CN111199853B - 一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置及其控制方法，该电源装置包括束流调控与运行状态监控的整体控制电路，与所述整体控制电路电性连接且用于驱动所述冷阴极电子枪的功率电路，所述整体控制电路设有DSP微处理器。本发明通过漏束检测电路将强磁偏转系统中漏束传感器检测信号引入到DSP微处理器中，当检测到漏束信号出现时，即束流导引通道存在漏束现象，关闭电源装置的电压输出，以保护束流导引通道及金属蒸发镀膜装置，从而保障镀膜过程正常进行；此外，DSP微处理器将束流输出大小与气流输入量、真空度的比较，判断是否出现发生惰性气体清除效应，当出现惰性气体清除效应，发出报警信号，提示操作人员清理冷阴极电子枪的阴极。

Description

一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子束加工技术领域，特别是涉及一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置及其控制方法。

背景技术

热阴极电子束源技术已经在金属镀膜领域得到大量应用，但其阴极寿命短及其钨蒸气污染，限制了该技术在高品质镀膜领域的应用。而高品质冷阴极电子束源具有无需加热阴极、阴极寿命长、结构简洁、维护方便等优点，在金属蒸发镀膜行业应用具有潜在优势。

金属蒸发镀膜装置要求冷阴极电子枪倒立安装或水平安装，通过强磁偏转系统将电子束偏转到靶材，加热靶材产生金属蒸气，用于镀膜工艺。一般强磁偏转系统采用能够产生均匀磁场的电磁线圈或永磁铁制成，安装于冷阴极电子枪输出端，将电子束流引导到靶材。

现有的金属蒸发镀膜装置中，当出现电磁线圈电流反向、线圈损坏、永磁体高温失磁现象，就会出现电子束流反偏或无偏转故障发生，大束流时，极易导致金属蒸发镀膜装置中其它部件烧损；冷阴极电子枪长期使用，金属阴极表面会出现大量微小弧坑，放电腔室内壁也会有大量金属蒸气附着，当需要大束流输出时，气流量较大，极易出现输入气流量很大，单但束流极小的现象发生，即发生惰性气体清除效应，这将导致金属蒸发镀膜过程难以稳定进行；应用强磁偏转系统的冷阴极电子束源，当发生电子束流方向反偏、电磁偏转系统失效、惰性气体清除效应时，只能通过操作人员的经验判断，排除故障，严重影响生产效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置及其控制方法，可以提高镀膜工作过程的稳定性和可靠性，及满足高品质膜层制备的需求。

一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，包括分别与真空室和冷阴极电子枪电性连接的整体控制电路，与所述整体控制电路电性连接且用于驱动所述冷阴极电子枪的功率电路，所述整体控制电路用于阴极电子枪的束流调控与运行状态监控,包括DSP微处理器；其中，

DSP微处理器的第一A/D信号输入端与阴极水温检测电路电性连接，用于接收所述阴极水温检测电路输出的电子枪阴极的温度信号Ut；

DSP微处理器的第二A/D信号输入端，用于接收束流给定信号Ibg、功率电路输出的束流反馈信号Ibf及高压反馈信号Uhvf，并在程序中通过PID算法计算出气流量的总气流给定信号差值ΔGASg后，重新调整总气流给定信号GASg；

DSP微处理器的第三A/D信号输入端与真空检测电路电性连接，用于接收所述真空检测电路输出的真空室中的真空度信号Uv，DSP微处理器根据检测真空室的真空度Uv与总气流给定信号GASg、束流反馈信号Ibf进行比较；

DSP微处理器的I/O端口与漏束检测电路电性连接，用于接收所述漏束检测电路输出的真空室中的多个漏束信号，并在判断出漏束位置后将故障信号传输给工控机；

DSP微处理器的第一D/A信号输出端与直流电源PWM控制电路电性连接，用于将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路；

DSP微处理器的第二D/A信号输出端与气流量分配控制电路电性连接，用于将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号输出到所述气流量分配控制电路；

所述功率电路的第一输入端与所述直流电源PWM控制电路电性连接，用于接收经所述直流电源PWM控制电路调整的PWM信号；

所述功率电路的第二输入端与逆变电源PWM控制电路电性连接，用于接收经所述逆变电源PWM控制电路输出的满脉宽PWM信号，且所述逆变电源PWM控制电路的输入端与所述直流电源PWM控制电路的一个输出端电性连接；

所述功率电路的正输出端通过束流采样电阻Rb接地；

所述功率电路的负输出端与冷阴极电子枪的阴极电性连接。

进一步地，所述逆变电源PWM控制电路用于接收直流电源PWM控制电路发出的高电平启动信号Uon；

还用于检测所述功率电路中高压功率变压器原边绕组的电流、电压信号，并与设定值进行比较，当检测到高压功率变压器原边绕组的电流、电压信号超过设定值，所述逆变电源PWM控制电路向直流电源PWM控制电路输出过流过压信号Up。

