CN212726886U - 准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路及系统，包括：脉冲隔离电路，用于将外部输入TTL脉冲触发信号转换成陡脉冲沿，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离；脉冲整形电路，用于接收所述陡脉冲沿输入，进行脉冲整形，产生所需频率及脉宽的TTL脉冲信号。本实用新型的准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制电路及系统能够实现固态开关的稳定可靠运行。

Description

准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路及系统

技术领域

本实用新型涉及准分子激光器领域，尤其涉及一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路及系统。

背景技术

准分子激光器是一种面向深紫外特征应用的脉冲式气体激光器，具有高重频，大能量，短波长，窄线宽等特点，是优秀的光刻系统用激光光源。其中，固态开关是激光器高压脉冲电源重要组件，能够将高压直流电压逆变成激光器放电所需的初级脉冲高压信号。

随着准分子激光器的发展，对高压脉冲电源的固态开关的稳定可靠运行提出更高要求。在实际应用中，前级电路产生的TTL脉冲信号会对固态开关形成干扰，同时高压脉冲电源的状态环境也会影响固态开关的稳定运行，例如，固态开关产生的初级脉冲高压信号V_C0，幅值过高会造成主回路开关器件IGBT或二极管的过压损坏，幅值过低将导致激光器放电腔不完全击穿，出光能量过低。因此，亟需一种能精确控制准分子激光器每次触发出光时的电源状态的系统，保护激光器高压脉冲电源可靠运行。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路及系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路，包括：

脉冲隔离电路，用于将外部输入TTL脉冲触发信号转换成陡脉冲沿，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离；

脉冲整形电路，用于接收所述陡脉冲沿输入，进行脉冲整形，产生所需频率及脉宽的TTL脉冲信号。

在一些实施例中，所述脉冲整形电路包括：限频电路，连接至所述脉冲隔离电路，用于对脉冲触发信号频率上限进行锁定。

在一些实施例中，所述脉冲整形电路还包括：定宽电路，连接至所述限频电路，用于对脉冲触发信号脉宽进行设定。

在一些实施例中，所述控制电路还包括：外设驱动电路，连接至所述定宽电路，用于提供驱动输出，匹配后级IGBT驱动模块。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统，包括：

如前所述的控制电路；

环境信号采集及处理单元，用于采集激光器的环境信号，并生成环境状态监测信号；

多路状态互锁单元，连接至所述环境信号采集及处理单元，用于锁存所述环境状态监测信号，并输出互锁电平信号及状态上传信号；

其中，所述控制电路连接至所述多路状态互锁单元，用于接收高压脉冲电源固态开关的前级触发脉冲信号，并根据所述多路状态互锁单元输出的互锁电平信号控制固态开关的通断。

在一些实施例中，还包括：MCU主控单元，连接至所述多路状态互锁单元，用于接收并处理所述状态上传信号。

在一些实施例中，所述环境信号采集及处理单元包括：脉冲电压信号采集及处理单元、温度信号采集及处理单元、脉冲电流信号采集及处理单元以及漏液信号采集及处理单元中的一种或几种。

在一些实施例中，所述脉冲电压信号采集及处理单元包括：

脉冲电压信号采集电路，用于采集所述固态开关的脉冲电压；

第一比较电路，连接至所述脉冲电压信号采集电路，输出电压状态监测信号，所述第一比较电路包括：

脉冲电压过高比较电路，用于将所述脉冲电压与预定的上限值进行比较；和/或

脉冲电压过低比较电路，用于将所述脉冲电压与预定的下限值进行比较；和/或

脉冲电压反压过高比较电路，用于将所述脉冲电压的反压与预定的上限值进行比较。

在一些实施例中，所述多路状态互锁单元包括：

信号互锁电路，用于接收及锁存所述脉冲电压信号采集及处理单元输出的电压状态监测信号，并输出互锁电平信号和状态上传信号；

硬件上电复位电路和/或软件触发复位电路，其中，连接至所述信号互锁电路，用于在系统上电时产生窄脉冲沿，将所述信号互锁电路复位初始化，软件触发复位电路连接至所述信号互锁电路，用于在系统工作时，接收MCU复位信号，控制所述信号互锁电路复位。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制及状态监测系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)通过脉冲隔离电路，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离，避免前级电路对固态开关控制单元形成干扰；

(2)限频电路能够实时对脉冲触发信号频率上限进行锁定，防止准分子激光器工作频率过高，保证准分子激光器工作于正常频率范围；通过定宽电路用于对脉冲触发信号脉宽进行设定，保证固态开关内的IGBT可靠开通；

(3)通过监测高压脉冲电源的运行环境状态，生成互锁电平信号控制固态开关的通断，保证激光器高压脉冲电源可靠运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例用于准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制电路的结构示意图。

