如何正确选择电镀电源

如何正确选择电镀电源
发布日期：2015-11-20 来源：中国电镀网浏览次数：535 关注：加关注
核心提示：中国电镀网：在电镀生产的过程中，正确的选择一款适合自己的电源产品，才是提升工作效率的基本。

以下便是小编整理的选择电镀电源
中国电镀网：在电镀生产的过程中，正确的选择一款适合自己的电源产品，才是提升工作效率的基本。

以下便是小编整理的选择电镀电源的要求。

选择电镀电源有三个要求：
第一，要符合电镀工艺所要求的规范，包括电源的功率大小、波形指标、电流电压值可调范围等。

第二，是电源本身的可靠性能，这主要是指结构的合理性、安全性以及线路特点、冷却方式等。

第三，要考虑其价格的性价比。

确定一个镀种及其所有的镀槽要配置多大的和什么样的电源是实施电镀生产首要的重要工作。

实际生产当中确定确定电镀电源有两种方法：一种要根据镀液容量来确定的体积电流密度法;另一种是按受镀面积来计算的单位面积电流密度法。

所谓体积电流密度，就是根据每升镀液镀液允许通过的最大电流来调整整个镀槽需要通过的电流强度，从而确定所要用的电源最大和常规输出的功率。

镀铜一般是0.2～0.3A /L，镀镍是0.1～2.5A/L，光亮镀镍是0.3～0.35A/L，酸性镀锌是0.5～0.6A/L，碱性镀锌可达1.2A/L，镀铬是2～3A/L。

以镀亮镍为例，600L的镀液最大工艺电流可达0.3 A/L×600L=180A，这样选用200A的电源即可。

根据受镀面积也可以计算出最大电流。

以镀铬为例，如果是600L的镀液，在60℃
时，允许的最大电流密度为100A/dm2，设镀槽满载时可以镀10dm2，则所需要的电源最大输出电流为100A/dm2×10dm2=1000A，也就是要配置1000A、18V的整流电源。

在确定了电源的功率大小以后。

还要根据电镀工艺的需要和电镀现场的条件来选择电镀电源的波形、冷却方式、体积大小和防腐蚀能力等，包括成本因素综合仅以平衡。

稳流/稳压单脉冲电镀电源及其贵金属电镀应用
发布日期：2015-03-08 来源：中国电镀网浏览次数：482 关注：加关注
核心提示：稳流/稳压单脉冲电镀电源及其贵金属电镀应用梁坚（中科院广州电子技术有限公司）摘要：在贵金属价格不断上
稳流/稳压单脉冲电镀电源及其贵金属电镀应用
梁坚
（中科院广州电子技术有限公司）
摘要：在贵金属价格不断上升的今天，贵金属电镀行业使用脉冲电镀电源成为必然的选择。

本文通过对脉冲电镀的分析，引入脉冲电镀电源的研制方案，根据实际应用，提供部分贵金属电镀的应用参考。

关键词：脉冲电镀；矩形波；频率；脉冲宽度；工作比；斩波电路
0·引言
在贵金属价格不断上升的今天，贵金属电镀行业面临非常大的成本压力，为了达到节约贵金属和获得更好的电镀效果，贵金属电镀行业使用脉冲电镀电源成为必然的选择。

随着电力电子技术的不断更新，脉冲电镀电源具有广阔的开发和应用前景。

本文提出的稳流/稳压单脉冲电镀电源广泛应用于贵金属电镀行业，并取得很好的效果。

1·脉冲电镀的原理及其参数
目前，普遍采用的电镀电源按波形可分为脉动直流电源、平滑直流电源、周期换向电源、单向脉冲电源、换向脉冲电源、直流叠加脉冲及智能化多波形电源等，以满足不同电镀工艺需要。

1.1脉冲电镀的原理
电镀是用电化学方法使金属离子还原为金属，并在固体表面形成一层金属或合金的过程，该金属层即是电镀层。

对于电镀层，要求其结构致密，平滑均匀。

脉冲电镀是在含有某种金属离子的电解质溶液中，根据电化学原理，通过一定波形的低压脉冲电流，使金属离子在阴极上脉冲式的沉积，形成金属层的加工过程。

在脉冲电镀时，由于关断时间的存在，被消耗的金属离子利用这段时间扩散、补充到阴极附近。

当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度得以恢复，故可以使用较高的电流密度。

因此，脉冲电镀时的传质过程与直流电镀时的传质过程的差异，造成了峰值电流可以高于平均电流，促使晶种形成的速度远远高于晶体长大的速度，使镀层结晶细化，排列紧密，孔隙减小，电阻率低[1]。