进一步地，所述直流电源PWM控制电路用于接收DSP微处理器输出的高压给定信号Uhvg、功率电路输出的高压反馈信号Uhvf，并在通过内部PID电路调节PWM脉冲宽度，将经过调整的PWM信号输出给所述功率电路；

还用于接收功率电路输出的束流反馈信号Ibf，并与设定的过流保护值进行比较，当所述束流反馈信号Ibf小于过流保护值时，正常输出PWM信号；

还用于接收所述逆变电源PWM控制电路输出的过流过压信号Up，当检测到过流过压信号Up存在时，所述直流电源PWM控制电路关闭PWM信号输出。

进一步地，所述真空检测电路包括与真空室电性连接的高真空规和低真空规，及高真空规和低真空规连接的真空计，所述真空计与DSP微处理器电性连接，用于将高真空规、低真空规检测的真空度Uv传输给所述DSP微处理器。

进一步地，所述气流量分配控制电路包括分别与DSP微处理器电性连接的多个分支气流量信号隔离电路和总气流量信号隔离电路，其中，

每个所述分支气流量信号隔离电路与一个分支气流量计电性连接，所述总气流量信号隔离电路与总气流量计电性连接；

每个分支气流量计通过输入气管连接装有一种气体的气瓶，通过输出气管分别接入混气装置；

所述总气流量计的输入气管混气装置连接，输出气管与冷阴极电子枪的放电腔室连接。

进一步地，所述漏束检测电路包括多路漏束信号采集电路，每个所述漏束信号采集电路的输入端与安装于束流导引通道上的漏束传感器电性连接，输出端将采集到的信号通过真空航插传输给所述DSP微处理器的I/O端口；

所述漏束传感器包括与束流导引通道绝缘安装的金属极板，及安装在金属极板上的采样电阻和压敏电阻，采样电阻与压敏电阻并联后一端接地，另外一端与金属极板连接，漏束检测信号由该连接点输出给所述漏束信号采集电路。

进一步地，所述阴极水温检测电路包括与DSP微处理器电性连接的信号隔离放大电路，及与所述信号隔离放大电路电性连接的温度传感器，所述温度传感器安装于冷阴极电子枪的阴极出水口处。

进一步地，所述功率电路包括依次电性连接的工频整流滤波电路、第一级逆变电路、隔离变压器、低压整流电路、第二级逆变电路、高压功率变压器、高压整流滤波电路和高压采样电路，其中，

所述工频整流滤波电路的输入端与三相380V工频电网连接，用于将380V工频交流电转化成为直流电A；

所述第一级逆变电路的第一输入端与所述工频整流滤波电路电性连接，用于将直流电A转化为交流电A，第二输入端与所述直流电源PWM控制电路电性连接，用于调整交流电A的脉冲宽度；

所述隔离变压器的原边绕组与所述第一级逆变电路的输出端电性连接，副边绕组与所述低压整流电路的输入端电性连接；

所述低压整流电路用于将交流电A转化成直流电B；

所述第二级逆变电路的第一输入端与所述低压整流电路的输出端电性连接，用于将直流电B转化成交流电B，第二输入端与所述逆变电源PWM控制电路电性连接，用于控制所述第二级逆变电路中功率开关器件的工作；

所述高压功率变压器的原边绕组与所述第二级逆变电路的输出端电性连接，用于将交流电B升压到设定的高压交流电A，副边绕组与所述高压整流滤波电路电性连接；

所述高压整流滤波电路用于将高压交流电A整流滤波成高压直流C，所述高压整流滤波电路的正输出端通过束流采样电阻Rb接地，负输出端与冷阴极电子枪的阴极电性连接；

所述高压采样电路并联在所述高压整流滤波电路的正输出端与负输出端之间。

进一步地，所述高压采样电路包括串联的分压电阻Ra与采样电阻R0，其中，

所述分压电阻Ra的另一端与所述高压整流滤波电路的负输出端电性连接，所述分压电阻Ra的另一端与所述采样电阻R0的一端连接，所述高压反馈信号Uhvf的反馈点接在所述分压电阻Ra与所述采样电阻R0的连接点；

所述采样电阻R0的另一端与所述高压整流滤波电路的正输出端电性连接，所述束流反馈信号Ibf的反馈点接在所述采样电阻R0和所述采样电阻Rb之间。

一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置的控制方法，包括以下步骤：

S001，参数设置：在工控机的人机交互界面设置冷阴极电子束电压、束流、阴极水温过热报警值、真空度报警值、总气流量、多个分支气流量给定量及其气体种类；

S002，放电气体输入：当真空度达到设定值，操作人员在工控机人机交互界面按下“启动按键”，工控机将数据传输到DSP微处理器，DSP微处理器将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号输入到由多路气流量计组成的混气装置，混气装置将混合后的放电气体，送入到冷阴极电子枪的放电腔室内；

