CN101431301A - Sg3525在离子注入机开关电源中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明是用于新型离子注入机上的开关电源控制器，离子注入机中使用的电源绝大多数是开关电源，老型号的离子注入机中开关电源稳定性不高，而新型的开关电源需要的频率很高，响应速度很快。本发明使用美国硅通用电气公司的第二代脉宽调制器SG3525来驱动新型离子注入机上的开关电源的各种高频功率放大管。

Description

SG3525在离子注入机开关电源中的应用

技术领域

本发明专利用在离子注入机上的某些开关电源控制器中，离子注入机属于半导体器件制造领域。离子注入机的开关电源的高频开关管的控制方式采用脉冲宽度调制(PWM)方式，脉宽调制器SG3525非常适用驱动离子注入机的高频开关管。其他直流电源中，也可以采用脉宽调制管SG3525来驱动各种高频功率开关管。

背景技术

随着半导体领域的飞速发展，半导体芯片的制程越来越小，其中离子注入机是决定芯片线程的关键设备，现在90nm的离子注入机作为大生产线的主流，对开关电源的要求越来越高，离子注入机中使用的开关电源绝大多数频率很高，对开关电源中的开关管的驱动芯片的要求很高，SG3525是美国硅通用电气公司设计的，适用于高频功率放大管驱动的第二代集成电路脉冲宽度控制器，它在第一代集成电路脉宽调制器SG3424的基础上进行了很多改进。本专利使用SG3525非常适合用在离子注入机的高频开关电源中。

专利内容

本发明是用脉宽调制器SG3525来驱动离子注入机开关电源中的各种高频功率开关管，老式离子注入机开关电源中用来驱动高频功率开关管的脉宽调制器很多是用的SG3524，SG3525是在SG3524的基础上改进而来的，它克服了SG3524的不足成为第二代集成电路脉冲宽度调制器。它采用了DIP16封装，外型如附图1-1所示。

各引脚功能说明如下：1、2引脚分别为互差放大器的反相输入端和同相输入端，3脚为同步输出端，4脚为振荡器输出，5、6脚分别外接内部振荡器的时基电容C_T和时基电阻R_T，7脚接放电电阻R_D，8脚为软启动端，9脚为误差放大器的频率补偿端，10脚为关断控制端，用于实现限流控制，11、14脚为脉宽输出端，12脚为接地端，13脚接输出管集电极电源，15脚接SG3525的工作电源，16脚为5.1V基准电压引出端。

SG3525内部结构框图如附图1-2所示，它在第一代脉宽调制芯片SG3524的基础上作了较大的改进，主要表现在以下几个方面：

(1)电路中设置了欠电压锁定和限流关断电路。为了防止在欠电压状态下(U<8V)时有效地使输出保持在关断状态，电路中设置了欠电压封锁电路，当U>2.5V时，欠电压封锁电路就开始工作，其上限值为8V，但在电路达到8V前，电路各部分已进入正常工作状态，而当从8V下降到7.5V时，锁定电路又开始恢复工作，其中有0.5V的回差电压，用于消除钳位电路在阀值点处的振荡。在锁定电路工作期间，输出一高电平，加至组合逻辑门电路的输入端，以封锁PWM的脉冲信号。SG3525没有电流限制放大器，它采用了关断控制电路来进行限流控制，其中包括逐个脉冲的电流限制和输出电流的限流控制，只要将信号加于10脚就能实现限流控制。另外10脚也可提供各种程序控制的需要。

(2)改进了振荡电路。主要是将时基电容C_T的放电电路与充电电源分开，单独设立引脚7，C_T放电通过外接电阻R_D来实现，改变R_D即可改变C_T的放电时间常数，从而也改变了死区时间，而C_T的充电是由R_T规定的内部电流源决定的。振荡器的振荡频率为：

f＝1/C_T(0.67R_T+1.3R_D)

