CN209844845U - 阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构，阴极灯丝电源电路包括可控直流电流、逆变器、降压变压器和阴极灯丝，可控直流电源的输入端连接交流电，可控直流电源的输出端输出直流电，逆变器的输入端连接可控直流电源的输出端，降压变压器的输入端连接逆变器的输出端，阴极灯丝连接降压变压器的输出端。本实用新型提供的引阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构，通过可控直流电源将输入的交流电转换为可控制的直流电，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，形成中间级的输出电压，再通过降压变压器降压后接入负载阴极灯丝，可通过可控直流电流进行连续可调，通过中间级的调整，使得在负载的电压变化幅度非常小，提高了电压的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构。
背景技术
霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差。霍尔离子源的工作原理是在一定真空度的真空环境下，通过电场和磁场的作用，使阴极发射的电子碰撞充入离子源腔室中的气体分子产生电离，再通过电场和磁场将离子推送出离子源，到达所需的工作区域。它在真空镀膜工艺中有广泛应用，主要用来提升电子束蒸发的膜层堆积密度和减小氧化物膜料的失氧吸收。
在真空镀膜过程中，霍尔离子源输出离子束的稳定性直接影响膜层的厚度精度。在镀制精密窄带滤光片过程中，每一层膜层厚度控制精度要在1nm以内，所以离子源输出离子的束流大小及离子能量大小都要求稳定。影响霍尔离子源束流大小和能量稳定的因素有很多，如阳极电压的稳定性、充入气体的气体流量稳定性、磁场的稳定性、阴极提供发射电子多少的稳定性等。阴极交流电源和阳极直流电源的电压输出稳定性对离子源输出束流的稳定性影响很大。阴极电压在工作过程中，会根据实际的工作状态进行动态调整，阳极电压在工作过程中维持不变。由于阴极发射电子数是与阴极灯丝的温度直接相关，所以阴极灯丝温度的稳定性也直接反映到离子束流输出的稳定性。因此，如体稳定的控制电压源是本领域技术人员需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型为了提高电压源的稳定性，提供一种引阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种阴极灯丝电源电路，包括可控直流电源、逆变器、降压变压器和阴极灯丝，所述可控直流电源的输入端连接交流电，所述可控直流电源的输出端输出直流电，所述逆变器的输入端连接所述可控直流电源的输出端，所述降压变压器的输入端连接所述逆变器的输出端，所述阴极灯丝连接所述降压变压器的输出端。
根据本实用新型的一个实施方案，所述降压变压器的降压比为4：1到8：1。
根据本实用新型的一个实施方案，所述逆变器输出的电压为30V～250V。
根据本实用新型的一个实施方案，所述逆变器输出的频率为200Hz～250Hz。
根据本实用新型的一个实施方案，所述变器的输出端的输出电压的变化幅度在0.2V以内。
根据本实用新型的一个实施方案，所述降压变压器输出的电压为5V～40V。
根据本实用新型的一个实施方案，所述降压变压器输出的频率为200Hz～250Hz。
根据本实用新型的一个实施方案，所述降压变压器的输出端的输出电压的变化幅度在0.04V以内。
本实用新型还公开了一种霍尔离子源结构，包括如上所述的阴极灯丝电源电路。
本实用新型提供一种引阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构，通过可控直流电源将输入的交流电转换为可控制的直流电，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，形成中间级的输出电压，再通过降压变压器降压后接入负载阴极灯丝，可通过可控直流电流进行连续可调，通过中间级的调整，使得降压变压器输出到负载的电压变化幅度非常小，提高了电压的稳定性，从而提高了产品的质量。
附图说明
图1为实施例的霍尔离子源结构的结构示意图；
图2为实施例的阴极灯丝电源电路的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：
如图1，本实施提供了一种霍尔离子源结构，包括阴极灯丝100和阳极200，阴极灯丝100发射的电子碰撞在离子源腔室中的气体分子产生电离，再通过阳极200产生的电场以及通过磁铁300形成的磁场环境将产生的离子推送出离子源，到达所需的工作区域，即所需镀膜的产品表面，阴极灯丝100采用阴极灯丝电路，阴极灯丝的工作电压在工作过程中会根据实际的工作状态进行动态调整，实现对镀膜厚度的精确控制，例如采用电压为20V～35V，电流为15A～35A；而阳极通常采用直流电压，在工作过程中维持不变，例如采用电压为100V～300V，电流为3A～10A。
目前，在常用的交流稳压技术中，常通过一种双向可控硅加变压器的方式来调节和稳压。这种方法的调压可以通过可控硅的移相触发和过零触发两种方式对输出的电压进行调节。另一种常用的调压方式是先把交流电整流成直流，然后将直流逆变成交流。
然而，上述两种交流稳压电源用于霍尔离子源上存在以下缺陷：
1)通过可控硅移相调节的交流稳压源存在高次谐波，容易干扰生产设备中其他电子元件的正常工作；
2)通过过零触发这种调节方式的交流稳压源基本上不能满足霍尔离子源稳定工作的条件，由于灯丝上的温度忽高忽低，导致离子源束流输出大小变化很大，严重时会熄灭等离子；
3)通过交流变直流再逆变的方式，在最终输出到灯丝上的有效电压波动幅度达到±0.1～0.2V，这个波动会对离子源束流输出的稳定性造成影响，很困难再进一步提高电压的稳定性；
4)无论是可控硅加变压器调节还是交直流逆变调节，只要工作频率达到50～60Hz时，离子源阴极灯丝的温度高低会随着电压振幅的高低变化而产生少量的起伏。可见，在50～60Hz的频率下，灯丝的热惯性效应尚不能抵消电压振幅的变化速度，即电压振幅的变化频率还不够快。当灯丝温度下降，灯丝无法提供有效的热电子辐射，进而，为得到足够的热电子，必须提高阴极灯丝的输入功率。
