高频电力供给装置以及反射波电力控制方法制造方法及图纸

在对等离子体负载供给高频电力的高频电力供给中，检测高频电源的反射波电力，并使用检测出的反射波电力对高频电源进行控制，对于反射波电力的短时间变动，基于反射波电力的检测值的峰值变动来进行控制，对于反射波电力的长时间变动，基于使反射波电力的检测值平滑而得到的平滑值的变动来进行控制。作为反射波电力控制环系统，具有基于反射波电力的峰值变动进行控制的反射波电力峰值下垂环系统以及电弧切断系统，和基于反射波电力的电力平滑量进行控制的反射波电能垂下环系统。高频电源在到等离子体点火为止的未点火状态下，进行全反射波应对化，所述全反射波应对化能禁受行波电力全部作为反射波电力返回电源侧的全反射波电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在从高频电源对负载供给高频电力时，对从负载侧向电源侧的反射波 电力进行控制的反射波电力控制方法以及高频电力供给装置。
技术介绍
已知通过开关动作将直流电源的直流变换为高频交流的高频电源。作为该高频电 源，已知基于D级放大电路（ClassD:IEC国际标准IEC60268-3 4classesofoperation) 的D级高频电源。 D级高频电源通过一定的占空比的RF门信号对RF电力放大元件进行开关动作，将 直流电源的直流变换为高频交流，将所得到的高频交流作为高频行波电力提供给负载。D级 高频电源通过脉冲运转进行输出调整。脉冲运转是交互地具有通过RF门信号使RF电力放 大元件进行开关动作输出RF输出的0N区间，和不进行开关动作且不输出RF输出的OFF区 间的两个区间的驱动方式，通过对作为0N区间和OFF区间的时间比例的占空比进行改变， 调整RF输出的输出电力。0N区间和OFF区间的占空比可以根据脉冲控制信号的0N区间和 OFF区间的占空比进行控制。另外，RF是高频的意思。 在从高频电源向负载的高频电力的供给中，在对等离子体处理装置等负载供给高 频电力时，基于等离子体放电的状态，负载阻抗发生变动。当负载阻抗发生变动时，从负载 侧返回电源侧的反射波电力变动。 存在反射波电力对D级高频电源造成影响的情况。例如，构成D级高频电源的RF 电力放大元件，通过由反射波电力引起的内部损失而导致的发热产生热损伤，或者由于反 射波电力的浪涌电压产生绝缘损坏。当反射波电力的大小更大时，存在构成D级高频电源 的直流电源损坏的情况。 特别是，当D级高频电源通过脉冲运转对等离子体负载供给高频电力时，在直到 等离子体点火为止的未点火状态下，行波电力全部作为反射波电力返回电源侧。因此，要求 D级高频电源能够禁受全反射波电力。以下，将这样的行波电力全部返回电源侧时的反射波 电力称为全反射波电力，并将在高频的电力供给中用于禁受全反射波电力的应对称为全反 射波应对化。 另外，这里，全反射波应对化，并不仅是防止由于全反射波电力所导致的RF电力 放大元件的损伤，也包含在开始了点火动作后，在直到判定为点火失败将高频电力的供给 切断为止的期间，不切断高频电力的供给，持续进行电力供给，并持续等离子体的点火动 作。 目前，以这种全反射波应对化为目的，本案 申请人:提出了等离子体产生用电源 (参考专利文献1)。在专利文献1中，公开了为了抑制RF电力放大元件的体二极管的蓄积 载流子，在延迟状态下使用从RF电力放大元件来看的负载阻抗，借此来减少电路的开关损 失。为了进行全反射波应对化，进而，要求预先限制等离子体点火时的点火动作所需要的点 火时间，由此将点火时间内的反射波电力限制为与行波电力的额定电力相同。 除了D级_频电源以外，作为通常使用的_频电源，已知C级_频电源。已知在C 级高频电源等通常使用的高频电源装置中，当发生反射波电力时，为了将反射波电力的供 给抑制在额定输出以下，对供给侧的行波电力进行抑制，由此防止对于高频电源侧的元件 的损伤的技术（专利文献2?专利文献7)。 在专利文献2、3中公开了停止电源供给的技术，在专利文献4?7中，公开了抑制 行波电力的技术。 在专利文献2中记载了为了使反射波电力值在额定输出的10?20%以下，对高频 等离子体电源的行波电力值进行控制的关闭方法，在专利文献3中记载了利用从反射波电 力检测器输出的信号，来对相当于反射微波电力的信号的大小和充放电基准值之间的差进 行时间积分，当具有相当于积分值大小的积分信号的大小超过了容许基准值时，将电源供 给切断的微波电力供给系统。 