基于L298N芯片对离子渗氮中压强的控制

其中： P为气体压强；
　　　 d为平行板电极间距离；
　　 　γ为阴极二次电子发射系数；
　　　 B为斯托列夫常数；
　　　 A是常数。
对式（1）求导，可得出击穿电压表达式（2）：　　

由式（2）可知，击穿电压V与气体压强和d有关，而一般实验中d是固定不变，因此离子渗氮对压强控制极为重要。

2　系统流量与压强测控框图
流量计控制进气口的气体流量，当进气和抽气流量平衡时，炉体压强保持稳定。由于炉体气体泄露及其他干扰因素的影响，炉体压强上下波动，系统偏离平衡态，严重时影响等离子工艺处理。我们采用普通直流电动机，通过L298N驱动直流电动机，由电动机通过减速杆带动锥体转动。当锥体旋进时，抽气机单位时间内抽出气体减少；旋出时，抽出气体增多，从而使炉体内的压强稳定在所需的值。炉体压强的变化通过压强传感器测出并通过变送器，将气体流量控制器送至反馈电压。抽气口采用电动真空蝶阀价格昂贵，如所示。

3　L298N芯片介绍
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号V_SS，V_SS可接4．5～7 V电压。4脚V_S接电源电压，V_S电压范围V_IH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。E_nA，E_nB接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。 　　

In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知E_nA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当E_nA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。

4　控制器原理
是控制器原理图，由3个虚线框图组成。

下面是3个虚线框图功能：
（1）虚线框控制电机正反转，U1A，U2A是比较器，V_I来自炉体压强传感器的电压。当V_I＞V_RBF1时，U1A输出高电平，U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。同理V_I＜V_RBF1时，电机反转。电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。
（2）虚线框中，U3A，U4A两个比较器组成双

限比较器，当V_B＜V_I＜V_A时输出低电平，当V_I＞V_A，V_I＜V_B时输出高电平。V_A，V_B是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求，我们可自行规定V_A，V_B的值，只要炉体压强在V_A，V_B所确定范围之间电机停转（注意V_B＜V_RBF1＜V_A，如果不在这个范围内，系统不稳定）。
（3）虚线框是一个长延时电路。U5A是一个比较器，R_s1是采样电阻，V_RBF2是电机过流电压。R_s1上电压大于V_REF2，电机过流，U5A输出低电平。由上面可知，框控制电机正反转，框控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程^[3]：
U＝C_eФN＋R_aI_a

其中:Ф为电机每极磁通量；
　　　C_e为电动势常数；
　 　 N为电机转数；
　　　I_a为电枢电流；
　　　R_a电枢回路电阻。

电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理：当R_s1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C₁，R₅及U6A组成积分器开始积分，电容C₁上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R₅C₁。当C₁上充电电压，即6脚电压超过2／3 V_CC，555电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于0．8 s，C1充电时间一般为0．8～1 s。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C₁充电时间，U7在C₁充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。如果U5A的输出电平小于C₁充电时间，6脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。

5　结　语
采用此控制器控制气体流量，可降低生产成本，提高系统性价比，改善整个系统控制的控制动态性能和稳定性能。