一种混合控制的等离子体镀膜电源系统

本发明涉及等离子体领域，尤其涉及一种混合控制的等离子体镀膜电源系统。

背景技术：

1、等离子体镀膜工艺利用等离子体增强化学气相沉积技术，通入等离子体发生器中的气体在高频交流电的作用下电离为等离子体通入反应腔中，反应腔内反应物质在等离子体作用下产生交联或者聚合，在气流的作用下沉积到材料表面得到固态薄膜，目前等离子体镀膜技术广泛应用在电子制造业，光学制造业，集成电路领域中。传统的等离子体镀膜电源功率范围窄，对不同等离子体发生器负载的适应性差，系统动态响应不及时，系统稳定性差，效率低，功率因数低，随着等离子体应用的发展，传统的电源越来越无法满足日益增长的性能要求。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种混合控制的等离子体镀膜电源系统。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种混合控制的等离子体镀膜电源系统，包括：

4、功率电路模块，用于对220v市电进行处理，输出用于射流等离子体发生器的高频交流电；

5、采样控制模块，与功率电路模块连接，用于对功率电路进行采样和驱动；

6、辅助电源模块，用于为采样控制模块供电；

7、其中，所述采样控制模块采用数字峰值电流移相全桥控制算法和数字pfc母线电压控制算法混合控制电源功率。

8、进一步地，所述等离子体镀膜电源系统还包括射流等离子体发生器和射流等离子体镀膜模块；

9、所述射流等离子体发生器用于产生射流等离子体；

10、所述射流等离子体镀膜模块用于产生自由基片段和镀膜分子，镀膜分子沉积在基底上进行交联、聚合，以在基底上形成一层膜。

11、进一步地，所述射流等离子体镀膜模块包括药液灌，水冷箱和反应腔；

12、向射流等离子发生器中通入工艺气体，工艺气体在高频交流电作用下电离，并在气流的作用下吹入反应腔；药液罐中的药液被加热雾化之后也通入反应腔体，雾化的药液与等离子体中包含的带电粒子与电子发生碰撞和化学反应，产生自由基片段和镀膜分子，在气流的作用下吹入被镀膜基底，镀膜分子沉积在基底上进行交联和聚合，以在基底上形成一层膜。

13、进一步地，所述功率电路模块包括依次连接的无桥pfc电路、全桥逆变电路、谐振腔电路和高频变压器；所述无桥pfc电路的输入端连接220v市电，所述高频变压器的输出端连接射流等离子体发生器；

14、所述无桥pfc电路用于将220v输入的交流电变为直流电；

15、所述全桥逆变电路采用移相全桥软开关拓扑结构，用于将无桥pfc电路产生的直流电转换为高频交流电；

16、所述高频交流电经过高频变压器换变为高压高频交流电。

17、进一步地，所述无桥pfc电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管；所述全桥逆变电路包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管；

18、所述第一开关管的控制端输入信号pwm1，所述第一开关管的第一端与第一二极管的正极连接；

19、所述第二开关管的控制端输入信号pwm2，所述第二开关管的第一端与第二二极管的正极连接；

20、所述第四开关管的控制端输入信号pwm4，所述第四开关管的第一端与第三开关管的第一端连接；所述第三开关管的控制端输入信号pwm3；

21、所述第五开关管的控制端输入信号pwm5，所述第五开关管的第一端与第六开关管的第一端连接；所述第六开关管的控制端输入信号pwm6；

22、所述第一开关管的第二端、第二开关管的第二端、第四开关管的第二端和第五开关管的第二端相互连接；所述第一二极管的负极、第二二极管的负极、第三开关管的第二端和第六开关管的第二端相互连接。

23、进一步地，所述采样控制模块包括信号采样与调理模块、dsp处理器模块、驱动电路模块；

24、所述信号采样与调理模块与功率电路模块以及dsp处理器模块连接，用于采集功率电路模块的参数，并传递到dsp处理器模块进行数据运算与处理控制；

25、所述dsp处理器模块与驱动电路模块连接，根据对应的控制算法将驱动控制信号传递到驱动电路模块进行隔离放大；

26、驱动电路模块与无桥pfc电路和全桥逆变电路连接，利用隔离放大之后的驱动信号进行电路的驱动控制。

27、进一步地，所述信号采样与调理模块所采集到的参数包括：市电输入电压v_in，无桥pfc电路电流i_l，无桥pfc电路输出电压v_bus，全桥逆变电路输入电流i_bus；

