JP2004320418A - 高周波電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器を破損することなく、従来より大きい高周波出力を負荷に供給することができる高周波電源装置を提供する。
【解決手段】増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度を演算するジャンクション温度演算部１８と、演算されたジャンクション温度演算値が予め設定されたジャンクション温度設定値を超えたときにジャンクション温度演算値がジャンクション温度設定値に等しくなるまで直流電源部１３から増幅部１２に供給する直流電源電圧を低下させる制御を行い、ジャンクション温度演算値がジャンクション温度設定値以下のときには直流電源部１３から増幅部１２に供給する直流電源電圧を適値に保つ制御を行う第１の制御部１９と、増幅部から負荷に供給される高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように増幅部１２の出力を制御する第２の制御部とを設けた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置に関し、特に、プラズマ発生装置やレーザ発振装置などの電源として用いるのに好適な高周波電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセス用プラズマ発生装置やレーザ加工プロセス用レーザ発振装置等の電源として用いる高周波電源装置は、基本的には、図１３に示したように、所定の周波数の高周波信号を出力する発振部１と、この発振部の出力を増幅する増幅部２と、増幅部２に直流電源電圧Ｖｄｃを供給する直流電源部３と、増幅部２が出力する高周波出力を検出する高周波出力検出部４と、高周波出力検出部４により検出される高周波出力を高周波出力設定値に保つように制御する制御部５とにより構成され、増幅部２の出力が負荷６に供給される。
【０００３】
発振部１は、所定の周波数の高周波信号を発生する発振器と、必要に応じて該発振器の出力を増幅する増幅器とにより構成され、増幅部２は、電力増幅器２ａにより構成される。
【０００４】
制御部５は、高周波出力設定値と高周波出力検出部４により検出された高周波出力とを入力として、増幅部２から負荷６に与えられる高周波出力が、高周波出力設定値に等しくなるように直流電源部３の出力電圧を制御したり、発振部１の出力を制御したり、増幅部２のゲインを制御したりする。
【０００５】
高周波電源装置からプラズマ発生装置やレーザ発振装置などに電力を供給する場合、高周波電源装置の出力インピーダンスと負荷インピーダンス（電源装置の出力端から負荷側を見たインピーダンス）との整合がとれているときには、電源装置から出力された進行波電力がすべて負荷に吸収されるが、電源装置の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合がとれていないときには、負荷で反射が生じ、負荷側から電源装置側に反射波電力が流れる。
【０００６】
一般に高周波電源装置の負荷インピーダンスは一定ではなく、変動するのが普通であるため、反射波電力が生じるのを避けられない。反射波電力が生じた場合には、進行波電力から反射波電力を差引いたものが有効電力となる。
【０００７】
通常、制御部５は、進行波電力または有効電力のいずれかを設定値に保つように制御する。即ち、進行波電力または有効電力のいずれかに対して設定値を定めて、出力に含まれる進行波電力または有効電力を当該設定値に保つように制御する。本明細書において、高周波出力設定値に保つように制御する高周波出力は、進行波電力でもよく、有効電力でもよい。
【０００８】
図１３に示すような基本構成を有する従来の高周波電源装置は、例えば特許文献１ないし４に示されている。
【０００９】
上記のように、高周波電源装置の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合がとれていない場合には、負荷で反射が生じ、負荷側から電源装置側に流れる反射波電力が生じる。反射波電力が増大すると増幅器が破損するため、プラズマ発生装置等の電源として用いる高周波電源装置においては、特許文献１や特許文献２に示されているように、反射波電力に対して増幅器を破損するおそれがない大きさの保護設定値を定めて、負荷から電源装置側への反射波電力が保護設定値を超えないように、電源装置から負荷に供給する高周波出力（進行波電力または有効電力）を制限する制御を行わせて、増幅器を反射波電力から保護するようにしていた。
【００１０】
上記のような電源装置においては、反射波電力が保護設定値以下であれば電源装置から高周波出力設定値に等しい高周波出力（進行波電力または有効電力）を得ることができるが、反射波電力が保護設定値を超えたときには、電源装置から得ることができる高周波出力が高周波出力設定値よりも小さい値に制限される。
このような制御を行う従来の高周波電源装置においては、以下に示すような問題があった。
【００１１】
ａ．電源装置の出力端子間に接続される負荷のインピーダンスが変化する場合、反射係数の大きさが同じであっても、反射係数の位相角が変化すると、最大高周波出力（電源装置から出力することができる進行波電力または有効電力の最大値）が変化する。そのため、反射係数の大きさが同じであっても、負荷インピーダンスの変化により反射係数の位相角が変化すると最大高周波出力が変化し、反射係数の位相角が特定の値を示す負荷インピーダンスに対して最大高周波出力が著しく小さくなる。
【００１２】
ｂ．反射係数の位相角が特定の値を示す負荷に対して電源装置の最大高周波出力を大きくしようとすると、増幅器で生じる損失が大きくなって、増幅器に設けられている半導体増幅素子のジャンクション温度が許容値を超え、該半導体増幅素子が破損するおそれがある。
【００１３】
上記のような従来の高周波電源装置が有する問題点を、具体例を用いて更に詳細に説明する。
【００１４】
図１４は、図１３に示した電源装置で用いる電力増幅器２ａの回路構成例を示したものである。図１４に示した増幅器は、周知のプッシュプル式増幅器で、一次コイルＷ１１と中間タップ付きの二次コイルＷ１２とを備えた入力トランスＴａと、ソースが共通接続されて接地された１対のｎチャンネル型電界効果トランジスタＦＥＴａ及びＦＥＴｂと、ＦＥＴａのゲートとトランスＴａの二次コイルＷ１２の一端との間、及びＦＥＴｂのゲートと二次コイルＷ１２の他端との間にそれぞれ接続された抵抗Ｒａ及びＲｂと、二次コイルＷ１２の中間タップに抵抗Ｒｃを通して正極端子が接続され、負極端子が接地されたバイアス電源Ｂａと、トランスＴａの二次コイルＷ１２の一端と接地間及び他端と接地間にそれぞれ接続された抵抗Ｒｄ及びＲｅと、ＦＥＴａのドレインとＦＥＴｂのドレインとの間に接続された中間タップ付きのコイルＬａと、コイルＬａの中間タップと接地間に、負極端子を接地側に向けて接続されて電源電圧Ｖｄｃを出力する直流電源Ｂｂと、コイルＬａの両端に一次コイルＷ２１が接続された出力トランスＴｂとを備えており、出力トランスＴｂの二次コイルＷ２２の両端に負荷６が接続されている。ＦＥＴａ及びＦＥＴｂは、ヒートシンクに取り付けられている。
【００１５】
ここで、発振器から入力される入力電圧Ｖｉｎの周波数及び電源装置の出力周波数を１０ＭＨｚ、直流電源電圧Ｖｄｃを２００［Ｖ］、整合時の負荷インピーダンスを５０Ω（純抵抗）とする。またバイアス電源ＢａからＦＥＴａ及びＦＥＴｂのゲートにバイアス電圧Ｖｂを与えてＢ級動作を行わせるものとする。
【００１６】
図１６（Ａ）ないし（Ｅ）はそれぞれ、図１４に示した増幅器を動作させたときの各ＦＥＴのドレインソース間電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅器の出力電圧Ｖｏｕｔ 、出力電流Ｉｏｕｔ 及びＦＥＴの損失Ｖｄｓ×Ｉｄ のシミュレーション波形を時間ｔに対して示したものである。このときの負荷は５０Ω（純抵抗）で、増幅器の出力インピーダンスと整合している。また、負荷に供給される高周波出力（進行波電力）は約１２００Ｗであり、各ＦＥＴで生じる損失（平均値）は２００Ｗである。
【００１７】
図１６は、負荷インピーダンスが電源装置の出力インピーダンスに整合している場合であるが、負荷インピーダンスが整合していない場合には、電源装置（増幅器）から出力させることができる最大高周波出力（進行波電力）が負荷インピーダンスによって大きく変る。
【００１８】
表１は、反射係数の大きさが０．７１４（定在波比ＳＷＲ＝６：１）で、反射係数の位相角が０度，−４５度，−９０度，−１３５度，−１８０度，−２２５度，−２７０度及び−３１５度となる８種類の負荷を図１４に示した増幅器に接続したときに、各負荷に対して増幅器から出力することができる進行波電力の最大値、負荷からの反射波電力、各ＦＥＴの損失、ＦＥＴとの接触面のヒートシンク温度及びＦＥＴのジャンクション温度を示している。
【００１９】
なおこの場合、増幅器に供給する直流電源電圧Ｖｄｃは２００［Ｖ］、ＦＥＴの損失の許容値は３００Ｗ、ＦＥＴのジャンクション温度の定格値は１５０℃、ＦＥＴの熱抵抗は０．２℃／Ｗ、ＦＥＴを冷却するヒートシンクの周囲温度は４５℃、ヒートシンクの熱抵抗は０．１５℃／Ｗである。
【００２０】
【表１】

表１に示した例において、位相角が０度の負荷及び−４５度の負荷を接続したときには、ＦＥＴのジャンクション温度Ｔｊが定格値１５０℃に等しくなるまで入力信号Ｖｉｎを増大させると、増幅器がＢ級動作から外れることが明らかになった。表１において、位相角が０度及び−４５度の負荷をそれぞれ接続したときのジャンクション温度１１８．５℃及び１２５．５℃は、Ｂ級動作領域における最高ジャンクション温度を示しており、位相角が０度及び−４５度の負荷をそれぞれ接続したときの進行波電力の最大値、反射波電力、ＦＥＴの損失、ＦＥＴａとの接触面のヒートシンク温度は、ＦＥＴのジャンクション温度が最高温度１１８．５℃及び１２５．５℃に達したときの値を示している。他の６つの負荷については、ジャンクション温度Ｔｊが定格値１５０℃のときの値を示している。なお表１に示したジャンクション温度は、ヒートシンクを空冷するものとして、計算により求めた値である。
