專利名稱：高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流 檢測控制電路。
背景技術(shù)：
高壓開關(guān)電源是半導(dǎo)體制造設(shè)備中的重要組件，廣泛使用于注入機、ALD (Atomic layer deposit,原子層沉積)、刻蝕機等等設(shè)備。在半導(dǎo)體制造設(shè)備中，要求高壓開關(guān)電源 必須符合以下兩個特征1.具有可控制輸出電壓的功能，在外部信號的控制下，電源應(yīng)可 以輸出幾十伏直至幾千伏的任意電壓。2.高壓輸出端與供電端在電氣上完全隔離，以實現(xiàn) 電源極性可變，并保證人員與設(shè)備的安全。
高壓開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸入的電源經(jīng)工頻整流濾波后，由功率驅(qū) 動器產(chǎn)生高頻交流電，驅(qū)動變壓器實現(xiàn)升壓，再通過高頻整流濾波電路變?yōu)楦邏褐绷麟娮?為高壓開關(guān)電源的最終輸出。電壓檢測電路在整個高壓開關(guān)電源中的作用是測量最終輸出 的電壓，并傳送給反饋控制電路，反饋控制電路根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)功率驅(qū)動器上的高頻交 流電參數(shù)，從而調(diào)節(jié)最終輸出電壓，使其穩(wěn)定在設(shè)定值。根據(jù)半導(dǎo)體制造設(shè)備的要求，電壓 檢測電路必須是隔離式的，也就是說它在電源輸入一邊和在高壓輸出一邊的電路之間，沒 有任何電氣連接。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一種方案的高壓開關(guān)電源的電壓電流檢測控制電路如圖2所示。 高壓輸出經(jīng)分壓電阻R1、R2分壓后，與電壓設(shè)置信號進(jìn)行誤差放大，再傳送至主控電路。該 方案至少需要三處跨越高壓輸出一邊與電源輸入一邊，必須進(jìn)行如下隔離1.電壓設(shè)置信號傳送至誤差放大器，需要保持其電壓信息，必須由線性光耦進(jìn)行隔離。
2.誤差放大器至主控電路的信號需要由光耦合器進(jìn)行隔離。
3.誤差放大器和線性光耦在高壓輸出一邊需要由電源供電，而該供電電源必須由 電源輸入一邊提供，而且與電源輸入一邊隔離。
如果將誤差放大器置于電源輸入一邊，可以省去誤差放大器之后的光稱合器，但 必須在分壓后的高壓信號與誤差放大器之間使用線性光耦進(jìn)行隔離，如圖3所示的現(xiàn)有技 術(shù)第二種方案。
可見，現(xiàn)有技術(shù)方案比較復(fù)雜，需要多個隔離器件，其中線性光耦成本較高；若要 隔離數(shù)千伏的電壓，電源隔離部分較難實現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種簡化電路，降低成本的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓 電流檢測控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路 包括光輸入電路、電流差檢測電路、電流差輸出電路及基準(zhǔn)電流輸入電路；所述光輸入電路 與所述電流差檢測電路連接；所述電流差檢測電路與所述基準(zhǔn)電流輸入電路連接；所述電流差輸出電路與所述電流差檢測電路連接。
進(jìn)一步地，所述光輸入電路包括電阻R1、光耦合器 OCl中的發(fā)光二極管；所述 電阻Rl與所述光耦合器OCl中的發(fā)光二極管串聯(lián)。
進(jìn)一步地，所述電流差檢測電路包括光耦合器OCl中的光敏器件、光耦合器0C2中 的光敏器件、電阻R2及電阻R3 ;所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2連接；所述 光耦合器0C2中的光敏器件與所述電阻R3連接；所述R2與所述R3并聯(lián)，并都接地。
進(jìn)一步地，所述電流差輸出電路包括輸出電流Ic的電流輸入端、光耦合器0C2中 的發(fā)光二極管；所述電流輸入端與所述光耦合器0C2中的發(fā)光二極管連接；所述光耦合器 0C2中的發(fā)光二極管接地。
進(jìn)一步地，所述基準(zhǔn)電流輸入電路是運算放大器Al ;所述運算放大器Al的反相輸 入端連接在所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2之間；所述運算放大器Al的同 相輸入端連接在所述R3與所述光耦合器0C2中的光敏器件之間。
