專利名稱：諧振式高精度脈沖充電電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及脈沖充電電源領域，具體涉及一種諧振式高精度脈沖充電電源。
背景技術：
準分子激光器由于波長短，單光子能量大，可重頻運行等特點，廣泛應用于加工，醫療，科研等領域，而193nm ArF準分子激光是集成電路光刻用的主要光源，單腔結構的193nm ArF準分子激光器已廣泛應用于90nm以下節點的半導體量產。近年來，隨著半導體進入45nm、32nm的量產，光刻需要光源更高的輸出功率和更窄光譜線寬，而單腔結構的準分子激光器在輸出功率和光譜線寬上不能兼顧。一優選的方案為采取雙腔ArF準分子激光器結構的振蕩-放大系統，振蕩腔(MO腔)產生線寬極窄種 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。由于準分子激光放電持續時間一般在20 50ns，準分子激光器的粒子數反轉僅能在放電期間存在，在這種雙腔結構系統中，來自上游的MO腔的種子光注入下游的PA腔中時，PA腔中的粒子數必須反轉才能對種子光進行放大，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，因為準分子激光器激勵系統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定性。不同于單腔結構的準分子激光器，雙腔結構中的每一腔都有獨立的充電電容器，因此，需要設計一種脈沖充電電源，可以同時為雙腔準分子激光器的充電電容器同時高重頻高精度充電。

發明內容
本發明要解決的技術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腔的充電電容器進行充電，以使雙腔具有相同的充電電壓，采取降壓調節的方式實現充電電壓精度的雙腔準分子激光器脈沖充電電源。為解決上述技術問題，本發明的技術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并聯并共地，電源儲能電容器Ctl的正極連接有相互串聯的諧振電感L和開關管K1，開關管Kl分別通過一個導向二極管Dl、D2接入充電電容器Cmtl和Cpa，所述的充電電容器Cmtl和Cpa分別并聯有一個二極管D3、D6，充電電容器Cmtl和Cpa的負極與二極管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，脈沖升壓電路一包括有依次串聯的開關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的開關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向二極管D4、D5接入一個泄放回路，所述的泄放回路并聯有一個電壓取樣電路，電壓取樣電路包括有串聯的電阻Rl、R2，泄放回路包括有串聯的電阻R3、開關管K2，開關管K2的另一端接地，電壓取樣電路的電阻Rl、R2之間的串聯節點處的電壓作為取樣信號通過跟隨器、濾波器進行跟隨、濾波處理后接入一個比較器的正極輸入端，比較器的負極輸入端接入參考電壓，所述的頻率發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管K2的觸發單元，時序控制単元的控制端還控制連接開關管Kl的觸發單元，時序控制単元的觸發信號接入開關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使用。直流電源的輸出電壓設定在600V 700V。所述的頻率發生器為O 4000Hz可調節的方波頻率發生器。本發明的工作原理是頻率發生器產生方波信號，通過光纖送入時序控制単元。頻率信號作為時序控制 単元的觸發信號，由時序控制單元產生開關管Kl的觸發信號，以控制開關管Kl的的導通和閉合。LC諧振充電結束后，時序控制単元產生充電電壓精度調節時限，進行電壓精度調節，調節過程敘述如下取樣信號經過跟隨器，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節時限送入與門電路，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,泄放結束。然后，時序控制單元產生充電電容器能量轉移時限，即K3，K4觸發信號，實現充電電容器上的電壓向脈沖升壓單元轉移。本發明的有益效果在干本發明可以同時為雙腔準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，本發明的脈沖充電頻率也是雙腔準分子激光器的工作頻率。本發明采取LC諧振倍壓充電的工作方式同時對MO腔和PA腔的充電電容器進行充電，以使雙腔具有相同的充電電壓，并設計了一條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合附圖對本發明的具體實施方式
做進ー步詳細的說明。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并聯并共地，電源儲能電容器Ctl的正極連接有相互串聯的諧振電感L和開關管K1，開關管Kl分別通過一個導向ニ極管Dl、D2接入充電電容器Cmtl和Cpa，所述的充電電容器Cmtl和Cpa分別并聯有一個ニ極管D3、D6，充電電容器Cmtl和Cpa的負極與ニ極管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，脈沖升壓電路一 9包括有依次串聯的開關K3、ニ極管D7、升壓變壓器一 11，脈沖升壓電路二 10包括有依次串聯的開關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向二極管D4、D5接入一個泄放回路，泄放回路并聯有一個電壓取樣電路，電壓取樣電路包括有串聯的電阻Rl、R2，泄放回路包括有串聯的電阻R3、開關管K2，開關管K2的另一端接地，電壓取樣電路的電阻Rl、R2之間的串聯節點處的電壓作為取樣信號13通過跟隨器3、濾波器4進行跟隨、濾波處理后接入一個比較器5的正極輸入端，比較器5的負極輸入端接入參考電壓8，頻率發生器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控制連接開關管K2的觸發單元，時序控制單元6的控制端還控制連接開關管Kl的觸發單元，時序控制單元6的觸發信號接入開關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使用。直流電源的輸出電壓設定在600V 700V。頻率發生器I為O 4000Hz可調節的方波頻率發生器。
進一步地，本發明的主要工作過程如下Ctl被直流電源充電為Vtl,頻率發生器I設定脈沖充電頻率，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生開關管K1觸發信號，K1閉合，電流I從Ctl經過諧振電感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節時限內，控制開關管K2的導通和關斷，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；充電結束后，時序控制單元提供K3、K4觸發信號，將充電電容器上的能量轉移到脈沖升壓單元；頻率發生器產生的方波信號到來后，進行下一次工作過程。
權利要求
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并聯并共地，電源儲能電容器Ctl的正極連接有相互串聯的諧振電感L和開關管K1，開關管Kl分別通過一個導向ニ極管Dl、D2接入充電電容器Cmtl和Cpa，所述的充電電容器Cmtl和Cpa分別并聯有一個ニ極管D3、D6，充電電容器Cmtl和Cpa的負極與ニ極管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，脈沖升壓電路一包括有依次串聯的開關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的開關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向ニ極管D4、D5接入一個泄放回路，所述的泄放回路并聯有ー個電壓取樣電路，電壓取樣電路包括有串聯的電阻Rl、R2，泄放回路包括有串聯的電阻R3、開關管K2，開關管K2的另一端接地，電壓取樣電路的電阻Rl、R2之間的串聯節點處的電壓作為取樣信號通過跟隨器、濾波器進行跟隨、濾波處理后接入一個比較器的正極輸入端，比較器的負極輸入端接入參考電壓，所述的頻率發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管K2的觸發單元，時序控制単元的控制端還控制連接開關管Kl的觸發單元，時序控制単元的觸發信號接入開關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分子激光器的MO腔和PA腔。
2.根據權利要求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定在600V 700V。
3.根據權利要求I所述的諧振式高精度脈沖充電電源，其特征在于，所述的頻率發生器為(Γ4000ΗΖ可調節的方波頻率發生器。
全文摘要
本發明公開了一種諧振式高精度脈沖充電電源，包括有頻率發生器、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腔的充電電容器進行充電，以使雙腔具有相同的充電電壓，并設計了一條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。本發明可以同時為雙腔準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，本發明的脈沖充電頻率也是雙腔準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 優先權日2012年4月21日
發明者厲彥超, 方曉東, 李友布, 梁勖, 游利兵, 王慶勝, 王效順, 趙家敏 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所