【００２１】
表１から、反射係数の大きさが同じ負荷であっても、負荷インピーダンスの位相角により増幅器から負荷に供給し得る最大高周波出力（最大進行波電力）が大きく異なることが分かる。負荷が８．３Ωのときに増幅器が出力し得る最大高周波出力は、負荷が４９＋ｊ１０１Ωのときの１／５以下となる。
【００２２】
次に、図１７（Ａ）ないし（Ｅ）はそれぞれ、インピーダンスが９．７−ｊ２０Ωの負荷が接続されたときのＦＥＴのドレイン電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅器の出力電圧Ｖｏｕｔ 、出力電流Ｉｏｕｔ 、及びＦＥＴａの損失Ｖｄｓ×Ｉｄ を示している。このときのＦＥＴの損失（平均値）は約３００［Ｗ］、ジャンクション温度Ｔｊは１５０℃である。
【００２３】
この場合、電源装置の高周波出力を更に大きくするために、入力信号Ｖｉｎを大きくすると、ＦＥＴの損失は更に大きくなる。
【００２４】
図１８は、入力信号Ｖｉｎを大きくして各ＦＥＴの損失（平均値）を約５００［Ｗ］としたときの各部の電圧、電流波形を示している。このときのＦＥＴのジャンクション温度は約２２０℃、増幅器が出力する進行波電力は約２６０［Ｗ］である。このように、入力信号Ｖｉｎを大きくすると、増幅器が出力し得る進行波電力が大きくなるが、ＦＥＴで生じる損失も大きくなり、ＦＥＴのジャンクション温度が許容温度を超えて破損する可能性がある。
【００２５】
上記の説明では、一組の増幅器により増幅部を構成するとしたが、図１５に示すように、増幅部を複数の増幅器により構成する場合もある。この例では、図示しない直流電源部の出力電圧Ｖｄｃを電源電圧として動作する複数の増幅器２ａ１〜２ａ４と、図示しない発振部から与えられる高周波信号Ｖｉｎを増幅器２ａ１〜２ａ４に分配して入力するパワー分配器２ｂと、増幅器２ａ１〜２ａ４の出力を合成して負荷６に与えるパワー合成器２ｃとにより増幅部２が構成されている。
【００２６】
このように、増幅部が複数の増幅器により構成される場合も、上記と同様のことが言え、高周波電源に接続する負荷の反射係数が同じであっても、反射係数の位相角が異なると、負荷インピーダンスの値によって高周波電源装置から負荷に供給される最大高周波出力（最大進行波電力）の大きさが大きく異なる。
【００２７】
上記のような高周波電源装置において、反射波電力に対して保護設定値を設定して、反射波電力が保護設定値を超えないように増幅部の出力を制御するようにした場合には、反射波電力の保護設定値は、一番厳しい負荷の時の値に制限される。表１に示した例では、負荷インピーダンスが８．３Ωのときの反射波電力２３［Ｗ］を保護設定値とする必要がある。その場合、ＦＥＴのジャンクション温度が１５０℃のときに反射波電力が２３［Ｗ］であるため、反射波電力の保護設定値は２３［Ｗ］未満にする必要がある。この場合、保護設定値を固定値とすると、他の負荷に対しても反射波電力の保護設定値は２３［Ｗ］未満になるため、電源装置から出力し得る高周波電力（進行波電力）は大きく（４５［Ｗ］以下に）制限される。
【００２８】
また特許文献３や特許文献４に示されているように、増幅器で発生している損失を求めて、この損失を、増幅器が破損しない範囲の最大値付近の値に定めた損失設定値以下に保つように増幅器の出力を制御するようにした高周波電源装置も知られている。
【００２９】
このような制御が行われる高周波電源装置においては、増幅器で生じる損失が損失設定値を超える負荷インピーダンスが接続されたときに、増幅器で生じる損失を損失設定値まで下げるように増幅器の出力を低下させる保護制御が行われるため、電源装置の出力（進行波電力または有効電力）が制限される。
【００３０】
【特許文献１】
特公平５−７６０４５号公報
【００３１】
【特許文献２】
特開２００１−２４４７５４号公報
【００３２】
【特許文献３】
特開平１１−２３３２９４号公報
【００３３】
【特許文献４】
特開２００１−３５６９９号公報
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の高周波電源装置においては、反射波電力により増幅器で発生する損失が増大して、増幅器が破損するおそれが生じたときに、増幅器の出力を低下させることにより、増幅器の保護を図っていたため、増幅器を保護する制御が行われたときに電源出力（進行波電力または有効電力）が設定値よりもかなり低い値に制限されるという問題があった。
【００３５】
本発明の目的は、増幅器に設けられている半導体増幅素子のジャンクション温度が高くなる負荷が接続されたときに、半導体増幅素子を破損することなく、従来よりも大きい高周波出力（進行波電力または有効電力）を負荷に供給することができるようにした高周波電源装置を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高周波信号を出力する発振部と、発振部の出力を増幅して負荷に高周波出力を供給する増幅部と、増幅部に直流電源電圧を供給する直流電源部とを備えた高周波電源装置を対象とする。
【００３７】
本発明においては、増幅部に設けられている半導体増幅素子のジャンクション温度を演算するジャンクション温度演算部と、ジャンクション温度演算部により演算されたジャンクション温度演算値が予め設定されたジャンクション温度設定値を超えたときにジャンクション温度演算値がジャンクション温度設定値に等しくなるまで直流電源部から増幅部に供給する直流電源電圧を低下させる制御を行い、ジャンクション温度演算値がジャンクション温度設定値以下のときには直流電源部から増幅部に供給する直流電源電圧を適値に設定された直流電圧設定値に保つ制御を行う第１の制御部と、増幅部から負荷に供給される高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように発振部または増幅部の出力を制御する第２の制御部とを設けた。
【００３８】
半導体増幅素子のジャンクション温度は、後述するように、ヒートシンクの周囲温度、ヒートシンクの熱抵抗、ヒートシンクの半導体増幅素子が接触している部分の温度、半導体増幅素子で生じている損失、半導体増幅素子の熱抵抗などから演算することができる。
【００３９】
上記ジャンクション温度設定値は、半導体増幅素子のジャンクション温度の許容最大値以下に設定する。
【００４０】
第２の制御部が制御する高周波出力は、進行波電力でもよく、有効電力（負荷での消費電力）（＝進行波電力−反射波電力）でもよい。
【００４１】
上記の電源装置において、半導体増幅素子のジャンクション温度がジャンクション温度設定値を超えると、第１の制御部が直流電源電圧を低下させるように制御するため、増幅部の出力が低下し、半導体増幅素子で生じる損失も減少していき、そのジャンクション温度が低下していく。このとき第２の制御部は、増幅部から負荷に与えられる高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように発振部または増幅部を制御して、増幅部の出力を増加させるため、増幅部の出力の低下が抑えられる。第２の制御部が増幅器の出力を増加させると、半導体増幅素子で生じる損失が増加しようとするが、第１の制御部がこの損失の増加を抑えて、半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値に保つ。直流電源電圧を低下さて半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値に保つ第１の制御部による制御と、増幅部の出力を増加させる第２の制御部による制御とがバランスしたところで、第１の制御部及び第２の制御部による制御動作が止り、高周波出力が安定する。
【００４２】
このように、本発明においては、半導体増幅素子のジャンクション温度がジャンクション温度設定値を超えたことが検出されたときに、直流電源電圧を低下させて半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値まで低下させる制御を行うと同時に、高周波出力を設定値に向けて上昇させる制御を行うので、増幅部で大きな損失が生じる負荷が接続されたときに、半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値以下に抑えつつ負荷に供給し得る高周波電力（進行波電力または有効電力）を従来よりも大きくすることができる。
【００４３】
また半導体増幅素子のジャンクション温度は常にジャンクション温度設定値（許容最高温度）以下に制限されるため、半導体増幅素子が破損するのを防ぐことができる。
【００４４】
上記のように、本発明においては、増幅部に設けられている半導体増幅素子のジャンクション温度がジャンクション温度設定値を超えたときに増幅部の直流電源電圧を低下させる制御を行うが、増幅部を安定に動作させるため、直流電源電圧の許容変動範囲（増幅部の安定な動作を確保する上で許容される変動範囲）の下限値よりも低い値まで直流電源電圧を低下させるのは好ましくない。
【００４５】
従って本発明の好ましい態様では、ジャンクション温度演算部により演算されたジャンクション温度演算値が予め設定された第１のジャンクション温度設定値以下のときに直流電源部から増幅部に供給される直流電源電圧を適値に設定された直流電圧設定値に保つ制御を行い、ジャンクション温度演算値が第１のジャンクション温度設定値を超えているときにはジャンクション温度演算値を第１のジャンクション温度設定値に等しくするべく、直流電源部の出力電圧を予め定めた下限値を下回らない範囲で低下させる制御を行う第１の制御部と、直流電源電圧が下限値よりも大きいときには高周波出力検出部により検出される増幅部の高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように発振部または増幅部の出力を制御し、直流電源電圧が下限値以下になったときには、ジャンクション温度演算値を第１のジャンクション温度設定値に等しいかまたは第１のジャンクション温度設定値よりも僅かに高い値に設定された第２のジャンクション温度設定値に等しくするように発振部または増幅部の出力を制御する第２の制御部とを設ける。
【００４６】
