一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法
【專利摘要】一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法，涉及毛細(xì)管放電極紫外光刻光源中主脈沖電源的脈沖壓縮技術(shù)。第n?1級(jí)和第n級(jí)磁脈沖壓縮單元的電流脈沖寬度之比即脈沖壓縮比gn為：第n級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁芯體積Voln為：磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)mopt為：mopt＝2lnG，根據(jù)獲得的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)mopt確定磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，根據(jù)第n級(jí)磁開關(guān)的磁芯體積Voln確定磁開關(guān)的體積，根據(jù)脈沖壓縮比確定磁開關(guān)的飽和電感。本發(fā)明適用于獲得磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)。
【專利說明】
-種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的 獲得方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及毛細(xì)管放電極紫外光刻光源中主脈沖電源的脈沖壓縮技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 毛細(xì)管機(jī)制放電等離子體(DPP)極紫外化UV)光刻光源采用Xe介質(zhì)，在毛細(xì)管放電 Z髓縮機(jī)制下獲得13.5nm( 2 %帶寬)福射光輸出，13.5nm(2 %帶寬)波長(zhǎng)的福射光能夠?qū)崿F(xiàn) 22皿甚至更小的光刻線。在毛細(xì)管放電過程中，高電壓會(huì)使毛細(xì)管內(nèi)沿著內(nèi)表壁形成一層 Xe等離子體殼層，主脈沖放電時(shí)通過等離子體的強(qiáng)電流，受自身磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的洛侖 茲力，使等離子體沿徑向髓縮(稱之為Z髓縮）。在等離子體壓縮的過程中，等離子體同時(shí)受 到排斥力、歐姆加熱，使得等離子體溫度升高，碰撞Xe離子產(chǎn)生更高價(jià)態(tài)的Xe離子，等離子 體壓縮到半徑最小時(shí)（約300μπι)，此時(shí)將會(huì)實(shí)現(xiàn)抓V福射光輸出。等離子體壓縮到最小半徑 時(shí)毛細(xì)管內(nèi)的等離子體是一個(gè)很細(xì)的等離子體柱，運(yùn)個(gè)等離子體柱中的每一個(gè)微小段均可 視為一個(gè)點(diǎn)光源，運(yùn)個(gè)點(diǎn)光源將向四周仙立體角范圍內(nèi)均勻的福射EUV福射光，毛細(xì)管放電 形成的抓V福射光，經(jīng)過后續(xù)的極紫外光學(xué)收集系統(tǒng)，成像在中間焦點(diǎn)（IF)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)IF 點(diǎn)具有一定功率的13.5nm(2 %帶寬)福射光輸出。IF點(diǎn)福射光作為后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)的光源，最 終對(duì)光刻膠曝光實(shí)現(xiàn)32nm甚至更窄的線寬。
[0003] DPP EUV光源是利用高功率脈沖電源對(duì)負(fù)載放電形成高溫高密等離子體，從而實(shí) 現(xiàn)極紫外光的福射。高功率脈沖電源的性能決定了DPP EUV光源的功率、重復(fù)頻率W及使用 壽命，而電源輸出電流的上升沿決定了放電Z髓縮的過程，為了提高光源輸出功率，需要對(duì) 脈沖進(jìn)行壓縮、同時(shí)實(shí)現(xiàn)電源的高重復(fù)頻率工作。磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)是利用磁開關(guān)的非線性 電感特性來實(shí)現(xiàn)電路阻抗的巨大變化，從而控制電流的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)脈沖的壓縮。磁開關(guān)實(shí)質(zhì) 是一種含鐵忍的非線性電感，是一種由鐵磁性材料所構(gòu)成的可飽和電抗器。它是利用磁忍 飽和前后電感迅速下降的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電路阻抗的巨大變化，實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)線圈的磁忍 不飽和時(shí)，線圈電感很大，阻抗很高，相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)；當(dāng)線圈的磁忍飽和時(shí)，電感很 小，阻抗很低，相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。由于磁開關(guān)飽和W后電感迅速下降，因此脈沖經(jīng)過 磁開關(guān)的飽和電感后，脈沖前沿明顯變睹，脈沖寬度被壓縮。