CN112835405B - 一种可调触发板及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调触发板及其控制方法，此可调触发板具体包括电源单元和集成应用电路单元，集成应用电路单元的输入端与电源单元的输出端相连；电源单元包括直流稳压源电路和RC串并联电路，RC串并联电路包括可调电阻R01、电阻R02和电容C2，可调电阻R01的一端与直流稳压源电路的一输出端相连，可调电阻R01的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端则与直流稳压源电路的另一输出端相连，电阻R02的一端与可调电阻R01的另一端相连，另一端则与地相连；集成应用电路单元包括一路以上的集成应用电路，当集成应用电路为多路时，多路集成应用电路相互并联。本发明具有电压及输出电流可调、安全可靠、操作简便且易于实现等优点。

Description

一种可调触发板及其控制方法
技术领域
本发明主要涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种可调触发板及其控制方法。
背景技术
扩散炉和CVD炉(Chemical Vapor Deposition，中文全称为化学气相淀积)是半导体加工中的核心设备。在工艺上，扩散炉用于制造PN结，CVD炉为镀膜沉积设备，已经被广泛应用，特别适用于对结深、膜厚和均匀性指标要求高的场合。其中现有的CVD炉设备和扩散炉设备在生产中进行调功时，触发板根据要求的温度来控制可控硅的导通、关断和加热速率。但是目前的触发板在应用时存在以下问题:
1、随着技术的发展，炉体的长度和直径不断增加，功率变大，现有的触发板已经无法满足要求，供压过小导致容易烧坏电路；现有供电输出端的电压是固定的，在不改变供电电源和稳压块选型的情况下，无法改变电压的大小，有局限性。
2、现有触发板稳压电路的稳压块很容易烧坏，选用的稳压器为L7809。原因是稳压块的输入电压为24V，输出电压为9V，稳压块上的压差为15V，远超过了供电电压与稳压块的压差在3-7V范围内的技术要求。
3、市场上现有触发板的应用电路中，有一个电位器，此电位器控制信号所在支路的电流大小。实际应用中，此电位器直接接地，无其他保护，一旦损坏时就会断路，导致整个电路不能运行。
4、输出端选用自恢复保险，对电路敏感度低、动作时间慢、老化时间快、容易漏电流，且不利于更换。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种电压可调、操作简便且易于实现的可调触发板及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种可调触发板，包括电源单元和集成应用电路单元，所述集成应用电路单元的输入端与所述电源单元的输出端相连；所述电源单元包括直流稳压源电路和RC串并联电路，所述RC串并联电路包括可调电阻R01、电阻R02和电容C2，所述可调电阻R01的一端与直流稳压源电路的一输出端相连，可调电阻R01的另一端与电容C2的一端相连，所述电容C2的另一端则与直流稳压源电路的另一输出端相连，所述电阻R02的一端与可调电阻R01的另一端相连，另一端则与地相连；所述集成应用电路单元包括一路以上的集成应用电路，当所述集成应用电路为多路时，多路集成应用电路相互并联。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述直流稳压源电路包括稳压二极管VD1、三端稳压块TS和二极管VD，其中VD1的正极接输入正极，负极与三端稳压块TS的输入端相连，三端稳压块TS的输出端与可调电阻R01的一端相连，所述三端稳压块TS的中间端与电阻R02的一端相连。
还包括电容C1和C3，所述二极管VD的正极与可调电阻R01的另一端相连，负极与三端稳压块TS的输出端相连；所述电容C1的一端与稳压二极管VD1的负极相连，另一端与输入负极相连，所述电容C3的一端与三端稳压块TS的输出端相连，另一端与输入负极相连。
