专利名称：用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用电子束曝光机进行靶材加工用的阴极电源，更特别地说，是指一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置。
背景技术：
电子束曝光系统是一个集电子光学、精密机械、自动控制、超高真空等技术为一体的高性能的复杂系统，它的受控制量类型多，控制范围广，精度要求高。因此，它要求控制计算机具有存储大量图形数据、实时响应、高可靠性、长时间连续稳定工作、实现综合控制的功能。顾文琪主编的《电子束曝光微纳加工技术》一书的“第二章电子束曝光机中的电子光学系统”中介绍了，电子显微镜问世以后，扩大了人们的眼界，人们可以通过电子显微镜观察到以往无法看到的微小世界。为提高其性能，人们对于包括阴极(电子发射)在内的电子枪、电磁透镜、偏转扫描系统、信号检测、图像处理和显示以及如何进一步提高分辨率做了大量的研究工作，使电子显微镜技术日趋成熟，现在几乎达到了尽善尽美的程度。这为以电子显微镜技术为基础的电子束曝光技术的应用打下了坚实的基础。在该书中，图2-1 和图2-2介绍了电子束扫描曝光系统原理结构。在图2-2中阴极电源用于加热灯丝产生热电子，该热电子被高压电源加速，获得高速运动的电子流轰击靶材以达到加热的目的。航空航天运载装备的快速发展要求发动机具有更高的推重比及工作效率，这就必须提高发动机的工作温度。铌-硅基合金(Nb-Si)具有较高的高温强度，在室温下具有一定的韧性，并且其熔点高、密度小，有望作为在1200 1400°C温度下工作的发动机叶片的候选材料。近年来国内外把Nb-Si基合金作为研发高推比发动机叶片的主要后继材料之一， 有望在短期内获得性能上的突破，成为新一代高温结构材料。超高温结构材料对性能要求十分苛刻，要求材料必须在高温强度蠕变抗力、室温韧性、抗氧化性和密度等方面达到综合性能平衡。这就要求选取一种较为合适的加工工艺来实现，任何一种加工工艺都需要加工设备来实现。
发明内容
为了改善现有电子束曝光系统在加工铌硅合金时，阴极电源输出功率不稳定，易造成电子束束流的波动，从而影响电子束加工的缺陷，本发明设计了一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置。该驱动装置以基准控制电压信号模块产生所需的标准电压信号，经控制电压运算放大器模块进行反相放大。通过控制电压调节电位器调节幅度后，驱动运算放大器将调节后的电压信号以及电流反馈信号进行运算处理和功率放大，驱动和控制驱动功率放大器。驱动功率放大器通过控制调压器线圈的电流大小改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出功率。本发明的一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置，该驱动装置包括有基准控制电压信号模块、控制电压运算放大器模块、控制电压限幅器、控制电压调节电位器、高压掉电保护开关、电流负反馈模块和两路结构相同的运算放大模块；所述运算放大模块包括有驱动运算放大器、驱动电压限幅器、驱动功率放大器、可调节线圈限流负反馈模块和调压器线圈；所述基准控制电压信号模块用于获得所需的标准电压信号，该基准电压的电压值由稳压管DW2根据需要调整；所述控制电压运算放大器模块用于对标准电压信号Via进行反相放大以获得所需反相电压信号Vfi ；所述控制电压限幅器用于控制反相电压信号Vfi的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出；所述控制电压调节电位器用于调节反相电压信号Vfi的幅值以获得调节电压信号 V·所述调节电压信号Via能够控制所需功率的阴极电源输出；所述高压掉电保护开关用于在电子束高压电场停止后，以接地的方式迅速断开该调节电压via，阻止其驱动阴极电源；所述Via经电阻RlOl后转换为Vm进入一路运算放大电路；Vw经电阻R201后转换为Via2进入另一路运算放大电路；所述电流负反馈模块通过互感器获得电流负反馈电压信号Vf、&e，该电流负反馈电压信号Vilfie用来抑制阴极电源输出的波动，从而达到稳定阴极电源输出的目的；所述V 负反馈经电阻R202后转换为Vilfie2进入另一路运算放大电路；V负反馈经电阻R202和电阻R201 后转换为Vilfiei进入一路运算放大电路；所述驱动运算放大器用于将调节电压信号V