基于FPGA的脉冲磁控溅射电源数字化控制的研究

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溅射镀膜技术因其所制得的膜层具有结合力强,镀层致密、均匀,且无污染、低成本、高效等优点,广泛应用于材料、物质、能源、环境等诸多专业领域。在溅射镀膜工艺中,电源的作用是显而易见的,而普通溅射电源在对半导体等电导率较低材料进行溅射镀膜工艺时还存在不足之处,本文将针对此问题研究高性能脉冲磁控溅射电源的解决方案。  本文在研究脉冲磁控溅射电源主电路拓扑结构的基础上,采用状态空间法建立电路拓扑的精确数学模型设计电流单闭环控制方式,并针对脉冲磁控溅射电源高频、高精度、多模式、电弧管理等关键技术提出了数字化解决方案。  针对脉冲磁控溅射电源对控制系统的功能需求,设计了脉冲磁控溅射电源的数字化解决法案。该数字解决方案硬件设计实现了以Alter公司的FPGA芯片作为核心处理器,并包括数字量的输入输出电路、模拟量的数据转换及调理电路、LED显示电路、输入欠压/过压保护电路、过流、过热保护等电路的数字控制器,并最终完成PCB板级设计。在QuartusⅡ软件中采用自顶向下的设计流程完成数字PID、移相PWM发生器、多用输出、交错倍频高频化、电弧管理(AM)技术等内容的设计。  最后搭建了一台脉冲磁控溅射电源的样机,实验结果验证了系统控制方案的可行性和正确性。
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