所述集成应用电路包括依次相连的波形发生器、电压跟随器、差分比例运算电路、电压比较电路和光耦隔离输出电路。
所述波形发生器包括迟滞比较器OP1，所述迟滞比较器OP1的同相输入端经电阻R011、电阻R11与电源单元的输出正极相连，所述迟滞比较器OP1的反相输入端经电容C4、电阻R12与电源单元的输出负极相连，所述迟滞比较器OP1的输出端依次经电阻R013和R014与其反相输入端相连，所述迟滞比较器OP1的同相输入端依次经R012和R013与迟滞比较器OP1的输出端相连；所述电压跟随器的同相输入端与所述迟滞比较器OP1的反相输入端相连。
所述差分比例运算电路包括运算放大器OP3、电阻R14、R15、R021、R022、R024、R025和电位器R023，所述运算放大器OP3的同相输入端依次经电阻R021和R024与电源单元的输出负极相连，所述电阻R021和R024的连接点与电位器R023的一端相连，所述电位器R023的另一端与地相连，所述运算放大器OP3的反相输入端连接至电阻R022的一端，所述电阻R022的另一端经电阻R14与电源单元的输出正极相连，所述电阻R022的另一端经电阻R15与电源单元的输出负极相连，所述运算放大器OP3的反相输入端经电阻R025与运算放大器OP3的输出端相连。
其中各电阻的阻值关系为R021＝R022，R024＝R025。
所述电压比较电路包括电压比较器OP4，所述电压比较器OP4的同相输入端接运算放大器OP3的输出端，所述电压比较器OP4的反相输入端接电压跟随器的输出端，所述电压比较器OP4的输出端依次串联有电阻R16和二极管VD2。
所述光耦隔离输出电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端与电压比较电路的输出端相连，所述光电耦合器的输出端依次串联有电阻R17和保护模块，所述保护模块为熔断体。
本发明还公开了一种基于如上所述的可调触发板的控制方法，包括步骤：
先调整可调电阻R01，使以电源单元输出稳定的符合集成应用电路单元要求的预设电压；
当负载功率小于预设功率且只有单一温区时，采取独立工作模式：电源单元与单个集成应用电路串联；
当负载功率大于预设功率且有多个温区时，采取并联工作模式：多个集成应用电路并联后，再与电源单元串联。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在电源单元的直流稳压源电路中加入电位器变阻实现供电可调，能提供不同大小的电压，不需要更换供电直流源和稳压块，操作简便且易于实现。
本发明的波形发生器的结构，相较于目前需要两个运放的锯齿波发生器，仅需一个迟滞比较器OP1，结构简单；其中电压跟随器OP2的同相输入端与迟滞比较器OP1的反相输入端相连，电压跟随器OP2起到缓冲和隔离的作用，解决电压过大、波形失真等隐患。
本发明的差分比例运算电路，通过在电位器上并入一个电阻，可更有效的控制其输入，起到调流的效果；相较于原有设计中直接用电位器，本发明起到了保护作用，当只有电位器损坏时，电路依旧导通，且不会因为阻值过大或过小而损坏电路中的其他元器件。
本发明的光耦隔离输出电路中，选用熔断体作为保护模块，其成本低，灵敏度高，当电路发生故障时，相较于逐渐老化的自恢复保险，保护电路的准确性更强。
附图说明
图1为本发明的电源单元在实施例的电路原理图。
图2为本发明的集成应用电路在实施例的电路原理图。
图3为本发明的波形发生器和电压跟随器在实施例的电路原理图。
图4为本发明的差分比例运算电路在实施例的电路原理图。
图5为本发明的电压比较电路在实施例的电路原理图。
图6为本发明的光耦隔离输出电路在实施例的电路原理图。
图7为本发明的可调触发板在实施例的原理框图。
