CN112566297B

CN112566297B - 等离子光源驱动系统和方法

Info

Publication number: CN112566297B
Application number: CN202011438328.3A
Authority: CN
Inventors: 何梁; 何磊; 乔乾; 潘虹
Original assignee: Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
Current assignee: Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112566297A

Abstract

本发明提供一种等离子光源驱动系统和方法，涉及照明技术领域。系统中的控制器用于执行以下步骤：预设VSWR0；从T1时刻开始，根据开始功率P1和开始频率F1输出，获取VSWR1；当VSWR1<VSWR0时，在T1至T2时间段内，控制P1递增至P2，F1递减至F2；在T2时刻开始，根据P2和F2输出，获取VSWR2和第一光源数据；当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，控制P2递增，F2递减，获取最佳驻波比VSWR和最佳光源数据，并保持在最佳驻波比和最佳光源数据工作。该系统和方法能够针对不同的等离子光源负载实现自动匹配，避免因负载个体差异导致失配的情况发生。

Description

等离子光源驱动系统和方法

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种等离子光源驱动系统和方法。

背景技术

传统的射频驱动模块的软件控制系统主要由小信号生成器、信号放大器、隔离保护器、模拟标准负载和主控制器组成，其中，主控制器主要用于读取小信号在放大前的频率、信号放大后的反射功率或者输出端与负载间的驻波比。

传统射频驱动模块内部通常只嵌入了以上一种或两种信息的读取功能，并且没有反馈调节机制，在射频源与负载失配的情况下，容易使射频源工作在驻波较大的工作点，导致射频源使用寿命大打折扣，影响负载的正常工作；射频驱动模块无法读取负载的工作状态信息，并根据反馈信息进行相应的匹配调解，容易导致负载失配而停止工作，从而使射频源长时间处于空载状态，容易造成关键核心功放器件如功率放大器的损坏。

因此，设计一种等离子光源驱动系统和方法，能够针对不同的等离子光源负载实现自动匹配，避免因负载个体差异导致失配的情况发生，这是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的包括提供一种等离子光源驱动系统和方法，其能够针对不同的等离子光源负载实现自动匹配，避免因负载个体差异导致失配的情况发生。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种等离子光源驱动系统，等离子光源驱动系统包括依次连接的微波激励器、聚焦器和等离子光源，其中，微波激励器包括控制器，控制器用于执行以下步骤：

预设初始驻波比VSWR0，初始驻波比VSWR0>最佳驻波比VSWR；

从T1时刻开始，根据开始功率P1和开始频率F1输出，获取第一匹配驻波比VSWR1，其中，开始功率P1根据微波激励器的初始状态确定，开始频率F1根据聚焦器的初始状态确定；

当VSWR1<VSWR0时，在T1至T2时间段内，控制开始功率P1均匀递增至第一功率P2，开始频率F1均匀递减至第一频率F2；

在T2时刻开始，根据第一功率P2和第一频率F2输出，获取第二匹配驻波比VSWR2和第一光源数据，其中，第一光源数据从等离子光源采集；

当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，控制第一功率P2均匀递增，第一频率F2均匀递减，直到获取最佳驻波比VSWR和最佳光源数据，并保持在最佳驻波比VSWR和最佳光源数据工作。

在可选的实施方式中，控制器还用于执行以下步骤：

当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，在T2至T3时间段内，控制第一功率P2均匀递增至第二功率P3，第一频率F2均匀递减至第二频率F3；

在T3时刻开始，根据第二功率P3和第二频率F3输出，获取第三匹配驻波比VSWR3和第二光源数据；

当VSWR3在第二预设驻波比范围之内、且第二光源数据在第二预设光源数据范围之内，控制第二功率P3均匀递增，第二频率F3均匀递减，直到获取最佳驻波比VSWR和最佳光源数据，并保持在最佳驻波比VSWR和最佳光源数据工作。

