整流滤波原理简图　　电流检测采用霍耳电流传感器，检测出的电信号一方面提供给高频全桥逆变控制器同电流设定值比较确定交流方波的占空比来进行稳流控制，另一方面，同给定的某一阀值比较来判定灭弧状态。　　引弧单元通过事先给定的阀值同实际检测的电流比较来判断是否灭弧，亦有采用事先设定的阀值同输出电压比较来判定的，如图1中的虚线部分所示，其中的电压检测一般采用直流电阻分压器。当判定为灭弧时，将输出一引弧信号，实现自动引弧。输出的引弧信号，视电弧源配置的引弧动作装置的不同而分以下两类：　　1) 交流220V电磁阀线圈驱动，对应引弧方式为气动方式，该方式稳定可靠，造价稍高，适用性好。　　2) 直流4V或12V电磁铁线圈驱动，对应直流24V或12V电磁铁方式，该方式造价较低，但可靠性稍差。　　3) 电弧电强原工作电压电磁线圈驱动，对应采用电弧电源自身驱动的电磁铁方式，该方式造价，但可靠性稍差，通用性差。　　第二节主要特点　　同传统电磁式和可控硅技术制作的电弧电源相比较，高频逆变电弧电源主要具有以下特点：　　1) 体积缩小，仅是旧式电源的几分之一；相应的电源重量也　仅是传统电源的几分之一到十几分之一。　　2) 电源效率明显提高，比旧式电源的效率大约提高20%∽30%左右。　　3) 无噪音。　　4) 操作轻便，电流调节精度较高，稳流性能好，有利于控制膜厚及保证膜厚的重复性。　　5) 采用高频逆变方式的电弧电源纹波较小，加上其响应速度远远高于旧式电源，在相同弧源和工作条件下，使用高频逆变电弧电源有利于提高电弧的稳定性，减少灭弧次数。　　第三节应用和注意事项　　1) 高频逆变电弧电源是典型的低压大电流直流电源，主要用于小多弧、柱弧的供电电源，也可用于灯丝加热发射电子，磁过滤线圈供电等。　　2) 高频逆变电弧电源的体积较小，一个电源柜内可装多台电源，这时一定要注意电源柜的通风冷却，如果电源柜的温度过高，会减少高频逆变电弧电源的使用寿命，严重时将引起电源过热保护，影响镀膜质量。　　3) 高频逆变电弧电源的电流较大，采用电焊机专用大电流导线，电路输出端子及弧源接地端子要足够大，且应用力压紧，不然容易造成导线和端子发热，严重时会烧毁导线和端子。　　4) 高频逆变电弧电源的空载电压分≥60V，≥70V，≥80V，≥90V等。除极少数引弧较难的靶材需要较高空载电压外，绝大多数通用靶材，对空载电压的要求不高，正常的工作电压在20V左右，极个别特殊靶材的工作电压可能高过30V。如果工作电压明显低于20V，则可能靶、屏蔽罩和真空室之间存在短路，应停下来检修。　　5) 如果电源空载电压正常，引弧动作时电压、电流表无变化，则可能是引弧针或引弧电阻烧断；如果引弧时无声响，则可能是引弧驱动电路故障，也可能是引弧机构(电磁铁、电磁阀线圈气动组件)损坏。　　6) 如果工作过程中突然出现电压、电流为零，而且不能马上恢复，需要等几分钟才能恢复，通常是电源冷却不够，产生了过热保护，如果等几分钟都不能恢复，则电源内部有元器件损坏，较易坏的组件主要是全桥逆变部分的IGBT或MOSFET管，高频整流部分的快恢复二极管。　　7) 如果工作过程中电压、电流不太稳定，但不灭弧，则可能是电弧源阴极同屏蔽罩，真空室有短路发生。如果频繁灭弧，则可能工作气压太低，或者是电弧源磁场调节不合适造成的。　　8) 为了读者对高频逆变电弧电源有一个直观印象，我们给出成都普斯特电气有限责任公司产品实物照片。如下图所示：图4 高频逆变电弧电源实物照片　　第二章磁控溅射电源　　磁控溅射电源从电源技术本身的发展而言，经历了电磁式、可控硅技术后，发展到现在采用高频逆变式开关电源技术。从输出波形看，伴随着磁控溅射技术本身的发展，又经历了直流、单极性脉冲、对称双极性脉冲（中频磁控溅射电源）和双极性脉冲（非对称中频磁控溅射电源）几种方式。