专利名称：直线电机驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及直线电机装置领域，特别涉及一种大功率直线电机驱动器。
背景技术：
在光刻机中，直线电机驱动器用于驱动直线电机，带动工件台、掩模台运 动。作为电机的驱动装置，电机驱动器必须满足高线性度、高分辨率、大功率、 宽频带等要求，才能保证电机的定位精度，进而满足光刻精度的要求。
现有的直线电机驱动器主要有两种，分别是线性功率放大驱动器和脉冲宽
度调制驱动器。线性功率放大驱动器采用多个功率管并联而成的OTL互补推挽 电路或OCL互补推挽电路。它的优点主要是频带宽(通常在IOKHZ以上)，线性 度好，对外干扰小，抗干扰性能好。但其在应用中的缺点也相当明显，如热稳 定性差(存在温漂)，存在功率管二次击穿现象，内耗大，输出功率较低，难以提 供大功率输出。脉冲宽度调制驱动器釆用IGBT管驱动，相对线性系统而言，内 部能耗低，转换效率高；电路设计简单，结构紧凑。但是，脉宽调制系统采用 高频调制，对外部电路干扰较大；而且系统的通频带宽受到调制频率的限制， 不如线性系统的频带宽。上述两种驱动器的优点难以兼得且制作成本都比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直线电机驱动器，以解决现有的直线 电机驱动器功率^氐，功率^t大器易产生二次击穿现象的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种直线电机驱动器，包括电流反馈回 路模块、电源模块、检测模块、状态分析与控制模块，所述电源模块为所述电 流反馈回路模块提供电源，所述电流反馈回路模块输出电流与输入电压成正比，所述检测模块连接所述电流反馈回路模块中经过功放后的电流信号，所述状态 分析与控制模块对所述检测模块的检测结果进行分析处理，其特征在于，所述
电流反馈回路模块包括前置输入级模块、加法器模块、低通滤波器模块、功率 放大反馈模块、负载模块、电流釆样放大模块及增益调节模块，前述各模块依 次连接，所述增益调节模块的输出信号连接所述加法器模块的输入端，形成回 路。
可选的，所述前置输入级模块包括无源滤波器，对输入信号中的差模信 号进行低通滤波，对共模信号进行衰减；差模放大器，抑制共模信号，放大差 模信号；模拟开关，出错或关断时去除输入信号；以及反过冲电容，去除模拟 开关在打开或闭合时产生的过冲。
可选的，所述差才莫放大器采用仪^j故大器。
可选的，所述加法器釆用高速运算放大器，所述高速运算放大器的正负输
入端串联三个高速二极管，正反方向各一组。
可选的，所述低通滤波器模块采用运算放大器实现一阶低通滤波。 可选的，所述功率放大反馈模块包括功率放大器模块和低电压放大模块。 可选的，所述功率放大器反馈模块的输入端连接限流电阻限制功率放大器
的最大输入偏置电流。
可选的，所述功率》文大器才莫块采用线性功率^:大集成芯片。
可选的，所述电流采样放大模块采用仪表放大器对所述负载模块的电压进
行差分放大，抑制共模信号并提供增益。
可选的，所述增益调节模块包括一级放大模块和二级放大模块，所述一级
放大模块采用可编程的增益仪器放大器芯片，所述二级放大模块采用运算放大
器来实现。
本发明提供的大功率直线电机驱动器的电流反馈环路采用了大电流型线性 功率放大器，具有工作电压高、输出电流大、转换速率高、失真低等优点，而 且由于该功率放大器的漏源电阻温度系数为正，当功率放大器温度上升时，电流受到限制，所以不会有热击穿，因而不会出现二次击穿。采用了该功率放大 器的直线电机驱动器具有线性度高、频带宽、稳定性好、对外干扰小、抗千扰 能力强的特性，而且体积小，成本低。
图l是本发明的直线电机驱动器结构示意图； 图2是本发明的直线电机驱动器电流反馈回路模块结构示意图； 图3是本发明的电流反馈回路的前置输入级模块电路结构示意图； 图4是本发明的电流反馈回路的加法器模块电路结构示意图； 图5是本发明的电流反馈回路的低通滤波器模块电路结构示意图； 图6是本发明的电流反馈回路的功率放大反馈模块电路结构示意图； 图7是本发明的电流反馈回路的电流采样放大模块电路结构示意图； 图8是本发明的电流反馈回路的增益选择模块电路结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本发明的具体实施方式
做详细的说明。
本发明的大功率直线电机驱动器可被广泛地应用到多种电机驱动设备中， 下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例， 本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了 便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
