专利名称：等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路的制作方法
一.所属领域本发明属于电子电路技术领域，涉及一种电源的驱动电路，特别涉及一种等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)装置中脉冲电源的驱动电路。
二.
背景技术：
等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)装置中电源的作用是在特定温度的真空容器内，充入某些工作气体，由电源输出的高压加到容器内的两电极之间，使容器内的气体产生电离，从而为化学气相沉积薄膜材料提供物质准备。
目前，PCVD用电源逐渐由直流电源向脉冲电源过渡，但所用脉冲电源大多为斩波式脉冲电源，输出脉冲电压峰值低。近年来申请人研制出针对PCVD用可升压的调制型脉冲电源，并为此申请了专利并获得专利权(专利授权号2284473)。但实际使用中发现，由于原设计没有充分考虑到在高速脉冲上升期间(约百万分之一秒)PCVD负荷的复杂特性，易造成其中大功率器件IGBT损坏。
为了实现上述目的，申请入对PCVD脉冲电源的输出电流进行了分析1)用于PCVD的脉冲电源输出电流波形异常复杂，因为在PCVD中要求脉冲电源输出电压波形如
图1所示，输出脉冲电压的上升时间为1微秒，频率1KHz到30KHz之间可连续变化，在脉冲上升的这一微秒时间内，假如容器内两电极之间电压和电流的关系是按图2所示的巴邢定理规律变化，那么脉冲电源感受的负荷中的阻值是剧烈变化的。在脉冲上升的一微秒时间内，容器内两电极间的等效电阻值如图3所示。在脉冲电源输出脉冲的前沿，一开始气体没被击穿，阻值为正且值很大；随着脉冲前沿电压上升，两电极间等效阻值逐渐减小，到气体击穿时，两电极间等效阻值为零；再随输出脉冲前沿电压上升，容器内两电极之间出现负阻态，脉冲电源输出电流剧烈增大。可见，在脉冲电源输出脉冲前沿这短短的1微秒时间内，脉冲电源所带的负荷中的等效电阻是一个开头很大电阻值，迅速变小，变到零，再变为负，又迅速变为正的剧烈变化的可变电阻。因此，脉冲电源在输出脉冲前沿短短的一微秒时间内，输出电流的变化是异常激烈的。另外，容器内两个电极之间又相当是一只电容器，脉冲电源输出脉冲电压的前沿时间内，又要提供巨大的充电电流。况且，考虑引线的分布电容和引线电感，会引起振荡。正是由于上述原因，PCVD采用逆变式脉冲电源时，输出电流变化异常激烈，因此，其输出就很容易反馈到IGBT的输入端，造成高电压、大电流的高速大功率开关器件IGBT损坏。
2)进一步仔细分析了IGBT损坏原因是，在逆变式脉冲电源中，IGBT是工作在非常复杂的状态，它的驱动信号极易变得不稳定。例如本应让IGBT截止的，如果感应进来干扰信号，使IGBT受干扰而被误导通，就会立即损坏电源的高速大功率开关器件IGBT。由于逆变式脉冲电源四只IGBT是采用如图4所示的桥式电路的方式输出的，如果IGBT1和IGBT4导通，则IGBT2和IGBT3应截止，倘若有干扰信号，让IGBT2误导通，那么IGBT1和IGBT2立即将直流电源短路，不仅使IGBT1和IGBT2通过大电流立即烧毁，还会连累直流电源部分，因此IGBT的驱动信号应当非常稳定，绝不允许干扰信号窜入。
经过上述的分析论证，本发明所采用的技术方案是等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路，包括，设置在一高频脉冲变压器41次级输出端的四组相互隔离的驱动电路40，其特点是，所述驱动电路40的组成是由一电阻R1和一电容C1并联，并联后电阻R1和电容C1的一端接高频脉冲变压器41次级的一输出端，在该输出端上，还连接有三个连接成 型的二极管D1、D5和D9；、二极管D5的负极分别接入二极管D1和D9的正极端；其 型中间的二极管D5的负极还设置一电阻R5和一三极管TR1，二极管D9跨接在三极管TR1的发射极与基极之间，电阻R5的另一端和三极管TR1的集电极均连接在变压器41次级的另一输出端上；三极管TR1的基极和集电极之间还设置有一稳压管Z1，稳压管Z1的两端连接有电阻R9和R13，输出I1g和I1e由电阻R13两端取出；支路E的负极连接在I1e端，正极连接到IGBT的发射极1e，串联电路L、C的L端连接到IGBT的门极，C端连接到IGBT的发射极1e。
本发明由于采用了反相电源支路E，提高脉冲变压器T1次级匝数，让没有驱动电压时，IGBT两端维持一负电压E，既使有干扰信号窜入，很难成为正信号，不会让IGBT误导通，就可提高脉冲电源的可靠性。在此基础上又加入振荡抑制电路L、C，让干扰信号再次减弱，进一步提高了脉冲电源抗冲击能力。
为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
