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CN102541135B - 多台钛泵的并联驱动电路 - Google Patents

多台钛泵的并联驱动电路 Download PDF

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李迎春
张正祥
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Abstract

本发明提供一种多台钛泵的并联驱动电路,包括:电源接入端和至少两个钛泵电源接入点,所述钛泵电源接入点连接钛泵电源接线端,所述电源接入端与每一个钛泵电源接入点之间串接有第一电阻或者所述钛泵电源接入点与钛泵电源接线端之间串接有第一电阻。钛泵电源输出功率就大大减小,可以实现了一台钛泵电源稳定的供应多台钛泵的功能。

Description

多台钛泵的并联驱动电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域,具体是一种多台钛泵的并联驱动电路。
背景技术
钛泵是由许多厚为0.1~0.3mm、直径为12~40mm的不锈钢薄壁圆筒构成钛泵阳极筒,以及在阳极的两端厚为1~3mm的钛阴极构成。钛泵阳极筒的轴线与钛阴极的表面垂直,二者之间加3~7KV的电压,钛泵阳极筒的轴向加1000~3000高斯的均匀磁场。钛泵阳极筒中运动的电子,有轴向速度分量和径向速度分量,钛泵阳极筒内的电子会受到洛仑兹力作用和电场力作用,其运动为轴向的直线运动和横截面上的轮滚线运动。使电子运动轨迹大大延长,电子与中性气体分子的碰撞几率增大,提高了电离效率,使得在很低的气压下也能发生放电。上述现象称为潘宁放电。气体分子和旋转的电子碰撞而被电离成气体离子,该气体离子在电场的作用下,飞向并轰击钛阴极,产生两种作用:1、溅射钛原子,形成钛膜;2、打出二次电子。上述过程中,溅射出来的钛原子,淀积在钛泵阳极筒的内壁和钛阴极的表面上,形成新鲜的钛膜维持钛泵的抽气能力。气体离子的溅射能力随着入射的该气体离子的能量、质量和入射角的不同而不同,能量大、质量大的气体离子的溅射能力也大。为了保证钛泵阳极筒上的钛膜的吸气能力,必须保证足够的溅射率,即要求有足够的电压,以保证气体离子得到足够的轰击能量。通过该气体离子轰击,可打出二次电子,二次电子受电磁场作用进入旋转电子云里,补充失去的电子。每个气体分子被电离的同时,都至少放出一个电子,这些电子也进入到旋转电子云里,它们和二次电子一起补偿因跑到阳极上而损失的电子,从而能不断地维持潘宁放电。
钛泵的电源一般是使用5KV倍压整流电源,负载电流大时,输出电压下降到几百伏。通常用流过钛泵正负极间的电流反映所抽空间的真空度。
现有技术中,一台钛泵需要一台钛泵电源。一台钛泵电源的外壳为一个3U机箱,因此在多台钛泵使用时,需要多个相适配的钛泵电源,多个钛泵电源进行工作造成成本的浪费,多个钛泵电源又需要占用很大的空间。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多台钛泵的并联驱动电路,使多台钛泵只需要一个钛泵电源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种多台钛泵的并联驱动电路,其包括:电源接入端和至少两个钛泵电源接入点,所述钛泵电源接入点连接钛泵电源接线端,所述电源接入端与每一个钛泵电源接入点之间串接有第一电阻或者所述钛泵电源接入点与钛泵电源接线端之间串接有第一电阻。
优选地,所述钛泵电源接入点还通过第二电容连接接地端。
优选地,所述每个钛泵电源接入点都通过分压电路连接第一运算放大器的正电压输入端;
所述第一运算放大器的负电压接入端通过第二电阻连接所述第一运算放大器的输出端,所述第一运算放大器的输出端为用于电流显示信号采样的第一采样点。
优选地,所述第一运算放大器的正电压输入端或者所述第一运算放大器的输出端为用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点,用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点通过相互并联的二极管连接在第二运算放大器的负电压输入端,所述第二运算放大器的负电压输入端为参考电压接入端,所述第二运算放大器的输出端输出钛泵电压调节反馈信号。
