CN103152971B - 等离子电源的锁频方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种等离子电源的锁频方法，所述锁频方法包括以下步骤：(A1)检测等离子线圈的峰值电压或峰值电流；(A2)根据所述峰值电压或峰值电流的变化去调整信号源的频率；(A3)通过固定匹配输出调整后的射频功率。本发明具有效率高、对外辐射很小、工作稳定性好、可靠性高、能连续调节输出功率、零反射功率等优点。

Description

等离子电源的锁频方法
技术领域
本发明涉及等离子源，特别涉及等离子电源的锁频方法。
背景技术
在ICP-AES及ICP-MS产品中，都需要可调大功率射频等离子电源，国产大功率射频电源体积大、成本高、效率低、可靠性差；而国外最先进技术被极少数公司所垄断。目前主要有以下模式射频等离子电源：它激式射频功放加匹配箱、自激式射频功放加匹配箱、自激式直接耦合。其中我们公司采用的是自激式直接耦合射频等离子电源，自激式射频电源的实现核心是反馈技术，目前已有：功率反馈和相位反馈。而我们采用的是检测输出峰值电压电流，检测峰值采用Δ智能算法锁定频，实现最优匹配，和最高效率及最佳稳定性。
现有技术解决方法分为它激式和自激式。其中它激式为固定频率，利用步进电机调节匹配真空可调电容，使负载匹配，这种方法由于需要精密的步进电机和真空可调电容，其成本高，体积大，而且效率低，由于步进电机是机械运动，其动态响应慢；另外自激式有两种方法：一种是检测反射功率法，利用步进电机粗调匹配箱，再根据反射功率进行调节频率，这种方法还是需要匹配箱，其体积大，动态响应稍有改进，但还是比较差；另一种方法是直接耦合，检测输出相位和输入相位，根据相位差进行反馈调节频率，这种技术比较先进，该技术被国外少数公司垄断，其效率比较高，体积比较小，但是，由于高频相位无法完全准确定位，其工作状态达不到完全匹配状态，只能接近完全匹配，其体积做不到最小，效率也做不到最高。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种效率高、对外辐射很小、工作稳定性好、控制功能强、可靠性高，能连续调节输出功率，零反射功率的等离子体电源的锁频方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种等离子电源的锁频方法，所述锁频方法包括以下步骤：
(A1)检测等离子线圈的峰值电压或峰值电流；
(A2)根据所述峰值电压或峰值电流的变化去调整信号源的频率；
(A3)通过固定匹配输出调整后的射频功率。
根据上述的锁频方法，优选地，在所述步骤(A3)中，采用固定电容匹配。
根据上述的锁频方法，优选地，在所述步骤(A1)采用感应线圈检测峰值电压或峰值电流。
根据上述的锁频方法，优选地，所述步骤(A2)进一步包括：
(B1)根据所述峰值电压或峰值电流的变化确定信号源的频率；
(B2)通过窄带压控振荡器输出对应于所述频率的射频信号源。
根据上述的锁频方法，优选地，所述窄带的带宽是[f0-5MHz，f0+5MHz]，所述f0为中心频率。
根据上述的锁频方法，优选地，所述f0为27.12MHz或40.68MHz。
根据上述的锁频方法，优选地，在所述步骤(A2)中，调整方法具体为：
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是增加时，提高所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是减小时，降低所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是相同时，保持所述信号源的频率。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、射频功率动态响应好，适应性强，不易熄火。
2、系统成本低，省掉了价格昂贵真空电容和步进电机，减小了体积。
3、高效节能，由于该电源工作在最佳谐振状态下，效率高达90％。国产大功率射频电源效率普遍低于60％，因此大大节约了能源，1150W输出工作条件下，国产射频电源输入功率大于2000W，该发明的输入功率低于1300W，每年可节约电量：6132度以上。
4、绿色环保，无污染。由于工作在完全谐振状态下，因此不会产生多次谐波，不会对电网产生干扰，对外辐射远低于其它射频电源。
5、由于采用了数字控制，智能化程度高，无需人工进行多参数设置，仅需设置功率和点火，并且做到连续可调，为高端ICP-OES和ICP-Mars仪器提供最值佳分析功率。无需设置初始值和调谐值。
6、功率稳定性高，由于采用了峰值Δ锁频算法，功率稳定性远高于其它方案的射频电源，功率波动小于千分之一。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的锁频方法的流程图；
图2是根据本发明实施例2的锁频方法的流程图。
具体实施方式
图1、2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的等离子电源的锁频方法的流图，如图1所示，所述锁频方法包括以下步骤：
(A1)检测等离子线圈的峰值电压或峰值电流；优选地，采用感应线圈检测峰值电压或峰值电流。
(A2)根据所述峰值电压或峰值电流的变化去调整信号源的频率；优选地，所述步骤(A2)进一步包括：
(B1)根据所述峰值电压或峰值电流的变化确定信号源的频率；优选地，在所述步骤(A2)中，调整方法具体为：
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是增加时，提高所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是减小时，降低所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是相同时，保持所述信号源的频率；
(B2)通过窄带压控振荡器输出对应于所述频率的射频信号源；所述窄带的带宽是[f0-5MHz，f0+5MHz]，所述f0为中心频率；优选地，所述f0为27.12MHz或40.68MHz。
(A3)通过固定匹配输出调整后的射频功率。优选地，采用固定电容匹配。
实施例2：
根据本发明实施例1的等离子电源的锁频方法在ICP-MS中的应用例。
图2示意性地给出了本发明实施例的等离子电源的锁频方法的流程图，如图2所示，所述射频方法包括以下步骤：
控制器将数模转换器的初始值传送给16位数模转换器；
所述数模转换器判断是否为初始状态，如果判断结果为是，则所述数模转换器输出信号至窄带线性压控振荡器，所述窄带的带宽是[f0-3MHz，f0+3MHz]，所述f0为中心频率，为27.12MHz；
所述振荡器的输出信号经过射频驱动和功放后，再通过固定电容匹配电路，施加到等离子线圈上；
检测所述等离子线圈的峰值电压信号，并转换为数字信号；
所述控制器根据接收到的所述数字信号判断本次检测的峰值电压和上次检测的峰值电压信号的变化：并根据该变化去调整信号源的频率，具体做法为：
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是增加时，提高所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是减小时，降低所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是相同时，保持所述信号源的频率；
调整后的信号源的频率的信号传送到所述数模转换器，所述数模转换器输出信号至窄带线性压控振荡器，所述窄带的带宽是[f0-3MHz，f0+3MHz]，所述f0为中心频率，为27.12MHz；
所述振荡器的输出信号经过射频驱动和功放后，再通过固定电容匹配电路，施加到等离子线圈上；从而形成循环，直至所述峰值电压的变化为零；
若所述数模转换器的判断结果为否，则检测所述等离子线圈的峰值电压信号，并转换为数字信号。
在上述调整过程中，一开始，所述频率的调整步幅为10KHz量级，随着调整次数的增加，调整步幅下降到1KHz量级，甚至1Hz量级。
上述实施例仅是示例性地给出了检测峰值电压的情况，当然还可以是峰值电流。这对于本领域内的技术人员来说，实施方案是可以预见的。