图中标号表示：1、电源单元；2、集成应用电路单元；21、集成应用电路；211、波形发生器；212、电压跟随器；213、差分比例运算电路；214、电压比较电路；215、光耦隔离输出电路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1-7所示，本实施例的可调触发板，适用于氧化扩散炉、CVD炉等设备中，具体包括电源单元1和集成应用电路单元2，集成应用电路单元2的输入端与电源单元1的输出端相连；集成应用电路单元2包括一路以上的集成应用电路21，当集成应用电路21为多路时，多路集成应用电路21相互并联；电源单元1包括直流稳压源电路和RC串并联电路；直流稳压源电路包括稳压二极管VD1、三端稳压块TS和二极管VD，其中VD1的正极接输入正极，负极与三端稳压块TS的输入端相连，三端稳压块TS的输出端与可调电阻R01的一端相连，三端稳压块TS的中间端与电阻R02的一端相连；RC串并联电路包括可调电阻R01、电阻R02和电容C2，可调电阻R01的一端与直流稳压源电路的一输出端相连，可调电阻R01的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端则与直流稳压源电路的另一输出端相连，电阻R02的一端与可调电阻R01的另一端相连，另一端则与地相连；电源单元1还包括电容C1和C3，二极管VD的正极与可调电阻R01的另一端相连，负极与三端稳压块TS的输出端相连；电容C1的一端与稳压二极管VD1的负极相连，另一端与输入负极相连；电容C3的一端与三端稳压块TS的输出端相连，另一端与输入负极相连。其中C1和C2相配合以防止过压；电容C3用于改善电源单元1的暂态响应问题；其中二极管VD的并入以防止调整端短路，从而进行保护。另外，在C3的两端各接一个端子，以备和万用表相接，或是安装一个微型电压表，用来观察电压的大小。经过测试，调整可调电阻R01，电压均有变化，当可调电阻R01固定阻值后，电压稳定不变；通过调整可调电阻R01，可以得到所需要的电压值。
在一具体实施例中，集成应用电路21包括依次相连的波形发生器211、电压跟随器212、差分比例运算电路213、电压比较电路214和光耦隔离输出电路215。在直流源供电后，通过调可调电阻R01的阻值，得到需要的电压大小。输出电压通过波形发生器211产生锯齿波后，再经电压跟随器212缓冲隔离以及温控仪器输出后，经差分比例运算电路213调整放大后，一起输入电压比较电路214，二极管过零触发，经光耦隔离输出电路215来进行输出控制。
具体地，波形发生器211包括迟滞比较器OP1，迟滞比较器OP1的同相输入端经电阻R011、电阻R11与电源单元1的输出正极相连，迟滞比较器OP1的反相输入端经电容C4、电阻R12与电源单元1的输出负极相连，迟滞比较器OP1的输出端依次经电阻R013和R014后与其反相输入端相连，迟滞比较器OP1的同相输入端依次经R012和R013与迟滞比较器OP1的输出端相连。相较于目前需要两个运放的锯齿波发生器，本实施例的波形发生器211仅需一个迟滞比较器OP1，结构简单；其中电压跟随器OP2的同相输入端与迟滞比较器OP1的反相输入端相连，电压跟随器OP2起到缓冲和隔离的作用，解决电压过大、波形失真等隐患。
当电源接通时，电容C4上没有电压,即起始电压为0，通过R013和R014对电容进行充电，C4上的电压Uc呈指数规律增加。经过一定的时间，当C4上的电压Uc大于或等于迟滞比较器OP1的同相输入端对地电压U+时，C4通过R014放电。迟滞比较器OP1的反相输入端与输出端相连，加强了负反馈，在输出接近极限时起保护作用，可以退出饱和，输出有限的电压。此时电容C4反复的充放电，Uc在振荡，电压在U+附近徘徊，产生锯齿波。
为了将输入差动信号转为单端信号，必须用差分比例运算电路213。具体地，差分比例运算电路213包括运算放大器OP3、电阻R14、R15、R021、R022、R024、R025和电位器R023，运算放大器OP3的同相输入端依次经电阻R021和R024与电源单元1的输出负极相连，电阻R021和R024的连接点与电位器R023的一端相连，电位器R023的另一端与地相连，运算放大器OP3的反相输入端连接至电阻R022的一端，电阻R022的另一端经电阻R14与电源单元1的输出正极相连，电阻R022的另一端经电阻R15与电源单元1的输出负极相连，运算放大器OP3的反相输入端经电阻R025与运算放大器OP3的输出端相连。
