CN116567906B - 一种等离子系统的点火电路结构及点火保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了等离子体源领域内的一种等离子系统的点火电路结构，包括功率电路、变压器T1、变压器T2、干簧继电器KR1、电感L1、电感L2、电容C1以及整流电路；功率电路与变压器T1的主绕组连接，电容C1和电感L2的一端分别连接于变压器T1的次级绕组的两端，电容C1的另一端分别与电感L1、干簧继电器KR1的一端连接，干簧继电器KR1的另一端与变压器T2的主绕组的一端连接，变压器T2的主绕组的另一端连接于电感L2和变压器T1之间，电感L1、电感L2的另一端分别连接于整流电路，变压器T2的次级绕组与点火电路连接。该点火电路结构抗干扰能力较强，通过芯片控制调节可有效避免浪涌大电流，提高了干簧继电器的使用寿命，从而能保护精密的设备，提高系统的可靠性。

Description

一种等离子系统的点火电路结构及点火保护方法

技术领域

本发明涉及等离子体源技术领域，特别涉及一种等离子系统的点火电路结构及点火保护方法。

背景技术

在传统的等离子体源中，选择较高的点火电压以解决可能抑制点火的不利的气体条件。这些不利条件可以包括例如高气压、低气体流量、或带毒(即气体中存在污染物)、或缺乏足够的电子密度以产生初始等离子体击穿。

选择较高的点火电压以解决可能抑制点火的不利的气体条件，但是较高的点火电压会给干簧继电器带来一定程度上的浪涌电流问题。当干簧继电器闭合的瞬间，系统可能需要提供短时的的大电流脉冲，这种电流脉冲通常被称为“输入浪涌电流”，输入浪涌电流会大大缩短干簧继电器的使用寿命，导致输入的电压波形塌陷，使供电质量变差，进而影响点火的成功率。

因此，如何优化高压点火方式成为了本领域技术人员目前亟需解决的主要问题之一。

发明内容

本申请通过提供一种等离子系统的点火电路结构及点火保护方法，解决了现有技术中系统流入大电流容易损坏干簧继电器的问题，避免了浪涌大电流,提高了干簧继电器的使用寿命，以实现对点火装置和控制驱动芯片的保护作用。

本申请实施例提供了一种等离子系统的点火电路结构，包括功率电路、变压器T1、变压器T2、干簧继电器KR1、电感L1、电感L2、电容C1以及整流电路；

所述功率电路与所述变压器T1的主绕组连接，所述电容C1和所述电感L2的一端分别连接于所述变压器T1的次级绕组的两端，所述电容C1的另一端分别与所述电感L1、干簧继电器KR1的一端连接，所述干簧继电器KR1的另一端与所述变压器T2的主绕组的一端连接，所述变压器T2的主绕组的另一端连接于所述电感L2和所述变压器T1之间，所述电感L1、电感L2的另一端分别连接于所述整流电路，所述变压器T2的次级绕组与点火电路连接。

上述实施例的有益效果在于：将变压器T2并联到电感L1、电感L2的一端，系统利用变压器T1、T2进行二次升压给点火装置；相较于传统的点火电路结构，该点火电路结构结构简单，抗干扰能力较强，通过芯片控制调节可有效避免浪涌大电流，提高了干簧继电器的使用寿命，实现了对干簧继电器与点火装置的保护作用，从而能保护精密的设备，提高系统的可靠性。

在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：

在本申请其中一个实施例中，所述点火电路结构还包括控制芯片、电流互感器、电压采样电路、信号调制电路、运放比较器C、电阻R1、电阻R1，所述电流互感器设置于所述电感L1和所述电容C1之间，用以检测流入所述电感L1的电流i_L1并发送至所述控制芯片，所述变压器T1的次级绕组包括第一、第二、第三、第四引脚，所述电容C1和所述电感L2的一端分别连接于所述变压器T1的次级绕组的第一、第二引脚，所述电压采样电路与所述变压器T1的次级绕组的第三、第四引脚连接，所述电压采样电路用以采集母线电压U_S，所述电压采样电路的输出端与所述信号调制电路的输入端连接，所述信号调制电路的输出端与所述运放比较器C的第一输入端连接，所述信号调制电路用以将所述电压采样电路采集的模拟信号转换为数字信号，所述电阻R1的一端与所述运放比较器C的第二输入端连接，所述电阻R1的另一端与所述运放比较器C的输出端连接，所述电阻R2的一端与外接电源连接，所述电阻R2的另一端与所述运放比较器C的输出端连接，所述运放比较器C的输出端与所述控制芯片连接。运放比较器C的第二输入端为参考信号端Vref，电阻R1以及电阻R2可以用于调节运放比较器C的参考电压Vref。该点火电路结构将检测到的电网输入端对母线的电压U_S和运放比较器C的参考电压Vref进行比较，控制芯片根据比较结果输出干簧继电器开关驱动信号S1，控制芯片实时检测并调控电流i_L1，从而避免浪涌电流，提高了干簧继电器的使用寿命，实现了对干簧继电器与点火装置的保护作用，从而能保护精密的设备，提高系统的可靠性。

