一种谐振频率跟踪射频电源制造技术

本实用新型专利技术提供了一种谐振频率跟踪射频电源，包括锁相环电路

【技术实现步骤摘要】
一种谐振频率跟踪射频电源


[0001]本技术涉及射频电源中的等离子体电源
，具体涉及一种谐振频率跟踪射频电源
。

技术介绍

[0002]等离子体发生器由等离子体电源和发生器负载所组成，工作于整个集成电路的谐振频率附近时，输出功率
、
效率等特性达到最佳
。
在负载工作过程中，工作温度
、
接触材料的不同，其谐振频率都会发生变化
。
若电源工作时的供电频率未随之发生变化，轻则效率降低
、
无法产生等离子体，重则损坏发生器负载
。
[0003]当射频电源工作频率与负载的谐振频率不相等时，负载部分呈容性或者感性，此时负载的电压和电流之间会存在相位差
。
这就需要电源电路要对负载频率和相位进行自动监控和调节，并使等离子体发生器一直工作于功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态
。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本技术提出一种在考虑等离子体发生器电路集成化
、
小型化的因素下的谐振频率跟踪射频电源，保证了电源输出频率跟踪负载的谐振频率，提升系统输出性能
。
[0005]本技术提供的技术方案如下：
[0006]一种谐振频率跟踪射频电源，包括锁相环电路
、
占空比调节电路
、
驱动电路
、
功率电路
、
采样电路
、
信号处理电路；
[0007]可选的，所述锁相环电路包括：鉴相器
、
低通环路滤波器
、
压控振荡器
、
频率调节电路和自激启动电路；
[0008]所述锁相环电路中鉴相器的两个输入端连接于所述信号处理电路的两个输出端，所述鉴相器用于比较两个输入信号的相位；所述锁相环电路中低通环路滤波器的输入端与所述锁相环电路中鉴相器的输出端相连接，所述低通环路滤波器过滤鉴相器输出电压的高频噪音，形成平均电压；所述锁相环电路中的压控振荡器与所述锁相环电路中低通环路滤波器的输出端相连接，所述压控振荡器输出方波信号，该输出方波信号经后级电路后可反馈给所述鉴相器形成闭环系统，实现所述平均电压控制所述压控振荡器输出方波信号的频率跟踪所述锁相环电路的输入信号，可进行调节使所述锁相环电路的两个输入信号频率相等相位相同
。
[0009]所述频率调节电路与所述压控振荡器控制端相连接，所述频率调节电路用于调节所述压控振荡器的输出频率范围，从而适应各种不同工况下的最大谐振频率；所述自激启动电路由第三电阻
R3、
第二电容
C2、
第一二极管
D1组成，第一二极管
D1阴极与所述压控振荡器输入端相连接，第一二极管
D1的阳极与电源之间串联一个第三电阻
R3，第一二极管
D1的阳极与地之间串联一个第二电容
C2，在所述谐振频率跟踪射频电源上电瞬间，所述自激启动电路提供电源电压送入所述压控振荡器，后逐渐下降，控制所述压控振荡器输出频率从最
高频率向最低频率变化，寻找锁相频率点
。
[0010]可选的，所述占空比调节电路包括：非门
、
与门
、RC
充电电路；
[0011]所述锁相环电路的输出端分成三路，第一路和第二与门的第一输入端直接连接，第二路和第二与门的第二输入端之间连接由第二可调节电位器与第四电容组成的第二
RC
充电电路；第二路信号由低电平变成高电平时，第二与门的输出端信号延迟一定时间后再变为高电平，第二路信号由高电平变成低电平时，第二与门的输出端信号立刻变为低电平；第三路连接于非门输入端，非门输出端信号再分成两小路，第一小路和第一与门的第一输入端直接相连，第二小路和第一与门的第二输入端之间连接由第一可调节电位器与第三电容组成的第一
RC
充电电路；第二小路信号由低电平变成高电平时，第一与门的输出端信号延迟一定时间后再变为高电平，第二小路信号由高电平变成低电平时，第一与门的输出端信号立刻变为低电平；通过调节所述占空比调节电路中第一可调节电位器和第一可调节电位器的阻值，第一与门和第二与门输出两个占空比可调节且具有死区的
PWM
信号
。
[0012]可选的，所述驱动电路可以由高低侧半桥电路驱动器构成；
[0013]所述驱动电路的两个输入端与所述占空比调节电路的两个输出端相连接，所述驱动电路具有高输出端和低输出端，用于生成两路可靠的开关管驱动信号