S003，漏束故障检测：DSP微处理器将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路，直流电源PWM控制电路根据设定要求，向第一级逆变电路输出PWM信号，第一级逆变电路工作；并且，直流电源PWM控制电路向逆变电源PWM控制电路发出高电平启动信号Uon，逆变电源PWM控制电路向第二级逆变电路输出PWM信号，使功率电路正常工作；逐渐加大施加在冷阴极电子枪阴极上的负高压；同时DSP微处理器检测多个漏束信号，当出现一路或多路漏束信号为高电平时，确定发生漏束故障，DSP微处理器将高压给定信号Uhvg设定为零，传输给直流电源PWM控制电路，直流电源PWM控制电路停止输出PWM信号，并将逆变电源PWM控制电路启动信号Uon设置为低电平，逆变电源PWM控制电路停止输出PWM信号，第二级逆变电路停止工作；DSP微处理器向工控机发出漏束故障报警信号，并在工控机人机交互界面上予以显示；

S004，按照设定参数工作：当没有漏束故障发生时，所述直流电源PWM控制电路根据Uhvg和高压反馈信号Uhvf的差值，采用PID调节电路调整输出的PWM脉冲宽度，从而调整第一级逆变电路输出脉冲电压宽度，继而改变低压整流电路输出；第二级逆变电路满脉宽输出，使得经过高压功率变压器升压、高压整流滤波电路后的高压直流C得到调节；同时束流给定Ibg与束流反馈信号Ibf输入到DSP微处理器，DSP微处理器采用PID控制算法，调节总气流给定信号GASg，使冷阴极电子枪束流输出保持稳定；

S005，运行过程故障检测：DSP微处理器检测阴极冷却水温度信号Ut、真空室真空度信号Uv，以及多个漏束信号，当DSP微处理器判断出发生阴极过热、真空室真空度信号Uv大于设定值、一个或多个漏束信号为高电平，则DSP微处理器向工控机发出相应报警信号，在人机交互界面予以显示；当出现漏束故障，不但需要在人机交互界面显示报警信号，还需要将高压给定信号Uhvg设置为零，关闭功率电路的电压输出；

S006，运行停止：工控机未检测到“停止”信号，则重复S004、S005，当操作人员在工控机人机交互界面按下“停止按键”，工控机将停止信号传输给DSP微处理器，DSP微处理器将所输出的Uhvg设置为零，使功率电路的电压输出为零；DSP微处理器在高压关闭数分钟后，将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号均设置为零，使混气装置停止向冷阴极电子枪放电腔室输气，DSP微处理器处于待机状态。

综上，本发明具有以下优点：

(1)通过漏束检测电路将强磁偏转系统中漏束传感器检测信号引入到DSP微处理器中，当检测到漏束信号出现时，即束流导引通道存在漏束现象，关闭电源装置的电压输出，以保护束流导引通道及金属蒸发镀膜装置，从而保障镀膜过程正常进行；

(2)DSP微处理器可以检测束流反馈值、真空室真空度、高压反馈值、气流量，判断出是否出现惰性气体清除效应，当出现惰性气体清除效应，发出报警信号，提示操作人员清理冷阴极电子枪的阴极；

(3)通过控制方法可以在工控机的人机交互界面设置各种工艺参数、显示反馈高压、束流、真空度、气流量、报警信号等参数，操作维护简洁；

(4)所述控制方法可以在DSP控制程序中列出各种气体产生束流对应的气流量、电压值的数值表，在正常工作时与束流给定信号、束流反馈信号、设定气体种类、设定气体流量、设定电压进行比较，获得经过PID调解的气流量给定信号，维持稳定的束流输出，保障金属蒸发镀膜过程的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置的方框图。

图2是图1中气流量控制电路的示意图。

图3是图1中漏束检测电路的示意图。

图4是本发明一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪电源装置的控制方法的流程图。

图中：1、DSP微处理器；2、工控机；3、直流电源PWM控制电路；4、逆变电源PWM控制电路；5、真空检测电路；502、高真空规；503、低真空规；6、气流量分配控制电路；601、总气流量信号隔离电路；602、总气流量计；603、分支气流量信号隔离电路A；604、分支气流量计A；605、分支气流量信号隔离电路B；606、分支气流量计B；607、分支气流量信号隔离电路C；608、分支气流量计C；7、漏束检测电路；701、漏束信号采集电路A；702、漏束信号采集电路B；703、漏束信号采集电路C；704、漏束信号采集电路D；8、阴极；801、阴极的进水口；802、阴极的出水口；9、阳极；10、束流导引通道；100、整体控制电路；101、漏束传感器A；102、漏束传感器B；103、漏束传感器C；104、漏束传感器D；11、放电腔室；12、阴极水温检测电路；13、工频整流滤波电路；14、第一级逆变电路；15、隔离变压器；16、低压整流电路；17、第二级逆变电路；18、高压功率变压器；19、高压整流滤波电路；1901、负输出端；1902、正输出端；20、高压采样电路；22、真空航插；2201、漏束信号A与DSP微处理器的连接导线；2202、漏束信号B与DSP微处理器的连接导线；2203、漏束信号C与DSP微处理器的连接导线；2204、漏束信号D与DSP微处理器的连接导线；200、功率电路；300、冷阴极电子枪；400、真空室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参阅图1至3，本发明提供了一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，包括分别与真空室和冷阴极电子枪电性连接的整体控制电路100，与所述整体控制电路100电性连接且用于驱动所述冷阴极电子枪的功率电路200，所述整体控制电路100用于阴极电子枪的束流调控与运行状态监控，包括DSP微处理器1，其中，