在本申请其中一个实施例中，所述整流电路由四个MOS管构成。

本申请实施例还提供了一种等离子系统的点火保护方法，基于上述的点火电路结构，包括以下步骤：

S1：所述干簧继电器KR1为断开状态，所述电流互感器实时采集所述电流i_L1并发送至所述控制芯片，所述功率电路通过所述变压器T1将输出电压放大给所述电感L2、电容C1，所述电压采集电路实时采集所述母线电压U_S并通过所述信号调制电路发送至所述运放比较器C，若所述母线电压U_S小于所述参考电压Vref，则所述运放比较器C输出驱动信号至所述控制芯片；

S2：所述控制芯片接收到所述驱动信号后则将所述电流i_L1调控至设定值Iset1；

S3：经过一定时延后所述控制芯片将所述电流i_L1调控至设定值Iset2，其中，Iset1＜Iset2，所述功率电路通过所述变压器T1、所述变压器T2向所述点火电路输出高电压。

上述实施例的有益效果在于：当等离子腔体内的气体人为点火后，即干簧继电器KR1闭合导通，此时并联在BUS端的电阻阻抗会突降，母线电压U_S也会骤降，可以通过检测到电压骤降的瞬间，来调节控制通过干簧继电器的电流i_L1，该控制方式下，干簧继电器KR1导通的瞬间，通过控制芯片将电流i_L1控制跟踪到电流设定值Iset1，从而降低通入干簧继电器的电流，避免了浪涌电流，短暂延时后再调控至电流设定值Iset2；该控制方法有效避免了系统电路中出现浪涌电流，从而提高了干簧继电器的使用寿命，以实现对点火装置和控制驱动芯片的保护作用。

在本申请其中一个实施例中，所述控制芯片通过PID调节器调控所述电流i_L1。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.该点火电路结构结构简单，抗干扰能力较强，通过芯片控制调节可有效避免浪涌大电流，提高了干簧继电器的使用寿命，实现了对干簧继电器与点火装置的保护作用，从而能保护精密的设备，提高系统的可靠性；

2.该控制方法有效避免了系统电路中出现浪涌电流，从而提高了干簧继电器的使用寿命，以实现对点火装置和控制驱动芯片的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一种等离子系统的点火电路结构的结构示意图；

图2为一种等离子系统的点火保护方法的步骤流程图；

图3为点火保护方法中电流i_L1的变化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请实施例通过提供一种等离子系统的点火电路结构及点火保护方法，解决了现有技术中系统流入大电流容易损坏干簧继电器的问题，避免了浪涌大电流,提高了干簧继电器的使用寿命，以实现对点火装置和控制驱动芯片的保护作用。

本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

实施例1：

如图1所示，一种等离子系统的点火电路结构，包括功率电路、变压器T1、变压器T2、干簧继电器KR1、电感L1、电感L2、电容C1以及整流电路；整流电路由四个MOS管构成。

功率电路与变压器T1的主绕组连接，电容C1和电感L2的一端分别连接于变压器T1的次级绕组的两端，电容C1的另一端分别与电感L1、干簧继电器KR1的一端连接，干簧继电器KR1的另一端与变压器T2的主绕组的一端连接，变压器T2的主绕组的另一端连接于电感L2和变压器T1之间，电感L1、电感L2的另一端分别连接于整流电路，变压器T2的次级绕组与点火电路连接。

进一步的，点火电路结构还包括控制芯片、电流互感器、电压采样电路、信号调制电路、运放比较器C、电阻R1、电阻R1，电流互感器设置于电感L1和电容C1之间，用以检测流入电感L1的电流i_L1并发送至控制芯片，变压器T1的次级绕组包括第一、第二、第三、第四引脚，电容C1和电感L2的一端分别连接于变压器T1的次级绕组的第一、第二引脚，电压采样电路与变压器T1的次级绕组的第三、第四引脚连接，电压采样电路用以采集母线电压U_S，电压采样电路的输出端与信号调制电路的输入端连接，信号调制电路的输出端与运放比较器C的第一输入端连接，信号调制电路用以将电压采样电路采集的模拟信号转换为数字信号，电阻R1的一端与运放比较器C的第二输入端连接，电阻R1的另一端与运放比较器C的输出端连接，电阻R2的一端与外接电源连接，电阻R2的另一端与运放比较器C的输出端连接，运放比较器C的输出端与控制芯片连接。运放比较器C的第二输入端为参考信号端Vref，电阻R1以及电阻R2可以用于调节运放比较器C的参考电压Vref。

