专利名称：智能溅散离子泵电源控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及离子泵电源控制器。
溅散离子泵(Sputter-ion pump)是超高真空获得系统中使用最多的一种真空泵，广泛应用于加速器、可控热核反应、空间环境模拟、镀膜技术以及其它要求无污染的环境。在众多的化学性质活泼的金属元素中，由于钛有强烈的吸气能力，在室温下性质稳定、不易燃爆炸、易于加工成型，大量应用于真空技术中。溅散离子泵是靠电磁场的作用产生潘宁放电而使气体分子电离，利用电离产生的离子轰击并溅散阴极板(钛板)，使电离了的气体分子收附于其中或利用溅散的吸气剂膜层(钛膜)来抽气的真空泵。
离子泵工作时需要的磁场一般为1000-2000高斯，由附加在离子泵体上的永磁体形成，电场则由阳极和钛阴极之间的3-7千伏的电压形成。目前溅散离子泵主要有二级泵和三级泵，二级泵使用正高压电源控制器，三级泵使用负高压电源控制器。
目前，市面上所见离子泵电源控制器多采用50Hz功频变压器，重量大、体积大、能耗也大、输入电压范围窄、智能化程度低。
本实用新型的目的在于提供一种基于开关电源方式的智能溅散离子泵电源控制器。
本实用新型的目的采用以下方式实现。
本实用新型由高压产生开关电源模块、高压信号处理及反馈模块、微控制器模块、系统支持开关电源模块和壳体构成。高压信号处理及反馈模块的一端与高压产生开关电源模块相连接，另一端与微控制器模块相连接，系统支持开关电源模块的一端与高压信号处理及反馈模块相连接，另一端与微控制器模块相连接。来自高压产生开关电源模块的取样和控制信号经高压信号处理及反馈模块处理后，输入到微控制器模块。微控制器模块将接收到的电压、电流、状态信号与所设定值比较，控制高压产生开关电源模块通断，以及报警。
本实用新型的系统电源模块全部采用开关电源。
本实用新型的优点是·全面使用开关电源替代过去的功频电源，重量轻、体积小、输入电压范围宽、高效节能。
·使用直焊式AC-DC小型开关稳压电源模块和DC-DC隔离变换器模块，使得整个数字系统和信号处理系统功耗小于5瓦，大大减小体积和重量。
·高压功率输出，前端采用降压变换器，提供一个可调电压输出，供给其后端的开关占空比固定的推挽电路和高压倍压电路，使得输出功率在3×10-5瓦-150瓦变化的范围内提供稳定的高压输出。
·采用微控制器和A/D、D/A转换等技术，使得整个系统的控制、显示、通讯更加智能化。RS232/RS485微机通讯接口，便于联网控制。
·整个系统软件用工程C语言编写，移植性好，易于实现多种功能。
·电磁兼容性(EMC)及安全防护符合国际标准
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。
附
图1．智能溅散离子泵电源控制器方框图。其中，1-高压产生开关电源模块电路，2-高压信号处理及反馈模块，3-微控制器模块，4-系统支持开关电源模块。5-溅散离子泵。
附图2．智能溅散离子泵电源控制器示意图。其中，6-高压设定，7-过流保护，8-最大输出电流设定，9-电压取样，10-离子流取样，11-数模转换，12-模数转换，13-微控制器，14-键盘/显示，15-通讯，16-报警。
附图3．高压产生开关电源模块电路图。其中，附图3(a)-开关电源功率模块，附图3(b)-高压倍压和取样模块。
附图4．高压信号处理及反馈模块电路图。
附图5．微控制器模块电路图。
附图6．系统支持开关电源模块电路图。
附图7．为系统工作流程示意图。
参见附图3，高压产生开关电源模块由开关电源功率模块和高压倍压模块组成。附图3(a)为开关电源功率模块，由系统支持开关电源模块提供的经过滤波220交流电由D1和C1获得约300伏的未经稳压调整的直流电。由Q1、D2、L1、C2、U1组成的典型降压变换器向后端的推挽电路提供一个电压可调的电源。U3(SG3525)为PWM(Pulse Width Modulation)专用开关电源集成电路。设定高压、最终的输出高压和离子流经由高压信号处理及反馈模块处理和放大，接入U3差分放大器的两端，它们之间的相互比较通过U3、光偶ISO1和功率场效应管驱动器U1，最终使得Q1的导通和关断占空比发生变化并达到一种平衡。U2同样为SG3525，工作方式稍有不同，输出两路占空比恒定推挽脉冲，使得Q2、Q3轮流导通，最终在变压器T1(变比1∶8)的次极(JP1、JP2)形成高压方波。U2、U3的工作频率同为40KHz。图中的R6、C4、D3、D4、R12为尖峰脉冲抑制电路，R4、R26、R27、Q4、Q5、Q6和光偶U4组成开关脉冲过流保护电路。
