一種大功率中頻濺射電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及磁控濺射技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大功率中頻濺射電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜沉積是在真空環(huán)境下，利用等離子體中的荷能離子轟擊靶材表面，使靶材上 被轟擊出來(lái)的原子或離子沉積在基體表面生長(zhǎng)成具有特定功能的薄膜。磁控濺射技術(shù)是薄 膜沉積工藝的一種，是利用電磁場(chǎng)來(lái)控制真空室內(nèi)氣體異常輝光放電中離子、電子的運(yùn)動(dòng) 軌跡及分布狀況的濺射鍍膜工藝過(guò)程。中頻磁控濺射又是磁控濺射技術(shù)的一種，能夠克服 濺射過(guò)程中的電荷積累和放電，有效解決了靶中毒嚴(yán)重的現(xiàn)象，特別是濺射絕緣材料的靶 時(shí)，克服了濺射過(guò)程中陽(yáng)極消失的現(xiàn)象。異常輝光放電屬氣體放電范疇，在電場(chǎng)作用下氣體 被擊穿而導(dǎo)電的現(xiàn)象稱之為氣體放電。氣體放電有"輝光放電"和"弧光放電"兩種形式。 輝光放電又分為"正常輝光放電"與"異常輝光放電"兩種，它們是磁控濺射鍍膜工藝過(guò)程 中產(chǎn)生等離子體的基本環(huán)節(jié)。而真空室內(nèi)輝光放電由中頻濺射電源產(chǎn)生。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，日本專利（JP特開平10-298754A)公開了一種用于濺射的電源裝置， 通過(guò)在放電開始?jí)毫σ韵聦?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的濺射，使由于與用于濺射的惰性氣體的碰撞產(chǎn)生的濺 射粒子的散射減少，可以改善階梯覆蓋度和改善濺射膜的致密性。按照本發(fā)明，提供用于濺 射的電源裝置，它包括濺射用直流電源（A)，與該直流電源連接的恒流電路（B)，與該恒流 電路⑶連接的濺射源（21)，和進(jìn)行控制使從恒流電路⑶輸出的電流變?yōu)楹愣娏鞯目?制部分（11)。
[0004] 中國(guó)專利（【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201220111912)公開了一種全數(shù)字式高功率單極脈沖磁控 濺射電源，包括EMI濾波電路、三相橋整流電路、低頻直流濾波電路、串聯(lián)諧振逆變電路、儲(chǔ) 能電路、IGBT組成的固體半導(dǎo)體開關(guān)及DSP數(shù)字信號(hào)處理電路，通過(guò)DSP高速數(shù)字信號(hào)處 理電路對(duì)各功能電路進(jìn)行協(xié)調(diào)，控制管理，使高功率單極脈沖磁控濺射電源有序可靠工作， 本實(shí)用新型性能穩(wěn)定、效率高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)。從而保證膜層質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，通 過(guò)調(diào)整高功率脈沖電源的頻率和脈沖寬度，可以制備出不同要求和質(zhì)量的高致密的膜層。
[0005] 然而，現(xiàn)有技術(shù)中的濺射電源，一般采用DC/DC變換器與DC/AC變換器級(jí)聯(lián)式輸出 的結(jié)構(gòu)。DC/DC變換器實(shí)際上是將工頻交流電經(jīng)全橋整流后的直流電變換為電壓可調(diào)的直 流電，負(fù)責(zé)中頻脈沖輸出的幅度調(diào)節(jié)；DC/AC變換器實(shí)際上是直流電變換為具有雙極性輸 出的脈沖方波，負(fù)責(zé)輸出中頻脈沖的頻率與占空比調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的電源有一部分采用晶閘管 移相調(diào)壓與全橋逆變及變壓器升壓方式實(shí)現(xiàn)中頻脈沖輸出，由于晶閘管的開關(guān)頻率低，導(dǎo) 致調(diào)壓特性差，影響鍍膜質(zhì)量；一部分采用全橋逆變整流調(diào)壓與雙全橋逆變串聯(lián)升壓方式 實(shí)現(xiàn)，功率開關(guān)管數(shù)量多，電源成本增加，并且電源控制復(fù)雜，影響電源可靠性。