(3)输出电路的改进。SG3525输出级采用了图腾柱输出电路，它能使输出管更快地关断，V₁由达林顿管组成，最大驱动能力为100mA，V₂作为开关器件，在其导通时可以迅速把外接MOS管栅极上的电荷从它的集电极泄放至地，最大吸收电流为50mA。由图2结构框图可见，SG3525主要有基准稳压源、振荡器、误差放大器、PWM比较器和锁存器、分相器、或非门电路和图腾柱输出电路等几大部分组成：振荡器通过外接时基电容C_T和电阻R_T产生锯齿波振荡，同时产生时钟脉冲信号，该信号的脉冲宽度与锯齿波的下降沿相对应。时钟脉冲作为由T触发器组成的分相器的触发信号，用来产生误差为180°的一对方波信号U_TQ和U_T/Q，误差放大器是一个双级差分放大器，经差分放大的信号U₁与振荡器输出的锯齿波电压U₅加至PWM比较器的负、正输入端，比较器输出的调制信号经锁存后作为或非门电路的输入信号U_P，或非门电路在正常情况下具有三路输入：即分相器的输出信号U_TQ和U_T/Q，PWM调制信号U_P和时钟信号U_C，或非门电路的输出U₀₁和U₀₂即为图腾柱电路的驱动信号，各相关点的波形如附图1-3所示。

SG3525在SG3524的基础上功能改进很多，本发明专利用SG3525驱动离子注入机的高频功率放大管。具体的驱动工作电路见具体实施方式说明。

附图说明

图1-1为本发明使用的脉宽调制器SG3525的引脚图；

图1-2为本发明使用的脉宽调制器SG3525的内部结构图。

图1-3为本发明使用的脉宽调制器SG3525的输出波形图；

图2为本发明的半桥型开关稳压电源主电路的框图；

图3为半桥型开关稳压电源的驱动电路框图。

具体实施方式

由SG3525来驱动高频功率开关管的开关电源主要是半桥型开关稳压电路，半桥型开关稳压电路主要由主电路和驱动电路两大部分组成，电路见附图2和附图3所示。附图2为主电路，输入交流220V电压经桥式整流滤波后获得300V左右的直流电压。半桥型逆变电路是由功率MOS管V_S1和V_S2组成，高频逆变变压器初级分别接电容C₁、C₂的中点和开关管V_S1、V_S2的中点，电容C₁、C₂的中点电压为U/2，V_S1、V_S2交替触发导通，使变压器一次侧形成幅值为U/2的交流电压。改变开关导通的占空比，即能改变变压器二次侧整流输出平均电压U_AU

当V_S1导通时，二极管VD1处于通态.V_S2导通时二极管VD2处于通态。当两开关管都关断时，变压器绕组N₁中的电流为零，根据变压器磁势平衡方程，绕组N₂、N₃中的电流大小相等，方向相反，所以V_S1和V_S2均处于导通状态，各分担负载电流的二分之一。当V_S1或V_S2导通时，电感L的电流逐渐上升，当两管都关断时，电感中的电流逐渐下降。由于电容的隔直作用，半桥型开关电路对由于两管开关导通时间不对称而造成变压器一次侧的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁现象。由于SG3525中存在死区时间，所以不存在由于V_S1和V_S2共同导通而损坏功率管的情况。

该开关稳压电源的驱动电路是以SG3525为核心，如附图3所示，采用恒频脉宽调制控制方式，误差放大器的输入信号分别是给定信号UK和电压反馈信号U_f，U_f是由输出电压经分压电路获取，系统为了得到较好的静、动态特性，在误差放大器的输入和输出端接入了RC反馈网络。由于使用SG3525产生高频开关管的驱动信号，这样MOS管的驱动电路就比较简单，它由图腾柱电路的A、B端输出经电容C₀₁、C₀₂加至脉冲变压器T_g1和T_g2初级，次级信号经保护电路分别接入V_s1、V_s1的栅极和源极之间。为了防止电路中可能产生的过电压而击穿功率管，电路中设置了过电压保护电路，过电压保护电路是一个由电阻R₁和R₂分压，稳压管V_Z1、V_Z2限幅组成的电路。

实施例：离子注入机的四极透镜电源控制。

本发明的特定实施例已对本实用新型的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (2)

1.一种高频开关电源控制器，其特征在于：采用美国硅通用公司的第二代脉宽调制器SG3525代替第一代脉宽调制器SG3524。

2.如权利要求1所述的使用SG3525来驱动高频功率放大管，其特征在于：SG3525的输出使用图腾柱电路，即SG3525的输出脉冲是从两个放大管的联接处输出的，可以输出一组反相的脉冲波形。

Images