基于PIC的靜電消除控制系統(tǒng)

繆紅林，張新沂，郭惠選

MIAO Hong-lin,ZHANG Xin-yi,GUO Hui-xuan

（北京京東方光電科技有限公司 設(shè)備技術(shù)部，北京 100176）

0 引言

在LCD生產(chǎn)領(lǐng)域中靜電是影響產(chǎn)品良率的一個(gè)及其重要的因素，從玻璃基板投入到CELL產(chǎn)品出庫(kù)的所有生產(chǎn)工藝中都需要消除靜電且要求高，特別是在Array工藝鍍膜、曝光和刻蝕等工藝過程中玻璃基板上的靜電會(huì)將信號(hào)線熔斷，造成斷路等ESD不良。現(xiàn)有的靜電消除是利用空氣電離產(chǎn)生大量正負(fù)離子，利用風(fēng)機(jī)將正負(fù)離子吹出形成一股帶有正負(fù)離子的氣流，將物體表面所帶的電荷中和而達(dá)到消除靜電的目的。離子產(chǎn)生的方法可以分為以下四種方式：第一種為DC方式，該方式產(chǎn)生離子量較大，除靜電速度快，但一根電極針只能產(chǎn)生一種離子，易導(dǎo)致產(chǎn)生逆反電荷，離子平衡差；第二種為AC方式，該方式使用一個(gè)靜電針交替產(chǎn)生正負(fù)兩種離子，工作頻率一般為50K～60KHZ在正負(fù)電壓切換時(shí)不產(chǎn)生離子，產(chǎn)生離子量少，除靜電速度慢；第三種為高頻AC方式，工作頻率為60K～70KHZ，產(chǎn)生的正負(fù)離子容易自身中和；第四種為脈沖DC方式，兩個(gè)高壓直流電壓施加在專用電極針上、周期性地切換正負(fù)極，該方式產(chǎn)生離子量多，但離子平衡不好。本文設(shè)計(jì)一種基于PIC控制的脈沖AC離子去靜電系統(tǒng)，正負(fù)離子在同一根針交替產(chǎn)生，延續(xù)DC方式優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)改善了脈沖DC方式在專用電極針的離子平衡問題。

1 設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此靜電消除控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可以分為四個(gè)部分：PIC控制部分、高壓模塊控制電路、高壓模塊及高壓反饋電路。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 靜電消除系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

PIC控制器控制高壓產(chǎn)生電路，通過調(diào)整高壓模塊輸入電壓的幅值、頻率及占空比達(dá)到調(diào)整電極針上高壓幅值、正負(fù)離子交替產(chǎn)生的頻率及正負(fù)高壓產(chǎn)生的時(shí)間，從而完成了控制離子平衡及離子產(chǎn)生量；高壓反饋電路實(shí)時(shí)監(jiān)控電極針放電產(chǎn)生離子過程，對(duì)放電異常進(jìn)行報(bào)警處理。

2 系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)

PIC18F6520單片機(jī)是美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的8位微處理器，PIC單片機(jī)體積小，功耗低，而且內(nèi)部集成了多種外圍電路，設(shè)計(jì)更加方便，無需在單片機(jī)設(shè)計(jì)中增加外圍電路，容易形成內(nèi)嵌式控制系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)主要完成輸入電壓幅值調(diào)整、頻率調(diào)整、占空比調(diào)整、高壓報(bào)警控制及無線Remote控制，并在LED燈及七段數(shù)碼管中顯示操作及報(bào)警信息[2]。各部分的連接示意圖如圖2所示。

2.1 高壓控制電路部分設(shè)計(jì)

圖2 硬件連接示意圖

高壓控制部分由電壓控制電路、頻率及占空比控制電路組成。如圖3所示電壓控制電路的輸出DC接到圖4元器件C2022中，通過PIC控制實(shí)現(xiàn)正負(fù)電壓幅值、頻率、正負(fù)電壓占空比變化。圖3中PIC控制數(shù)字電位器1012的1、2、3管腳，輸出不同的電阻輸出管腳接穩(wěn)壓器調(diào)整端，PIC通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器1012輸出電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)整穩(wěn)壓器的輸出DC幅值，實(shí)現(xiàn)高壓幅值調(diào)整。