依本发明的技术方案，等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路，包括，设置在一高频脉冲变压器41次级输出端的四组相互隔离的驱动电路40，驱动电路40的组成是由一电阻R1和一电容C1并联，并联后电阻R1和电容C1的一端接高频脉冲变压器41次级的一输出端，在该输出端上，还连接有三个连接成 型的二极管D1、D5和D9；、二极管D5的负极分别接入二极管D1和D9的正极端；其 型中间的二极管D5的负极还设置一电阻R5和一三极管TR1，二极管D9跨接在三极管TR1的发射极与基极之间，电阻R5的另一端和三极管TR1的集电极均连接在变压器41次级的另一输出端上；三极管TR1的基极和集电极之间还设置有一稳压管Z1，稳压管Z1的两端连接有电阻R9和R13，输出I1g和I1e由电阻R13两端取出；支路E的负极连接在I1e端，正极连接到IGBT的发射极1e，串联电路L、C的L端连接到IGBT的门极，C端连接到IGBT的发射极1e。
以一组为例说明其工作原理当高频脉冲变压器T1(41)次级绕组输出高电平时，驱动信号经D5、D9输出由稳压管Z1限值于15V，当驱动信号反向时，g端高电平使三极管TR1充分导通，使ge端电压迅速降为零。反相电源支路E的负极连接在11e端，正极连接到IGBT的发射极1e，有效抑制反馈到IGBT的干扰电压。串联电路L1、C1的L1端连接到IGBT的门极，C1端连接到IGBT的发射极1e，L1C1谐振范围的低阻抗，更进一步将反馈到IGBT输入端的干扰信号短路，达到IGBT管正常工作而不致损坏。
PCVD脉冲电源的驱动电路设计与实现在调制型直流脉冲电源专利(授权号2284473)中，其理想的输出驱动信号波形如图6(a)所示，在有输出电压的正半周内，驱动电源内阻很小，干扰信号不容易窜入，但在没有输出电压的半周内，驱动信号为零，IGBT的输入端电压也是零，IGBT应当截止，但是稍有干扰信号，如图6(b)所示，很容易引起IGBT导通而损坏电源，这时在本发明的PCVD电源驱动电路中，参见图5，加入反相电源支路E，提高脉冲变压器T1次级匝数，让没有驱动电压时，IGBT两端维持一负电压E，如图6(c)所示，即使有干扰信号窜入，很难成为正信号，不让IGBT误导通，就可提高脉冲电源的可靠性。在此基础上又加入振荡抑制电路L、C让干扰信号再此减弱如图6(d)所示，进一步提高了脉冲电源抗冲击能力。
逆变式脉冲直流电源的具体应用实例申请人按照上述技术方案所研制的等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路已分别用于四台逆变式脉冲直流电源，用于等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)、磁控溅射物理气相沉积(PVD)及微弧氧化(MAO)表面处理领域，迄今尚未有IGBT器件烧损的事例发生。表明脉冲直流电源驱动电路的优化设计与实现，确保了电源自身的可靠性和稳定运行，为其在材料表面处理领域的广泛应用提供了可能。
权利要求
1.一种等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路，包括，设置在一高频脉冲变压器[41]次级输出端的四组相互隔离的驱动电路[40]，其特征在于，所述驱动电路[40]的组成是由一电阻R1和一电容C1并联，并联后电阻R1和电容C1的一端接高频脉冲变压器[41]次级的一输出端，在该输出端上，还连接有三个连接成 型的二极管D1、D5和D9；、二极管D5的负极分别接入二极管D1和D9的正极端；其 型中间的二极管D5的负极还设置一电阻R5和一三极管TR1，二极管D9跨接在三极管TR1的发射极与基极之间，电阻R5的另一端和三极管TR1的集电极均连接在变压器[41]次级的另一输出端上；三极管TR1的基极和集电极之间还设置有一稳压管Z1，稳压管Z1的两端连接有电阻R9和R13，输出I1g和I1e由电阻R13两端取出；支路E的负极连接在I1e端，正极连接到IGBT的发射极1e，串联电路L、C的L端连接到IGBT的门极，C端连接到IGBT的发射极1e。
2.根据权利要求1所述的等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路，其特征在于，所述稳压管Z1限值为15V。
全文摘要
本发明公开了一种等离子体辅助化学气相沉积装置脉冲电源的驱动电路，包括，设置在一高频脉冲变压器次级输出端的四组相互隔离的驱动电路，当高频脉冲变压器次级绕组输出高电平时，驱动信号经二极管D5、D9输出由稳压管限值，当驱动信号反向时，g端高电平使三极管TR1充分导通，使ge端电压迅速降为零。反相电源支路E的负极连接在Ile端，正极连接到IGBT的发射极，有效抑制反馈到IGBT的干扰电压。串联电路L、C的L端连接到IGBT的门极，C端连接到IGBT的发射极，LC谐振范围的低阻抗，更进一步将反馈到IGBT输入端的干扰信号短路，既使有干扰信号窜入，很难成为正信号，不会让IGBT误导通，在没有驱动电压时，IGBT两端维持一负电压，达到了IGBT管正常工作而不致损坏。
文档编号H02M7/66GK1397663SQ0213932
公开日2003年2月19日 申请日期2002年8月1日 优先权日2002年8月1日
发明者徐可为, 马胜利, 叶靖国, 何家文 申请人:西安交通大学