專(zhuān)利名稱(chēng)：濺射離子泵用電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濺射離子泵用電源，具體涉及基于單端反激式開(kāi)關(guān)電源原理的濺射離 子泵電源，以及對(duì)真空離子泵電源的工作電流、電壓有實(shí)時(shí)顯示及聯(lián)鎖保護(hù)等功能要求的 應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
濺射離子泵是超高真空獲得系統(tǒng)中使用最多的一種真空泵。內(nèi)部核心部件是陽(yáng)極 和陰極，陽(yáng)極是一種薄壁不銹鋼筒，陰極是分置于陽(yáng)極兩邊的兩塊鈦板，故濺射離子泵簡(jiǎn)稱(chēng) 鈦泵。其工作時(shí)，由外部永久磁鐵提供一個(gè)磁力線平行于陽(yáng)極筒，強(qiáng)度為1000 1500高斯 的磁場(chǎng)，陽(yáng)極與陰極之間直接加有3 7kV直流高壓，產(chǎn)生潘寧放電，氣體分子被電離，產(chǎn)生 的離子轟擊陰極濺射出鈦原子，鈦原子沉積于陽(yáng)極筒壁及陰極上離子轟擊較少的部位，形 成新鮮鈦膜，新鮮鈦膜能吸附極性氣體分子，掩埋惰性氣體分子，從而達(dá)到抽氣實(shí)現(xiàn)高真空 的目的。離子泵工作時(shí)所需的3 7kV直流高壓由離子泵電源提供，所產(chǎn)生的電流大小由 氣體分子被電離后的離子濃度及其移動(dòng)速度決定，也就是說(shuō)離子泵電流的大小與氣體分子 數(shù)目成正比，也就是與真空度成反比，因此由離子泵電流的大小可以推算出系統(tǒng)真空好壞 的程度，離子泵正常工作時(shí)其電流通常只有幾微安到幾十微安，在真空變壞的極端情況下， 工作電流可以到幾毫安。濺射離子泵電源的功率通常為幾十瓦。單端反激開(kāi)關(guān)電源是一種新興電源技術(shù)，具有效率高、電路簡(jiǎn)單、體積小和重量輕 的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是功率較小，通常為20 100W，所以目前主要應(yīng)用于小功率低壓直流電源。電子加速器的運(yùn)行離不開(kāi)真空技術(shù)，其中的核心部件加速管是一個(gè)高真空部件， 其真空的獲得和維護(hù)都通過(guò)離子泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。加速器工作過(guò)程中需要對(duì)加速管內(nèi)部的真空狀 態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)控，控制系統(tǒng)通過(guò)真空狀態(tài)信息來(lái)決定加速器的下一步工作狀態(tài)，以防加速 管真空度下降、離子泵或者離子泵電源工作不正常給整個(gè)加速器系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。這就 需要離子泵電源在工作過(guò)程中不只是能提供幅值穩(wěn)定的高壓，還要能夠?qū)﹄妷骸㈦娏餍盘?hào) 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能給上級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。加速器停機(jī)時(shí)，也需要離 子泵能夠持續(xù)工作，對(duì)加速管的真空狀態(tài)進(jìn)行維持，以便加速器下次開(kāi)機(jī)時(shí)具有一個(gè)良好 的真空狀態(tài)，能夠立即投入工作，這就要求離子泵電源能夠24小時(shí)不間斷地工作。傳統(tǒng)的離子泵電源，大部分都只能提供簡(jiǎn)單的高壓供電功能，獲得高壓的模式通 常是采用傳統(tǒng)的線性變壓器升壓的模式，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是體積和重量大，效率低，穩(wěn)定 性差；且缺乏對(duì)電壓、電流信號(hào)的監(jiān)控和報(bào)警功能，不適合在加速器等對(duì)真空狀態(tài)需要在線 監(jiān)控的領(lǐng)域應(yīng)用。最新的技術(shù)中，也有采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)取代線性變壓器升壓技術(shù)的方案， 如中國(guó)專(zhuān)利(00112595.8) “智能濺散離子泵電源控制器”所采用的技術(shù)，雖然也具有了電 壓、電流信號(hào)的監(jiān)控和報(bào)警功能，但是電源供電方式單一，在市電停電時(shí)不能滿足24小時(shí) 不間斷工作的要求，且沒(méi)有采用最新的電子技術(shù)和優(yōu)勢(shì)電子元器件，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率不 尚o