上記第１のジャンクション温度設定値及び第２のジャンクション温度設定値は、半導体増幅素子のジャンクション温度の許容最大値以下に設定される。
【００４７】
上記直流電圧設定値は、高周波出力の波形を歪ませない範囲で増幅部の効率を最大にする値に設定するのが好ましい。
【００４８】
上記のように、直流電源電圧に対して下限値を設定して、第１の制御部により直流電源電圧が下限値を下回らない範囲で直流電源電圧を低下させる制御を行い、直流電源電圧が下限値以下になったときに、第２の制御部により、ジャンクション温度演算値を第１のジャンクション温度設定値に等しいかまたは第１のジャンクション温度設定値よりも僅かに高い値に設定された第２のジャンクション温度設定値に等しくするように、発振部または増幅部の出力を制御するように構成すると、直流電源電圧を下限値以下に低下させることなく半導体増幅素子のジャンクション温度を許容最大値以下に制限する制御を行わせることができるため、増幅部の安定な動作を保証することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００５０】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係わる高周波電源装置の構成例を示したもので、同図において１１は所定の周波数の高周波信号を発生する発振部、１２は発振部１１の出力を増幅する増幅部、１３は増幅部１２に直流電源電圧を与える直流電源部、１４は増幅部１２の高周波出力を検出する高周波出力検出部であり、増幅部１２の出力が高周波出力検出部１４を通して負荷１６に供給されている。
【００５１】
また１７は直流電源部１３から増幅部１２に与えられる直流電源電圧Ｖｄｃを検出する直流出力検出部、１８は増幅部に設けられている半導体増幅素子（この例ではＦＥＴ）のジャンクション温度を演算するジャンクション温度演算部で、この演算部には、直流出力検出部１７の出力と、高周波出力検出部１４の出力と、半導体増幅素子を冷却するヒートシンクの半導体増幅素子と接触する部分の温度を検出する温度センサ１５の出力とが入力されている。
【００５２】
１９はジャンクション温度演算部１８により演算されるジャンクション温度に応じて直流電源部１３を制御する第１の制御部、２０は増幅部１２から負荷１６に供給される高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように発振部１１または増幅部１２を制御する第２の制御部である。
【００５３】
発振部１１は、発振器と必要に応じて発振器の出力を増幅する増幅器とにより構成され、増幅部１２は電力増幅器により構成される。増幅部１２は、図１３に示した例と同じように単一の増幅器からなっていてもよく、図１５に示したように複数の増幅器からなっていてもよい。増幅器としては、図１４に示した構成を有するものを用いることができる。
【００５４】
なお増幅器の回路構成は図１４に示したものに限られるものではなく、発振部１１の出力を増幅し得る周波数特性を有する電力増幅回路であればいかなるものでもよい。
【００５５】
高周波出力検出部１４は、増幅部１２の出力情報を検出する部分である。出力情報を検出する方法としては、増幅部１２の出力電圧Ｖｏｕｔ ［Ｖ］と出力電流Ｉｏｕｔ ［Ａ］とから進行波電力Ｐｆと、反射波電力Ｐｒ［Ｗ］とを求める方法と、出力電圧Ｖｏｕｔ ［Ｖ］、出力電流Ｉｏｕｔ ［Ａ］及びこれらの位相差θから、負荷１６に与えられる高周波有効出力電力（負荷で消費された電力）ＰＬ ＝Ｖｏｕｔ ×Ｉｏｕｔ ×ｃｏｓθ［Ｗ］を求める方法とがある。
【００５６】
高周波有効出力電力ＰＬ と進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒとの間には、ＰＬ ＝Ｐｆ−Ｐｒ［Ｗ］の関係がある。
【００５７】
直流出力検出部１７は、直流電源部１３の出力電圧Ｖｄｃ［Ｖ］と出力電流Ｉｄ ｃ［Ａ］とを検出し、これらを用いて直流出力検出部１７から増幅部１２に与えられる直流電力Ｐｄｃ＝Ｖｄｃ×Ｉｄｃ［Ｗ］を求める。
【００５８】
ジャンクション温度演算部１８は、温度センサ１５により検出されたヒートシンクの温度（ヒートシンクの半導体増幅素子が接触する部分の温度）Ｔｈ［℃］と、増幅部に設けられている各半導体増幅素子の損失Ｐｌｏｓｓ１［Ｗ］と、半導体増幅素子とヒートシンクとの間の熱抵抗Ｒｊｈ［℃／Ｗ］とから下記の式により半導体増幅素子のジャンクション温度Ｔｊを演算する。
【００５９】
Ｔｊ＝Ｔｈ＋Ｐｌｏｓｓ１×Ｒｊｈ …（１）
ヒートシンクを空冷する場合には、ヒートシンクの周囲温度をＴｈａ、ヒートシンクの熱抵抗をＲｈとすると、下記の式により半導体増幅素子のジャンクション温度を演算することもできる。
【００６０】
Ｔｊ＝Ｔｈａ＋Ｐｌｏｓｓ１×Ｒｈ＋Ｐｌｏｓｓ１×Ｒｊｈ …（２）
またヒートシンクを水冷する場合には、水温をＴｗとすると、下記の式により半導体増幅素子のジャンクション温度を演算することができる。
【００６１】
Ｔｊ＝Ｔｗ＋Ｐｌｏｓｓ１×Ｒｈ＋Ｐｌｏｓｓ１×Ｒｊｈ …（３）
本実施形態では半導体増幅素子としてＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどの他の半導体増幅素子を用いる場合にも、上記の各式により半導体増幅素子のジャンクション温度を演算することができる。
【００６２】
上記のように、半導体増幅素子のジャンクション温度を演算するには、各半導体増幅素子の損失Ｐｌｏｓｓ１を求める必要がある。各半導体増幅素子の損失Ｐｌｏｓｓ１を求める方法には、下記の（ａ）の方法のように、直接Ｐｌｏｓｓ１を求める方法と、下記の（ｂ）または（ｃ）の方法のように、増幅部の損失Ｐｌｏｓｓを求めてから損失Ｐｌｏｓｓ１を求める方法とがある。
【００６３】
（ａ）増幅部に設けられている半導体増幅素子を流れる電流と半導体増幅素子の両端にかかる電圧とを掛け算し、積分して増幅部の電力損失を求める。
【００６４】
（ｂ）直流出力検出部１７により検出された直流電力Ｐｄｃ＝Ｖｄｃ×Ｉｄｃから高周波出力検出部で検出した高周波有効出力電力（負荷で消費された電力）ＰＬ ＝Ｖｏｕｔ ×Ｉｏｕｔ ×ｃｏｓθを引き算して増幅部の電力損失Ｐｌｏｓｓを求め、半導体増幅素子１個当たりの損失Ｐｌｏｓｓ１（平均値）を演算する。ここでθは、ＶｏｕｔとＩｏｕｔとの位相差である。
【００６５】
（ｃ）増幅部に供給する直流電力Ｐｄｃから、高周波電源装置が出力する進行波電力Ｐｆを引き算して求めた答えに電源に戻る反射波電力Ｐｒを加算して電力損失Ｐｌｏｓｓ（＝Ｐｄｃ−Ｐｆ＋Ｐｒ）を求め、半導体増幅素子１個当たりの損失Ｐｌｏｓｓ１（平均値）を演算する。
【００６６】
上記のようにして求めた損失Ｐｌｏｓｓ１を用いて、前記（１）ないし（３）式のいずれかにより各半導体増幅素子のジャンクション温度を演算する。
【００６７】
なお増幅部が複数の半導体増幅素子により構成されていて、半導体増幅素子のジャンクション温度が素子により大きく異なるおそれがある場合には、各半導体増幅素子を流れる電流と各半導体増幅素子に印加されている電圧とを掛け算することにより各半導体素子の電力損失を求めて、各半導体素子の損失から各半導体素子のジャンクション温度を個別に演算し、演算されたジャンクション温度のうちの最大値を、増幅部を構成する半導体増幅素子のジャンクション温度とするのが好ましい。
【００６８】
また増幅部を構成する複数の半導体増幅素子のジャンクション温度が大きく異なる場合に、ジャンクション温度が最も高くなる半導体増幅素子が予め分かっている場合には、その半導体増幅素子を流れる電流とその半導体増幅素子に印加される電圧とからその半導体増幅素子の損失を演算して、この損失から前記（１）式ないし（３）式のいずれかを用いて求めたジャンクション温度を、増幅部１２の半導体増幅素子のジャンクション温度とするようにしてもよい。
【００６９】
第１の制御部１９は、ジャンクション温度演算部１８により演算されたジャンクション温度演算値Ｔｊと、直流出力検出部１７により検出された直流電源電圧Ｖｄｃと、ジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔとを入力として、ジャンクション温度演算部１８により演算されたジャンクション温度演算値Ｔｊが予め設定されたジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔを超えたときにジャンクション温度演算値Ｔｊがジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔに等しくなるまで直流電源部１３から増幅部１２に供給する直流電源電圧Ｖｄｃを低下させる制御を行い、ジャンクション温度演算値Ｔｊがジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔ以下のときには直流電源部１３から増幅部１２に供給する直流電源電圧Ｖｄｃを適値に設定された直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔに保つ制御を行う。
【００７０】
なお直流電源電圧Ｖｄｃに対して設定する直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔは、固定値でも可変値でもよいが、増幅部１２を効率よく動作させるのに適した値に設定される。増幅部１２を効率よく動作させるのに適した直流電源電圧Ｖｄｃは、電源装置の出力Ｐｏｕｔ の設定値（高周波出力設定値）Ｐｆｓｅｔの大きさにより異なるので、高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔの大きさに応じて増幅部１２の効率η（＝Ｐｏｕｔ ／Ｐｄｃ）を最大にするように、設定値Ｐｆｓｅｔに応じて直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔを変化させるようにするのが好ましい。このように、出力設定値に応じて増幅部の直流電源電圧を制御する方法は、特開２００１−１９７７４９号に示されているように既に公知である。
【００７１】