DSP微处理器1的第一A/D信号输入端与阴极水温检测电路12电性连接，用于接收所述阴极水温检测电路12输出的电子枪阴极8的温度信号Ut；

DSP微处理器1的第二A/D信号输入端，用于接收束流给定信号Ibg、功率电路输出的束流反馈信号Ibf及高压反馈信号Uhvf，并在程序中通过PID算法计算出气流量的总气流给定信号差值ΔGASg后，重新调整总气流给定信号GASg；

DSP微处理器1的第三A/D信号输入端与真空检测电路5电性连接，用于接收所述真空检测电路5输出的真空室400中的真空度信号Uv，DSP微处理器1根据检测真空室400的真空度Uv与总气流给定信号GASg、束流反馈信号Ibf进行比较；

DSP微处理器1的I/O端口与漏束检测电路7电性连接，用于接收所述漏束检测电路7输出的真空室400中的多个漏束信号，并在判断出漏束位置后将故障信号传输给工控机2；

DSP微处理器1的第一A/D信号输出端与直流电源PWM控制电路3电性连接，用于将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路3；

DSP微处理器1的第二A/D信号输出端与气流量分配控制电路6电性连接，用于将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号输出到所述气流量分配控制电路6；

所述功率电路200的第一输入端与所述直流电源PWM控制电路3电性连接，用于接收经所述直流电源PWM控制电路3调整的PWM信号；

所述功率电路200的第二输入端与逆变电源PWM控制电路4电性连接，用于接收经所述逆变电源PWM控制电路4输出的满脉宽PWM信号，且所述逆变电源PWM控制电路4的输入端与所述直流电源PWM控制电路3的一个输出端电性连接；

所述功率电路200的正输出端1902通过束流采样电阻Rb接地；

所述功率电路200的负输出端1901与冷阴极电子枪的阴极8电性连接。

下面以具体的实施例进行说明：

请参阅图1至图3，所述DSP微处理器1用于接收工控机2的设定的参数信号，将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路3，并将总气流给定信号GASg、分支气流给定信号GASg1…GASgn输出到气流量分配控制电路6；同时，DSP微处理器1接收束流给定信号Ibg与束流反馈信号Ibf，在程序中通过PID算法，计算出气流量的总气流给定信号差值ΔGASg，重新调整总气流给定信号GASg，使输出束流稳定；

所述DSP微处理器1还用于接收真空检测电路5输出的真空室400的真空度信号Uv，DSP微处理器1根据检测真空室400的真空度Uv与总气流给定信号GASg、束流反馈信号Ibf进行比较，当出现气流给定超过0.5L/min，真空度大于10Pa，束流小于200mA，则判断冷阴极电子枪300内部发生惰性气体清除效应，将冷阴极电子枪300无法正常工作信号传输给工控机2，提示操作人员需要及时清理阴极8、放电腔室11内壁、阳极9；

所述DSP微处理器1还用于接收漏束检测电路7输出的漏束信号id1、漏束信号id2、漏束信号id3、漏束信号id4，当检测到所述漏束信号其中之一或多个均为高电平时，DSP微处理器1将输出的高压给定信号Uhvg设置为0，关闭高压输出，切断束流，保护束流导引通道10；同时DSP微处理器1根据检测到漏束信号，判断出漏束位置，将故障信号传输给工控机2，提示操作人员进行维修；

所述DSP微处理器1还用于接收阴极水温检测电路12输出的温度信号Ut，DSP微处理器1根据检测的水温信号Ut与设定值进行比较，判断水温超过设定值，将阴极8过热信号传输给工控机2，提示操作人员检查系统是否出现故障。

需要说明的是，本实施例中，所述工控机2用于在其人机操作界面上设定高压给定信号Uhvg、总气流给定信号GASg、分支气流给定信号GASg1…GASgn，以及设定分支气流给定种类；所述工控机2还用于在其人机操作界面上显示高压反馈信号Uhvf、束流反馈信号Ibf、漏束信号id1、漏束信号id2、漏束信号id3、漏束信号id4、输阴极水温检测电路出的温度信号Ut、真空室真空度信号Uv。

所述直流电源PWM控制电路3接收DSP微处理器1输出的高压给定信号Uhvg、高压反馈信号Uhvf通过其内部PID电路调节PWM脉冲宽度，并将经过调整的PWM信号输出到第一级逆变电路14，调整第一级逆变电路14输出的20kHz交流电A的脉冲宽度；从而改变低压整流电路输出的直流电B，继而维持稳定的高压输出；

所述直流电源PWM控制电路3还用于接收束流反馈信号Ibf，当检测到束流反馈信号很大，远超过设定过流保护值时，所述直流电源PWM控制电路3将关闭PWM信号输出数ms，直到束流反馈信号Ibf小于设定过流保护值时，PWM信号恢复正常输出。