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于單端反激式開(kāi)關(guān)電源原理的濺射離子泵電源設(shè)備， 使用單端反激式開(kāi)關(guān)電源方式取代傳統(tǒng)的線性電源方式。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于離子泵的電源設(shè)備，包括開(kāi)關(guān)元件，具有 第一端、第二端和第三端；感測(cè)元件，與所述開(kāi)關(guān)元件的第二端連接；升壓變壓器，包括初 級(jí)繞組和次級(jí)繞組，其中初級(jí)繞組的同名端和次級(jí)繞組的同名端的極性相反，并且初級(jí)繞 組的一端連接到直流電源，另一端連接到開(kāi)關(guān)元件的第三端；控制電路，基于初級(jí)繞組中產(chǎn) 生的反激電壓和感測(cè)元件上的電壓，產(chǎn)生要施加到開(kāi)關(guān)元件的第一端的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，其 中所述開(kāi)關(guān)元件在所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通和斷開(kāi)，從而在升壓變壓器的次級(jí)繞組 的輸出端產(chǎn)生輸出電壓；整流電路，對(duì)升壓變壓器的次級(jí)繞組的輸出端產(chǎn)生的輸出電壓進(jìn) 行濾波。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述控制電路基于對(duì)所述反激電壓分壓產(chǎn)生的反饋電壓和 感測(cè)元件上的電壓二者的相對(duì)大小來(lái)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和斷開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該電源設(shè)備還包括泄放電路，用于在開(kāi)關(guān)元件處于斷開(kāi)期 間時(shí)，泄放升壓變壓器的初級(jí)繞組中的能量。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該泄放電路包括二極管，陽(yáng)極連接到第三端，陰極通過(guò)電 容器與初級(jí)繞組的同名端連接；多個(gè)并聯(lián)的多位置選擇開(kāi)關(guān)，與所述電容器并聯(lián)；與所述 電容器并聯(lián)的電阻器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述感測(cè)元件是電阻器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該整流電路包括多個(gè)串聯(lián)的二極管和與所述串聯(lián)的二極 管并聯(lián)的濾波電容器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該電源設(shè)備還包括電壓監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路，包括采樣放大電 路，對(duì)輸出電壓采樣，并且將采樣電壓放大；電壓調(diào)整顯示電路，將采樣電壓調(diào)整到預(yù)定的 倍數(shù)；比較報(bào)警電路，將調(diào)整后的電壓與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)整后的電壓超過(guò)預(yù)定的 閾值時(shí)，向用戶(hù)報(bào)警。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該電源設(shè)備還包括電流監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路，包括采樣放大電 路，對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣，并且將采樣電流放大；電流調(diào)整顯示電路，將采樣電流調(diào)整到預(yù) 定的倍數(shù)；比較報(bào)警電路，將調(diào)整后的電流與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)整后的電流超過(guò)預(yù) 定的閾值時(shí)，向用戶(hù)報(bào)警。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述直流電源的電壓是24伏。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述直流電源是電池組。