[發明專利]基于朗繆爾探針閉環控制的等離子體電源

在審

• 申請號: 202011510083.0
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN114649962A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 范鵬;田修波;歐科軍
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04;H02M9/06;H02M3/335;H02M3/156;H02M3/157;H05H1/24
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 陳培瓊

本發明公開了一種基于朗繆爾探針閉環控制的等離子體電源，其包括脈沖電源、直流電源、控制單元以及朗繆爾探針；控制單元的信號輸入及調解模塊分別與脈沖電源的IGBT斬波模塊之輸出端、直流電源的IGBT開關模塊之輸出端以及朗繆爾探針連接；移相PWM輸出模塊分別與脈沖電源的第一逆變模塊和直流電源的第二逆變模塊連接，PWM輸出模塊分別與脈沖電源的IGBT斬波模塊和直流電源的IGBT開關模塊連接。本發明主要解決PVD鍍膜真空室內的負載變化沒有實時反饋給等離子體電源的問題；本發明形成閉環控制，實時調整脈沖電源和直流電源的輸出，其控制精度高，保證了PVD鍍膜過程的高質量及穩定進行。

技術領域

本發明涉及等離子體電源技術領域，具體為一種基于朗繆爾探針閉環控制的等離子體電源。

背景技術

在開關電源領域，往往需要采用閉環控制的方法，實時調整開關電源的可控器件開關時間，從而調整開關電源的輸出，以滿足各種工況的需求。

等離子體電源目前在PVD鍍膜領域中逐漸普及，然而，現有技術中的等離子體電源一般都僅僅是采樣其自身輸出的電壓和電流信號作為反饋，無法對PVD鍍膜真空室內的等離子體狀態偵測并反饋給自身。

上述的等離子體電源，雖然具有一定的閉環控制效果，但是其控制精度不高，更重要的是，PVD鍍膜真空室內的負載變化沒有實時反饋給等離子體電源的控制單元，不能根據PVD鍍膜過程中的變化情況實時調整等離子體電源的輸出以控制PVD鍍膜過程的高質量及穩定進行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于朗繆爾探針閉環控制的等離子體電源，其控制單元的信號輸入及調解模塊能夠獲取朗繆爾探針的反饋信號，以通過PVD鍍膜真空室內的等離子體狀況對等離子體電源實現閉環控制。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于朗繆爾探針閉環控制的等離子體電源，包括脈沖電源、直流電源、控制單元以及朗繆爾探針；所述脈沖電源包括依次連接的第一整流濾波模塊、第一逆變模塊、第一變壓器、第一橋堆整流模塊以及IGBT斬波模塊；所述直流電源包括依次連接的第二整流濾波模塊、第二逆變模塊、第二變壓器、第二橋堆整流模塊以及IGBT開關模塊；所述脈沖電源的IGBT斬波模塊和所述直流電源的IGBT開關模塊匯合為公共輸出端；所述控制單元包括主控、信號輸入及調解模塊、PWM輸出模塊以及移相PWM輸出模塊，所述主控分別與所述信號輸入及調解模塊、所述PWM輸出模塊以及所述移相PWM輸出模塊連接；所述控制單元的信號輸入及調解模塊分別與所述脈沖電源的IGBT斬波模塊之輸出端、所述直流電源的IGBT開關模塊之輸出端以及所述朗繆爾探針連接；所述移相PWM輸出模塊分別與所述脈沖電源的第一逆變模塊和所述直流電源的第二逆變模塊連接，所述PWM輸出模塊分別與所述脈沖電源的IGBT斬波模塊和所述直流電源的IGBT開關模塊連接。

上述技術方案中，所述第一逆變模塊包括場效應管Q2、場效應管Q5、場效應管Q3以及場效應管Q4；所述場效應管Q2、所述場效應管Q5、所述場效應管Q3以及所述場效應管Q4構成全橋逆變電路，所述場效應管Q2和所述場效應管Q5為一對橋臂，所述場效應管Q3和所述場效應管Q4為另一對橋臂，所述場效應管Q2的漏極和所述場效應管Q5的源極分別與所述第一整流濾波模塊的輸出端之兩極連接，所述場效應管Q3的漏極和所述場效應管Q4的源極分別與所述第一整流濾波模塊的輸出端之兩極連接；所述移相PWM輸出模塊分別控制所述場效應管Q2、所述場效應管Q5、所述場效應管Q3以及所述場效應管Q4的開關。

上述技術方案中，所述IGBT斬波模塊包括場效應管Q1，所述場效應管Q1的漏極與所述第一橋堆整流模塊的輸出端連接，所述場效應管Q1的源極為IGBT斬波模塊的輸出端；所述PWM輸出模塊控制所述場效應管Q1的開關。