m、电流负反馈电压信号V ,和限流电压信号Vprai进行运算及放大处理，获得运算后电压信号Vgl，该Vgl以达到驱动和控制驱动功率放大器；所述驱动电压限幅器用于限制驱动运算放大器输入电压信号的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出；所述驱动功率放大器用于控制调压器线圈Ll的电流大小，以实现对阴极电源输出功率的控制；所述可调节线圈限流负反馈模块通过将调压器线圈的电流信号转换为限流电压信号VKm，该限流电压信号Vksi作为驱动运算放大器的负反馈以实现稳定阴极电源输出的目的，并且反馈量可以进行调节；所述调压器线圈Ll用于改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出；所述驱动运算放大器用于将调节电压信号Via2、电流负反馈电压信号Vilfie2和限流电压信号Vks2进行运算及放大处理，获得运算后电压信号Vg2，该Vg2以达到驱动和控制驱动功率放大器；所述驱动电压限幅器用于限制驱动运算放大器输入电压信号的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出；所述驱动功率放大器用于控制调压器线圈L2的电流大小，以实现对阴极电源输出功率的控制；所述可调节线圈限流负反馈模块通过将调压器线圈的电流信号转换为限流电压信号VK 2，该限流电压信号VK 2作为驱动运算放大器的负反馈以实现稳定阴极电源输出的目的，并且反馈量可以进行调节；所述调压器线圈L2用于改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出。本发明三相干式磁性调压器驱动装置的优点在于①采用NPN型达林顿管MJ10012驱动的直流励磁磁性调压器，使得阴极电源输出具有平滑的可控有载无级调压特性，运行可靠，高频噪声低。②采用前级放大器提高信号驱动能力，能够快速驱动达林顿管。同时前级放大器放大倍数可调，可以实现前级信号的有效控制。③电阻R106和电阻R207根据需要调整为1欧用以实现大电流的输出，同时从电阻R106和电阻R207与分别对应的达林顿管发射极连接端将达林顿终端电流信号反馈回前端放大器用以实现对NPN型达林顿管MJ10012放大倍率的控制。④引入三相干式磁性调压器输出电流信号反馈，有效抑制温度对阴极电源的影响。
图1是本发明三相干式磁性调压器驱动装置的流程控制结构图。图2是本发明三相干式磁性调压器驱动装置的电路原理图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1所示，本发明的一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置，该驱动装置包括有一基准控制电压信号模块该基准控制电压信号模块用于获得所需的标准电压信号，该基准电压的电压值由稳压管DW2根据需要调整。一控制电压运算放大器模块该控制电压运算放大器模块用于对标准电压信号Via进行反相放大以获得所需反相电压信号V&。一控制电压限幅器该控制电压限幅器用于控制反相电压信号Vfi的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出。一控制电压调节电位器该控制电压调节电位器用于调节反相电压信号Vfi的幅值以获得调节电压信号V 所述调节电压信号Via能够控制所需功率的阴极电源输出。一高压掉电保护开关该高压掉电保护开关(按钮开关Kl)用于在电子束高压电场停止后，以接地的方式迅速断开该调节电压Via，阻止其驱动阴极电源。在本发明中，Via经电阻RlOl后转换为V m进入第一路运算放大电路；Vw经电阻R201后转换为Via2进入第二路运算放大电路。一电流负反馈模块该电流负反馈模块通过互感器(L3)获得电流负反馈电压信号Vf、&e，该电流负反馈电压信号Vilfie用来抑制阴极电源输出的波动，从而达到稳定阴极电源输出的目的。在本发明中，V负反馈经电阻R202后转换为V负反馈2进入第二路运算放大电路；V负反馈经电阻R202和电阻R201后转换为Vilfiei进入第一路运算放大电路。第一驱动运算放大器该驱动运算放大器用于将调节电压信号Vm、电流负反馈电压信号Vilfiei和限流电压信号Vprai进行运算及放大处理，获得运算后电压信号Vgl，该Vgl以达到驱动和控制驱动功率放大器。