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高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术是一种脉冲峰值功率极高,靶材原子离化率高,膜基结合力强的磁控溅射镀膜技术。由于其脉冲峰值功率可提升至兆瓦级,脉冲峰值电流高达几千安,这对制备耐磨性能优异的膜层具有重要意义。高功率脉冲磁控溅射电源是实现HPPMS技术的关键部分,其性能的优良严重影响所镀膜层的质量。为了改进利用HPPMS技术所镀膜层的耐磨质量,本文设计了一种脉冲峰值功率高达8MW的高功率脉冲磁控溅射电源。该电源利用直流充电电源提供能量,由高压脉冲电容储存能量并通过IGBT矩阵开关向负载瞬时释放能量,从而使HPPMS电源达到兆瓦级脉冲峰值功率的输出。本文首先阐明了HPPMS电源的工作原理,重点研究了全桥逆变移相电路与电容充放电的工作过程;其次,详述了直流充电电源、两级改进型脉冲发生电路以及用于直流充电电源控制的变速积分PI与改进重复控制复合控制器的设计过程;设计了电磁干扰抑制电路,解决了IGBT驱动端的存在的电磁干扰问题;设计了DSP与单片机双CPU控制系统,实现了电源数字化控制,提高了电源运行的稳定性。最后,采用MATLAB仿真软件进行了各个模块的仿真分析,并在此基础上搭建了实验样机,进行模拟负载下的实验分析与研究。仿真与实验分析表明,本文设计的高功率脉冲磁控溅射电源具有结构紧凑,控制简单,运行稳定,输出脉冲峰值功率高等优点。采用变速积分PI与改进重复控制相结合的复合控制算法即提高了电源的动态性能又加强了电源的稳定性。新型高功率脉冲磁控溅射电源的开发,使高功率脉冲磁控溅射技术在真空超硬工具镀膜领域的工业化应用,迈出了坚实的一步。