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型公開了一種大功率中頻濺射電源以滿足 現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0007] -種大功率中頻濺射電源，包括順序連接的空氣開關(guān)、快恢復(fù)保險(xiǎn)管、三相全橋整 流電路、濾波電容、DC/DC變換器、DC/AC變換器；其特征為：所述DC/DC變換器由斬波控制 電路控制；所述DC/AC變換器由逆變控制電路控制；所述斬波控制電路輸出端與DC/DC變 換器中開關(guān)管的控制端連接；所述逆變器控制電路的輸出端與DC/AC變換器中開關(guān)管的控 制端連接。
[0008] 優(yōu)選為：所述三相全橋整流電路采用三相全橋整流集成模塊。
[0009] 優(yōu)選為：所述濾波電路采用1000V/4700uF、1000V/luF各一只或各兩只電解電容。 [0010] 優(yōu)選為：所述DC/DC變換器包括開關(guān)管VI、電感L1、電容C1、二極管D1、二極管D2 ; 所述開關(guān)管Vl的柵極與斬波控制電路的輸出端連接；開關(guān)管Vl的源極與濾波電路輸出端、 二極管D2的陽(yáng)極連接；開關(guān)管Vl的漏極與二極管Dl的陽(yáng)極、電感Ll 一端連接；所述二極 管D2的陰極與電感Ll另一端、電容Cl 一端連接；所述二極管Dl的陰極與濾波電路輸出端 的另一端、電容Cl另一端連接。
[0011] 優(yōu)選為：DC/AC變換器為全橋逆變器；包括4個(gè)開關(guān)管；所述四個(gè)開關(guān)管的控制端 連接逆變控制電路的輸出端；開關(guān)管Sl源極與開關(guān)管S2的漏極連接；開關(guān)管S3源極與開 關(guān)管S4的漏極連接；開關(guān)管Sl的源極與一變壓器的原邊輸入端連接；開關(guān)管S3的源極與 所述變壓器的原邊輸入端另一端連接；變壓器的副邊連接輸出負(fù)載。
[0012] 優(yōu)選為：所述DC/AC變換器為集成IPM功率模塊。
[0013] 優(yōu)選為：所述變壓器為高頻變壓器。
[0014] 有益效果：在三相全橋整流電路輸入端同時(shí)增加空氣開關(guān)、快恢復(fù)保險(xiǎn)管保證了 電源的可靠性，同時(shí)采用上述電源結(jié)構(gòu)保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性好、成本較低、控制簡(jiǎn)單可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型電路總體結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型DC/DC變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖3為本實(shí)用新型DC/AC變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖4為本實(shí)用新型全橋逆變電路等效結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖5為本實(shí)用新型逆變控制電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 參見附圖1-5所述。一種大功率中頻濺射電源，包括順序連接的空氣開關(guān)、快恢復(fù) 保險(xiǎn)管、三相全橋整流電路、濾波電容、DC/DC變換器、DC/AC變換器；所述DC/DC變換器由 斬波控制電路控制；所述DC/AC變換器由逆變控制電路控制；所述斬波控制電路輸出端與 DC/DC變換器中開關(guān)管的控制端連接；所述逆變器控制電路的輸出端與DC/AC變換器中開 關(guān)管的控制端連按。所述三相全橋整流電路采用三相全橋整流集成模塊。所述濾波電路采 用1000V/4700uF、lOOOV/luF各一只或各兩只電解電容。
[0021] 所述DC/DC變換器包括開關(guān)管Vl、電感Ll、電容Cl、二極管Dl、二極管D2 ;所述開 關(guān)管Vl的柵極與斬波控制電路的輸出端連接；開關(guān)管Vl的源極與濾波電路輸出端、二極管 D2的陽(yáng)極連接；開關(guān)管Vl的漏極與二極管Dl的陽(yáng)極、電感Ll 一端連接；所述二極管D2的 陰極與電感Ll另一端、電容Cl 一端連接；所述二極管Dl的陰極與濾波電路輸出端的另一 端、電容Cl另一端連接。
