一种高安全性中频等离子电源的制作方法

本实用新型属于电源领域，具体涉及一种高安全性中频等离子电源。

背景技术：

目前，磁控溅镀是指在真空状态充入惰性气体氩气，并在塑胶基材(阳极)和金属靶材(阴极)之间加上电压，由于放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体，等离子体将金属靶材的原子轰出，沉积在塑胶基材上。而在磁控溅镀镀膜工艺过程中，异常放电产生的电弧会对镀膜的质量造成一定的影响。

此外，因为磁控溅镀时，中频等离子电源一直处于高功率的状态，因此会有较大的发热，为了有效的降低中频等离子电源壳体内的温度，通常会采用风冷和水冷结合的方式。但是，在采用水冷的方式时，一旦中频等离子电源停止运行的时间较长，则会导致温度的快速降低，进而会在中频等离子电源内形成冷凝水，从而导致中频等离子电源的绝缘降低。而绝缘低则会存在巨大的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种高安全性中频等离子电源，所述高安全性中频等离子电源解决了中频等离子电源异常放电和采用水冷时容易绝缘低的问题。

根据本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源，包括：等离子电源本体，包括壳体以及设置于所述壳体中的水冷盘管和电源主电路；所述水冷盘管用于冷却所述壳体中的温度；所述电源主电路包括依次连接的整流滤波电路、开关变换器主电路、输出变压器、连接端口；电信号采集单元，其输入端与所述输出变压器的输出端连接，用于采集所述输出变压器的输出电压、输出电流；控制电路，包括依次连接的处理器单元、pwm信号电路、驱动电路，所述电信号采集单元的输出端与所述处理器单元连接；除湿组件，与所述处理器单元连接，用于降低所述壳体中的湿度以及防止所述壳体中产生冷凝水；辅助电源模块，与市电连接，用于提供工作电源。

根据本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源，至少具有如下技术效果：通过电信号采集单元可以实时的采集输出变压器输出端的输出电压和输出电流并传输至处理器单元，以便处理器单元可以在根据输出变压器输出端的输出电压和输出电流的变化来确定异常放电的出现，进而可以通过调整pwm信号电路来改变驱动电路的输出，达到暂时抑制异常放电的目的。通过处理器单元和除湿组件可以有效的控制壳体内的温湿度，防止冷凝水的出现，极大的提高了整个中频等离子电源的绝缘性能，同时，也不会降低中频等离子电源中的冷却效果。辅助电源模块可以将市电转换为内部的工作电压，以保证电信号采集单元、处理器单元、pwm信号电路、驱动电路和除湿组件的正常使用。

根据本实用新型的一些实施例，所述电信号采集单元包括：电压采集单元，其输入端与所述输出变压器的输出端连接，输出端与所述处理器单元连接；电流采集单元，其输入端与所述输出变压器的输出端连接，输出端与所述处理器单元连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述除湿组件包括：温湿度传感器，与所述处理器单元连接，用于检测所述壳体中的温度和湿度；通风干燥装置，设置于所述壳体上并与所述处理器单元连接，用于降低所述壳体中的湿度以及防止所述壳体中产生冷凝水。

根据本实用新型的一些实施例，所述通风干燥装置包括多个通风机，多个所述通风机用于形成风道，在至少一个所述通风机上设置有加热组件。

根据本实用新型的一些实施例，所述通风干燥装置包括至少一个加热风机。

根据本实用新型的一些实施例，所述壳体的进风口和出风口皆采用百叶窗结构，所述进风口上设置有防尘网。

根据本实用新型的一些实施例，所述温湿度传感器有多个，分别设置于所述水冷盘管的进水口、出水口及壳体内表面上。

根据本实用新型的一些实施例，上述高安全性中频等离子电源还包括设置于所述壳体上的显控器，所述显控器与所述处理器单元连接。

根据本实用新型的一些实施例，上述高安全性中频等离子电源还包括设置于所述壳体上的无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述处理器单元连接。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源的系统框图；

图2是本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源的控制电路原理简图。

附图标记：

整流滤波电路100、

开关变换器主电路200、

输出变压器300、

电信号采集单元400、电压采集单元410、电流采集单元420、

处理器单元510、pwm信号电路520、驱动电路530、

除湿组件600、温湿度传感器610、通风干燥装置620、辅助电

源模块700、

显控器800、矩阵键盘810、显示屏820、

无线通讯模块900

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二、第三、第四等等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1至图2描述根据本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源。