所述逆变电源PWM控制电路4输出满脉宽PWM信号，控制第二级逆变电路17中功率开关器件工作；所述逆变电源PWM控制电路4还用于检测高压功率变压器18原边绕组的电流、电压信号，当检测到高压功率变压器18原边绕组的电流、电压信号超过设定值，所述逆变电源PWM控制电路4向直流电源PWM控制电路3输出过流过压信号Up，当直流电源PWM控制电路3检测到过流过压信号Up存在时，关闭直流电源PWM控制电路3的PWM信号输出，保护电源。

所述真空检测电路5由真空计、高真空规502、低真空规503组成，真空计联接高真空规502、低真空规503，真空计将高真空规502、低真空规503检测的真空度Uv输入到DSP微处理器1。

请参阅图2，所述气流量分配控制电路6由总气流量信号隔离电路601和总气流量计602、分支气流量信号隔离电路A603和分支气流量计A604、分支气流量信号隔离电路B605和分支气流量计B606、分支气流量信号隔离电路C607和分支气流量计C608等组成；

所述分支气流量计A603、分支气流量计B605、分支气流量计C607等输入气管分别连接装有不同种类气体的气瓶；

所述分支气流量计A604、分支气流量计B606、分支气流量计C608等输出气管分别接入混气装置609，混气装置609再通过气管接入到总气流量计602，总气流量计602的输出气管联接到冷阴极电子枪300的放电腔室11；通过调节所述DSP微处理器1输出的总气流给定信号GASg大小，可以调节输入到冷阴极电子枪300的放电腔室11内混合气流量，从而调节冷阴极电子枪300的输出束流。

进一步需要明确的是，在其它实施例中，分支气流量计可以根据工艺需求进行扩展到n路。

请参阅图3，所述漏束检测电路7包括漏束信号采集电路A701、漏束信号采集电路B702、漏束信号采集电路C703、漏束信号采集电路D704；漏束信号采集电路A701联接漏束传感器A101、漏束信号采集电路B702联接漏束传感器B102、漏束信号采集电路C703联接漏束传感器C103、漏束信号采集电路D704联接漏束传感器D104；

所述漏束传感器安装于束流导引通道10上；

所述漏束传感器A101由与束流导引通道10绝缘的金属极板S101、采样电阻R101、压敏电阻RT101组成，采样电阻R101与压敏电阻RT101并联后一端接地，另外一端与金属极板S101连接，漏束检测信号id1由漏束信号A与DSP微处理器的连接导线2201输出；

所述漏束传感器B102由与束流导引通道10绝缘的金属极板S102、采样电阻R102、压敏电阻RT102组成，采样电阻R102与压敏电阻RT102并联后一端接地，另外一端与金属极板S102连接，漏束检测信号id2由漏束信号B与DSP微处理器的连接导线2202输出；

所述漏束传感器C103由与束流导引通道10绝缘的金属极板S103、采样电阻R103、压敏电阻RT103组成，采样电阻R103与压敏电阻RT103并联后一端接地，另外一端与金属极板S103连接，漏束检测信号id3由漏束信号C与DSP微处理器的连接导线2203输出；

所述漏束传感器D104由与束流导引通道10绝缘的金属极板S104、采样电阻R104、压敏电阻RT104组成，采样电阻R104与压敏电阻RT104并联后一端接地，另外一端与金属极板S104连接，漏束检测信号id4由漏束信号D与DSP微处理器的连接导线2204输出；

所述漏束检测电路7将采集到的信号通过真空航插22由真空室400内部输入到其外部的DSP微处理器1。

请参阅图1，所述阴极水温检测电路12由温度传感器与信号隔离放大电路组成，其中温度传感器安装于阴极8的出水口802。

请参阅图1，所述功率电路200包括工频整流滤波电路13、第一级逆变电路14、隔离变压器15、低压整流电路16、第二级逆变电路17、高压功率变压器18、高压整流滤波电路19、高压采样电路20、束流采样电阻Rb等；

所述工频整流滤波电路13用于将AC380V转化成直流电A；所述工频整流滤波电路13输出正端与输出负端连接第一级逆变电路14；

所述第一级逆变电路14是由4个功率开关器件组成的“H”桥电路，用于将直流电A转化成20kHz交流电A；

所述第一级逆变电路14的输出端与隔离变压器15的原边绕组联接；

所述隔离变压器15的原副边变比1:1，所述隔离变压器15的副边绕组与低压整流电路16联接；

所述低压整流电路16将交流电A转化成直流电B；所述低压整流电路16的输出端与第二级逆变电路17输入端联接；

所述第二级逆变电路17是由4个大功率开关器件组成的“H”桥电路，用于将直流电B转化成20kHz交流电B；所述第二级逆变电路17与高压功率变压器18原边联接；

所述高压功率变压器18用于将交流电B升压到设定高压交流电A；所述高压功率变压器18的副边绕组与高压整流滤波电路19联接；所述高压整流滤波电路19将高压交流电A整流滤波成高压直流C；