第一驱动电压限幅器该驱动电压限幅器用于限制驱动运算放大器输入电压信号的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出。第一驱动功率放大器该驱动功率放大器用于控制调压器线圈Ll的电流大小，以实现对阴极电源输出功率的控制。 第一可调节线圈限流负反馈模块该可调节线圈限流负反馈模块可以通过将调压器线圈的电流信号转换为电压信号Vpran(简称为限流电压信号Vksi)，该限流电压信号Vksi作为驱动运算放大器的负反馈以实现稳定阴极电源输出的目的，并且反馈量可以进行调节。第一调压器线圈该调压器线圈Ll用于改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出。为了获得足够的驱动阴极电源的磁通量，在本发明中，设置两路结构相同的运算放大电路，所述运算放大电路包括有驱动运算放大器、驱动电压限幅器、驱动功率放大器、 可调节线圈限流负反馈模块和调压器线圈；同理可得，另一路运算放大电路中电压信号的处理为第二驱动运算放大器该驱动运算放大器用于将调节电压信号Via2、电流负反馈电压信号Vilfie2和限流电压信号Vks2进行运算及放大处理，获得运算后电压信号Vg2，该Vg2以达到驱动和控制驱动功率放大器。第二驱动电压限幅器该驱动电压限幅器用于限制驱动运算放大器输入电压信号的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出。第二驱动功率放大器该驱动功率放大器用于控制调压器线圈L2的电流大小，以实现对阴极电源输出功率的控制。第二可调节线圈限流负反馈模块该可调节线圈限流负反馈模块可以通过将调压器线圈的电流信号转换为电压信号VK 2(简称为限流电压信号Vpm2)，该限流电压信号Vpra2作为驱动运算放大器的负反馈以实现稳定阴极电源输出的目的，并且反馈量可以进行调节。第二调压器线圈该调压器线圈L2用于改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出。
参见图2所示，本发明的一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置，该驱动装置电路连接关系为(1)+12V电源信号一方面经过电阻R5和发光二极管Dl的串联电路接地用来作为电源的指示；另一方面经过电阻R6和稳压二极管DW2的串联电路接地，稳压二极管DW2非接地端获得的标准电压信号Vs经电阻Rl进入控制电压运算放大器UO的2端。(2)控制电压运算放大器UO的2端通过电阻R3与UO的6端相连；UO的3端经通过电阻R2接地；UO的4端接电源-12V ；UO的7端接电源+12V。(3) UO的6端通过电阻R4 —方面经滑动变阻器RWl接地，实现反相电压信号、幅度的调节；另一方面经稳压二极管DWl接地，限制反相电压信号的幅值。(4)滑动变阻器RWl的滑动端一方面经按钮开关Kl接地，实现高压掉电以后封锁控制电压输入信号；另一方面经电阻RlOl接采用运算放大器0P07的信号放大单元Ul的2 端；同时经电阻R201接采用运算放大器0P07的信号放大单元U2的2端。(5)信号放大单元Ul的2端与Ul的6端通过电阻R103与滑动变阻器RWlOl相连，实现运算后电压信号Vg的反馈，控制运算后电压信号Vg的放大倍数；Ul的3端经电阻 R102接地；Ul的4端接电源-12V ；Ul的7端接电源+12V ；Ul的6端经电阻R104接NPN型达林顿管DARl基极。(6)信号放大单元U2的2端与U2的6端通过电阻R204与滑动变阻器RW201相连，实现信号反馈，控制信号放大倍数；U2的3端经电阻R203接地；U2的4端接电源-12 ； U2的7端接电源+12 ；U2的6端经电阻R205接NPN型达林顿管DAR2基极。(7)达林顿管DARl基极经稳压管DWlOl接地，抑制过高的输入电压；达林顿管 DARl射极一方面经电阻R106接地，另一方面经过电阻R105和滑动变阻器RW102与Ul的2 端相连，实现信号放大的控制；达林顿管DARl集电极一方面连接驱动线圈Ll的低压端，一方面通过二极管D103与驱动线圈Ll的高压端，实现对驱动线圈的控制。(8)达林顿管DAR2基极经稳压管DW201接地，抑制过高的输入电压；达林顿管 DAR2射极一方面经电阻R207接地，另一方面经过电阻R206和滑动变阻器RW202与U2的2 端相连，实现信号放大的控制；达林顿管DAR2集电极一方面连接驱动线圈L2的低压端，一方面通过二极管D203与驱动线圈L2的高压端，实现对驱动线圈的控制。