圖3 電壓控制電路

正負(fù)離子產(chǎn)生頻率及占空比通過光耦P181實(shí)現(xiàn)，PIC通過控制低電平控制光耦的關(guān)斷與閉合從而控制數(shù)字開關(guān)C2022的關(guān)斷與閉合，將DC電平轉(zhuǎn)換為電平脈沖；通過控制低電平時(shí)間控制最終高壓板輸入電壓時(shí)間控制產(chǎn)生高壓的占空比。控制電路如圖4所示。

圖4 頻率、占空比控制電路

2.2 高壓電路設(shè)計(jì)

高壓控制電路輸出的電壓經(jīng)過升壓后通過電極針將空氣電離，升壓電路主要有兩種形式，一種是經(jīng)過多倍壓升壓，在經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后達(dá)到所需要的高壓；另一種是經(jīng)過變壓器升壓到需要的高壓[3]。根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際空間需要，選用第一種方法將高壓板集成到成品中。正高壓電路圖如圖5所示。

圖4中元器件C2022中高壓板輸入電壓分別接到正負(fù)高壓模塊中，高壓模塊輸出端在電極針上產(chǎn)生正負(fù)離子。輸入電壓在多倍壓升壓之前經(jīng)過Royer電路將直流轉(zhuǎn)為交流并升壓，L1提供高交流輸入阻抗，在諧振電容使震蕩電路按照特定頻率進(jìn)行簡(jiǎn)諧震蕩。經(jīng)T1升壓后的電壓經(jīng)過多倍壓整流濾波電路得到需要高壓，高壓再經(jīng)過多個(gè)串聯(lián)穩(wěn)壓管后輸出穩(wěn)定的高壓[4]。

圖5 正高壓產(chǎn)生電路

2.3 高壓反饋電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)正常工作時(shí)，通過監(jiān)控電極針的電壓來判斷放電是否正常，高壓放電異常時(shí)，反饋電路會(huì)將異常的反饋電壓接到PIC芯片，芯片檢測(cè)反饋電壓異常后輸出報(bào)警代碼，以便進(jìn)行維修。反饋電壓為正負(fù)脈沖電壓，將該脈沖進(jìn)行處理后反饋到PIC中反饋電路。運(yùn)算放大器選擇TL084，反饋信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨，比例運(yùn)算處理后反饋到PIC進(jìn)行欠壓、過壓、正負(fù)電壓重疊及放電異常報(bào)警[5]。如圖6所示。

圖6 報(bào)警電路

3 結(jié)束語

LCD產(chǎn)業(yè)中靜電嚴(yán)重影響產(chǎn)品良率，針對(duì)傳統(tǒng)靜電消除器存在的不足，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于嵌入式PIC的除靜電控制系統(tǒng)；充分利用PIC的硬件資源，實(shí)現(xiàn)了頻率、占空比及電壓幅值的可調(diào)整，除靜電速度快，離子平衡好。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能很好的消除LCD各工藝生產(chǎn)過程中玻璃基板所帶靜電，降低由于靜電產(chǎn)生的不良。

[1] 李榮正,劉啟中,陳學(xué)軍.PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京∶北京航空航天大學(xué)出版,2006.

[2] 竇振中.PIC系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京∶北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

[3] 曲振江,馬文娟.高壓靜電設(shè)備中倍壓整流電路的工作狀態(tài)分析[J].高電壓技術(shù),2005,31(10)∶64-66.

[4] 劉吉昌.關(guān)于Royer電路的基本原理及其設(shè)計(jì)方法[A].全國(guó)電源技術(shù)年會(huì)論文集[C].2005.11.14.

[5] 童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M],北京∶高等教育出版社,2004.