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述直流電源是從交流電轉(zhuǎn)換而來(lái)的。上述的電源設(shè)備具備效率高，體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。另外，根據(jù)實(shí)施例的電源設(shè)備功率范圍20 100W恰好符合濺射離子泵電源的功 率要求，且可以直接使用24V低壓電源(如蓄電池)供電，在市電停電時(shí)仍然可實(shí)現(xiàn)濺射離 子泵的24小時(shí)不間斷工作。本發(fā)明實(shí)施例的真空離子泵電源裝置，輸出高壓從3kV 7kV連續(xù)可調(diào)。本發(fā)明實(shí)施例的真空離子泵電源裝置，還包括完整的離子泵與電源工作狀態(tài)在線 監(jiān)測(cè)與狀態(tài)報(bào)警保護(hù)功能，包括電壓、電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示，電流、電壓異常時(shí)聯(lián)鎖保護(hù)裝
4置?？梢栽陔娫吹墓ぷ鳡顟B(tài)或設(shè)備的真空狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)將故障報(bào)告給 上級(jí)控制系統(tǒng)，從而滿足加速器等某些特定使用設(shè)備需要對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行電流、電壓監(jiān)控 及聯(lián)鎖保護(hù)的要求。


通過(guò)下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特 征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，其中圖1是一種簡(jiǎn)單的新型真空離子泵電源裝置。圖2是一種信號(hào)監(jiān)測(cè)保護(hù)電路的功能結(jié)構(gòu)示意。圖3是一種帶有電壓電流信號(hào)監(jiān)測(cè)與保護(hù)功能的濺射離子泵電源的具體結(jié)構(gòu)。圖4是一種電壓監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路的具體結(jié)構(gòu)。圖5是一種電流監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路的具體結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例將在下面結(jié)合附圖進(jìn)行描述。在下面的描述過(guò)程中，省略了 對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)是不必要的細(xì)節(jié)和功能，以防止對(duì)本發(fā)明的理解造成混淆。如圖1所示，一種簡(jiǎn)單的基于單端反激式開(kāi)關(guān)電源原理的濺射離子泵電源裝置由 24V電源1，控制電路2，高頻開(kāi)關(guān)3，保護(hù)電路4，高頻升壓變壓器5及整流電路6組成。其 中控制電路控制高頻開(kāi)關(guān)的通斷，高頻開(kāi)關(guān)的快速通斷讓高壓升壓變壓器工作于單端反激 模式，產(chǎn)生高壓脈沖，整流電路將高壓脈沖整形為3kV 7kV的直流高壓輸出，供給濺射離 子泵。圖2表示了圖1所述簡(jiǎn)單的基于單端反激式開(kāi)關(guān)電源原理的濺射離子泵電源裝置 的一種具體實(shí)施電路。高頻升壓變壓器5由T1構(gòu)成，T1是一個(gè)以鐵氧體為磁心，變壓比不低于1 10， 初級(jí)線圈耐壓不小于500V，次級(jí)線圈耐壓不小于7kV，輸入輸出相互隔離的高頻變壓器。整流電路6由串聯(lián)的高壓整流二極管VD1，VD2，VD3，VD4及高壓儲(chǔ)能電容C1構(gòu) 成，使用多個(gè)二極管串聯(lián)，是為了提高他們的整體耐壓能力，使其串聯(lián)后的整體反向擊穿電 壓不小于7kV，高壓儲(chǔ)能電容耐壓不小于7kV。高頻開(kāi)關(guān)3由大功率晶體管構(gòu)成，如場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET管)，本發(fā)明實(shí)施例中選用 最大電流20A耐壓600V的20N60型場(chǎng)效應(yīng)管，也可以選用其它型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管，只要耐壓 與變壓器T1的變比乘積不小于7kV即可。保護(hù)電路4由低阻值小功率電阻器R1構(gòu)成，阻值通常為0. 1 0. 