(9)互感器L3的一端电流反馈电压信号经电阻R301和滑动变阻器RW301接地，另一端直接接地。滑动变阻器RW301的滑动端一方面经稳压管DW301和稳压管DW302接地， 抑制高电压的干扰；一方面经过电容C301接地，对高频干扰信号进行滤波；另一方面通过电阻R202与信号放大单元U2的2端相连，提供电流信号的反馈。在本发明中，电路中采用器件的型号为型号0P07；^/feISj :ST Microelectronics ；封装DIP8；弓丨脚数量8;功能描述VERYLOW OFFSET SINGLE BIPOLAR OP-AMPS。型号MJ10012；生产商Motorola ；
封装T0-204AA；弓丨脚数量2;功能描述:NPN silicon power darlington transistor 本发明的一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置。该驱动装置以基准控制电压信号模块产生所需的标准电压信号，经控制电压运算放大器模块进行反相放大。通过控制电压调节电位器调节幅度后，驱动运算放大器将调节后的电压信号以及电流反馈信号进行运算处理和功率放大，驱动和控制驱动功率放大器。驱动功率放大器通过控制调压器线圈的电流大小改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出功率。经实验表明该驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置使得阴极电源输出具有平滑的可控有载无级调压特性，运行可靠，高频噪声低。
权利要求
1. 一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置，其特征在于该驱动装置包括有基准控制电压信号模块、控制电压运算放大器模块、控制电压限幅器、控制电压调节电位器、高压掉电保护开关、电流负反馈模块和两路结构相同的运算放大模块；所述运算放大模块包括有驱动运算放大器、驱动电压限幅器、驱动功率放大器、可调节线圈限流负反馈模块和调压器线圈；所述基准控制电压信号模块用于获得所需的标准电压信号，该基准电压的电压值由稳压管DW2根据需要调整；所述控制电压运算放大器模块用于对标准电压信号进行反相放大以获得所需反相电压信号Vfi ；所述控制电压限幅器用于控制反相电压信号￥&的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出；所述控制电压调节电位器用于调节反相电压信号Vfi的幅值以获得调节电压信号Via， 所述调节电压信号Via能够控制所需功率的阴极电源输出；所述高压掉电保护开关用于在电子束高压电场停止后，以接地的方式迅速断开该调节电压Via，阻止其驱动阴极电源；所述Via经电阻RlOl后转换SViai进入一路运算放大电路； V调经电阻R201后转换为Via2进入另一路运算放大电路；所述电流负反馈模块通过互感器获得电流负反馈电压信号Vilfie，该电流负反馈电压信号Vfi 用来抑制阴极电源输出的波动，从而达到稳定阴极电源输出的目的；所述经电阻R202后转换为Vilfie2进入另一路运算放大电路；Vf、&e经电阻R202和电阻R201后转换为Vilfiei进入一路运算放大电路；所述驱动运算放大器用于将调节电压信号Vm、电流负反馈电压信号Vilfiei和限流电压信号Vprai进行运算及放大处理，获得运算后电压信号Vgl，该Vgl以达到驱动和控制驱动功率放大器；所述驱动电压限幅器用于限制驱动运算放大器输入电压信号的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出；所述驱动功率放大器用于控制调压器线圈Ll的电流大小，以实现对阴极电源输出功率的控制；所述可调节线圈限流负反馈模块通过将调压器线圈的电流信号转换为限流电压信号 Vprai，该限流电压信号Vprai作为驱动运算放大器的负反馈以实现稳定阴极电源输出的目的，并且反馈量可以进行调节；所述调压器线圈Ll用于改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出； 所述驱动运算放大器用于将调节电压信号Via2、电流负反馈电压信号Vilfie2和限流电压信号VK 