專利名稱：高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流 檢測控制電路。
背景技術(shù)：
高壓開關(guān)電源是半導體制造設(shè)備中的重要組件，廣泛使用于注入機、ALD (Atomic layer deposit,原子層沉積)、刻蝕機等等設(shè)備。在半導體制造設(shè)備中，要求高壓開關(guān)電源 必須符合以下兩個特征1.具有可控制輸出電壓的功能，在外部信號的控制下，電源應(yīng)可 以輸出幾十伏直至幾千伏的任意電壓。2.高壓輸出端與供電端在電氣上完全隔離，以實現(xiàn) 電源極性可變，并保證人員與設(shè)備的安全。
高壓開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸入的電源經(jīng)工頻整流濾波后，由功率驅(qū) 動器產(chǎn)生高頻交流電，驅(qū)動變壓器實現(xiàn)升壓，再通過高頻整流濾波電路變?yōu)楦邏褐绷麟娮?為高壓開關(guān)電源的最終輸出。電壓檢測電路在整個高壓開關(guān)電源中的作用是測量最終輸出 的電壓，并傳送給反饋控制電路，反饋控制電路根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)功率驅(qū)動器上的高頻交 流電參數(shù)，從而調(diào)節(jié)最終輸出電壓，使其穩(wěn)定在設(shè)定值。根據(jù)半導體制造設(shè)備的要求，電壓 檢測電路必須是隔離式的，也就是說它在電源輸入一邊和在高壓輸出一邊的電路之間，沒 有任何電氣連接。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一種方案的高壓開關(guān)電源的電壓電流檢測電路如圖2所示。高壓 輸出經(jīng)分壓電阻R1、R2分壓后，與電壓設(shè)置信號進行誤差放大，再傳送至主控電路。該方案 至少需要三處跨越高壓輸出一邊與電源輸入一邊，必須進行如下隔離1.電壓設(shè)置信號傳送至誤差放大器，需要保持其電壓信息，必須由線性光耦進行隔離。
2.誤差放大器至主控電路的信號需要由光耦進行隔離。
3.誤差放大器和線性光耦在高壓輸出一邊需要由電源供電，而該供電電源必須由 電源輸入一邊提供，而且與電源輸入一邊隔離。
如果將誤差放大器置于電源輸入一邊，可以省去誤差放大器之后的光耦，但必須 在分壓后的高壓信號與誤差放大器之間使用線性光耦進行隔離，如圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)第二種方案。
可見，現(xiàn)有技術(shù)方案比較復(fù)雜，需要多個隔離器件，其中線性光耦成本較高；若要 隔離數(shù)千伏的電壓，電源隔離部分較難實現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種簡化電路，降低成本的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓 電流檢測控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路 包括光輸入電路、電流差檢測電路、光電流跟蹤電路、采樣輸出電路及誤差放大器；所述 光輸入電路通過所述電流差檢測電路與所述光電流跟蹤電路連接；所述光電流跟蹤電路分別與所述采樣輸出電路、誤差放大器連接。
進一步地，所述光輸入電路包括電阻R1、光耦合器 OCl中的發(fā)光二極管；所述 電阻Rl與所述光耦合器OCl中的發(fā)光二極管串聯(lián)。
進一步地，所述電流差檢測電路包括光耦合器OCl中的光敏器件、光耦合器0C2中 的光敏器件、電阻R2及電阻R3 ;所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2連接；所述光耦合器0C2中的光敏器件 與所述電阻R3連接；所述R2與所述R3并聯(lián)，并都接地。
進一步地，所述光電流跟蹤電路包括運算放大器Al、光耦合器0C2中的發(fā)光二極 管；所述運算放大器Al的同相輸入端連接在所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻 R2之間；所述運算放大器Al的反相輸入端連接在所述R3與所述光耦合器0C2中的光敏器 件之間；所述運算放大器Al的輸出端與所述光耦合器0C2中的發(fā)光二極管連接。