脉冲电镀所用的电流波形有多种形式，其中矩形波应用较为广泛，贵金属电镀大多数采用矩形波单脉冲电镀。

脉冲电镀与传统的直流电镀比较，具有如下优点：
(1)镀件质量高：具有镀层孔隙率低，可得到光亮均匀致密的镀层，提高镀层的抗腐蚀性；较好的结合力和分散力，能增加镀层的密度及硬度，提高延展性和耐磨性，改进了镀层的物理性能。

(2)镀层厚度薄：在相同的镀层性能指标前提下，可使镀层厚度减薄1/3~1/2，节省原材料（如黄金、白银、锡、锗、镍等贵金属）10%~20%的使用量，具有重大的经济意义。

(3)生产效率高：脉冲电镀大幅度提高了瞬时电流密度，使其平均电流密度有可能大于直流电镀的实际电流密度。

因而，加速了电沉积速度，提高生产效率。

一般可减少1/3~1/2的受镀时间。

(4)改进常规的电镀溶液配方和工艺：在直流电镀中，为了实现合金共沉积、增加镀层的光亮度或者是改善镀层的物理性能，通常要加入络合剂、光亮剂等添加剂，而这些添加剂通常都是毒性很强的溶液，所以对生产和环保非常不利。

使用脉冲电镀，可以通过调节脉冲参数
来获得高质量的镀层，无需使用任何的添加剂。

1.2脉冲参数
矩形波脉冲电压波形参数图如图1所示。

脉冲宽度Ton：电流从接通到断开的时间，即电镀的工作时间；
脉冲间隙Toff：电流从断开到接通的时间，即电镀的不工作时间；
脉冲周期T：T=Ton+Toff；
脉冲频率F：F=1/(Ton+Toff)；
工作比D：D=Ton/T=Ton/(Ton+Toff)×100%（一般情况下，D≤50%）；
峰值电压VP和平均电压Vm的关系：Vm=VP×D；
峰值电流IP和平均电流Im的关系：Im=IP×D。

2·产品电路设计
整机电路原理图如图2所示，包括稳流/稳压控制电路、脉冲信号发生器电路、过流过压保护电路、功率场效应管脉冲斩波电路、功率场效应管驱动电路等。

2.1整机电路原理图
(1)市电220V/380V：根据功率要求选择220V/380V供电输入模式；
(2)稳流/稳压控制电路：输出线性可调的平滑电流/电压，根据输出反馈实现稳流/稳压两种控制模式；
(3)过流过压保护电路：根据输出反馈控制稳流/稳压控制电路，实现过流过压保护功能；
(4)脉冲信号发生器电路：产生频率（周期）、脉宽独立可调的矩形波脉冲信号；
(5)功率场效应管驱动电路：将频率（周期）、脉宽分别可调的矩形波脉冲信号进行隔离耦合，从而驱动控制功率场效应管脉冲斩波电路；
(6)功率场效应管脉冲斩波电路：将隔离耦合后的频率（周期）、脉宽分别可调的矩形波脉冲信号进行功率放大。

2.2主要电路分析
(1)脉冲信号发生器电路
脉冲信号发生器电路如图3所示。

传统的直流电镀只有一个参数—直流电流（电压）可供调节，而脉冲电镀则有脉冲平均电流Im（脉冲平均电压Vm）、脉冲频率F和脉冲宽度Ton 三个独立的参数。

由脉冲频率F和脉冲宽度Ton可以引出一个重要的参数—工作比D。

因此，设计一个产生频率（周期）、脉冲宽度分别独立可调的矩形波脉冲信号发生器是脉冲电源必不可少的环节。

根据贵金属电镀工艺和实际生产经验，脉冲频率范围为500Hz～2000Hz，工作比在10%～50%之间，电镀效果十分明显。

IC1及其外围元件构成频率（周期）可调的矩形波脉冲电路，该电路由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成[2]，当电容反复进行充放电时，在电路的输出端就产生了正负交替的矩形波。