目前，新的磁控溅射电源基本上都采用高频逆变开关电源技术制造，中频磁控溅射电源已成为新的磁控溅射设备的电源。为了准确控制膜层厚度，磁控溅射电源必须稳定工作，并具有较好的恒定特性。目前，主要采用恒流方式，也有采用恒功率方式的，极少采用恒压方式。另外，磁控溅射镀膜技术具有的一个显著优点是膜层致密、光洁度较好。要实现该优点，必须严格限制磁控溅射过程中靶表面的打火次数和每次打火的能量，尽量减少打火瞬间造成的宏观靶材粒子数量，它们会降低膜层的致密性和光洁度，严重时会造成掉膜。　　节高频逆变直流磁控溅射电源　　1.1 工作原理　　高频逆变式直流磁控磁溅射电源的原理框图如图5所示。图5 高频逆变式直流磁控溅射电源原理框图　　其中三相或单相工频整流、高频全桥逆变、高频变压器和高频整流滤波单元的简单构成和工作情况同高频逆变式电弧电流相同，只是功率较大，高频整流部分通常只采用全桥整流方式。打火限流单元为采用专门技术设计的电路，目的是限制磁控靶表面出现打火或输出部分出现短路时，限制瞬间输出大电流而损坏电源。电流、电压测量信号检测后输入到反馈及控制驱动单元，实现恒流、恒功率控制，同时实现过流、过压保护等功能。为限制每次靶表面打火过程中释放的能量，高频滤波电容在保证高频纹波系数的基础上，尽量减小，此外，限流动作的时间也应尽量加快，应该做到微秒量级。　　1. 2主要特点　　同传统电磁式磁控直流磁控溅射电源相比，高频逆变直流磁控溅射电源主要具有以下特点：　　1) 电源体积明显减小，仅为旧式电源的几分之一，相应的电源重量也仅是传统电源的几分之一到十几分之一。　　2) 电源效率明显提高，比旧式电源的效率大约提高20%-30%左右。　　3) 无噪音污染。　　4) 交流纹波较小，恒流精度高，有利用膜厚控制。　　5) 过流保护动作时间短(1-3微秒)的，抑制打火性能优越，有利于提高膜层质量。　　6)保护动作恢复时间短，对于新靶，铝靶，铝合金靶而言，启辉迅速稳定，炼靶时间可明显减少。　　1. 3 应用和注意事项　　1) 高频逆变式直流磁控溅射电源主要用于纯金属磁控溅射，例如金、银、铝、钛、铬等。其离化率很低(偏压电流很小)，如用于反应磁控溅射，靶材很容易中毒，靶面打火严重，不易控制，但是由于其使用简单方便，电源和磁控靶的造价较低，目前仍得到不少运用。　　2) 高频逆变式直流磁控溅射电源空载电压通常为≥800V，工作电压为400V-600V左右，取决于磁控靶的磁场设计和工作气压，通常靶表面的磁场越强，工作气压越高，工作电压越低。其工作电流取决于磁控溅射靶的大小和冷却效率，一般可按30mA/cm2或20W/cm2来估算。　　3) 使用新靶或长期不用的靶时，刚开始电压和电流会频繁变化，这是由于靶面打火引起电源反复保护后又自动恢复所致(指针表不很明显)，属于正常现象，待靶表面清洁后，会自动恢复正常，该过程大给1-10分钟，视靶面情况和电源性能而有不同。　　4) 某些靶材在开真空室后表面会生成化合物，重新溅射时，会出现溅射电压明显偏低现象，通常5-20分钟后，溅射电压在靶表面化合物溅射掉后会恢复正常。　　5) 高频逆变直流磁控溅射电源在使用中，如果出现溅射电压明显偏高，甚至出现灭辉现象时，常常时因为工作气压太低（通常应为0.2～0.6Pa）或磁控溅射靶的磁场太低（通常应为300～600高斯），比如，长期使用的磁钢性能下降时会出现这种现象。　　6) 笔者认为用一台较大的高频逆变直流磁控溅射电源控制两个或以上的磁控靶是不合适的，因为两个靶性能很难保持一致，通常会造成其中的一个或几个靶工作不正常，严重时甚至不能起辉。　　7)为了读者对高频逆边直流磁控溅射电源又一个直观印象，我们给出成都普斯特电气有限责任公司的产品实物照片。如下图所示：图6 高频逆变直流磁控溅射电源实物照片　　第二节单极性脉冲磁控溅射电源　　2.1 基本原理　　单极性脉冲磁控溅射电源的原理框图如图7所示：图7 单极性脉冲磁控溅射电源原理框图　　图7中的工作单元，大部分前面已有描述，这里仅介绍特殊的单元和整体工作原理。