2进行运算及放大处理，获得运算后电压信号Vg2，该Vg2以达到驱动和控制驱动功率放大器；所述驱动电压限幅器用于限制驱动运算放大器输入电压信号的幅值，避免过高的电压信号造成驱动功率放大器振荡影响阴极电源输出；所述驱动功率放大器用于控制调压器线圈L2的电流大小，以实现对阴极电源输出功率的控制；所述可调节线圈限流负反馈模块通过将调压器线圈的电流信号转换为限流电压信号Vpra2，该限流电压信号Vpra2作为驱动运算放大器的负反馈以实现稳定阴极电源输出的目的，并且反馈量可以进行调节；所述调压器线圈L2用于改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出。
2.根据权利要求1所述的用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置，其特征在于该驱动装置的电路联接为+12V电源信号一方面经过电阻R5和发光二极管Dl的串联电路接地用来作为电源的指示；另一方面经过电阻R6和稳压二极管DW2的串联电路接地，稳压二极管DW2非接地端获得的标准电压信号Vs经电阻Rl进入控制电压运算放大器UO的2端；控制电压运算放大器UO的2端通过电阻R3与UO的6端相连；UO的3端经通过电阻 R2接地；UO的4端接电源-12V ；UO的7端接电源+12V ；UO的6端通过电阻R4 —方面经滑动变阻器RWl接地，实现反相电压信号V反幅度的调节；另一方面经稳压二极管DWl接地，限制反相电压信号的幅值；滑动变阻器RWl的滑动端一方面经按钮开关Kl接地，实现高压掉电以后封锁控制电压输入信号；另一方面经电阻RlOl接采用运算放大器0P07的信号放大单元Ul的2端；同时经电阻R201接采用运算放大器0P07的信号放大单元U2的2端；信号放大单元Ul的2端与Ul的6端通过电阻R103与滑动变阻器RWlOl相连，实现运算后电压信号Vg的反馈，控制运算后电压信号Vg的放大倍数；Ul的3端经电阻R102接地；Ul的4端接电源-12V ；Ul的7端接电源+12V ；Ul的6端经电阻R104接NPN型达林顿管DARl基极；信号放大单元U2的2端与U2的6端通过电阻R204与滑动变阻器RW201相连，实现信号反馈，控制信号放大倍数；U2的3端经电阻R203接地；U2的4端接电源-12 ；U2的7端接电源+12 ；U2的6端经电阻R205接NPN型达林顿管DAR2基极；达林顿管DARl基极经稳压管DWlOl接地，抑制过高的输入电压；达林顿管DARl射极一方面经电阻R106接地，另一方面经过电阻R105和滑动变阻器RW102与Ul的2端相连，实现信号放大的控制；达林顿管DARl集电极一方面连接驱动线圈Ll的低压端，一方面通过二极管D103与驱动线圈Ll的高压端，实现对驱动线圈的控制；达林顿管DAR2基极经稳压管DW201接地，抑制过高的输入电压；达林顿管DAR2射极一方面经电阻R207接地，另一方面经过电阻R206和滑动变阻器RW202与U2的2端相连，实现信号放大的控制；达林顿管DAR2集电极一方面连接驱动线圈L2的低压端，一方面通过二极管D203与驱动线圈L2的高压端，实现对驱动线圈的控制；互感器L3的一端电流反馈电压信号经电阻R301和滑动变阻器RW301接地，另一端直接接地；滑动变阻器RW301的滑动端一方面经稳压管DW301和稳压管DW302接地，抑制高电压的干扰；一方面经过电容C301接地，对高频干扰信号进行滤波；另一方面通过电阻R202 与信号放大单元U2的2端相连，提供电流信号的反馈。
全文摘要
本发明公开了一种用于驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置。该驱动装置以基准控制电压信号模块产生所需的标准电压信号，经控制电压运算放大器模块进行反相放大。通过控制电压调节电位器调节幅度后，驱动运算放大器将调节后的电压信号以及电流反馈信号进行运算处理和功率放大，驱动和控制驱动功率放大器。驱动功率放大器通过控制调压器线圈的电流大小改变三相干式变压器的磁通量，以调节阴极电源输出功率。经实验表明该驱动加工铌硅合金的阴极电源的三相干式磁性调压器驱动装置使得阴极电源输出具有平滑的可控有载无级调压特性，运行可靠，高频噪声低。
文档编号G05F1/56GK102323843SQ20111015939
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者孙井永, 张虎 申请人:北京航空航天大学