單個(gè)磁開關(guān)在電路主要起到睹 化脈沖前沿的作用。磁開關(guān)對(duì)脈沖有很好的睹化作用，特別是在峰值功率很高的脈沖壓縮 環(huán)節(jié)中，相比于其他開關(guān)，如火化間隙開關(guān)、等離子體開關(guān)，磁開關(guān)無電極燒蝕損害，放電噪 聲小，且同樣可在大功率下運(yùn)行，重復(fù)頻率高，壽命長(zhǎng)。但由于磁開關(guān)及磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)中 器件成本較高，并且磁脈沖壓縮實(shí)驗(yàn)在較高電壓下進(jìn)行，因此，設(shè)計(jì)前對(duì)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的 電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算是至關(guān)重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了滿足磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)需求，從而提供一種用于極紫外 光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法。
[0005] 本發(fā)明所述的一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得 方法，磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)、電容、電感和m級(jí)磁脈沖壓縮單元，m為大于1的整數(shù)；
[0006] 每級(jí)壓縮單元為由一個(gè)電容和一個(gè)磁開關(guān)串聯(lián)形成的串聯(lián)支路，且該串聯(lián)支路與 后一級(jí)壓縮單元中的電容并聯(lián)；
[0007] 開關(guān)、電容和電感依次串聯(lián)，所形成的串聯(lián)支路與第一級(jí)壓縮單元中的電容并聯(lián)； [000引第m級(jí)壓縮單元與負(fù)載并聯(lián)；
[0009] 第n-1級(jí)和第η級(jí)磁脈沖壓縮單元的電流脈沖寬度之比即脈沖壓縮比gn為：
[0010]
(7)
[0011] 其中，tn-功第η級(jí)壓縮單元中的電容即第η級(jí)電容的充電時(shí)間，第η級(jí)電容和第n+1 級(jí)電容的電容值相等，為第n-1級(jí)壓縮單元中的磁開關(guān)即第n-1級(jí)磁開關(guān)的飽和電感;η 為整數(shù)且復(fù)1=作，Lo為電感的電感值； V人I '
[0012] 第η級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁忍體積Voln為：
[0013]
(17)
[0014] 其中，Ep是磁忍中的電場(chǎng)強(qiáng)度，μ〇是真空介電常數(shù)，Wrs為磁忍飽和時(shí)的磁導(dǎo)率，ΔΒη 為第η級(jí)磁開關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，α為磁忍的層疊系數(shù)；
[0015] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)niDpt為：
[0016] m〇pt = 21nG
[0017] 且
[0018]
朔 [0019]其中，G為脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的總體脈沖壓縮比；
[0020] 根據(jù)獲得的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)niDpt確定磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，根據(jù)第η級(jí)磁開關(guān) 的磁忍體積Voln確定第η級(jí)磁開關(guān)的體積，根據(jù)脈沖壓縮比確定磁開關(guān)的飽和電感。
[0021] 本發(fā)明能獲得磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)niDpt、每級(jí)磁開關(guān)的磁忍體 積及脈沖壓縮比，根據(jù)脈沖壓縮比確定磁開關(guān)的飽和電感。根據(jù)本發(fā)明得到的電路參數(shù)可 W對(duì)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0022] 本發(fā)明適用于獲得磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)。
【附圖說明】
[0023] 圖1是【具體實(shí)施方式】一中的磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是【具體實(shí)施方式】一中的磁脈沖壓縮典型波形圖；
[0025] 圖3是【具體實(shí)施方式】五中的磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]