值得注意的是：第二级高频整流后，不再进行高频滤波，因而直接输出高频单极性脉冲。从图7中可以看到：有两级高频逆变，级高频逆变的主要功能是实现恒流控制，第二级高频逆变的主要功能是实现频率和占空比调节，同时进行高频升压。　　单极性脉冲磁控溅射电源的工作频率（参见图8），工作占空比（参见图8）。图8 单极性脉冲磁控溅射电源的输出波形示意图　　单极性脉冲磁控溅射电源的工作频率f= t1+t21 (参见图8)，工作占空比D= t1+t2 (参见图8)。　　2.2主要特点　　1)输出为高频单极性脉冲，在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙时自然灭辉（引频率较高，肉眼看不出来)，同高频逆变直流磁控溅射电源相比，因存在自然灭辉的脉冲间隙，能有效减少靶面打火，再加上无高频滤波电容的储能作用，打火瞬间的释放能量也明显降低。　　2)恒流值设定，频率设定，占空比设定都可以独立设定。　　3)价格要高于高频逆变直流磁控溅射，但适用于单靶磁控溅射，在有限抑制打火和限制打火释放能量时，无需对普通磁控靶进行改造或使用孪生磁控靶。　　2.3 应用和注意事项　　1)单极性脉冲磁控溅射电源主要用于对膜层质量要求较高的纯金属磁控溅射镀膜，其较好的抑制打火和打火释放能量的能力，能显著提高膜层的致密性和光洁度。也可用于部分反应磁控溅射。　　2)单极性脉冲磁控溅射电源的价格和性能都介于高频逆变直流磁控溅射电源和双极性磁控溅射电源（中频磁控溅射电源)之间，在兼顾性能和价格时，它是一个适中的选择；但也正是由于价格上不如直流磁控溅射电源，性能上不如双极性磁控溅射电源，因而在实际使用中采用的不多。　　3)由于存在脉冲间隙的灭辉过程，在同样平均电流下，其工作电压比直流磁控溅射要高，低气压下，容易灭辉。　　4)单极性脉冲磁控溅射电源的出载电压一般≥1000V，工作电压400V～700V，工作频率20KHz～80KHz，占空比为10%～90%。　　5)工作频率高一些，有利于增加打火抑制能力，但电源的效率会略有降低，占空比小一些，也有利于增加打火抑制能力，但会限制电源输出平均电流的能力。　　6)图9 所示为成都普斯特电气有限责任公司生产的单极性脉冲磁控溅射电源实物照片。　　第三节中频磁控溅射电源（对称双极性脉冲磁控溅射电源) 　 3.1工作原理　　中频磁控溅射电源的基本工作原理如图10 所示图10 中频磁控溅射电源原理框图　　中频磁控溅射电源也是采用两级结构，级高频逆变主要实现恒流、恒压、恒功率功能，第二级高频逆变主要实现高频升压和频率、占空比调节。值得注意的是：第二级高频变压器升压后，不再进行高频整流，而是直接送到两个对称（孪生）磁控溅射靶上，由于变压器在不对称工作情况下很容易偏磁而饱和，因此，两个磁控溅射靶要尽量可能一致。　　中频磁控溅射电源输出波形示意如图11。工作频率：工作占空比：正常情况下：t1=t3,t2=t4 　　3.2主要特点　1)中频磁控溅射电源工作时，输出为对称的方波交流，两个磁控溅射靶互为阴阳级，交替工作。同单极性脉冲磁控溅射时一样，每个靶都有自然灭辉时间，其打火抑制功能很强。其优于单极性脉冲磁控溅射电源的是：两个靶交替工作时，当对面靶工作时，不工作靶表面的正电荷积累，可以被电子中和，不存在电荷积累问题，因而其抑制打火功能比单极性脉冲磁控溅射电源更好。特别适合于镀制各种要求较高的纯金属膜和化合物膜。　2)两个磁控溅射靶高频率交替溅射时，电子、离子在两个靶之间反复运动，有助于提高电离度，增强粒子的激活态，特别有利于反应磁控溅射。　　3.3应用和注意事项　　1)中频磁控溅射电源对磁控溅射靶的要求较高，“孪生”的对靶，要求表面磁场、溅射面积、靶的材质和厚度要尽可能一致。