1.脉冲参数表示

Q:周期 Ton:脉冲导通时间

Toff:脉冲关断时间

f:频率

Jp: 脉冲电流密度

Jm:平均电流密度

r%:占空比(导通时间与周期之比的百分数)

2.常用计算公式

①占空比:r%=(Ton/Q)×100%=[Ton/(Ton+Toff)]×100%

②平均电流密度:Jm=Jp×r% =Jp×[Ton/(Ton+Toff)]×100%

③频率:f=1/Q=1/×(Ton+Toff) ④平均电流密度:Jm=Jp×r%

3.脉冲参数的选择

⑴脉冲导通时间Ton选择:

脉冲导通时间Ton是由阴极脉动扩散层建立的速率或由金属离子在阴极表面消耗的速率Jp来确定。如果Jp大，金属离子在阴极表面消耗得快，那么，脉动扩散层也建立得快，则Ton可短些，反之则取长。但无论Ton取长或短，只要大于tc(电容效应产生的放电常数)即可。

⑵脉冲关断时间Toff选择:

脉冲关断时间Toff是受特定离子迁移率控制的阴极脉动扩散层的消失速率来确定。如果将扩散层向脉动扩散层补充金属离子使之消失得快，则Toff可取短些，反之则长，但Toff只要大于tcd(电容效应产生的时间常数)即可。

⑶脉冲电流密度Jp的选择:

脉冲电流密度Jp是脉冲电镀时金属离子在阴极表面的最大沉积速度，它的大小受Ton、Toff、Jm的制约，在选定Ton和Toff，并保持Jm/Jgg≤0.5这个比值，则希望Jp越大越好。

⑷脉冲占空比r%选择:

脉冲占空比是由Ton和Toff及Q决定的，一般脉冲电镀贵重金属时，占空比选取10~50%为最佳，脉冲电镀普通金属时，占空比选取25~70%。占空比的真正选择要在实际试验后得到最佳结果。

节电:效率≥90%，比硅整流省电达40%左右或比可控硅电源省电达20%左右。

节料:由于它的工作原理与普通电源不一样，因此在达到相同表面要求的前提下，可节料达15%左右。

节时:由于采用高频脉冲工作方式，电镀完全是在过电位下的电沉积，因此可节约时间达10%左右，提高工效。

高频脉冲电源采用N+1方式多个并联，(硅整流或可控硅电源不可以)，大功率、大电流可任意并用，效率更高。

高频电源的稳定性:由于采用了最新现代半导体双极型器件(IGBT智能模块)，其可靠性、安全性、稳固性和长时间工作寿命都大大加强和延长，这也是硅整流或可控硅电源无法比拟的。

高频脉冲电源:其工作时，脉冲顶部非常之平，完全是一条直线，纹波可小到0.5%，关断时可对被镀件进行瞬间退镀整平，因此克服了硅整流或可控硅电源的脉动波纹及被镀件表面的高低区，不会形成高的地方镀层厚，低的地方镀层薄的现象。

常见的脉冲电镀电源主要有以下几种类型:

(1)单脉冲电镀电源

输出导通时间和关断时间可调的单向正方波，波形如图所示。

一般为中频可调，占空比为0%~100%可调。当占空比为100%时，脉冲电流变成直流电流。

(2)双脉冲电镀电源

即周期换向脉冲电镀电源，输出波形如图所示。

另外，还可输出属于双向功能的单个脉冲换向、无关断时间的单个脉冲换向、直流与脉冲换向及属于单向功能的单脉冲和直流、直流叠加脉冲、间断脉冲等波形。

频率和占空比调节范围与单脉冲电镀电源的大致相同。

(3)多脉冲电镀电源

即多组换向脉冲电镀电源，主要循环输出多组脉宽、频率、幅值、换向时间、持续时间等参数各不相同的直流、单向或周期换向脉冲电流，波形如图所示。

(4)计算机控制多脉冲电镀电源

在多脉冲电镀电源的基础上增加计算机全自动控制和过程监控，可实现动态画面显示、数据库管理(数据存储、查询、打印等)、系统自动保护、声光报警及信息提示等功能。

一般高频脉冲定义为频率大于5000 Hz，低频为频率小于500Hz，中频则在500~5 000Hz之间。用于电镀的脉冲电源多属于中频类型。当使用频率较低的脉冲电源时，其改善镀层质量的效果会稍差。所以，低频脉冲电源多用于阳极氧化或其他工艺，而较少用于电镀，尤其是贵金属电镀。

当使用频率较高的脉冲电镀电源时，脉冲前、后沿极易对导通、关断时间造成严重影响，从而影响脉冲电镀瞬时高电位有利作用的充分发挥。例如:脉冲镀金，频率5000Hz(此时脉冲周期0.2 ms)，占空比20%，则导通时间为40μs，此时，假设脉冲前沿为最小的20μs(实际可能更大)，则其比例至少占到了导通时间的50%;若频率大于5000Hz，占空比小于20%(脉冲镀金时占空比很多时候选10%)，则前沿占导通时间的比例会更大，甚至前沿会大于导通时间，如此，脉冲电镀改善镀层结晶的作用肯定会受严重影响。实际脉冲电镀贵金属生产中，频率多在1000Hz左右。

