本申请涉及电源领域，特别是涉及离子枪电源电路。
背景技术：
电源控制器是离子枪的重要组成部分，国产化的产品还比较少，且控制器体积较大，内部电路板复杂。离子枪电源涉及到几千伏量级的小功率可调高压，越复杂的内部电路结构不仅后续维护维修困难，也越容易有安全隐患，并且电源控制器面板还设有需操作员调节的开关、按钮等部件，对于安全性能的要求则更加严格。
例如，目前大部分电源输出一般在200v以内，千伏量级的电源产品较少，其中，可实现输出可调的高电压产品更少。而目前实现高压可调电源的方式，大多是基于pwm的高压可调开关电源。图1是根据相关技术的基于pwm的高压可调开关电源系统的原理框图。如图1所示，交流市电经过ac转dc变换为固定值的直流电压。直流电经过由pwm驱动电路驱动的高频变压器后，变换为电压可调的高频高压脉冲交流电，经过高压整流、滤波后输出直流高压。因为是高压，所以对输出端的高压取样的反馈电压要经过隔离放大，再经过可控增益的电路与设定值进行比较，经过调节后的误差电压再给至pwm调试器，进行输出占空比的控制，实现电压的调节。采用上述的基于pwm的高压可调开关电源系统的离子枪存在电源体积大，电路结构复杂的问题。
技术实现要素：
本申请实施例提供了一种离子枪电源电路，以至少解决相关技术中离子枪的电源电路结构复杂的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种离子枪电源电路，应用于离子枪，所述离子枪包括屏蔽罩、设置于屏蔽罩内的电子发射机构；所述电子发射机构包括：设置于屏蔽罩内的阳极栅网，以及设置于所述屏蔽罩与所述阳极栅网之间的灯丝，其中，所述离子枪电源电路包括：第一电压调节单元和第一电压转换单元；所述第一电压转换单元包括输入端、输出端和控制端；其中，所述第一电压调节单元的输出端与所述第一电压转换单元的控制端连接，用于调节所述第一电压转换单元的控制端电压；所述第一电压转换单元的输入端与第一直流电压源连接，所述第一电压转换单元的输出端与所述阳极栅网连接，所述第一电压转换单元用于根据所述第一电压转换单元的控制端电压确定第一升压倍数，并将所述第一电压转换单元的输入端电压按照所述第一升压倍数升压后，从所述第一电压转换单元的输出端输出升压得到的电压。
在其中一些实施例中，所述离子枪还包括：与所述电子发射机构连接的离子引导机构，以及与所述离子引导机构连接的离子聚焦机构；所述离子枪电源电路还包括：第二电压调节单元和第二电压转换单元；所述第二电压转换单元包括输入端、输出端和控制端；所述第二电压调节单元的输出端与所述第二电压转换单元的控制端连接，用于调节所述第二电压转换单元的控制端电压；所述第二电压转换单元的输入端与第二直流电压源的输出端连接，所述第二电压转换单元的输出端与所述离子聚焦机构连接，所述第二电压转换单元用于根据所述第二电压转换单元的控制端电压确定第二升压倍数，并将所述第二电压转换单元的输入端电压按照所述第二升压倍数升压后，从所述第二电压转换单元的输出端输出升压得到的电压。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括第三直流电压源；所述第一电压调节单元串联于所述第三直流电压源的输出端和所述第一电压转换单元的控制端之间；所述第二电压调节单元串联于所述第三直流电压源的输出端和所述第二电压转换单元的控制端。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括：电压跟随单元，其中，所述电压跟随单元分别与所述第一电压调节单元和所述第二电压调节单元连接，用于根据所述第一电压调节单元的输出端电压跟随调节所述第二电压调节单元的输出端电压。
在其中一些实施例中，所述电压跟随单元包括第一输出端、第一输出调节端、第二输出端和第二输出调节端；所述第一电压调节单元串联于所述第三直流电压源的输出端与所述电压跟随单元的第一输出调节端之间，所述电压跟随单元的第一输出端与所述第一电压转换单元的控制端连接；所述第二电压调节单元串联于所述电压跟随单元的第一输出端与所述第二输出调节端之间，所述电压跟随单元的第二输出端与所述第二电压转换单元的控制端连接。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括：第一电压表和/或第二电压表；所述第一电压表串联于所述第一电压转换单元的控制端和公共端之间；所述第二电压表串联于所述第二电压转换单元的控制端和所述公共端之间。