進(jìn)一步地，所述光敏器件包括光敏二極管、光敏三極管或光敏達(dá)林頓晶體管。
本發(fā)明提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，由于省去了高壓部 分供電和電源隔離部分，省去了電壓設(shè)置信號至誤差放大器的部分，從而簡化了電路，降低 成本。


圖1是高壓開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是一現(xiàn)有高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是另一現(xiàn)有高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路用在高壓 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
具體實施方式
如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路 包括光輸入電路1、電流差檢測電路2、電流差輸出電路3及基準(zhǔn)電流輸入電路。其中，光輸 入電路I與電流差檢測電路2連接。電流差檢測電路2與基準(zhǔn)電流輸入電路連接4。電流 差輸出電路3與電流差檢測電路2連接。光輸入電路I包括電阻R1、光耦合器 OCl中 的發(fā)光二極管，電阻Rl與光耦合器OCl中的發(fā)光二極管串聯(lián)。電流差檢測電路2包括光耦 合器OCl中的光敏器件、光耦合器0C2中的光敏器件、電阻R2及電阻R3。光耦合器OCl中 的光敏器件與電阻R2連接，光耦合器0C2中的光敏器件與電阻R3連接。R2與R3并聯(lián)，并 都接地。電阻Rl接收光耦合器OCl輸出的電流得到電壓VRl。電阻R2接收光耦合器0C2 輸出的電流得到電壓VR2。運算放大器Al將電阻R2和R3上電壓之差VR2-VR3放大，放大 后的電壓傳送給主控電路。電流差輸出電路3包括輸出電流Ic的電流輸入端、光I禹合器 0C2中的發(fā)光二極管，電流輸入端與所述光稱合器0C2中的發(fā)光二極管連接,光稱合器0C2中的發(fā)光二極管接地?；鶞?zhǔn)電流輸入電路4是運算放大器Al，運算放大器Al的反相輸入端 連接在，光耦合器OCl中的光敏器件與電阻R2之間。運算放大器Al的同相輸入端連接在 R3與光耦合器0C2中的光敏器件之間。光敏器件包括光敏二極管、光敏三極管或光敏達(dá)林 頓晶體管。
在該實施例中，隔離式電壓、電流檢測與控制的原理是，光耦合器OCl的輸入端采 集待檢測的電壓、電流，并轉(zhuǎn)換為光稱合器OCl的輸出電流。圖4中,光稱合器OCl輸入端 產(chǎn)生的電壓降相對于高壓電源輸出電壓可以忽略，所以光耦合器OCl輸入端中的電流(即 電阻Rl中的電流)等于高壓輸出電壓(HV+與HV-之間的電壓，記為Vh)除以電阻Rl的阻 值；光耦合器0C2輸入端采集基準(zhǔn)電流，并轉(zhuǎn)換為光耦合器0C2的輸出電流。圖4中，Ic是 基準(zhǔn)電流，它用來設(shè)置高壓開關(guān)電源最終的輸出電壓，光耦合器0C2輸入端的電流等于Ic。 電流差檢測電路中的電阻R2、R3對0C1、0C2的輸出電流進(jìn)行采樣，由電流差輸出電路的運 算放大器Al進(jìn)行放大，傳送至主控電路。在本例中，隔離式電壓檢測控制電路與開關(guān)電源 中主控電路、功率驅(qū)動器、變壓器、高頻整流電路整體構(gòu)成一個負(fù)反饋環(huán)路。該負(fù)反饋環(huán)路 的作用是調(diào)節(jié)開關(guān)電源的高壓輸出端電壓，使得光耦合器0C1、0C2輸入端的電流相等；此 時高壓輸出端電壓Vh=Ic*Rl。
本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路相對圖3所 示的隔離式電壓電流檢測控制電路，省去了高壓部分供電和電源隔離部分，省去了電壓設(shè) 置信號至誤差放大器的部分，省去了誤差放大器部分并由運算放大器Al兼任誤差放大器 功能。該隔離式電壓電流檢測控制電路適用于對成本和體積有較高要求的場合；適用于需 要用電流信號設(shè)置高壓輸出電壓的場合，例如用電流模式的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。