【具體實(shí)施方式】一：結(jié)合圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種用 于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法，磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān) Κο、電容Co、電感kO和m級(jí)磁脈沖壓縮單元，m為大于1的整數(shù)；
[0027] 每級(jí)壓縮單元為由一個(gè)電容和一個(gè)磁開關(guān)串聯(lián)形成的串聯(lián)支路，且該串聯(lián)支路與 后一級(jí)壓縮單元中的電容并聯(lián)；
[0028] 開關(guān)Κο、電容Co和電感kO依次串聯(lián)，所形成的串聯(lián)支路與第一級(jí)壓縮單元中的電 容并聯(lián)；
[0029] 第m級(jí)壓縮單元與負(fù)載并聯(lián)；
[0030] 第n-1級(jí)和第η級(jí)磁脈沖壓縮單元的電流脈沖寬度之比即脈沖壓縮比gn為：
[0031]
[0032] 其中，tn-功第η級(jí)壓縮單元中的電容即第η級(jí)電容C-n的充電時(shí)間，第η級(jí)電容C- η和第η+1級(jí)電容C-n+1的電容值相等，巧__1為第n-1級(jí)壓縮單元中的磁開關(guān)即第n-1級(jí)磁開 關(guān)MSn-i的飽和電感;η為整數(shù)且
L日為電感心0的電感值；
[0033] 第η級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁忍體積Voln為：
[0034]
(17)
[0035] 其中，Ep是磁忍中的電場(chǎng)強(qiáng)度，μ〇是真空介電常數(shù)，Wrs為磁忍飽和時(shí)的磁導(dǎo)率，ΔΒη 為第η級(jí)磁開關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，α為磁忍的層疊系數(shù)；
[0036] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)niDpt為：
[0037] m〇pt = 21nG [00：3引且
[0039]
(23)
[0040] 其中，G為脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的總體脈沖壓縮比；
[0041] 根據(jù)獲得的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)niDpt確定磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，根據(jù)第η級(jí)磁開關(guān) 的磁忍體積Voln確定磁開關(guān)的體積，根據(jù)脈沖壓縮比確定磁開關(guān)的飽和電感。
[0042] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的原理：
[0043] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)是利用磁開關(guān)的非線性電感特性來實(shí)現(xiàn)電路阻抗的巨大變化，從 而控制電流的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)脈沖的壓縮。圖1所示為一個(gè)多級(jí)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)，初始時(shí)刻每一級(jí) 磁開關(guān)的磁忍被復(fù)位到負(fù)向剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)。當(dāng)開關(guān)Κο閉合W后，電容Co通過電感心0 對(duì)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)電容C-1充電，第一級(jí)電容C-1電壓上升的同時(shí)，第一級(jí)磁開 關(guān)MSi線圈兩端電壓隨之上升，MSi磁忍磁通量增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，在MSi的磁忍未達(dá)到飽 和狀態(tài)時(shí)，磁忍的磁感應(yīng)強(qiáng)度急劇變化，磁開關(guān)的不飽和電感很大；當(dāng)?shù)谝患?jí)電容C-1的電 壓達(dá)到最大值時(shí)，通常設(shè)計(jì)成MSi的磁忍在此時(shí)達(dá)到正向飽和狀態(tài)，由于磁忍飽和W后磁開 關(guān)電感迅速下降，此時(shí)第一級(jí)電容C-1通過第一級(jí)磁開關(guān)MSi的飽和電感對(duì)第二級(jí)電容C- 2諧振充電，將能量傳遞給第二級(jí)電容C-2。由于磁開關(guān)MSi的飽和電感遠(yuǎn)小于前面的電感 L-0，因此第一級(jí)電容C-1對(duì)第二級(jí)電容C-2的充電時(shí)間相比于Co對(duì)第一級(jí)電容C一 1的充 電時(shí)間下降很多，第二級(jí)電容C-2的電壓上升沿急劇變睹，電流脈沖寬度得到了壓縮，功率 被放大。從圖2的波形可W看出，第二級(jí)電容C-2電壓的上升時(shí)間T2小于第一級(jí)電容C-1的 電壓上升時(shí)間τι，脈沖寬度得到壓縮。磁開關(guān)MSi的磁忍達(dá)到正向飽和狀態(tài)后，若此時(shí)第一級(jí) 電容C-1反向?qū)Φ谝患?jí)電容C-1充電，則磁開關(guān)線圈要流過方向相反的電流，則磁忍從正 向飽和區(qū)又將穿越不飽和勵(lì)磁區(qū)，此時(shí)磁開關(guān)的電感又變?yōu)楹艽蟮牟伙柡碗姼?，阻止第?級(jí)電容C-2反向?qū)Φ谝患?jí)電容C-1充電，因此磁開關(guān)為單向開關(guān)。第二級(jí)電容C-2將通過 下一級(jí)磁開關(guān)MS2的飽和電感對(duì)第Ξ級(jí)電容C-3充電，將能量向后傳遞。由于設(shè)計(jì)的磁脈沖 壓縮網(wǎng)絡(luò)每級(jí)磁開關(guān)的飽和電感遠(yuǎn)小于前級(jí)磁開關(guān)的飽和電感，因此脈沖寬度被逐級(jí)壓 縮，最后在負(fù)載上形成滿足要求的脈沖。
