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4·脉冲电镀电源 脉冲电镀电源是产生脉冲电流的电源，它一般先由基础直流电源产生低纹波直流电流，然后再通过功率器件斩波形成脉冲电流。斩波电路可采用可控硅电子开关电路和晶体管转换开关电路等。 4.1 脉冲电镀电源的波形 图1为理想的方波脉冲电流波形，但由于受脉冲电镀电源内部电感、电容等器件及外加负载的影响，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，可简单地用图6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，板间具有很高的电容。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是理想的方波，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7所示。
4.2 脉冲电镀电源的频率 一般高频脉冲定义为频率大于5000Hz，低频为频率小于500Hz，中频则在500~5000Hz之间。用于电镀的脉冲电源多属于中频类型［2］。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0.2ms），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到严重影响。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Hz）时，其输出的电流多是如图7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。 4.3 脉冲电镀电源使用注意事项 （1）脉冲电镀电源与镀槽间导体的连接 脉冲电镀电源与镀槽间连线的电感阻滞了电流变化，导致通过镀槽的脉冲电流上升时间延缓，引起脉冲波形畸变。采用短、粗、根数多的电缆线，且阴、阳极电缆线相绞而用，可尽量抵消电感效应，减小脉冲波形失真度，提高镀层质量。 连线一般要求不超过2m，这使得脉冲电镀电源距离镀槽较近，从而增加了电源受腐蚀的几率，使设备可靠性降低（脉冲电源比普通电源更不耐腐蚀）。比较可行的堍法是，将脉冲电源与镀槽隔墙放置，或做有机玻璃罩将其罩住。脉冲电流产生的热量比平均电流的大，但比峰值电流的小，相当于均方根电流产生的热量。均方根电流为峰值电流乘以平均电流开根号。脉冲电镀电源与镀槽间连线的截面积需根据通过的均方根电流确定。例如：某脉冲电镀电源最大均方根电流为50A，则连线可选截面积为20mm2的铜电缆线（每mm2的铜线通过的电流值可取2.5A）。 （2）脉冲电镀电源规格型号的选择 一般脉冲电镀电源在规格型号中标明的是峰值电流，例如：SMD-500型脉冲电镀电源，其最大峰值电流为500A。峰值电流尚难以作为选择脉冲电镀电源规格的依据。一般，先根据实际需要的电流确定脉冲电镀电源的平均电流，再根据使用的占空比确定峰值电流。例如：实际需要的最大电流为10A，使用的最大占空比为20%，则选择最大峰值电流为10A/20%=50A的脉冲电镀电源即可。 （3）脉冲电流的使用或选择 一般选择脉冲平均电流与使用直流电流时一样或稍大。例如：直流镀时使用电流10A，则脉冲镀时平均电流也选10A或稍大（此时不考虑占空比大小）。脉冲平均电流显示在电源面板的电流表上。周期换向脉冲电流的选择比单脉冲的复杂些。正向脉冲平均电流的选择与单脉冲时一样，即：与使用直流电流时一样或稍大。但反向脉冲平均电流却不能如此选，其在反向峰值电流是正向峰值电流1~2倍的情况下通过计算倒推得出（方法可参见相关厂家的产品说明书）。 4.4 常见脉冲电镀电源类型 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1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2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5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。 5 结语 随着电镀技术的不断发展，脉冲电镀的适用范围进一步扩大，如脉冲纳米电沉积、脉冲阳极氧化、脉冲电解回收、脉冲电化学抛光、脉冲电化学加工等，从而使这项先进技术呈现出更大的活力。
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