当使用频率更高的脉冲电源(上万或几万赫兹)时，其输出的电流多是如上图所示的电流波形，实质是一种直流电流，与能够改善镀层结晶的方波脉冲电流有本质的区别。

由于受脉冲电镀电源内部电感、电容等器件及外加负载的影响，实际应用中的脉冲波形近似于梯形。可简单地用如图中的波形来表示。

在电镀体系中，电极/溶液界面间的双电层近似于一个平板电容器。板问具有很高的电容。当向该电镀体系施加脉冲电流时，必须首先给双电层充电。

双电层充满电(脉冲电流密度从零增至峰值)需要一定的时间tc。脉冲电流密度不可能从零垂直增至峰值，而是需要一定的"爬坡"。"爬坡"所需要的时间可简单地视作脉冲的上升时间(确切的脉冲上升时间定义:脉冲电流密度由峰值电流密度的10%上升到90%所需要的时间)，上升时间也称作"上升沿"、"前沿"、"上冲"等。

当脉冲电流密度"爬坡"至峰值并持续一段时间tb后，开始进入关断期。进入关断期后，脉冲电镀电源虽然停止向该电镀体系供电，但双电层放电(从满电释放至零)会使电流维持一段时间td所以，此时脉冲电流密度不可能从峰值垂直下降至零，而是需要一定的"下坡"。"下坡"所需要的时间可简单地视作脉冲的下降时间(确切的脉冲下降时间定义:脉冲电流密度由峰值电流密度的90%下降到10%所需要的时间)，下降时间也称作"下降沿"、"后沿"、"下冲"等。

正是由于脉冲前、后沿的客观存在，使实际脉冲电镀中的电流波形不可能足理想的方波，而是一种不规则的近似于梯形的波形。目前尚无法确知前、后沿对镀层质量的影响有多大，但可确知其存在会使脉冲电镀瞬时高电位的有利作用得不到充分发挥。所以，脉冲电镀中总是要求脉冲前、后沿尽可能小，一般要求前沿20~100μs，后沿30~100μS。其实，不应只要求前、后沿大小，避免前、后沿大于(或等于)导通、关断时间也很必要。否则，若前沿(远)大于导通时间，后沿(远)大于关断时间，则镀槽内只能得到在平均电流附近变化的脉冲电流，即:脉冲电流实际变成了直流电流。其波形，如图所示。

1.脉冲电镀电源与镀槽之间的距离

为了确保脉冲电流波形引入镀槽时不畸变，且衰减小，希望在安装时，脉冲电镀电源与镀槽的间距2~3m为佳，否则对脉冲电流波形的后沿(下降沿)影响较大，电镀将不能达到预期效果。

2.阴、阳极的导线连接方式

直流电源的导线连接方式，不适合脉冲电源的连接，脉冲电镀电源的输出连接，希望两根导线的极间电容能够抵消导线的传输电感效应，因此阴、阳极导线最好的方法就是双绞交叉后，引送到镀槽边，从而保持脉冲波形不变。

总之，采用高频脉冲整流机，总体效益提高20%左右，符合现代企业清洁生产与可持续发展之要求，这是淘汰硅整流和可控硅整流机的必然优势。

一、脉冲电镀电源与镀槽之间的距离

为了确保脉冲电流波形引入镀槽时不畸变，且衰减小，希望在安装时，脉冲电镀电源与镀槽的间距2-3m为佳，否则对脉冲电流波形的后沿(下降沿)影响较大，电镀将不能达到预期效果。

二、阴、阳极的导线连接方式

直流电源的导线连接方式，不适合脉冲电源的连接，脉冲电镀电源的输出连接，希望两根导线的极间电容能够抵消导线的传输电感效应，因此阴、阳极导线最好的方法就是双绞交叉后，引送到镀槽边，从而保持脉冲波形不变。

三、导线的选用

1、由于是脉冲电源，为了避免趋夫效应，在导线选择时，应选择多股芯线作脉冲电源到镀槽的连接线，多股芯线绞织，其间的线电容可以抵消其电感效应。

2、导线的规格一定要满足其通过的额定电流，因为脉冲电流的电流密度要比平均电流的电流密度大很多很多，因此必须考虑能承受脉冲电源的电流所产生的电流热效应，以确保脉冲电源到镀槽的衰减最小。

举例：脉冲电流为1000A，占空比为60%，显然其平均电流为600A，而额定电流为：(1000×60%)×1.3≈780A，在选择导线时，额定值最好选择≥800A的导线。

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。

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。

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。

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 。

脉冲电镀能改善镀层均匀度。贵金属电镀时常常有最低厚度要求或抗蚀力指标。这时，镀层均匀度好，达到相同的最低厚度时要镀的平均厚度就小，就可以节约贵金属。同样，由于脉冲电镀可以改善镀层均匀度、降低镀层孔隙率。这样，达到同样的抗蚀力指标时要镀的平均厚度就小，也可以节约贵金属。由于贵金属价值高，节约贵金属得到的效益就能抵消购买昂贵的脉冲电源的费用，甚至还有效益。贵金属电镀时用的电源也比较小，价格更容易为人们接受，就更有利于推广。反过来，这又促进了贵金属脉冲电镀的研究。相反，镀锌用脉冲电源，设备投资何时能收回就很成问题。

所以，脉冲电镀在镀贵金属时使用得多。 

在科技和工艺不断发展的今天,正负脉冲电镀电源的应用领域在不断扩大。脉冲电镀与传统的直流电镀比较,可提高镀层的质量;缩短30%的工时,节约20%的原料,尤其对复杂镀件,深孔,微小孔,精密微波电路板,多层板的电镀有非常理想的效果,越来越受到业界的青睐。本文就深圳实诚电源GKP系列正负脉冲电镀电源为例,对其功能及新应用进行阐述,并和传统的直流电镀电源做个比较。