專利名稱：直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直線電機(jī)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種大功率直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在光刻機(jī)中，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)，帶動(dòng)工件臺(tái)、掩模臺(tái)運(yùn) 動(dòng)。作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器必須滿足高線性度、高分辨率、大功率、 寬頻帶等要求，才能保證電機(jī)的定位精度，進(jìn)而滿足光刻精度的要求。
現(xiàn)有的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有兩種，分別是線性功率放大驅(qū)動(dòng)器和脈沖寬
度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器。線性功率放大驅(qū)動(dòng)器采用多個(gè)功率管并聯(lián)而成的OTL互補(bǔ)推挽 電路或OCL互補(bǔ)推挽電路。它的優(yōu)點(diǎn)主要是頻帶寬(通常在IOKHZ以上)，線性 度好，對(duì)外干擾小，抗干擾性能好。但其在應(yīng)用中的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，如熱穩(wěn) 定性差(存在溫漂)，存在功率管二次擊穿現(xiàn)象，內(nèi)耗大，輸出功率較低，難以提 供大功率輸出。脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器釆用IGBT管驅(qū)動(dòng)，相對(duì)線性系統(tǒng)而言，內(nèi) 部能耗低，轉(zhuǎn)換效率高；電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。但是，脈寬調(diào)制系統(tǒng)采用 高頻調(diào)制，對(duì)外部電路干擾較大；而且系統(tǒng)的通頻帶寬受到調(diào)制頻率的限制， 不如線性系統(tǒng)的頻帶寬。上述兩種驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)難以兼得且制作成本都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以解決現(xiàn)有的直線 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器功率^氐，功率^t大器易產(chǎn)生二次擊穿現(xiàn)象的問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括電流反饋回 路模塊、電源模塊、檢測(cè)模塊、狀態(tài)分析與控制模塊，所述電源模塊為所述電 流反饋回路模塊提供電源，所述電流反饋回路模塊輸出電流與輸入電壓成正比，所述檢測(cè)模塊連接所述電流反饋回路模塊中經(jīng)過(guò)功放后的電流信號(hào)，所述狀態(tài) 分析與控制模塊對(duì)所述檢測(cè)模塊的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析處理，其特征在于，所述
電流反饋回路模塊包括前置輸入級(jí)模塊、加法器模塊、低通濾波器模塊、功率 放大反饋模塊、負(fù)載模塊、電流釆樣放大模塊及增益調(diào)節(jié)模塊，前述各模塊依 次連接，所述增益調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)連接所述加法器模塊的輸入端，形成回 路。
可選的，所述前置輸入級(jí)模塊包括無(wú)源濾波器，對(duì)輸入信號(hào)中的差模信 號(hào)進(jìn)行低通濾波，對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行衰減；差模放大器，抑制共模信號(hào)，放大差 模信號(hào)；模擬開(kāi)關(guān)，出錯(cuò)或關(guān)斷時(shí)去除輸入信號(hào)；以及反過(guò)沖電容，去除模擬 開(kāi)關(guān)在打開(kāi)或閉合時(shí)產(chǎn)生的過(guò)沖。
可選的，所述差才莫放大器采用儀^j故大器。
可選的，所述加法器釆用高速運(yùn)算放大器，所述高速運(yùn)算放大器的正負(fù)輸
入端串聯(lián)三個(gè)高速二極管，正反方向各一組。
可選的，所述低通濾波器模塊采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)一階低通濾波。 可選的，所述功率放大反饋模塊包括功率放大器模塊和低電壓放大模塊。 可選的，所述功率放大器反饋模塊的輸入端連接限流電阻限制功率放大器
的最大輸入偏置電流。
可選的，所述功率》文大器才莫塊采用線性功率^:大集成芯片。
可選的，所述電流采樣放大模塊采用儀表放大器對(duì)所述負(fù)載模塊的電壓進(jìn)
行差分放大，抑制共模信號(hào)并提供增益。
可選的，所述增益調(diào)節(jié)模塊包括一級(jí)放大模塊和二級(jí)放大模塊，所述一級(jí)
放大模塊采用可編程的增益儀器放大器芯片，所述二級(jí)放大模塊采用運(yùn)算放大
