專利名稱：諧振式高精度脈沖充電電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖充電電源領(lǐng)域，具體涉及一種諧振式高精度脈沖充電電源。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)分子激光器由于波長短，單光子能量大，可重頻運(yùn)行等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于加工，醫(yī)療，科研等領(lǐng)域，而193nm ArF準(zhǔn)分子激光是集成電路光刻用的主要光源，單腔結(jié)構(gòu)的193nm ArF準(zhǔn)分子激光器已廣泛應(yīng)用于90nm以下節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體量產(chǎn)。近年來，隨著半導(dǎo)體進(jìn)入45nm、32nm的量產(chǎn)，光刻需要光源更高的輸出功率和更窄光譜線寬，而單腔結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分子激光器在輸出功率和光譜線寬上不能兼顧。一優(yōu)選的方案為采取雙腔ArF準(zhǔn)分子激光器結(jié)構(gòu)的振蕩-放大系統(tǒng)，振蕩腔(MO腔)產(chǎn)生線寬極窄種 子光，注入振蕩腔(PA腔)放大，以得到窄線寬和高功率的193nm激光束。由于準(zhǔn)分子激光放電持續(xù)時間一般在20 50ns，準(zhǔn)分子激光器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)僅能在放電期間存在，在這種雙腔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，來自上游的MO腔的種子光注入下游的PA腔中時，PA腔中的粒子數(shù)必須反轉(zhuǎn)才能對種子光進(jìn)行放大，因此MO腔和PA腔放電要適時的同步，一般MO腔放電后20ns左右PA腔須放電。影響放電時序的主要原因之一為充電電容器上充電電壓的變化，因為準(zhǔn)分子激光器激勵系統(tǒng)中的磁脈沖壓縮時間主要受充電電壓的影響。而充電電壓的精度影響激光束能量的穩(wěn)定性。不同于單腔結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分子激光器，雙腔結(jié)構(gòu)中的每一腔都有獨(dú)立的充電電容器，因此，需要設(shè)計一種脈沖充電電源，可以同時為雙腔準(zhǔn)分子激光器的充電電容器同時高重頻高精度充電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采取LC諧振倍壓充電的工作方式同時對MO腔和PA腔的充電電容器進(jìn)行充電，以使雙腔具有相同的充電電壓，采取降壓調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)充電電壓精度的雙腔準(zhǔn)分子激光器脈沖充電電源。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案諧振式高精度脈沖充電電源，其特征在于，包括有頻率發(fā)生器、直流電源、電源儲能電容器Ctl，所述的直流電源與電源儲能電容器Ctl并聯(lián)并共地，電源儲能電容器Ctl的正極連接有相互串聯(lián)的諧振電感L和開關(guān)管K1，開關(guān)管Kl分別通過一個導(dǎo)向二極管Dl、D2接入充電電容器Cmtl和Cpa，所述的充電電容器Cmtl和Cpa分別并聯(lián)有一個二極管D3、D6，充電電容器Cmtl和Cpa的負(fù)極與二極管D3、D6的正極共地，二極管D3、D6分別與脈沖升壓電路一、二并聯(lián)，脈沖升壓電路一包括有依次串聯(lián)的開關(guān)K3、二極管D7、升壓變壓器一，脈沖升壓電路二包括有依次串聯(lián)的開關(guān)K4、二極管D8、升壓變壓器二，充電電容器Cmtl的正極與充電電容器Cpa的正極分別通過一個導(dǎo)向二極管D4、D5接入一個泄放回路，所述的泄放回路并聯(lián)有一個電壓取樣電路，電壓取樣電路包括有串聯(lián)的電阻Rl、R2，泄放回路包括有串聯(lián)的電阻R3、開關(guān)管K2，開關(guān)管K2的另一端接地，電壓取樣電路的電阻Rl、R2之間的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)處的電壓作為取樣信號通過跟隨器、濾波器進(jìn)行跟隨、濾波處理后接入一個比較器的正極輸入端，比較器的負(fù)極輸入端接入?yún)⒖茧妷?，所述的頻率發(fā)生器的頻率信號輸出端接入時序控制單元，時序控制単元的控制端與比較器的信號輸出端共同通過ー個與門電路控制連接開關(guān)管K2的觸發(fā)單元，時序控制単元的控制端還控制連接開關(guān)管Kl的觸發(fā)單元，時序控制単元的觸發(fā)信號接入開關(guān)K3、K4 ;所述的脈沖升壓電路一、ニ中的升壓變壓器一、ニ的電壓輸出端分別作用于雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔和PA腔。