。
使其驱动功率电路中的开关管安全可靠运行
。
[0014]可选的，所述功率电路可以是半桥逆变电路；
[0015]所述驱动电路的高输出端与所述功率电路中第一开关管的
G
极相连接，所述驱动电路的低输出端与所述功率电路中第二开关管的
G
极相连接，第一开关管的
S
极与第二开关管的
D
极相连接，并与所述功率电路的输出端之间串联第一电感，所述功率电路用于生成交流信号供给所述负载工作使用
。
所述功率电路具有高压输出端和低压输出端，高压输出端和低压输出端之间连接所述负载；
[0016]可选的，所述采样电路可以由差分霍尔板和采样调理电路组成；所述采样电路的输入端与所述高压输出端以及低压输出端连接，用于采集负载电压信号和负载电流信号；
[0017]可选的，所述信号处理电路可以有比较器构成；所述信号处理电路的两个输入端分别与所述采样电路的两个输出端连接，对采样信号进行过零比较；所述信号处理电路的两个输出端分别连接于所述锁相环电路中鉴相器的两个输入端，实现信号反馈；通过所述锁相环电路的频率跟踪作用，闭环控制系统可以使所述功率电路的输出电压
、
电流的频率相等
、
相位相同，使系统处于最大谐振频率工作
。
[0018]技术带了的有益效果：
[0019]1、
电路简单，所用芯片少，无需采用单片机和软件，体积小
、
成本低，易于实现；
[0020]2、
全部由硬件电路实现，跟踪速度快，锁相稳定，当负载侧发生变化时，可以实时跟踪；
[0021]3、
硬件电路采样率高，锁相精度高，因此跟踪精度高
。
附图说明
[0022]图1为本技术的电源基本拓扑示意图；
[0023]图2为锁相环电路图；
[0024]图3为占空比调节电路图；
[0025]图4为驱动电路图；
[0026]图5为半桥逆变电路图；
[0027]图6采样电路图；
[0028]图7为负载电路图；
[0029]图8为本技术的电源原理图；
具体实施方式
[0030]下面结合实施例和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种谐振频率跟踪射频电源，其特征在于：包括锁相环电路
(100)、
占空比调节电路
(200)、
驱动电路
(300)、
功率电路
(400)、
采样电路
(500)、
信号处理电路
(700)
；所述功率电路
(400)
具有高压输出端和低压输出端，高压输出端和低压输出端之间连接负载；所述采样电路
(500)
与所述高压输出端以及低压输出端连接，用于采集负载电压信号和负载电流信号，所述采样电路
(500)
的两个输出端分别与所述信号处理电路
(700)
的两个输入端连接，用于处理采样信号，所述信号处理电路
(700)
的两个输出端分别连接于所述锁相环电路
(100)
的两个输入端；所述锁相环电路
(100)
的输出端连接于所述占空比调节电路
(200)
的输入端，所述占空比调节电路
(200)
用于生成两路占空比可调的
PWM
信号；所述占空比调节电路
(200)
的两个输出端分别连接于所述驱动电路
(300)
的两个输入端，所述驱动电路
(300)
用于生成两路开关管驱动信号；所述驱动电路
(300)
的两个输出端分别连接于所述功率电路
(400)
中的两个输入端，所述功率电路
(400)
用于生成交流电压和交流电流供负载工作，形成闭环谐振频率跟踪
。2.
根据权利要求1所述的一种谐振频率跟踪射频电源，其特征在于：所述锁相环电路
(100)
包括：鉴相器
、
低通环路滤波器
、
压控振荡器
、
频率调节电路和自激启动电路；所述信号处理电路
(700)
的两个输出端连接于所述锁相环电路
(100)
中鉴相器的两个输入端；所述锁相环电路
(100)
中低通环路滤波器的输入端与所述锁相环电路
(100)
中鉴相器的输出端相连接，所述锁相环电路
(100)
中的压控振荡器与所述锁相环电路
(100)
中低通环路滤波器的输出端相连接
。3.
根据权利要求2所述的一种谐振频率跟踪射频电源，其特征在于，所述锁相环电路包括：鉴相器
、
低通环路滤波器
、
压控振荡器

【专利技术属性】
技术研发人员：尹子依，袁佳俊，
申请(专利权)人：宁波小为智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：