器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供的大功率直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電流反饋環(huán)路采用了大電流型線性 功率放大器，具有工作電壓高、輸出電流大、轉(zhuǎn)換速率高、失真低等優(yōu)點(diǎn)，而 且由于該功率放大器的漏源電阻溫度系數(shù)為正，當(dāng)功率放大器溫度上升時(shí)，電流受到限制，所以不會(huì)有熱擊穿，因而不會(huì)出現(xiàn)二次擊穿。采用了該功率放大 器的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有線性度高、頻帶寬、穩(wěn)定性好、對(duì)外干擾小、抗千擾 能力強(qiáng)的特性，而且體積小，成本低。


圖l是本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流反饋回路模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的電流反饋回路的前置輸入級(jí)模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的電流反饋回路的加法器模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的電流反饋回路的低通濾波器模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明的電流反饋回路的功率放大反饋模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明的電流反饋回路的電流采樣放大模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明的電流反饋回路的增益選擇模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì) 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明的大功率直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可被廣泛地應(yīng)用到多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備中， 下面是通過(guò)較佳的實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例， 本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無(wú)疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了 便于說(shuō)明，示意圖不依一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。
請(qǐng)首先參看圖1,圖1為本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括電流反饋回路模塊1、電源才莫塊2、檢測(cè)模塊3、 狀態(tài)分析與控制模塊4。電流反饋回路模塊1是驅(qū)動(dòng)器的主體，實(shí)現(xiàn)輸出的電流與輸入電壓成正比；電源模塊2為電流反饋回路模塊1中的功率放大器提供電 源，包括對(duì)外部輸入電源的處理部分，功率放大器增強(qiáng)電源以及緊急開(kāi)關(guān)；檢 測(cè)模塊3連接電流反饋回路模塊1中經(jīng)過(guò)功放后的電流信號(hào)，檢測(cè)供電電源的 電壓值、功率i文大器輸出電流、功率放大器上的功率津毛散以及功率放大器散熱 片的溫度，并將檢測(cè)結(jié)果送到狀態(tài)分析與控制模塊4;狀態(tài)分析與控制模塊4對(duì) 檢測(cè)結(jié)果處理和分析后，控制LED顯示相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)，在緊急情況下通過(guò)控 制電源模塊2中的緊急開(kāi)關(guān)切斷電流反饋回路模塊1中的功率放大器的供電電 源，從而對(duì)功》t^保護(hù)作用。
請(qǐng)參看圖2，圖2是本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流反饋回路模塊結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖2所示，本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流反饋回路模塊包括前置輸入級(jí)模塊5、 加法器模塊6、低通濾波器模塊7、功率放大反饋模塊13、負(fù)載模塊IO、電流 采樣放大模塊11及增益調(diào)節(jié)模塊12,前述模塊依次連接，增益調(diào)節(jié)模塊12的 輸出信號(hào)最終連接到加法器模塊6的輸入端上，形成回路。
在圖2所示的電流反饋回路結(jié)構(gòu)中，來(lái)自前端功放控制板的差分模擬信號(hào) 經(jīng)過(guò)前置輸入級(jí)才莫塊5后，與來(lái)自增益調(diào)節(jié)沖莫塊12的反饋信號(hào)通過(guò)加法器模塊 6相加，加法器模塊6的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器模塊7后，輸入到功率放大反 饋模塊13的低電壓放大模塊8和功率放大器9,功率放大器9的輸出信號(hào)與負(fù) 載模塊10相連，圖2中將負(fù)載模塊10等效為電感和電阻的串聯(lián)，電流采樣放 大模塊11對(duì)負(fù)載模塊10中的電流傳感電阻Rml上的電壓進(jìn)行差分放大，并經(jīng) 過(guò)增益調(diào)節(jié)模塊12反饋到加法器模塊6的輸入端，構(gòu)成電流環(huán)。