進一步地，所述采樣輸出電路是電阻R4，所述電阻R4分別與所述光耦合器0C2中 的發(fā)光二極管、所述誤差放大器連接。
進一步地，所述光敏器件包括光敏二極管、光敏三極管或光敏達林頓晶體管。
本發(fā)明提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，由于在高壓輸出端 與電源輸入端之間只有一處隔離，從而簡化電路，降低成本。


圖1是高壓開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是一現(xiàn)有高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是另一現(xiàn)有高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路用在高壓 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路 包括光輸入電路1、電流差檢測電路2、光電流跟蹤電路3、采樣輸出電路4及誤差放大器(圖 中未示出)。光輸入電路I通過電流差檢測電路2與光電流跟蹤電路3連接。光電流跟蹤電 路3分別與米樣輸出電路4、誤差放大器連接。其中，光輸入電路I包括電阻R1、光稱合器 OCl中的發(fā)光二極管。電阻Rl與光耦合器OCl中的二極管串聯(lián)，并連接到開關(guān)電源的高壓 輸出端。電流差檢測電路2包括光稱合器OCl中的光敏器件、光稱合器0C2中的光敏器件、 電阻R2及電阻R3。光耦合器OCl中的光敏器件與電阻R2連接。光耦合器0C2中的光敏器 件與電阻R3連接。R2與R3并聯(lián)，并都接地。光電流跟蹤電路3包括運算放大器、光耦合 器0C2中的發(fā)光二極管。運算放大器Al的同相輸入端連接在光耦合器OCl中的光敏器件 與電阻R2之間。運算放大器Al的反相輸入端連接在R3與光耦合器0C2中的光敏器件之 間。運算放大器Al的輸出端與光耦合器0C2中的發(fā)光二極管連接。電阻Rl接收光耦合器OCl輸出的電流得到電壓VRl。電阻R2接收光耦合器0C2輸出的電流得到電壓VR2。運算 放大器Al將電阻R2和R3上電壓之差VR2-VR3放大。采樣輸出電路4是電阻R4。電阻R4 分別與光耦合器0C2中的發(fā)光二極管、誤差放大器連接。在電阻R4上獲得的電壓VR4作為 部分的輸出電壓，傳送給誤差放大器。光敏器件包括光敏二極管、光敏三極管或光敏達林頓 晶體管。
電阻R2、R3，運算放大器Al構(gòu)成的負反饋環(huán)路使得光耦合器0C2的輸出端電流等 于光I禹合器OCl的輸出端電流。由于光I禹合器OCl與光I禹合器0C2參數(shù)、工作環(huán)境一致,此 時光稱合器0C2的輸入端電流等于光稱合器OCl的輸入端電流，即電阻Rl與電阻R4中的 電流相等；光耦合器OCl輸入端產(chǎn)生的電壓降相對于高壓電源輸出電壓可以忽略，所以電 阻Rl中的電流等于高壓輸出電壓(HV+與HV-之間的電壓，記為Vh )除以電阻Rl的阻值； 輸出電壓即電阻R4上的電壓等于Vh*R4/Rl,從而測量出聞壓輸出電壓Vh ；電阻R4除作為 測量電壓之用外，還起到保護光耦合器0C2的輸入端、運算放大器Al的輸出端不至于過流 的作用。
本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路相對圖3所 示的隔離式電壓電流檢測控制電路，在省去了高壓部分供電和電源隔離部分的情況下，可 以獲知高壓輸出端電壓。該隔離式電壓電流檢測控制電路適用于“數(shù)字電源”場合，即將該 電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后再用數(shù)字的方法進行反饋控制的場合；適用于測量高壓端參數(shù)用于過 壓過流保護的場合。