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括：第三电压转换单元；所述第三电压转换单元的输入端与第四直流电压源的输出端连接，所述第三电压转换单元的输出端与所述灯丝连接。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括：第四电压转换单元；所述第四电压转换单元的输入端与第五直流电压源的输出端连接，所述第四电压转换单元的正极输出端与所述第一电压转换单元的正极输出端连接，所述第四电压转换单元的负极输出端与所述第三电压转换单元的负极输出端连接；其中，所述第一电压转换单元的输出端包括正极输出端和负极输出端，所述第一电压转换单元的正极输出端还与所述阳极栅网连接，所述第一电压转换单元的负极输出端与公共端连接。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括：电流表，所述电流表串联于所述第四电压转换单元的负极输出端与所述第三电压转换单元的负极输出端之间。
在其中一些实施例中，所述离子枪电源电路还包括电路板，所述离子枪电源电路按照工作电压范围而被划分为高压电路部分和低压电路部分；所述高压电路部分和所述低压电路部分在所述电路板上分区域设置。
相比于相关技术，本申请实施例提供的离子枪电源电路，通过使用第一电压转换单元根据第一电压转换单元的控制端电压确定第一升压倍数，并将第一电压转换单元的输入端电压按照第一升压倍数升压后，从第一电压转换单元的输出端输出升压得到的电压，从而得到了可调高压电压，解决了离子枪的电源电路结构复杂的问题，简化了离子枪的电源电路的结构。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的基于pwm的高压可调开关电源系统的原理框图；
图2是根据本申请实施例的氩离子枪的结构示意图；
图3是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的拓扑结构示意图；
图4是根据本申请优选实施例的氩离子枪电源电路的拓扑结构示意图；
图5是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的ac-dc转换单元的结构示意图；
图6是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的ac-dc转换部分的拓扑结构示意图；
图7是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的束流电压电源电路的拓扑结构示意图；
图8是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的束流电压电源电路、聚焦电压电源电路和电压跟随单元的拓扑结构示意图；
图9是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的灯丝电源电路的拓扑结构示意图；
图10是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的热电子加速电压电源电路的拓扑结构示意图；
图11是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的灯丝电源电路和热电子加速电压电源电路的拓扑结构示意图；
图12是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的pcb板布局结构的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本实施例提供的离子枪电源电路应用于离子枪。离子枪又称为离子风枪(ionizergun)，用于产生并发射离子束，用于样品的表面清洁处理、表面刻蚀或深度分析。离子枪产生离子的方式是使用一定能量的电子碰撞气体分子中的原子使其离子化。其中，电子使气体分子离子化的过程可以表示为：
m e-→m 2e-
其中，m是被离子化的中性气体分子，例如m可以是氩分子，e-是电子，m 是离子。