不然会影响电源工作，严重时会导致过流保护。　　2)由于两个靶交替工作，中频磁控溅射电源的起辉电压和工作电压较高，低气压下也容易出现灭辉现象。　　3)因两个靶交替工作，从理论上讲中频磁控溅射电源的电流或功率选择，基本上可以按直流磁控溅射的两倍来定，但考虑到其工作电压较高，可适当降低工作电流。　　4)由于目前中频磁控溅射电源的工作频率较低(20～60KHz)，还不能溅射绝缘靶材。　 5)中频磁控溅射电源的空载电压一般为≥1000V～1200V，工作电压为500V～800V，工作频率为20KHz～60KHz,占空比为10％～90％。 6)工作频率高一些，有利于增加打火抑制能力，但会限制电源输出平均电流的能力。 7)图12 所示为成都普斯特电气有限责任公司生产的中频磁控溅射电源实物照片。　　除以上介绍的三种常见的磁控溅射电源外，尚有非对称中频磁控溅射电源（非对称双极性）、三用磁控溅射电源（直流、单极性、双极性）等，它们主要用于科学研究和工艺开发，生产上较少采用，由于篇幅所限，这里不再一一介绍。　　第三章偏压电源　　偏压电源在多弧离子和磁控溅射镀膜技术中都要使用。只是由于磁控溅射的离化率远低于多弧离子镀，所需偏压电源的功率更小。目前有许多设备既配备磁控溅射靶，也配有多弧靶，选择偏压电源功率时，要以多支工作时的要求来定。早期的偏压电压主要是用可控硅技术的直流偏压电源，现在多为采用高频逆变技术制造的单极性、直流叠加脉冲和双极性脉冲偏压电源。因灭弧和防打火功能太差，已经逐渐被淘汰。偏压电源主要用于多弧离子和磁控溅射镀膜过程中的辉光清洗、离子轰击和膜层沉积时在被镀工件上施加偏压，在辉光清洗时，它产生辉光；在离子轰击中用于加速离子，提高离子轰击工件表面进的能量，达到啬溅射清洗效果和膜层结合力的目的，在膜层沉积时，它也用于增加离子能量，促进和改善薄膜生长，也会提高膜基结合力。　　节单极性脉冲偏压电源　　1.1工作原理　　单极性脉冲偏压电源的工作原理框图如图13所示：　　图14 单极性脉冲电源输波形示意图　　其输出频率： f= ——— 其占空比：　　打火抑制单元主要是限制打火电流，减少工件表面的打火损伤。有的偏压电源在第二级高频变压器输出端设有多个抽头，目的是提高它在低压范围的输出电流。实际上，偏压电流需求出现在离子轰击阶段，此时电压并不低，要提高电流输出能力，应加大偏压电源的功率。如果不加大电源功率，采用抽头方式，固然可以节约电源成本，当进行离子轰击时，只能分批开启多弧靶，影响生产效率和离子轰击送到效率。　　1.2主要特点　　1)高频单极性脉冲偏压施压在工件上，相比直流偏压而言，由于存在电压中断间隙，能有效减少打火次数，保护工件表面。　　2)脉冲间隙期间，工件表面积累的电荷可以被中和，从而减少了表面电荷积累引起的打火。　　3)高频逆变技术中的快速关断能力，能有效减少每次打火释放的能量，即使在打火出现时，也能明显降低工件表面大损伤程度。　　4)脉冲间隙期间沉积到工件表面的离子能量很低。　　5)可以通过调节频率、占空比要改善和控制成膜速度和质量。　　6)在保证离子能量的基础上，可通过调节占空比来控制工件表面的温度。　　7)具有较高的恒压精度。　　1.3应用和注意事项　　1)通用单极性脉冲偏压电源的输出电压为100～1000V,频率为20～80KHz，占空比为10％～80％，输出电流取决于多弧靶的数量和弧流的大小。通常可按3～5A/个选取，而只用于磁控溅射镀膜的偏压电源。则根据工件表面积和辉光放电清洗强度来选，通常可按5A/m2左右来选取。　　2)调高频率和减小占空比能减小打火损伤和降低工件表面的温度、辉光放电清洗和离子轰击的效果。实际使用中要根据实际工作情况和需要来调节。　　