2歐姆，高頻開(kāi) 關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)變壓器T1的初級(jí)繞組、場(chǎng)效應(yīng)管VT1流過(guò)電阻R1，在R1的上端形成一個(gè) 不高于IV的電壓；如果該電壓達(dá)到IV，則該電壓送到控制電路后，控制電路回關(guān)斷高頻開(kāi) 關(guān)，以對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)?？刂齐娐?由電流控制型PWM(脈寬調(diào)制)電路和能量瀉放電路構(gòu)成，本發(fā)明實(shí)施 例所采用的電流控制型PWM電路以UC3842芯片及其典型應(yīng)用電路為基礎(chǔ)，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)的導(dǎo) 通頻率、每次導(dǎo)通的時(shí)間長(zhǎng)短、電流過(guò)大時(shí)的關(guān)斷條件進(jìn)行控制。UC3842芯片是Unitrode 公司生產(chǎn)的單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，使用該芯片構(gòu)成電流控制型PWM電路
5具有管腳數(shù)量少，外圍電路簡(jiǎn)單，頻響特性好，工作頻率高，過(guò)流限制、過(guò)壓保護(hù)和欠壓鎖定 等功能齊備的優(yōu)點(diǎn)。二極管VD5，多位置選擇開(kāi)關(guān)K1，系列穩(wěn)壓管VZ1，電阻R2，電容C2構(gòu)成的能量瀉 放電路，當(dāng)高頻開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器T1的初級(jí)繞組的能量通過(guò)該電路進(jìn)行瀉放。其中穩(wěn)壓 管VZ1的工作電壓V就是變壓器T1的初級(jí)繞組進(jìn)行能量瀉放時(shí)初級(jí)繞組上的電壓，此時(shí)變 壓器T1的次級(jí)繞組通過(guò)反激獲得高壓Vo，他們與脈沖變壓器的變比n之間形成下述關(guān)系 Vo = VXn，通過(guò)多位置選擇開(kāi)關(guān)K1選擇連接不同工作電壓的穩(wěn)壓管VZ1，則可以獲得不同 的濺射離子泵電源輸出高壓。同時(shí)為了保護(hù)高頻開(kāi)關(guān)VT1，穩(wěn)壓管VZ1的工作電壓要低于 場(chǎng)效應(yīng)管的耐壓，本電路中，系列穩(wěn)壓管VZ1的工作電壓分別為150V，250V，350V。變壓器 的變比n為20，濺射離子泵電源的最高輸出電壓對(duì)應(yīng)為3kV，5kV，7kV可調(diào)。在最高電壓范 圍內(nèi)，要連續(xù)調(diào)整濺射離子泵電源的輸出電壓，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RP1，改變UC3842芯片 (2)腳的參考電壓，從而改變?yōu)R射離子泵電源的輸出電壓。本電路中所謂的單端是指高頻升壓變壓器T1的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。 所謂的反激，是指高頻升壓變壓器T1的接線端按照?qǐng)D2所示方法連接，接線端(1)與接線 端(3)構(gòu)成同名端。當(dāng)高頻開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，高頻升壓變壓器T1初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為(1)正 (2)負(fù)，連接在次級(jí)繞組的整流二極管VD1 VD4處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。 當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器T 1初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生反激電壓⑴負(fù)⑵正，耦合 到次級(jí)繞組為(3)負(fù)(4)正，整流二極管VD1 VD4導(dǎo)通，初級(jí)繞組的能量反激到次級(jí)繞組 通過(guò)整流二極管VD1 VD4和電容C1濾波后向鈦泵(負(fù)載)輸出。整個(gè)電路的工作原理為24V電源經(jīng)電阻R4，穩(wěn)壓二極管ZT2，電容C3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路將高于16V的驅(qū)動(dòng)電 源提供給UC3842芯片的(7)腳，即電源端。電阻R9和電容C6構(gòu)成振蕩電路接到UC3842芯 片的(4)腳，使其產(chǎn)生所需頻率的鋸齒波，也即電阻R9和電容C6的振蕩頻率決定了 UC3842 芯片最終輸出脈沖的頻率。