【具體實(shí)施方式】 [0044] 二:本實(shí)施方式是對(duì)一所述的一種用于極紫外光源的 電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，獲得第n-1級(jí) 和第η級(jí)磁脈沖壓縮電路的脈沖壓縮比gn的具體方法為：
[0045] 第η級(jí)磁脈沖壓縮電路的諧振角頻率ω η為：
(1)
[0046]
[0047] 其中，Cn為第η級(jí)電容C-n的電容值，Cn+i為第η+1級(jí)電容C-n+1的電容值，
[004引第η級(jí)電容C-n對(duì)第n+1級(jí)電容C-n+1的充電時(shí)間為：
[0049]
口）
[0050] 第n+1級(jí)電容C-n+1的電壓ucn+i為：
[0化1]
(3)
[0化2] 其中，ucn為第η級(jí)電容C-n的電壓，t為充電時(shí)間，
[0053]當(dāng)t = tn時(shí)，第n+1級(jí)電容C-n+1充電結(jié)束，充電結(jié)束后的電壓為：
[0化4]
(4)
[0055] 第η級(jí)電容C-n傳遞給第n+1級(jí)電容C-n+1的能量W心為：
[0化6]
[0057]則能量傳遞效率為
[0化引
（()）
[0059]當(dāng)Cn二Cn+l時(shí)，能重傳遞效率取最大值1 ,令Cn二Cn+l二C,由W上磁脈沖壓縮單兀的 C-L-C諧振電路特性可知，第n-1級(jí)和第η級(jí)磁脈沖壓縮單元的電流脈沖寬度之比即脈沖壓 縮比扣為：
[0060]
(7)。
[0061] 因此，磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的各級(jí)電容取值相等。有時(shí)也可W根據(jù)需要調(diào)整每一級(jí)的 電容改變傳遞效率，獲得不同的輸出波形。相鄰兩級(jí)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電流脈沖寬度之比 即脈沖壓縮比gn為飽和電感之比的平方根，設(shè)計(jì)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)時(shí)可W通過改變磁開關(guān)的 飽和電感來改變脈沖壓縮比gn。
[0062] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)是利用磁開關(guān)飽和W后電感迅速下降的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)脈沖寬度的壓 縮。磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)相鄰兩級(jí)電壓脈沖的上升沿之比和電流脈沖的寬度之比取決于相鄰兩 級(jí)壓縮單元中磁開關(guān)的飽和電感之比。當(dāng)?shù)讦羌?jí)電容c-n的電壓達(dá)到一定值時(shí)，第η級(jí)磁開 關(guān)MSn磁忍飽和，磁開關(guān)導(dǎo)通。為了達(dá)到最大能量傳遞效率，設(shè)計(jì)Cn電壓達(dá)到最大值時(shí)磁忍飽 和，此時(shí)第η級(jí)電容C-n通過磁開關(guān)MSn的飽和電感1Λ對(duì)下一級(jí)電容C-n+1的充電為一個(gè)典 型的CA-C電路。根據(jù)求解CA-C電路的微分方程可知，該電路在磁開關(guān)MSn磁忍飽和時(shí)電感 為?Λι，則第η級(jí)磁脈沖壓縮電路的諧振角頻率ω η如公式(1)所示。
【具體實(shí)施方式】 [0063] 本實(shí)施方式是對(duì)二所述的一種用于極紫外光源的 電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，獲得第η級(jí)磁 開關(guān)的環(huán)形磁忍體積Voln的具體方法為：
[0064] 根據(jù)磁忍的伏秒積平衡公式，磁開關(guān)線圈兩端電壓對(duì)時(shí)間的積分等于磁忍磁通量 的變化：
[00化]
焊)
[0066] 巧,價(jià)為第η級(jí)磁開關(guān)MSn線圈兩端的電壓，V、巧，為第η級(jí)磁開關(guān)MSn的線圈應(yīng)數(shù)， 為第η級(jí)磁開關(guān)MSn磁忍有效截面積，α為第η級(jí)磁開關(guān)MSn磁忍的層疊系數(shù)；
[0067] 由于磁開關(guān)不飽和時(shí)的電感很大，因此當(dāng)?shù)讦羌?jí)電容C-n充電時(shí)，流過磁開關(guān)MSn 的電流很小可W忽略，因此第n+1級(jí)電容C-n+1上的電壓幾乎為零，則磁開關(guān)線圈兩端電壓 近似等于第η級(jí)電容C-n的電壓，由前一級(jí)磁開關(guān)飽和時(shí)的C-kC電路可知第η級(jí)電容C-n 的電壓為：