3)增大占空比可提高离子轰击的能量，有利于提高膜基结合力和膜层的致密性，但会降低成膜速率，实际使用中要根据需要调节、　　4)辉光清洗电压大约500～1000V，离子轰击电压大约400～800V，成膜电压大约50～300V，在工模具镀膜中，也有采用1500V，3000V,甚至5000V偏压电源的，但应用较少。　　5)工作中如出现低压大电流现象或反复保护，电压、电流不稳定现象，很可能设备有短路和持续拉弧现象，应进行维修。　　6)工作中打火频繁。而且提高频率和占空比也无明显改善时，可能是膜层绝缘性高或工件上有绝缘材料，这时选用双极性脉冲偏压电源。　　第二节直流叠加脉冲偏压电源　　2.1工作原理　直流叠加脉冲偏压电源的基本工作原理如框图15所示　　图15 直流叠加脉冲偏压电源原理框图直流叠加脉冲偏压电源是在单极性脉冲偏压电源的基础上，采用“淹没”式叠加方式增加一台高频逆变式直流电源构成的。当直流电压为零时，它就是一台单极性脉冲偏压电源，当脉冲电压为零时，它就是一台低压直流偏压电源。其输出电压波形示意如图16。图16 直流叠加脉冲偏压电源输出波形示意图　　V1为直流电压，V2为脉冲电压，脉冲频率，脉冲占空比　　2. 2 主要特点　　1) 无需停电切换就可实现单极性脉冲，直流和直流叠加脉冲三种工作模式。　　2) 具有单极性脉冲偏压电源的所有特点。　　3) 直流和直流叠加脉冲模式下，消除了单极性脉冲间隙间离子能量很低的问题。　　4) 直流部分也采用高精度恒压方式。　　3.3 应用和注意事项　　1) 在保证工件表面损伤不明显的前提下，使用直流和直流叠加脉冲模式，可进一步改善膜基结合力和膜层的致密性和光洁度。　　2) 在辉光放电清洗和离子轰击阶段，采用单极性脉冲模式。　　3) 直流电压有10-100V、20-200V、30-300V几种上，其电流的选取，与单极性脉冲偏压相同。脉冲电压、占空比亦与单极性脉冲偏压相同。　　4) 如果在直流和直流叠加脉冲模式下，出现打火频繁现象，改用单极性脉冲模式。如果仍然不能满意，则可选用双极性脉冲偏压电源。　　5) 为了让读者有一个直观的印象，图17给出成普斯物电气有限责任公司直流叠加脉冲偏压电源产品实物照片图17直流叠加脉冲偏压电源实物照片　　第三节极性脉冲偏压电源　　3.1 工作原理　　双极性脉冲偏压电源基本工作原理框图如图18所示：图18 双极性脉冲偏压电源原理框图　　双极性脉冲偏压电源由两个高频逆变恒压直流电源和一个高频逆变全桥构成，可调恒压直流电源原理可参见15中的直流部分。因正、负极性的电压不一样，所以要采用两个直流电源，通过高频全桥逆变方式将两个直流电压，变成不同幅值的非对称交流方波，其输出波形示意如图19所示。图19 双极性偏压电源输出波形示意图　　3.2 主要特点　　1) 负脉冲的作用同单极性脉冲偏压电源，正脉冲的作用主要是吸引等离子体中的电子来中和工件表面的正电荷积累。因为电子的质量远小于离子了，加速很容易，所以正脉冲的幅值远小于负脉冲幅值，通常为10～100V，正、负脉冲的电流积分应相等。所以正电源的功率比负电源的功率小很多。　　2) 由于受电子器件性能的限制，双极性脉冲电源的工作频率较低。　　3) 当正电源电压为零时，双极性脉冲偏压就变成单极性脉冲偏压。　　3.3　应用和注意事项　　1) 双极性脉冲偏压的工作频率为2～20KHz，正、负脉冲占空比为10%～80%，正电压V1为10～100V，负电压100～1000V。电流选取与单极性脉冲偏压相同。火。　　2) 双极性脉冲偏压主要是用于镀制绝缘膜层，能有效消除工件表面的打实际使用中，负脉冲频率、占空比、电压的调整与单极性脉冲偏压电源相同，然后再适当调整正脉冲的幅值和占空比来满足中和条件，达到抑制打火的效果。　　3) 图20所示为成都普斯特电气有限责任公司生产的双极性偏压电源产品实物照片。

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