以氩离子枪为例，图2是根据本申请实施例的氩离子枪的结构示意图，如图2所示，氩离子枪包括设置于屏蔽罩内的电子发射机构、屏蔽罩23，还可以包括与所述电子发射机构连接的离子引导机构、与所述离子引导机构连接的离子聚焦机构，以及角度可调旋钮26和进气法兰27等结构；其中，电子发射机构包括灯丝21、阳极栅网22。离子引导机构例如可以是离子引导孔24、离子聚焦机构例如可以是静电聚焦透镜25。氩离子枪的各部件彼此之间通过三氧化二铝绝缘块实现电气绝缘，通过铜导线和底座法兰上的电极端子连接，最后从控制电源获得所需的电信号。上述氩离子枪的束流方向调整可以通过连接在刀口法兰上的角度微调机构来实现。角度微调机构内藏焊接波纹管来实现真空密封和变角驱动，手动调节氩离子枪外侧的4个角度可调旋钮26，即可完成氩离子枪的指向，即束流的方向调节。在氩离子枪底座法兰的侧面连接一个刀口法兰作为进气法兰27。该进气法兰27通过气体流量微调阀和氩气源相连，实现向氩离子枪内精确导入氩气。这种气体导入方式的长处在于：首先，导入的气流和热电子的加速运动方向垂直，使得氩原子的离子化率增加；其次，氩原子离子化的区域气体浓度较高，最大限度地减少真空腔体内的真空恶化。
为了能够为图2所示的氩离子枪提供相应的直流电压，在本实施例中提供的氩离子枪电源电路包括采用本申请实施例提供的方式设置的束流电压电源或者采用本申请实施例提供的方式设置的聚焦电压电源，或者同时包括采用本申请实施例提供的方式设置的束流电压电源和聚焦电压电源。
其他的电压电源例如灯丝电压电源、热电子加速电压电源、风扇电源等电源因其输出直流电压较低，因此也可以通过单独的另一个氩离子枪电源电路来提供这些电源。在另一些实施例中，本申请实施例的氩离子枪电源电路也可以包括上述的灯丝电压电源、热电子加速电压电源、风扇电源中的一个或者多个。
本申请实施例的氩离子枪电源电路相较于相关技术中采用基于pwm的高压可调开关电源不同之处在于，采用本申请实施例提供的方式设置的束流电压电源和/或聚焦电压电源为可调的高压直流电压源，输出直流电压在0～2000v范围内可调，这也是在氩离子枪电源电路中占据主要空间体积的电源部分。本申请实施例的束流电压电源和/或聚焦电压电源采用直流电压源和dc-dc转换单元将电压转换为电源电路中各组成部分所需的直流电压，并通过电压调节单元调节dc-dc转换单元的控制端电压来实现dc-dc转换单元的直流输出电压在一定范围内(例如0～2000v)可调。其中，本申请实施例中所称的直流电压源是指能够输出直流电压的电源单元，例如可以为ac-dc转换单元，该ac-dc转换单元可以将220vac市电转换为一定电压等级的直流电压(例如24v)。
在其中一些实施例中，提供了一种氩离子枪电源电路。图3是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的拓扑结构示意图，如图3所示，该氩离子枪电源电路包括灯丝电压电源电路31、热电子加速电压电源电路32、束流电压电源电路33、聚焦电压电源电路34。其中，上述的4个电压电源电路的输出电压均为直流电压，上述的4个电压电源电路均可以通过将交流市电转换为直流电压，然后再经过dc-dc转换得到相应的直流电压。
作为实现上述图3所示的氩离子枪电源电路的一种可能的实施方式，在一个优选实施例中提供了一种氩离子枪电源电路的拓扑结构示意图。图4是根据本申请优选实施例的氩离子枪电源电路的拓扑结构示意图。参考图4，该氩离子枪电源电路包括三个ac-dc转换单元，分别为第一ac-dc转换单元311、第二ac-dc转换单元321和第三ac-dc转换单元331。其中，第一ac-dc转换单元311为灯丝电源电路31提供输入电压，第二ac-dc转换单元321为热电子加速电压电源电路32提供输入电压，第三ac-dc转换单元331同时为束流电压电源电路33和聚焦电压电源电路34提供输入电压。需要说明的是，虽然在本实施例中采用第三ac-dc转换单元331同时为束流电压电源电路33和聚焦电压电源电路34提供输入电压，以及为灯丝电源电路31和热电子加速电压电源电路32分别配置了一个ac-dc转换单元，但本申请实施例并不限于此，例如，也可以上述的灯丝电源电路31、热电子加速电压电源电路32、束流电压电源电路33和聚焦电压电源电路34中的任意一个或者多个配置一个ac-dc转换单元。其中，ac-dc转换单元可以包括但不限于基于ac-dc转换芯片或桥式整流电路(或桥式整流芯片)的ac-dc转换单元。
下面对ac-dc转换单元的结构进行描述和说明。图5是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的ac-dc转换单元的结构示意图，如图5所示，该ac-dc转换单元包括隔离变压器t1和整流芯片d1。通过隔离变压器t1可以将变压器一次侧和二次侧电气绝缘，避免工作电压为低电压范围的电路(例如灯丝电源电路31和热电子加速电压电源电路32)因交流电泄漏而导致损坏。隔离变压器t1的一次侧分别与交流电的火线l和零线n连接。在隔离变压器t1和火线l之间串联有自恢复保险丝f1，以起到过流过热保护，并实现自动恢复。