また第２の制御部２０は、高周波出力検出部１４により検出された高周波出力Ｐｆと、高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔとを入力として、増幅部１２から負荷１６に供給される高周波出力を高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔに近づけるように発振部１１または増幅部１２の出力を制御するように構成される。
【００７２】
図１に示した電源装置において、増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度演算値がジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔを超えると、第１の制御部１９が直流電源１３から増幅部１２に与えられる直流電源電圧Ｖｄｃを低下させるように制御するため、増幅部１２の出力が低下し、増幅部１２の半導体増幅素子で生じる損失が減少して、該半導体増幅素子のジャンクション温度が低下していく。このとき第２の制御部２０は、増幅部１２から負荷１６に与える高周波出力（進行波電力または有効電力）を高周波出力設定値（進行波電力の設定値または有効電力の設定値）に近づけるように発振部１１または増幅部１２を制御して、増幅部１２の出力を増加させるため、増幅部１２の出力の低下が抑えられる。第２の制御部が増幅部の出力を増加させると、増幅部で生じる損失が増加して半導体増幅素子のジャンクション温度が上昇しようとするが、第１の制御部がこの損失の増加を抑えて、半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔに保つ。
【００７３】
直流電源電圧Ｖｄｃを低下さて半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔに保つ第１の制御部１９による制御と、増幅部の出力を増加させる第２の制御部２０による制御とがバランスしたところで、第１の制御部及び第２の制御部による制御動作が止り、高周波出力が安定する。
【００７４】
このように、本発明においては、増幅部１２の半導体増幅素子のジャンクション温度演算値Ｔｊがジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔを超えたことが検出されたときに、直流電源電圧を低下させて半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値まで減少させる制御を行うと同時に、高周波出力を設定値に向けて上昇させる制御を行うので、増幅部で大きな損失が生じる負荷が接続されたときに、該増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値に抑えつつ負荷に供給し得る高周波電力（進行波電力または有効電力）を従来よりも大きくすることができる。
【００７５】
また増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度は常にジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔに制限されるため、増幅部１２の半導体増幅素子が破損するのを防ぐことができる。
【００７６】
ここで、図１に示した電源装置において、図１４に示す一組の増幅器２ａを用いて増幅部１２を構成した場合について行ったシミュレーションの結果を示す。制御の対象とする高周波出力は進行波電力でも有効電力（負荷で消費される電力）でもよいが、ここでは、進行波電力を制御の対象とする高周波出力として、該高周波出力を高周波出力設定値に等しくするように制御するものとする。
【００７７】
図１４に示した増幅回路において、ＦＥＴａ及びＦＥＴｂのジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔを１５０［℃］とした場合に、表１に示した例と同じ負荷に供給できる最大高周波出力（最大進行波電力）の大きさを求めた結果を下記の表２に示す。
【００７８】
【表２】

従来の電源装置では、表１に示したように、負荷インピーダンスが１６．２−ｊ４７．３Ω，９．７−ｊ２０Ω，８．３Ω，９．７＋ｊ２０Ω，１６．２＋ｊ４７．３Ω，４９＋ｊ１０１Ωのときにそれぞれ１３０［Ｗ］，６５［Ｗ］，４５［Ｗ］，５２［Ｗ］，８６［Ｗ］及び２４０［Ｗ］の高周波出力電力（この例では進行波電力）しか得ることができなかったが、本発明によれば、表２に示したように、３３０［Ｗ］，５５０［Ｗ］，４１０［Ｗ］，３６０［Ｗ］，２３４［Ｗ］及び３６０［Ｗ］の高周波出力を得ることができ、高周波出力を従来よりも大幅に増加させることができる。
【００７９】
図２（Ａ）ないし（Ｅ）は、９．７−ｊ２０Ωの負荷を接続したときのＦＥＴａのドレイン電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅部の高周波出力電圧Ｖｏｕｔ 、高周波出力電流Ｉｏｕｔ及び損失Ｖｄｓ×Ｉｄ のシミュレーション波形を時間ｔに対して示したものである。図２（Ｅ）に示したように、ＦＥＴａの損失は約３００［Ｗ］（平均値）に保たれている。
【００８０】
上記のように、本発明においては、増幅部の増幅素子とて用いられている半導体増幅素子のジャンクション温度がジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔを超えたことが検出されたときに、直流電源電圧を低下させて半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値まで低下させる制御を行うと同時に、高周波出力Ｐｆを設定値Ｐｆｓｅｔに向けて上昇させる制御を行うので、増幅部１２で大きな損失が生じる負荷１６が接続されたときに、該増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値以下に抑えつつ負荷１６に供給し得る高周波電力（進行波電力または有効電力）を従来よりも大きくすることができる。また半導体増幅素子のジャンクション温度は常にジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔ以下に制限されるため、半導体増幅素子が破損するのを防ぐことができる。
【００８１】
［第２の実施形態］
上記のように、本発明においては、増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度がジャンクション温度設定値Ｔｊｓｅｔを超えたときに増幅部に与えられる直流電源電圧Ｖｄｃを低下させる制御を行うが、増幅部を安定に動作させるため、直流電源電圧の許容変動範囲（増幅部の安定な動作を確保する上で許容される変動範囲）の下限値よりも低い値まで直流電源電圧を低下させることは避けることが好ましい。
【００８２】
図３は、直流電源電圧が下限値ＶＬｓｅｔよりも低くなるのを防ぐようにする場合の本発明の実施形態を示したものである。図３に示した実施形態では、第１の制御部１９´に、ジャンクション温度演算部１８の出力及び直流出力検出部１７の出力とともに、直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔと第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔと直流電源電圧の下限値ＶＬｓｅｔとが入力され、第２の制御部２０´には、高周波出力検出部１４の出力Ｐｆと、高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔと、第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔと、ジャンクション温度演算部１８により演算されたジャンクション温度演算値Ｔｊとが入力されるとともに、直流電源部１３の出力電圧が下限値ＶＬｓｅｔよりも大きいのか、下限値ＶＬｓｅｔ以下であるのかを示す信号が第１の制御部１９´から与えられる。
【００８３】
図３に示した第１の制御部１９´は、ジャンクション温度演算部により演算されたジャンクション温度演算値Ｔｊが予め設定された第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ以下のときに直流電源部１３から増幅部１２に供給される直流電源電圧Ｖｄｃを適値に設定された直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔに保つ制御を行い、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ を超えているときにはジャンクション温度演算値Ｔｊを第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ に等しくするべく、直流電源部１３の出力電圧を予め定めた下限値ＶＬｓｅｔを下回らない範囲で低下させる制御を行うように構成される。
【００８４】
また第２の制御部２０´は、直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔ以上よりも大きいときには高周波出力検出部１４により検出される増幅部１２の高周波出力を高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔに近づけるように発振部１１または増幅部１２の出力を制御し、直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔ以下になったときには、ジャンクション温度演算値Ｔｊを第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔに等しいかまたは第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔよりも僅かに高い値に設定された第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔに等しくするように発振部１１または増幅部１２の出力を制御するように構成される。
【００８５】