[0073] tn-i為第η級(jí)電容C-n的充電時(shí)間，也為第n-1級(jí)磁脈沖壓縮單元的諧振半周期，也 是第η級(jí)磁開關(guān)MSn的磁忍從負(fù)向剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度-Br變化到正向飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度+?所用的 時(shí)間，Vo為磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的初始電壓；
[0074] 由相鄰兩級(jí)脈沖壓縮比可知
[0075] tn-l = tn 抑(12)
[0076] tn為第n+1級(jí)電容C-n+1的充電時(shí)間，也為第η級(jí)磁脈沖壓縮單元的諧振半周期，
[0077]
(13)
[0078] 第η級(jí)磁開關(guān)MSn的飽和電感巧的精確公式為：
[0079]
(14)
[0080] 其中，Nn為線圈應(yīng)數(shù)，μ日是真空介電常數(shù)，Wrs為磁忍飽和時(shí)的磁導(dǎo)率，h為環(huán)形磁忍 的高度，ro為環(huán)形磁忍外徑，ri為環(huán)形磁忍內(nèi)徑，Ar為磁開關(guān)繞線與磁忍的絕緣距離，環(huán)形 磁忍的體積為：
[0081 ]
(15)
[0082] 根據(jù)公式(11)、（12)、（13)、（14)、（15)得到第11級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁忍體積￥〇1。為：
[0083]
(化）
[0084] 其中，Ep是環(huán)形磁忍中的電場(chǎng)強(qiáng)度，
[0085] 式（14)中的磁忍飽和電感考慮到了磁忍橫截面上的磁場(chǎng)強(qiáng)度沿半徑倒數(shù)分布，并 且考慮到了磁開關(guān)繞線的半徑，因此電感公式更加精確，所得到的磁忍體積公式（16)更為 準(zhǔn)確，
[0086] 忽略環(huán)形磁忍橫截面上的磁場(chǎng)分布，假設(shè)磁場(chǎng)均勻分布，并忽略磁開關(guān)繞線與磁 忍的絕緣距離，可得到磁忍體積的近似公式為：
[0087]
(!7)
[0088] 利用該公式計(jì)算的磁忍體積比利用公式（16)計(jì)算的小，可視該體積為磁忍的極限 體積。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可用該公式來估算磁忍體積，可W看出磁忍體積與脈沖壓縮比的平方 及所傳遞的能量成正比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量的平方成反比。
[0089] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的性能取決于每一級(jí)磁開關(guān)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此磁開關(guān)的優(yōu)化設(shè)是 很重要的。磁開關(guān)的設(shè)計(jì)包括磁忍材料的選取，選擇具有特定正向飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余 磁感強(qiáng)度Br、矯頑力出的磁性材料做為磁忍;磁忍體積的計(jì)算，尺寸的選擇，如環(huán)形磁忍的內(nèi) 徑、外徑、高度;磁開關(guān)線圈應(yīng)數(shù)的計(jì)算。
【具體實(shí)施方式】 [0090] 四：本實(shí)施方式是對(duì)Ξ所述的一種用于極紫外光源的 電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，獲得磁脈沖 壓縮網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)niDpt的方法為：
[0091] 在多級(jí)磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的初始脈沖寬度與最后輸出的脈 沖寬度之比即脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的總體脈沖壓縮比G是已知的，而脈沖壓縮的級(jí)數(shù)影響到所需 的磁忍總體積。根據(jù)公式（17)可知每級(jí)磁脈沖壓縮單元的磁忍體積與脈沖壓縮比的平方成 正比，
[OOW]設(shè)
[0093]
(18)
[0094] 若磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)中磁開關(guān)的材料選定，那么Q為一個(gè)常量，則有：
[0095]
(19)
[0096] 總的磁忍體積Vol為：
[0097]
(20)
[0098] 脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的初始脈沖寬度與最后輸出的脈沖寬度之比即脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的總 體脈沖壓縮比為G，則
[0103]當(dāng)G為定值時(shí)，總的磁忍體積Vol是脈沖壓縮級(jí)數(shù)m的函數(shù)，求函數(shù)最小值可知，當(dāng)m 取21nG時(shí)，所需總的磁忍體積取最小值，最佳級(jí)數(shù)mnpt = 21nG，此時(shí)