電阻R3和電位器RP1構(gòu)成變壓器T1初級(jí)繞組反激電壓的分壓 取樣電路，作為電壓基準(zhǔn)送到UC3842芯片的⑵腳，即電壓反饋輸入端，UC3842芯片的⑴ 腳為⑵腳的輸出補(bǔ)償端，通過(guò)并聯(lián)的電阻R5，電容C4與⑵腳相連。電阻R8從保護(hù)電路 電阻R1的上端將電流反饋信號(hào)引入U(xiǎn)C3842芯片的(3)腳，即電流檢測(cè)輸入端。從(3)腳 引入的電流反饋信號(hào)與(2)腳引入的電壓反饋信號(hào)在UC3842芯片經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和比較，產(chǎn)生一 個(gè)PWM(脈寬調(diào)制)波，從(6)腳(即輸出端)輸出該信號(hào)，控制場(chǎng)效應(yīng)管VT1的通斷。電流 反饋信號(hào)與電壓反饋信號(hào)的相對(duì)大小決定了 PWM(脈寬調(diào)制)波的脈沖寬度，也就是說(shuō)他們 決定了高頻開(kāi)關(guān)每次導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，電流反饋信號(hào)相對(duì)于電壓反饋信號(hào)小得越多，則PWM 脈沖越寬，VT1導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)；電流反饋信號(hào)相對(duì)于電壓反饋信號(hào)越接近，差值越小，則PWM 脈沖越窄，VT1導(dǎo)通時(shí)間越短。同時(shí)電流檢測(cè)輸入端設(shè)置了 IV的電流鉗位，當(dāng)保護(hù)電路上 電流過(guò)大而使電阻R1上的電壓超過(guò)IV (即3腳電平大于IV)時(shí)，將關(guān)斷PWM脈沖，從而達(dá) 到限流保護(hù)的目的。UC3842芯片(6腳)輸出的脈沖為高電平時(shí)使VT1導(dǎo)通，VT1導(dǎo)通，則電流從24V 電源流過(guò)變壓器T1的初級(jí)繞組，經(jīng)高頻開(kāi)關(guān)VT1和保護(hù)電路R1到地，此時(shí)變壓器T1次級(jí) 繞組上的整流二極管相當(dāng)于反接，次級(jí)繞組無(wú)輸出，初級(jí)繞組儲(chǔ)存能量，保護(hù)電路R1上獲 得電流反饋信號(hào)并送到UC3842芯片的(3)腳(電流檢測(cè)輸入端)。當(dāng)UC3842芯片(6腳)
6輸出的脈沖由高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，VT1截止，變壓器T1初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量通過(guò)能量瀉 放電路瀉放，在初級(jí)繞組上形成350V的反向電壓，次級(jí)繞組通過(guò)反激形成約7kV的高壓，通 過(guò)整流二極管VD1，VD2，VD3，VD4及濾波電容C1加給負(fù)載(濺射離子泵)，同時(shí)電阻R3和 電位器RP1構(gòu)成的分壓取樣電路將反映變壓器T1初級(jí)繞組反激電壓的信號(hào)送到UC3842芯 片的電壓反饋輸入端(2)腳，該信號(hào)與先前輸入的電流反饋信號(hào)在UC3842芯片內(nèi)部經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn) 換比較之后控制UC3842芯片下一個(gè)輸出脈沖的寬度，通過(guò)調(diào)整場(chǎng)效應(yīng)管VT1下次導(dǎo)通時(shí)間 的長(zhǎng)短改變變壓器T1下次工作時(shí)儲(chǔ)存能量的多少，來(lái)調(diào)整輸出功率達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的 目的。由于整個(gè)電路的工作頻率非常高，達(dá)500kHz，所以本發(fā)明實(shí)施例的濺射離子泵電源實(shí) 際輸出的工作電壓非常穩(wěn)定，紋波很小。圖3表示了以圖1為基礎(chǔ)的一種帶有電壓電流監(jiān)測(cè)與保護(hù)功能的濺射離子泵電源 的結(jié)構(gòu)，其組成除了 24V電源1，控制電路2，高頻開(kāi)關(guān)3，保護(hù)電路4，高頻升壓變壓器5及 整流電路6外，還包括AC220V轉(zhuǎn)24V電路7，24V轉(zhuǎn)士 12V電路8，電壓監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路9， 電流監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路10。