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高频开关电镀电源及其关键问题探讨高频开关电镀电源及其关键问题探讨 高频开关电镀电源及其关键问题探讨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 ；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 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、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 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， 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 下 ）、 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 下的市场总量 在 5000 万元以上，特别是在某些行业，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