在可选的实施方式中，第一预设驻波比范围为：(0，Δ1]，第二预设驻波比范围为：(0，Δ2]，其中，Δ2<Δ1。

在可选的实施方式中，第一预设驻波比范围为：(0，3]，第二预设驻波比范围为：(0，2]。

在可选的实施方式中，第二预设光源数据范围为：色温小于或等于5500开尔文、且距离光源一米处的照度值大于或等于2000勒克斯。

在可选的实施方式中，微波激励器还包括依次连接的信号生成器、信号放大器和隔离保护器，信号生成器、信号放大器和隔离保护器均与控制器连接，隔离保护器还与聚焦器连接；

信号生成器用于产生对应频率的微波，信号放大器用于将微波的功率放大至额定功率，隔离保护器用于防止聚焦器的反射损伤信号放大器。

在可选的实施方式中，控制器包括频率控制单元、功率控制单元、驻波比控制单元和光源数据读取单元，频率控制单元用于读取和控制信号生成器生成的微波的频率，功率控制单元用于读取和控制信号放大器对微波放大后的功率，驻波比控制单元用于读取和控制隔离保护器反馈的驻波比VSWR，光源数据读取单元用于从等离子光源读取光源数据。

第二方面，本发明提供一种等离子光源驱动方法，等离子光源驱动方法包括：

预设初始驻波比VSWR0，初始驻波比VSWR0>最佳驻波比VSWR；

从T1时刻开始，根据开始功率P1和开始频率F1输出，获取第一匹配驻波比VSWR1；

在T2时刻开始，根据第一功率P2和第一频率F2输出，获取第二匹配驻波比VSWR2和第一光源数据；

当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，控制第一功率P2均匀递增，第一频率F2均匀递减，直到获取最佳驻波比VSWR，并保持在最佳驻波比VSWR工作。

在可选的实施方式中，当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且光源数据在第一预设光源数据范围之内，控制第一功率P2均匀递增，第一频率F2均匀递减，直到获取最佳驻波比VSWR，并保持在最佳驻波比VSWR工作的步骤，包括：

在可选的实施方式中，当VSWR3在第二预设驻波比范围之内、且第二光源数据在第二预设光源数据范围之内，控制第二功率P3均匀递增，第二频率F3均匀递减，直到获取最佳驻波比VSWR和最佳光源数据，并保持在最佳驻波比VSWR和最佳光源数据工作的步骤，包括：

当VSWR3在第二预设驻波比范围之内、且第二光源数据在第二预设光源数据范围之内，控制第二功率P3均匀递增至第三功率P4，第二频率F3均匀递减至第三频率F4；

在T4时刻开始，根据第三功率P4和第三频率F3输出，获取第四匹配驻波比VSWR4和第三光源数据；

当VSWR4为最佳驻波比VSWR、且第三光源数据为最佳光源数据时，保持当前工作状态，并实时检测驻波比大小和光源数据。

本发明实施例提供的等离子光源驱动系统和方法的有益效果包括：

可以实现等离子光源负载与射频源的友好匹配，使射频源和等离子光源负载均工作在最佳状态，此外，本实施例提供的等离子光源驱动系统和方法针对不同的等离子光源负载能实现自动匹配，避免了因负载个体差异导致失配的情况发生；除此之外，该系统和方法同时多路数据信息采集、读取和反馈调节，能够有效实现软件精确化控制硬件，并使系统工作在最佳匹配状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的等离子光源驱动系统的组成框图；

图2为图1中的控制器执行反馈调节程序的流程框图。

图标：100-等离子光源驱动系统；110-微波激励器；111-控制器；1111-频率控制单元；1112-功率控制单元；1113-驻波比控制单元；1114-光源数据读取单元；112-信号生成器；113-信号放大器；114-隔离保护器；120-聚焦器；130-等离子光源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种等离子光源驱动系统100(以下简称：“系统”)，系统包括依次连接的微波激励器110、聚焦器120和等离子光源130。