图2是本实用新型实施例准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统的结构示意图。

图3为本实用新型实施例脉冲电压信号采集及处理单元结构示意图。

图4为本实用新型实施例多路状态互锁单元结构示意图。

【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】

10、固态开关控制单元；20、环境信号采集单元；30、多路状态互锁单元；40、MCU主控单元；110、脉冲隔离电路；120、脉冲整形电路；121、限频电路；122、定宽电路；130、外设驱动电路；210、脉冲电压信号采集及处理单元；211、脉冲电压信号采集电路；212、脉冲电压过高比较电路；213、脉冲电压过低比较电路；214、脉冲电压反压过高比较电路；301、硬件上电复位电路；302、信号互锁电路；303、软件触发复位电路。

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制电路及系统，能够减少外部信号及环境对固态开关的干扰，保证激光器高压脉冲电源可靠运行。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本实用新型的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本实用新型满足适用的法律要求。

在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路。

图1是本实用新型实施例用于准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制电路的结构示意图。如图1所示，控制电路包括脉冲隔离电路110及脉冲整形电路120以及外设驱动电路130，所述脉冲整形电路120包括限频电路121、定宽电路122。

其中，脉冲隔离电路110用于将外部输入TTL脉冲触发信号转换成陡脉冲沿，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离；脉冲整形电路120用于接收所述陡脉冲沿输入，进行脉冲整形，产生所需频率及脉宽的TTL脉冲信号。

具体地，脉冲隔离电路110设置于前级电路之后，用于接收前级电路输出的TTL窄脉冲触发信号，经过脉冲隔离电路110对前级脉冲信号进行隔离处理，形成陡脉冲沿，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离，避免前级电路对固态开关控制单元形成干扰。

脉冲隔离电路110输出的陡脉冲沿需再经过脉冲整形电路120进行脉冲整形，产生所需频率及脉宽的TTL脉冲信号。脉冲整形电路120中的限频电路121用于对脉冲触发信号频率上限进行锁定，当脉冲触发信号频率超过频率设定上限时，限制其信号频率为频率上限值，防止准分子激光器工作频率过高，保证准分子激光器工作于正常频率范围。

脉冲整形电路120中的定宽电路122连接到限频电路121，用于根据固态开关控制需要对脉冲触发信号脉宽进行设定，保证固态开关内的IGBT可靠开通。可以理解的是，在其他实施例中，所述定宽电路122还可以连接到脉冲隔离电路，定宽电路122与限频电路121的位置可以互换。

外设驱动电路130连接到脉冲整形电路120，用于提供大电流强驱动输出，以匹配后级IGBT驱动模块，当外设驱动电路130接收到互锁电平信号时，脉冲整形电路120中的外设驱动电路130互锁不输出。其中，互锁电平信号可以通过监测高压脉冲电源环境状态获得，当监测到高压脉冲电源任一或多路环境状态出现异常时，生成互锁电平信号，控制外设驱动电路130互锁不输出，从而保护高压脉冲电源可靠工作。

在本实用新型第二个实施例中，提供了一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统。图2是本实用新型实施例准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统的结构示意图。如图2所示，本实施例高压脉冲电源的固态开关控制系统包括固态开关控制单元10，环境信号采集及处理单元20，多路状态互锁单元30和MCU主控单元40。

其中，固态开关控制单元10采用如第一实施例所述的控制电路，用于控制固态开关的通断。本实施例的准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统通过环境信号采集及处理单元20监测激光器的工作环境状态，在监测到异常时多路状态互锁单元30立刻互锁输出，并通过MCU主控单元40将状态上传信号上传至上位机，互锁电平信号发送至固态开关控制单元10的外设驱动电路130，控制固态开关断开，以此来保护激光器高压脉冲电源可靠运行。

环境信号采集及处理单元20可以包括脉冲电压信号采集及处理单元、温度信号采集及处理单元、脉冲电流信号采集及处理单元、漏液信号采集及处理单元中的一种或几种。以下以脉冲电压信号采集及处理单元为例进行说明。

图3为本实用新型实施例脉冲电压信号采集及处理单元结构示意图。其中，脉冲电压信号采集及处理单元210用于采集固态开关的高精度脉冲电压信号V_C0，经第一比较电路，形成脉冲电压状态监测信号。其中，所述第一比较电路为多路比较电路，用于对脉冲电压信号V_C0进行过压、欠压及反相过压进行比较。

如图3所述，所述脉冲电压信号采集及处理单元210包括高精度的脉冲电压信号采集电路211，脉冲电压过高比较电路212，脉冲电压过低比较电路213以及脉冲电压反压过高比较电路214。

通过脉冲电压信号采集及处理单元210监测准分子激光器高压脉冲电源固态开关产生的初级脉冲高压信号，能够避免出现初级脉冲高压信号过高而导致固态开关内器件损坏，及固态开关稳定性差的问题；或初级脉冲高压信号过低而导致高压脉冲电源电压不够，激光器放电腔不完全击穿，最终导致激光器出光能量过低的问题。

