JP2001197749A - 高周波電源 - Google Patents
高周波電源Info
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- JP2001197749A JP2001197749A JP2000004528A JP2000004528A JP2001197749A JP 2001197749 A JP2001197749 A JP 2001197749A JP 2000004528 A JP2000004528 A JP 2000004528A JP 2000004528 A JP2000004528 A JP 2000004528A JP 2001197749 A JP2001197749 A JP 2001197749A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】出力電力を広範囲に制御可能な高周波電源にお
いて、無駄に消費される電力を可及的に小さく抑制して
その効率を向上させた高周波電源を提供すること。 【解決手段】出力電力設定部１と、発振部２と、増幅部
３と、電力検出部４と、制御部５からなる第１の制御系
Ａに加えて、出力電力設定部１と、演算部７と、直流電
源部６ａとを含む第２の制御系Ｂを含み、第２の制御系
Ｂにより、出力電力設定部１の設定に応じて増幅部３が
高効率で動作するように直流電源電圧Ｖｄｃを可変制御
する構成。
いて、無駄に消費される電力を可及的に小さく抑制して
その効率を向上させた高周波電源を提供すること。 【解決手段】出力電力設定部１と、発振部２と、増幅部
３と、電力検出部４と、制御部５からなる第１の制御系
Ａに加えて、出力電力設定部１と、演算部７と、直流電
源部６ａとを含む第２の制御系Ｂを含み、第２の制御系
Ｂにより、出力電力設定部１の設定に応じて増幅部３が
高効率で動作するように直流電源電圧Ｖｄｃを可変制御
する構成。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一定の基準周波よ
り高周波の電力を一定に制御して負荷に供給する高周波
電源に関する。この高周波電源は、例えば、半導体製造
の各種プロセス、特にプラズマプロセス用の電源や、レ
ーザ発振用エネルギ供給源や、その他の電源用途に用い
て好適なものである。
り高周波の電力を一定に制御して負荷に供給する高周波
電源に関する。この高周波電源は、例えば、半導体製造
の各種プロセス、特にプラズマプロセス用の電源や、レ
ーザ発振用エネルギ供給源や、その他の電源用途に用い
て好適なものである。
【０００２】なお、このような高周波電源には、発振出
力レベルを設定に応じて可変制御して出力を一定に制御
する第１方式のものと、発振出力レベルを固定し、増幅
部に対する直流電源電圧を設定に応じて可変制御して出
力を一定に制御する第２方式のものとがあるが、本発明
は、前記第１方式のものに関する。
力レベルを設定に応じて可変制御して出力を一定に制御
する第１方式のものと、発振出力レベルを固定し、増幅
部に対する直流電源電圧を設定に応じて可変制御して出
力を一定に制御する第２方式のものとがあるが、本発明
は、前記第１方式のものに関する。
【０００３】
【従来の技術】図１０は、第１方式に従う従来の高周波
電源の主要構成を示す回路ブロック図、図１１は、図１
０の増幅部の出力電圧の波形図である。
電源の主要構成を示す回路ブロック図、図１１は、図１
０の増幅部の出力電圧の波形図である。
【０００４】この高周波電源は、出力電力を設定する出
力電力設定部１と、発振出力のレベルを可変とする発振
部２と、発振部出力を増幅する増幅部３と、増幅部３の
出力電力を検出する電力検出部４と、出力電力設定部１
での設定値と、電力検出部４での検出値とを比較し、出
力電力が設定値に一致するように発振部出力のレベルを
制御する制御部５とを含む第１の制御系Ａを備え、制御
部５は、電力検出部４での検出値が、出力電力設定部１
での設定値と異なるときは、検出値が設定値に一致する
ように、発振部２の発振出力のレベルを可変制御し出力
電力を一定に制御するようになっている。ここで、６
は、増幅部３に固定の直流電源電圧Ｖｄｃを供給する直
流電源部であって、前記第１の制御系Ａ外におかれてい
る。
力電力設定部１と、発振出力のレベルを可変とする発振
部２と、発振部出力を増幅する増幅部３と、増幅部３の
出力電力を検出する電力検出部４と、出力電力設定部１
での設定値と、電力検出部４での検出値とを比較し、出
力電力が設定値に一致するように発振部出力のレベルを
制御する制御部５とを含む第１の制御系Ａを備え、制御
部５は、電力検出部４での検出値が、出力電力設定部１
での設定値と異なるときは、検出値が設定値に一致する
ように、発振部２の発振出力のレベルを可変制御し出力
電力を一定に制御するようになっている。ここで、６
は、増幅部３に固定の直流電源電圧Ｖｄｃを供給する直
流電源部であって、前記第１の制御系Ａ外におかれてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の高周波電源