所述高压整流滤波电路19的正输出端1902通过束流采样电阻Rb接地；所述高压整流滤波电路19的负输出端1901联接冷阴极电子枪300的阴极8；在所述高压整流滤波电路19的正输出端1902与负输出端1901之间并联高压采样电路20；所述高压采样电路20由分压电阻Ra与采样电阻R0串联而成。

请参阅图4，本发明提供的一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪电源装置的控制方法，详细如下：

步骤S001，参数设置：在工控机2人机交互界面设置冷阴极电子束电压、束流、阴极水温过热报警值、真空度报警值、总气流量、分支气流量给定量GASg1及其气体种类、分支气流量给定量GASg2及其气体种类等参数…分支气流量给定量n及其气体种类；

步骤S002，放电气体输入：当真空度达到设定值，操作人员在工控机2人机交互界面按下“启动按键”，工控机2将数据传输到DSP微处理器1，所述DSP微处理器1将总气流给定信号GASg、分支气流给定信号GASg1…GASgn输入到由多路气流量计组成的混气装置，混气装置将混合后的放电气体，送入到冷阴极电子枪300的放电腔室11内；

步骤S003，漏束故障检测：所述DSP微处理器1将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路3，所述直流电源PWM控制电路3根据设定要求，向第一级逆变电路14输出PWM信号，第一级逆变电路14工作；并且，直流电源PWM控制电路3向逆变电源PWM控制电路4发出高电平启动信号Uon，逆变电源PWM控制电路4向第二级逆变电路17输出PWM信号，使冷阴极电子枪功率电路200正常工作；逐渐加大施加在冷阴极电子枪阴极8上的负高压；同时DSP微处理器1检测漏束信号id1、漏束信号id2、漏束信号id3、漏束信号id4，当出现一路或多路漏束信号为高电平时，确定发生漏束故障，述DSP微处理器1将高压给定信号Uhvg设定为零，传输给直流电源PWM控制电路3，直流电源PWM控制电路3停止输出PWM信号，并将逆变电源PWM控制电路4启动信号Uon设置为低电平，逆变电源PWM控制电路4停止输出PWM信号，第二级逆变电路17停止工作；DSP微处理器1向工控机2发出漏束故障报警信号，并在工控机2人机交互界面上予以显示；

步骤S004，按照设定参数工作：当没有漏束故障发生时，所述直流电源PWM控制电路3根据Uhvg和高压反馈信号Uhvf的差值，采用PID调节电路调整输出的PWM脉冲宽度，从而调整第一级逆变电路14输出脉冲电压宽度，继而改变低压整流电路16输出；第二级逆变电路17满脉宽输出，使得经过高压功率变压器18升压、高压整流滤波电路19后的高压直流C得到调节；同时束流给定Ibg与束流反馈信号Ibf输入到DSP微处理器1，DSP微处理器1采用PID控制算法，调节总气流给定信号GASg，使冷阴极电子枪300束流输出保持稳定；

步骤S005，运行过程故障检测：DSP微处理器1检测阴极8冷却水温度信号Ut、真空室400真空度信号Uv、检测漏束信号id1、漏束信号id2、漏束信号id3、漏束信号id4，当DSP微处理器1判断出发生阴极8过热、真空室400真空度信号Uv大于设定值、一个或多个漏束信号为高电平，则DSP微处理器1向工控机2发出相应报警信号，在人机交互界面予以显示；当出现漏束故障，不但需要在人机交互界面显示报警信号，还需要将高压给定信号Uhvg设置为零，关闭功率电路200的电压输出；

步骤S006，运行停止：工控机2未检测到“停止”信号，则重复步骤四、步骤五，当操作人员在工控机2人机交互界面按下“停止按键”，工控机2将停止信号传输给DSP微处理器1，DSP微处理器1将所输出的Uhvg设置为零，使功率电路200的电压输出为零；DSP微处理器1在高压关闭数分钟后，将总气流给定信号GASg、分支气流给定信号GASg1…GASgn均设置为零，使混气装置609停止向冷阴极电子枪放电腔室11输气，DSP微处理器1处于待机状态。

综上，本发明具有以下优点：

(1)通过漏束检测电路将强磁偏转系统中漏束传感器检测信号引入到DSP微处理器1中，当检测到漏束信号出现时，即束流导引通道存在漏束现象，关闭电源装置的电压输出，以保护束流导引通道及金属蒸发镀膜装置，从而保障镀膜过程正常进行；

(2)DSP微处理器1可以检测束流反馈值、真空室真空度、高压反馈值、气流量，判断出是否出现惰性气体清除效应，当出现惰性气体清除效应，发出报警信号，提示操作人员清理冷阴极电子枪的阴极；

(3)通过控制方法可以在工控机的人机交互界面设置各种工艺参数、显示反馈高压、束流、真空度、气流量、报警信号等参数，操作维护简洁；

(4)通过控制方法可以在DSP微处理器1中列出各种气体产生束流对应的气流量、电压值的数值表，在正常工作时与束流给定信号、束流反馈信号、设定气体种类、设定气体流量、设定电压进行比较，获得经过PID调解的气流量给定信号，维持稳定的束流输出，保障金属蒸发镀膜过程的稳定。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，包括分别与真空室和冷阴极电子枪电性连接的整体控制电路，与所述整体控制电路电性连接且用于驱动所述冷阴极电子枪的功率电路，所述整体控制电路用于阴极电子枪的束流调控与运行状态监控,包括DSP微处理器；