优选地,所述每个钛泵电源接入点都通过分压电路连接第一运算放大器的正电压输入端;具体包括:所述钛泵电源接入点与所述第一运算放大器的正电压接入端之间串接有第三电阻,所述第一运算放大器的正电压接入端还通过第四电阻连接接地端。
优选地,所述第一运算放大器的负电压接入端还通过第五电阻连接接地端。
优选地,所述第一运算放大器的输出端还分别通过第六电阻和第一电容连接接地端。
优选地,所述第五电阻与所述接地端之间还连接有第七电阻。
优选地,所述第一电阻的阻值为1M-10M欧姆,所述第二电阻的阻值为10-1M欧姆。
优选地,所述第三电阻与所述第四电阻的阻值比为(100-10000)∶1。
优选地,所述第七电阻为电位器。
实施本发明的技术方案,具有以下有益效果:本发明提供的多台钛泵的并联驱动电路,使钛泵电源的高压输出端经电阻隔离分别对多台钛泵进行供电,钛泵电源输出的功率大大减小,实现了一台钛泵电源稳定的供应多台钛泵的功能。另外,由该驱动电路中通过采样电路采样各台钛泵的电流信号,经具有高输入阻抗的运算放大器放大该电流信号,送至比较电路,再反馈给钛泵电源,实现钛泵电源的电压调节,使钛泵得到的电压更加稳定。
附图说明
图1为本发明实施例提供的第一种驱动电路的应用图。
图2为本发明实施例提供的第二种驱动电路的结构原理图。
图3为本发明实施例提供的具有驱动电路的机箱结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的第一种多台钛泵的并联驱动电路,如图1所示,该驱动电路包括:一个电源接入端HV分别连接三个第一运算放大器U0、U1、U2的正电压输入端,该实施例中,电源接入端HV连接钛泵电源,每个第一运算放大器对应有一个钛泵,在其他的实施例中也可以有更多的运算放大器,相应的可以有更多的钛泵,图1中,三个第一运算放大器U0、U1、U2分别对应有三个钛泵(即:钛泵A、钛泵B和钛泵C)。
所述电源接入端HV与所述第一运算放大器U0的正电压输入端之间设置有钛泵电源接入点A,所述钛泵电源接入点A连接有钛泵A的电源接线端1,所述钛泵A的另一端2接地;
所述第一运算放大器U0的负电压接入端通过第二电阻R6连接所述第一运算放大器U0的输出端,所述第一运算放大器U0的输出端为钛泵A的用于电流显示信号采样的第一采样点;钛泵A的电流采样信号输入到显示模块进行电流的显示,将采样的电流信号送给显示模块,监控人员可清楚钛泵A的真空状态。
进一步的,所述第一运算放大器U0的输出端还作为用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点通过二极管D1连接在第二运算放大器U3的负电压输入端。
同样的,所述电源接入端HV与所述第一运算放大器U1的正电压输入端之间设置有钛泵电源接入点B,所述钛泵电源接入点B连接有钛泵B的电源接线端1,所述钛泵B的另一端2接地。
所述第一运算放大器U1的负电压接入端通过第二电阻R7连接所述第一运算放大器U1的输出端,所述第一运算放大器U1的输出端为钛泵B的用于电流显示信号采样的第一采样点;钛泵B的电流采样信号输入到显示模块进行电流的显示,将采样的电流信号送给显示模块,监控人员可清楚钛泵B的真空状态。
进一步的,所述第一运算放大器U1的输出端还作为用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点通过二极管D2连接在第二运算放大器U3的负电压输入端。
同样的,所述电源接入端HV与所述第一运算放大器U2的正电压输入端之间设置有钛泵电源接入点C,所述钛泵电源接入点C连接有钛泵C的电源接线端1,所述钛泵C的另一端2接地;
所述第一运算放大器U2的负电压接入端通过第二电阻R8连接所述第一运算放大器U2的输出端,所述第一运算放大器U2的输出端为钛泵C的用于电流显示信号采样的第一采样点;钛泵C的电流采样信号输入到显示模块进行电流的显示,将采样的电流信号送给显示模块,监控人员可清楚钛泵C的真空状态。
进一步的,所述第一运算放大器U2的输出端还作为用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点通过二极管D3连接在第二运算放大器U3的负电压输入端。