の場合、出力電力設定部１による設定値が設定電力を
「中」「小」「大」それぞれとする値の場合、制御部５
は、発振部２を制御してその設定の電力に合わせて発振
出力のレベルを制御し、また増幅部３は、この発振出力
を増幅して図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）でそれぞれ示すよ
うに出力電圧を出力する。
の場合、出力電力設定部１による設定値が設定電力を
「中」「小」「大」それぞれとする値の場合、制御部５
は、発振部２を制御してその設定の電力に合わせて発振
出力のレベルを制御し、また増幅部３は、この発振出力
を増幅して図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）でそれぞれ示すよ
うに出力電圧を出力する。
【０００６】なお、増幅部３は、直流電源電圧Ｖｄｃに
対して図１１（ａ）で示すように出力電圧が飽和しない
範囲（波形歪みが発生しない範囲）では、その振幅が最
大となるときに最大効率（＝出力電力／入力電力の百分
率）となる。ここで、入力電力は直流電源部６から増幅
部３に供給される電力であり、出力電力は、増幅部３か
ら出力される電力である。図１１（ａ）では出力電圧が
飽和しない範囲で最大効率となり、図１１（ｂ）では出
力電圧が飽和しないが出力振幅が小さいために効率が低
く、図１１（ｃ）では、効率は良いが出力電圧が飽和し
て波形が歪んでしまっている。なお、図１１では正の半
波波形を直流電源電圧Ｖｄｃのラインから負側に折り返
しその折り返し波形が破線で示されている。そして、損
失が発生する直流電源電圧領域はハッチング領域で示さ
れており、ハッチング領域が小さい程、効率が良いこと
を示している。
対して図１１（ａ）で示すように出力電圧が飽和しない
範囲（波形歪みが発生しない範囲）では、その振幅が最
大となるときに最大効率（＝出力電力／入力電力の百分
率）となる。ここで、入力電力は直流電源部６から増幅
部３に供給される電力であり、出力電力は、増幅部３か
ら出力される電力である。図１１（ａ）では出力電圧が
飽和しない範囲で最大効率となり、図１１（ｂ）では出
力電圧が飽和しないが出力振幅が小さいために効率が低
く、図１１（ｃ）では、効率は良いが出力電圧が飽和し
て波形が歪んでしまっている。なお、図１１では正の半
波波形を直流電源電圧Ｖｄｃのラインから負側に折り返
しその折り返し波形が破線で示されている。そして、損
失が発生する直流電源電圧領域はハッチング領域で示さ
れており、ハッチング領域が小さい程、効率が良いこと
を示している。
【０００７】したがって、従来の高周波電源の場合、直
流電源電圧Ｖｄｃが第１の制御系Ａ外で一定の値に固定
されているから、出力電力が広範囲に可変して設定され
る場合では、図１１（ｂ）や（ｃ）になる可能性があり
好ましくない。
流電源電圧Ｖｄｃが第１の制御系Ａ外で一定の値に固定
されているから、出力電力が広範囲に可変して設定され
る場合では、図１１（ｂ）や（ｃ）になる可能性があり
好ましくない。
【０００８】例えば出力電力の設定値が小さいと、効率
が低く無駄に消費される電力量が大きくなる。また、出
力電力の設定値が大きいと、効率が良くても出力波形に
歪みが生じる結果、多段で複雑なフィルタ回路が余分に
必要となりコスト的に不利な構造となる。
が低く無駄に消費される電力量が大きくなる。また、出
力電力の設定値が大きいと、効率が良くても出力波形に
歪みが生じる結果、多段で複雑なフィルタ回路が余分に
必要となりコスト的に不利な構造となる。
【０００９】このような高周波電源を例えばプラズマプ
ロセス用電源として使用すると、そのプロセス条件によ
って定格出力の１０％程度から１００％の領域で可変し
た場合、定格出力条件で使用されるプロセス条件は少な
く、大部分のプロセス条件では定格出力より小さい出力
電力領域つまり効率が低い領域で使用され、電力が無駄
に消費される高周波電源となり、また、定格に近い出力
条件で使用すると、高価で複雑なフィルタ回路を内蔵さ
せる必要があり、高価な高周波電源となる。
ロセス用電源として使用すると、そのプロセス条件によ
って定格出力の１０％程度から１００％の領域で可変し
た場合、定格出力条件で使用されるプロセス条件は少な
く、大部分のプロセス条件では定格出力より小さい出力
電力領域つまり効率が低い領域で使用され、電力が無駄
に消費される高周波電源となり、また、定格に近い出力
条件で使用すると、高価で複雑なフィルタ回路を内蔵さ
せる必要があり、高価な高周波電源となる。
【００１０】このような高周波電源は、近年の省電力
化、省コスト化の厳しい要求環境に沿うものとは言えな
くなり、無駄な電力消費を抑制しかつ低価格化を可能と
した高周波電源の実現化が緊急に求められている。
化、省コスト化の厳しい要求環境に沿うものとは言えな
くなり、無駄な電力消費を抑制しかつ低価格化を可能と
した高周波電源の実現化が緊急に求められている。
【００１１】したがって、本発明の共通する解決課題