根据本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源，包括等离子电源本体、电信号采集单元400、控制电路、除湿组件600、辅助电源模块700。等离子电源本体，包括壳体以及设置于壳体中的水冷盘管和电源主电路；水冷盘管用于冷却壳体中的温度；电源主电路包括依次连接的整流滤波电路100、开关变换器主电路200、输出变压器300、连接端口；电信号采集单元400，其输入端与输出变压器300的输出端连接，用于采集输出变压器300的输出电压、输出电流；控制电路，包括依次连接的处理器单元510、pwm信号电路520、驱动电路530，电信号采集单元400的输出端与处理器单元510连接；除湿组件600，与处理器单元510连接，用于降低壳体中的湿度以及防止壳体中产生冷凝水；辅助电源模块700，与市电连接，用于提供工作电源。

参考图1至图2，电源主电路包括整流滤波电路100、开关变换器主电路200、输出变压器300、连接端口。整流滤波电路100会对输入的市电进行整流和滤波处理，并输出至开关变换器主电路200，开关变换器主电路200对接收到的直流电压进行电压转换，转换成脉冲直流电压后输出至输出变压器300。输出变压器300通过变压输出脉冲交流电压至用于连接等离子反应炉的连接端口，进而驱动连接端口外接的等离子反应炉响应并产生等离子体，等离子体会将金属靶的原子轰出，沉积在塑料基材上，实现溅镀。

由于溅镀过程持续较长，因此需要通过水冷盘管连接外部的冷却设备，完成随壳体内的冷却过程。但是，在实际操作中，溅镀过程并非一直持续进行，针对各种不同的情况，可能会出现不同时长的停止过程。在停止时，就容易出现因为温度降低过快而出现的凝水现象，进而引起绝缘降低，而绝缘降低在电压较高的情况存在极大的安全隐患。此时，通过除湿组件600可以有效的监测出壳体中的温度和湿度，并及时的降低壳体中的湿度和控制好空气中的温度，有效的防止了冷凝现象出现。冷凝的出现通常是在热空气遇冷的情况下，在壳体中湿度较大时，则需要及时的进行通风排湿，在温度开始降低时，则需要及时的控制温度下降速率，防止温度下降过快。通常在温度低于50度时，便可以开始加热，以减缓降温的速度，以达到需要的降温效果。在本实用新型的一些实施例中，处理器单元510会与外部的冷却设备连接，进而实现在温度较低时，直接停止冷却水进入冷却盘管。

此外，在溅镀过程中会容易产生电弧，产生电弧之后会对溅镀的薄膜质量造成一定的影响，因此需要对输出的脉冲交流电进行控制。电信号采集单元400会对输出变压器300的输出电压和输出电流进行采集，采集到的输出电压和输出电流数据会传输到处理器单元510，处理器单元510会根据输出电压和输出电流的突变时间的长短和突变电压值的大小来调节pwm信号的输出信号，进而通过驱动电路530实现对开关变换器主电路200的调整。通常情况下，在出现电弧时，输出变压器300的输出电压会因为短路出现骤降，而输出电流会出现骤升，通过对骤升和骤降的判断就可以知晓是否出现了电弧。此外，对于骤升和骤降的判断的灵敏度，可以通过在处理器单元510中预先内置一个灵敏度参数的方式来实现，只需要调节灵敏度参数即可改变反应时间；同时，可以在处理器单元510中预先内置一个抑制时间参数，通过抑制时间可以确定抑制开关变换器主电路200的时间。

辅助电源模块700可直接采用市面上现有的电源芯片进行集成使用，可以输出多路不同的电压，以满足不同部件的需求。常用的电源输出包括3.3v、5v、12v、24v等；220v电压可以直接使用市电，经过隔离、整流直流之后使用。

根据本实用新型实施例的高安全性中频等离子电源，通过电信号采集单元400可以实时的采集输出变压器300输出端的输出电压和输出电流并传输至处理器单元510，以便处理器单元510可以在根据输出变压器300输出端的输出电压和输出电流的变化来确定异常放电的出现，进而可以通过调整pwm信号电路520来改变驱动电路530的输出，达到暂时抑制异常放电的目的。通过处理器单元510和除湿组件600可以有效的控制壳体内的温湿度，防止冷凝水的出现，极大的提高了整个中频等离子电源的绝缘性能，同时，也不会降低中频等离子电源中的冷却效果。辅助电源模块700可以将市电转换为内部的工作电压，以保证电信号采集单元400、处理器单元510、pwm信号电路520、驱动电路530和除湿组件600的正常使用。

在本实用新型的一些实施例中，处理器单元510可以采用dsp、单片机或arm作为核心控制器。在本实用新型的一些实施例中，采用了单片机作为处理器单元510的核心控制器，选择了stm32系列单片机，具体可以选择stm32f103。在本实用新型的一些实施例中，直接使用stm32f103的核心板。在本实用新型的一些实施例中，当处理器单元的adc不够用时，可以采用单个adc的多个通道进行复用即可。

