Что такое импульсный блок питания?

Что такое импульсный источник питания?

Импульсный источник питания — это устройство, которое генерирует высокие напряжения в несколько киловольт за очень короткий промежуток времени.

Он характеризуется высоким выходным напряжением (~30 кВ), повторяющимся с высокой частотой (~100 кГц), несмотря на чрезвычайно быстрое время нарастания напряжения. Кроме того, поскольку выходной сигнал не является непрерывным и есть время охлаждения, повышение температуры самого оборудования и пространства может быть подавлено.

Эти устройства используются в академических и промышленных областях, где требуется высокое выходное напряжение (например, источники питания для генерации плазмы).

Применение импульсных источников питания

1. Для генерации плазмы

Генерация плазмы требует высокого выходного напряжения, и импульсный источник питания является идеальным источником питания для генерации плазмы. Подаваемая мощность может контролироваться путем изменения ширины и частоты импульса, что удобно, когда для генерации плазмы требуется энергия высокой плотности.

Импульсный источник питания широко используется в качестве источника питания для плазменного оборудования. Они используются для подачи заряженных частиц, таких как свет, электроны и ионы, генерируемые из плазмы, на объекты, а также для стерилизации и очистки воды с использованием генерации ударной волны от импульсного разряда.

2. Для эксимерных лазеров

Импульсный источник питания с короткой продолжительностью и высокой выходной мощностью требуется для управления мощными и высокоэффективными лазерами, такими как эксимерные лазеры, которым требуется мгновенное возбуждение лазерного газа. Существуют также приложения для управления такими мощными лазерами. Мы вносим вклад в развитие технологии полупроводниковой литографии.

3. Другое

Импульсный источник питания также используется в импульсном источнике питания для EUV и плазменного химического осаждения из газовой фазы, который адсорбирует и осаждает тонкие пленки и мелкие частицы на поверхности подложек.

Плазменное химическое осаждение из газовой фазы используется в качестве изолирующего и защитного покрытия для полупроводников. Он также полезен для покрытия кромок режущих инструментов и контактных зон шестерен нитридом углерода или нитридом титана.

Малый импульсный источник питания также применяется в приборостроении. Он подает высокоскоростные высоковольтные импульсы на сканирующие электронные микроскопы SEM и масс-спектрометры MS.

Принципы импульсных источников питания

Импульсный источник питания делится на зарядное устройство и генератор импульсов. 

1. Зарядное устройство

Входной переменный ток импульсного источника питания сначала преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительной схемы, затем усиливается через инвертор для вывода. Затем он заряжается на конденсаторе первой ступени в секции импульсного генератора. 

2. Генерация импульсов

Заряженная мощность преобразуется в импульсы с помощью биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), типа силового полупроводника, способного к высокоскоростному переключению больших мощностей.

В дополнение к IGBT используется элемент, называемый насыщающимся реактором. Насыщающийся реактор имеет высокую магнитную проницаемость в диапазоне низких токов и не позволяет току проходить, но по мере увеличения тока и превышения плотностью магнитного потока определенного уровня ток может проходить. Такая схема называется схемой магнитной компрессии.

Затем генерируемое импульсное напряжение индуцируется в насыщающемся реакторе на следующем этапе. Затем напряжение повышается, и с помощью схемы магнитной компрессии короткий импульс, сжатый до менее 100 нс, может быть доставлен на нагрузку. Характеристики зарядного напряжения схемы определяются соотношением между скоростью зарядки конденсатора и значением насыщения насыщающегося реактора.

Если индуктивность реактора меньше, чем у первой ступени, импульсное напряжение может быть сгенерировано за более короткое время. Если требуются более короткие импульсы, доступен многоступенчатый перенасыщенный реактор.

Особенности импульсного источника питания

1. Мгновенный выход

Импульсный источник питания может хранить энергию в конденсаторе, когда выход равен 0, поэтому он может генерировать мгновенную высокую выходную энергию, когда он включен.

2. Быстрый запуск и быстрое повторение

Обычным источникам питания требуется время для достижения верхнего предела выходного сигнала при включении. Импульсный источник питания, с другой стороны, имеет чрезвычайно короткое время нарастания, достигая своего верхнего предела в микросекундах или наносекундах. Также возможно повторить этот выходной сигнал на высокой скорости. 

3. Низкое тепловыделение

Поскольку импульсный источник питания может контролировать время выхода, он может работать прерывисто, чтобы обеспечить время охлаждения. Это снижает повышение температуры оборудования и пространства. Поэтому их можно использовать для питания чувствительного к теплу оборудования.

4. Длительный срок службы

Все твердотельные, которые могут обеспечивать стабильный импульсный выход в течение длительного периода времени.