冷阴极电子枪电磁控制系统及其控制方法_3

文档序号:8318437阅读:来源:国知局
线圈驱动电源201或上聚焦线圈驱动电源501的电路中各 端子之间的连接方法为:第一恒压源的负端接地,第一恒压源的正端" + "串联第一消像 线圈2或上聚焦线圈5后连接到N-沟道MOSFET Ql的漏极D,续流二极管Dl并联在第一消 像线圈2或上聚焦线圈5的两端,续流二极管Dl的阴极连接第一恒压源的正端;续流二极 管Dl的阳极连接N-沟道MOSFET Ql的漏极;N-沟道MOSFET Ql的源极S串联第一电流传 感器111后连接到第一恒压源的负端;
[0069] 第一电流传感器111的输出端连接第一电流米样电路的输入端;第一电流米样电 路的输出端连接第一电流控制电路的一输入端;第一电流给定电路的输出端连接第一电流 控制电路的另一输入端;第一电流控制电路的输出端连接第一驱动电路的输入端;第一驱 动电路的输出端连接N-沟道MOSFET Ql的栅极G。
[0070] 第一消像线圈驱动电源201的电流调节方法:以达到最佳放电状态为标准,根据 试验确定第一消像线圈流过的最大电流,所述最大电流给定值由第一电流给定电路输入到 第一电流控制电路,第一电流控制电路输出控制电压信号,经过第一驱动电路后,输入到 N-沟道MOSFET Ql的栅极G ;第一电流采样电路采集第一电流传感器111的电流反馈信号, 所述电流反馈信号输入到第一电流控制电路,所述电流反馈信号与第一电流给定电路给定 的电流信号比较,由第一电流控制电路调节输出控制电压信号,调节N-沟道MOSFET Ql的 放大状态,使得输出电流达到设定要求。
[0071] 上聚焦线圈驱动电源501的电流调节方法与第一消像线圈驱动电源201的电流调 节方法相同,上聚焦线圈驱动电源501输出最大电流根据加速电压给定值与电子枪轴线上 的工作距离,以达到最佳表面焦点为标准,根据试验确定上聚焦线圈流过的最大电流。
[0072] 另外,图2中" + "为第一恒压源的正端,为第一恒压源的负端,C为续流二极管 Dl的阴极,A为续流二极管Dl的阳极,D为N-沟道MOSFET Ql的漏极,S为N-沟道MOSFET Ql的源极,G为N-沟道MOSFET Ql的栅极,图3和图4中关于上述符号的定义方法相似,以 下不在赘述。
[0073] 具体实施时,第二消像线圈驱动电源601和下聚焦线圈驱动电源701的电源拓扑 电路结构和控制方法相同,图3是本发明实施中第二消像线圈驱动电源或下聚焦线圈驱动 电源的结构示意图,如图3所示,第二消像线圈驱动电源601或下聚焦线圈驱动电源701可 以包括:第二恒压源、续流二极管D2、N-沟道MOSFET Q2、第二电流传感器222、第二电流采 样电路、第二电流控制电路、第二电流给定电路、第二驱动电路和第一同步控制电路;其中,
[0074] 第二消像线圈驱动电源601或下聚焦线圈驱动电源701的电路中各端子之间的连 接为:第二恒压源的负端接地,第二恒压源的正端" + "串联第二消像线圈6或下聚焦线 圈7后连接到N-沟道MOSFET Q2的漏极D ;续流二极管D2并联在第二消像线圈6或下聚 焦线圈7的两端,续流二极管D2的阴极连接第二恒压源的正端;续流二极管Dl的阳极连接 N-沟道MOSFET Q2的漏极;N-沟道MOSFET Q2的源极S串联第二电流传感器222后连接到 第二恒压源的负端
[0075] 第二电流传感器222的输出端连接第二电流采样电路的输入端;第二电流采样电 路的输出端连接第二电流控制电路的第一输入端;第二电流给定电路的输出端连接第二电 流控制电路的第二输入端;第一同步控制电路的输出端连接第二电流控制电路的第三输入 端;第二电流控制电路的输出端连接第二驱动电路的输入端;第二驱动电路的输出端连接 N-沟道MOSFET Q2的栅极G。
[0076] 具体实施时,偏转扫描线圈8包括X向线圈81和Y向线圈82 ;偏转扫描线圈驱动 电源80包括用于驱动X向线圈81的X向线圈驱动电源和用于驱动Y向线圈82的Y向线圈 驱动电源;偏转扫描线圈8由轴对称的两组线圈绕制而成,所述两组线圈产生的磁场相互 垂直,分别由偏转扫描线圈驱动电源80中的X向线圈驱动电源和Y向线圈驱动电源驱动。
[0077] 具体实施时,本发明偏转扫描线圈驱动电源80中的X向线圈驱动电源和Y向线圈 驱动电源的拓扑结构相同,所采用的控制方法也相同,图4是本发明实施中X向线圈驱动电 源或Y向线圈驱动电源的结构示意图,如图4所示,X向线圈驱动电源或Y向线圈驱动电源 可以包括:第三恒压源、用于使X向线圈81或Y向线圈82换向的N-沟道MOSFET Q3、N-沟 道MOSFET Q4、N-沟道MOSFET Q5、N-沟道MOSFET Q6、用于调节X向线圈81或Y向线圈82 中电流大小的N-沟道MOSFET Q7、第三电流传感器333、第三电流采样电路、第二同步控制 电路、第三电流给定电路、扫描控制电路、第三驱动电路、第四驱动电路和第五驱动电路;其 中,
