Источники питания генераторов плазмы, страница 9

Есть еще одно решение этой же задачи и при том менее, может быть, сложное, т.к. не требует для своей реализации резонансных контуров. Имеется ввиду импульсный источник или стабилизатор тока.

Простейший импульсный стабилизатор тока можно представить следующим образом (см. рисунок 2.8-9.13).

Ключевой элемент - в данном случае биполярный транзистор, на базу которого подается ШИМ сигнал открывается импульсами. Протекающий через него ток запасается в виде энергии магнитного поля в дросселе  с внутренним сопротивлением . Ток, протекающий через  и , вызывает на них падение напряжения. Напряжение ~  снимается с , сравнивается с  и вырабатывается сигнал пропорциональный разности действительного тока в нагрузке (~ ) и желательного тока (~ ). Это так называемый сигнал рассогласования, величина и знак которого управляют работой ШИМ, а тот, в свою очередь, управляет работой транзистора (силового ключа). Пульсации напряжения на цепочке  сглаживаются конденсатором .

Хотя на схеме нарисован ШИМ, в принципе можно управлять не только скважностью импульсов при заданном периоде повторения, можно изменять и частоту следования импульсов при заданной их длительности, т.е. в данном устройстве возможно применение не только ШИМ. Импульсы, попадающие на базу транзистора, открывают его и через транзистор течет импульсный ток восполняющий потери энергии накопленной в дросселе. В паузах между импульсами тока через транзистор цепь замыкается через диод . Следящая система реализованная в этом устройстве позволяет поддерживать запас энергии в дросселе на заданном уровне, т.е. поддерживать заданный ток через нагрузку. Это оказывается очень хорошим решением проблемы управления газовым разрядом. Поскольку датчик тока реагирует именно на ток нагрузки, а не на изменение каких-то ее других параметров, то такая схема отчасти защищает и от срыва, например, тлеющего разряда в дугу. Так как при переходе к дуге сопротивление разряда уменьшается, причем достаточно резко, то энергия, запасенная в дросселе, иссякает быстрее, но поскольку уменьшение величины  приводит к росту тока в цепочке , то схема отреагирует уменьшением подкачки энергии в дроссель, в результате уменьшается и ток через  и напряжение на нем. Если допустим возрастание тока было обусловлено микропробоем в системе электродов, то в результате он будет «подавлен» и не сможет перейти в дугу. Но может быть и другая ситуация.

Рассмотрим пример из практики. Цилиндрическая магнетронная распылительная система имеет достаточно развитую площадь катода-мишени, работает на тлеющем разряде с рабочим напряжением порядка  В. В нормальном режиме работы разряд распределен по значительной площади, поэтому при не очень большой плотности тока на катоде система может потреблять ток во много десятков ампер и даже несколько сотен ампер. Если же в материале катода имеются включения с примесями или каверны с заключенным в них газом, то когда такая каверна вскрывается, вследствие распыления поверхности металла, то в этом месте начинается интенсивное выделение газа, т.е. создается локальная атмосфера с достаточно большим давлением. Разряд в этом случае сосредотачивается именно на этой каверне. И хотя общий ток разряда сразу не возрастает, но плотность его резко возрастает на много порядков и тлеющий разряд на поверхности превращается в локализованный на каверне дуговой разряд. Когда ток превысит установленный предел импульсный стабилизатор или любое другое устройство стабилизирующее ток разряда из рассмотренных нами выше, конечно же, ограничит этот ток, но катод это уже не спасет. Локализация большого тока на малой площади приводит к большому тепловыделению и катод проплавляется насквозь. Как же поступать в этом случае? Как мы помним при переходе тлеющего разряда в дуговой, в результате изменения прикатодного падения потенциала изменяется напряжение на разряде. Уменьшение напряжения на разряде и будет признаком перехода тлеющего разряда в дуговой. Если снабдить рассмотренную нами схему еще и датчиком напряжения на нагрузке и использовать этот сигнал для управления работой ШИМ, то в случае перехода одного вида разряда в другой устройство будет просто выключить питание разряда на время достаточное для его погасания и остывания катодного пятна. После чего опять подать питание и инициировать разряд. Все это может быть реализовано на базе импульсного стабилизатора тока и соответственной системы управления ключевым элементом.