在其中一些实施例中，每个由隔离变压器和整流芯片组成的ac-dc转换单元中，隔离变压器的一次侧均分别与交流电的火线l和零线n连接，在隔离变压器和火线l之间都串联有自恢复保险丝，以起到对每个ac-dc转换单元的保护。
图6是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的ac-dc转换部分的拓扑结构示意图，如图6所示，在一个氩离子枪电源电路中可以有多个相同类型或不同类型的ac-dc转换单元，例如图6中示出的是由隔离变压器t1和整流芯片d1组成的ac-dc转换单元，由隔离变压器t2和整流芯片d3组成的ac-dc转换单元，以及ac-dc转换芯片u4。在每个隔离变压器t1、t2与火线l之间分别串联有自恢复保险丝f1和自恢复保险丝f2。整流芯片d1的输出端连接灯丝电源电路31；整流芯片d3的输出端连接热电子加速电压电源电路32；ac-dc转换芯片u4用于将交流电转换为直流电压，其直流电压输出端可以分别连接直流电压束流电压电源电路33和/或聚焦电压电源电路34。
继续参考图6，氩离子枪电源电路的风扇(等效表示为电阻fan)可以连接在交流电的火线l和零线n之间，且可以不单独设置开关。风扇和各个ac-dc转换单元并联后经由开关s1连接到火线l，因此风扇和各个ac-dc转换单元受到开关s1的统一通断控制。为了防止风扇fan短路，在风扇fan所在的电路回路中也串联有自恢复保险丝f3。
本申请实施例的氩离子枪电源电路还包括：束流电压电源电路。在其中一些实施例中，束流电压电源电路包括：第一电压调节单元和第一电压转换单元。图7是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的束流电压电源电路的拓扑结构示意图，如图7所示，束流电压电源电路由作为第一直流电压源的ac-dc转换芯片u4提供24v直流电压。束流电压电源电路包括第一电压调节单元70和第一电压转换单元u2。在图7中，第一电压调节单元70包括可调电阻r11，可调电阻r11串联于第三直流电压源u5的输出端和第一电压转换单元u2的控制端0-5vctrl之间。第三直流电压源u5输出一直流电压，例如5v；通过调节可调电阻r11的阻值，可以使得第一电压调节单元70的输出端输出电压在0-5v范围内变化。第一电压转换单元u2包括输入端 vin、输出端hv和控制端0-5vctrl，其中，第一电压调节单元70的输出端与第一电压转换单元u2的控制端0-5vctrl连接；第一电压转换单元u2的输入端 vin与第一直流电压源的输出端vo 连接；第一电压转换单元u2的输出端hv与阳极栅网连接。第一电压转换单元u2用于根据第一电压转换单元u2的控制端0-5vctrl电压确定第一升压倍数，并将第一电压转换单元u2的输入端 vin电压按照第一升压倍数升压后，从第一电压转换单元u2的输出端hv输出升压得到的电压。在本实施例中选用的u2，其输入端 vin接24v直流电压，其控制端0-5vctrl的电压在0-5v内变化，则u2的输出端hv的电压在0-2000v范围内变化。
在本实施例中，为了能够便于使用者观察u2的控制端电压，在u2的控制端0-5vctrl和公共端gnd之间还串联有第一电压表。其中，在u2的控制端0-5vctrl与u2的输出端hv的电压变化成线性关系的情况下，可以根据第一电压表的原始示数确定u2的输出端hv的输出电压。
继续参考图7，在其中一些实施例中，氩离子枪电源电路还包括：聚焦电压电源电路。在其中一些实施例中，聚焦电压电源电路包括第二电压调节单80和第二电压转换单元u3。其中，第二电压调节单80和第二电压转换单元u3可以与图7所示的第一电压调节单元70和第一电压转换单元u2采用相同的设计方式，即聚焦电压电源电路也由作为第二直流电压源的ac-dc转换芯片u4提供24v直流电压。第二电压调节单元80包括可调电阻r12，可调电阻r12串联于第三直流电压源u5的输出端和第二电压转换单元u3的控制端0-5vctrl之间。第三直流电压源u5输出一直流电压，例如5v；通过调节可调电阻r12的阻值，可以使得第二电压调节单元80的输出端输出电压在0-5v范围内变化。第二电压转换单元u3包括输入端 vin、输出端hv和控制端0-5vctrl，其中，第二电压调节单元80的输出端与第二电压转换单元u3的控制端0-5vctrl连接；第二电压转换单元u3的输入端 vin与第二直流电压源的输出端vo 连接；第二电压转换单元u3的输出端hv与离子聚焦机构连接。第二电压转换单元u3用于根据第二电压转换单元u3的控制端0-5vctrl电压确定第二升压倍数，并将第二电压转换单元的输入端 vin电压按照第二升压倍数升压后，从第二电压转换单元u3的输出端hv输出升压得到的电压。在本实施例中选用的u3，其输入端 vin接24v直流电压，其控制端0-5vctrl的电压在0-5v内变化，则u3的输出端hv的电压在0-2000v范围内变化。