同理，IC2及其外围元件构成脉冲宽度可调的矩形波脉冲电路，工作比D≤50%；T=T1+T2=2RC；F=1/(2RC)；C＞10PF；R：10kΩ～10MΩ。

(2)功率场效应管驱动电路
频率（周期）和脉冲宽度独立可调的矩形波脉冲信号经过反相器后，进行光电耦合驱动隔离。

光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高[3]。

(3)功率场效应管脉冲斩波电路
功率场效应管脉冲斩波电路如图4所示。

功率场效应管脉冲斩波电路是脉冲电镀电源的核心部分，决定着脉冲电镀电源的优劣。

图1为理想的矩形波脉冲电流波形，但由于受脉冲电镀电源内部电感、电容等器件的影响，尤其受外加负载的影响，实际应用中的脉冲波形不可能如图1所示。

实际脉冲电镀中的电流波形近似于梯形，上升沿和下降沿都有一定的延时时间，根据脉冲电镀的原理，这会影响电镀的效果。

因此，要尽量控制脉冲上升沿和下降沿的延时时间，使输出的脉冲波形接近矩形波，所以脉冲斩波电路选取的器件尤为重要。

目前用于斩波电路的器件有功率场效应管（POWERMOSFET）与双极型功率晶体管（GTR），它们相比具有以下特点：
①功率场效应管是电压型控制器件，而双极型晶体管是电流型控制器件，因此功率MOSFET
场效应管在驱动输出大电流时驱动电路较简单；
②功率场效应管的输入阻抗高，可以达到108欧姆以上；
③功率场效应管的工作频率范围宽，开关速度快、损耗小；
④功率场效应管可以多个并联使用。

如图4所示，该电路是电压控制的多个功率场效应管并联的脉冲斩波电路，可根据输出功率的大小，并联多个功率场效应管。

其在每个功率场效应管栅极和源极之间并联一个稳压二极管（V=20V），保护栅极和源极不被击穿。

在每个功率场效应管源极上串联一个均流电阻，以减少每个功率场效应管输出电流的差别。

在每个功率场效应管栅极引线上设置铁氧体磁珠，即在导线上套一个小磁环形成有损耗阻尼环节[4]。

3稳流/稳压单脉冲电镀电源在实际生产中的应用
本文提出的稳流/稳压单脉冲电镀电源广泛应用于贵金属电镀行业，在不少的电路板加工厂家和珠宝首饰加工厂家的实际生产中取得了明显的电镀效果。

稳流/稳压单脉冲电镀电源在实际电镀生产中的应用参考：
(1)电镀表面非规则的镀件时，要选用稳流控制模式，否则会出现明显的电镀尖峰效应；
(2)在相同电镀电流下，选取工作比越小，镀层的致密性就越好，但电镀时间需稍长，而选取工作比越大，镀层就越平滑光亮，但电镀时间就可以短一些；
(3)镀金工艺：频率F选取700Hz、800Hz或900Hz；工作比D选取10%～15%[5]；
(4)镀银工艺：频率F选取800Hz、900Hz或1000Hz；工作比D选取15%～30%[5]。

4·结论
本文提出的稳流/稳压单脉冲电镀电源具有控制线路成熟，操作简单，安全可靠等特点，并已应用于贵金属电镀行业，在实际电镀生产中取得理想的效果。

参考文献
[1]向国朴.脉冲电镀的理论与应用[M].天津:天津科学技术出版社,1989.
[2]清华大学电子教研组.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,1985.
[3]丁道宏.电力电子技术[M].北京:航空工业出版社,1996.
[4]李序葆,赵永健.电力电子器件及其应用[M].北京:机械工业出版社,1996.
[5]曾华梁,吴仲达,秦月文,等.电镀工艺手册[M].北京:机械工业出版社,1989.
脉冲电镀及脉冲电源的研究与分析
发布日期：2013-08-21 浏览次数：263 关注：加关注
核心提示：1.简介电镀是采用电化学方法使金属离子还原为金属，并在金属或非金属制品表面形成符合要求的平滑、致密的金属覆盖层。

电镀后的镀
1.简介
电镀是采用电化学方法使金属离子还原为金属，并在金属或非金属制品表面形成符合要求的平滑、致密的金属覆盖层。

电镀后的镀层性能在很大程度上取代了原来基体的性质，起装饰和防护作用。

随着装饰业的发展及膜保护需求量的增加，人们对电镀质量的要求越来越高。

但目前电镀技术仍存在某些缺陷，诸如加工时间长、镀层厚度均匀性差、镀层容易出现缺陷以及存在较大内应力等。

这些缺陷限制了电镀技术的应用和发展，不能适应当前的生产，尤其是精密制造的需要。

电镀生产采用何种电源对镀层质量的影响很大。

脉冲电镀是一项新的电镀技术，本文就电镀电源中脉冲电源技术作简单介绍。

2 电镀电源的发展
2.1 电镀的基本原理
电镀电源是用来在电镀中产生电流的装置，电流通过镀槽是电镀的必要条件，镀件上的金属镀层在电流流过电镀槽时.引起电化学反应而形成。