另外，在专利文献4中记载了当反射波电力超过极限值时，利用混频器来削减输 出电力，在专利文献5中记载了利用从反射波电力检测信号输出的电力抑制信号和行波电 力，生成电力控制信号，在专利文献6中记载了求出检测出且被反馈的反射波电力和设定 反射波电力之间的差，基于差值使行波电力下垂，在专利文献7中记载了基于反射波电力 计算反射波系数，基于计算出的反射波系数对衰减器的增益大小进行修正，供给负载所需 的电力。 另外，在专利文献8中记载了对测量反射波电力的传感器的输出进行微分，根据 基于微分输出的高频电力的反射波的时间的变动程度，来判断是否发生异常放电。 现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本特许第3641785号（段落、段落) 专利文献2:日本特公平7-32078号（段落、段落) 专利文献3 :日本特开2004-71269 (段落、段落) 专利文献4 :日本特开平10-257774(段落?段落) 专利文献5 :日本特许第3998986号（段落) 专利文献6 :日本特开2004-8893 (段落) 专利文献7 :日本特开2005-136933号（段落) 专利文献8:日本特许第3893276号（段落、段落)
技术实现思路
专利技术解决的课题 本专利技术寻求在D级高频电源通过脉冲运转对等离子体负载供给高频电力时，在到 等离子体点火为止的未点火状态中，对于行波电力全部作为反射波电力返回电源侧的全反 射波电力，在脉冲运转时并不会产生由于全反射波电力而导致RF电力放大元件损坏，对负 载供给大的负载端电力，提高脉冲运转时的等离子体的点火性能。 在专利文献1中通过在延迟状态下使用负载阻抗，减少电路的开关损失的情况 下，如果为了全反射波应对化而限制等离子体的点火时间，则在直到等离子体点火为止需 要长时间的情况下，担心保持未点火不变。 另外，专利文献2、3是停止电源供给，在专利文献2中，进行控制使反射波电力值 为额定输出的10?20%以下。此外在专利文献3中，通过充放电电路的输出来进行切断控 制。因此，无法在能禁受全反射波电力的状态下维持高频电力的供给，无法应对全反射波应 对化。 在高频电源中，通过开关动作将直流电源的直流变换为高频交流，在将高频电力 行波电力提供给等离子体负载时，即使在高频电源和等离子体负载之间的匹配正常地整合 的情况下，在等离子体上升时，等离子体负载的负载阻抗也会大幅变动，由于该负载阻抗变 动，产生从等离子体负载侧返回到电源侧的反射波电力。该等离子体上升时所产生的反射 波电力在短期间内大幅变动。 专利文献4?专利文献7的电力控制是基于反射波电力的瞬时值进行电力抑制， 因此，在等离子体上升时，若反射波电力尖锐地上升的峰值超过了设定值，则开始进行基于 电力控制的电力抑制。当通过电力控制抑制向等离子体负载供给的电力时，在等离子体达 到点火前，供给电力被缩减点火不成功，此外，即使在已点火的情况下，通过抑制供给电力 使等离子体的维持变得困难，存在难以产生正常的等离子体的问题。 也就是说，现有的电力控制是基于反射波电力的瞬时值来进行电力抑制，因此，将 等离子体上升时的反射波电力的峰值，误判为由于经过更长期间的等离子体状态变动所导 致的反射波电力的增加。如果根据该误判而切断或抑制电力供给，那么等离子体的点火或 等离子体的维持将变得困难。 因此，本专利技术的目的在于，在通过脉冲运转对等离子体负载供给高频电力的高频 电源中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频电力供给装置，其向等离子体负载供给高频电力，其特征在于，具有：高频电源部，通过开关动作将直流电源的直流变换为高频交流，输出高频电力，反馈系统，反馈所述高频电源部的高频输出的检测值，来进行反馈控制；所述反馈系统具有：行波电力控制环系统，反馈从所述高频电源部向等离子体负载的行波电力的检测值，来控制行波电力，多个反射波电力控制环系统，反馈从所述等离子体负载向所述高频电源部的反射波电力的检测值，来控制反射波电力，所述反射波电力控制环系统具有：控制反射波电力的峰值变动的反射波电力峰值下垂环系统以及电弧切断系统；以及控制反射波电力的电力平滑量的反射波电能下垂环系统，所述反射波电力峰值下垂环系统根据反射波电力的峰值对所述高频电源部的直流电源的直流电压进行控制，通过该直流电源的电压控制对反射波电力的峰值进行下垂控制，所述电弧切断系统根据反射波电力的峰值对所述高频电源部的RF放大部的输出的有无进行控制，由此来控制向等离子体负载的电力供给的有无，从而控制等离子体负载中的电弧的切断，所述反射波电能下垂环系统根据反射波电力的电力平滑量，对所述高频电源部的RF放大部的ON区间和OFF区间的占空比即时间比例进行控制，由此控制向等离子体负载的电力供给量，来对反射波电力的电能进行下垂控制。