为了实现第二电压调节单元输出的直流电压随第一电压调节单元70输出的电压的增大而增大，第二电压调节单元输出的直流电压随第一电压调节单元70输出的电压的减小而减小，且聚焦电压电源电路的输出电压不大于束流电压电源电路的输出电压，在本实施例中还增加了电压跟随单元u1。图8是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的束流电压电源电路、聚焦电压电源电路和电压跟随单元的拓扑结构示意图，如图8所示，电压跟随单元u1分别与第一电压调节单元70和第二电压调节单元连接，用于根据第一电压调节单元70的输出端电压跟随调节第二电压调节单元的输出端电压。电压跟随单元包括第一输出端outa、第一输出调节端 ina、第二输出端outb和第二输出调节端 inb；其中，第一电压调节单元70串联于第三直流电压源的输出端与电压跟随单元的第一输出调节端 ina之间，电压跟随单元的第一输出端outa与第一电压转换单元u2的控制端0-5vctrl连接；第二电压调节单元串联于电压跟随单元的第一输出端outa与第二输出调节端 inb之间，电压跟随单元的第二输出端outb与第二电压转换单元的控制端0-5vctrl连接。
其中，电压跟随单元可以由双运放芯片u1来实现。双运放芯片u1的一个正极输入端 ina与可调电阻r11连接，双运放芯片u1的一个输出端outa与u2的控制端连接。同时，双运放芯片u1的输出端outa和双运放芯片u1的另一个正极输出端 inb之间串联有可调电阻r12；双运放芯片u1的输出端outb与u3的控制端连接。如此设置，当r11电阻变化从而增大或者减小outa的输出电压后，由于r12两端的分压也改变，因此outb的输出电压也跟随outa的输出电压增大或者减小，并且，无论r12的阻值如何调整，outb的输出电压不高于outa的输出电压。
在其中一些实施例中，为了能够便于使用者观察第二电压转换单元u3的控制端电压，在u3的控制端0-5vctrl和公共端gnd之间还串联有第二电压表。其中，在u3的控制端0-5vctrl与u3的输出端hv的电压变化成线性关系的情况下，可以根据第二电压表的原始示数确定u3的输出端hv的输出电压。
上述的第一电压转换单元u2和/或第二电压转换单元u3采用安全性能高、体积小、灵敏度高、稳定性可靠的dc-dc转换芯片来实现。例如，目前市场上可选择的模块型号包括但不限于以下之一：12z202-1y103、kdhm-d2000v、hvw12x-2000。
在本实施例中选用的dc-dc转换芯片，通过弱电控制强电输出，体积大小只约为52mm×42mm×25mm，集成度高，且具有高精确度、高稳定性、效率高、响应速度快等特性。dc-dc转换芯片的技术参数例如可以是：1、输入电压： 24v；2、输出电压： 2000v；3、输出电流：1ma；4、输出控制：外接0—5v电压控制高压输出；5、输出接地方式：共地；6、电压调整率：≤0.1％；输入电压±5％变化时测得；7、负载调整率：≤0.1％；负载电流5％—100％变化时测得；8、工作温度：-10℃至 50℃；9、过流及短路保护：限流式。
为了提高输出电压的精度，dc-dc转换芯片的控制端0-5vctrl的控制电压以及dc-dc转换芯片的输入端 vin的输入电压24v为高精度、低噪声输入信号。在一些优选实施例中，上述的直流电压源u4和u5均选用电压精度为±1％，纹波噪声20m带宽下典型值20mvp-p，体积只有34mm×24mm×16.5mm的电压源芯片。
在其中一些实施例中，氩离子枪电源电路还包括：灯丝电源电路。图9是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的灯丝电源电路的拓扑结构示意图，如图9所示，灯丝电源电路由采用隔离变压器t1和桥式整流器d1构成的第一ac-dc转换单元(相当于第四直流电压源)供电。灯丝电源电路包括第三电压转换单元，第三电压转换单元u6的输入端与第一ac-dc转换单元的输出端连接，第三电压转换单元u6的输出端与灯丝连接。在图9中，c1、c2、c3为滤波电容；市电220vac经过隔离变压器t1降为十几伏的交流电压，再经过整流芯片d1、滤波c1，变为十几伏的直流电压。
