电源的IGBT功率模块

在真空镀膜中，由于直流磁控溅射的电源系统是一个高电压、大电流的能量转换系统，所以电源系统的可靠性对镀膜质量有很大的影响。

一般情况下，采用一组高压整流电路和一组电压控制电路来提高电源系统的可靠性，但这两组电路由于输入和输出阻抗不一致，使控制电路的可靠性降低。为此，提出了一种用 IGBT功率模块构成的直流磁控溅射电源系统，并进行了仿真和实验。

该电源系统是由一个直流磁控溅射电源、一个功率变换器和一个 IGBT功率模块组成。该直流磁控溅射电源的工作原理是：直流磁控溅射电源提供高电压和大电流，将直流电流转换成高电压和大电流，并将功率变换器输出的高压直流电流经 IGBT功率模块变为低压直流电流。本方案采用 IGBT功率模块组成直流磁控溅射电源，并采用了同步整流技术及 PFC电路以提高其可靠性。

1直流磁控溅射电源系统的组成

直流电源由变压器和整流桥组成，变压器对电压进行升压，整流桥对电流进行升压。功率变换器采用了同步整流技术，输出端有同步整流滤波电路。IGBT功率模块的作用是将输入的高压直流电流转换为低压直流电流，输出端有隔离的反激开关电路，其输出电压为5V。

该系统可将直流电源转换为脉宽调制（PWM）控制的脉宽调制（PWM）交流电源，在整个控制过程中，采用了 PFC技术及 PID控制。采用此种控制方法能有效地提高直流电源的稳定性，满足高精度的要求。

2 IGBT功率模块的电路结构及工作原理

本文采用了 IGBT功率模块（IGBT FET）构成的直流磁控溅射电源，如图1所示。其主要电路结构是：主电路采用双管正激电路，它由 IGBT功率模块、整流桥、 PWM控制器、控制电路和保护电路组成。由图1可知， IGBT功率模块的开关过程是：在主电路中，当整流桥输出电流大于 IGBT功率模块的开关阈值时， IGBT功率模块导通，占空比大于90%。当占空比小于90%时，输出电流小于 IGBT功率模块的开关阈值。由图1可知，采用双管正激电路可以大大减小开关过程中的导通损耗、开关损耗和结温。而 PWM控制器就是用来控制 IGBT功率模块的通断的。

3仿真及实验结果分析

仿真所用的电路结构如图6所示， IGBT模块的主回路电路图如图7所示， IGBT模块的开关电源工作过程如图8所示。由于本方案中 IGBT模块是由同步整流电路和 PFC电路组成，所以该方案的仿真电路与实际电路基本一致。

为了验证该方案的可行性，将其用于实际，进行了实验验证。在图8 （a）中，用电压取样信号检测 IGBT模块的工作状态；在图8 （b）中，用电流取样信号检测 IGBT模块的工作状态。实验结果表明，当直流电压为800V时， IGBT模块正常工作；当直流电压为1500V时， IGBT模块处于过压保护状态。

4结论

采用 IGBT功率模块组成的直流磁控溅射电源系统具有以下优点：①提高了电源的可靠性，当功率变换器输出高压直流电流时，通过 IGBT功率模块转变为低压直流电流，从而大大提高了电源的可靠性；②可采用同步整流技术，提高了电源的输入和输出阻抗的一致性，从而提高了控制电路的可靠性；③采用 PFC电路和 IGBT功率模块构成的直流磁控溅射电源系统，能有效地抑制高频干扰对电源系统的影响。

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