实施例2：

如图2-3所示，一种等离子系统的点火保护方法，基于上述的点火电路结构，包括以下步骤：

S1：干簧继电器KR1为断开状态，电流互感器实时采集电流i_L1并发送至控制芯片，功率电路通过变压器T1将输出电压放大给电感L2、电容C1，电压采集电路实时采集母线电压U_S并通过信号调制电路发送至运放比较器C，若母线电压U_S小于参考电压Vref，则运放比较器C输出驱动信号至控制芯片；

S2：控制芯片接收到驱动信号后则将电流i_L1调控至设定值Iset1；

S3：经过一定时延后控制芯片将电流i_L1调控至设定值Iset2，其中，Iset1＜Iset2，功率电路通过变压器T1、变压器T2向点火电路输出高电压。

当等离子腔体内的气体人为点火后，即干簧继电器KR1闭合导通，此时并联在BUS端的电阻阻抗会突降，母线电压US也会骤降，可以通过检测到电压骤降的瞬间，来调节控制通过干簧继电器的电流。

进一步地，控制芯片通过PID调节器调控所述电流i_L1。

该控制方式下，干簧继电器KR1导通的瞬间，通过控制芯片将电流iL1与电流设定值Iset1比较后，经过PID调节器控制后，使得电流iL1跟踪到电流设定值Iset1，从而降低通入干簧继电器的电流，避免了浪涌电流，短暂延时后再PID调控至电流设定值Iset2。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1.该点火电路结构结构简单，抗干扰能力较强，通过芯片控制调节可有效避免浪涌大电流，提高了干簧继电器的使用寿命，实现了对干簧继电器与点火装置的保护作用，从而能保护精密的设备，提高系统的可靠性；

2.该控制方法有效避免了系统电路中出现浪涌电流，从而提高了干簧继电器的使用寿命，以实现对点火装置和控制驱动芯片的保护作用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种等离子系统的点火电路结构，其特征在于，包括功率电路、变压器T1、变压器T2、干簧继电器KR1、电感L1、电感L2、电容C1、整流电路、控制芯片、电流互感器、电压采样电路、信号调制电路、运放比较器C、电阻R1以及电阻R1；

所述功率电路与所述变压器T1的主绕组连接，所述电容C1和所述电感L2的一端分别连接于所述变压器T1的次级绕组的两端，所述电容C1的另一端分别与所述电感L1、干簧继电器KR1的一端连接，所述干簧继电器KR1的另一端与所述变压器T2的主绕组的一端连接，所述变压器T2的主绕组的另一端连接于所述电感L2和所述变压器T1之间，所述电感L1、电感L2的另一端分别连接于所述整流电路，所述变压器T2的次级绕组与点火电路连接；

所述电流互感器设置于所述电感L1和所述电容C1之间，用以检测流入所述电感L1的电流i_L1并发送至所述控制芯片，所述变压器T1的次级绕组包括第一、第二、第三、第四引脚，所述电容C1和所述电感L2的一端分别连接于所述变压器T1的次级绕组的第一、第二引脚，所述电压采样电路与所述变压器T1的次级绕组的第三、第四引脚连接，所述电压采样电路用以采集母线电压U_S，所述电压采样电路的输出端与所述信号调制电路的输入端连接，所述信号调制电路的输出端与所述运放比较器C的第一输入端连接，所述信号调制电路用以将所述电压采样电路采集的模拟信号转换为数字信号，所述电阻R1的一端与所述运放比较器C的第二输入端连接，所述电阻R1的另一端与所述运放比较器C的输出端连接，所述电阻R2的一端与外接电源连接，所述电阻R2的另一端与所述运放比较器C的输出端连接，所述运放比较器C的输出端与所述控制芯片连接。

2.根据权利要求1所述的点火电路结构，其特征在于：所述整流电路由四个MOS管构成。

3.一种等离子系统的点火保护方法，基于如权利要求1-2任一所述的点火电路结构，其特征在于，包括以下步骤：

S1：所述干簧继电器KR1为断开状态，所述电流互感器实时采集所述电流i_L1并发送至所述控制芯片，所述功率电路通过所述变压器T1将输出电压放大给所述电感L2、电容C1，所述电压采集电路实时采集所述母线电压U_S并通过所述信号调制电路发送至所述运放比较器C，若所述母线电压U_S小于所述参考电压Vref，则所述运放比较器C输出驱动信号至所述控制芯片；

S2：所述控制芯片接收到所述驱动信号后则将所述电流i_L1调控至设定值Iset1；

S3：经过一定时延后所述控制芯片将所述电流i_L1调控至设定值Iset2，其中，Iset1＜Iset2，所述功率电路通过所述变压器T1、所述变压器T2向所述点火电路输出高电压。

4.根据权利要求3所述的点火保护方法，其特征在于：所述控制芯片通过PID调节器调控所述电流i_L1。