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申请/专利权人：松山湖材料实验室

摘要：本发明公开一种基于光谱反馈控制的HiPIMS电源系统，采用光谱分析仪实时监测真空内磁控溅射过程中的辉光，将光谱特征转换成电压、电流信号反馈给等离子体电源，从而保证真空磁控溅射镀膜的高质量稳定运行。本发明的A整流滤波电路输入端连市电输入，A整流滤波电路输出端连接A全桥逆变电路，A全桥逆变电路依次经过高频变压器T1、A桥堆整流电路后连接到A斩波电路。本发明能够根据真空磁控溅射过程中的辉光情况实时调整HiPIMS电源的输出特性，从而有效提高了大功率高密度磁控溅射电源的控制精度和稳定度、保证了镀膜工艺的稳定性和一致性。

主权项：1.一种基于光谱反馈控制的HiPIMS电源系统，HiPIMS电源系统包括直流电源和脉冲电源两部分，其特征在于，所述脉冲电源包括：A整流滤波电路，A整流滤波电路输入端连市电输入，A整流滤波电路输出端连接A全桥逆变电路，A全桥逆变电路依次经过高频变压器T1、A桥堆整流电路后连接到斩波电路；市电输入到A整流滤波电路，将输入的交流电转换成直流电；经过A全桥逆变电路全桥逆变，将直流电转变成高频脉冲；高频变压器T1升压，在高频脉冲的控制下，用高频变压器T1将直流电变换成HiPIMS电源所需的高压脉冲；通过A桥堆整流电路桥堆整流，将高压脉冲整成高压直流电平；A斩波电路将高压电平斩断成HiPIMS电源所需的脉宽、频率可变的高压窄脉冲；A斩波电路连接输出公共端；直流电源包括：B整流滤波电路，B整流滤波电路输入端连市电输入，B整流滤波电路输出端连接B全桥逆变电路，B全桥逆变电路依次经过高频变压器T2、B桥堆整流电路后连接到B斩波电路；B斩波电路通过输出公共端连接到真空室；市电输入到B整流滤波电路；B整流滤波电路整流滤波，将输入的交流电转换成直流电；B全桥逆变电路全桥逆变，将直流电转变成高频脉冲；高频变压器T2升压，在高频脉冲的控制下，用高频变压器T2将直流电变换成HiPIMS电源所需的高压脉冲；B桥堆整流电路桥堆整流，将高压脉冲整成高压直流电平；B斩波电路在真空磁控溅射镀膜过程中，正常工作时IGBT处于开通状态，当真空室出现打弧或短路故障时，控制单元会发出保护信号迅速关断此IGBT，以保障直流电源和负载的安全；输出公共端输出端直接输出到真空室内的真空镀膜负载，真空室内设有光谱检测探头，光谱仪主机输入端连接光谱检测探头，光谱仪主机输出端接到接控制单元的信号检测调理及AD电路；所述A全桥逆变电路中的IGBT管Q2、Q3、Q4、Q5构成全桥移相电路，二极管D2、D3、D4、D7、D8、D9组成桥臂电路，桥臂的一个对角通过A整流滤波电路后接到三相交流输入，桥臂的另一个对角接到高频变压器T1；所述A桥堆整流电路中的二极管D5、D6、D10、D11构成桥堆整流电路桥，A桥堆整流电路输出连接高频变压器T1；A斩波电路的IGBT管Q1集电极C通过电感L1连接到A桥堆整流电路，IGBT管Q1发射极E接到A二极管防反电路的二极管D1正极，A二极管防反电路的二极管D1负极接到真空镀膜负载，IGBT管Q1门极G接到N2光耦隔离驱动电路；所述B整流滤波电路的二极管D13、D14、D15、D18、D19、D20组成桥臂电路，极性电容C4对整流之后的电能进行储能和滤波；B全桥逆变电路中的IGBT管Q7、Q8、Q9、Q10构成全桥移相电路，电桥的一个对角通过B整流滤波电路后接到三相交流输入，电桥的另一个对角接到高频变压器T2；B桥堆整流电路中的二极管D16、D17、D21、D22构成桥堆整流电路桥，二极管D16、D21、D17、D22组成桥臂电路，桥臂的一个对角连接高频变压器T2，桥臂的另一个对角连接电感L2；电感L2另一端连接到B斩波电路的IGBT管Q6集电极C，IGBT管Q6发射极E接到B二极管防反电路的二极管D12正极，B二极管防反电路的二极管D12负极接到真空镀膜负载，IGBT管Q6门极G接到N2光耦隔离驱动电路；所述控制单元包括DSP控制板、MCU数据处理单元及外围电路，DSP控制板包含信号检测调理及AD电路、高速串口、移相PWM输出、PWM输出、中断接口；DSP控制板的PWM输出接口经过N2光耦隔离驱动电路后接到A斩波电路的IGBT管Q1门极G、B斩波电路的IGBT管Q6门极G；比较放大器U4A正相输入端3通过电阻R13、R14、R15后接到B二极管防反电路的二极管D12负极，比较放大器U4A负相输入端3通过电阻R19、R20、R21接到HGND端，比较放大器U4A输出端通过电阻R18接到DSP控制板的信号检测调理及AD电路接口；DSP控制板的高速串口连接上位机；比较放大器U4正相输入端5通过电阻R28、R29、R30后接到A二极管防反电路的二极管D1负极，比较放大器U4负相输入端6通过电阻R32、R33、R34接到HGND端，比较放大器U4输出端通过电阻R31接到DSP控制板的信号检测调理及AD电路接口；A斩波电路与输出公共端之间设有A二极管防反电路，B斩波电路与输出公共端之间设有B二极管防反电路，输出公共端连接到真空室。

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