Claims (7)

1.一种等离子电源的锁频方法，所述锁频方法包括以下步骤：
(A1)检测等离子线圈的峰值电压或峰值电流；
(A2)根据所述峰值电压或峰值电流的变化去调整信号源的频率；
(A3)通过固定匹配输出调整后的射频功率。
2.根据权利要求1所述的锁频方法，其特征在于：在所述步骤(A3)中，采用固定电容匹配。
3.根据权利要求1所述的锁频方法，其特征在于：在所述步骤(A1)采用感应线圈检测峰值电压或峰值电流。
4.根据权利要求1所述的锁频方法，其特征在于：所述步骤(A2)进一步包括：
(B1)根据所述峰值电压或峰值电流的变化确定信号源的频率；
(B2)通过窄带压控振荡器输出对应于所述频率的射频信号源。
5.根据权利要求4所述的锁频方法，其特征在于：所述窄带的带宽是[f0-5MHz,f0+5MHz]，所述f0为中心频率。
6.根据权利要求5所述的锁频方法，其特征在于：所述f0为27.12MHz或40.68MHz。
7.根据权利要求1所述的锁频方法，其特征在于：在所述步骤(A2)中，调整方法具体为：
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是增加时，提高所述信号源的频率；
当本次检测到的峰值电压或峰值电流与上次检测到的相比较是减小时，降低所述信号源的频率；
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114337701B (zh) * 2021-12-29 2023-09-29 中山市博顿光电科技有限公司 射频中和器的功率调整方法、装置和射频中和器设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101346031A (zh) * 2007-07-13 2009-01-14 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 匹配器及其实现匹配控制的方法
CN201639840U (zh) * 2009-11-16 2010-11-17 地质矿产部北京地质仪器厂 电感耦合等离子体光源的匹配与驱动装置
CN102573261A (zh) * 2010-12-10 2012-07-11 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 射频匹配方法及装置、等离子体设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946847B2 (en) * 2002-02-08 2005-09-20 Daihen Corporation Impedance matching device provided with reactance-impedance table
JP2008300322A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Canon Anelva Corp プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、整合器、及び整合器の動作方法
FR2973968B1 (fr) * 2011-04-07 2013-04-12 Commissariat Energie Atomique Chaine d'emission ou reception radiofrequence a adaptation automatique d'impedance et procede correspondant

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101346031A (zh) * 2007-07-13 2009-01-14 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 匹配器及其实现匹配控制的方法
CN201639840U (zh) * 2009-11-16 2010-11-17 地质矿产部北京地质仪器厂 电感耦合等离子体光源的匹配与驱动装置
CN102573261A (zh) * 2010-12-10 2012-07-11 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 射频匹配方法及装置、等离子体设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
射频电源自动阻抗匹配器的开发和实验研究;张志;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20120315(第03期);I136-46 *

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