[0 …4]
(23).,
[0105]
【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)上述任意一項(xiàng)具 體實(shí)施方式所述的一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法 作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)還包括m組磁忍復(fù)位電路，m組磁忍復(fù)位電路 分別與m級(jí)磁開關(guān)相對(duì)應(yīng)，磁忍復(fù)位電路包括，直流電源DC、磁開關(guān)MS、電阻R、電感L和復(fù)位 繞組Lrest;
[0106] 第η級(jí)磁開關(guān)MSn和復(fù)位繞組kest禪合在同一個(gè)磁忍上，復(fù)位繞組kest與直流電源 DC、磁開關(guān)MS、電阻R和電感L依次串聯(lián)，形成閉合回路。
[0107] 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)在每次工作前需要將各級(jí)磁開關(guān)復(fù)位到負(fù)向剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度-Br 處。從磁忍的磁滯回線可W看出，當(dāng)磁忍達(dá)到正向飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs時(shí)，隨著正向勵(lì)磁電流 的逐漸減小，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小到零，此時(shí)的磁忍達(dá)到正向剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br，若沒有外加 反向磁場(chǎng)的作用，磁忍的磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)降低到零。對(duì)軟磁材料來說Br與Bs接近，在下一個(gè) 脈沖到來時(shí)刻，磁忍馬上又回到正向飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs點(diǎn)，磁開失去了開關(guān)的作用，相當(dāng)于 始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。同時(shí)磁忍的伏秒積一定時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量ΔΒ越大，磁開關(guān)所需 的線圈應(yīng)數(shù)越小，飽和電感越小，磁忍的利用率越高，因此在下一次脈沖壓縮前將磁忍復(fù)位 到負(fù)向剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度-Br點(diǎn)附近，該點(diǎn)為磁開關(guān)每次工作的起始點(diǎn)，磁開關(guān)每次對(duì)脈沖進(jìn) 行壓縮后都需要復(fù)位到該起始點(diǎn)。
[0108] 磁忍復(fù)位可W通過在磁開關(guān)上外加復(fù)位繞組產(chǎn)生一個(gè)與工作電壓相反的負(fù)向伏 秒積或產(chǎn)生一個(gè)反向磁場(chǎng)對(duì)磁忍進(jìn)行復(fù)位;也可W通過脈沖電源本身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行 磁開關(guān)的脈沖自復(fù)位，例如通過前級(jí)儲(chǔ)能電容的初級(jí)充電電流對(duì)磁忍進(jìn)行復(fù)位。利用復(fù)位 繞組對(duì)磁開關(guān)進(jìn)行復(fù)位通常是利用直流電源對(duì)磁忍進(jìn)行復(fù)位。
[0109] 圖3的電路是利用外加直流電源對(duì)磁忍進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)磁開關(guān)工作完畢后，復(fù)位繞組 產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向伏秒積
[0110] UresTres = -NABS (24)
[0111] 式中等式左邊為負(fù)的伏秒積，N是繞組的線圈應(yīng)數(shù)，S是繞組所在磁忍的有效截面 積，ΔΒ為磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，Tres為復(fù)位時(shí)間，Ures為直流電壓。當(dāng)脈沖電源重復(fù)頻率運(yùn)行 時(shí)，要求復(fù)位時(shí)間小于脈沖間隔時(shí)間。脈沖電源在較低重復(fù)頻率運(yùn)行時(shí)，脈沖間隔時(shí)間較 長(zhǎng)，復(fù)位時(shí)間Tres較長(zhǎng)，則需要很小的直流電壓在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)便可W完成磁忍復(fù)位。因此，可 W使復(fù)位繞組始終加在磁忍上對(duì)磁忍進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)脈沖到來的時(shí)候，大的電壓脈沖又將磁 忍從點(diǎn)推向了+?