CN117614273A - 用于射频电源设备的供电电路、射频电源设备 - Google Patents

用于射频电源设备的供电电路、射频电源设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于射频电源设备的供电电路、射频电源设备，属于电子设备技术领域，本申请的供电电路包括升压电路，用于对输入的交流电压进行升压处理，生成中间电能信号；LDO电路，用于对中间电能信号进行降压处理，生成功率可调的第一电能信号；Buck电路，用于对中间电能信号进行降压处理，生成第二电能信号；双管正激电路，用于将第二电能信号进行降压处理，生成第三电能信号；还包括供电控制电路，其被配置成，接收外部电路发出的启动指令，启动升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路，以及接收升压电路、LDO电路、Buck电路、双管正激电路在启动后向供电控制电路传输的采样信号，并基于采样信号实现对相应电路的驱动控制。

Description

用于射频电源设备的供电电路、射频电源设备
技术领域
本申请属于电子设备技术领域，具体涉及一种用于射频电源设备的供电电路、射频电源设备。
背景技术
射频电源是可以产生固定频率的正弦波电压，频率在射频范围内、具有一定功率的电源。射频电源广泛应用于半导体、LED、晶圆、光伏泛半导体等领域。目前，实际应用中需要射频电源的供电模块提供多种数值的电压，所以电路模块中需要提供可以实现上述功能的电路模块。因此，如何实现射频电源中的供电模块提供多输出电压成为了一个亟待解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种用于射频电源设备的供电电路、射频电源设备，可以实现射频电源中的供电模块提供多输出电压的功能。
为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：
一种用于射频电源设备的供电电路，其特征在于，包括，
升压电路，用于对输入的交流电压进行升压处理，生成中间电能信号；
LDO电路，用于对所述中间电能信号进行降压处理，生成功率可调的第一电能信号；
Buck电路，用于对所述中间电能信号进行降压处理，生成第二电能信号；
双管正激电路，用于将所述第二电能信号进行降压处理，生成第三电能信号；
还包括供电控制电路，其被配置成，
接收外部电路发出的启动指令，启动所述升压电路、所述LDO电路、所述Buck电路和所述双管正激电路，以及接收所述升压电路、所述LDO电路、所述Buck电路、所述双管正激电路在启动后向所述供电控制电路传输的采样信号，并基于所述采样信号实现对相应电路的驱动控制。
可选地，所述根据采样信号实现对相应电路的驱动控制包括：
将所述采样信号与限流最大值进行比较；
若所述采样信号不小于所述限流最大值，通过输出指示相应电路的开关器件关闭的驱动信号，以降低所述升压电路、所述LDO电路、所述Buck电路以及所述双管正激电路的输出电压。
可选地，所述升压电路包括AC-DC转换电路：
所述AC-DC转换电路基于PFC电路实现。
可选地，所述升压电路还包括基于Boost电路实现的升压斩波电路，用于实现对所述PFC电路输出的直流电能信号的升压。
可选地，所述第一电能信号为0至180伏变化的直流电压，用于加载至射频功率放大器，实现射频功率输出。
可选地，所述第二电能信号为150伏的直流电压，用于为所述射频功率放大器提供激励源电压。
可选地，所述第三电能信号为24伏的直流电压，用于为射频电源设备中的其他电路板块提供工作电源。
可选地，所述LDO电路包括运放U6B，开关管Q3,电阻R63、R65、R64、R76、R75,电容C204、C106：
运放U6B的正相输入端用于接入可调基准信号，运放U6B的反相输入端通过电阻R76连接电阻R75的一端，电阻R75的另一端用于接入LDO电路输出侧的反馈信号，运放U6B的输出端通过电阻R63连接开关管Q3的栅极，开关管Q3的漏极作为LDO电路输入端接入所述中间电能信号，开关管Q3的源极作为LDO电路输出端用于输出所述第一电能信号；运放U6B的输出端与反相输入端之间还分别连接有电阻R65与电容C204；
电阻R64一端连接运放U6B的反相输入端，另一端连接接地端；电容C106一端连接在电阻R76与电阻R75之间，另一端连接接地端。
可选地，所述可调基准信号由上位机设定，通过所述供电控制电路传输至所述LDO电路。
本申请提供一种射频电源设备，包括如上所述的供电电路。
本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