は、このような高周波電源における要望に沿うため、出
力電力を定格出力以下の領域に設定して使用できる高周
波電源において、いずれの領域でも電力が無駄に消費さ
れることを可及的に小さく抑制してその効率を向上させ
た高周波電源を提供することである。
は、このような高周波電源における要望に沿うため、出
力電力を定格出力以下の領域に設定して使用できる高周
波電源において、いずれの領域でも電力が無駄に消費さ
れることを可及的に小さく抑制してその効率を向上させ
た高周波電源を提供することである。
【００１２】本発明の他の解決課題は、さらに多段で複
雑なフィルタ回路を不要として、より低価格化を可能と
した高周波電源を提供することである。
雑なフィルタ回路を不要として、より低価格化を可能と
した高周波電源を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波電源は、
設定に応じて出力電力を制御する高周波電源において、
前記設定に応じて発振出力レベルが可変可能な発振部
と、供給される直流電圧等に対して前記発振部出力を増
幅する増幅部とを含み、前記設定された電力に前記増幅
部の出力電力が一致するように前記発振部の発振出力を
制御する第１の制御系に加えて、前記設定に応じて前記
増幅部が高効率で動作するように前記直流電圧等を可変
制御する第２の制御系を設けたものである。
設定に応じて出力電力を制御する高周波電源において、
前記設定に応じて発振出力レベルが可変可能な発振部
と、供給される直流電圧等に対して前記発振部出力を増
幅する増幅部とを含み、前記設定された電力に前記増幅
部の出力電力が一致するように前記発振部の発振出力を
制御する第１の制御系に加えて、前記設定に応じて前記
増幅部が高効率で動作するように前記直流電圧等を可変
制御する第２の制御系を設けたものである。
【００１４】前記直流電圧等には電圧のみならず電流や
電力も含む。
電力も含む。
【００１５】本発明の高周波電源によると、出力電力を
定格出力以下の領域に設定して使用する場合において、
いずれの領域でも電力が無駄に消費されることを可及的
に小さく抑制してその効率を向上させることができる。
定格出力以下の領域に設定して使用する場合において、
いずれの領域でも電力が無駄に消費されることを可及的
に小さく抑制してその効率を向上させることができる。
【００１６】本発明の高周波電源の場合、電力消費が低
減される結果、発熱量が低減され、放熱板などの電源を
大型化してしまう要素を少なくできる結果、より小型化
が可能な高周波電源ともなる。
減される結果、発熱量が低減され、放熱板などの電源を
大型化してしまう要素を少なくできる結果、より小型化
が可能な高周波電源ともなる。
【００１７】本発明の好ましい実施態様として、前記第
２の制御系が、前記増幅部が最大効率（出力が飽和しな
い範囲で最大の振幅となる動作態様）で動作するよう前
記直流電圧等を可変制御する。こうした場合、直流電圧
等が例えば直流電圧の場合、出力電圧の歪みを実質小さ
くするかあるいは無くすことが可能であるので、この歪
みを無くすための複雑で高価なフィルタ回路等が不要と
なりそのコストの低減を図れる。
２の制御系が、前記増幅部が最大効率（出力が飽和しな
い範囲で最大の振幅となる動作態様）で動作するよう前
記直流電圧等を可変制御する。こうした場合、直流電圧
等が例えば直流電圧の場合、出力電圧の歪みを実質小さ
くするかあるいは無くすことが可能であるので、この歪
みを無くすための複雑で高価なフィルタ回路等が不要と
なりそのコストの低減を図れる。
【００１８】本発明の好ましい実施態様として、前記第
２の制御系が、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で
動作する直流電圧等を演算する演算部と、この演算に応
じた直流電圧等を前記増幅部に供給する直流電源部とを
含む。このような場合、その構成が簡素に済むので、低
コスト化に好ましい。
２の制御系が、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で
動作する直流電圧等を演算する演算部と、この演算に応
じた直流電圧等を前記増幅部に供給する直流電源部とを
含む。このような場合、その構成が簡素に済むので、低
コスト化に好ましい。
【００１９】本発明の好ましい実施態様として、前記第
２の制御系は、さらに、前記演算部より出力する直流電
圧等の演算値に前記直流電源部から前記増幅部に供給す
る直流電圧等の大きさが一致するよう制御する制御ルー
プを有する。この構成によると、負荷変動にかかわらず
直流電圧等を一定に制御することが可能となり、より出
力が安定した高周波電源となり好ましい。
２の制御系は、さらに、前記演算部より出力する直流電
圧等の演算値に前記直流電源部から前記増幅部に供給す
る直流電圧等の大きさが一致するよう制御する制御ルー
プを有する。この構成によると、負荷変動にかかわらず
直流電圧等を一定に制御することが可能となり、より出
