一种半导体电镀线的程控组网运行精密恒流源系统的研究与设计

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恒流源具有输出电流持续恒定的优点,广泛用于电镀、测量等领域。电流精度是控制膜层质量的关键,传统电镀电源存在分辨率低、可控性差的缺点,难以满足半导体精密器件电镀的要求,高精度、程控组网运行和高可靠性用于半导体电镀线的精密恒流源系统的研制具有非常重要的意义。  本文研究了一款可程控组网的高精度线性恒流电源。包括恒流源主体电路、保护电路、控制与通信三个部分。  针对低纹波、高精度和分辨率的要求采用线性调节方式设计了精密恒流源主体电路。硬件包含辅助电源电路、变压器抽头切换电路、预稳压调整电路、主体稳流电路。通过变压器抽头变换和两级调整电路来均衡系统的散热和性能,应用 PNP型调整管来增加系统的输出内阻,应用高稳定度的基准芯片和高分辨率的ADC、DAC芯片及相关软件算法来获得系统对精度和分辨率的要求。  为了适应半导体电镀的特殊工作环境设计了完善的保护电路系统。包括输入过压、欠压、输出过压、过流以及系统过温保护。应用人工保护解锁电路,来确保电路保护功能的有效实施。  设计了STM32嵌入式硬件平台、通信接口电路和相关软件来实现控制和通信功能。通过软件编程来实现系统的程控,并设计了波形时序输出功能,运用嵌入式实时操作系统对系统软件任务进行调度。通过设计RS232、USB、GPIB接口电路和SCPI指令协议实现系统的组网运行功能。  本次设计的恒流源系统的设定分辨率0.1mA,回读分辨率0.01mA,设定精度回读精度<0.05%+2 mA,可通过液晶触摸屏和面板物理按键进行交互,具有GPIB、串口、USB通信接口,可以通过GPIB接口进行组网运行,支持SCPI指令,可通过SCPI指令远程编程控制输出。系统具有多种保护模式,运行可靠,精度较高,具有一定的实际应用价值。
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