AC220V轉(zhuǎn)24V電路7是將市電220V的交流電轉(zhuǎn)化為24V的直流電，滿足單端反激 式開(kāi)關(guān)電源只能基于直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)化的要求。帶有AC220V轉(zhuǎn)24V電路7的單端反激式濺 射離子泵電源就可以直接使用AC220V市電作為電源，同時(shí)在AC220V轉(zhuǎn)24V電路7的輸出 端并聯(lián)接入24V蓄電池，則有市電時(shí)，AC220V供單端反激式濺射離子泵電源工作的同時(shí)，也 給蓄電池充電，當(dāng)市電突然停電時(shí)，則由蓄電池給單端反激式濺射離子泵電源供電，從而實(shí) 現(xiàn)了單端反激式濺射離子泵電源24小時(shí)不間斷工作。AC220V轉(zhuǎn)24V電路7具有多種實(shí)現(xiàn)方式，傳統(tǒng)的方法有先通過(guò)變壓器將AC220V轉(zhuǎn) 變?yōu)锳C20V左右，然后使用整流橋整流，24V穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，電容濾波實(shí)現(xiàn)24V直流電。由于 現(xiàn)在的低壓電源模塊技術(shù)非常成熟，所以本發(fā)明實(shí)施例中直接采用市場(chǎng)上成熟的電源模塊 RS308，輸入AC220V，直接輸出24V，實(shí)現(xiàn)AC220V轉(zhuǎn)24V電路7。24V轉(zhuǎn)士 12V電路8是將直流24V轉(zhuǎn)化為直流正12V和負(fù)12V，作為濺射離子泵 電源的兩個(gè)低壓控制電路電壓監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路9及電流監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路10的供電電源。 24V轉(zhuǎn)士 12V電路8也有多種實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明實(shí)施例中同樣采用市場(chǎng)上成熟的電源模塊 HNM5-24D12，輸入24V，直接獲得士 12V的兩路輸出，實(shí)現(xiàn)24V轉(zhuǎn)士 12V電路8。電壓監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路9，對(duì)濺射離子泵電源的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示，同時(shí) 當(dāng)電源故障或者負(fù)載短路造成輸出電壓低于用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，通過(guò)繼電器觸點(diǎn)的通斷 向上級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖4表示了一種電壓監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路的具體結(jié)構(gòu)。包括采樣放大電路91，電壓調(diào) 整顯示電路92，比較報(bào)警電路93三個(gè)部分，其工作原理為電阻R21，R22完成對(duì)濺射離子 泵輸出電壓的分壓取樣，二極管VD21，VD22進(jìn)行限壓保護(hù)，比較器N21及電阻R23，R24，R25 對(duì)電壓取樣信號(hào)進(jìn)行放大輸出，以便提供給電壓調(diào)整顯示電路92和比較報(bào)警電路93。比較 器N23，電阻R27，R28及可變電位器RP22構(gòu)成電壓調(diào)整顯示電路92，將取樣電壓調(diào)整到合 適的倍數(shù)，并通過(guò)低壓電壓表頭PV進(jìn)行顯示。如本電路中，濺射離子泵電源的輸出電壓為 3 7kV，分壓取樣電阻上獲得取樣電壓為1. 2 2. 8V，比較器N21將其放大到2. 4 5. 6V, 通過(guò)調(diào)節(jié)RP2，使N23輸出為3 7V，即對(duì)應(yīng)為濺射離子泵電源輸出電壓的千分之一，就可 以通過(guò)10V的直流電壓表頭顯示，表頭每IV實(shí)際代表lkV。比較器N22，電阻R26，可調(diào)電位器RP21，二極管VD23，繼電器K21構(gòu)成電壓比較報(bào)警電路，用戶(hù)針對(duì)濺射離子泵電源的正常 輸出電壓，通過(guò)可調(diào)電位器RP21設(shè)定保護(hù)閾值，當(dāng)采樣放大電路91反映濺射離子泵電源輸 出電壓的輸出信號(hào)低于該保護(hù)閾值，則比較器N22輸出+12V高電平使繼電器K21的線包無(wú) 電流，繼電器K21的觸點(diǎn)斷開(kāi)，上級(jí)控制系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)A被斷開(kāi)，形成“濺射離子泵電源輸 出電壓過(guò)低”的故障報(bào)警。