力が安定した高周波電源となり好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示さ
れる実施形態に基づいて説明する。
れる実施形態に基づいて説明する。
【００２１】図１ないし図４は本発明の実施形態１に係
り、図１は、実施形態１の高周波電源の回路ブロック
図、図２ないし図４は、図１の高周波電源内の第１の制
御系内の増幅部の特性図である。
り、図１は、実施形態１の高周波電源の回路ブロック
図、図２ないし図４は、図１の高周波電源内の第１の制
御系内の増幅部の特性図である。
【００２２】図１を参照して、実施形態１の高周波電源
は、第１の制御系Ａとして、出力電力を設定し、これを
出力電力の設定値として出力する出力電力設定部１と、
発振出力のレベルを可変とする発振部２と、発振部２出
力を増幅出力する増幅部３（増幅部３からの出力電力
は、高周波電源の高周波出力となる）と、増幅部３の出
力電力を検出し、これを出力電力の検出値として制御部
５に入力帰還する電力検出部４と、出力電力設定部１に
よる出力電力設定値と、電力検出部４による出力電力検
出値とを比較し、両者が一致するよう発振部２の発振出
力のレベルを制御、つまり、高周波電源の高周波出力を
一定に制御する制御部５とを備える。
は、第１の制御系Ａとして、出力電力を設定し、これを
出力電力の設定値として出力する出力電力設定部１と、
発振出力のレベルを可変とする発振部２と、発振部２出
力を増幅出力する増幅部３（増幅部３からの出力電力
は、高周波電源の高周波出力となる）と、増幅部３の出
力電力を検出し、これを出力電力の検出値として制御部
５に入力帰還する電力検出部４と、出力電力設定部１に
よる出力電力設定値と、電力検出部４による出力電力検
出値とを比較し、両者が一致するよう発振部２の発振出
力のレベルを制御、つまり、高周波電源の高周波出力を
一定に制御する制御部５とを備える。
【００２３】実施形態１の高周波電源は、第１の制御系
Ａに加えて、次に述べる第２の制御系Ｂを設けたことに
特徴を有している。
Ａに加えて、次に述べる第２の制御系Ｂを設けたことに
特徴を有している。
【００２４】すなわち、実施形態１では、高周波電源の
出力を設定するものでその出力電力設定値を出力する出
力電力設定部１（第１の制御系Ａと共用）と、その設定
値に対応して後述のように演算しその演算値あるいはそ
の演算値より若干高めの値を直流電源電圧Ｖｄｃの演算
値として出力する演算部７と、この直流電源電圧Ｖｄｃ
を増幅部３に供給出力する直流電源部６ａとを含む第２
の制御系Ｂを設けている。
出力を設定するものでその出力電力設定値を出力する出
力電力設定部１（第１の制御系Ａと共用）と、その設定
値に対応して後述のように演算しその演算値あるいはそ
の演算値より若干高めの値を直流電源電圧Ｖｄｃの演算
値として出力する演算部７と、この直流電源電圧Ｖｄｃ
を増幅部３に供給出力する直流電源部６ａとを含む第２
の制御系Ｂを設けている。
【００２５】第２の制御系Ｂにおいて演算部７について
説明する。
説明する。
【００２６】演算部７は、増幅部３が出力電力設定値の
大きさの出力電力となるよう発振部２出力を増幅し、か
つ、その効率が最大となるように、増幅部３に供給する
最低の直流電源電圧Ｖｄｃを演算するようになってい
る。
大きさの出力電力となるよう発振部２出力を増幅し、か
つ、その効率が最大となるように、増幅部３に供給する
最低の直流電源電圧Ｖｄｃを演算するようになってい
る。
【００２７】この場合、演算部７は、その演算値をその
まま直流電源部６ａに入力してもよいが、負荷の状況等
により余裕を見込んでその演算値より若干高めの値、例
えば演算値の１．２倍の値、を直流電源電圧Ｖｄｃの演
算値として直流電源部６ａに入力するようにしてもよ
い。
まま直流電源部６ａに入力してもよいが、負荷の状況等
により余裕を見込んでその演算値より若干高めの値、例
えば演算値の１．２倍の値、を直流電源電圧Ｖｄｃの演
算値として直流電源部６ａに入力するようにしてもよ
い。
【００２８】図２は、演算部７における演算に用いるグ
ラフである。図２は、横軸が設定電力（％）であり、縦
軸が直流電源電圧Ｖｄｃ（％）であって、増幅部３が、
設定電力で最大効率となるように増幅動作するための直
流電源電圧Ｖｄｃの関係を示している。つまり、その直
流電源電圧Ｖｄｃで増幅部３の出力電圧が、飽和せずか
つ最大の振幅となる関係を示している。
ラフである。図２は、横軸が設定電力（％）であり、縦
軸が直流電源電圧Ｖｄｃ（％）であって、増幅部３が、
設定電力で最大効率となるように増幅動作するための直
流電源電圧Ｖｄｃの関係を示している。つまり、その直
流電源電圧Ｖｄｃで増幅部３の出力電圧が、飽和せずか
つ最大の振幅となる関係を示している。
【００２９】演算部７は、図２のグラフ特性を記憶して
いて、出力電力設定部１による出力電力設定値に対応す
る直流電源電圧Ｖｄｃを得る。あるいはまた、演算部７
は、図２のグラフで示される特性関数を記憶しており、
出力電力設定部１による出力電力設定値をこの特性関数