在本实施例中，因要实现可调的稳定的大功率直流电压，所以选取了输出可调节的大功率稳压芯片u6作为第三电压转换单元接在整流滤波后的直流电压端。稳压芯片u6输出电压的范围由电阻r2和r3决定，在本实施例中的可调范围为：1.25v-27v，最大瞬时电流是12a，持续电流最大5a。且根据图3所示的氩离子枪电路，由于灯丝电源电路输出的直流电压是浮在2000v高压之上，因此隔离变压器t1选择耐压不低于2000v的型号。
在其中一些实施例中，氩离子枪电源电路还包括：热电子加速电压电源电路。图10是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的热电子加速电压电源电路的拓扑结构示意图，如图10所示，热电子加速电压电源电路由采用隔离变压器t2和桥式整流器d3构成的第二ac-dc转换单元(相当于第五直流电压源)供电，还包括第四电压转换单元100。在图10中，c4为滤波电容，市电220vac经过隔离变压器t2降为180v左右的交流电，再经过整流芯片d3、滤波c4，变为第四电压转换单元100所需的直流电压。第四电压转换单元100的输入端与第二ac-dc转换单元的输出端连接，第四电压转换单元100的正极输出端与第一电压转换单元u2的输出端hv连接，第四电压转换单元的负极输出端与第三电压转换单元u6(或第一ac-dc转换单元311)的负极输出端连接。在本实施例中，可以在没有刚好降压到180v的隔离变压器的情况下，通过第四电压转换单元100，在桥式整流器d3的输出端使用电阻r4、r5进行分压得到最后所需的180v直流电压。同样，根据图3所示的氩离子枪电路，由于热电子加速电压也是浮在2000v之上，因此隔离变压器t2也选择耐压不低于2000v的型号。
在其中一些实施例中，为了检测氩离子枪的发射电流，氩离子枪电源电路还包括：电流表，电流表串联于所述第四电压转换单元的负极输出端与所述第三电压转换单元的负极输出端之间。图11是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的灯丝电源电路和热电子加速电压电源电路的拓扑结构示意图，如图11所示，在本实施例中，通过一个低阻值1欧姆、高精度的电阻r15采样电流，将电流转换成电压，由表头显示。发射电流虽然不是微弱信号，约50ma以内，但是由于该发射电流浮在2000v高压上，因此，表头选择耐压不低于2000v的型号。例如，表头d72x60mv。
图12是根据本申请实施例的氩离子枪电源电路的pcb板布局结构的示意图，pcb板中的元器件标号与图4中标号一一对应，如图12所示，氩离子枪电源电路按照工作电压范围而被划分为高压电路部分和低压电路部分；高压电路部分和低压电路部分在电路板上分区域设置。其中，高压电路部分主要包括：第一电压转换单元u2的输出部分、第二电压转换单元u3的输出部分、灯丝电压电源电路、热电子加速电压电源电路等，这部分电路的电压高于220v。低压电路部分包括：市电电路部分、与市电直接连接的ac-dc转换电路部分、第一电压转换单元u2的输入部分、第二电压转换单元u3的输入部分等，这部分电路的电压不高于220v。
由于电路中有2000v高压，在图12示出的pcb板中，将高压和低压电路分开布局，且高压信号与其他信号之间的间距要尽量大。在图12中可以看到，尽量将弱电低电压部分放在左侧及上侧，高压布局在右侧。整个pcb板的大小约为346mm×257mm，且每个功能模块布局清晰，方便以后的维护维修。
综上所述，针对相关技术中的离子枪电源电路包含开关电源的主拓扑结构、pwm控制电路、电压的采样电路、隔离放大电路，以及还有mcu部分，导致相关技术中的离子枪电源电路无论是使用单片机还是arm等，都需要有软件的设计。无论其多个部分设计在一个pcb电路板上，还是各个部分单独设计pcb电路板，都不可避免的是有较大的面积，整体结构复杂，且每一模块需要测试、调节的参数较多，维护和测试也不方便。本申请实施例基于可调高压直流电压源设计的离子枪电源电路，简化了离子枪的电源电路的结构，也避免了软件设计导致的设计复杂的问题。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种离子枪电源电路，应用于离子枪，所述离子枪包括屏蔽罩、设置于屏蔽罩内的电子发射机构；所述电子发射机构包括：设置于屏蔽罩内的阳极栅网，以及设置于所述屏蔽罩与所述阳极栅网之间的灯丝，其特征在于，所述离子枪电源电路包括：第一电压调节单元和第一电压转换单元；所述第一电压转换单元包括输入端、输出端和控制端；其中，