考虑到限流保护等问题，故在反相输入端加上了电阻R14、R15。按照常规的差分比例运算电路213，为保证输入端对地电阻的平衡，防止共模抑制比降低，要求R021＝R022,R024＝R025；电路刚导通时，需要使R023阻值接近于0。之后再通过调整电位器R023，控制差分比例运算电路213的电压放大倍数。
具体地，电压比较电路214包括电压比较器OP4，电压比较器OP4的同相输入端接运算放大器OP3的输出端，电压比较器OP4的反相输入端接电压跟随器OP2的输出端，电压比较器OP4的输出端依次串联有电阻R16和二极管VD2。在输出端加上电阻R16，可将电压转换为电流，再和二极管VD2搭配，利用二极管VD2的开关特性，来实现过零触发。为便于观察输出电平的变化情况，参考各种环境，最终决定选用绿光或蓝光的发光二极管VD2，如图5所示。利用光能散发的原理，当电压比较器OP4的同相输入端电压大于反相输入端电压时，输出正向电压，处于正向工作状态，二极管导通，其中发光的强弱与电压有关；当同相输入端电压小于反相输入端电压时，输出饱和负电压，此时二极管不发光。
具体地，光耦隔离输出电路215包括光电耦合器，光电耦合器的输入端与电压比较电路214的输出端相连，光电耦合器的输出端依次串联有电阻R17和保护模块，保护模块为熔断体。由于光电耦合器的输入与输出间没有电气联接，实现相互隔离，使电信号在传输过程中具有单向性、绝缘性、抗干扰性；而且输入回路和输出回路间能够承受数千伏特的高电压，有好的安全保障性。输出端上加电阻R17能限制电流。考虑到电子器件承受过载的能力是有限的，当故障发生、负载不稳定或短路时能进行保护，所以需要加上保护模块。具体选用熔断体是因为其成本低，灵敏度高，便于更换。
本发明采用全新的过零触发板，在稳压电源中加入了电阻、电位器，通过调整电流实现调压，解决电压固定而无法调整选取合适的工作电压的问题。在集成应用电路21中将电位器改成电阻，同时并入一个电位器，为差分放大提供保障；同时用熔断体替换自恢复保险，既节省响应时间，也提高触发板工作时的稳定性。
本发明还公开了一种基于如上所述的可调触发板的控制方法，包括步骤：
先调整可调电阻R01，使以电源单元1输出稳定的符合集成应用电路单元2要求的预设电压；
当负载功率小于预设功率且只有单一温区时，采取独立工作模式：电源单元1与单个集成应用电路21串联；
当负载功率大于预设功率且有多个温区时，采取并联工作模式：多个集成应用电路21并联后，再与电源单元1串联。
下面结合一具体实施例对上述发明做进一步说明：
本发明的工作模式及给定值设定：本发明触发板有独立工作模式和并联工作模式。
工作时，首先通过调整可调电阻R01，通过观察电压表或万用表上电压的大小来获取所需要的作用于集成电路的电压的大小，为保证差分比例运算电路213的稳定，电位器R023必须调到最小值，近似于0。
以炉体加热为例，当触发板对接小功率，只有单一温区的炉体时，通常设置为独立工作模式，即单个稳压源与单个集成应用电路21串联，作用于单个负载。当触发板对接大功率，多温区的炉体时，采用为并联工作模式，即单个稳压源与多个并联的集成应用电路21作用于大负载。根据精度控制要求的不同，精度要求越高，则温区越多；假设炉体有n个温区，则需要并入n个集成应用电路21。接着调整各个集成应用电路21中的电位器R023，来决定加热时功率的上限，具体根据实际情况取值。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可调触发板，其特征在于，包括电源单元(1)和集成应用电路单元(2)，所述集成应用电路单元(2)的输入端与所述电源单元(1)的输出端相连；所述电源单元(1)包括直流稳压源电路和RC串并联电路，所述RC串并联电路包括可调电阻R01、电阻R02和电容C2，所述可调电阻R01的一端与直流稳压源电路的一输出端相连，可调电阻R01的另一端与电容C2的一端相连，所述电容C2的另一端则与直流稳压源电路的另一输出端相连，所述电阻R02的一端与可调电阻R01的另一端相连，另一端则与地相连；所述集成应用电路单元(2)包括一路以上的集成应用电路(21)，当所述集成应用电路(21)为多路时，多路集成应用电路(21)相互并联；
