基于L298N芯片對(duì)離子滲氮中壓強(qiáng)的控制

其中： p為氣體壓強(qiáng)；
　　　
　　　 d為平行板電極間距離；
　　　
　　 　γ為陰極二次電子發(fā)射系數(shù)；
　　　
　　　 b為斯托列夫常數(shù)；

　　　 a是常數(shù)。

對(duì)式（1）求導(dǎo)，可得出擊穿電壓表達(dá)式（2）：　　

由式（2）可知，擊穿電壓v與氣體壓強(qiáng)和d有關(guān)，而一般實(shí)驗(yàn)中d是固定不變，因此離子滲氮對(duì)壓強(qiáng)控制極為重要。

2　系統(tǒng)流量與壓強(qiáng)測(cè)控框圖
　　
流量計(jì)控制進(jìn)氣口的氣體流量，當(dāng)進(jìn)氣和抽氣流量平衡時(shí)，爐體壓強(qiáng)保持穩(wěn)定。由于爐體氣體泄露及其他干擾因素的影響，爐體壓強(qiáng)上下波動(dòng)，系統(tǒng)偏離平衡態(tài)，嚴(yán)重時(shí)影響等離子工藝處理。我們采用普通直流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)l298n驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速桿帶動(dòng)錐體轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)錐體旋進(jìn)時(shí)，抽氣機(jī)單位時(shí)間內(nèi)抽出氣體減少；旋出時(shí)，抽出氣體增多，從而使?fàn)t體內(nèi)的壓強(qiáng)穩(wěn)定在所需的值。爐體壓強(qiáng)的變化通過(guò)壓強(qiáng)傳感器測(cè)出并通過(guò)變送器，將氣體流量控制器送至反饋電壓。抽氣口采用電動(dòng)真空蝶閥價(jià)格昂貴，如圖1所示。

3　l298n芯片介紹
　　
l298n可接受標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)vss，vss可接4．5～7 v電壓。4腳vs接電源電壓，vs電壓范圍vih為＋2．5～46 v。輸出電流可達(dá)2．5 a，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。l298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，out1，out2和out3，out4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ena，enb接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。表1是l298n功能邏輯圖。 　　

in3，in4的邏輯圖與表1相同。由表1可知ena為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)ena為高電平，輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。

4　控制器原理
　　
圖3是控制器原理圖，由3個(gè)虛線框圖組成。

下面是3個(gè)虛線框圖功能：
　　
（1）虛線框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，u1a，u2a是比較器，vi來(lái)自爐體壓強(qiáng)傳感器的電壓。當(dāng)vi＞vrbf1時(shí)，u1a輸出高電平，u2a輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理vi＜vrbf1時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)可控制抽氣機(jī)抽出氣體的流量，從而改變爐體壓強(qiáng)。
　　
（2）虛線框圖2中，u3a，u4a兩個(gè)比較器組成雙

限比較器，當(dāng)vb＜vi＜va時(shí)輸出低電平，當(dāng)vi＞va，vi＜vb時(shí)輸出高電平。va，vb是由爐體壓強(qiáng)轉(zhuǎn)感器轉(zhuǎn)換電壓的上下限，即反應(yīng)爐體壓強(qiáng)控制范圍。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定va，vb的值，只要爐體壓強(qiáng)在va，vb所確定范圍之間電機(jī)停轉(zhuǎn)（注意vb＜vrbf1＜va，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。
　　
（3）虛線框圖3是一個(gè)長(zhǎng)延時(shí)電路。u5a是一個(gè)比較器，rs1是采樣電阻，vrbf2是電機(jī)過(guò)流電壓。rs1上電壓大于vref2，電機(jī)過(guò)流，u5a輸出低電平。由上面可知，框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，框圖2控制爐體壓強(qiáng)的紋波大小。當(dāng)爐體壓強(qiáng)太小或太大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到兩端固定位置停止，根據(jù)直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程[3]：
　　
u＝ceфn＋raia

其中:ф為電機(jī)每極磁通量；
　
　　　ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；
　
　 　 n為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；
　
　　　ia為電樞電流；
　
　　　ra電樞回路電阻。

電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n為0，電機(jī)的電流急劇增加，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)使電機(jī)燒壞。但電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開(kāi)。長(zhǎng)延時(shí)電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來(lái)。長(zhǎng)延時(shí)電路工作原理：當(dāng)rs1過(guò)流u5a產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)過(guò)微分后，脈沖觸發(fā)555的2腳，電路置位，3腳輸出高電平，由于放電端7腳開(kāi)路，c1，r5及u6a組成積分器開(kāi)始積分，電容c1上的充電電壓線性上升，延時(shí)運(yùn)放積分常數(shù)為100r5c1。當(dāng)c1上充電電壓，即6腳電壓超過(guò)2／3 vcc，555電路復(fù)位，輸出低電平。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間一般小于0．8 s，c1充電時(shí)間一般為0．8～1 s。u5a輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)u7相或，如果u5a輸出低電平大于c1充電時(shí)間，u7在c1充電后輸出低電平由與門u8輸入到l298n的6腳ena端使電機(jī)停止。如果u5a的輸出電平小于c1充電時(shí)間，6腳不動(dòng)作電機(jī)的正常啟動(dòng)。長(zhǎng)延時(shí)電路吸收電機(jī)啟動(dòng)過(guò)流電壓波形，從而使電機(jī)正常啟動(dòng)。

5　結(jié)　語(yǔ)
　　
采用此控制器控制氣體流量，可降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)性價(jià)比，改善整個(gè)系統(tǒng)控制的控制動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性能。