に代入して直流電源電圧Ｖｄｃを得る。いずれにして
も、演算部７は、出力電力設定部１の出力電力設定値を
入力すると、その設定値に応じた直流電源電圧Ｖｄｃあ
るいは、この値より若干高めの値を直流電源部６ａに入
力するようになっている。
いて、出力電力設定部１による出力電力設定値に対応す
る直流電源電圧Ｖｄｃを得る。あるいはまた、演算部７
は、図２のグラフで示される特性関数を記憶しており、
出力電力設定部１による出力電力設定値をこの特性関数
に代入して直流電源電圧Ｖｄｃを得る。いずれにして
も、演算部７は、出力電力設定部１の出力電力設定値を
入力すると、その設定値に応じた直流電源電圧Ｖｄｃあ
るいは、この値より若干高めの値を直流電源部６ａに入
力するようになっている。
【００３０】上述したことから、演算部７は、演算を行
っているとも言えるが、この演算の意義に限定されるも
のではなく、要するに、出力電力設定部１よりの出力電
力設定値を増幅部３の最大出力とするために、増幅部３
に供給する直流電源電圧Ｖｄｃを得るものであれば、そ
のすべてが含まれる。
っているとも言えるが、この演算の意義に限定されるも
のではなく、要するに、出力電力設定部１よりの出力電
力設定値を増幅部３の最大出力とするために、増幅部３
に供給する直流電源電圧Ｖｄｃを得るものであれば、そ
のすべてが含まれる。
【００３１】図３を参照して、出力電力設定部１による
出力電力の設定値が「中」のときは、その設定値で出力
が飽和しない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧
Ｖｄｃを演算する。その結果、演算部７からは図３
（ａ）で示される直流電源電圧Ｖｄｃが演算され、直流
電源部６ａは、この演算に係る直流電源電圧Ｖｄｃを増
幅部３に供給する。この直流電源電圧Ｖｄｃを供給され
た増幅部３は、図３（ａ）で示すように飽和しない範囲
で振幅が最大の出力電圧つまり最大の効率で動作できる
こととなる。
出力電力の設定値が「中」のときは、その設定値で出力
が飽和しない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧
Ｖｄｃを演算する。その結果、演算部７からは図３
（ａ）で示される直流電源電圧Ｖｄｃが演算され、直流
電源部６ａは、この演算に係る直流電源電圧Ｖｄｃを増
幅部３に供給する。この直流電源電圧Ｖｄｃを供給され
た増幅部３は、図３（ａ）で示すように飽和しない範囲
で振幅が最大の出力電圧つまり最大の効率で動作できる
こととなる。
【００３２】また、出力電力設定部１による出力電力の
設定値が「大」のときは、その設定値で出力が飽和しな
い範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Ｖｄｃを演
算する。その結果、演算部７からは図３（ｂ）で示すよ
うな「大」レベルの直流電源電圧Ｖｄｃが演算され、直
流電源部６ａは、その演算に係る直流電源電圧Ｖｄｃを
増幅部３に供給する。この直流電源電圧Ｖｄｃを供給さ
れた増幅部３は、図３（ｂ）で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
設定値が「大」のときは、その設定値で出力が飽和しな
い範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Ｖｄｃを演
算する。その結果、演算部７からは図３（ｂ）で示すよ
うな「大」レベルの直流電源電圧Ｖｄｃが演算され、直
流電源部６ａは、その演算に係る直流電源電圧Ｖｄｃを
増幅部３に供給する。この直流電源電圧Ｖｄｃを供給さ
れた増幅部３は、図３（ｂ）で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
【００３３】さらに、出力電力設定部１による出力電力
の設定値が「小」のときは、その設定値で出力が飽和し
ない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Ｖｄｃを
演算する。その結果、演算部７からは図３（ｃ）で示す
ような「小」レベルの直流電源電圧Ｖｄｃが演算され、
直流電源部６ａはその演算に係る直流電源電圧Ｖｄｃを
増幅部３に供給する。この直流電源電圧Ｖｄｃを供給さ
れた増幅部３は、図３（ｃ）で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
の設定値が「小」のときは、その設定値で出力が飽和し
ない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Ｖｄｃを
演算する。その結果、演算部７からは図３（ｃ）で示す
ような「小」レベルの直流電源電圧Ｖｄｃが演算され、
直流電源部６ａはその演算に係る直流電源電圧Ｖｄｃを
増幅部３に供給する。この直流電源電圧Ｖｄｃを供給さ
れた増幅部３は、図３（ｃ）で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
【００３４】なお、図３の折り返し波形およびハッチン