如圖5所示，本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源，其包括圖4所示的隔離式電壓電 流檢測控制電路。該高壓開關(guān)電源輸出電壓范圍(T2KV，輸出電壓由0 2mA電流控制，輸出 端限流保護(hù)電流20mA?？蛇\用圖4所示的隔離式電壓電流檢測控制電路測量和控制高壓輸 出端的電壓。該高壓開關(guān)電源還包括由電阻R4、R5、R6、R7、光耦合器0C3及光耦合器0C4 構(gòu)成的另一隔離式電流檢測電路。
隔離式高壓電壓檢測控制電路、主控電路、功率驅(qū)動器、變壓器、高頻整流電路構(gòu) 成一個反饋控制環(huán)，使高壓開關(guān)電源輸出一個受電流Ic控制的電壓Vh，滿足Vh=Ic*lMQ， 即ImA對應(yīng)1KV。隔離式高壓電流檢測電路與過流保護(hù)電路實現(xiàn)過流保護(hù)功能，當(dāng)電流即將 超過20mA時，通過主控電路降低開關(guān)電源的輸出電壓，將電流限制在20mA。
本發(fā)明實施例提出的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路不需要線性 光耦，也不需要在高壓輸出端供電，且能有效檢測和控制高壓輸出電壓。本發(fā)明的方案不僅 僅局限于隔離式電壓測量控制，對高壓側(cè)電路稍作修改，同樣可以用于隔離式電流測量控 制、功率測量控制等所有需要高壓端與供電端隔離的場合；本發(fā)明的方案不僅僅用于高壓 開關(guān)電源，同樣可以用于隔離式信號采集、隔離式傳感器等所有具有“前后級隔離”和“前級 不需要供電”這兩項要求的場合。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，包括光輸入電路、電流差檢測電路、電流差輸出電路及基準(zhǔn)電流輸入電路；所述光輸入電路與所述電流差檢測電路連接；所述電流差檢測電路與所述基準(zhǔn)電流輸入電路連接；所述電流差輸出電路與所述電流差檢測電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，所述光輸入電路包括電阻R1、光耦合器OCl中的發(fā)光二極管；所述電阻Rl與所述光耦合器OCl中的發(fā)光二極管串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，所述電流差檢測電路包括光耦合器OCl中的光敏器件、光耦合器0C2中的光敏器件、電阻R2及電阻R3 ；所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2連接；所述光耦合器0C2中的光敏器件與所述電阻R3連接；所述R2與所述R3并聯(lián)，并都接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，所述電流差輸出電路包括輸出電流Ic的電流輸入端、光稱合器0C2中的發(fā)光二極管；所述電流輸入端與所述光耦合器0C2中的發(fā)光二極管連接；所述光耦合器0C2中的發(fā)光二極管接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于所述基準(zhǔn)電流輸入電路是運算放大器Al ;所述運算放大器Al的反相輸入端連接在所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2之間；所述運算放大器Al的同相輸入端連接在所述R3與所述光耦合器0C2中的光敏器件之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于所述光敏器件包括光敏二極管、光敏三極管或光敏達(dá)林頓晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路包括光輸入電路、電流差檢測電路、電流差輸出電路及基準(zhǔn)電流輸入電路；所述光輸入電路與所述電流差檢測電路連接；所述電流差檢測電路與所述基準(zhǔn)電流輸入電路連接；所述電流差輸出電路與所述電流差檢測電路連接。本發(fā)明提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，由于省去了高壓部分供電和電源隔離部分，省去了電壓設(shè)置信號至誤差放大器的部分，從而簡化了電路，降低成本。
文檔編號G01R19/10GK103023331SQ201110299559
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者趙章琰, 李勇滔, 秦威, 李英杰, 夏洋 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所