電流監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路10，對(duì)負(fù)載(濺射離子泵)的工作電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示， 同時(shí)當(dāng)電流過(guò)大，反映出離子泵真空度較差，且低于用戶(hù)的預(yù)定要求時(shí)，通過(guò)繼電器觸點(diǎn)的 通斷向上級(jí)控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖5表示了一種電流監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路的具體結(jié)構(gòu)。包括采樣放大電路101，電流顯 示電路102，比較報(bào)警電路103三個(gè)部分，其工作原理為電流顯示電路102由微安電流表 PA，二極管VD31，VD32，電容C31組成，微安表直接串聯(lián)在濺射離子泵電流的回路上，PA表頭 直接實(shí)時(shí)顯示電流的大小，二極管VD31，VD32對(duì)表頭PA形成限壓保護(hù)作用，電容C31起濾 波作用。采樣放大電路101中，采樣電阻R31串聯(lián)在濺射離子泵電流回路上，電流流過(guò)電阻 R31時(shí)，在R31的上端獲得一個(gè)負(fù)電壓信號(hào)，送到由比較器N31，電阻R32，R33，R34組成的放 大電路進(jìn)行信號(hào)放大并輸出給比較報(bào)警電路103，二極管VD33，VD34對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行限壓 保護(hù)，電容C32對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行濾波。比較報(bào)警電路103由比較器N32，電阻R35，可調(diào)電位 器RP31，二極管VD35，繼電器K31構(gòu)成，用戶(hù)針對(duì)濺射離子泵工作時(shí)的正常真空狀態(tài)和工作 電流大小，通過(guò)可調(diào)電位器RP31設(shè)定保護(hù)閾值，當(dāng)采樣放大電路102反映濺射離子泵工作 電流的輸出信號(hào)低于該保護(hù)閾值(即采樣信號(hào)放大后是比保護(hù)閾值負(fù)得更多負(fù)值電壓)， 則比較器輸出+12V高電平使繼電器K21的線包無(wú)電流，繼電器K21的觸點(diǎn)斷開(kāi)，上級(jí)控制 系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)C被斷開(kāi)，形成“濺射離子泵電流過(guò)大”的故障報(bào)警。需要特別說(shuō)明的是，圖2，圖4，圖5分別是本發(fā)明實(shí)施例的各種功能模塊的一個(gè)具 體實(shí)施電路，實(shí)際上電路在實(shí)現(xiàn)上是多種多樣的，包括通過(guò)對(duì)上述三個(gè)具體電路中元器件 的布局更改、同類(lèi)產(chǎn)品中信號(hào)變化、增加少量電阻/電容器件等，均可對(duì)原有電路不形成本 質(zhì)更改的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例所述功能，這是電子電路工程師共知的。至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不 脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明 的范圍不局限于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
8
權(quán)利要求
一種用于離子泵的電源設(shè)備，包括開(kāi)關(guān)元件，具有第一端、第二端和第三端；感測(cè)元件，與所述開(kāi)關(guān)元件的第二端連接；升壓變壓器，包括初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，其中初級(jí)繞組的同名端和次級(jí)繞組的同名端的極性相反，并且初級(jí)繞組的一端連接到直流電源，另一端連接到開(kāi)關(guān)元件的第三端；控制電路，基于初級(jí)繞組中產(chǎn)生的反激電壓和感測(cè)元件上的電壓，產(chǎn)生要施加到開(kāi)關(guān)元件的第一端的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，其中所述開(kāi)關(guān)元件在所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通和斷開(kāi)，從而在升壓變壓器的次級(jí)繞組的輸出端產(chǎn)生輸出電壓；整流電路，對(duì)升壓變壓器的次級(jí)繞組的輸出端產(chǎn)生的輸出電壓進(jìn)行濾波。
