本发明专利技术涉及高频电源装置。在等离子体点亮开始时无需提高电源电压而使大电流在感应线圈中流过，从而提高点亮开始时的稳定性。在对直流电压进行切换的全桥驱动电路(13)、与包括等离子体生成用的感应线圈(21)的LC共振电路(19)之间，设置包括电感器(17)与电容器(18)的阻抗变换电路(16)。电容器(18)的电容能够切换成两个阶段，切换驱动部(23)负责该切换。在从等离子体熄灭了的状态起点亮时，使电容器(18)的电容相对变大，能够对LC共振电路(19)供给大电流。在等离子体点亮而成为稳定状态时，切换成使电容器(18)的电容相对小的状态，使阻抗匹配，以使得电力效率最大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高频电源装置，进一步详细来说，涉及一种用于在电感耦合等离子体(ICP)发光分析装置、等离子体CVD装置等利用等离子体的分析装置、制造/加工处理装置中，为了生成并维持等离子体而对感应线圈供给高频电力的高频电源装置。
技术介绍
在ICP发光分析装置中，由通过对感应线圈供给高频电力来形成了的电磁场，来使氩气等的等离子体生成用气体电离而生成并维持等离子体，在该等离子体中导入样本原子。样本原子由等离子体激发，在该被激发了的原子回到低的能级时，发射原子特有的波长光。通过对该发射光进行分光测定，来进行样本的定性以及定量。在ICP发光分析装置中，为了对等离子体供给高频电力，采用例如能够以27的频率供给几百W?几千W的高频电力的高频电源装置，来驱动由感应线圈与电容器形成的LC共振电路的结构被广泛利用。在这样的结构中，为了使高频电源装置高效率地动作，优选的是，从高频电源装置侧观察到的负载的阻抗恒定，并且取得了阻抗匹配。然而，当通过在感应线圈中流过高频电流来生成等离子体时，通过由于带电粒子移动来产生的感应电流的作用，感应线圈的阻抗发生变化。另外，根据等离子体生成用气体、作为分析对象的样本的状态、或者对等离子体供给的电能等，等离子体的状态发生变化，伴随着该变化，感应线圈的阻抗进一步变化。当感应线圈的阻抗这样变化了时，从高频电源装置侧观察到的负载阻抗发生变化，所以阻抗匹配于从最佳的状态偏离。因此，为了应对这样的负载阻抗的变化，在以往的这种高频电源装置中，利用了如下的自激方式的振荡电路，该振荡电路通过包括MOSFET等半导体开关元件的半桥电路或者全桥电路等开关电路来驱动包括感应线圈的LC共振电路，使在该LC共振电路中的信号经由变压器等而正反馈到上述半导体开关元件的控制端子(在MOSFET的情况下是栅极端子)O图5是专利文献I所记载的采用了自激振荡的高频电源装置的概略结构图。SP，在该电路中，4个M0SFET141、142、143、144构成全桥电路，从该全桥电路经由负载耦合电感器301、302、303、304而对包括感应线圈32以及电容器33的LC共振电路31供给电力。由此，在LC共振电路31中流过的电流由变压器(电感耦合部)的初级绕组34检测出，通过未图示的反馈路径而分别反馈到各M0SFET141?144的栅极端子。在这样的自激振荡电路中，当伴随着等离子体状态的变化而感应线圈32的阻抗发生变化时，LC共振电路31的共振频率自动地变化。因此，具有这样的优点，S卩，无需从外部进行任何特别的控制、指示，就能够使得从全桥电路侧观察到的负载阻抗始终保持最佳的关系，并且高效率地持续振荡。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特表2009-537829号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题但是，在ICP发光分析装置中，为了在大气压气氛下生成等离子体，特别是在开始等离子体的点亮时，需要将比在稳态的点亮过程中更大的高频电流供给到感应线圈。等离子体的点亮特性即点亮的难或易受到等离子体生成用气体的流量、等离子体生成用气体的纯度、等离子枪形状、放置有等离子体置物台的气氛等的影响。因此，为了维持稳定且良好的等离子体点亮特性，预计了上述那样的各种原因的变动、偏差之后，需要对感应线圈供给足够充裕的高频电流。在图5所示的以往的电路中，为了使到感应线圈32的电流增加，需要使电源电压+Vcc增加。但是，电源电压+Vcc由于受到在全桥电路中使用的半导体开关元件(在图5的例中是M0SFET141?144)的额定电压的制约，所以为了通过提高电源电压+Vcc来确保稳定的等离子体点亮特性，必须使用能够经受电源电压+Vcc的增加的、额定电压大的半导体开关元件。