28、所述dsp处理器模块包括dsp处理器1和dsp处理器2；驱动电路模块包括驱动电路1和驱动电路2，dsp处理器1与驱动电路1连接，dsp处理器2与驱动电路2连接；

29、所述dsp处理器1用于对经过信号采样电路滤波之后的市电输入电压v_in，无桥pfc电路电流i_l，无桥pfc电路输出电压v_bus和全桥逆变电路输入电流i_bus进行处理，通过数字pfc控制算法产生驱动信号；

30、所述dsp处理器2用于对经过信号采样电路滤波之后的无桥pfc电路输出电压v_bus，全桥逆变电路输入电流i_bus通过数字峰值电流控制移相全桥算法产生驱动信号。

31、进一步地，所述dsp处理器1和dsp处理器2通过modbus协议进行通讯，其中dsp处理器2作为主机，dsp处理器1作为从机；

32、驱动电路1与无桥pfc电路连接，利用dsp处理器1产生的驱动信号隔离放大进行电路的驱动控制；驱动电路2与全桥逆变电路连接，dsp处理器2产生的驱动信号隔离放大进行电路的驱动控制。

33、进一步地，所述采样控制模块还包括人机交互模块和状态监测模块，所述人机交互模块和状态监测模块均与dsp处理器模块连接；

34、所述人机交互模块用于实现人机交互的功能；

35、状态监测模块实现对电源状态进行实时监测。

36、进一步地，数字峰值电流移相全桥控制算法和数字pfc母线电压控制算法混合控制电源功率的工作方式为：

37、(1)当设定的功率小于阈值功率时，等离子体镀膜电源固定pfc母线电压为最小母线电压，仅通过数字峰值电流移相全桥控制算法控制电源功率；

38、(2)当设定的功率大于阈值功率时，峰值电流移相全桥算法停止工作，移相全桥电路固定最小移相角，电源通过改变pfc电路母线电压控制电源的功率进一步提高电源的功率范围。

39、进一步地，所述数字pfc母线电压控制算法，具体包括：

40、当人机交互模块设定的功率小于阈值功率时，将信号采样电路滤波之后的无桥pfc电路输出电压v_bus与最小无桥pfc电路输出电压作求差值后输入电压数字pi模块；当人机交互模块设定的功率大于阈值功率时，将无桥pfc电路输出电压v_bus和全桥逆变电路输入电流i_bus经过软件滤波之后的结果相乘，得到等离子体镀膜电源系统的平均功率输入功率数字pi模块；

41、将数字pi模块的结果或功率数字pi模块的结果作为参考信号与所述信号采样电路滤波之后的市电输入电压v_in相乘；

42、将相乘的结果与所述信号采样电路滤波后的无桥pfc电路电流i_l求差输入电流数字pi模块；

43、根据pi模块的输出结果产生pwm波实现所述数字pfc控制算法。

44、进一步地，所述数字峰值电流移相全桥控制算法，具体包括：

45、当人机交互模块设定的功率小于阈值功率时，峰值电流控制的移相全桥算法工作，将信号采样电路滤波之后的无桥pfc电路输出电压v_bus和全桥逆变电路输入电流i_bus相乘，得到等离子体镀膜电源系统的平均功率；

46、平均功率与设定功率求差经过数字pi之后的结果与全桥逆变电路输入电流i_bus作比较之后在时钟的共同作用下产生pwm波实现所述全桥逆变电路控制数字峰值电流控制的移相全桥控制；

47、当人机交互模块设定的功率大于阈值功率时，峰值电流控制的移相全桥算法停止工作，移相全桥电路固定最小移相角。

48、进一步地，所述状态监测模块包括气压传感器、转速传感器、温度传感器、蜂鸣器、led指示灯，用于获取监测信号，并将监测信号传递到所述dsp2处理器模块，实现对电源状态的实时监测。

49、进一步地，所述人机交互模块包括串口屏、按键、编码器、继电器和flash内存，所述dsp2处理器模块与所述人机交互模块进行交互实现电源参数的设定以及运行状态的显示。

50、本发明的有益效果是：本发明提供一种混合控制的等离子体镀膜电源系统，能够提高电源系统的功率范围和对不同等离子体发生器负载的适应性，动态响应和稳定性，精度和可靠性，功率因数和效率，满足等离子体镀膜电源日益增长的性能要求。