电镀过程如图1所示。

从电镀的基本原理可以看出.改进镀层质量可以从两个方面人手：①调整电镀溶液;②改进电镀电源。

现实中.广泛采用了改进电镀电源的方法。

关于这点，可以从电镀电源的发展演变过程中看出。

2.2 电镀电源的发展阶段
电镀电源经历了四个发展阶段：
(1) 直流发电机阶段这种电源耗能大、效率低、噪声大.已经被淘汰。

(2) 硅整流阶段是直流发电机的换代产品，技术十分成熟，但效率低，体积大，控制不方便。

目前，仍有许多企业使用这种电镀电源。

(3) 可控硅整流阶段是目前替代硅整流电源的主流电源，具有效率高、体积小、调控方便等特点。

随着核心器件——可控硅技术的成熟与发展.该电源技术日趋成熟，已获得广泛应用。

(4) 晶体管开关电源即脉冲电源阶段脉冲电镀电源是当今最为先进的电镀电源，它的出现是电镀电源的一次革命。

这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定.而且不易受输出电流影响等特点。

脉冲电镀电源是发展的方向，现已开始在企业中使用罔。

3 脉冲电镀及脉冲电源的研究与分析
3.1 脉冲电镀
脉冲电镀是一项新的电镀技术。

它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程中的影响。

在直流电镀时，镀液中被镀出的金属离子在阴极表面附近溶液中逐渐被消耗.造成了该处被镀金属离子与溶液中该离子的浓度出现差别。

这种差别随着使用的电流密度增高而加大。

当阴极附近液层中的该离子的浓度降到0时，就达到了所谓的极限电流密度，传质过程完全受扩散控制。

在脉冲电镀时，由于有关断时间的存在，被消耗的金属离子利用这段时间扩散、补充到阴极附近，当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度得以恢复.故可以使用较高的电流密度。

因此，脉冲电镀时的传质过程与直流电镀时的传质过程的差异，造成了峰值电流可以高于平均电流，促使晶种形成的速度远远高于晶体长大的速度，使镀层结晶细化，排列紧密。

孔隙减小，电阻率低。

此外，直流电镀时的连续阴极极化电位下的各种物质，在阴极表面的吸脱附过程与脉冲条件下的间断高阴极极化电位下的吸脱附过程的机理有很大差异.造成了同样的溶液配方及添加剂在电源波形不同时.表现的作用差别也很大。

3.2 脉冲电源
脉冲电源分为数字脉冲电源和模拟脉冲电源。

所谓数字脉冲电源，是采用微处理器及数字电路对脉冲电源中的直流斩波进行控制，并实现数字显示与数字调节的电源。

它是当今最为先进的电镀电源.由于与计算机技术相结合，使其控制更加方便和灵活。

目前是电镀电源发展的方向。

数字脉冲电源的原理示意图如图2所示。

与传统的模拟脉冲电源相比.数字脉冲电源具有如下优点：
(1) 驱动波形规整，极大地改善了斩波后的输出波形，对提高电镀质量十分有利;
(2) 采用数字调控，直观简单;
(3) 波形调节范围宽，调节步进可以至0.1 ms;
(4) 温度漂移系数小，能长期稳定连续运行。

在目前的应用中.普遍采用大功率开关管IGBT对直流电源进行斩波，达到脉冲输出的目的。

数字控制器发出的方波驱动信号控制IGBT的通断。

改变数字控制器的信号，可以实现对输出脉宽及频率的可调。

数字脉冲电镀实质上是一种通、断直流电镀。

所不同的是数字脉冲电镀有三个独立的参数(脉冲平均电流密度I、导通时间及关断时间BED Equation.DSMT4)可调;而一般直流电镀只有一个参数(电流或电压)可调。

因此，采用数字脉冲电镀就为槽外控制镀层提供了有力的手段。

大量的实践证实，数字脉冲电镀是一项既能提高镀层质量，又能提高沉积速率的经济效益很高的电镀新技术。

图3为数字脉冲电源的电流波形。

4 镀层含量与脉冲频率的关系
在图3中当电流脉冲宽度不变时，由图4可见，镀层中金属含量随着脉冲频率的增大而逐渐减少。

在平均电流密度I不变的条件下由下式可知：
频率越低，峰值电流越大，即在脉冲宽度的时间内.就会使靠近阴极处的金属离子急剧减少。

由于在较短的时间内，基质金属的沉积速度较快，输送到阴极并嵌入镀层中的速度赶不上基质金属的沉积速度。

因此，为了提高镀层质量和效率，可以根据不同的镀层金属溶液，对脉冲电源的频率和脉宽进行适当调整。

实现对峰值电流的改变。

5 结束语
国内外电镀工作者大量的实践证实，数字脉冲电镀是一项既能提高镀层质量，又能提高沉积速率的电镀新技术。

智能化脉冲电源是改善电镀工艺的较好途径。

只要根据不同的镀层金属溶液要求，设置相应的参数如脉宽、频率、温度等，智能化脉冲电源就能自动完成对工件的电镀加工。