请首先参看图1,图1为本发明的直线电机驱动器结构示意图。如图1所示， 本发明的直线电机驱动器包括电流反馈回路模块1、电源才莫块2、检测模块3、 状态分析与控制模块4。电流反馈回路模块1是驱动器的主体，实现输出的电流与输入电压成正比；电源模块2为电流反馈回路模块1中的功率放大器提供电 源，包括对外部输入电源的处理部分，功率放大器增强电源以及紧急开关；检 测模块3连接电流反馈回路模块1中经过功放后的电流信号，检测供电电源的 电压值、功率i文大器输出电流、功率放大器上的功率津毛散以及功率放大器散热 片的温度，并将检测结果送到状态分析与控制模块4;状态分析与控制模块4对 检测结果处理和分析后，控制LED显示相应的状态信号，在紧急情况下通过控 制电源模块2中的紧急开关切断电流反馈回路模块1中的功率放大器的供电电 源，从而对功》t^保护作用。
请参看图2，图2是本发明的直线电机驱动器电流反馈回路模块结构示意图。 如图2所示，本发明的直线电机驱动器电流反馈回路模块包括前置输入级模块5、 加法器模块6、低通滤波器模块7、功率放大反馈模块13、负载模块IO、电流 采样放大模块11及增益调节模块12,前述模块依次连接，增益调节模块12的 输出信号最终连接到加法器模块6的输入端上，形成回路。
在图2所示的电流反馈回路结构中，来自前端功放控制板的差分模拟信号 经过前置输入级才莫块5后，与来自增益调节沖莫块12的反馈信号通过加法器模块 6相加，加法器模块6的输出信号经过低通滤波器模块7后，输入到功率放大反 馈模块13的低电压放大模块8和功率放大器9,功率放大器9的输出信号与负 载模块10相连，图2中将负载模块10等效为电感和电阻的串联，电流采样放 大模块11对负载模块10中的电流传感电阻Rml上的电压进行差分放大，并经 过增益调节模块12反馈到加法器模块6的输入端，构成电流环。
请参看图3，图3是本发明的电流反馈回路的前置输入级模块电路结构示意 图。如图3所示，前置输入级模块5包括无源滤波器14、差模放大器15、模拟 开关16和反过冲电容17。前置输入级模块5的输入信号为差分信号，无源滤波 器14对差模信号进行低通滤波，对共模信号进行衰减，低通滤波的截止频率为 80kHz,共模衰减的转折频率在300kHz, 300kHz的共才莫抑制比高于-40dB;差 模放大器15采用仪^改大器，通过差模放大器15抑制共模信号，放大差模信号，其增益设置为+ 1,低频段的共模抑制比为80dB;当出错或关断时，通过模 拟开关16去除输入信号；模拟开关16的打开或闭合会产生过冲，因此使用反 过冲电容17去除过冲；反过冲电容17与R7、 R8， R9构成低通滤波器，截止 频率为40kHz。
请参看图4,图4是本发明的电流反馈回路的加法器模块电路结构示意图。 加法器模块6的作用是对前置输入级模块的输出信号和增益选择模块的反馈信 号进行相加。如图4所示，信号的相加通过运放高速运算放大器实现，加法器 模块6正负输入端串联了三个高速二极管，正反方向各一组，用以限制运放输 入端的差模信号最大不超过18V,响应时间小于20ns。前置输入级模块5的输 出信号电压和增益调节模块12的反馈信号电压的输出采用电压跟随结构，这样 可以增大输入阻抗，减小输出阻抗，对输入输出起一定的緩冲作用。
请参看图5,图5是本发明的电流反馈回路的低通滤波器模块电路结构示意 图。低通滤波器才莫块7采用运算放大器实现一阶低通滤波。
请参看图6,图6是本发明的电流反馈回路的功率放大反馈模块电路结构示 意图。如图6所示，功率放大反馈模块13包括功率放大器模块9及低电压放大 模块8。直线电机驱动器对输出电流和输入信号的线性度以及信噪比等要求较 高，因而本发明功率放大器模块9采用线性功率放大集成芯片。运算放大器及 外围电路构成低电压放大模块8，对低电压进行放大。线性功率放大集成芯片的 差模输入电压范围为士20V，因此在运算放大器的输入端也加了高速二极管用来 限制差模信号的最大值。此外，功率放大器反馈模块13的输入端还通过电阻 R15、 R17限制功率放大器的最大输入偏置电流。功率放大器反馈模块13采用 复合反馈结构，以增大功放的带宽，消除低频极点。整个反馈为反相结构，低 电压方文大为同相结构。
所述线性功率放大集成芯片的输出电压范围为士100V，峰值电流20A;采用 MOS结构的输出级使功放的线性度更好，提供输出电流限制。线性功率放大集 成芯片的管脚除了输入输出端还有相位补偿端C0MP1和COMP2、正负电源端士SUPPLY、正负增强电源端士VBOOST、睡眠状态控制端SLEEP、电流限制端 CURRLIM1和CURRLIM2。功率》文大反馈模块9的增益大于10，因此选择相位 补偿端间的C13和C14均为200pF， R22为120Q;线性功率》文大集成芯片采用 ±48的供电电源；VBOOST为线性功率i支大集成芯片提供15V左右的增强电源， 从而提高线性放大器的输出电压摆幅，使线性功率放大集成芯片的最大输出从 士40V提高到士44V; SLEEP状态不使用，SLEEP端悬空。功率放大器9的输出 端和负载之间连接限流电阻R23进行电流限制。