グは図１１で説明したのと同様であるから、その説明は
省略する。
グは図１１で説明したのと同様であるから、その説明は
省略する。
【００３５】また、図４を参照して従来の高周波電源と
本実施形態の高周波電源とを比較する。
本実施形態の高周波電源とを比較する。
【００３６】図４において破線は従来の定格出力２５０
Ｗの高周波電源の特性を、また、実線は本実施形態の定
格出力２５０Ｗの高周波電源の特性をそれぞれ示してい
る。図４（ａ）で示すように本実施形態は従来と比較し
て電力損失が大幅に低減されている。また、図４（ｂ）
で示すように本実施形態は従来と比較して効率が出力電
力の広い範囲にわたって一定のほぼ８０％となり、電力
の無駄な消費が抑制されている。
Ｗの高周波電源の特性を、また、実線は本実施形態の定
格出力２５０Ｗの高周波電源の特性をそれぞれ示してい
る。図４（ａ）で示すように本実施形態は従来と比較し
て電力損失が大幅に低減されている。また、図４（ｂ）
で示すように本実施形態は従来と比較して効率が出力電
力の広い範囲にわたって一定のほぼ８０％となり、電力
の無駄な消費が抑制されている。
【００３７】図５は、本発明の実施形態２に係る高周波
電源の回路ブロック図である。実施形態２の場合、第２
の制御系Ｂに、演算部７より出力する直流電源電圧Ｖｄ
ｃの演算値に直流電源部６ａから増幅部３に供給する直
流電源電圧Ｖｄｃの大きさが一致するように制御する制
御ループを構成するために、誤差増幅部８と直流電圧検
出部９とが追加されている。誤差増幅部８は、演算部７
による直流電源電圧Ｖｄｃの演算値と直流電圧検出部９
による直流電源電圧Ｖｄｃの検出値との誤差分を増幅し
て、直流電源部６ａに出力する。直流電圧検出部９は、
直流電源部６ａから出力される直流電源電圧Ｖｄｃの大
きさを検出し、その検出値を誤差増幅部８に入力する。
電源の回路ブロック図である。実施形態２の場合、第２
の制御系Ｂに、演算部７より出力する直流電源電圧Ｖｄ
ｃの演算値に直流電源部６ａから増幅部３に供給する直
流電源電圧Ｖｄｃの大きさが一致するように制御する制
御ループを構成するために、誤差増幅部８と直流電圧検
出部９とが追加されている。誤差増幅部８は、演算部７
による直流電源電圧Ｖｄｃの演算値と直流電圧検出部９
による直流電源電圧Ｖｄｃの検出値との誤差分を増幅し
て、直流電源部６ａに出力する。直流電圧検出部９は、
直流電源部６ａから出力される直流電源電圧Ｖｄｃの大
きさを検出し、その検出値を誤差増幅部８に入力する。
【００３８】これによって、実施形態２の場合、直流電
源電圧Ｖｄｃを一定に制御して増幅部３に供給すること
が可能となり、負荷の変動によって増幅部３に供給され
る直流電源電圧Ｖｄｃが変動することが抑制され、これ
によって、増幅部３における効率の安定性、出力波形の
安定性を共に保持することが可能となり好ましい。
源電圧Ｖｄｃを一定に制御して増幅部３に供給すること
が可能となり、負荷の変動によって増幅部３に供給され
る直流電源電圧Ｖｄｃが変動することが抑制され、これ
によって、増幅部３における効率の安定性、出力波形の
安定性を共に保持することが可能となり好ましい。
【００３９】上述した各実施形態の高周波電源の増幅部
３の形態例は、図６ないし図９で示されている。図６
は、Ｂ級プッシュプル方式の増幅部であり、図７は、ハ
ーフブリッジ方式の増幅部であり、図８は、フルブリッ
ジ方式の増幅部であり、図９（ａ）は、トランジスタ１
石よりなるＢ級増幅部であり、図９（ｂ）は、トランジ
スタ１石よりなるＡ級増幅部である。これら図６ないし
図９それぞれで示される増幅部３の動作は周知であるか
ら、その詳しい説明は省略するが、図６の増幅部３にお
ける電力損失および効率について以下説明する。
３の形態例は、図６ないし図９で示されている。図６
は、Ｂ級プッシュプル方式の増幅部であり、図７は、ハ
ーフブリッジ方式の増幅部であり、図８は、フルブリッ
ジ方式の増幅部であり、図９（ａ）は、トランジスタ１
石よりなるＢ級増幅部であり、図９（ｂ）は、トランジ
スタ１石よりなるＡ級増幅部である。これら図６ないし
図９それぞれで示される増幅部３の動作は周知であるか
ら、その詳しい説明は省略するが、図６の増幅部３にお
ける電力損失および効率について以下説明する。
【００４０】図６において、Ｔ１は、入力トランス、Ｔ
ｒ１，Ｔｒ２は、増幅用のトランジスタ、Ｔ２は、出力
トランスである。
ｒ１，Ｔｒ２は、増幅用のトランジスタ、Ｔ２は、出力
トランスである。
【００４１】トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２において、そ
のコレクタエミッタ間の飽和電圧を０Ｖ、コレクタ電流
をＩｃ１，Ｉｃ２、このコレクタ電流およびコレクタエ
ミッタ間電圧の最大値に対する励振率をｋ（０≦ｋ≦
１）とする。また、出力トランスＴ２の１次側巻線の中
間タップから一端側までの巻数をＮ1、他端側までの巻
数をＮ2、２次側巻線の巻数をＮ3とし、その巻数比を次
式（１）とする。
のコレクタエミッタ間の飽和電圧を０Ｖ、コレクタ電流