第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ 及び第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔ （≧Ｔｊ１ｓｅｔ ）は、増幅部を構成する半導体増幅素子のジャンクション温度の最大許容値以下に設定される。その他の点は図１に示した実施形態と同様である。
【００８６】
図３に示した実施形態において、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ を超えていないときには、第１の制御部１９´が、直流電源部の出力電圧Ｖｄｃを適値に設定された直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔに保つように制御する。またジャンクション温度演算部１８により演算されたジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ を超えたときには、第１の制御部１９´が下限値ＶＬｓｅｔを下まわらない範囲で直流電源部１３の出力電圧を低下させるように制御して増幅部１２の出力を低下させ、ジャンクション温度演算値Ｔｊを減少させる。
【００８７】
第２の制御部２０´は、直流電源部の出力電圧（直流電源電圧）Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔよりも大きいときに、高周波出力検出部１４により検出される増幅部１２の高周波出力Ｐｆを高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔに近づけるように発振部１１または増幅部１２の出力を制御し、直流電源電圧が下限値ＶＬｓｅｔ以下になったときに、ジャンクション温度演算値Ｔｊを第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔ に等しくするように発振部１１または増幅部１２の出力を制御する。
【００８８】
上記のように、図３に示した実施形態では、半導体増幅素子のジャンクション温度が第１のジャンクション温度設定値を超えたときに、第１の制御部１９´が直流電源部の出力電圧を下限値を下まわらない範囲で低下させて増幅部の出力を低下させるように制御するので、増幅部の安定な動作を損なうことなく、半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値に抑制する制御を行わせることができる。
【００８９】
また直流電源電圧が下限値よりも大きいときには、第２の制御部２０´が高周波出力を設定値に近づけるように制御するため、増幅部で大きな損失が生じる負荷が接続されたときに、半導体増幅素子のジャンクション温度をジャンクション温度設定値に抑えつつ負荷に供給し得る高周波電力（進行波電力または有効電力）を従来よりも大きくすることができる。
【００９０】
更に、直流電源電圧が下限値以下になろうとしたときには、第２の制御部がジャンクション温度演算値Ｔｊを、第１のジャンクション温度設定値に等しいか、または該第１のジャンクション温度設定値よりも僅かに大きく設定された第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔ に等しくするように発振部１１または増幅部１２の出力を制御して、第１の制御部による直流電源電圧の制御（直流電源電圧を低下させる制御）を停止させるため、直流電源部の出力が下限値を下回って、増幅部の動作が不安定になるのを防ぐことができる。
【００９１】
図１及び図３に示した実施形態において、発振部１１は、所定の周波数の高周波出力を発生する公知の回路により構成することができ、直流電源部１３は、出力電圧値を制御する機能を有する各種の直流電源回路により構成することができる。またジャンクション温度演算部１８は、アナログ演算回路またはコンピュータにより実現することができる。
【００９２】
図１に示した実施形態及び図３に示した実施形態において、第１の制御部１９，１９´と、第２の制御部２０，２０´とは、ハードウェア回路により構成することもでき、コンピュータに所定のプログラムを実行させることによりソフトウェア的に構成することもできる。
【００９３】
［各部の具体的構成例］
以下、図３に示した実施形態を例にとって、直流電源部１３の具体的な構成例と、第１の制御部１９´及び第２の制御部２０´の具体的構成例を説明する。
【００９４】
（１）直流電源部の構成例
図４ないし図６は、本発明に係わる高周波電源装置で用いることができる直流電源部１３の具体的な構成例を示したもので、これらの図に示された直流電源部１３は、商用電源から得られる交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換する整流回路と、この整流回路の出力を交流電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路の交流出力を直流出力に変換するコンバータ回路とにより構成されている。
【００９５】
図４は、プッシュプル方式のインバータ回路を用いた直流電源部１３を示したもので、この直流電源部１３は、ダイオードＤａ ないしＤｄ のブリッジ回路からなる全波整流回路２１と、チョークコイルＬ１ と平滑用コンデンサＣ１ とからなる平滑回路２２と、ＮＰＮトランジスタＴＲ１ 及びＴＲ２ とトランスＴ１ とからなるプッシュプル方式のインバータ回路２３と、整流回路２１から与えられる直流電圧を交流電圧に変換するようにトランジスタＴＲ１ 及びＴＲ２ をオンオフ制御するインバータ制御部２４と、ダイオードＤｅ 及びＤｆ とチョークコイルＬ２ と平滑用コンデンサＣ２ とからなっていて、インバータ回路２３から得られる交流出力を直流出力に変換するコンバータ回路２５とにより構成されている。
【００９６】
図４に示した直流電源部において、インバータ制御部２４は、第１の制御部１９´から与えられる制御信号ＶＣＴ１ に応じて、トランジスタＴＲ１ 及びＴＲ２ をＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御し、ＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御された交流電圧をトランスＴ１ から出力する。この交流電圧は、ダイオードＤｅ 及びＤｆ により整流され、チョークコイルＬ２ 及びコンデンサＣ２ により平滑されて直流電圧Ｖｄｃとして増幅部１２に与えられる。第１の制御部１９´は、直流出力検出部１７により検出される直流電圧Ｖｄｃの大きさを指示値Ｖｄｃｃに等しくするように、上記制御信号ＶＣＴ１ を発生するため、直流電源部１３から出力される直流電圧Ｖｄｃが指示値Ｖｄｃｃに等しくなるように制御される。
【００９７】
図５は、ブリッジ方式のインバータ回路を用いた直流電源部１３を示したもので、この直流電源部１３は、図４に示された直流電源部で用いられているものと同様の整流回路２１及び平滑回路２２と、トランジスタＴＲｕ，ＴＲｖ，ＴＲｘ及びＴＲｙとこれらのトランジスタのコレクタエミッタ間に接続された帰還用ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｘ及びＤｙとトランスＴ１ とからなる公知のブリッジ形インバータ回路２７と、インバータ回路２７を制御するインバータ制御部２４とにより、図４に示された直流電源部で用いられたものと同様のコンバータ回路２５とにより構成されている。
【００９８】
図５に示された直流電源部１３においては、インバータ制御部２４がインバータ回路２７のブリッジの対角位置にあるトランジスタを交互にオン状態にすることにより整流回路２１から与えられる直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ制御部２４はまた、インバータ回路２７のブリッジの上辺を構成するトランジスタまたはブリッジの下辺を構成するトランジスタのうち、オン期間にあるトランジスタを第１の制御部１９´から与えられる制御信号ＶＣＴ１ に応じて、ＰＷＭ制御またはＰＭＦ制御し、ＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御された交流電圧をトランスＴ１ から出力する。この交流電圧は、ダイオードＤｅ 及びＤｆ により整流され、チョークコイルＬ２ 及びコンデンサＣ２ により平滑されて直流電圧Ｖｄｃとして増幅部１２に与えられる。第１の制御部１９´は、直流出力検出部１７により検出される直流電圧Ｖｄｃの大きさを指示値Ｖｄｃｃに等しくするように、制御信号ＶＣＴ１ を発生するため、直流電源部１３から出力される直流電圧Ｖｄｃが指示値Ｖｄｃｃに等しくなるように制御される。
【００９９】
また図６は、ハーフブリッジ方式のインバータ回路を用いた直流電源部１３を示したもので、この直流電源部１３は、図５に示された直流電源部で用いられた平滑回路２２に代えて、チョークコイルＬ１ とコンデンサＣ１１及びＣ１２からなる平滑回路２２´が用いられている点、及びトランジスタＴＲｕ及びＴＲｘと帰還ダイオードＤｕ及びＤｘとトランスＴ１ とからなるハーフブリッジ式のインバータ回路２８が用いられている点を除き、図５に示された直流電源部と同様に構成されている。
【０１００】
図６に示された直流電源部において、インバータ制御部２４は、第１の制御部１９´から与えられる制御信号ＶＣＴ１ に応じてトランジスタをＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御し、ＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御された交流電圧をトランスＴ１ から出力する。この交流電圧は、ダイオードＤｅ 及びＤｆ により整流され、チョークコイルＬ２ 及びコンデンサＣ２ により平滑されて直流電圧Ｖｄｃとして増幅部１２に与えられる。第１の制御部１９´は、直流出力検出部１７により検出される直流電圧Ｖｄｃの大きさを指示値Ｖｄｃｃに等しくするように、上記制御信号ＶＣＴ１を発生させるため、直流電源部１３から出力される直流電圧Ｖｄｃが指示値Ｖｄｃｃに等しくなるように制御される。
【０１０１】