如圖5所示，本發(fā)明實施例提供的高壓開關(guān)電源，其包括圖4所示的隔離式電壓電 流檢測控制電路。該高壓開關(guān)電源輸出電壓范圍(T2KV，輸出電壓由0 2mA電流控制，輸出 端限流保護電流20mA?？蛇\用圖3所示的隔離式電壓電流檢測電路測量高壓輸出端的電 流。高壓側(cè)的負載電流直接通過光耦合器OCl的發(fā)光二級管，在反饋的作用下，該電流將被 拷貝至R4上，設(shè)計20mA電流轉(zhuǎn)換為2V電壓，取R4=100Q。運算放大器Al要求能夠輸出 20mA以上的電流。穩(wěn)壓二極管D1、電阻Rl對光耦合器OCl輸入端發(fā)光二級管起保護作用， 在高壓電源出現(xiàn)短時間脈沖大電流時，保護發(fā)光二極管不被損壞。該高壓開關(guān)電源還包括 由電阻R5、R6、R7、光耦合器0C3、光耦合器0C4構(gòu)成的另一隔離式電壓電流檢測控制電路。
隔離式電壓電流檢測控制電路、主控電路、功率驅(qū)動器、變壓器、高頻整流電路構(gòu) 成一個反饋控制環(huán)，使高壓開關(guān)電源輸出一個受電流Ic控制的電壓Vh，滿足Vh=Ic*lMQ， 即ImA對應(yīng)1KV。隔離式電壓電流檢測控制電路與過流保護電路實現(xiàn)過流保護功能，當電流 即將超過20mA時，通過主控電路降低開關(guān)電源的輸出電壓，將電流限制在20mA。
本發(fā)明的方案不僅僅局限于隔離式電壓測量，對高壓側(cè)電路稍作修改，同樣可以 用于電流測量、功率測量等所有需要高壓端與供電端隔離的場合；本發(fā)明的方案不僅僅用 于高壓開關(guān)電源，同樣可以用于隔離式信號采集、隔離式傳感器等所有具有“前后級隔離” 和“前級不需要供電”這兩項要求的場合。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，包括光輸入電路、電流差檢測電路、光電流跟蹤電路、采樣輸出電路及誤差放大器；所述光輸入電路通過所述電流差檢測電路與所述光電流跟蹤電路連接；所述光電流跟蹤電路分別與所述采樣輸出電路、誤差放大器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，所述光輸入電路包括電阻R1、光耦合器OCl中的發(fā)光二極管；所述電阻Rl與所述光耦合器OCl中的發(fā)光二極管串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，所述電流差檢測電路包括光耦合器OCl中的光敏器件、光耦合器0C2中的光敏器件、電阻R2及電阻R3 ；所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2連接；所述光耦合器0C2中的光敏器件與所述電阻R3連接；所述R2與所述R3并聯(lián)，并都接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于，所述光電流跟蹤電路包括運算放大器Al、光耦合器0C2中的發(fā)光二極管；所述運算放大器Al的同相輸入端連接在所述光耦合器OCl中的光敏器件與所述電阻R2之間；所述運算放大器Al的反相輸入端連接在所述R3與所述光耦合器0C2中的光敏器件之間；所述運算放大器Al的輸出端與所述光耦合器0C2中的發(fā)光二極管連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于所述采樣輸出電路是電阻R4，所述電阻R4分別與所述光耦合器0C2中的發(fā)光二極管、所述誤差放大器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項所述的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，其特征在于所述光敏器件包括光敏二極管、光敏三極管或光敏達林頓晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路包括光輸入電路、電流差檢測電路、光電流跟蹤電路、采樣輸出電路及誤差放大器；所述光輸入電路依次通過所述電流差檢測電路與所述光電流跟蹤電路連接；所述光電流跟蹤電路分別與所述采樣輸出電路、誤差放大器連接。本發(fā)明提供的高壓開關(guān)電源的隔離式電壓電流檢測控制電路，由于在高壓輸出端與電源輸入端之間只有一處隔離，從而簡化電路，降低成本。
文檔編號H02M3/24GK103023328SQ20111030125
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者趙章琰, 李勇滔, 秦威, 李英杰, 夏洋 申請人:中國科學院微電子研究所