をＩｃ１，Ｉｃ２、このコレクタ電流およびコレクタエ
ミッタ間電圧の最大値に対する励振率をｋ（０≦ｋ≦
１）とする。また、出力トランスＴ２の１次側巻線の中
間タップから一端側までの巻数をＮ1、他端側までの巻
数をＮ2、２次側巻線の巻数をＮ3とし、その巻数比を次
式（１）とする。
【００４２】Ｎ1：Ｎ2：Ｎ3＝ｎ：ｎ：１ … （１） コレクタ電流Ｉｃ１，Ｉｃ２の最大値Ｉｃｍａｘは、負
荷抵抗の値をＲとすると、次式（２）が得られる。
荷抵抗の値をＲとすると、次式（２）が得られる。
【００４３】Ｉｃｍａｘ＝Ｖｄｃ／ｎ2Ｒ … （２） 増幅部３の出力電力Ｐｏｕｔは、次式（３）で得られ
る。
る。
【００４４】 Ｐｏｕｔ＝（ｋ2・Ｖｄｃ2）／（２ｎ2・Ｒ） … （３） 一方、増幅部３に供給する電力Ｐｄｃは、次式（４）で
得られる。
得られる。
【００４５】 Ｐｄｃ＝（２・ｋ・Ｖｄｃ2）／（π・ｎ2・Ｒ） … （４） 増幅部３の効率をηとすると、η＝Ｐｏｕｔ／Ｐｄｃで
表されるから、前記式（３）および（４）により次式
（５）が得られる。
表されるから、前記式（３）および（４）により次式
（５）が得られる。
【００４６】 したがって、η＝Ｐｏｕｔ／Ｐｄｃ＝ｋ・π／４ … （５） 本発明は、高効率で動作する高周波電源を提供する。し
たがって、その最大効率ηｍａｘは、ｋ＝１のとき ηｍａｘ＝π／４＝７８．５（％） … （６） となる。
たがって、その最大効率ηｍａｘは、ｋ＝１のとき ηｍａｘ＝π／４＝７８．５（％） … （６） となる。
【００４７】また、増幅部３の電力損失Ｐｌｏｓｓは、
≒Ｐｄｃ−Ｐｏｕｔで表され、前記式（５）より、次式
（７）が得られる。
≒Ｐｄｃ−Ｐｏｕｔで表され、前記式（５）より、次式
（７）が得られる。
【００４８】 Ｐｌｏｓｓ≒Ｐｄｃ−Ｐｏｕｔ ＝｛４／（ｋ・π）−１｝・Ｐｏｕｔ … （７） 本発明では、式（７）においてｋ＝１として、 Ｐｌｏｓｓ＝（４／π−１）Ｐｏｕｔ≒０．２７３Ｐｏｕｔ …（８） したがって、式（６）および（８）から明らかであるよ
うに、この増幅部３の場合、電力損失は、出力電力に比
例し、効率ηは、広範囲の出力電力において、最大効率
となっている。
うに、この増幅部３の場合、電力損失は、出力電力に比
例し、効率ηは、広範囲の出力電力において、最大効率
となっている。
【００４９】なお、上述の実施形態では、直流電源部６
ａは電圧を出力する形態であったが、これに限定される
ものではなく電流を出力する形態でも構わない。
ａは電圧を出力する形態であったが、これに限定される
ものではなく電流を出力する形態でも構わない。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、設定に応じて発振出力
レベルが可変可能な発振部と、供給される直流電圧等に
対して前記発振部出力を増幅する増幅部とを含み、前記
設定された電力に前記増幅部の出力電力が一致するよう
に前記発振部の発振出力を制御する第１の制御系に加え
て、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で動作するよ
うに前記直流電圧等を可変制御する第２の制御系を設け
たから、出力電力を定格出力以下の領域に設定して使用
する場合において、いずれの領域でも電力が無駄に消費
されることを可及的に小さく抑制してその効率を向上さ
せられる。
レベルが可変可能な発振部と、供給される直流電圧等に
対して前記発振部出力を増幅する増幅部とを含み、前記
設定された電力に前記増幅部の出力電力が一致するよう
に前記発振部の発振出力を制御する第１の制御系に加え
て、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で動作するよ
うに前記直流電圧等を可変制御する第２の制御系を設け
たから、出力電力を定格出力以下の領域に設定して使用
する場合において、いずれの領域でも電力が無駄に消費
されることを可及的に小さく抑制してその効率を向上さ
せられる。
【００５１】また、本発明によれば、前記第２の制御系
が、増幅部がその出力が飽和しない範囲で最大効率で動
作するよう前記直流電圧等を可変制御するから、出力電
圧の歪みを実質小さくするかあるいは無くことが可能と
なり、これによって、この歪みを無くすための複雑で高
価なフィルタ回路等が不要となりそのコストの低減を図
れる。
が、増幅部がその出力が飽和しない範囲で最大効率で動
作するよう前記直流電圧等を可変制御するから、出力電
圧の歪みを実質小さくするかあるいは無くことが可能と
なり、これによって、この歪みを無くすための複雑で高
価なフィルタ回路等が不要となりそのコストの低減を図
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る高周波電源の回路ブ
ロック図
ロック図
【図２】図１の演算部の演算の説明に供する図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）各出力電力設定における直