図４ないし図６に示した例では、商用電源から与えられる単相交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃに変換するようにしているが、図４ないし図６に示された整流回路２１を図７に示した３相全波整流回路２１´で置き換えることにより、３相交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃに変換するように直流電源部１３を構成することもできる。
【０１０２】
なお図４ないし図６に示した例においては、インバータ回路を構成するスイッチ素子としてＮＰＮトランジスタを用いたが、他の電力用半導体増幅素子、例えば、ＦＥＴやＩＧＢＴ等をスイッチ素子として用いて、インバータ回路を構成するようにしてもよい。
【０１０３】
（２）第１の制御部１９´の構成例
図８は第１の制御部１９´をハードウェア回路により構成した例を示している。図８においては、図３に示した直流電圧Ｖｄｃの検出信号、直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔ、第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ、ジャンクション温度演算値Ｔｊ等がすべて電圧信号の形で第１の制御部１９´に入力される。図８においては、直流電圧Ｖｄｃ、直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔ、ジャンクション温度演算値Ｔｊ等を与える電圧信号をそれぞれの符号の前にＳをつけることにより表している。
【０１０４】
即ち、図８において、ＳＶｄｃは、直流出力検出部１７が出力する直流電圧検出信号で、直流電源部１３が出力する直流電圧Ｖｄｃに比例している電圧信号である。またＳＶＬｓｅｔは直流電圧Ｖｄｃの下限値を与える下限電圧値設定信号、ＳＶｄｃｓｅｔは直流電圧Ｖｄｃの設定値を与える直流電圧設定信号、ＳＴｊ１ｓｅｔは第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔを与える第１のジャンクション温度設定信号（電圧信号）、ＳＴｊはジャンクション温度演算部１８が演算したジャンクション温度演算値を与えるジャンクション温度演算値信号である。
【０１０５】
図８に示した例では、演算増幅器ＩＣ１と抵抗Ｒ１ ないしＲ３ により、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの極性をプラスからマイナスに反転する極性反転回路３０が構成され、演算増幅器ＩＣ２と、抵抗Ｒ４ないしＲ７と、ダイオードＤ１及びＤ２とにより、第１のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ１ｓｅｔと極性が反転されたジャンクション温度演算値信号ＳＴｊとを入力として、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第１のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ１ｓｅｔの大きさに等しくなるように制御信号を出力する第１の誤差増幅回路３１が構成されている。この第１の誤差増幅回路３１の出力信号は、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第１のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ１ｓｅｔの大きさ以下のときに０Ｖとなり、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第１のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ１ｓｅｔの大きさを超えたときにプラスの電圧値を示す。
【０１０６】
また演算増幅器ＩＣ３と、抵抗Ｒ８ないしＲ１１とにより、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔと誤差増幅回路３１の出力とを入力として、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔから誤差増幅回路３１の出力電圧を減算した電圧を、半導体増幅素子のジャンクション温度を第１のジャンクション温度設定値以下に制限するために必要な直流出力電圧の目標値を与える目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏとして出力する減算回路３２が構成されている。
【０１０７】
更に、演算増幅器ＩＣ４と、抵抗Ｒ１２と、ダイオードＤ３とにより、減算回路３２から出力される目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏが直流電圧Ｖｄｃの下限値を与える下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔよりも大きいときに減算回路３２から出力される目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ に等しい電圧信号を、直流電源部１３から出力させる直流電圧の指示値Ｖｄｃｃを示す直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃ として出力し、減算回路３２から出力される目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ が下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔ以下のときには下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔを、直流電源部１３から出力させる直流電圧の指示値Ｖｄｃｃを示す直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃ として出力する直流電圧指示値信号出力回路３３が構成されている。
【０１０８】
また演算増幅器ＩＣ５と抵抗Ｒ１３ないしＲ１５とにより、直流電圧検出信号ＳＶｄｃの極性をプラスからマイナスに反転させる極性反転回路３４が構成され、演算増幅器ＩＣ６と抵抗Ｒ１６ないしＲ１９とにより、直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃ と、極性反転回路３４の出力とを入力として、直流電圧検出信号ＳＶｄｃの大きさが直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃ の大きさに等しくなるように制御信号ＶＣＴ１を出力する第２の誤差増幅回路３５が構成されている。
【０１０９】
直流電源部１３のインバータ制御部２４は、上記制御信号ＶＣＴ１を入力として、ＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御により、インバータ回路のトランジスタをオンオフさせて、直流電源部１３の出力電圧の値を直流電圧指示信号ＳＶｄｃｃ により与えられる直流電圧の指示値に一致させる。
【０１１０】
また図８において、ＩＣ７及びＩＣ８はコンパレータ（電圧比較器）で、これらのコンパレータと抵抗Ｒ２０及びＲ２１とにより、下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔと減算回路３２から与えられる目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ とを比較して、これらの信号の大小関係に応じてコンパレータＩＣ７及びＩＣ８からレベルが異なる第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２を出力する比較回路３６が構成されている。
【０１１１】
比較回路３６は、目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ が下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔよりも大きいとき（半導体増幅素子のジャンクション温度を第１のジャンクション温度設定値以下に制限するために必要な直流電源部の出力電圧の目標値が直流電源部の下限値よりも大きいとき）に第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２をそれぞれ高レベル及び零レベルにし、目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ が下限電圧設定信号ＳＶＬｓｅｔ以下のとき（半導体増幅素子のジャンクション温度を第１のジャンクション温度設定値以下に制限するために必要な直流電源部の出力電圧の目標値が直流電源部の下限値以下のとき）に、第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２をそれぞれ零レベル及び高レベルにする。これらの制御信号ＶＳＷ１及びＶＳＷ２は第２の制御部２０´に与えられる。第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２は、直流電源電圧が下限値よりも大きいか、或いは下限値以下かの情報を第２の制御部２０´に与えるために用いられる。
【０１１２】
（３）第２の制御部２０´の構成例
図９は第２の制御部２０´の構成例を示している。図９において、ＳＰｆは高周波出力検出部１４から得られる高周波出力検出信号、ＳＰｆｓｅｔは高周波出力Ｐｆの設定値を与える高周波出力設定信号、ＳＴｊ２ｓｅｔは、第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔを与える第２のジャンクション温度設定信号、ＳＴｊはジャンクション温度演算部１８により演算されたジャンクション温度演算値を示すジャンクション温度演算値信号である。
【０１１３】
