其缺點如下：

(1)離子滲氮過程中既要防止大電弧的形成，降低電弧能量、又要利用微弧清洗凈化工件，一般的電路除設計有LC振蕩滅弧、電流截止滅弧以外，都串聯(lián)有限流電阻R，見圖1。

圖1：直流電源原理示意圖

(2)在離子滲氮過程中，爐內電壓、電流須處于異常輝光放電區(qū)的范圍，這樣才能保證工件均勻地被輝光覆蓋，一般當離子功率密度大于0.4W/cm2時才足以產(chǎn)生輝光放電，見圖2。有時由升溫階段轉向保溫階段，為了維持一定的輝光功率并保持溫度，只有增大冷卻水流量。據(jù)介紹，嚴重時冷卻水帶走的能量占總功率的40％之多。

圖2：低壓氣體放電伏安特性曲線

(3)工件上的小孔、深孔、溝槽部分常會產(chǎn)生空心陰極效應，造成局部溫度過高、硬度下降，對于形狀復雜的工件，如模具等難以獲得均勻的滲氮層。

如果是采用脈沖電源進行離子滲氮，可以克服以上不足之處，其優(yōu)點如下：

(1)在脈沖電壓的作用下，爐內氣體放電受高頻電子開關的通斷控制，電流電壓自然過零，自身具有滅弧的功能，由于采用自關斷器件，滅弧速度可達微秒級，因而取消了限流電阻，可大幅度節(jié)能。

(2)在提供大的瞬時能量的同時，可以保持較小的平均能量，可將工件升溫、保溫所需的離子能量借助于導通比α來調節(jié)，從而將輝光放電的物理參數(shù)與控制溫度的參數(shù)分開，實現(xiàn)獨立調整，提高滲氮質量。

(3)空心陰極效應的產(chǎn)生是由于離子－電子的相互作用，產(chǎn)生雪崩效應，引起載流子的聚集所造成的，采用脈沖電源后載流子的聚集被脈沖間隙中斷，從而抑制了空心陰極效應，改善了復雜零件的溫度均勻性。另外，對于原來需要堵孔屏蔽的某些零件可直接裝爐滲氮，簡化了工序。

采用的方案

根據(jù)離子滲氮工藝的要求，脈沖電源的工作頻率為2kHz左右，最高工作電壓為1000V，電流幅值約為100A。在電源的控制電路中，要求對脈沖的占空比進行調節(jié)，對爐內溫度實現(xiàn)PID調節(jié)控制，對打弧進行檢測與保護。主電路可以有多種方式，如：直流斬波方式、逆變方式等，可選用的開關器件也很多?？紤]到成本及電路的簡潔可靠，本電源采用直流電源加斬波部分及控制部分，具體框圖如下：

圖3：脈沖電源框圖

電源工作原理

主電路
　　
三相交流電經(jīng)電源變壓器升壓后，再經(jīng)晶閘管三相半控橋式整流、濾波，輸出連續(xù)可調0～1000V直流電壓，爐體陰極與電源負極之間接一大功率IGBT管進行斬波，IGBT兩端并聯(lián)一RCD緩沖吸收電路，用以吸收IGBT瞬時關斷時電路中形成的過壓，并配以LEM電流、電壓傳感器向控制電路提供反饋信號。

圖4：主電路原理簡圖

晶閘管觸發(fā)控制電路

脈沖峰值電壓的提供依賴于半控橋式整流電路，可由給定信號調節(jié)晶閘管的導通角，本電路中采用先進的TC787三相相位控制電路。電路中先產(chǎn)生一斜坡給定信號，然后再加上電流負反饋信號進行綜合放大后送入TC787的4端，12、10、8端分別用于控制A、B、C三相晶閘管的控制極。見圖5所示。

圖5：晶簡管觸發(fā)電路框圖

IGBT的驅動與保護電路
　　
由綜合放大電路板（ZHFD）產(chǎn)生的輸出信號被送入SG3526，產(chǎn)生PWM脈沖，此信號與反饋信號進行邏輯運算后送入HL403B厚膜驅動器，當IGBT產(chǎn)生過流、短路故障時，借助于IGBT內部的短路、欠飽和、軟關斷、降柵壓保護功能，保護信號通過光電耦合器加到NE555時基電路組成的自保電路封鎖PWM脈沖，使IGBT的GE間產(chǎn)生負偏壓而截止，見圖6。

圖6：IGBT的驅動與保護電路

滅弧控制電路及過流截止保護電路
　　
打弧現(xiàn)象是離子滲氮爐內不可避免的，當出現(xiàn)打弧，且正常的電壓下降無法滅掉弧光時，爐中電壓下降，電流上升，爐中等效電阻接近于0Ω，若不及時滅掉將會使器件過流損壞，打弧信號的獲得可以通過以下途徑：

（1）電流最大值、電流上升率di/dt。
（2）電壓最小值、電壓下降率dv/dt，由于線路中難免存在分布電感，電流增長的速度比電壓下降的速度要慢，所以檢測電壓下降信號可以較快地判別出打弧的發(fā)生，但要求電路能自動地區(qū)別正常脈沖的上下跳變與打弧引起的極間電壓下降，為此專門設計打弧檢測電路檢測出打弧信號后，關斷主電路電壓，待弧光滅掉后，又重解除封鎖。

放大電路

此部分電路的功能是實現(xiàn)溫度的PID控制，打弧信號的采集，電流、電壓負反饋以及產(chǎn)生滅弧信號，輸出信號將分別送往晶閘管觸發(fā)控制電路及PWM脈寬給定電路，以實現(xiàn)對電源的整體控制。此外，本電源中還包括顯示電路用以顯示峰值電壓、電流、平均電流、頻率、導通比等，以及接觸器、繼電器控制電路，本文從略。

設備裝配以后進行了一些調試，各部分基本上達到了預期的設計目的，并與離子滲氮爐體進行聯(lián)接，帶載運行，各種功能正常，打弧階段的時間明顯縮短，滅弧時間經(jīng)檢測僅為5微秒左右。脈沖電源用于離子滲氮在技術上是可行的，它的優(yōu)點已經(jīng)得到了驗證，可以預見，脈沖電源將逐步取代直流電源并會得到廣泛的應用。