一种远程等离子源功率耦合电路及控制系统的制作方法

本发明涉及半导体制造，具体涉及一种远程等离子源功率耦合电路及控制系统。

背景技术：

1、远程等离子源是一种用于产生等离子体的装置，通常用于光伏、化工、半导体等领域。现有技术中远程等离子源为提升系统清洗效率，需要通入更高流量的气体进行反应，因此需要更高的功率输出；本实施例利用耦合变压器并联多路模块电源进行大功率输出。但是，在功率提升的过程中对多电路负载的均流要求较高，此时若系统均流控制不准确，则导致输出电流较大的负载承担较大的电流应力，可能造成系统崩溃。因此，在等离子源在功率提升的过程中时如何保证各电源模块均流的一致性已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

2、高频功率变换器已广泛地应用在电源系统中。但随着系统容量的扩大，集中式电源会带有较大的电应力，给功率器件的选择、开关频率、散热设计和功率密度的提高都会带来困难；而且当唯一的供电电源内部故障时，会导致系统崩溃，冗余度降低。多个小功率模块并联可以通过改变并联数目以适应不同负载的需求，设计灵活，有效提升系统的冗余性、可靠性。

3、伴随远程等离子源电路并联而来的是模块电源间的均流问题。并联模块间的参数差异会带来模块间电流分配不合理，进而使系统工作在极限不稳定状态。尤其在低压大电流的应用场合，细微的参数差异也会导致较大的电流不均。因此模块并联均流技术直接制约着远程等离子源大容量模块化电源系统的发展。模块并联均流技术方法可分为外特性均流法与有源均流法。外特性均流法无法兼顾负载调整率与均流精度，因而不适用于中大功率场合。有源均流法目前主要有主从均流法、外加均流控制器、最大电流均流法与平均电流均流法。主从均流法与最大电流均流法本质上都属于主从控制，主模块的设定会带来整个系统的冗余度与可靠性降低，而自动主从法由于主模块的切换导致系统响应速度较慢。外加均流控制器会大大提升系统的复杂度，不利于实际应用。平均电流均流法无需主从设置，具有响应速度快，均流精度高，控制相对简单等优点。

4、目前远程等离子源为了提升功率输出，通常采用双路并联模块电源的电路结构，由于模块之间阻抗存在差异，会导致两路输出的电流分布不均，均流母线电压将会下降，这将导致并联系统的两个模块电压下降；从而导致输出电流较大的负载承担较大的电流应力，可能造成系统崩溃。因此，在等离子源在功率提升的过程中时如何保证各电源模块均流的一致性已成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种远程等离子源功率耦合电路及控制系统，以解决目前远程等离子源的各电源模块均流的一致性问题。

2、第一方面，本发明提供的一种远程等离子源功率耦合电路，包括直流电流源、两路相互并联的均流电路、三绕组变压器和腔体负载，所述均流电路包括：

3、全桥逆变电路，输入直流电压源；

4、谐振变换器，和所述全桥逆变电路连接；所述谐振变换器包括电感lr、电容cr和电感lk，电感lr连接所述全桥逆变电路，电感lk连接所述三绕组变压器；

5、均流电阻ro，和电感lk连接；

6、所述三绕组变压器，初级线圈分别和两路所述均流电路连接，次级线圈和所述腔体负载连接。

7、可选地，所述三绕组变压器的磁芯为t型变压器磁芯，所述三绕组变压器的初级绕组线圈绕制于所述t型变压器磁芯的中间侧，所述三绕组变压器的次级绕组线圈绕制于所述t型变压器磁芯的两侧。

8、第二方面，本发明提供的一种远程等离子源功率耦合控制系统，用于第一方面任一种可能形式的远程等离子源功率耦合电路，包括功率环、电流环和均流环，所述功率环作为控制系统的外环，所述均流环与所述功率环同时并行作用，所述电流环作为控制系统的内环。

9、可选地，所述均流环具体用于：

10、采集所述均流电阻ro的两端电压va、vb，分别获得电压误差er、er'；

11、其中，若初级绕组的输出电流io和io'相等，则电压误差er、er'均为零，所述均流环的输出为零。

12、可选地，所述功率环具体用于：

13、分别采集两路初级绕组的输出电压vo、vo'和输出电流io、io'，获得两路初级绕组的输出功率po、po'；

14、根据预设的参考功率和输出功率po、po'，获得功率误差eo、eo'；

15、根据功率误差eo、eo'进行功率环pi调节。

16、可选地，所述电流环具体用于：

17、获取经功率环pi调节的输出电流参考值io1、io2，并根据电流参考值io1、io2确定平均滤波值

18、根据平均滤波值输出电流io、io'和电压误差er、er'，分别获得电流误差es、es'；

19、根据电流参考值io1、io2、电压误差er、er'和平均滤波值分别获得电流环误差eo1、eo2；

20、根据电流环误差eo1、eo2进行电流环pi调节。

21、可选地，还包括控制器和pwm调制器，

22、所述控制器用于获取经电流环pi调节后的开关频率和占空比；

23、所述pwm调制器用于根据开关频率和占空比，控制输出脉冲信号控制开关管s1-s4通断。

24、采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

25、本发明提供的远程等离子源功率耦合电路，通过变压器两路均流电路，能够起到提升远程等离子源输出功率的作用，通过变压器实现硬件自动均流的效果；

26、本发明提供的控制系统，利用功率环、电流环和均流环的三环控制策略，其中功率环作为控制系统的外环，电流环作为控制系统的内环，均流环和功率环同时并行作用，使得远程等离子源功率耦合电路的结构简单，均流效果好。

技术特征：

1.一种远程等离子源功率耦合电路，其特征在于，包括直流电压源、两路相互并联的均流电路、三绕组变压器和腔体负载，所述均流电路包括：

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三绕组变压器的磁芯为t型变压器磁芯，所述三绕组变压器的初级绕组线圈绕制于所述t型变压器磁芯的中间侧，所述三绕组变压器的次级绕组线圈绕制于所述t型变压器磁芯的两侧。

3.一种远程等离子源功率耦合控制系统，其特征在于，用于权利要求1-2任一所述的电路，包括功率环、电流环和均流环，所述功率环作为控制系统的外环，所述均流环与所述功率环同时并行作用，所述电流环作为控制系统的内环。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述均流环具体用于：

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述功率环具体用于：

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电流环具体用于：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括控制器和pwm调制器，

技术总结
本发明属于半导体制造技术领域，提供了一种远程等离子源功率耦合电路及控制系统，包括直流电压源、两路相互并联的均流电路、三绕组变压器和腔体负载，均流电路包括全桥逆变电路、谐振变换器、均流电阻R<subgt;o</subgt;，全桥逆变电路输入直流电压源；谐振变换器和全桥逆变电路连接；谐振变换器包括电感L<subgt;r</subgt;、电容C<subgt;r</subgt;和电感L<subgt;k</subgt;，电感L<subgt;r</subgt;连接全桥逆变电路，电感L<subgt;k</subgt;连接三绕组变压器；均流电阻R<subgt;o</subgt;和电感L<subgt;k</subgt;连接；三绕组变压器的初级绕组线圈分别和两路均流电路连接，次级绕组线圈和腔体负载连接。本发明提供的远程等离子源功率耦合电路，通过变压器两路均流电路，能够起到提升远程等离子源输出功率的作用，通过变压器实现硬件自动均流的效果。

技术研发人员：潘小刚,束寅志,顾小军,朱培文
受保护的技术使用者：江苏神州半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7