其中，微波激励器110包括控制器111、信号生成器112、信号放大器113和隔离保护器114，信号生成器112、信号放大器113和隔离保护器114依次连接、且均与控制器111连接，隔离保护器114还与聚焦器120连接。信号生成器112用于产生对应频率的微波，信号放大器113用于将微波的功率放大至额定功率，隔离保护器114用于防止聚焦器120的反射损伤信号放大器113。

具体的，控制器111主要负责频率调节、功率调节、驻波比比较、光谱信息比较，并协调各个单元按照既定时序进行工作。信号生成器112通过总线和控制器111相联结，并向控制器111提供对应的微波频率。信号放大器113负责将信号推至额定功率输出。隔离保护器114保证微波信号输出端和聚焦器120之间的级联，保证输出反射过大情况下不损伤信号放大器113的性能。聚焦器120吸收微波功率之后在聚焦区域产生电磁场。等离子光源130用于在聚焦器120产生的电磁场中激发等离子体发光。

控制器111包括频率控制单元1111、功率控制单元1112、驻波比控制单元1113和光源数据读取单元1114，频率控制单元1111用于读取和控制信号生成器112生成的微波的频率，功率控制单元1112用于读取和控制信号放大器113对微波放大后的功率，驻波比控制单元1113用于读取和控制隔离保护器114反馈的驻波比VSWR，这里的驻波比VSWR为输出端与负载间的驻波比，通过输出端的驻波比进一步反应射频源与负载的匹配耦合情况，驻波比越小，匹配越好。光源数据读取单元1114用于从等离子光源130读取光源数据。

控制器111中嵌入了反馈调节程序，能够避免射频源与负载失配而无法自动匹配调节的情况发生。具体的，请参阅图2，控制器111读取反馈调节程序，可执行以下步骤：

S1：预设初始驻波比VSWR0。

其中，初始驻波比VSWR0>最佳驻波比VSWR，系统在最佳驻波比VSWR运行，可以实现等离子光源130负载与射频源的友好匹配，使射频源和等离子光源130负载均工作在最佳状态，最佳驻波比VSWR的数值可以根据经验值确定或测试得到。

S2：从T1时刻开始，根据开始功率P1和开始频率F1输出，获取第一匹配驻波比VSWR1。

其中，开始功率P1根据微波激励器110的初始状态确定，开始频率F1根据聚焦器120的初始状态确定。

S3：判断是否VSWR1<VSWR0。

若否，则返回S2，等离子光源130在持续工作中，其内部的等离子体不断发生变化，开始功率P1和开始频率F1也将随之改变，从而得到新的VSWR1。

若是，则执行S4。

S4：在T1至T2时间段内，控制开始功率P1均匀递增至第一功率P2，开始频率F1均匀递减至第一频率F2。

S5：在T2时刻开始，根据第一功率P2和第一频率F2输出，获取第二匹配驻波比VSWR2和第一光源数据。

其中，第一光源数据从等离子光源130采集。

S6：判断是否VSWR2在第二预设驻波比范围之内以及第一光源数据在第一预设光源数据范围之内。

其中，第一预设驻波比范围为：(0，Δ1]，Δ1的取值可以是3，则第一预设驻波比范围为：(0，3]。第一预设光源数据范围可以是色温小于或等于6500开尔文、且距离光源一米处的照度值大于或等于1500勒克斯。

若否，则返回S5，根据新的第一功率P2和第一频率F2输出，获取新的第二匹配驻波比VSWR2和第一光源数据。

若是，则执行S7。

S7：在T2至T3时间段内，控制第一功率P2均匀递增至第二功率P3，第一频率F2均匀递减至第二频率F3。

S8：在T3时刻开始，根据第二功率P3和第二频率F3输出，获取第三匹配驻波比VSWR3和第二光源数据。

S9：判断是否VSWR3在第三预设驻波比范围之内以及第二光源数据在第二预设光源数据范围之内。

其中，第二预设驻波比范围为：(0，Δ2]，Δ2<Δ1，Δ2的取值可以是0.2，则第二预设驻波比范围为：(0，2]。第二预设光源数据范围可以为：色温小于或等于5500开尔文、且距离光源一米处的照度值大于或等于2000勒克斯。