本申请的技术方案中，供电控制电路接收外部电路发出的启动指令后，启动升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路。升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路开始正式工作。升压电路对输入到该电路的交流电压进行升压处理，升压后得到中间电能信号。中间电能信号分别传输到LDO电路和Buck电路中。LDO电路对中间电能信号进行降压处理得到功率可调第一电能信号。Buck电路对中间电能信号进行降压处理，得到第二电能信号。第二电能信号接入到射频功率放大器和双管正激电路中，双管正激电路对接入的第二电能信号进行降压处理，得到第三电能信号。第三电能信号作为双管正激电路的输出信号。升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路正式工作后会向供电控制电路传输反馈的采样信号，供电控制电路基于接收的采样信号实现对相应电路的驱动控制。通过LDO电路、Buck电路以及双管正激电路对中间电能信号的降压处理得到三种不同数值的电压可以实现射频电源中的供电模块提供多输出电压的功能。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路的原理框图示意图；
图2为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的升压电路的部分原理图；
图3为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的升压电路的部分原理图；
图4为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的LDO电路的部分原理图；
图5为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的Buck电路的部分原理图；
图6为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的双管正激电路的部分原理图；
图7为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的双管正激电路的另一部分原理图；
图8为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的供电控制电路中PFC专用控制芯片示意图；
图9为本申请一个实施例提供的射频电源设备供电电路中的供电控制电路中部分原理图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
目前，实际应用中需要射频电源的供电模块提供多种数值的电压，所以电路模块中需要提供可以实现上述功能的电路模块。因此，如何实现射频电源中的供电模块提供多输出电压成为了一个亟待解决的技术问题。
针对于此，本申请提供了一种用于射频电源设备的供电电路。如图1所示，在一实施例中，本申请的供电电路包括：
升压电路，用于对输入的交流电压进行升压处理，生成中间电能信号；LDO电路，用于对中间电能信号进行降压处理，生成功率可调的第一电能信号；Buck电路，用于对中间电能信号进行降压处理，生成第二电能信号；双管正激电路，用于将第二电能信号进行降压处理，生成第三电能信号；
还包括供电控制电路，其被配置成，接收外部电路发出的启动指令，启动升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路，以及接收升压电路、LDO电路、Buck电路、双管正激电路在启动后向供电控制电路传输的采样信号，并基于采样信号实现对相应电路的驱动控制，这里的供电控制电路基于配置有相关控制程序的通用控制芯片，以及专用的电源控制芯片实现。
举例而言，外部电路中的逻辑电路板先通电，通电后逻辑电路板对电路中的各个电子器件进行自检；逻辑电路板自检完成后，若确认所有电子器件无问题，则向供电控制电路发出启动指令。供电控制电路接收逻辑电路板发出的启动指令后，启动升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路的开关；升压电路、LDO电路、Buck电路和双管正激电路开始正式工作。
供电电路正式开始工作后，向电路通入交流电。交流电输入电路会通过吸收电路进行滤波，避免市电的干扰信号。升压电路首先对输入的208伏交流电进行升压处理，得到350伏直流电压，350伏直流电压为升压电路生成的中间电能信号。中间电能信号分别传输到LDO电路和Buck电路中。LDO电路为低压差线性稳压器电路，Buck电路为降压斩波电路。LDO电路对中间电能信号进行降压处理得到第一电能信号，第一电能信号是可以调节的电压信号；实际中可以通过调节第一电能信号进而调节射频功率放大器输出的功率。Buck电路对中间电能信号进行降压处理，得到第二电能信号。第二电能信号接入到射频功率放大器和双管正激电路中，双管正激电路对接入的第二电能信号进行降压处理，得到第三电能信号。第三电能信号作为双管正激电路的输出信号。
本申请的供电电路，通过LDO电路、Buck电路以及双管正激电路对中间电能信号的降压处理得到三种不同数值的电压可以实现射频电源中的供电模块提供多输出电压的功能。
在一具体的实施方式中，供电控制电路根据采样信号实现对相应电路的驱动控制包括：将采样信号与限流最大值进行比较；若采样信号不小于限流最大值，通过输出指示相应电路的开关器件关闭的驱动信号，以降低升压电路、LDO电路、Buck电路以及双管正激电路的输出电压；