處。因此在較低重復(fù)頻率下運(yùn)行時(shí)可W將較小的負(fù)向直流電壓始終加 在復(fù)位繞組兩端對(duì)磁忍進(jìn)行復(fù)位。但是在高重復(fù)頻率運(yùn)行時(shí)，相鄰脈沖時(shí)間間隔很短，對(duì)磁 忍的復(fù)位需重新考慮。另外，在較低重復(fù)頻率運(yùn)行時(shí)，若脈沖電源前級(jí)的充電電流與后級(jí)脈 沖壓縮網(wǎng)絡(luò)中的電流方向相反，可利用前級(jí)較長(zhǎng)時(shí)間的充電電流對(duì)磁忍進(jìn)行自復(fù)位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的獲得方法，磁脈沖壓縮 網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)(Ko)、電容(Co)、電感(L-0)和m級(jí)磁脈沖壓縮單元，m為大于1的整數(shù)； 每級(jí)壓縮單元為由一個(gè)電容和一個(gè)磁開關(guān)串聯(lián)形成的串聯(lián)支路，且該串聯(lián)支路與后一 級(jí)壓縮單元中的電容并聯(lián)； 開關(guān)(Ko)、電容(Co)和電感(L-0)依次串聯(lián)，所形成的串聯(lián)支路與第一級(jí)壓縮單元中的 電容并聯(lián)； 第m級(jí)壓縮單元與負(fù)載并聯(lián)； 其特征在于， 第n-1級(jí)和第η級(jí)磁脈沖壓縮單元的電流脈沖寬度之比即脈沖壓縮比gn*:(7): 其中，為第η級(jí)壓縮單元中的電容即第η級(jí)電容(C一η)的充電時(shí)間，第η級(jí)電容(C一 η)和第η+1級(jí)電容(C-η+1)的電容值相等，為第η-1級(jí)壓縮單元中的磁開關(guān)即第η-1級(jí)磁 開關(guān)(MS^)的飽和電感;η為整數(shù)且1彡η彡m，葛L〇為電感(L-0)的電感值； 第η級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁芯體積Voln*:(17) 其中，匕是磁芯中的電場(chǎng)強(qiáng)度，μ〇是真空介電常數(shù)，為磁芯飽和時(shí)的磁導(dǎo)率，ΔΒη為第 η級(jí)磁開關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，α為磁芯的層疊系數(shù)； 磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)HkptS : m〇Pt = 21nG 且(23) 其中，G為脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的總體脈沖壓縮比； 根據(jù)獲得的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)nbPt確定磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，根據(jù)第η級(jí)磁開關(guān)的磁 芯體積V〇 In確定磁開關(guān)的體積，根據(jù)脈沖壓縮比確定磁開關(guān)的飽和電感。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的 獲得方法，其特征在于，獲得第n-1級(jí)和第η級(jí)磁脈沖壓縮電路的脈沖壓縮比g n的具體方法 為： 第η級(jí)磁脈沖壓縮電路的諧振角頻率ω "為：(1) 其中，Cn為第η級(jí)電容(C 一 η)的電容值， 第η級(jí)電容(C 一 η)對(duì)第η+1級(jí)電容(C 一 η+1)的充電時(shí)間1為：第n+1級(jí)電容（C一n+1)的電壓ucn+i為：(3) 其中，ucn為第η級(jí)電容(C-η)的電壓，t為充電時(shí)間， 當(dāng)t = tn時(shí)，第n+1級(jí)電容(C 一 n+1)充電結(jié)束，充電結(jié)束后的電壓為：(4) 第η級(jí)電容(C 一 η)傳遞給第n+1級(jí)電容(C 一 n+1)的能量％^為：(5) 則能量傳遞效率為(6) 當(dāng)Cn = Cn+i時(shí)，能量傳遞效率取最大值1，令Cn = Cn+i = C，第n-1級(jí)和第η級(jí)磁脈沖壓縮單 元的電流脈沖寬度之比即脈沖壓縮Kgn為：(外3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的 獲得方法，其特征在于，獲得第η級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁芯體積Voln的具體方法為： 根據(jù)磁芯的伏秒積平衡公式，磁開關(guān)線圈兩端電壓對(duì)時(shí)間的積分等于磁芯磁通量的變 化： j的"=八(8) 的為第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)線圈兩端的電壓，為第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)的線圈匝數(shù)， 盡??