由于高压脉冲电源的电压过压或欠压可能为瞬间高压或低压，因此需要通过多路状态互锁单元30锁存各路状态信号，将TTL脉冲边沿信号转换为高低电平信号，从而实现各路信号的监测。

图4为本实用新型实施例多路状态互锁单元结构示意图。如图4所示，所述多路互锁单元30包括信号互锁电路302，硬件上电复位电路301以及软件触发复位电路303。信号互锁电路302接收脉冲电压信号采集及处理单元210的状态监测信号，将比较器输出的TTL边沿触发信号转换为高低电平信号，并分为两路进行输出，其中一路形成互锁电平信号传输至固态开关控制单元10，另一路形成状态上传信号传输至MCU主控单元40进行状态监测。

硬件上电复位电路301可在系统上电时产生窄脉冲沿，将信号互锁电路复位初始化，和/或软件触发复位电路302可在系统工作时，接收MCU复位信号，控制信号互锁电路302复位。

本实用新型准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制电路及系统通过脉冲隔离电路，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离，避免前级电源对固态开关控制单元形成干扰；限频电路及定宽电路对脉冲触发信号频率上限及脉宽进行设定，保证固态开关内的IGBT可靠开通；同时还可以通过监测高压脉冲电源的状态环境，生成互锁电平信号控制固态开关的通断，保证激光器高压脉冲电源可靠运行。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本实用新型实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路，其特征在于，包括：

脉冲隔离电路(110)，用于将外部输入TTL脉冲触发信号转换成陡脉冲沿，将高压脉冲电源的前级脉冲产生电路与固态开关隔离；

脉冲整形电路(120)，用于接收所述陡脉冲沿输入，进行脉冲整形，产生所需频率和/或脉宽的TTL脉冲信号。

2.如权利要求1所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路，其特征在于，所述脉冲整形电路(120)包括：

定宽电路(122)，连接至所述脉冲隔离电路(110)，用于对脉冲触发信号脉宽进行设定。

3.如权利要求1所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路，其特征在于，所述脉冲整形电路(120)包括：

限频电路(121)，连接至所述脉冲隔离电路(110)，用于对脉冲触发信号频率上限进行锁定。

4.如权利要求3所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路，其特征在于，所述脉冲整形电路(120)还包括：

定宽电路(122)，连接至所述限频电路(121)，用于对脉冲触发信号脉宽进行设定。

5.如权利要求2-4中任一项所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关的控制电路，其特征在于，还包括：

外设驱动电路(130)，连接至所述脉冲整形电路(120)，用于提供驱动输出，匹配后级IGBT驱动模块。

6.一种准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统，其特征在于，包括：

如权利要求5所述的控制电路；

环境信号采集及处理单元(20)，用于采集激光器的环境信号，并生成环境状态监测信号；

多路状态互锁单元(30)，连接至所述环境信号采集及处理单元(20)，用于锁存所述环境状态监测信号，并输出互锁电平信号及状态上传信号；

其中，所述控制电路连接至所述多路状态互锁单元(30)，用于接收高压脉冲电源固态开关的前级触发脉冲信号，并根据所述多路状态互锁单元(30)输出的互锁电平信号控制固态开关的通断。

7.根据权利要求6所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统，其特征在于，还包括：

MCU主控单元(40)，连接至所述多路状态互锁单元(30)，用于接收并处理所述状态上传信号。

8.根据权利要求6所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统，其特征在于，所述环境信号采集及处理单元(20)包括：脉冲电压信号采集及处理单元、温度信号采集及处理单元、脉冲电流信号采集及处理单元以及漏液信号采集及处理单元中的一种或几种。

9.根据权利要求8所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统，其特征在于，所述脉冲电压信号采集及处理单元包括：

脉冲电压信号采集电路(211)，用于采集所述固态开关的脉冲电压；

第一比较电路，连接至所述脉冲电压信号采集电路，输出电压状态监测信号，所述第一比较电路包括：

脉冲电压过高比较电路(212)，用于将所述脉冲电压与预定的上限值进行比较；和/或

脉冲电压过低比较电路(213)，用于将所述脉冲电压与预定的下限值进行比较；和/或

脉冲电压反压过高比较电路(214)，用于将所述脉冲电压的反压与预定的上限值进行比较。

10.根据权利要求9所述的准分子激光器高压脉冲电源固态开关控制系统，其特征在于，所述多路状态互锁单元(30)包括：

信号互锁电路(302)，用于接收及锁存所述脉冲电压信号采集及处理单元输出的电压状态监测信号，并输出互锁电平信号和状态上传信号；

硬件上电复位电路(301)和/或软件触发复位电路(303)，其中，硬件上电复位电路(301)连接至所述信号互锁电路(302)，用于在系统上电时产生窄脉冲沿，将所述信号互锁电路复位初始化，软件触发复位电路(303)连接至所述信号互锁电路(302)，用于在系统工作时，接收MCU复位信号，控制所述信号互锁电路(302)复位。

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