以升压电路为例，如图2和图3所示，为一实施方式中升压电路的部分电路原理图，升压电路正式工作后会稳定输出350伏电压并且限流最大值为40安，即采样信号电压每伏表示输出40安。升压电路中的采样电路的I_BOOST端输出的采样信号反馈至供电控制电路；若反馈到供电控制电路的采样信号大于等于1伏，供电控制电路中的PFC专用控制芯片(如图8中的UC3854B)会关闭输入到升压电路BOOST_ON端的驱动信号，进而关闭开关管Q6，从而停止升压电路继续升压。通过这种方式可以保证升压电路的输出电压保持在稳定状态，LDO电路、Buck电路以及双管正激电路与此类似，本申请这里就不进行一一赘述了。
如图2所示，在该实施方式中，升压电路包括AC-DC转换电路：AC-DC转换电路基于PFC电路实现。AC-DC转换电路中包括PFC电路与采样电路。其中PFC电路主要包括整流桥、共模电感T3、电容C51等。具体地，208伏交流电压输入到PFC电路后，首先整流桥对交流电进行整流，此时正弦波经整流后得到波形在上半轴的馒头波，为不完全的直流电压，再经过共模电感T3，共模电感T3用于对信号中的干扰信号进行过滤；整流后的馒头波经过电容C51后被过滤为直流电压。这样可以防止PFC工作时直接接触到交流电压导致电路中的器件损坏；
采样电路包括采样电阻R56，输入为PFC电路的直流电压，输出为I_BOOST端；采样电路用于对PFC电路中的电流进行采样，该采样信号用于实现输出限流保护，如前文所述的，当PFC电路中的电流达到40安时，由I_BOOST端输出的信号触发限流保护,供电控制电路在被触发限流保护的同时又能保证PFC电路稳定输出350伏电压。
如图3所示，升压电路还包括基于Boost电路实现的升压斩波电路，用于实现对PFC电路输出的直流电能信号的升压。Boost电路输入为经PFC电路整流后的直流电压，输出为经Boost电路升压后的350伏直流电压。Boost电路主要包括升压电感L5、开关管Q6、二极管D7等。电路中BOOST_ON为Boost的驱动信号，该驱动信号控制开关管Q6的开关状态，开关管Q6控制升压电感L5的升压情况；二极管D7主要用于防止升压后的350伏电压倒灌到整流输入端。
为便于理解本申请的技术方案，下面再对图1中各电路的具体实现进行一下简要说明。
如图4所示，为一实施方式中LDO电路的部分电路原理图，该实施方式中，第一电能信号为0至180伏变化的直流电压，用于加载至射频功率放大器，实现射频功率输出。LDO电路输入的电压是通过升压电路升压输出的350伏电压，输出电压为经过LDO电路降压的0至180伏电压。LDO电路对350伏的中间电能信号进行降压处理得到可以调节的0至180伏变化的电压信号，0至180伏变化的电压加载至射频功率放大器，可以使射频功率放大器输出不同功率。举例而言，工作人员将LDO电路输出的电压设定为180伏，此时射频功率放大器输出的功率约为3000瓦；
具体的，如图4所示下部图例所示，LDO电路包括运放U6B，开关管Q3,电阻R63、R65、R64、R76、R75,电容C204、C106：
运放U6B的正相输入端用于接入可调基准信号，运放U6B的反相输入端通过电阻R76连接电阻R75的一端，电阻R75的另一端用于接入LDO电路输出侧的反馈信号，运放U6B的输出端通过电阻R63连接开关管Q3的栅极，开关管Q3的漏极作为LDO电路输入端接入中间电能信号，开关管Q3的源极作为LDO电路输出端用于输出第一电能信号；运放U6B的输出端与反相输入端之间还分别连接有电阻R65与电容C204；电阻R64一端连接运放U6B的反相输入端，另一端连接接地端；电容C106一端连接在电阻R76与电阻R75之间，另一端连接接地端。
进一步地，作为一种具体的实施方式，为实现大电流输出，实际中LDO电路还含有与上述电路并联的另一部分电路(图4中上部电路图例)，类似的这部分电路包括：运放U6A、开关管Q2，电阻R62、R60、R61、R73、R71，电容C203、C104；运放U6A的正相输入端用于接入可调基准信号，运放U6A的反相输入端通过电阻R73连接电阻R71的一端，电阻R71的另一端用于接入LDO电路输出侧的反馈信号，运放U6A的输出端通过电阻R62连接开关管Q2的栅极，开关管Q2的漏极作为LDO电路的输入端接入中间电能信号，开关管Q3的源极作为LDO电路输出端用于输出第一电能信号；运放U6A输出端与反相输入端之间还分别连接有电阻R60与电容C203；电阻R61一端连接运放U6B的反相输入端，另一端连接接地端；电容C104一端连接在电阻R73与电阻R71之间，另一端连接接地端。
可调基准信号由上位机设定，通过供电控制电路传输至LDO电路。如图9所示，电路工作之前，由上位机对可调基准信号进行设定，上位机设定的数值通过SPI通讯协议将设定的数字信号传输到数字隔离器U74，U74的输出端为VOA、VOB和VOC，数字信号经数字隔离器U74输出后通过施密特触发器传输到数模转换芯片U72；施密特触发器用于对波形整波；U72的输入端为SDI、SCK
ˉˉ
以及C S/LD端，数模转换芯片U72将数字信号转换为模拟信号并将模拟信号传输至LDO电路；U72的输出端为VOUT。通过这种方式LDO电路可以接收到由上位机设定的可调基准信号。
电路工作时，可调基准信号通过运放U6A和U6B与反馈信号进行比较后得到可调驱动信号，该可调驱动信号可以将开关管Q2和Q3导通，通过调节开关管Q2和Q3的占空比进而调节LDO输出电压的变化情况；进而通过调节LDO输出电压可以达到实现调节射频功率放大器输出不同功率的技术效果。
如图5所示，为一实施方式中Buck电路的部分电路原理图，该实施方式中，第二电能信号为150伏的直流电压，用于为射频功率放大器提供激励源电压。Buck电路包括开关管Q1、二极管D2、电感L2、电阻R19、R22、R24等。Buck电路的输入为由升压电路升压得到的350伏电压，350伏电压接入开关管Q1的漏极，如图所示，Buck电路中的电容C49的上端连接处为输出端，输出150伏电压。Buck电路对中间电能信号进行降压处理得到150伏的电压信号。当射频功率放大器接入到射频电源设备时，第二电能信号将作为激励源为射频功率放大器提供150伏的电压。
如图6和图7所示，为一实施方式中双管正激电路的部分电路原理图，图6与图7都是双管正激电流的部分电路原理图；其中，图6中AUX_TOP端输入200Khz的驱动信号用于驱动开关管Q12,AUX_BOT端输入200Khz的驱动信号用于驱动开关管Q7。该实施方式中，第三电能信号为24伏的直流电压，用于为射频电源设备中的其他电路板块提供工作电源。双管正激电路中包括电容C95、C148、电感L1、开关管Q12、电阻R80、R68等。双管正激电路中电感L1的左端为输入端，接入的是Buck电路输出的150伏电压，电容C148的一端连接接地端，另一端作为双管正激电路的输出端，输出经过双管正激电路降压得到的24伏电压。双管正激电路对Buck电路传输的第二电能信号进行降压处理得到24伏的第三电能信号，第三电能信号为射频电源设备中的其他电路板块提供工作电源。
在一实施例中，本申请还提出一种射频电源设备，该设备包括如上述实施例中所提出的供电电路。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于射频电源设备的供电电路，其特征在于，包括，
升压电路，用于对输入的交流电压进行升压处理，生成中间电能信号；
LDO电路，用于对所述中间电能信号进行降压处理，生成功率可调的第一电能信号；
Buck电路，用于对所述中间电能信号进行降压处理，生成第二电能信号；
双管正激电路，用于将所述第二电能信号进行降压处理，生成第三电能信号；
还包括供电控制电路，其被配置成，
接收外部电路发出的启动指令，启动所述升压电路、所述LDO电路、所述Buck电路和所述双管正激电路，以及接收所述升压电路、所述LDO电路、所述Buck电路、所述双管正激电路在启动后向所述供电控制电路传输的采样信号，并基于所述采样信号实现对相应电路的驱动控制。
2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述根据采样信号实现对相应电路的驱动控制包括：
将所述采样信号与限流最大值进行比较；
若所述采样信号不小于所述限流最大值，通过输出指示相应电路的开关器件关闭的驱动信号，以降低所述升压电路、所述LDO电路、所述Buck电路以及所述双管正激电路的输出电压。
3.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述升压电路包括AC-DC转换电路：
所述AC-DC转换电路基于PFC电路实现。
4.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述升压电路还包括基于Boost电路实现的升压斩波电路，用于实现对所述PFC电路输出的直流电能信号的升压。
5.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述第一电能信号为0至180伏变化的直流电压，用于加载至射频功率放大器，实现射频功率输出。
6.根据权利要求5所述的供电电路，其特征在于，所述第二电能信号为150伏的直流电压，用于为所述射频功率放大器提供激励源电压。
7.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述第三电能信号为24伏的直流电压，用于为射频电源设备中的其他电路板块提供工作电源。
8.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述LDO电路包括运放U6B，开关管Q3,电阻R63、R65、R64、R76、R75,电容C204、C106：
运放U6B的正相输入端用于接入可调基准信号，运放U6B的反相输入端通过电阻R76连接电阻R75的一端，电阻R75的另一端用于接入LDO电路输出侧的反馈信号，运放U6B的输出端通过电阻R63连接开关管Q3的栅极，开关管Q3的漏极作为LDO电路输入端接入所述中间电能信号，开关管Q3的源极作为LDO电路输出端用于输出所述第一电能信号；运放U6B的输出端与反相输入端之间还分别连接有电阻R65与电容C204；
电阻R64一端连接运放U6B的反相输入端，另一端连接接地端；电容C106一端连接在电阻R76与电阻R75之间，另一端连接接地端。
9.根据权利要求8所述的供电电路，其特征在于，所述可调基准信号由上位机设定，通过所述供电控制电路传输至所述LDO电路。
10.一种射频电源设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的供电电路。
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