图7是本发明的电流反馈回路的电流采样放大模块电路结构示意图。如图7 所示，电流采样放大模块11采用仪表故大器对负载模块10的电流传感电阻Rml 上的电压进行差分放大，抑制共模信号，同时提供10倍增益。
图8是本发明的电流反馈回路的增益调节模块电路结构示意图。如图8所 示，增益调节模块12分为两级 一级放大模块18及二级放大模块19。 一级放 大模块18调节电流采样放大模块11的增益，二级放大模块19用于调整整个反 馈的增益，并使反馈电压为负。 一级放大模块18采用可编程的增益仪器放大器 芯片进行l、 2、 4、 8倍增益的调制，增益选择受状态分析与控制模块产生的信 号A1、 A0控制。可编程的增益仪器放大器芯片的FEEDBACK端和输出端VO 直接相连用于差分电路的反馈。参考电压为0,因此REF端接地。二级放大模 块19采用运算放大器来实现，正端加电阻R30减小失调电压。增益调节模块12 的输出信号Vg最终反馈到加法器模块6的输入端。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种直线电机驱动器，包括电流反馈回路模块、电源模块、检测模块、状态分析与控制模块，所述电源模块为所述电流反馈回路模块提供电源，所述电流反馈回路模块输出电流与输入电压成正比，所述检测模块连接所述电流反馈回路模块中经过功放后的电流信号，所述状态分析与控制模块对所述检测模块的检测结果进行分析处理，其特征在于，所述电流反馈回路模块包括前置输入级模块、加法器模块、低通滤波器模块、功率放大反馈模块、负载模块、电流采样放大模块及增益调节模块，前述各模块依次连接，所述增益调节模块的输出信号连接所述加法器模块的输入端，形成回路。
2、 如权利要求1所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述前置输入级模 块包括无源滤波器，对输入信号中的差模信号进行低通滤波，对共模信号进 行衰减；差模放大器，抑制共模信号，放大差模信号；模拟开关，出错或关断 时去除输入信号；以及反过沖电容，去除模拟开关在打开或闭合时产生的过沖。
3、 如权利要求2所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述差模放大器采 用仪表放大器。
4、 如权利要求l所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述加法器采用高 速运算放大器，所述高速运算放大器的正负输入端串联三个高速二极管，正反 方向各一组。
5、 如权利要求l所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述低通滤波器模 块采用运算放大器实现一阶低通滤波。
6、 如权利要求l所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述功率放大反馈 模块包括功率放大器模块和低电压放大模块。
7、 如权利要求6所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述功率放大器反 馈模块的输入端连接限流电阻限制功率放大器的最大输入偏置电流。
8、 如权利要求6所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述功率放大器模 块采用线性功率放大集成芯片。
9、 如权利要求1所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述电流采样放大 模块釆用仪表放大器对所述负载模块的电压进行差分放大，抑制共模信号并提 供增益。
10、 如权利要求1所述的直线电机驱动器，其特征在于，所述增益调节模 块包括一级放大模块和二级放大模块，所述一级放大模块采用可编程的增益仪 器放大器芯片，所述二级放大模块釆用运算放大器来实现。
全文摘要
本发明提供了一种直线电机驱动器，包括电流反馈回路模块、电源模块、检测模块、状态分析与控制模块，其特征在于，所述电流反馈回路模块包括前置输入级模块、加法器模块、低通滤波器模块、功率放大反馈模块、负载模块、电流采样放大模块及增益调节模块，前述各模块依次连接，所述增益调节模块的输出信号最终连接到所述加法器模块的输入端上，形成回路。本发明的直线电机驱动器具有线性度高、频带宽、稳定性好、对外干扰小、抗干扰能力强的特性，而且体积小，成本低。由于该功率放大器的漏源电阻温度系数为正，当功率放大器温度上升时，电流受到限制，所以不会有热击穿，因而不会出现二次击穿。
文档编号H02P7/00GK101577519SQ20091005301
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者周月豪, 彭之威, 峰 池 申请人:上海微电子装备有限公司