其中，DSP微处理器的第一A/D信号输入端与阴极水温检测电路电性连接，用于接收所述阴极水温检测电路输出的电子枪阴极的温度信号Ut；

DSP微处理器的第二A/D信号输入端，用于接收束流给定信号Ibg、功率电路输出的束流反馈信号Ibf及高压反馈信号Uhvf，并在程序中通过PID算法计算出气流量的总气流给定信号差值ΔGASg后，重新调整总气流给定信号GASg；

DSP微处理器的第三A/D信号输入端与真空检测电路电性连接，用于接收所述真空检测电路输出的真空室中的真空度信号Uv，DSP微处理器根据检测真空室的真空度Uv与总气流给定信号GASg、束流反馈信号Ibf进行比较；

DSP微处理器的I/O端口与漏束检测电路电性连接，用于接收所述漏束检测电路输出的真空室中的多个漏束信号，并在判断出漏束位置后将故障信号传输给工控机；

DSP微处理器的第一输D/A信号出端与直流电源PWM控制电路电性连接，用于将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路；

DSP微处理器的第二D/A信号输出端与气流量分配控制电路电性连接，用于将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号输出到所述气流量分配控制电路；

所述功率电路的第一输入端与所述直流电源PWM控制电路电性连接，用于接收经所述直流电源PWM控制电路调整的PWM信号；

所述功率电路的第二输入端与逆变电源PWM控制电路电性连接，用于接收经所述逆变电源PWM控制电路输出的满脉宽PWM信号，且所述逆变电源PWM控制电路的输入端与所述直流电源PWM控制电路的一个输出端电性连接；所述逆变电源PWM控制电路用于接收直流电源PWM控制电路发出的高电平启动信号Uon；还用于检测所述功率电路中高压功率变压器原边绕组的电流、电压信号，并与设定值进行比较，当检测到高压功率变压器原边绕组的电流、电压信号超过设定值，所述逆变电源PWM控制电路向直流电源PWM控制电路输出过流过压信号Up；

所述功率电路的正输出端通过束流采样电阻Rb接地；

所述功率电路的负输出端与冷阴极电子枪的阴极电性连接。

2.根据权利要求1所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述直流电源PWM控制电路用于接收DSP微处理器输出的高压给定信号Uhvg、功率电路输出的高压反馈信号Uhvf，并在通过内部PID电路调节PWM脉冲宽度，将经过调整的PWM信号输出给所述功率电路；

还用于接收功率电路输出的束流反馈信号Ibf，并与设定的过流保护值进行比较，当所述束流反馈信号Ibf小于过流保护值时，正常输出PWM信号；

还用于接收所述逆变电源PWM控制电路输出的过流过压信号Up，当检测到过流过压信号Up存在时，所述直流电源PWM控制电路关闭PWM信号输出。

3.根据权利要求1所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述真空检测电路包括与真空室电性连接的高真空规和低真空规，及高真空规和低真空规连接的真空计，所述真空计与DSP微处理器电性连接，用于将高真空规、低真空规检测的真空度Uv传输给所述DSP微处理器。

4.根据权利要求1所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述气流量分配控制电路包括分别与DSP微处理器电性连接的多个分支气流量信号隔离电路和总气流量信号隔离电路，其中，

每个所述分支气流量信号隔离电路与一个分支气流量计电性连接，所述总气流量信号隔离电路与总气流量计电性连接；

每个分支气流量计通过输入气管连接装有一种气体的气瓶，通过输出气管分别接入混气装置；

所述总气流量计的输入气管混气装置连接，输出气管与冷阴极电子枪的放电腔室连接。

5.根据权利要求1所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述漏束检测电路包括多路漏束信号采集电路，每个所述漏束信号采集电路的输入端与安装于束流导引通道上的漏束传感器电性连接，输出端将采集到的信号通过真空航插传输给所述DSP微处理器的I/O端口；

所述漏束传感器包括与束流导引通道绝缘安装的金属极板，及安装在金属极板上的采样电阻和压敏电阻，采样电阻与压敏电阻并联后一端接地，另外一端与金属极板连接，漏束检测信号由金属极板的连接点输出给所述漏束信号采集电路。

6.根据权利要求1所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述阴极水温检测电路包括与DSP微处理器电性连接的信号隔离放大电路，及与所述信号隔离放大电路电性连接的温度传感器，所述温度传感器安装于冷阴极电子枪的阴极出水口处。

7.根据权利要求1所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述功率电路包括依次电性连接的工频整流滤波电路、第一级逆变电路、隔离变压器、低压整流电路、第二级逆变电路、高压功率变压器、高压整流滤波电路和高压采样电路，其中，