図９に示した第２の制御部においては、演算増幅器ＩＣ１０１と抵抗Ｒ１０１ないしＲ１０３とにより、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの極性をプラスからマイナスに変換する極性反転回路４１が構成され、演算増幅器ＩＣ１０２と抵抗Ｒ１０４ないしＲ１０７と、ダイオードＤ１０１及びＤ１０２とにより、極性反転回路４１の出力と、第２のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ２ｓｅｔとを入力として、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第２のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ２ｓｅｔの大きさに等しくなるように制御信号を出力する誤差増幅回路４２が構成されている。
【０１１４】
誤差増幅回路４２の出力は、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第２のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ２ｓｅｔの大きさよりも小さいときに０Ｖとなり、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第２のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ２ｓｅｔの大きさを超えたときにプラスの電圧値を示す。
【０１１５】
ＩＣ１０７及びＩＣ１０８はそれぞれ第１及び第２のアナログスイッチで、これらのアナログスイッチはそれぞれの制御端子に高レベルの制御信号が与えられたときにオン状態になる。
【０１１６】
目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏが下限電圧設定信号ＳＶＬｓｅｔ以下のとき（半導体増幅素子のジャンクション温度を第１のジャンクション温度設定値以下に制限するために必要な直流電源部の出力電圧の目標値が直流電源部の下限値以下のとき）、即ち第１の制御部１９´から与えられる第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２がそれぞれ零レベル及び高レベルであるときに、第１のアナログスイッチ１０７がオン状態になり、第２のアナログスイッチＩＣ１０８がオフ状態になる。
【０１１７】
また目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏが下限電圧設定信号ＳＶＬｓｅｔよりも大きいとき（半導体増幅素子のジャンクション温度を第１のジャンクション温度設定値以下に制限するために必要な直流電源部の出力電圧の目標値が直流電源部の下限値よりも大きいとき）、即ち第１の制御部１９´から与えられる第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２がそれぞれ高レベル及び零レベルであるときに、第１のアナログスイッチ１０７がオフ状態になり、第２のアナログスイッチＩＣ１０８がオン状態になる。
【０１１８】
また図９に示した第２の制御部においては、演算増幅器ＩＣ１０３と抵抗Ｒ１０８ないしＲ１１１とにより、増幅部１２から出力する高周波出力（進行波電力）の設定信号ＳＰｆｓｅｔとアナログスイッチＩＣ１０７またはＩＣ１０８の出力とを入力として、高周波出力設定信号ＳＰｆｓｅｔからアナログスイッチＩＣ１０７またはＩＣ１０８の出力信号を減算した信号を、目標高周波出力信号ＳＰｆｏとして出力する目標高周波出力信号発生回路４３が構成されている。
【０１１９】
ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊ（半導体増幅素子のジャンクション温度）の大きさが第２のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ２ｓｅｔの大きさ以下であるときには、目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ が下限電圧設定信号ＳＶＬｓｅｔ以上になっていて、第１の制御部１９´から与えられる第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２がそれぞれ高レベル及び零レベルになっているため、アナログスイッチＩＣ１０８がオン状態になり、ＩＣ１０７がオフ状態になる。このとき目標高周波出力信号発生回路４３は、高周波出力設定信号ＳＰｆｓｅｔに等しい電圧信号を目標高周波出力信号ＳＰｆｏとして出力する。
【０１２０】
これに対し、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさが第２のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ２ｓｅｔの大きさよりも大きいときには、目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ が下限電圧設定信号ＳＶＬｓｅｔよりも低くなり、第１の制御部１９´から与えられる第１の制御信号ＶＳＷ１及び第２の制御信号ＶＳＷ２がそれぞれ零レベル及び高レベルになるため、第１のアナログスイッチ１０７がオン状態になり、第２のアナログスイッチＩＣ１０８がオフ状態になる。このとき目標高周波出力信号発生回路４３は、高周波出力設定信号ＳＰｆｓｅｔから誤差増幅回路４２の出力を減算した信号を目標高周波出力信号ＳＰｆｏとして出力する。
【０１２１】
また演算増幅器ＩＣ１０４と、抵抗Ｒ１１２ないしＲ１１４とにより、高周波出力検出部１４から得られる高周波出力検出信号ＳＰｆの極性をプラスからマイナスに反転する極性反転回路４４が構成され、演算増幅器ＩＣ１０５及びＩＣ１０６と、抵抗Ｒ１１５ないし抵抗Ｒ１２１とにより、目標高周波出力信号発生回路４３の出力と極性反転回路４４の出力とを入力として、高周波出力検出信号ＳＰｆの大きさが目標高周波出力信号ＳＰｆｏの大きさに等しくなるように制御信号ＶＣＴ２を出力する誤差増幅回路４５が構成されている。制御信号ＶＣＴ２の値は、目標高周波出力信号ＳＰｆｏと高周波出力検出信号ＳＰｆとの偏差を零にするために増幅部１２のアンプに入力する信号の大きさに乗じる係数に相当する値を有するもので、上記制御信号ＶＣＴ２を発振部１１の出力に乗じるか、または増幅部１２内のアンプの入力信号に乗じることにより、目標高周波出力信号ＳＰｆｏと高周波出力検出信号ＳＰｆとの偏差を零にするように増幅部１２の出力を制御することができるようになっている。
【０１２２】
上記のように第２の制御部２０´が構成される場合、図３に示された増幅部１２は、例えば図１０に示すように、出力制御部１２Ａと、ドライバアンプ１２Ｂと、パワーアンプ１２Ｃとにより構成され、第２の制御部２０´の誤差増幅回路４５から得られる制御信号ＶＣＴ２が、発振部１１の出力Ｖｏｓｃとともに出力制御部１２Ａに入力される。
【０１２３】
出力制御部１２Ａは、乗算器、ダブルバランスドミキサまたはデュアルゲートＦＥＴを使用したミキサ回路等からなっていて、発振部１１が出力する特定の周波数の信号Ｖｏｓｃと制御信号ＶＣＴ２とを掛け合わせることにより、目標高周波出力信号ＳＰｆｏと高周波出力検出信号ＳＰｆとの偏差を零にするようにドライバアンプ１２Ｂに入力する信号の大きさを調整する。このように制御信号により大きさが調整された信号がドライバアンプ１２Ｂにより増幅され、ドライバアンプ１２Ｂの出力がパワーアンプ１２Ｃにより電力増幅されて、目標高周波出力信号ＳＰｆｏにより与えられる目標値に等しい高周波出力として負荷１６に供給される。
【０１２４】
（４）第１及び第２の制御部を図８及び図９のように構成した場合の動作
第１の制御部１９´及び第２の制御部２０´をそれぞれ図８及び図９に示すように構成した場合の動作は次の通りである。
【０１２５】
図３に示したジャンクション温度演算部１８が演算したジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ以下であるときには、図８の第１の誤差増幅回路３１の出力信号が０Ｖであるため、減算回路３２は、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔに等しい大きさの電圧信号を目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏとして出力する。このとき目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏの大きさが直流電圧Ｖｄｃの下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔよりも大きいとすると、直流電圧指示値信号出力回路３３は、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔに等しい電圧信号を直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃとして出力し、誤差増幅回路３５は、直流電圧検出信号ＳＶｄｃの大きさが直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔの大きさに等しくなるように制御信号ＶＣＴ１を出力する。直流電源部のインバータ制御部２４は、この制御信号の大きさに応じて、コンバータ回路２５に与える交流電圧の平均値を調整するため、直流電源部１３の出力電圧は、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔにより設定された電圧に保持される。
【０１２６】