在本实用新型的一些实施例中，电信号采集单元400包括：电压采集单元410，其输入端与输出变压器300的输出端连接，输出端与处理器单元510连接；电流采集单元420，其输入端与输出变压器300的输出端连接，输出端与处理器单元510连接。电压采集单元410和电流采集单元420分别用于采集输出变压器300的输出电压和输出电流，电压采集单元410和电流采集单元420可以直接使用现有的电压采集电路或电流采集电路。在本实用新型的一些实施例中，为了保证电源主电路的连接稳定性，电压采集单元410和电流采集单元420会使用互感器进行数据采集，这样可以不用直接连接在电源主电路中，避免了对电源主电路的稳定性造成影响。

在本实用新型的一些实施例中，除湿组件600包括：温湿度传感器610，与处理器单元510连接，用于检测壳体中的温度和湿度；通风干燥装置620，设置于壳体上并与处理器单元510连接，用于降低壳体中的湿度以及防止壳体中产生冷凝水。温湿度传感器610可以直接采集壳体中的温湿度数据，相较于采用热敏电阻和湿敏电阻的方式，具备更好的稳定性，同时也便于后续的维护和维修。在本实用新型的一些实施例中，温湿度传感器610直接采用瑞士sensirion数字温湿度传感器sht20，sht20配有4c代芯片，采用标准的i2c协议进行通讯，除了配有电容式相对湿度传感器和能隙温度传感器外，该芯片还包含一个放大器、a/d转换器、otp内存和数字处理单元，能精确的测量设备内部温度和相对湿度，功耗极低，稳定性强。通风干燥装置620主要是通过通风和加热的方式防止壳体中出现水凝的现象。通风装置在停止加热时，也可以辅助用于散热。

在本实用新型的一些实施例中，通风干燥装置620包括多个通风机，多个通风机用于形成风道，在至少一个通风机上设置有加热组件。设置多个风机形成风道，可以有效的提高壳体中的散热效率，通过控制壳体中温度的上升，可以有效的减少壳体中水汽的容纳量，通常情况下，温度越高能容纳的水汽越多。同时，通过通风机持续运行，可以将壳体中的水汽及时排除，尽量做到与壳体周围空气中的湿度一致，降低出现冷凝的情况。同时，通过通风机上增加加热组件，可以使得通风机吹出的风变为热风。在需要启动加热，防止气温快速降低时，可以启动加热组件，及时减缓温度下降的速率。

在本实用新型的一些实施例中，加热组件会在用加热丝，通过加热丝进行加热，一方面可以提供一定的热量，同时不会影响通风的效果。在需要较大的就爱热效率时，可以通过增加发热丝的功率或者多个通风机上设置加热丝的方式来达到目的。

在本实用新型的一些实施例中，通风干燥装置620包括至少一个加热风机。设置加热风机可以同时满足加热进而通风的需求，同时使用加热风机之后，可以不再设置传统的通风机，加热风机在不加热的情况下，可直接完成通风。

在本实用新型的一些实施例中，壳体的进风口和出风口皆采用百叶窗结构，进风口上设置有防尘网。设置成百叶窗结构可以有效的防止外部灰尘的进入。同时通过设置防尘网可以防止通风机或加热风机启动后将外部的灰尘吸入。灰尘进入壳体后，因为灰尘可以吸水，一旦出现冷凝现象，则会导致绝缘低的问题更加突出。在本实用新型的一些实施例中，壳体中甚至会设置除尘装置，通过除尘装置可以有效的降低壳体中的灰尘浓度。除尘装置通常会使用市面上现有的吸尘器，吸尘器受处理器单元510控制启停，同时还会增设灰尘传感器，以便处理器单元510能够根据灰尘传感器检测到的灰尘浓度控制除尘装置的启停。

在本实用新型的一些实施例中，温湿度传感器610有多个，分别设置于水冷盘管的进水口、出水口及壳体内表面上。将温湿度传感器610布置在冷盘管的进水口、出水口及壳体内表面的上的多个位置，可以及时知晓壳体中各区域温度的变化，防止部分位置因为温度检测不到位，而出现温度骤降的问题。

在本实用新型的一些实施例中，上述高安全性中频等离子电源还包括设置于壳体上的显控器800，显控器800与处理器单元510连接。通过显控器800可以直观的了解输出变压器300的输出电流、输出电压的变化以及壳体中温度湿度的变化，还可以知晓pwm信号电路520的输入信号。同时，通过显控器800还可以对处理器单元510中预设的灵敏度参数、抑制时间参数等进行修改，增加了与用户的互动效果。显控器800可以直接使用液晶触摸屏，也可以使用矩阵键盘810和显示屏820组合的方式实现。

在本实用新型的一些实施例中，上述高安全性中频等离子电源还包括设置于壳体上的无线通讯模块900，无线通讯模块900与处理器单元510连接。通过无线通讯模块900可以实现远程的监控，在现场有多个中频等离子电源在一同操作时，只需要在远程监测端设置一名高技术人员集中监控即可，可以有效的降低对本地操作人员的技术要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。