在该应用中,所述第二运算放大器U3的负电压输入端为参考电压接入端(该参考电压可以根据需要进行设置),所述第二运算放大器U3的输出端输出钛泵的电压调节反馈信号,第二运算放大器U3的输出端将该钛泵的电压调节反馈信号输出到钛泵电源中。根据第二运算放大器U3所要放大的倍数的需要,第二运算放大器U3的负电压输入端与所述第二运算放大器U3的输出端之间连接有第九电阻R10。
本实施例中,第一运算放大器的输出端也同时作为钛泵电压信号的采样点,通过将三处的钛泵电压信号的采样点的钛泵电压的采样信号输入到第二运算放大器U3的正电压输入端,与所述参考电压进行比较,哪处的钛泵电压的采样信号的电压最大,则将该最大的电压与参考电压进行比较,根据比较的结果得到该钛泵的电压调节反馈信号,该钛泵的电压调节反馈信号反馈到钛泵电源中,以进行该钛泵电源的电压调节,使钛泵电压更加稳定。
在本实施例中,为了调节所述第一运算放大器U0、U1、U2的放大倍数,所述第一运算放大器U0、U1、U2的负电压接入端还分别通过第五电阻R3、R4、R5连接接地端。在本实施例中,为了保护所述钛泵,防止钛泵被钛泵电源的高电压击坏,保证钛泵电压的稳定性,所述钛泵电源接入点A、B、C与所述电源接入端HV之间分别连接有第一电阻R0、R1、R2。另外,在本实施例中,电源接入端HV通过电阻Rr0连接第四运算放大器Ur的正电压输入端,通过该第四运算放大器Ur的输出端作为钛泵的电源输出电压采样点,该钛泵的电源输出电压采样点连接显示模块,通过该显示模块显示出钛泵的电源输出电压采样信号,以对所述钛泵电源进行监控。其中,所述第四运算放大器Ur的负电压输入端通过第十电阻Rr1连接接地端,所述第四运算放大器Ur的负电压输入端还通过第十一电阻Rr2连接所述第四运算放大器Ur的输出端。
本发明实施例提供的第二种多台钛泵的并联驱动电路,如图2所示,该驱动电路包括:电源接入端HV分别连接三个第一运算放大器U0、U1、U2的正电压输入端,该实施例中,电源接入端HV用于连接钛泵电源,每个第一运算放大器对应有一个钛泵,在其他的实施例中也可以有更多的运算放大器,相应的可以有更多的钛泵,图2中,三个第一运算放大器U0、U1、U2分别对应有三个钛泵(即:钛泵A、钛泵B和钛泵C)。
所述电源接入端HV与所述第一运算放大器U0的正电压输入端之间设置有钛泵电源接入点E,所述钛泵电源接入点E通过第一电阻R0连接有钛泵A的电源接线端;
所述第一运算放大器U0的负电压接入端通过第二电阻R6连接所述第一运算放大器U0的输出端,所述第一运算放大器U0的正电压输入端为用于电流显示信号采样的第一采样点;该用于电流显示信号采样的第一采样点的电流采样信号输入到显示模块进行电流的显示,将采样的电流信号送给显示模块,监控人员可清楚钛泵A的真空状态。
所述第一运算放大器U0的输出端通过二极管D1连接在第二运算放大器U3的负电压输入端。
同样的,所述电源接入端HV与所述第一运算放大器U1的正电压输入端之间设置有钛泵电源接入点F,所述钛泵电源接入点F通过第一电阻R1连接有钛泵B的电源接线端;
所述第一运算放大器U1的负电压接入端通过第二电阻R7连接所述第一运算放大器U1的输出端,所述第一运算放大器U1的正电压输入端为用于电流显示信号采样的第一采样点;该用于电流显示信号采样的第一采样点的电流采样信号输入到显示模块进行电流的显示,将采样的电流信号送给显示模块,监控人员可清楚钛泵B的真空状态。
所述第一运算放大器U1的输出端通过二极管D2连接在第二运算放大器U3的负电压输入端。所述第二运算放大器U3的负电压输入端为参考电压接入端(该参考电压可以根据需要进行设置),所述第二运算放大器U3的输出端输出钛泵电压调节反馈信号。
同样的,所述电源接入端HV与所述第一运算放大器U2的正电压输入端之间设置有钛泵电源接入点G,所述钛泵电源接入点G通过第一电阻R2连接有钛泵C的电源接线端;
所述第一运算放大器U2的负电压接入端通过第二电阻R8连接所述第一运算放大器U2的输出端,所述第一运算放大器U2的正电压输入端为用于电流显示信号采样的第一采样点;该用于电流显示信号采样的第一采样点的电流采样信号输入到显示模块进行电流的显示,将采样的电流信号送给显示模块,监控人员可清楚钛泵C的真空状态。
所述第一运算放大器U2的输出端通过二极管D3连接在第二运算放大器U3的负电压输入端。所述第二运算放大器U3的负电压输入端为参考电压接入端(该参考电压可以根据需要进行设置),所述第二运算放大器U3的输出端输出钛泵电压调节反馈信号。