[0022] 全橋逆變電源主電路部分是一個(gè)單相全橋SPWM逆變器，由于逆變器兩橋臂輸出 的波形為PWM波，因此橋式電路可等效視為電容兩端加了一個(gè)輸出單極性SPWM脈沖波的電 壓源，同時(shí)，由于系統(tǒng)的負(fù)載類型不定，考慮到環(huán)節(jié)的負(fù)載效應(yīng)，將負(fù)載的擾動(dòng)電流I。也視 為輸入源。通過(guò)上述等效，整個(gè)電路可等效為如圖4所示電路。在此模型中，對(duì)電路進(jìn)行了 理想化的假設(shè)：直流母線電壓為恒定不變的；功率開關(guān)管為理想器件；輸出電壓基波頻率 及LC濾波電路自然震蕩頻率遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率。以流經(jīng)濾波電感L的電流和濾波電容兩端 電壓U。為狀態(tài)變量，可得上述模型在連續(xù)狀態(tài)下的狀態(tài)方程：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大功率中頻濺射電源，包括順序連接的空氣開關(guān)、快恢復(fù)保險(xiǎn)管、三相全橋整流 電路、濾波電容、DC/DC變換器、DC/AC變換器；其特征為：所述DC/DC變換器由斬波控制電 路控制；所述DC/AC變換器由逆變控制電路控制；所述斬波控制電路輸出端與DC/DC變換 器中開關(guān)管的控制端連接；所述逆變器控制電路的輸出端與DC/AC變換器中開關(guān)管的控制 端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率中頻濺射電源，其特征為：所述三相全橋整流電路采 用三相全橋整流集成模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率中頻濺射電源，其特征為：所述濾波電路采用 1000V/4700uF、1000V/luF各一只或各兩只電解電容。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的大功率中頻濺射電源，其特征為：所述DC/DC變換器 包括開關(guān)管VI、電感Ll、電容Cl、二極管Dl、二極管D2 ;所述開關(guān)管Vl的柵極與斬波控制 電路的輸出端連接；開關(guān)管Vl的源極與濾波電容輸出端、二極管D2的陽(yáng)極連接；開關(guān)管Vl 的漏極與二極管Dl的陽(yáng)極、電感Ll一端連接；所述二極管D2的陰極與電感Ll另一端、電 容Cl一端連接；所述二極管Dl的陰極與濾波電容輸出端的另一端、電容Cl另一端連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的大功率中頻濺射電源，其特征為：DC/AC變換器為全 橋逆變器；包括4個(gè)開關(guān)管；所述四個(gè)開關(guān)管的控制端連接逆變控制電路的輸出端；開關(guān)管 Sl源極與開關(guān)管S2的漏極連接；開關(guān)管S3源極與開關(guān)管S4的漏極連接；開關(guān)管Sl的源極 與一變壓器的原邊輸入端連接；開關(guān)管S3的源極與所述變壓器的原邊輸入端另一端連接； 變壓器的副邊連接輸出負(fù)載。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的大功率中頻濺射電源，其特征為：所述DC/AC變換器 為集成IPM功率模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率中頻濺射電源，其特征為：所述變壓器為高頻變壓器。
【專利摘要】一種大功率中頻濺射電源，包括順序連接的空氣開關(guān)、快恢復(fù)保險(xiǎn)管、三相全橋整流電路、濾波電容、DC/DC變換器、DC/AC變換器；其特征為：所述DC/DC變換器由斬波控制電路控制；所述DC/AC逆變器由逆變控制電路控制；所述斬波控制電路輸出端與DC/DC變換器中開關(guān)管的控制端連接；所述逆變器控制電路的輸出端與DC/AC逆變器中開關(guān)管的控制端連接。有益效果：增加濺射電源的可靠性、同時(shí)采用上述電源結(jié)構(gòu)降低電源成本、其動(dòng)態(tài)特性好。
【IPC分類】C23C14-35
【公開號(hào)】CN204529967
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520154994
【發(fā)明人】李紅澤, 竇久存
【申請(qǐng)人】唐山標(biāo)先電子有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日