文档介绍：闭合场非平衡磁控溅射 电源控制器研究
精选课件
背景简介
与课题相关的技术背景
课题任务及内容
课题难点及解决思路
进度安排
主要内容介绍:
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Vc
G1(S)
K1
Vi
G2(S)
Io(s)
H(S)
靶电源的参考输入是根据工艺随时间变化的，而且为控制镀膜质量和厚度，输出电流要有足够的稳态精度，针对工艺对靶电源的这些要求，结合主电路拓扑图-3，其控制策略采用单电流环平均电流模式控制，如图-5所示。
x
x
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针对工艺对偏置电源的要求，结合主电路拓扑图-4，其控制策略如图-6所示。该电源分为两部分：全桥逆变整流部分，采用电压外环、峰值电流模式内环的双环控制，电压给定Ur由工艺曲线事先确定，通过上位机给出，以决定偏置电源的脉冲幅值；斩波逆变部分，采用由独立硬件生成或由MCU编程输出PWM波进行控制，用于在负载上得到脉宽可调的双向脉冲。
Uf
Uo
占空比给定
VR
Ur
PWM
RC滤波
电流内环
全
桥
逆
变
反馈
锯齿波
Uo1
图-6 偏置电源控制系统框图
x
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⑵ 功能分配
由于开关器件工作于100KHz以上的高频，而目前适合使用的MCU的时钟频率有限，因此，整个控制系统全数字化还不太现实，故拟采用MCU和模拟控制电路相结合的设计思想，高频开关器件的PWM控制信号由独立模拟器件产生，短路、过流、过压、欠压、起弧、过热时的快速保护功能亦由模拟电路直接完成，MCU则主要完成与上位机通信、控制器的工艺参数给定、调节与校正、工作状态的显示等任务。
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⑶ 硬件设计
① PWM控制与保护
靶电源和偏置电源的全桥采用美国TI公司的UCC3895专用控制芯片进行移相控制，同时，系统的快速保护和靶电源的灭弧亦由UCC3895来完成。UCC3895除具有UC3875（79）的功能外，最大的改进是增加了自适应死区设置，以适应负载变化时不同的准谐振开关要求，另外增加了PWM软关断能力。通过不同的电路连接，它既可用于电流模式，又可用于电压模式，它自带完善的过流、过压、欠压保护功能和软启动模式，非常适合用于课题中电源的PWM控制与保护 。
偏置电源的斩波逆变桥开关器件可采用独立硬件产生PWM控制信号进行控制或直接利用MCU自带的PWM输出加驱动级后进行控制。
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② 驱动与隔离
UCC3895的最大输出电流只有100mA，而当采用APT8024LFLL型MOSFET,工作频率为100KHz时，，故必须加驱动级。目前，分立元件驱动级逐渐被专用驱动芯片如IDXX414、IR2110等所取代，这些专用驱动芯片性能优良，使用方便，极大地简化了电路的设计。隔离可有下述三种方式，课题中需要予以比较,选出最佳驱动隔离方案.：
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a. 光耦隔离 光耦隔离位于PWM芯片和驱动级之间，它具有占空比任意可调、隔离耐压高、对电压性噪声抑制能力强等优点，同时，它又存在需要若干独立供电电源、传输延迟较大、开关速度较慢等不足之处；
b. 变压器隔离 变压器位于驱动级和开关器件之间，它具有信号传输延迟时间很小、变压器副边无须再提供电源、有很好的抗干扰能力等优点，其缺点是：所传输信号的占空比不宜太大也不宜太小、因寄生参数影响，高性能的变压器制作较困难等；
c. 采用浮地驱动芯片+缓冲级 美国IR公司生产的MOS栅极驱动器系列产品把驱动一高压侧和一低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内。它依据自举原理，外接很少的分立元件，只需提供一个电源就能驱动全桥的四个MOS管工作。其中，IR 2181(4) 两通道隔离电压达600V，，因此，将它应用于磁控溅射电源的驱动时，其后需加一级缓冲电路，缓冲电路采用MICROCHIP公司的TC4422驱动芯片，其峰值输出电流高达9A，可满足大电流场合的驱动需要。
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③ 检测电路
课题中对检测电路的要求是：响应速度要足够快，测量精度足够高，线性良好。电压检测应在一个振荡周期内（5us）完成，采用可调基准芯片TL431采样，,工作电流范围为1~ 100m A, 采用线性光耦PC817进行隔离，其传输延迟3/4us,隔离电压5000V。电流检测应有更快的响应速度（1 us），以便在电流模式控制和过流、短路时在规定的时间内及时动作，可采用电流互感器如美国GB International公司的CST6063_G,其最大通流能力为2