2.如權(quán)利要求1所述的電源設(shè)備，其中所述控制電路基于對(duì)所述反激電壓分壓產(chǎn)生的 反饋電壓和感測(cè)元件上的電壓二者的相對(duì)大小來(lái)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和斷開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)度。
3.如權(quán)利要求2所述的電源設(shè)備，還包括泄放電路，用于在開(kāi)關(guān)元件處于斷開(kāi)期間時(shí)， 泄放升壓變壓器的初級(jí)繞組中的能量。
4.如權(quán)利要求3所述的電源設(shè)備，其中所述泄放電路包括二極管，陽(yáng)極連接到第三端，陰極通過(guò)電容器與初級(jí)繞組的同名端連接； 多個(gè)并聯(lián)的多位置選擇開(kāi)關(guān)，與所述電容器并聯(lián)； 與所述電容器并聯(lián)的電阻器。
5.如權(quán)利要求2所述的電源設(shè)備，所述感測(cè)元件是電阻器。
6.如權(quán)利要求1所述的電源設(shè)備，其中所述整流電路包括 多個(gè)串聯(lián)的二極管和與所述串聯(lián)的二極管并聯(lián)的濾波電容器。
7.如權(quán)利要求2所述的電源設(shè)備，還包括電壓監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路，包括 采樣放大電路，對(duì)輸出電壓采樣，并且將采樣電壓放大；電壓調(diào)整顯示電路，將采樣電壓調(diào)整到預(yù)定的倍數(shù)，比較報(bào)警電路，將調(diào)整后的電壓與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)整后的電壓超過(guò)預(yù)定的 閾值時(shí)，向用戶(hù)報(bào)警。
8.如權(quán)利要求2所述的電源設(shè)備，還包括電流監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路，包括 采樣放大電路，對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣，并且將采樣電流放大；電流調(diào)整顯示電路，將采樣電流調(diào)整到預(yù)定的倍數(shù)；比較報(bào)警電路，將調(diào)整后的電流與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)整后的電流超過(guò)預(yù)定的 閾值時(shí)，向用戶(hù)報(bào)警。
9.如權(quán)利要求1所述的電源設(shè)備，所述直流電源的電壓是24伏。
10.如權(quán)利要求9所述的電源設(shè)備，所述直流電源是電池組。
11.如權(quán)利要求9所述的電源設(shè)備，所述直流電源是從交流電轉(zhuǎn)換而來(lái)的。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于離子泵的電源設(shè)備，包括開(kāi)關(guān)元件，具有第一端、第二端和第三端；感測(cè)元件，與開(kāi)關(guān)元件的第二端連接；升壓變壓器，包括初級(jí)和次級(jí)繞組，其中初級(jí)繞組的同名端和次級(jí)繞組的同名端極性相反，且初級(jí)繞組的一端連接到直流電源，另一端連接到開(kāi)關(guān)元件的第三端；控制電路，基于初級(jí)繞組產(chǎn)生的反激電壓和感測(cè)元件上的電壓，產(chǎn)生要施加到開(kāi)關(guān)元件的第一端的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)元件在開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通和斷開(kāi)，從而在升壓變壓器的次級(jí)繞組的輸出端產(chǎn)生輸出電壓；整流電路，對(duì)變壓器的次級(jí)繞組的輸出端產(chǎn)生的輸出電壓進(jìn)行濾波。該電源設(shè)備具備效率高，體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)，并且其功率范圍符合濺射離子泵電源的功率要求。
文檔編號(hào)H02J9/00GK101902126SQ20091008555
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者劉晉升, 劉耀紅, 唐華平 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司