[0078] X向线圈驱动电源或Y向线圈驱动电源中各端子之间的连接为:第三恒压源的负 端接地,第三恒压源的正端" + "连接N-沟道MOSFET Q3的漏极D和N-沟道MOSFET Q4 的漏极D,N-沟道MOSFET Q3的源极S连接X向线圈81或Y向线圈82的第一端811,第一 端811连接N-沟道MOSFET Q5的漏极D ;N-沟道MOSFET Q4的源极S连接X向线圈81或Y 向线圈82的第二端812,第二端812连接N-沟道MOSFET Q6的漏极D ;N-沟道MOSFET Q6 的源极S连接N-沟道MOSFET Q5的源极S ;N-沟道MOSFET Q5的源极S和N-沟道MOSFET Q6的源极S连接N-沟道MOSFET Q7的漏极D ;N-沟道MOSFET Q7的源极S串联第三电流 传感器333后连接到第三恒压源的负端;
[0079] 第三电流传感器333的输出端与第三电流采样电路的输入端连接;第三电流采样 电路的输出端与扫描控制电路的第一输入端连接;第三电流给定电路的输出端与扫描控制 电路的第二输入端连接;第二同步控制电路的输出端与扫描控制电路的第三输入端连接; 扫描控制电路的第一输出端与第三驱动电路的输入端连接;扫描控制电路的第二输出端与 第四驱动电路的输入端连接;扫描控制电路的第三输出端与第五驱动电路的输入端连接;
[0080] 第三驱动电路连接N-沟道MOSFET Q7的栅极G ;第四驱动电路连接N-沟道MOSFET Q3的栅极G与N-沟道MOSFET Q6的栅极G ;第五驱动电路连接N-沟道MOSFET Q4的栅极 G与N-沟道MOSFET Q5的栅极G。
[0081] 如图4所示,X向线圈驱动电源、Y向线圈驱动电源拓扑电路中N-沟道MOSFET Q3、 N-沟道MOSFET Q4、N-沟道MOSFET Q5、N-沟道MOSFET Q6组成"H"桥,均工作于开关状 态,用于换向;当所述N-沟道MOSFET Q3、N-沟道MOSFET Q6处于开通状态,而所述N-沟道 MOSFET Q4、N-沟道MOSFET Q5处于关闭状态,电流从N-沟道MOSFET Q3源极经过X向线圈 或Y向线圈,流到N-沟道MOSFET Q6的漏极;当所述N-沟道MOSFET Q3、N-沟道MOSFET Q6 处于关闭状态,而所述N-沟道MOSFET Q4、N-沟道MOSFET Q5处于开通状态,电流从N-沟 道MOSFET Q4源极经过X向线圈或Y向线圈,流到N-沟道MOSFET Q5的漏极;所述"H"桥上 N-沟道MOSFET的开通方式,改变X向线圈81、Y向线圈82中电流的方向;N-沟道MOSFET Q7工作于放大状态,用于电流调节;Q7根据扫描波形调整偏转扫描线圈8中的X向线圈81、 Y向线圈82中的电流大小。
[0082] 上述实施例中的第一同步控制电路和第二同步控制电路用于当进行扫描时,通过 控制偏转扫描线圈驱动电源、第二消像线圈驱动电源和下聚焦线圈驱动电源同步工作,从 而使偏转扫描线圈、第二消像线圈和下聚焦线圈进行同步工作,共同配合完成电子束的扫 描工作。当然,X向线圈驱动电源、Y向线圈驱动电源可以由扫描控制电路控制独立进行扫 描工作,也可以与第二消像线圈驱动电路、下聚焦线圈驱动电源同步工作。
[0083] 图5是本发明实施中描述扫描点位置改变后束斑形状与焦点位置变化的示意图, 如图5所示,由于电子快速制造(EBM)偏转扫描范围比较大,当电子束11偏转α度,从 L0(n0,m0)偏转到L2(n0,m2)时,电子束11工作距离由h增大到hi ;如果设定焦点为表面 焦点,由于工作距离改变,当电子束11从LO(nO,mO)偏转到L2(n0,m2)时,则焦点位置处于 L1,焦点由表面焦点变成上焦点;束斑形状则由LO(nO,mO)点处的圆形变化成L2(n0,m2)处 的椭圆形。由于焦点位置、工作距离、束斑形状均改变,而在电子束偏转到L2(n0, m2)未进 行重新消像、聚焦控制时,在L2(n0,m2)处,电子束能量密度将发生变化。由此可见,影响电 子束流品质的主要因素包括:焦点位置和束斑形状,本发明实施例提供的技术方案就是要 调整焦点位置和束斑形状后进行扫描,以提高电子束束流品质。
[0084] 为了实现上述提高电子束束流品质的目的,本发明实施例除了公开了如图1至4 的快速成形的冷阴极电子枪电磁控制系统,还提供了上述快速成形的冷阴极电子枪电磁控 制系统的控制方法,图6是本发明实施中冷阴极电子枪电磁控制系统的控制方法的流程示 意图,如图6所示,该方法包括如下步骤:
[0085] 步骤1 :在电子束偏转扫描区域内设置多个扫描检测点;
[0086] 步骤2 :当每个扫描检测点处的焦点位置和束斑形状达到设定要求时,逐个确定 每个扫描检测点处,第二消像线圈输出的消像电流值、下聚焦线圈输出的聚焦
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