若否，则返回在S8，根据新的第二功率P3和第二频率F3输出，获取新的第三匹配驻波比VSWR3和第二光源数据。

若是，则执行S10。

S10：在T3至T4时间段内，控制第二功率P3均匀递增至第三功率P4，第二频率F3均匀递减至第三频率F4。

S11：在T4时刻开始，根据第三功率P4和第三频率F3输出，获取第四匹配驻波比VSWR4和第三光源数据。

S12：判断是否第四匹配驻波比VSWR4为最佳驻波比VSWR、且第三光源数据为最佳光源数据。

若否，则返回在S11，根据新的第三功率P4和第三频率F3输出，获取新的第四匹配驻波比VSWR4和第三光源数据。

若是，则执行S13。

S13：保持当前工作状态，并实时检测驻波比大小和光源数据。

本实施例还提供一种等离子光源驱动方法，该方法即为控制器111执行的方法，该方法的具体步骤与控制器111执行的步骤相同，这里不再赘述。

容易理解的是，本实施例提供的等离子光源驱动系统100和方法中，在计算出第四匹配驻波比VSWR4，再与最佳驻波比VSWR进行比较，在其它实施例中，可以在计算出第二匹配驻波比VSWR2或第三匹配驻波比VSWR3，就可以直接与最佳驻波比VSWR进行比较，如果达到了最佳驻波比VSWR，就可以将步骤直接跳到S13，从而简化方法，提高控制效率。

本实施例提供的等离子光源驱动系统100和方法的有益效果包括：

采用了多维度数据信息采集，形成了以驱动模块硬件为中心的反馈调节机制，使得微波激励器110(射频源)、聚焦器120(负载)以及等离子光源130(终端)实现级联间的高效匹配，使微波激励器110与等离子光源130均工作在最佳状态，一方面起到了延长微波激励器110的工作寿命，另一方面大大提高了能量利用率。与此同时，还减少了因系统失配而导致器件烧坏带来的损失，也减少了人为干预工序，进而提高使得整个系统工作性能的智能化。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种等离子光源驱动系统，其特征在于，所述等离子光源驱动系统包括依次连接的微波激励器(110)、聚焦器(120)和等离子光源(130)，其中，所述微波激励器(110)包括控制器(111)，所述控制器(111)用于执行以下步骤：

预设初始驻波比VSWR0，所述初始驻波比VSWR0>最佳驻波比VSWR；

从T1时刻开始，根据开始功率P1和开始频率F1输出，获取第一匹配驻波比VSWR1，其中，所述开始功率P1根据所述微波激励器(110)的初始状态确定，所述开始频率F1根据所述聚焦器(120)的初始状态确定；

当VSWR1<VSWR0时，在T1至T2时间段内，控制所述开始功率P1均匀递增至第一功率P2，所述开始频率F1均匀递减至第一频率F2；

在T2时刻开始，根据所述第一功率P2和所述第一频率F2输出，获取第二匹配驻波比VSWR2和第一光源数据，其中，所述第一光源数据从所述等离子光源(130)采集；

当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且所述第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，控制所述第一功率P2均匀递增，所述第一频率F2均匀递减，直到获取所述最佳驻波比VSWR和最佳光源数据，并保持在所述最佳驻波比VSWR和所述最佳光源数据工作。

2.根据权利要求1所述的等离子光源驱动系统，其特征在于，所述控制器(111)还用于执行以下步骤：

当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且所述第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，在T2至T3时间段内，控制所述第一功率P2均匀递增至第二功率P3，所述第一频率F2均匀递减至第二频率F3；