该应用中,第二运算放大器U3的输出端将该钛泵的电压调节反馈信号输出到钛泵电源中。根据第二运算放大器U3所要放大的倍数的需要,第二运算放大器U3的负电压输入端与所述第二运算放大器U3的输出端之间连接有第九电阻R10。第一运算放大器的正电压输入端作为钛泵电压信号的采样点,通过将三处的钛泵电压信号的采样点的钛泵电压的采样信号输入到第二运算放大器U3的正电压输入端,与所述参考电压进行比较,哪处的钛泵电压的采样信号的电压最大,则将该最大的电压与参考电压进行比较,根据比较的结果得到该钛泵的电压调节反馈信号,该钛泵的电压调节反馈信号反馈到钛泵电源中,以进行该钛泵电源的电压调节,钛泵电源的输出电压随着负载电流的减小不断加高,最终钛泵电源的电压维持相对稳定,钛泵的真空度也维持在一定范围内。
在本实施例中,进一步地,所述钛泵电源接入点E与所述第一运算放大器U0之间串接有第三电阻R35。同样的,所述钛泵电源接入点F与所述第一运算放大器U1之间串接有第三电阻R36。同样的,所述钛泵电源接入点G与所述第一运算放大器U2之间串接有第三电阻R37。所述第一运算放大器U2的正电压接入端还通过第四电阻R16连接接地端,以分减第一运算放大器U2的电压。另外,在其他的实施例中,也可以用电容来替代第三电阻R37和第四电阻R16,以及进行限流分压。
在本实施例中,进一步地,所述第一运算放大器U0的正电压接入端还通过第四电阻R14连接接地端,所述第一运算放大器U0的负电压接入端还通过第五电阻R3连接接地端,所述第一运算放大器U0的输出端还分别通过第六电阻R18和第一电容C4连接接地端。同样的,所述第一运算放大器U1的正电压接入端还通过第四电阻R15连接接地端,所述第一运算放大器U1的负电压接入端还通过第五电阻R4连接接地端,所述第一运算放大器U1的输出端还分别通过第六电阻R20和第一电容C5连接接地端。同样的,所述第一运算放大器U2的正电压接入端还通过第四电阻R16连接接地端,所述第一运算放大器U2的负电压接入端还通过第五电阻R5连接接地端,所述第一运算放大器U2的输出端还分别通过第六电阻R22和第一电容C7连接接地端。以对所述第一运算放大器进行保护。
在本实施例中,进一步地,所述钛泵电源接入点E通过第二电容C9连接接地端。同样的,所述钛泵电源接入点F通过第二电容C11连接接地端。同样的,所述钛泵电源接入点G通过第二电容C12连接接地端。以进行钛泵的保护。
在本实施例中,进一步地,所述第五电阻R3与所述接地端之间还串联有第七电阻R23。同样的,所述第五电阻R4与所述接地端之间还串联有第七电阻R24。同样的,所述第五电阻R5与所述接地端之间还串联有第七电阻R25。以进行第一运算放大器的负电压输入端的电压微调,优选地,所述第七电阻为电位器,以方便调节,也可以根据需要为固定电阻值的电阻器。
本实施例中,优选地,所述第一电阻的阻值为1M-10M欧姆。
本实施例中,优选地,所述第三电阻与所述第四电阻的阻值比为(100-10000)∶1。
本实施例中,优选地,所述第二电阻的阻值为10-1M欧姆。
因为钛泵在维持真空时需要的功率相当小,而在启动时需要较大的功率。按照现有技术一般一台钛泵需要一台钛泵电源这样钛泵在启动时的电流较大,对电源的要求较高,例如在启动时电源达到20mA,以后慢慢减小,电压只要几百伏,而到达真空维持时电压可达到5000V甚至更高,那么此电源的输出功率就要考虑电压和电流的最大值就会为5000V*20mA=100W的功率才会保证安全使用。而采用本发明的技术在钛泵电源接入点A串接的第一电阻的阻值较大,例如此第一电阻的阻值为3M欧姆,那么钛泵电源的输出端输出电流最大就只有1.7毫安(mA),这样输出功率就大大减小5000V*1.7mA=5.5W,此钛泵电源可以给更多的(如:2-18个)钛泵供电。只是启动时需要真空度好一些,启动时间增加3~5个小时。这不会影响整个多钛泵组成的系统的启动运行。
将采样的电流信号送给显示模块,监控人员方可清楚设备的真空状态。在钛泵电源接入点串接大阻值的第一电阻R0,然后在0~10V的附近取点送给第一运算放大器U1放大该采样的电流信号后,再将此采样的电流信号减去第一电阻R1上流过的电流,即为流过钛泵的电流值。
每个电流采样电路中的第一运算放大器的放大系数是依据设置在多个钛泵之前的限流电阻(取样电阻,即:第一电阻之间)的阻值比例而定,例如钛泵A之前的第一电阻R0和第二个钛泵之前的第一电阻R1的阻值比例为10,则相应的钛泵A之后的采样电路中的第一运算放大器U0的放大系数是钛泵B之后的采样电路的第一运算放大器U1的放大系数的十分之一。