所述的直流電源的輸出電壓范圍為O 1500V、功率10KW，在脈沖充電電源2000Hz以上工作吋，需兩個直流電源并聯(lián)使用。直流電源的輸出電壓設(shè)定在600V 700V。所述的頻率發(fā)生器為O 4000Hz可調(diào)節(jié)的方波頻率發(fā)生器。本發(fā)明的工作原理是頻率發(fā)生器產(chǎn)生方波信號，通過光纖送入時序控制単元。頻率信號作為時序控制 単元的觸發(fā)信號，由時序控制單元產(chǎn)生開關(guān)管Kl的觸發(fā)信號，以控制開關(guān)管Kl的的導(dǎo)通和閉合。LC諧振充電結(jié)束后，時序控制単元產(chǎn)生充電電壓精度調(diào)節(jié)時限，進(jìn)行電壓精度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程敘述如下取樣信號經(jīng)過跟隨器，然后濾波處理，送入比較器與參考電壓做比較，若取樣信號高于參考電壓，比較器輸出高電平，比較器輸出信號與充電電壓精度調(diào)節(jié)時限送入與門電路，只要取樣信號高于參考電壓，與門輸出高電平，K2導(dǎo)通，充電電壓泄放，泄放到取樣信號低于或等于參考電壓時，比較器輸出低電平，K2閉合,泄放結(jié)束。然后，時序控制單元產(chǎn)生充電電容器能量轉(zhuǎn)移時限，即K3，K4觸發(fā)信號，實現(xiàn)充電電容器上的電壓向脈沖升壓單元轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的有益效果在干本發(fā)明可以同時為雙腔準(zhǔn)分子激光器的充電電容器同時充電，并且可以高重頻充電，充電電壓有較高的精度，同時，本發(fā)明的脈沖充電頻率也是雙腔準(zhǔn)分子激光器的工作頻率。本發(fā)明采取LC諧振倍壓充電的工作方式同時對MO腔和PA腔的充電電容器進(jìn)行充電，以使雙腔具有相同的充電電壓，并設(shè)計了一條MO腔和PA腔充電電壓的泄放回路，以使充電電壓微量泄放到精確值，提高了充電電壓的精度，減少電路的功率消耗，保證工作時充電電壓的穩(wěn)定。


圖I為脈沖充電電源工作回路2為脈沖電源控制回路方框圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。如圖1、2所示，諧振式高精度脈沖充電電源，包括有頻率發(fā)生器I、直流電源2、電源儲能電容器Ctl，直流電源2與電源儲能電容器Ctl并聯(lián)并共地，電源儲能電容器Ctl的正極連接有相互串聯(lián)的諧振電感L和開關(guān)管K1，開關(guān)管Kl分別通過一個導(dǎo)向ニ極管Dl、D2接入充電電容器Cmtl和Cpa，所述的充電電容器Cmtl和Cpa分別并聯(lián)有一個ニ極管D3、D6，充電電容器Cmtl和Cpa的負(fù)極與ニ極管D3、D6的正極共地，ニ極管D3、D6分別與脈沖升壓電路ー 9、ニ 10并聯(lián)，脈沖升壓電路一 9包括有依次串聯(lián)的開關(guān)K3、ニ極管D7、升壓變壓器一 11，脈沖升壓電路二 10包括有依次串聯(lián)的開關(guān)K4、二極管D8、升壓變壓器二 12，充電電容器Cmtl的正極與充電電容器Cpa的正極分別通過一個導(dǎo)向二極管D4、D5接入一個泄放回路，泄放回路并聯(lián)有一個電壓取樣電路，電壓取樣電路包括有串聯(lián)的電阻Rl、R2，泄放回路包括有串聯(lián)的電阻R3、開關(guān)管K2，開關(guān)管K2的另一端接地，電壓取樣電路的電阻Rl、R2之間的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)處的電壓作為取樣信號13通過跟隨器3、濾波器4進(jìn)行跟隨、濾波處理后接入一個比較器5的正極輸入端，比較器5的負(fù)極輸入端接入?yún)⒖茧妷?，頻率發(fā)生器I的頻率信號輸出端接入時序控制單元6，時序控制單元6的控制端與比較器5的信號輸出端共同通過一個與門電路7控制連接開關(guān)管K2的觸發(fā)單元，時序控制單元6的控制端還控制連接開關(guān)管Kl的觸發(fā)單元，時序控制單元6的觸發(fā)信號接入開關(guān)K3、K4 ;脈沖升壓電路一 9、二 10中的升壓變壓器一 11、二 12的電壓輸出端分別作用于雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔和PA腔。直流電源2的輸出電壓范圍為O 1500V、功率10KW，在脈沖充電電源2000Hz以上工作時，需兩個直流電源并聯(lián)使用。直流電源的輸出電壓設(shè)定在600V 700V。頻率發(fā)生器I為O 4000Hz可調(diào)節(jié)的方波頻率發(fā)生器。