所述集成应用电路(21)包括依次相连的波形发生器(211)、电压跟随器(212)、差分比例运算电路(213)、电压比较电路(214)和光耦隔离输出电路(215)。
2.根据权利要求1所述的可调触发板，其特征在于，所述直流稳压源电路包括稳压二极管VD1、三端稳压块TS和二极管VD，其中VD1的正极接输入正极，负极与三端稳压块TS的输入端相连，三端稳压块TS的输出端与可调电阻R01的一端相连，所述三端稳压块TS的中间端与电阻R02的一端相连。
3.根据权利要求2所述的可调触发板，其特征在于，还包括电容C1和C3，所述二极管VD的正极与可调电阻R01的另一端相连，负极与三端稳压块TS的输出端相连；所述电容C1的一端与稳压二极管VD1的负极相连，另一端与输入负极相连，所述电容C3的一端与三端稳压块TS的输出端相连，另一端与输入负极相连。
4.根据权利要求1所述的可调触发板，其特征在于，所述波形发生器(211)包括迟滞比较器OP1，所述迟滞比较器OP1的同相输入端经电阻R011、电阻R11与电源单元(1)的输出正极相连，所述迟滞比较器OP1的反相输入端经电容C4、电阻R12与电源单元(1)的输出负极相连,所述迟滞比较器OP1的输出端依次经电阻R013和R014与其反相输入端相连，所述迟滞比较器OP1的同相输入端依次经R012和R013与迟滞比较器OP1的输出端相连；所述电压跟随器(212)的同相输入端与所述迟滞比较器OP1的反相输入端相连。
5.根据权利要求4所述的可调触发板，其特征在于，所述差分比例运算电路(213)包括运算放大器OP3、电阻R14、R15、R021、R022、R024、R025和电位器R023，所述运算放大器OP3的同相输入端依次经电阻R021和R024与电源单元(1)的输出负极相连，所述电阻R021和R024的连接点与电位器R023的一端相连，所述电位器R023的另一端与地相连，所述运算放大器OP3的反相输入端连接至电阻R022的一端，所述电阻R022的另一端经电阻R14与电源单元(1)的输出正极相连，所述电阻R022的另一端经电阻R15与电源单元(1)的输出负极相连，所述运算放大器OP3的反相输入端经电阻R025与运算放大器OP3的输出端相连。
6.根据权利要求5所述的可调触发板，其特征在于，其中各电阻的阻值关系为R021＝R022，R024＝R025。
7.根据权利要求6所述的可调触发板，其特征在于，所述电压比较电路(214)包括电压比较器OP4，所述电压比较器OP4的同相输入端接运算放大器OP3的输出端，所述电压比较器OP4的反相输入端接电压跟随器(212)的输出端，所述电压比较器OP4的输出端依次串联有电阻R16和二极管VD2。
8.根据权利要求7所述的可调触发板，其特征在于，所述光耦隔离输出电路(215)包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端与电压比较电路(214)的输出端相连，所述光电耦合器的输出端依次串联有电阻R17和保护模块，所述保护模块为熔断体。
9.一种基于权利要求1～8中任意一项所述的可调触发板的控制方法，其特征在于，包括步骤：
先调整可调电阻R01，使以电源单元(1)输出稳定的符合集成应用电路单元(2)要求的预设电压；
当负载功率小于预设功率且只有单一温区时，采取独立工作模式：电源单元(1)与单个集成应用电路(21)串联；
当负载功率大于预设功率且有多个温区时，采取并联工作模式：多个集成应用电路(21)并联后，再与电源单元(1)串联。
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