上述各实施例提供的驱动电路较以往钛泵的供电方式节省了很大的空间,以往的一个钛泵电源就为一个3U机箱,1U=1.75英寸=4.445厘米,3U=5.25英寸=13.335厘米,现在用一个2U机箱就可以控制三台钛泵。如图3所示,该2U机箱107中设置有多台钛泵并联驱动电路的驱动板108,该驱动板108电连接钛泵电源电压控制信号端101、钛泵电源输入端102、与上位机接口的接口端103、通过BNC连接的高压输出接口端104、105、106,该钛泵电源电压控制信号端101、钛泵电源输入端102、与上位机接口的接口端103、高压输出接口端104、105、106都设置在机箱107上。
另外,在上述实施例中,也可以不对该驱动电路进行电流和电信号的采样及通过该采样信号对钛泵电源进行调压。因此该驱动电路仅仅可以只包括:电源接入端和至少两个钛泵电源接入点,所述钛泵电源接入点连接钛泵电源接线端,所述电源接入端与每一个钛泵电源接入点之间串接有第一电阻或者所述钛泵电源接入点与钛泵电源接线端之间串接有第一电阻。该第一电阻为阻值较大的电阻,钛泵电源的输出端串接阻值较大的第一电阻,例如此阻值为3M欧姆,那么钛泵电源输出的电流最大就只有1.7mA,这样输出功率就大大减小5000V*1.7mA=5.5W,此钛泵电源给18个钛泵供电都可以实现。只是启动时需要真空度要高一些,启动时间增加3~5个小时。这不会影响整个系统的启动运行。另外,在进一步的实施例中,所述钛泵电源接入点还通过第二电容连接接地端。以对钛泵电源的电压进行分压和限流。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,包括:电源接入端和至少两个钛泵电源接入点,所述钛泵电源接入点连接钛泵电源接线端,所述电源接入端与每一个钛泵电源接入点之间串接有第一电阻或者所述钛泵电源接入点与钛泵电源接线端之间串接有第一电阻;所述钛泵电源接入点还通过第二电容连接接地端;所述每个钛泵电源接入点都通过分压电路连接第一运算放大器的正电压输入端;所述第一运算放大器的负电压接入端通过第二电阻连接所述第一运算放大器的输出端,所述第一运算放大器的输出端为用于电流显示信号采样的第一采样点。
2.如权利要求1所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述第一运算放大器的正电压输入端或者所述第一运算放大器的输出端为用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点,每个用于所述钛泵电压信号采样的第二采样点通过二极管连接在第二运算放大器的负电压输入端,所述第二运算放大器的负电压输入端为参考电压接入端,所述第二运算放大器的输出端输出钛泵电压调节反馈信号。
3.如权利要求2所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述每个钛泵电源接入点都通过分压电路连接第一运算放大器的正电压输入端;
具体包括:
所述钛泵电源接入点与所述第一运算放大器的正电压接入端之间串接有第三电阻,所述第一运算放大器的正电压接入端还通过第四电阻连接接地端。
4.如权利要求3所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述第一运算放大器的负电压接入端还通过第五电阻连接接地端。
5.如权利要求4所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述第一运算放大器的输出端还分别通过第六电阻和第一电容连接接地端。
6.如权利要求4所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述第五电阻与所述接地端之间还连接有第七电阻。
7.如权利要求3所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述第一电阻的阻值为1M-10M欧姆,所述第二电阻的阻值为10-1M欧姆,所述第三电阻与所述第四电阻的阻值比为(100-10000):1。
8.如权利要求6所述多台钛泵的并联驱动电路,其特征在于,所述第七电阻为电位器。
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