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的主要工作過程如下Ctl被直流電源充電為Vtl,頻率發(fā)生器I設(shè)定脈沖充電頻率，方波信號通過光纖傳入時序控制單元6 ；時序控制單元隨即產(chǎn)生開關(guān)管K1觸發(fā)信號，K1閉合，電流I從Ctl經(jīng)過諧振電感L流向Cmtl和Cpa，Cm0和Cpa同時被充上相同的電壓水平，通過選擇Ctl的容值遠(yuǎn)大于Cmtl和Cpa的容值，充電電壓為2V。，充電電壓計算公式為V (t) = 2V0 (Ι-cos ω t)式中A =卞，為諧振充電過程的角頻率，C = Cm0+Cpa ；回路中電流I減小到零時，開關(guān)管K1閉合，C0通過諧振電感L對Cmtl和Cpa的諧振倍壓充電過程結(jié)束；Rl和R2對充電電容器實時電壓取樣，向控制電路提供電壓信號，R3和K2成充電電壓泄放回路，對取樣信號進(jìn)行濾波處理，與參考電壓做比較，在時序控制單元提供的電壓精度調(diào)節(jié)時限內(nèi)，控制開關(guān)管K2的導(dǎo)通和關(guān)斷，將充電電容器上的充電電壓泄放到參考電壓值，在每次充電過程中，均將充電電壓泄放到同一參考電壓值，以提高充電電壓的精度；充電結(jié)束后，時序控制單元提供K3、K4觸發(fā)信號，將充電電容器上的能量轉(zhuǎn)移到脈沖升壓單元；頻率發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號到來后，進(jìn)行下一次工作過程。
權(quán)利要求
1.一種諧振式高精度脈沖充電電源，其特征在于，包括有頻率發(fā)生器、直流電源、電源儲能電容器Ctl，所述的直流電源與電源儲能電容器Ctl并聯(lián)并共地，電源儲能電容器Ctl的正極連接有相互串聯(lián)的諧振電感L和開關(guān)管K1，開關(guān)管Kl分別通過一個導(dǎo)向ニ極管Dl、D2接入充電電容器Cmtl和Cpa，所述的充電電容器Cmtl和Cpa分別并聯(lián)有一個ニ極管D3、D6，充電電容器Cmtl和Cpa的負(fù)極與ニ極管D3、D6的正極共地，ニ極管D3、D6分別與脈沖升壓電路一、ニ并聯(lián)，脈沖升壓電路一包括有依次串聯(lián)的開關(guān)K3、ニ極管D7、升壓變壓器一，脈沖升壓電路ニ包括有依次串聯(lián)的開關(guān)K4、ニ極管D8、升壓變壓器ニ，充電電容器Cmtl的正極與充電電容器Cpa的正極分別通過ー個導(dǎo)向ニ極管D4、D5接入一個泄放回路，所述的泄放回路并聯(lián)有ー個電壓取樣電路，電壓取樣電路包括有串聯(lián)的電阻Rl、R2，泄放回路包括有串聯(lián)的電阻R3、開關(guān)管K2，開關(guān)管K2的另一端接地，電壓取樣電路的電阻Rl、R2之間的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)處的電壓作為取樣信號通過跟隨器、濾波器進(jìn)行跟隨、濾波處理后接入一個比較器的正極輸入端，比較器的負(fù)極輸入端接入?yún)⒖茧妷?，所述的頻率發(fā)生器的頻率信號輸出端接入時序控制單元，時序控制単元的控制端與比較器的信號輸出端共同通過ー個與門電路控制連接開關(guān)管K2的觸發(fā)單元，時序控制単元的控制端還控制連接開關(guān)管Kl的觸發(fā)單元，時序控制単元的觸發(fā)信號接入開關(guān)K3、K4 ;所述的脈沖升壓電路一、ニ中的升壓變壓器一、ニ的電壓輸出端分別作用于雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔和PA腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振式高精度脈沖充電電源，其特征在于，所述的直流電源的輸出電壓范圍為O 1500V、功率10KW，直流電源的輸出電壓設(shè)定在600V 700V。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振式高精度脈沖充電電源，其特征在于，所述的頻率發(fā)生器為(Γ4000ΗΖ可調(diào)節(jié)的方波頻率發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧振式高精度脈沖充電電源，包括有頻率發(fā)生器、直流電源、電源儲能電容器，采取LC諧振倍壓充電的工作方式同時對MO腔和PA腔的充電電容器進(jìn)行充電，以使雙腔具有相同的充電電壓，并設(shè)計了一條MO腔和PA腔充電電壓的泄放回路，以使充電電壓微量泄放到精確值。本發(fā)明可以同時為雙腔準(zhǔn)分子激光器的充電電容器同時充電，并且可以高重頻充電，充電電壓有較高的精度，同時，本發(fā)明的脈沖充電頻率也是雙腔準(zhǔn)分子激光器的工作頻率，提高了充電電壓的精度，減少電路的功率消耗，保證工作時充電電壓的穩(wěn)定。
文檔編號H02J7/00GK102684256SQ20121011906
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月21日
發(fā)明者厲彥超, 方曉東, 李友布, 梁勖, 游利兵, 王慶勝, 王效順, 趙家敏 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所