然而，额定电压大的半导体开关元件的导通电阻变大，所以有可能导致高频电源装置中的电力损失的增加。本专利技术是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于，提供一种能够抑制在全桥电路或者半桥电路等开关电路中使用的半导体开关元件的额定电压，即，使用导通电阻小的半导体开关元件，并且维持等离子体点亮特性的稳定性，特别是使等离子体点亮稳定地开始的高频电源装置。解决技术问题的技术手段为了解决上述问题而完成的本专利技术一种高频电源装置，具备:直流电压源、包括等离子体生成用的感应线圈与电容器的LC共振电路、以及包括对从所述直流电压源供给的直流电力进行切换而施加到所述LC共振电路的半导体开关元件的开关电路，通过对所述感应线圈接入高频电力来生成等离子体，所述高频电源装置的特征在于，具备:a)阻抗变换部，其介于所述开关电路与所述LC共振电路之间地，能够将阻抗变换率切换成多个阶段；以及b)控制部，其使所述阻抗变换部动作，以使得在等离子体点亮开始前、与在该点亮开始后的稳态点亮时，切换所述阻抗变换率。在本专利技术的高频电源装置中，特别优选的是，采用用于在ICP发光分析装置中生成等离子体的高频电源装置。在本专利技术的高频电源装置中，上述开关电路例如能够采用使用了多个的半导体开关元件的半桥电路或者全桥电路。另外，作为该半导体开关元件，作为典型，采用电力用的MOSFET 即可。在本专利技术的高频电源装置中，阻抗变换部采用例如包括相互极性不同的电抗元件的结构即可，作为典型，包括电感器与电容器，通过使该电容器的电容变化来切换阻抗变换率即可。根据阻抗变换部中包括的电路元件的常数来确定的多个阶段的阻抗变换率之一被预先调整，以使得在使等离子体稳定地点亮时从开关电路供给的电力最高效率地导入到等离子体中，即，使得等离子体生成时的电力效率最大。通常，这是阻抗匹配的最佳状态。在本专利技术的高频电源装置中，控制部在等离子体点亮期间内，设定阻抗变换部的电路元件的常数，以得到这样的阻抗变换率。因此，在等离子体点亮过程中，能够抑制电力损失并高效地维持等离子体生成状态。与此相对地，在从等离子体熄灭了的状态起开始点亮等离子体时，控制部设定阻抗变换部的电路元件的常数，以得到能够将更大的电流供给到LC共振电路那样的阻抗变换率。此时的阻抗变换率即电路常数也能够预先通过实验等来确定。即，在本专利技术的高频电源装置中，在等离子体点亮开始时，能够不增加开关电路等的电源电压，而在LC共振电路中包括的感应线圈中流过大的高频电流。由此，在例如ICP发光分析装置中，在等离子枪中产生大的交变磁场，由此在等离子体气体气氛中形成强的感应电场。其结果，容易引起等离子体气体的电离，能够稳定地开始等离子体点亮。但是，如果在等离子体点亮之后突然切换阻抗变换部的阻抗变换率，具体来说，如果阶跃性地进行切换，则等离子体有可能熄灭。因此，在本专利技术的高频电源装置中，优选的是，所述阻抗变换部采用包括被并联连接了的电容器、将该电容器的一部分从该并联连接中分离的开关元件、以及使控制该开关元件的切换的信号的变化钝化的时间常数电路的结构即可。作为该时间常数电路，例如采用RC电路等低通滤波器即可。根据该结构，当在等离子体点亮开始后切换阻抗变换部中的阻抗变换率时，电容器的电容不发生急剧变化，而是以某种程度缓慢变化。由此，对感应线圈供给的电流的变化也变得缓慢，能够防止由该变化所导致的等离子体的熄灭。专利技术效果根据本专利技术的高频电源装置，能够不增加对包括感应线圈的LC共振电路供给电力的开关电路的电源电压，而在等离子体点亮开始时在感应线圈中流过大的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高频电源装置，具备：直流电压源、包括等离子体生成用的感应线圈与电容器的LC共振电路、以及包括对从所述直流电压源供给的直流电力进行切换而施加到所述LC共振电路的半导体开关元件的开关电路，通过对所述感应线圈接入高频电力来生成等离子体，所述高频电源装置的特征在于，具备：a)阻抗变换部，其介于所述开关电路与所述LC共振电路之间，能够将阻抗变换率切换成多个阶段；以及b)控制部，其使所述阻抗变换部动作，以使得在等离子体点亮开始前、与在该点亮开始后的稳态点亮时，切换所述阻抗变换率。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：土生俊也，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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