附图3(b)为高压倍压和取样模块。经T1输出的高压方波由JP9、JP10输入，然后由C60、D20、C59、D18、C58、D16、C56、D15组成的四倍压电路整流升压，再由R82、L2输出。R83-R89组成输出高压、电流取样网络，K1-K4用于输出电流的放大和量程切换。取样和控制信号最终经由JP8输出至高压信号处理及反馈模块2。
参见附图4，高压信号处理及反馈模块的三路取样信号，经由D5、R34、C26、D6、R36、C27、D7、R37、C28组成的滤波和尖峰脉冲抑制电路，分别送入由LM324构成的跟随器，阻抗隔离。隔离后的取样信号，分别输入差分放大器，通过微处理器模块接口，进行数据采集和分析。反馈的高压和电流信号经由R51、R52相加，送入放大器同相输入端，经过处理后输出的最大输出功率限制信号与电压信号通过LM1B共同接入SG3525的反相输入端。R56用于最大输出功率限制调整。它的目的是当输出功率小于最大输出功率时，电路施行稳压控制，当输出功率增加并等于最大输出功率时，输出电流的增加将导致高压的下降。U6为七路达灵顿阵列，用于控制图3中K1-K4继电器的开关。
参见附图5，微控制器模块由六个部分组成微控制器由AT89C52担任(U7)，与Intel公司的80C32兼容。A/D转换由两片TLC549串行输出8位A/D转换器担任(U11、U12)，测量电压、电流。D/A转换由一片TLC7524并行输入8位DAC转换器担任(U8)，用于输出高压设定。报警U9是一片将复位控制器、看门狗定时器和串行EEPROM接为一体的单片集成电路。它的串行EEPROM可用于离子流报警阈值上下限的设置以及一些系统关键配置数据的存储。实际采集的输出离子流将实时同设定阈值比较，并同时检测U10的PC2输入口。报警时将关断高压电源。通讯接口支持RS232C协议，接口采用MAX202E。键盘/显示由一片8155管理六只键盘和4位高亮度数码管。键盘功能包括报警阈值设定、开关高压、电压电流显示选择等功能。显示包括高压值、离子流和报警状态等。
参见附图6，系统支持开关电源模块的U17为直焊式AC-DC小型开关稳压电源模块，直接将交流220伏变为直流5伏输出。该5伏电源除供应数字系统使用外，并通过DC-DC隔离变换器模块U15、U16、U19、U18、U20将其变换为两路+12伏输出和+12伏输出，供给U1、ISO1、U2，以及整个信号处理系统使用。该系统模块全部采用开关电源模块。
附图7为系统工作流程示意图。整个系统软件用工程C语言编写。编译后的下载程序约6K字节。
本实用新型的性能指标 输入120V～260V交流输入，47Hz～63Hz，最大输入功率320W。 输出+7000Vdc、+5000Vdc、+3000Vdc，最大输出电流(短路电流)120mA，最大输出功率150W(3KV/50mA)。 输出电压、电流LED显示，RS232/RS485微机通讯接口。 两点输出离子流报警阈值点设定。 环境温度范围-10～40℃，湿度最大90％(非凝结)。 电磁兼容性(EMC)符合IEC1000。 安全防护符合EN61010。 重量4.4Kg。 体积195×300×120(宽×深×高)。
权利要求1．一种智能溅散离子泵电源控制器，其特征在于它由高压产生开关电源模块[1]、高压信号处理及反馈模块[2]、微控制器模块[3]、系统支持开关电源模块[4]和壳体构成，高压信号处理及反馈模块[2]的一端与高压产生开关电源模块[1]相连接，另一端与微控制器模块[3]相连接，系统支持开关电源模块[4]的一端与高压信号处理及反馈模块[2]相连接，另一端与微控制器模块[3]■相连接。
2．如权利要求1所述的智能溅散离子泵电源控制器，其特征在于所说系统电源模块全部采用开关电源。
专利摘要本实用新型提供了一种基于开关电源方式的智能溅散离子泵电源控制器。它由高压产生开关电源模块、高压信号处理及反馈模块、微控制器模块、系统支持开关电源模块和壳体构成,高压信号处理及反馈模块的一端与高压产生开关电源模块相连接,另一端与微控制器模块相连接,系统支持开关电源模块的一端与高压信号处理及反馈模块相连接,另一端与微控制器模块相连接。本实用新型全面使用开关电源替代过去的功频电源,重量轻、体积小、输入电压范围宽、智能化程度高、高效节能。
文档编号H05H1/46GK2455040SQ00240529
公开日2001年10月17日 申请日期2000年10月4日 优先权日2000年10月4日
发明者高辉, 王勇, 刘兴华, 蒋道满, 吴青林, 盛六四, 张允武 申请人:中国科学技术大学