請(qǐng)參看圖3，圖3是本發(fā)明的電流反饋回路的前置輸入級(jí)模塊電路結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖3所示，前置輸入級(jí)模塊5包括無(wú)源濾波器14、差模放大器15、模擬 開(kāi)關(guān)16和反過(guò)沖電容17。前置輸入級(jí)模塊5的輸入信號(hào)為差分信號(hào)，無(wú)源濾波 器14對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行低通濾波，對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行衰減，低通濾波的截止頻率為 80kHz,共模衰減的轉(zhuǎn)折頻率在300kHz, 300kHz的共才莫抑制比高于-40dB;差 模放大器15采用儀^改大器，通過(guò)差模放大器15抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)，其增益設(shè)置為+ 1,低頻段的共模抑制比為80dB;當(dāng)出錯(cuò)或關(guān)斷時(shí)，通過(guò)模 擬開(kāi)關(guān)16去除輸入信號(hào)；模擬開(kāi)關(guān)16的打開(kāi)或閉合會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖，因此使用反 過(guò)沖電容17去除過(guò)沖；反過(guò)沖電容17與R7、 R8， R9構(gòu)成低通濾波器，截止 頻率為40kHz。
請(qǐng)參看圖4,圖4是本發(fā)明的電流反饋回路的加法器模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。 加法器模塊6的作用是對(duì)前置輸入級(jí)模塊的輸出信號(hào)和增益選擇模塊的反饋信 號(hào)進(jìn)行相加。如圖4所示，信號(hào)的相加通過(guò)運(yùn)放高速運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，加法器 模塊6正負(fù)輸入端串聯(lián)了三個(gè)高速二極管，正反方向各一組，用以限制運(yùn)放輸 入端的差模信號(hào)最大不超過(guò)18V,響應(yīng)時(shí)間小于20ns。前置輸入級(jí)模塊5的輸 出信號(hào)電壓和增益調(diào)節(jié)模塊12的反饋信號(hào)電壓的輸出采用電壓跟隨結(jié)構(gòu)，這樣 可以增大輸入阻抗，減小輸出阻抗，對(duì)輸入輸出起一定的緩沖作用。
請(qǐng)參看圖5,圖5是本發(fā)明的電流反饋回路的低通濾波器模塊電路結(jié)構(gòu)示意 圖。低通濾波器才莫塊7采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)一階低通濾波。
請(qǐng)參看圖6,圖6是本發(fā)明的電流反饋回路的功率放大反饋模塊電路結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖6所示，功率放大反饋模塊13包括功率放大器模塊9及低電壓放大 模塊8。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出電流和輸入信號(hào)的線性度以及信噪比等要求較 高，因而本發(fā)明功率放大器模塊9采用線性功率放大集成芯片。運(yùn)算放大器及 外圍電路構(gòu)成低電壓放大模塊8，對(duì)低電壓進(jìn)行放大。線性功率放大集成芯片的 差模輸入電壓范圍為士20V，因此在運(yùn)算放大器的輸入端也加了高速二極管用來(lái) 限制差模信號(hào)的最大值。此外，功率放大器反饋模塊13的輸入端還通過(guò)電阻 R15、 R17限制功率放大器的最大輸入偏置電流。功率放大器反饋模塊13采用 復(fù)合反饋結(jié)構(gòu)，以增大功放的帶寬，消除低頻極點(diǎn)。整個(gè)反饋為反相結(jié)構(gòu)，低 電壓方文大為同相結(jié)構(gòu)。
所述線性功率放大集成芯片的輸出電壓范圍為士100V，峰值電流20A;采用 MOS結(jié)構(gòu)的輸出級(jí)使功放的線性度更好，提供輸出電流限制。線性功率放大集 成芯片的管腳除了輸入輸出端還有相位補(bǔ)償端C0MP1和COMP2、正負(fù)電源端士SUPPLY、正負(fù)增強(qiáng)電源端士VBOOST、睡眠狀態(tài)控制端SLEEP、電流限制端 CURRLIM1和CURRLIM2。功率》文大反饋模塊9的增益大于10，因此選擇相位 補(bǔ)償端間的C13和C14均為200pF， R22為120Q;線性功率》文大集成芯片采用 ±48的供電電源；VBOOST為線性功率i支大集成芯片提供15V左右的增強(qiáng)電源， 從而提高線性放大器的輸出電壓擺幅，使線性功率放大集成芯片的最大輸出從 士40V提高到士44V; SLEEP狀態(tài)不使用，SLEEP端懸空。功率放大器9的輸出 端和負(fù)載之間連接限流電阻R23進(jìn)行電流限制。
圖7是本發(fā)明的電流反饋回路的電流采樣放大模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7 所示，電流采樣放大模塊11采用儀表故大器對(duì)負(fù)載模塊10的電流傳感電阻Rml 上的電壓進(jìn)行差分放大，抑制共模信號(hào)，同時(shí)提供10倍增益。
