新一代直流电镀电源——高频开关电源

　　1．直流电镀电源的发展回顾
　　电镀是电能转化为化学能的过程，在这一过程中，金属离子获得电子被还原成金属原子，金属原子按一定规则排列形成晶体成为镀层。直流电镀电源正是提供电子的“源泉”和使金属原子结晶的动力。因此电源在电镀过程中的作用是十分重要的。
　　上世纪60年代中期以前，人们采用交流——直流发电机组为电镀提供直流电。在调节直流发电机的输出时，要把直流发电机的输出作为采样信号，调节交流电机的转速以改变直流输出，即所谓“交—直—交组”。这种系统由于具有较高的可靠性，曾一度在电镀领域占统治地位(与之同期的还有贡弧整流器，但较早被淘汰。)至今人们仍可在某些国内大厂中看到它们的影子。然而这种系统效率极低，因此在电力电子技术诞生后不久便退出了历史舞台。我们把以交一直发电机组为代表的直流供电系统称之为第一代直流电镀电源。
　　在电力电子学还未从电工技术中分化出来之前，大功率硅整流管已被大量地工业化使用，于是，在电镀领域出现了所谓“自耦+硅整流”式直流电镀电源，即使用自耦变压器调节交流电压，再以大功率硅管(堆)进行整流。该系统虽然在技术上比起“交—直流发电机组”有了一定的进步，但由于在控制上需要用电机或人力去拖动自耦变压器的调压端，很不方便。同时，其效率没有任何改善，精密、纹波也较差。这即是所谓的第二代直流电镀电源。
　　50年代中后期，晶闸管在美国的贝尔实验室诞生。从而给包括电镀电源在内的电力电子行业带来革命性的福音。以可控硅为核心的直流电镀电源便是在这样的背景下产生的。
　　可控硅电镀电源，在电路结构上主要有两种形式：一是利用可控硅在工频变压器原边进行调压，然后在副边用硅管多相整流；二是直接用可控硅在工频变压器的副边进行调压整流。不论哪种形式，都把成熟的调节控制原理通过电子电路，运用到对可控硅导通角的控制中，使得可控硅电镀电源的输出特性大大地优于以往的产品。在额定负载情况下，往往能获得令人满意的精度、纹波和效率，特别是在效率上，比过去的产品有了显著的提高，功率范围也很宽。这些优良的特性使得它一经出现，便成为直流电镀电源的主流。至今国内大量使用的仍以这种电源为主，国外工业化国家在大功率电源领域也在使用这种电源。我们称之为第三代直流电镀电源。
　　第三代电镀产品比以往的产品有着明显的优势，但随着人们对镀层质量和工业生产过程自动化以及近十几年来人类对工业生产领域的节约能耗，减小污染的要求的不断提高，可控硅电源的缺点越来越明显。首先，它只能在一定的负载范围内保证额定精度，而实际生产时，大多数情况是非额定的，因此，往往难以满足实际精度需要。纹波也是如此，只在一定范围(一般是在满负载附近)满足额定值，这些，都给人们利用它来进一步提高工艺质量带来困难。其次，由于采用模拟电子线路完成移相控制，当它与计算机控制系统联接时，需要的接口电路较繁琐，很不方便。另外，由于摆脱不了工频变压器，使其整机体积大，重量大，耗费铜材，而且对电网的谐波干扰也很严重。随着电力电子技术的发展，高频功率变换技术得到了越来越广泛的应用。第四代直流电镀电源——高频开关电源正是在这样的背景下应运而生的。