流電源電圧Ｖｄｃと増幅部の出力電圧の波形図
流電源電圧Ｖｄｃと増幅部の出力電圧の波形図
【図４】（ａ）増幅部における従来と実施形態１との電
力損失の比較特性図、（ｂ）増幅部における従来と実施
形態１との効率の比較特性図
力損失の比較特性図、（ｂ）増幅部における従来と実施
形態１との効率の比較特性図
【図５】本発明の実施形態２に係る高周波電源の回路ブ
ロック図
ロック図
【図６】増幅部の具体例を示す図
【図７】増幅部の他の具体例を示す図
【図８】増幅部のさらに他の具体例を示す図
【図９】増幅部のさらに他の具体例を示す図
【図１０】従来の高周波電源の回路ブロック図
【図１１】（ａ）（ｂ）（ｃ）各出力電力設定における
直流電源電圧Ｖｄｃと増幅部の出力電圧の波形図
直流電源電圧Ｖｄｃと増幅部の出力電圧の波形図
Ａ 第１の制御系 Ｂ 第２の制御系 １ 出力電力設定部 ２ 発振部 ３ 増幅部 ４ 出力電力検出部 ５ 制御部 ６ａ 直流電源部 ７ 演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 CB04 CB05 CB06 CB07 CB12 CC03 CC12 CC32 DA03 DA06 DB01 DB05 DC03 5H420 BB14 CC02 DD03 EA10 EA27 EA39 EA42 EA45 EB15 EB39 FF05 FF25 5J092 AA01 AA18 AA41 AA64 CA36 CA87 CA92 FA01 HA02 HA08 HA25 HA29 HA35 HA37 KA32 MA09 TA01 TA02 TA06
Claims (4)
- 【請求項１】設定に応じて出力電力を制御する高周波電
源において、 前記設定に応じて発振出力レベルが可変可能な発振部
と、供給される直流電圧等に対して前記発振部出力を増
幅する増幅部とを含み、前記設定された電力に前記増幅
部の出力電力が一致するように前記発振部の発振出力を
制御する第１の制御系に加えて、 前記設定に応じて前記増幅部が高効率で動作するように
前記直流電圧等を可変制御する第２の制御系を設けた、 ことを特徴とする高周波電源。 - 【請求項２】請求項１の高周波電源において、 前記第２の制御系が、前記増幅部が最大効率（出力が飽
和しない範囲で最大の振幅となる動作態様）で動作する
よう前記直流電圧等を可変制御する、ことを特徴とする
高周波電源。 - 【請求項３】請求項１または２の高周波電源において、 前記第２の制御系が、前記設定に応じて前記増幅部が高
効率で動作する直流電圧等を演算する演算部と、この演
算に応じた直流電圧等を前記増幅部に供給する直流電源
部とを含む、ことを特徴とする高周波電源。 - 【請求項４】請求項３の高周波電源において、 前記第２の制御系は、さらに、前記演算部より出力する
直流電圧等の演算値に前記直流電源部から前記増幅部に
供給する直流電圧等の大きさが一致するように制御する
制御ループを有する、ことを特徴とする高周波電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000004528A JP2001197749A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | 高周波電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000004528A JP2001197749A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | 高周波電源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001197749A true JP2001197749A (ja) | 2001-07-19 |
Family
ID=18533308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000004528A Pending JP2001197749A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | 高周波電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001197749A (ja) |
Cited By (12)
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| KR101491929B1 (ko) | 2013-09-04 | 2015-02-11 | 고려대학교 산학협력단 | Rf 정류회로 |
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- 2000-01-13 JP JP2000004528A patent/JP2001197749A/ja active Pending
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