所述工频整流滤波电路的输入端与三相380V工频电网连接，用于将380V工频交流电转化成为直流电A；

所述第一级逆变电路的第一输入端与所述工频整流滤波电路电性连接，用于将直流电A转化为交流电A，第二输入端与所述直流电源PWM控制电路电性连接，用于调整交流电A的脉冲宽度；

所述隔离变压器的原边绕组与所述第一级逆变电路的输出端电性连接，副边绕组与所述低压整流电路的输入端电性连接；

所述低压整流电路用于将交流电A转化成直流电B；

所述第二级逆变电路的第一输入端与所述低压整流电路的输出端电性连接，用于将直流电B转化成交流电B，第二输入端与所述逆变电源PWM控制电路电性连接，用于控制所述第二级逆变电路中功率开关器件的工作；

所述高压功率变压器的原边绕组与所述第二级逆变电路的输出端电性连接，用于将交流电B升压到设定的高压交流电A，副边绕组与所述高压整流滤波电路电性连接；

所述高压整流滤波电路用于将高压交流电A整流滤波成高压直流C，所述高压整流滤波电路的正输出端通过束流采样电阻Rb接地，负输出端与冷阴极电子枪的阴极电性连接；

所述高压采样电路并联在所述高压整流滤波电路的正输出端与负输出端之间。

8.根据权利要求7所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置，其特征在于，所述高压采样电路包括串联的分压电阻Ra与采样电阻R0，其中，

所述分压电阻Ra的一端与所述高压整流滤波电路的负输出端电性连接，所述分压电阻Ra的另一端与所述采样电阻R0的一端连接，所述高压反馈信号Uhvf的反馈点接在所述分压电阻Ra与所述采样电阻R0的连接点；

所述采样电阻R0的另一端与所述高压整流滤波电路的正输出端电性连接，所述束流反馈信号Ibf的反馈点接在所述采样电阻R0和所述采样电阻Rb之间。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的金属蒸发镀膜冷阴极电子枪的电源装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S001，参数设置：在工控机的人机交互界面设置冷阴极电子束电压、束流、阴极水温过热报警值、真空度报警值、总气流量、多个分支气流量给定量及其气体种类；

S002，放电气体输入：当真空度达到设定值，操作人员在工控机人机交互界面按下“启动按键”，工控机将数据传输到DSP微处理器，DSP微处理器将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号输入到由多路气流量计组成的混气装置，混气装置将混合后的放电气体，送入到冷阴极电子枪的放电腔室内；

S003，漏束故障检测：DSP微处理器将高压给定信号Uhvg输出到直流电源PWM控制电路，直流电源PWM控制电路根据设定要求，向第一级逆变电路输出PWM信号，第一级逆变电路工作；并且，直流电源PWM控制电路向逆变电源PWM控制电路发出高电平启动信号Uon，逆变电源PWM控制电路向第二级逆变电路输出PWM信号，使功率电路正常工作；逐渐加大施加在冷阴极电子枪阴极上的负高压；同时DSP微处理器检测多个漏束信号，当出现一路或多路漏束信号为高电平时，确定发生漏束故障，DSP微处理器将高压给定信号Uhvg设定为零，传输给直流电源PWM控制电路，直流电源PWM控制电路停止输出PWM信号，并将逆变电源PWM控制电路启动信号Uon设置为低电平，逆变电源PWM控制电路停止输出PWM信号，第二级逆变电路停止工作；DSP微处理器向工控机发出漏束故障报警信号，并在工控机人机交互界面上予以显示；

S004，按照设定参数工作：当没有漏束故障发生时，所述直流电源PWM控制电路根据Uhvg和高压反馈信号Uhvf的差值，采用PID调节电路调整输出的PWM脉冲宽度，从而调整第一级逆变电路输出脉冲电压宽度，继而改变低压整流电路输出；第二级逆变电路满脉宽输出，使得经过高压功率变压器升压、高压整流滤波电路后的高压直流C得到调节；同时束流给定Ibg与束流反馈信号Ibf输入到DSP微处理器，DSP微处理器采用PID控制算法，调节总气流给定信号GASg，使冷阴极电子枪束流输出保持稳定；

S005，运行过程故障检测：DSP微处理器检测阴极冷却水温度信号Ut、真空室真空度信号Uv，以及多个漏束信号，当DSP微处理器判断出发生阴极过热、真空室真空度信号Uv大于设定值、一个或多个漏束信号为高电平，则DSP微处理器向工控机发出相应报警信号，在人机交互界面予以显示；当出现漏束故障，不但需要在人机交互界面显示报警信号，还需要将高压给定信号Uhvg设置为零，关闭功率电路的电压输出；

S006，运行停止：工控机未检测到“停止”信号，则重复S004、S005，当操作人员在工控机人机交互界面按下“停止按键”，工控机将停止信号传输给DSP微处理器，DSP微处理器将所输出的Uhvg设置为零，使功率电路的电压输出为零；DSP微处理器在高压关闭数分钟后，将总气流给定信号GASg、多个分支气流给定信号均设置为零，使混气装置停止向冷阴极电子枪放电腔室输气，DSP微处理器处于待机状态。

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