圖8是本發(fā)明的電流反饋回路的增益調(diào)節(jié)模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所 示，增益調(diào)節(jié)模塊12分為兩級(jí) 一級(jí)放大模塊18及二級(jí)放大模塊19。 一級(jí)放 大模塊18調(diào)節(jié)電流采樣放大模塊11的增益，二級(jí)放大模塊19用于調(diào)整整個(gè)反 饋的增益，并使反饋電壓為負(fù)。 一級(jí)放大模塊18采用可編程的增益儀器放大器 芯片進(jìn)行l(wèi)、 2、 4、 8倍增益的調(diào)制，增益選擇受狀態(tài)分析與控制模塊產(chǎn)生的信 號(hào)A1、 A0控制?？删幊痰脑鲆鎯x器放大器芯片的FEEDBACK端和輸出端VO 直接相連用于差分電路的反饋。參考電壓為0,因此REF端接地。二級(jí)放大模 塊19采用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，正端加電阻R30減小失調(diào)電壓。增益調(diào)節(jié)模塊12 的輸出信號(hào)Vg最終反饋到加法器模塊6的輸入端。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā) 明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括電流反饋回路模塊、電源模塊、檢測(cè)模塊、狀態(tài)分析與控制模塊，所述電源模塊為所述電流反饋回路模塊提供電源，所述電流反饋回路模塊輸出電流與輸入電壓成正比，所述檢測(cè)模塊連接所述電流反饋回路模塊中經(jīng)過(guò)功放后的電流信號(hào)，所述狀態(tài)分析與控制模塊對(duì)所述檢測(cè)模塊的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析處理，其特征在于，所述電流反饋回路模塊包括前置輸入級(jí)模塊、加法器模塊、低通濾波器模塊、功率放大反饋模塊、負(fù)載模塊、電流采樣放大模塊及增益調(diào)節(jié)模塊，前述各模塊依次連接，所述增益調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)連接所述加法器模塊的輸入端，形成回路。
2、 如權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述前置輸入級(jí)模 塊包括無(wú)源濾波器，對(duì)輸入信號(hào)中的差模信號(hào)進(jìn)行低通濾波，對(duì)共模信號(hào)進(jìn) 行衰減；差模放大器，抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)；模擬開(kāi)關(guān)，出錯(cuò)或關(guān)斷 時(shí)去除輸入信號(hào)；以及反過(guò)沖電容，去除模擬開(kāi)關(guān)在打開(kāi)或閉合時(shí)產(chǎn)生的過(guò)沖。
3、 如權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述差模放大器采 用儀表放大器。
4、 如權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述加法器采用高 速運(yùn)算放大器，所述高速運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端串聯(lián)三個(gè)高速二極管，正反 方向各一組。
5、 如權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述低通濾波器模 塊采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)一階低通濾波。
6、 如權(quán)利要求l所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述功率放大反饋 模塊包括功率放大器模塊和低電壓放大模塊。
7、 如權(quán)利要求6所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述功率放大器反 饋模塊的輸入端連接限流電阻限制功率放大器的最大輸入偏置電流。
8、 如權(quán)利要求6所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述功率放大器模 塊采用線性功率放大集成芯片。
9、 如權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述電流采樣放大 模塊釆用儀表放大器對(duì)所述負(fù)載模塊的電壓進(jìn)行差分放大，抑制共模信號(hào)并提 供增益。
10、 如權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述增益調(diào)節(jié)模 塊包括一級(jí)放大模塊和二級(jí)放大模塊，所述一級(jí)放大模塊采用可編程的增益儀 器放大器芯片，所述二級(jí)放大模塊釆用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括電流反饋回路模塊、電源模塊、檢測(cè)模塊、狀態(tài)分析與控制模塊，其特征在于，所述電流反饋回路模塊包括前置輸入級(jí)模塊、加法器模塊、低通濾波器模塊、功率放大反饋模塊、負(fù)載模塊、電流采樣放大模塊及增益調(diào)節(jié)模塊，前述各模塊依次連接，所述增益調(diào)節(jié)模塊的輸出信號(hào)最終連接到所述加法器模塊的輸入端上，形成回路。本發(fā)明的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有線性度高、頻帶寬、穩(wěn)定性好、對(duì)外干擾小、抗干擾能力強(qiáng)的特性，而且體積小，成本低。由于該功率放大器的漏源電阻溫度系數(shù)為正，當(dāng)功率放大器溫度上升時(shí)，電流受到限制，所以不會(huì)有熱擊穿，因而不會(huì)出現(xiàn)二次擊穿。
文檔編號(hào)H02P7/00GK101577519SQ20091005301
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者周月豪, 彭之威, 峰 池 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司