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.18 JP 2012-1369421. 一种高频电力供给装置，其向等离子体负载供给高频电力，其特征在于，具有： 高频电源部，通过开关动作将直流电源的直流变换为高频交流，输出高频电力， 反馈系统，反馈所述高频电源部的高频输出的检测值，来进行反馈控制； 所述反馈系统具有： 行波电力控制环系统，反馈从所述高频电源部向等离子体负载的行波电力的检测值， 来控制行波电力， 多个反射波电力控制环系统，反馈从所述等离子体负载向所述高频电源部的反射波电 力的检测值，来控制反射波电力， 所述反射波电力控制环系统具有： 控制反射波电力的峰值变动的反射波电力峰值下垂环系统以及电弧切断系统；以及 控制反射波电力的电力平滑量的反射波电能下垂环系统， 所述反射波电力峰值下垂环系统根据反射波电力的峰值对所述高频电源部的直流电 源的直流电压进行控制，通过该直流电源的电压控制对反射波电力的峰值进行下垂控制， 所述电弧切断系统根据反射波电力的峰值对所述高频电源部的RF放大部的输出的有 无进行控制，由此来控制向等离子体负载的电力供给的有无，从而控制等离子体负载中的 电弧的切断， 所述反射波电能下垂环系统根据反射波电力的电力平滑量，对所述高频电源部的RF 放大部的ON区间和OFF区间的占空比即时间比例进行控制，由此控制向等离子体负载的电 力供给量，来对反射波电力的电能进行下垂控制。2. 根据权利要求1所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述反射波电力峰值下垂环系统具有作为决定是否进行反射波电力的峰值的下垂控 制的阈值的反射波电力峰值极限值， 将反射波电力的检测值和反射波电力峰值极限值的差值反馈给所述行波电力控制环 系统，对驱动所述高频电源部具有的DC/DC变换器的PWM信号的脉冲幅宽进行控制，来对直 流电源的直流电压进行控制。3. 根据权利要求1或者2所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述电弧切断系统具有作为决定是否输出高频电力的阈值的电弧极限值， 根据反射波电力的检测值和所述电弧极限值的比较，对用于控制所述高频电源部具有 的RF放大部的RF门信号进行控制，对是否输出RF放大部的高频电力进行控制。4. 根据权利要求1?3中的任意一项所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述反射波电能下垂环系统具有： 输出所述反射波电力的检测值的平均值或者有效值的电力平滑部；以及 作为用于决定高频电力的电能的下垂控制的有无以及下垂量的反射波电力下垂极限 值的反射波电力平均极限值或者反射波电力有效极限值， 根据所述电力平滑部的平均值的输出和所述反射波电力平均极限值的比较，或者根据 所述电力平滑部的有效值的输出和所述反射波电力有效极限值的比较，来决定对所述高频 电源部具有的RF放大部进行控制的脉冲控制信号的占空比即RF放大部的ON区间和OFF 区间的时间比例，对RF放大部的高频电力的电能的下垂进行控制。5. 根据权利要求1?3中的任意一项所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述反射波电力峰值下垂环系统或者所述电弧切断系统中的至少一个系统具有从所 述反射波电力的检测值中将急剧变动量除去的急剧变动除去部， 所述急剧变动除去部从反射波电力的检测值中除去由于急剧的变动导致的急剧变动 量，反馈与不是急剧变动导致的反射波电力的峰值相当的信号。6. 根据权利要求5所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述急剧变动除去部是将反射波电力的检测值进行一次延迟的一次延迟电...

【专利技术属性】
技术研发人员：让原逸男，相川谕，国玉博史，
申请(专利权)人：株式会社京三制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP