CN117929854A - 负载阻抗检测电路以及射频电源设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种负载阻抗检测电路以及射频电源设备，涉及射频技术领域，负载阻抗检测电路包括电压采样单元、电流采样单元、电压整流单元、电流整流单元、减法单元以及除法单元。电压采样单元用于得到采样电压；电流采样单元用于得到采样电流；电压整流单元用于输出整流电压；电流整流单元用于输出整流电流；减法单元用于对整流电压与整流电流进行减法运算，以得到第一结果电压；除法单元用于对输入的第一结果电压与整流电压进行除法运算，以得到第二结果电压；其中，第二结果电压以及射频电源的输出电压与采样电压的比值用于计算得到负载的阻抗模值。本申请可便捷地得到与射频电源的输出端连接的负载的阻抗模值。

Description

负载阻抗检测电路以及射频电源设备

技术领域

本申请涉及射频技术领域，尤其涉及一种负载阻抗检测电路以及具有所述负载阻抗检测电路的射频电源设备。

背景技术

目前，随着射频（Radio Frequency，RF）技术的普及，射频电源设备越来越多的应用于各个领域。在利用射频电源设备的射频电源对负载进行输出时，往往需要实时对负载的阻抗模值进行检测，以避免负载的阻抗模值发生变化，导致射频电源对负载进行输出时产生较大的反射功率，影响或损坏射频电源。

然而，目前很难实时对负载的阻抗模值进行便捷、准确地检测。因此，如何实时对负载的阻抗模值进行检测，并便捷、准确地得到负载的阻抗模值，成为了需要考虑的问题。

发明内容

本申请提供一种负载阻抗检测电路以及射频电源设备，可实时对与射频电源的输出端连接的负载的阻抗模值进行检测，并便捷地得到负载的阻抗模值。

第一方面，提供一种负载阻抗检测电路，所述负载阻抗检测电路用于检测与射频电源的输出端连接的负载的阻抗模值，包括电压采样单元、电流采样单元、电压整流单元、电流整流单元、减法单元以及除法单元。所述电压采样单元与所述射频电源的输出端连接，用于对所述射频电源的输出电压进行采样，以得到采样电压；所述电流采样单元与所述射频电源的输出端连接，用于对所述射频电源的输出电流进行采样，以得到采样电流；所述电压整流单元与所述电压采样单元连接，用于对所述电压采样单元得到的所述采样电压进行整流，以输出整流电压；所述电流整流单元与所述电流采样单元连接，用于对所述电流采样单元得到的所述采样电流进行整流，以输出整流电流；所述减法单元与所述电压整流单元和所述电流整流单元均连接，用于对所述整流电压与所述整流电流进行减法运算，以得到第一结果电压；所述除法单元与所述电压整流单元和所述减法单元分别连接，用于对输入的所述第一结果电压与所述整流电压进行除法运算，以得到第二结果电压；其中，所述第二结果电压以及所述射频电源的输出电压与所述采样电压的比值用于计算得到所述负载的阻抗模值。

在一种可能的实施方式中，所述电压采样单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻依次串联于所述射频电源的输出端与地之间，所述第一电阻与所述第二电阻的连接点与所述电压整流单元连接，所述第一电阻与所述第二电阻用于对所述射频电源的输出电压进行分压，所述采样电压为所述射频电源的输出电压经过所述第一电阻与所述第二电阻进行分压后的分压电压；其中，所述射频电源的输出电压与所述采样电压的比值为分压系数，所述分压系数为所述第一电阻、所述第二电阻的电阻值之和与所述第二电阻的电阻值的比值。

在一种可能的实施方式中，所述电流采样单元包括初级电流绕组和次级电流绕组，所述初级电流绕组连接于所述射频电源的输出端与负载之间，所述次级电流绕组包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述电流整流单元连接，所述第二端接地，所述射频电源的输出电流通过所述初级电流绕组感应至所述次级电流绕组，所述次级电流绕组感应出的电流为所述采样电流；其中，所述射频电源的输出电流与所述采样电流的比值为所述负载的阻抗模值与感应系数的乘积，所述感应系数为所述次级电流绕组的匝数与所述初级电流绕组的匝数的比值。

在一种可能的实施方式中，所述电压整流单元包括第一二极管和第一电容，所述第一二极管的正极连接于所述第一电阻与所述第二电阻的连接点，所述第一二极管的负极与所述减法单元、所述除法单元以及所述第一电容的一端分别连接，所述第一电容的另一端接地；其中，所述采样电压经过所述第一二极管半波整流后的所述整流电压为2/π倍的所述射频电源的输出电压的峰值与所述分压系数的比值。

在一种可能的实施方式中，所述电流整流单元包括第二二极管和第二电容，所述第二二极管的正极连接于所述次级电流绕组的第一端，所述第二二极管的负极与所述减法单元和所述第二电容的一端分别连接，所述第二电容的另一端接地；其中，所述采样电流经过所述第二二极管半波整流后的所述整流电流为2/π倍的所述射频电源的输出电流的峰值与所述负载的阻抗模值、所述感应系数的乘积的比值。

在一种可能的实施方式中，所述射频电源的输出电压的峰值与输出电流的峰值相等，所述减法单元对输入的所述整流电压与所述整流电流进行减法运算，以根据所述射频电源的输出电压的峰值、输出电流的峰值、所述分压系数、所述感应系数以及所述负载的阻抗模值计算得到所述第一结果电压。

在一种可能的实施方式中，所述除法单元对输入的所述第一结果电压与所述整流电压进行除法运算，以根据输出的所述第二结果电压、所述分压系数以及所述感应系数计算得到所述负载的阻抗模值。

在一种可能的实施方式中，所述负载阻抗检测电路还包括检测单元和计算单元，所述检测单元用于检测所述除法单元输出的所述第二结果电压，所述计算单元与所述检测单元连接，用于接收所述第二结果电压，并至少根据所述第二结果电压以及所述射频电源的输出电压与所述采样电压的输出电压的比值计算得到所述负载的阻抗模值。

在一种可能的实施方式中，所述检测单元包括检流电阻和电压表，所述检流电阻连接于所述除法单元与地之间，所述电压表与所述检流电阻并联，所述电压表并与所述计算单元连接；其中，所述电压表用于检测所述检流电阻两端的电压，所述检流电阻两端的电压为所述第二结果电压，所述电压表并将检测的所述第二结果电压输出至所述计算单元。

第二方面，还提供一种射频电源设备，所述射频电源设备包括负载阻抗检测电路以及射频电源，所述射频电源的输出端用于连接负载。所述负载阻抗检测电路用于检测与射频电源的输出端连接的负载的阻抗模值，包括电压采样单元、电流采样单元、电压整流单元、电流整流单元、减法单元以及除法单元。所述电压采样单元与所述射频电源的输出端连接，用于对所述射频电源的输出电压进行采样，以得到采样电压；所述电流采样单元与所述射频电源的输出端连接，用于对所述射频电源的输出电流进行采样，以得到采样电流；所述电压整流单元与所述电压采样单元连接，用于对所述电压采样单元得到的所述采样电压进行整流，以输出整流电压；所述电流整流单元与所述电流采样单元连接，用于对所述电流采样单元得到的所述采样电流进行整流，以输出整流电流；所述减法单元与所述电压整流单元和所述电流整流单元均连接，用于对所述整流电压与所述整流电流进行减法运算，以得到第一结果电压；所述除法单元与所述电压整流单元和所述减法单元分别连接，用于对输入的所述第一结果电压与所述整流电压进行除法运算，以得到第二结果电压；其中，所述第二结果电压以及所述射频电源的输出电压与所述采样电压的比值用于计算得到所述负载的阻抗模值。

本申请的负载阻抗检测电路以及射频电源设备，通过电压采样单元以及电流采样单元能够实时对射频电源进行采样，以得到采样电压以及采样电流，并通过电压整流单元以及电流整流单元对采样电压以及采样电流进行整流，以输出整流电压以及整流电流，进而通过减法单元以及除法单元进行运算，以得到第二结果电压，第二结果电压以及射频电源的输出电压与采样电压的比值能够便捷地得到负载的阻抗模值，并能够实时对与射频电源的输出端连接的负载的阻抗模值进行检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请一实施例中的负载阻抗检测电路的电路示意图。

图2为本申请一实施例中的电压采样单元的电路示意图。

图3为本申请又一实施例中的电压采样单元的电路示意图。

图4为本申请一实施例中的射频电源设备的方框示意图。

图5为本申请一实施例中的射频电源设备的电路示意图。

附图标记说明：1000、射频电源设备，10、负载阻抗检测电路，110、电压采样单元，V1、采样电压，R1、第一电阻，R2、第二电阻，C3、第三电容，C4、第四电容，W3、初级电压绕组，W4、次级电压绕组，120、电流采样单元，I1、采样电流，W1、初级电流绕组，W2、次级电流绕组，130、电压整流单元，V1’、整流电压，D1、第一二极管，C1、第一电容，140、电流整流单元，I1’、整流电流，D2、第二二极管，C2、第二电容，150、减法单元，Vo1、第一结果电压，160、除法单元，Vo2、第二结果电压，170、计算单元，180、检测单元，Rs、检流电阻，U、电压表，20、射频电源，21、输出端，Vin、输出电压，Iin、输出电流，30、负载，31、输入端，GND、地。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以下，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，图1为本申请一实施例中的负载阻抗检测电路的电路示意图。如图1所示，本申请提供一种负载阻抗检测电路10，负载阻抗检测电路10用于检测与射频电源20的输出端21连接的负载30的阻抗模值，包括电压采样单元110、电流采样单元120、电压整流单元130、电流整流单元140、减法单元150以及除法单元160。电压采样单元110与射频电源20的输出端21连接，用于对射频电源20的输出电压Vin进行采样，以得到采样电压V1；电流采样单元120与射频电源20的输出端21连接，用于对射频电源20的输出电流Iin进行采样，以得到采样电流I1；电压整流单元130与电压采样单元110连接，用于对电压采样单元110得到的采样电压V1进行整流，以输出整流电压V1’；电流整流单元140与电流采样单元120连接，用于对电流采样单元120得到的采样电流I1进行整流，以输出整流电流I1’；减法单元150与电压整流单元130和电流整流单元140均连接，用于对整流电压V1’与整流电流I1’进行减法运算，以得到第一结果电压Vo1；除法单元160与电压整流单元130和减法单元150分别连接，用于对输入的第一结果电压Vo1与整流电压V1’进行除法运算，以得到第二结果电压Vo2；其中，第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值用于计算得到负载30的阻抗模值。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过电压采样单元110以及电流采样单元120能够实时对射频电源20进行采样，以得到采样电压V1以及采样电流I1，并通过电压整流单元130以及电流整流单元140对采样电压V1以及采样电流I1进行整流，以输出整流电压V1’以及整流电流I1’，进而通过减法单元150以及除法单元160进行运算，以得到第二结果电压Vo2，第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值能够便捷地得到负载30的阻抗模值，并能够实时对与射频电源20的输出端21连接的负载30的阻抗模值进行检测。

需要说明的是，电流采样单元120对射频电源20的输出电流Iin进行采样，以得到的采样电流I1为通过电压进行反映的，即，所述电流采样单元120得到的实际上为反映所述采样电流I1的相应的电压，以相应的电压形式表示电流采样单元120得到的采样电流I1。则经过电流整流单元140对采样电流I1进行整流，以输出得到整流电流I1’，实际上也为对反映所述采样电流I1的相应的电压进行整流，而得到反映了整流电流I1’的电压，即，也以相应的电压形式表示电流整流单元140输出的整流电流I1’。进而减法单元150对整流电压V1’与以相应的电压形式表示的整流电流I1’进行减法运算，以得到第一结果电压Vo1。

特别的，如图1所示，负载30可以包括输入端31，负载30通过输入端31与射频电源20的输出端21连接。电压采样单元110与射频电源20的输出端21连接，并与负载30的输入端31连接。电流采样单元120与射频电源20的输出端21连接，并与负载30的输入端31连接。

在一个或多个实施例中，射频电源20可以包括直流源、振荡器、功率放大器、阻抗匹配器等单元，本申请不以此为限，即，如阻抗匹配器等具有阻抗值的单元可以处于射频电源20的内部，以作为射频电源20的一部分，射频电源20的输出端21与负载30的输入端31之间由线路连接，其线路中不包含阻抗匹配器等具有阻抗值的单元，也不包含电容、电感、电阻这些容易影响检测负载30的阻抗模值的电子元器件。从而，能够准确地得到负载30的阻抗模值。

进一步的，由于射频电源20的输出端21与负载30的输入端31之间由线路连接，但是射频电源20的输出端21与负载30的输入端31之间的线路中也存在线路阻抗，即，射频电源20的输出端21与负载30的输入端31之间的线路中仅包括线路阻抗，则与射频电源20的输出端21和负载30的输入端31均连接的电压采样单元110以及电流采样单元120相较于射频电源20的输出端21，更靠近负载30的输入端31。

进一步的，电压采样单元110以及电流采样单元120的采样点为负载30的输入端31，采样点即为电压采样单元110以及电流采样单元120对射频电源20的输出电压Vin以及输出电流Iin进行采样的位置。从而，能够完全避免射频电源20的输出端21与负载30的输入端31之间的线路中的线路阻抗对于检测负载30的阻抗模值的影响，能够更加准确地得到负载30的阻抗模值。

在一个或多个实施例中，负载30未与射频电源20的输出端21连接的另一端可以接地GND，射频电源20未与负载30连接的另一端也可以接地GND。

特别的，第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值用于计算得到负载30的阻抗模值，并不代表在任一实施例中，均仅通过第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值这两个值，即可计算得到负载30的阻抗模值，即，在一些实施例中，还需要其他值以及这两个值，可计算得到负载30的阻抗模值。

在一个或多个实施例中，电压采样单元110可以为电压传感器，也可以为包括电阻、电容等电子元器件的电压采样电路，以对射频电源20的输出电压Vin进行采样，得到采样电压V1。

在一个或多个实施例中，电流采样单元120可以为电流传感器，也可以为包括电阻、电容等电子元器件的电流采样电路，以对射频电源20的输出电流Iin进行采样，得到采样电流I1，即前述的反映了采样电流I1的电压。

在一个或多个实施例中，电压整流单元130可以由二极管、电阻、电容等电子元器件组成，以对电压采样单元110得到的采样电压V1进行整流，输出整流电压V1’。

在一个或多个实施例中，电流整流单元140可以由二极管、电阻、电容等电子元器件组成，以对电流采样单元120得到的采样电流I1进行整流，输出整流电流I1’。

如图1所示，电压采样单元110包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1与第二电阻R2依次串联于射频电源20的输出端21与地GND之间，第一电阻R1与第二电阻R2的连接点与电压整流单元130连接，第一电阻R1与第二电阻R2用于对射频电源20的输出电压Vin进行分压，采样电压V1为射频电源20的输出电压Vin经过第一电阻R1与第二电阻R2进行分压后的分压电压；其中，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值为分压系数，分压系数为与第一电阻R1、第二电阻R2的电阻值之和与第二电阻R2的电阻值的比值。即，分压系数可以为第一电阻R1、第二电阻R2的电阻值之和除以第二电阻R2的电阻值得到的值。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过第一电阻R1与第二电阻R2构成的分压电路，能够对射频电源20的输出电压Vin进行分压，以将射频电源20的输出电压Vin经过第一电阻R1与第二电阻R2进行分压后的分压电压作为采样电压V1。

具体的，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1满足以下关系表达式：Vin/V1=r，其中，r为分压系数，则V1=Vin/r。而分压系数为第一电阻R1、第二电阻R2的电阻值之和与第二电阻R2的电阻值的比值，即r=(R1+R2)/R2。

在一个或多个实施例中，第一电阻R1的电阻值可以远大于第二电阻R2的电阻值。从而，在射频电源20向负载30输出时，由于第一电阻R1与第二电阻R2依次串联于射频电源20的输出端21与地GND之间，且第一电阻R1的电阻值远大于第二电阻R2的电阻值，根据上述的关系表达式，分压系数r很大，则采样电压V1很小，进而几乎不会影响射频电源20对负载30的输出，并且更便于后续电压整流单元130的设计。

请参阅图2，图2为本申请一实施例中的电压采样单元的电路示意图。如图1、图2所示，电压采样单元110包括第三电容C3和第四电容C4，第三电容C3与第四电容C4依次串联于射频电源20的输出端21与地GND之间，第三电容C3与第四电容C4的连接点与电压整流单元130连接，第三电容C3与第四电容C4用于对射频电源20的输出电压Vin进行分压，采样电压V1为射频电源20的输出电压Vin经过第三电容C3与第四电容C4进行分压后的分压电压；其中，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值为分压系数，分压系数为第三电容C3、第四电容C4的电容值之和与第三电容C3的电容值的比值。即，分压系数可以为第三电容C3、第四电容C4的电容值之和除以第三电容C3的电容值得到的值。

从而，通过第三电容C3与第四电容C4构成的分压电路，能够对射频电源20的输出电压Vin进行分压，以将射频电源20的输出电压Vin经过第三电容C3与第四电容C4进行分压后的分压电压作为采样电压V1。

具体的，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1满足以下关系表达式：Vin/V1=r，其中，r为分压系数。而分压系数为第三电容C3、第四电容C4的电容值之和与第三电容C3的电容值的比值，即r=(1/C3+1/C4)/(1/C4)=(C3+C4)/C3。

在一个或多个实施例中，第四电容C4的电容值可以远大于第三电容C3的电容值。从而，在射频电源20向负载30输出时，由于第三电容C3与第四电容C4依次串联于射频电源20的输出端21与地GND之间，且第四电容C4的电容值远大于第三电容C3的电容值，根据上述的关系表达式，分压系数r很大，则采样电压V1很小，进而几乎不会影响射频电源20对负载30的输出，并且更便于后续电压整流单元130的设计。

请参阅图3，图3为本申请又一实施例中的电压采样单元的电路示意图。如图3所示，电压采样单元110包括初级电压绕组W3和次级电压绕组W4，初级电压绕组W3连接于射频电源20的输出端21与地GND之间，次级电压绕组W4连接于电压整流单元130与地GND之间，射频电源20的输出电压Vin通过初级电压绕组W3感应至次级电压绕组W4，次级电压绕组W4感应出的电压为采样电压V1；其中，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值为分压系数，分压系数为初级电压绕组W3的匝数与次级电压绕组W4的匝数的比值。

从而，通过初级电压绕组W3和次级电压绕组W4构成的电压传感器，能够将射频电源20的输出电压Vin通过初级电压绕组W3感应至次级电压绕组W4，以将次级电压绕组W4感应出的电压作为采样电压V1。

具体的，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1满足以下关系表达式：Vin/V1=r，其中，r为分压系数。而分压系数为初级电压绕组W3的匝数与次级电压绕组W4的匝数的比值。

在一个或多个实施例中，初级电压绕组W3的匝数可以远大于次级电压绕组W4的匝数，例如，次级电压绕组W4的匝数为1匝，初级电压绕组W3的匝数则可以根据具体需要设置，如100匝、1000匝、10000匝等。从而，在射频电源20向负载30输出时，由于初级电压绕组W3的匝数远大于次级电压绕组W4的匝数，分压系数很大，则采样电压V1很小，进而几乎不会影响射频电源20对负载30的输出，并且更便于后续电压整流单元130的设计。

如图1所示，电流采样单元120包括初级电流绕组W1和次级电流绕组W2，初级电流绕组W1连接于射频电源20的输出端21与负载30之间，次级电流绕组W2包括相对的第一端和第二端，第一端与电流整流单元140连接，第二端接地GND，射频电源20的输出电流Iin通过初级电流绕组W1感应至次级电流绕组W2，次级电流绕组W2感应出的电流为采样电流I1；其中，射频电源20的输出电流Iin与采样电流I1的比值为负载30的阻抗模值与感应系数的乘积，感应系数为次级电流绕组W2的匝数与初级电流绕组W1的匝数的比值。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过初级电流绕组W1和次级电流绕组W2构成的电流传感器，能够将射频电源20的输出电流Iin通过初级电流绕组W1感应至次级电流绕组W2，以将次级电流绕组W2感应出的电流作为采样电流I1。

需要说明的是，次级电流绕组W2感应出的电流实际上也为相应的电压。

具体的，射频电源20的输出电流Iin与采样电流I1满足以下关系表达式：Iin/I1=∣Z∣×n,其中，∣Z∣为负载30的阻抗模值，n为感应系数，则I1=Iin/(∣Z∣×n)。而感应系数为次级电流绕组W2的匝数与初级电流绕组W1的匝数的比值。

特别的，由于射频电源20的输出电压Vin与输出电流Iin均为正弦波，且频率、峰值以及波形均相同，并且在射频电源20与负载30完成阻抗匹配时，射频电源20的输出电压Vin与输出电流Iin的相位也相同，则射频电源20的输出电流Iin以相应的电压的形式表示即为射频电源20的输出电压Vin，则I1=Vin/(∣Z∣×n)。

在一个或多个实施例中，初级电流绕组W1的匝数可以等于次级电流绕组W2的匝数，以使得感应系数为1，则I1=Vin/∣Z∣。从而，射频电源20的输出电流Iin与采样电流I1的比值为负载30的阻抗模值，更便于后续计算。

在一个或多个实施例中，初级电流绕组W1的匝数可以远小于次级电流绕组W2的匝数，例如，初级电流绕组W1的匝数为1匝，次级电流绕组W2的匝数则可以根据具体需要设置，如100匝、1000匝、10000匝等。从而，在射频电源20向负载30输出时，由于初级电流绕组W1的匝数远小于次级电流绕组W2的匝数，感应系数很大，则采样电流I1也很小，进而几乎不会影响射频电源20对负载30的输出，并且更便于后续电流整流单元140的设计。

如图1所示，电压整流单元130包括第一二极管D1和第一电容C1，第一二极管D1的正极连接于第一电阻R1与第二电阻R2的连接点，第一二极管D1的负极与减法单元150、除法单元160以及第一电容C1的一端分别连接，第一电容C1的另一端接地GND；其中，采样电压V1经过第一二极管D1半波整流后的整流电压V1’为2/π倍的射频电源20的输出电压Vin的峰值与分压系数的比值。即，采样电压V1经过第一二极管D1半波整流后的整流电压V1’为射频电源20的输出电压Vin的峰值除以分压系数然后乘以2/π得到的。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过包括第一二极管D1和第一电容C1的电压整流单元130，使得采样电压V1不仅能够经过第一二极管D1半波整流，以得到2/π倍的射频电源20的输出电压Vin的峰值与分压系数的比值的整流电压V1’，还能够经过第一电容C1滤波，提高整流电压V1’的准确度，减少后续的运算误差。

具体的，第一二极管D1对采样电压V1进行半波整流，即对以Vp×sin(ωt)形式的正弦波的采样电压V1在0-π上的积分，则整流电压V1’与射频电源20的输出电压Vin满足以下关系表达式：V1’=(2/π)×(Vp/r)，其中，Vp为射频电源20的输出电压Vin的峰值，r为分压系数。

如图1所示，电流整流单元140包括第二二极管D2和第二电容C2，第二二极管D2的正极连接于次级电流绕组W2的第一端，第二二极管D2的负极与减法单元150和第二电容C2的一端分别连接，第二电容C2的另一端接地GND；其中，采样电流I1经过第二二极管D2半波整流后的整流电流I1’为2/π倍的射频电源20的输出电流Iin的峰值与负载30的阻抗模值、感应系数的乘积的比值。即，采样电流I1经过第二二极管D2半波整流后的整流电流I1’为射频电源20的输出电流Iin的峰值除以负载30的阻抗模值与感应系数的乘积然后乘以2/π得到的。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过包括第二二极管D2和第二电容C2的电流整流单元140，使得采样电流I1不仅能够经过第二二极管D2半波整流，以得到2/π倍的射频电源20的输出电流Iin的峰值与负载30的阻抗模值、感应系数的乘积的比值的整流电流I1’，还能够经过第二电容C2滤波，提高整流电流I1’的准确度，减少后续的运算误差。

具体的，第二二极管D2对采样电流I1进行半波整流，即对以Ip×sin(ωt)形式的正弦波的采样电流I1在0-π上的积分，则整流电流I1’与射频电源20的输出电流Iin满足以下关系表达式：I1’=(2/π)×[Ip/(∣Z∣×n)]，其中，Ip为射频电源20的输出电流Iin的峰值。根据上述，由于射频电源20的输出电压Vin与输出电流Iin均为正弦波，且峰值相同，则射频电源20的输出电压Vin的峰值也就与输出电流Iin的峰值相等，即Ip=Vp，则I1’=(2/π)×[Vp/(∣Z∣×n)]。

在一个或多个实施例中，在初级电流绕组W1的匝数等于次级电流绕组W2的匝数时，即在感应系数为1时，则I1’=(2/π)×(Vp/∣Z∣)。

需要说明的是，由于射频电源20的输出电压Vin与输出电流Iin均为正弦波，时刻处于波动状态，且射频电源20的输出电压Vin与输出电流Iin的相位可能不同，则无法直接对采样电压V1与采样电流I1进行减法运算以得到负载30的阻抗模值，需要先将采样电压V1与采样电流I1通过对应的电压整流单元130与电流整流单元140进行整流后，才能够进一步进行减法运算。

如图1所示，射频电源20的输出电压Vin的峰值与输出电流Iin的峰值相等，减法单元150对输入的整流电压V1’与整流电流I1’进行减法运算，以根据射频电源20的输出电压Vin的峰值、输出电流Iin的峰值、分压系数、感应系数以及负载30的阻抗模值计算得到第一结果电压Vo1。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，由于射频电源20的输出电压Vin的峰值与输出电流Iin的峰值相等，通过减法单元150对输入的整流电压V1’与整流电流I1’进行减法运算，能够根据射频电源20的输出电压Vin的峰值、输出电流Iin的峰值、分压系数、感应系数以及负载30的阻抗模值计算得到第一结果电压Vo1。

具体的，整流电压V1’与整流电流I1’满足以下关系表达式：V1’-I1’=(2/π)×(Vp/r)-(2/π)×[Vp/(∣Z∣×n)]=(2/π)×(Vp/r)×[1-r/(∣Z∣×n)]=V1’×[1-r/(∣Z∣×n)]，其中，r为分压系数，∣Z∣为负载30的阻抗模值，n为感应系数，则Vo1=V1’×[1-r/(∣Z∣×n)]。

在一个或多个实施例中，在初级电流绕组W1的匝数等于次级电流绕组W2的匝数时，即在感应系数为1时，则Vo1=V1’×(1-r/∣Z∣)。

如图1所示，除法单元160对输入的第一结果电压Vo1与整流电压V1’进行除法运算，以根据输出的第二结果电压Vo2、分压系数以及感应系数计算得到负载30的阻抗模值。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过除法单元160对输入的第一结果电压Vo1与整流电压V1’进行除法运算，能够根据输出的第二结果电压Vo2、分压系数以及感应系数计算得到负载30的阻抗模值。

具体的，第一结果电压Vo1与整流电压V1’满足以下关系表达式：Vo1/V1’=V1’×[1-r/(∣Z∣×n)]/V1’=1-r/(∣Z∣×n),其中，r为分压系数，∣Z∣为负载30的阻抗模值，n为感应系数，则Vo2=1-r/(∣Z∣×n)，其他参数均已知，则能够根据输出的第二结果电压Vo2、分压系数以及感应系数计算得到负载30的阻抗模值。

在一个或多个实施例中，在初级电流绕组W1的匝数等于次级电流绕组W2的匝数时，即在感应系数为1时，则Vo2=1-r/∣Z∣，仅根据输出的第二结果电压Vo2以及分压系数即可计算得到负载30的阻抗模值。

如图1所示，负载阻抗检测电路10还包括检测单元180和计算单元170，检测单元180用于检测除法单元160输出的第二结果电压Vo2，计算单元170与检测单元180连接，用于接收第二结果电压Vo2，并至少根据第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值计算得到负载30的阻抗模值。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过检测单元180检测除法单元160输出的第二结果电压Vo2，并通过计算单元170至少根据第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值，能够计算得到负载30的阻抗模值。

在一个或多个实施例中，如图1所示，在电流采样单元120包括初级电流绕组W1和次级电流绕组W2，且初级电流绕组W1的匝数不等于次级电流绕组W2的匝数时，计算单元170根据第二结果电压Vo2、次级电流绕组W2的匝数与初级电流绕组W1的匝数的比值以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值计算得到负载30的阻抗模值。

其中，如前所述的，次级电流绕组W2的匝数与初级电流绕组W1的匝数的比值为已知的感应系数，射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值为已知的分压系数，则计算单元170根据接收的第二结果电压Vo2以及预先录入的感应系数和分压系数，即可计算得到负载30的阻抗模值。

在一个或多个实施例中，计算单元170可以是中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）等通用处理器，也可以是数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门逻辑器件、晶体管逻辑器件等逻辑控制器件，还可以是微控制单元（Micro Control Unit，MCU）等微处理器，本申请不以此为限，只要能够至少根据第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值计算得到负载30的阻抗模值即可。

在一个或多个实施例中，负载阻抗检测电路10还可以包括显示单元，显示单元与计算单元170连接，用于显示通过计算单元170计算得到的负载30的阻抗模值。

如图1所示，检测单元180包括检流电阻Rs和电压表U，检流电阻Rs连接于除法单元160与地GND之间，电压表U与检流电阻Rs并联，电压表U并与计算单元170连接；其中，电压表U用于检测检流电阻Rs两端的电压，检流电阻Rs两端的电压为第二结果电压Vo2，电压表U并将检测的第二结果电压Vo2输出至计算单元170。

从而，本申请中的上述负载阻抗检测电路10，通过检流电阻Rs连接于除法单元160与地GND之间，电压表U与检流电阻Rs并联，便于检测得到第二结果电压Vo2，并通过电压表U与计算单元170连接，以将检测的第二结果电压Vo2输出至计算单元170。

本申请的负载阻抗检测电路10，通过上述结构，能够便捷、准确地得到负载30的阻抗模值，计算简便，并能够实时对与射频电源20的输出端21连接的负载30的阻抗模值进行检测，同时几乎不会影响射频电源20对负载30的输出。

请一并参阅图4、图5，图4为本申请一实施例中的射频电源设备的方框示意图，图5为本申请一实施例中的射频电源设备的电路示意图。如图4、图5所示，本申请还提供一种射频电源设备1000，射频电源设备1000包括前述任一实施例中的负载阻抗检测电路10以及射频电源20，射频电源20的输出端21用于连接负载30。

如图5所示，负载阻抗检测电路10用于检测与射频电源20的输出端21连接的负载30的阻抗模值，包括电压采样单元110、电流采样单元120、电压整流单元130、电流整流单元140、减法单元150以及除法单元160。电压采样单元110与射频电源20的输出端21连接，用于对射频电源20的输出电压Vin进行采样，以得到采样电压V1；电流采样单元120与射频电源20的输出端21连接，用于对射频电源20的输出电流Iin进行采样，以得到采样电流I1；电压整流单元130与电压采样单元110连接，用于对电压采样单元110得到的采样电压V1进行整流，以输出整流电压V1’；电流整流单元140与电流采样单元120连接，用于对电流采样单元120得到的采样电流I1进行整流，以输出整流电流I1’；减法单元150与电压整流单元130和电流整流单元140均连接，用于对整流电压V1’与整流电流I1’进行减法运算，以得到第一结果电压Vo1；除法单元160与电压整流单元130和减法单元150分别连接，用于对输入的第一结果电压Vo1与整流电压V1’进行除法运算，以得到第二结果电压Vo2；其中，第二结果电压Vo2以及射频电源20的输出电压Vin与采样电压V1的比值用于计算得到负载30的阻抗模值。

其中，负载阻抗检测电路10更具体的结构可参见前述任一实施例中负载阻抗检测电路10的相关内容，在此不再赘述。

本申请的负载阻抗检测电路10以及射频电源设备1000，通过上述结构，能够便捷、准确地得到负载30的阻抗模值，计算简便，并能够实时对与射频电源20的输出端21连接的负载30的阻抗模值进行检测，同时几乎不会影响射频电源20对负载30的输出。

以上描述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内；在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种负载阻抗检测电路，用于检测与射频电源的输出端连接的负载的阻抗模值，其特征在于，包括：

电压采样单元，与所述射频电源的输出端连接，用于对所述射频电源的输出电压进行采样，以得到采样电压；

电流采样单元，与所述射频电源的输出端连接，用于对所述射频电源的输出电流进行采样，以得到采样电流；

电压整流单元，与所述电压采样单元连接，用于对所述电压采样单元得到的所述采样电压进行整流，以输出整流电压；

电流整流单元，与所述电流采样单元连接，用于对所述电流采样单元得到的所述采样电流进行整流，以输出整流电流；

减法单元，与所述电压整流单元和所述电流整流单元均连接，用于对所述整流电压与所述整流电流进行减法运算，以得到第一结果电压；

除法单元，与所述电压整流单元和所述减法单元分别连接，用于对输入的所述第一结果电压与所述整流电压进行除法运算，以得到第二结果电压；

其中，所述第二结果电压以及所述射频电源的输出电压与所述采样电压的比值用于计算得到所述负载的阻抗模值。

2.根据权利要求1所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述电压采样单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻依次串联于所述射频电源的输出端与地之间，所述第一电阻与所述第二电阻的连接点与所述电压整流单元连接，所述第一电阻与所述第二电阻用于对所述射频电源的输出电压进行分压，所述采样电压为所述射频电源的输出电压经过所述第一电阻与所述第二电阻进行分压后的分压电压；

其中，所述射频电源的输出电压与所述采样电压的比值为分压系数，所述分压系数为所述第一电阻、所述第二电阻的电阻值之和与所述第二电阻的电阻值的比值。

3.根据权利要求2所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述电流采样单元包括初级电流绕组和次级电流绕组，所述初级电流绕组连接于所述射频电源的输出端与负载之间，所述次级电流绕组包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述电流整流单元连接，所述第二端接地，所述射频电源的输出电流通过所述初级电流绕组感应至所述次级电流绕组，所述次级电流绕组感应出的电流为所述采样电流；

其中，所述射频电源的输出电流与所述采样电流的比值为所述负载的阻抗模值与感应系数的乘积，所述感应系数为所述次级电流绕组的匝数与所述初级电流绕组的匝数的比值。

4.根据权利要求2所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述电压整流单元包括第一二极管和第一电容，所述第一二极管的正极连接于所述第一电阻与所述第二电阻的连接点，所述第一二极管的负极与所述减法单元、所述除法单元以及所述第一电容的一端分别连接，所述第一电容的另一端接地；

其中，所述采样电压经过所述第一二极管半波整流后的所述整流电压为2/π倍的所述射频电源的输出电压的峰值与所述分压系数的比值。

5.根据权利要求3所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述电流整流单元包括第二二极管和第二电容，所述第二二极管的正极连接于所述次级电流绕组的第一端，所述第二二极管的负极与所述减法单元和所述第二电容的一端分别连接，所述第二电容的另一端接地；

其中，所述采样电流经过所述第二二极管半波整流后的所述整流电流为2/π倍的所述射频电源的输出电流的峰值与所述负载的阻抗模值、所述感应系数的乘积的比值。

6.根据权利要求3所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述射频电源的输出电压的峰值与输出电流的峰值相等，所述减法单元对输入的所述整流电压与所述整流电流进行减法运算，以根据所述射频电源的输出电压的峰值、输出电流的峰值、所述分压系数、所述感应系数以及所述负载的阻抗模值计算得到所述第一结果电压。

7.根据权利要求6所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述除法单元对输入的所述第一结果电压与所述整流电压进行除法运算，以根据输出的所述第二结果电压、所述分压系数以及所述感应系数计算得到所述负载的阻抗模值。

8.根据权利要求1所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述负载阻抗检测电路还包括检测单元和计算单元，所述检测单元用于检测所述除法单元输出的所述第二结果电压，所述计算单元与所述检测单元连接，用于接收所述第二结果电压，并至少根据所述第二结果电压以及所述射频电源的输出电压与所述采样电压的比值计算得到所述负载的阻抗模值。

9.根据权利要求8所述的负载阻抗检测电路，其特征在于，所述检测单元包括检流电阻和电压表，所述检流电阻连接于所述除法单元与地之间，所述电压表与所述检流电阻并联，所述电压表并与所述计算单元连接；

其中，所述电压表用于检测所述检流电阻两端的电压，所述检流电阻两端的电压为所述第二结果电压，所述电压表并将检测的所述第二结果电压输出至所述计算单元。

10.一种射频电源设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的负载阻抗检测电路以及射频电源，所述射频电源的输出端用于连接负载。