如图2所示，本实施例提供了一种阴极灯丝电源电路，包括可控直流电源10、逆变器20、降压变压器30和阴极灯丝40，所述可控直流电流10的输入端连接交流电，通常是连接到市电，所述可控直流电源10的输出端输出直流电，可控直流电源10是指可以对输出的直流电进行控制的装置，所述逆变器20的输入端连接所述可控直流电源10的输出端，也就是逆变器20将可控直流电源10输出的直流电转换为交流电，所述降压变压器30的输入端连接所述逆变器20的输出端，从而对逆变器20输出的交流电进行降压，所述阴极灯丝40连接所述降压变压器30的输出端。
可控直流电源的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定，常用的可控直流电源可采用脉宽调制变换器或直流斩波器的方式，脉宽调制变换器可以通过改变晶体管的导通时间来调整输出电压，直流斩波器可通过改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后得到稳定的直流电压。逆变器是一种直流电到交流电的变压器，可采用脉宽调制的方式，可由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
在本实施例中，所述降压变压器30的降压比为4：1到8：1，降压变压器可包括初级线圈和次级线圈，初级线圈作为输入端连接到逆变器的输出端，次级线圈作为输出连接负载阴极灯丝，通过初级线圈和次级线圈之间不同的匝数设置降压比。
在电压转换过程中，所述逆变器20输出的电压为30V～250V，满足工作电压的需要，具体的，逆变器输出的电压可选为30V、50V、80V、100V、120V、150V、180V、200V、220V或250V以及它们之间任意电压值，逆变器形成一个中间电压，从而可对逆变器进行分级控制。
进一步的，所述逆变器20输出的频率为200Hz～250Hz，由于市电的工作为频率为50Hz左右，其较低的工作频率会使负载阴极灯丝的温度高低随着电压振幅的高低变化产生少量的起伏，通过提高频率降低电压源的频率对负载的影响。可通过调节逆变输出电压的振幅来调节电压的大小，不产生高次谐波，保证每一个工作周期都是完整的输出
在本实施例中，所述逆变器20的输出端的输出电压的变化幅度在0.2V以内，也就是当可控直流电源调节直流电压时，逆变器作为中间级输出电压变化幅度在±0.2V。
在电压转换过程中，所述降压变压器30输出的电压为5V～40V，满足工作电压的需要，具体的，降压变压器输出的电压可选为5V、10V、15V、20V、25V、30V、35V或40V以及它们之间任意电压值，为负载提供稳定的电压。
相应的，所述降压变压器30输出的频率为200Hz～250Hz，当输出电压的频率从50Hz提升到200～250Hz，使电压振幅的变化周期快于灯丝温度降温频率，从而保证灯丝温度都处于有效提供热电子的状态，使灯丝输入功率降低，既降低了能耗，又延长了灯丝在真空状态下的使用寿命。
在本实施例中，所述降压变压器30的输出端的输出电压的变化幅度在0.04V以内，也就是当可控直流电源调节直流电压时，阴极灯丝上输入电压变化幅度在±0.04V，提高了输出电压的稳定性。
本实用新型提供一种引阴极灯丝电源电路以及霍尔离子源结构，通过可控直流电源将输入的交流电转换为可控制的直流电，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，形成中间级的输出电压，再通过降压变压器降压后接入负载阴极灯丝，可通过可控直流电流进行连续可调，通过中间级的调整，使得降压变压器输出到负载的电压变化幅度非常小，提高了电压的稳定性，从而提高了产品的质量。
本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。
Claims (9)
1.一种阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述阴极灯丝电源电路包括：
可控直流电源，所述可控直流电源的输入端连接交流电，所述可控直流电源的输出端输出直流电；
逆变器，所述逆变器的输入端连接所述可控直流电源的输出端；
降压变压器，所述降压变压器的输入端连接所述逆变器的输出端；
阴极灯丝，所述阴极灯丝连接所述降压变压器的输出端。
2.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述降压变压器的降压比为4：1到8：1。
3.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述逆变器输出的电压为30V～250V。
4.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述逆变器输出的频率为200Hz～250Hz。
5.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述逆变器的输出端的输出电压的变化幅度在0.2V以内。
6.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述降压变压器输出的电压为5V～40V。
7.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述降压变压器输出的频率为200Hz～250Hz。
8.根据权利要求1所述的阴极灯丝电源电路，其特征在于，所述降压变压器的输出端的输出电压的变化幅度在0.04V以内。
9.一种霍尔离子源结构，其特征在于，所述霍尔离子源结构包括如权利要求1－8中任意一项所述的阴极灯丝电源电路。
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Cited By (1)
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Cited By (2)
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