所述第一电压调节单元的输出端与所述第一电压转换单元的控制端连接，用于调节所述第一电压转换单元的控制端电压；
所述第一电压转换单元的输入端与第一直流电压源连接，所述第一电压转换单元的输出端与所述阳极栅网连接，所述第一电压转换单元用于根据所述第一电压转换单元的控制端电压确定第一升压倍数，并将所述第一电压转换单元的输入端电压按照所述第一升压倍数升压后，从所述第一电压转换单元的输出端输出升压得到的电压。
2.根据权利要求1所述的离子枪电源电路，所述离子枪还包括：与所述电子发射机构连接的离子引导机构，以及与所述离子引导机构连接的离子聚焦机构，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括：第二电压调节单元和第二电压转换单元；所述第二电压转换单元包括输入端、输出端和控制端；
所述第二电压调节单元的输出端与所述第二电压转换单元的控制端连接，用于调节所述第二电压转换单元的控制端电压；
所述第二电压转换单元的输入端与第二直流电压源的输出端连接，所述第二电压转换单元的输出端与所述离子聚焦机构连接，所述第二电压转换单元用于根据所述第二电压转换单元的控制端电压确定第二升压倍数，并将所述第二电压转换单元的输入端电压按照所述第二升压倍数升压后，从所述第二电压转换单元的输出端输出升压得到的电压。
3.根据权利要求2所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括第三直流电压源；所述第一电压调节单元串联于所述第三直流电压源的输出端和所述第一电压转换单元的控制端之间；所述第二电压调节单元串联于所述第三直流电压源的输出端和所述第二电压转换单元的控制端之间。
4.根据权利要求3所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括：电压跟随单元；所述电压跟随单元分别与所述第一电压调节单元和所述第二电压调节单元连接，用于根据所述第一电压调节单元的输出端电压跟随调节所述第二电压调节单元的输出端电压。
5.根据权利要求4所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述电压跟随单元包括第一输出端、第一输出调节端、第二输出端和第二输出调节端；
所述第一电压调节单元串联于所述第三直流电压源的输出端与所述电压跟随单元的第一输出调节端之间，所述电压跟随单元的第一输出端与所述第一电压转换单元的控制端连接；
所述第二电压调节单元串联于所述电压跟随单元的第一输出端与所述第二输出调节端之间，所述电压跟随单元的第二输出端与所述第二电压转换单元的控制端连接。
6.根据权利要求2所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括：第一电压表和/或第二电压表；所述第一电压表串联于所述第一电压转换单元的控制端和公共端之间；所述第二电压表串联于所述第二电压转换单元的控制端和所述公共端之间。
7.根据权利要求1所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括：第三电压转换单元；所述第三电压转换单元的输入端与第四直流电压源的输出端连接，所述第三电压转换单元的输出端与所述灯丝连接。
8.根据权利要求7所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括：第四电压转换单元；所述第四电压转换单元的输入端与第五直流电压源的输出端连接，所述第四电压转换单元的正极输出端与所述第一电压转换单元的正极输出端连接，所述第四电压转换单元的负极输出端与所述第三电压转换单元的负极输出端连接；其中，所述第一电压转换单元的输出端包括正极输出端和负极输出端，所述第一电压转换单元的正极输出端还与所述阳极栅网连接，所述第一电压转换单元的负极输出端与公共端连接。
9.根据权利要求8所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括：电流表，所述电流表串联于所述第四电压转换单元的负极输出端与所述第三电压转换单元的负极输出端之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的离子枪电源电路，其特征在于，所述离子枪电源电路还包括电路板，所述离子枪电源电路按照工作电压范围而被划分为高压电路部分和低压电路部分；所述高压电路部分和所述低压电路部分在所述电路板上分区域设置。
技术总结