為第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)磁芯有效截面積，α為第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)磁芯的層疊系數(shù)； 當(dāng)?shù)讦羌?jí)電容(C一η)充電時(shí)，第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)線圈兩端的電壓近似為第η級(jí)電容(C一 η)的電壓，(? 將公式(9)代入公式(8)有：得的 (II) 為第η級(jí)電容(C一η)的充電時(shí)間，也為第n-1級(jí)磁脈沖壓縮單元的諧振半周期，也是 第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)的磁芯從負(fù)向剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度-Br變化到正向飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度+B S所用的 時(shí)間，Vo為磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的初始電壓； 由相鄰兩級(jí)脈沖壓縮比可知 tn-l = tngn (12) tn為第n+1級(jí)電容(C 一 n+1)的充電時(shí)間，也為第η級(jí)磁脈沖壓縮單元的諧振半周期，(13) 第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)的飽和電感4的精確公式為：(14) 其中，Nn為線圈匝數(shù)，μο是真空介電常數(shù)，yrs為磁芯飽和時(shí)的磁導(dǎo)率，h為環(huán)形磁芯的高 度，ro為環(huán)形磁芯外徑，η為環(huán)形磁芯內(nèi)徑，Δ r為磁開關(guān)繞線與磁芯的絕緣距離， 環(huán)形磁芯的體積為： Vol = jrh(r〇2-ri2) (15) 根據(jù)公式（11)、（12)、（13)、（14)、（15)得到第11級(jí)磁開關(guān)的環(huán)形磁芯體積￥〇111為 ：(10； 忽略環(huán)形磁芯橫截面上的磁場(chǎng)分布，假設(shè)磁場(chǎng)均勾分布，并忽略磁開關(guān)繞線與磁芯的 絕緣距離，可得到磁芯體積的近似公式為：(17)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)的 獲得方法，其特征在于，獲得磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖壓縮級(jí)數(shù)111￥的方法為： 設(shè)(18) 若磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)中磁開關(guān)的材料選定，那么Q為一個(gè)常量，則有： ? 從 (19) 總的磁芯體積Vol為： m ?〇1 = y ν〇Ιη = (+ + - - - + ) 〇 (2D) 脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的初始脈沖寬度與最后輸出的脈沖寬度之比即脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)的總體脈 沖壓縮比為G，則 (21) 在glg2"_gm = G為常數(shù)的情況下，m = 時(shí)，r〇/ = ZFo/? =(發(fā) 12+於2+，" + €0取最小值， 廠0)="心、(？ (22) 當(dāng)G為定值時(shí)，總的磁芯體積Vol是脈沖壓縮級(jí)數(shù)m的函數(shù)，當(dāng)m取21nG時(shí)，所需總的磁芯 體積取最小值，最佳級(jí)數(shù)nbPt = 21nG，此時(shí)(23)。5.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種用于極紫外光源的電源中磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò) 的電路參數(shù)的獲得方法，其特征在于，磁脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)還包括m組磁芯復(fù)位電路，m組磁芯復(fù) 位電路分別與m級(jí)磁開關(guān)相對(duì)應(yīng)，磁芯復(fù)位電路包括，直流電源(DC)、磁開關(guān)(MS)、電阻(R)、 電感(L)和復(fù)位繞組(Lrest); 第η級(jí)磁開關(guān)(MSn)和復(fù)位繞組(Lrest)耦合在同一個(gè)磁芯上，復(fù)位繞組(Lrest)與直流電 源(DC)、磁開關(guān)(MS)、電阻(R)和電感(L)依次串聯(lián)，形成閉合回路。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106066923SQ201610458140
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日 公開號(hào)201610458140.2, CN 106066923 A, CN 106066923A, CN 201610458140, CN-A-106066923, CN106066923 A, CN106066923A, CN201610458140, CN201610458140.2
【發(fā)明人】王騏, 呂鵬, 徐強(qiáng), 趙永蓬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)