在T3时刻开始，根据所述第二功率P3和所述第二频率F3输出，获取第三匹配驻波比VSWR3和第二光源数据；

当VSWR3在第二预设驻波比范围之内、且所述第二光源数据在第二预设光源数据范围之内，控制所述第二功率P3均匀递增，所述第二频率F3均匀递减，直到获取所述最佳驻波比VSWR和所述最佳光源数据，并保持在所述最佳驻波比VSWR和所述最佳光源数据工作。

3.根据权利要求2所述的等离子光源驱动系统，其特征在于，所述第一预设驻波比范围为：(0，Δ1]，所述第二预设驻波比范围为：(0，Δ2]，其中，Δ2<Δ1。

4.根据权利要求2所述的等离子光源驱动系统，其特征在于，所述第一预设驻波比范围为：(0，3]，所述第二预设驻波比范围为：(0，2]。

5.根据权利要求2所述的等离子光源驱动系统，其特征在于，所述第二预设光源数据范围为：色温小于或等于5500开尔文、且距离光源一米处的照度值大于或等于2000勒克斯。

6.根据权利要求1所述的等离子光源驱动系统，其特征在于，所述微波激励器(110)还包括依次连接的信号生成器(112)、信号放大器(113)和隔离保护器(114)，所述信号生成器(112)、所述信号放大器(113)和所述隔离保护器(114)均与所述控制器(111)连接，所述隔离保护器(114)还与所述聚焦器(120)连接；

所述信号生成器(112)用于产生对应频率的微波，所述信号放大器(113)用于将所述微波的功率放大至额定功率，所述隔离保护器(114)用于防止所述聚焦器(120)的反射损伤所述信号放大器(113)。

7.根据权利要求6所述的等离子光源驱动系统，其特征在于，所述控制器(111)包括频率控制单元(1111)、功率控制单元(1112)、驻波比控制单元(1113)和光源数据读取单元(1114)，所述频率控制单元(1111)用于读取和控制所述信号生成器(112)生成的微波的频率，所述功率控制单元(1112)用于读取和控制所述信号放大器(113)对微波放大后的功率，所述驻波比控制单元(1113)用于读取和控制所述隔离保护器(114)反馈的驻波比VSWR，所述光源数据读取单元(1114)用于从所述等离子光源(130)读取光源数据。

8.一种等离子光源驱动方法，其特征在于，所述等离子光源驱动方法包括：

预设初始驻波比VSWR0，所述初始驻波比VSWR0>最佳驻波比VSWR；

在T2时刻开始，根据所述第一功率P2和所述第一频率F2输出，获取第二匹配驻波比VSWR2和第一光源数据；

9.根据权利要求8所述的等离子光源驱动方法，其特征在于，所述当VSWR2在第一预设驻波比范围之内、且所述第一光源数据在第一预设光源数据范围之内，控制所述第一功率P2均匀递增，所述第一频率F2均匀递减，直到获取所述最佳驻波比VSWR，并保持在所述最佳驻波比VSWR工作的步骤，包括：

10.根据权利要求9所述的等离子光源驱动方法，其特征在于，所述当VSWR3在第二预设驻波比范围之内、且所述第二光源数据在第二预设光源数据范围之内，控制所述第二功率P3均匀递增，所述第二频率F3均匀递减，直到获取所述最佳驻波比VSWR和最佳光源数据，并保持在所述最佳驻波比VSWR和所述最佳光源数据工作的步骤，包括：

当VSWR3在第二预设驻波比范围之内、且所述第二光源数据在第二预设光源数据范围之内，控制所述第二功率P3均匀递增至第三功率P4，所述第二频率F3均匀递减至第三频率F4；

在T4时刻开始，根据所述第三功率P4和所述第三频率F4输出，获取第四匹配驻波比VSWR4和第三光源数据；

当VSWR4为所述最佳驻波比VSWR、且所述第三光源数据为所述最佳光源数据时，保持当前工作状态，并实时检测驻波比大小和光源数据。