またジャンクション温度演算部１８が演算したジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔを超えたときには、図８の第１の誤差増幅回路３１が、ジャンクション温度演算値信号ＳＴｊの大きさを第１のジャンクション温度設定信号ＳＴｊ１ｓｅｔの大きさに等しくするように制御信号を出力する。減算回路３２は、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔから誤差増幅回路３１が出力する制御信号を減算して得た電圧信号を、直流出力電圧の目標値を与える目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏ として出力する。このとき目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏの大きさが直流電圧Ｖｄｃの下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔよりも大きいとすると、直流電圧指示値信号出力回路３３は、目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏに等しい電圧信号を直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃとして出力し、誤差増幅回路３５は、直流電圧検出信号ＳＶｄｃの大きさを目標直流電圧信号ＳＶｄｃｏの大きさに等しくするように制御信号ＶＣＴ１を出力する。直流電源部のインバータ制御部２４は、この制御信号ＶＣＴ１の大きさに応じて、コンバータ回路２５に与える交流電圧の平均値を調整するため、直流電源部１３の出力電圧は、直流電圧設定信号ＳＶｄｃｓｅｔにより設定された電圧よりも、誤差増幅回路３１の出力に相当する電圧分だけ低い値に調整される。
【０１２７】
このようにしてジャンクション温度演算部により演算されたジャンクション温度演算値の上昇に伴って、直流電源部の出力電圧を低下させる制御を行った結果、直流電源部の出力電圧が下限値を下回ったときには、直流電圧指示値信号出力回路３３が、下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔを直流電圧指示値信号ＳＶｄｃｃとして出力するため、直流電源部の出力電圧は、誤差増幅回路３５により、下限電圧値設定信号ＳＶＬｓｅｔによって設定された下限値に保たれる。
【０１２８】
上記のように、図８に示した第１の制御部１９´は、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ を超えないときに、直流電源部の出力電圧Ｖｄｃを適値に設定された直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔに保つように制御する。またジャンクション温度演算部１８により演算された損失Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ を超えたときには、下限値ＶＬｓｅｔを下まわらない範囲で直流電源部１３の出力電圧を低下させるように制御して増幅部１２の出力を低下させ、ジャンクション温度演算値（半導体増幅素子のジャンクション温度）Ｔｊを減少させる。
【０１２９】
また図９に示した第２の制御部２０´においては、直流電源部の出力の目標値Ｖｄｃｏが直流電圧Ｖｄｃの下限値ＶＬｓｅｔよりも大きいときに、アナログスイッチＩＣ１０８がオン状態になり、アナログスイッチＩＣ１０７がオフ状態になるため、目標高周波出力信号発生回路４３が、高周波出力設定信号ＳＰｆｓｅｔに等しい電圧信号を目標高周波出力信号ＳＰｆｏとして出力する。このとき誤差増幅回路４５は、高周波出力設定信号ＳＰｆｓｅｔに等しい目標高周波出力信号ＳＰｆｏと高周波出力検出信号ＳＰｆとの偏差を零にするために増幅部１２のアンプの入力信号に乗じる係数値に相当する大きさの電圧信号を制御信号ＶＣＴ２として出力し、この制御信号により増幅部１２の出力が調整されるため、増幅部１２から負荷に与えられる高周波出力が高周波出力設定信号により設定された大きさに近づくように調整される。
【０１３０】
これに対し、直流電源部の出力の目標値Ｖｄｃｏが下限値ＶＬｓｅｔ以下になっているときには、アナログスイッチＩＣ１０７がオン状態になり、アナログスイッチＩＣ１０８がオフ状態になるため、目標高周波出力信号発生回路４３は、高周波出力設定信号ＳＰｆｓｅｔから誤差増幅回路４２の出力を減算した信号を目標高周波出力信号ＳＰｆｏとして出力する。これにより、増幅部の半導体増幅素子のジャンクション温度を第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔに制限するように高周波出力の目標値が変更される。誤差増幅回路４５は、この目標高周波出力信号ＳＰｆｏと高周波出力検出信号ＳＰｆとの偏差を零にするために増幅部１２のアンプの入力信号に乗じる係数値に相当する大きさの電圧信号を制御信号ＶＣＴ２として出力し、この制御信号により増幅部１２の出力が調整されるため、増幅部１２の出力は、該半導体増幅素子のジャンクション温度を第２のジャンクション温度設定値に等しくするように調整される。
【０１３１】
上記のように、図９に示した第２の制御部２０´は、高周波出力検出部１４により検出される増幅部１２の高周波出力Ｐｆが高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔからずれたときに、直流電源部１３の出力電圧が下限値よりも大きければ、該高周波出力Ｐｆを高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔに戻すように増幅部１２の出力を制御し、直流電源部１３の出力電圧が下限値以下になったときには、ジャンクション温度演算値Ｔｊを第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ に等しいか、または該第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔ よりも僅かに高い値に設定された第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔ に等しくするように増幅部１２の出力を制御する。
【０１３２】
（５）第１の制御部１９及び第２の制御部２０の構成例
図１に示した高周波電源装置に設ける第１の制御部１９は、図８に示した回路から比較回路３６を取り除いた回路により構成することができる。
【０１３３】
また図１に示した高周波電源装置に設ける第２の制御部２０は、図９に示した目標高周波出力信号発生回路４３と、極性反転回路４４と、誤差増幅回路４５とにより構成することができる。
【０１３４】
（６）第１の制御部１９´の他の構成例
図３に示した第１の制御部１９´は、ソフトウェア的に構成することもできる。図１１は、第１の制御部１９´を実現するために、コンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。図１１において、Ｖｄｃは直流電源部の出力電圧（直流電源電圧）を示し、Ｖｄｃｓｅｔは直流電源部の出力電圧の設定値（直流電圧設定値）を示している。またＶＬｓｅｔは直流電源電圧の下限値の設定値を示し、Ｔｊはジャンクション温度演算値を示している。更にＴｊ１ｓｅｔは第１のジャンクション温度設定値、Ｖｄｃ１は直流電源部の通常時の出力電圧の初期値を示し、ΔＶは固定値である微小電圧設定値を示している。
【０１３５】
図１１のアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１において直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔを初期値Ｖｄｃ１として直流電源部１３を起動させるための処理を行い、ステップ２において直流電源部が直流電源電圧Ｖｄｃの出力を開始するのを待つ。直流電源電圧Ｖｄｃの出力が開始されたと判定されたときにステップ３に進んで直流電源電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔに等しくなるのを待ち、直流電源電圧Ｖｄｃが設定値に等しくなったと判定されたときにステップ４に進んで増幅部１２が高周波出力の発生を開始するのを待つ。
【０１３６】
ステップ４で高周波出力が開始されたと判定されたときに、ステップ５に進んでジャンクション温度演算値Ｔｊと第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔとを比較する。最初は、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔよりも低いため、次いでステップ６に進んで直流電圧設定値の更新値Ａ＝Ｖｄｃｓｅｔ＋ΔＶの演算を行い、ステップ７で直流電圧設定値の更新値Ａが直流電圧設定値の初期値Ｖｄｃ１よりも高いか否かを判定する。起動時に最初にステップ７が実行されたときには、更新値Ａが初期値Ｖｄｃ１よりも高いためステップ８に進む。ステップ８では初期値Ｖｄｃ１を直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔとして直流電源部の出力電圧を設定値Ｖｄｃｓｅｔに向けて上昇させるための処理を行う。その後ステップ９において直流電源部の出力電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔに等しくなるのを待ち、直流電源部の出力電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔ（＝Ｖｄｃ１）に等しくなったと判定されたときにステップ５に戻って再度ジャンクション温度演算値Ｔｊと第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔとを比較する。
【０１３７】
ステップ７において、直流電圧設定値の更新値Ａが初期値Ｖｄｃ１以下であると判定されたときには、ステップ１０に進んで更新値Ａを直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔとして直流電源部の出力電圧を設定値Ｖｄｃｓｅｔに向けて変化させる処理を行い、ステップ９で直流電源電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔに等しくなるのを待つ。ステップ９で直流電源電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔ（＝Ｖｄｃ１）に等しくなったと判定されたときにステップ５に戻って再度ジャンクション温度演算値Ｔｊと第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔとを比較する。
【０１３８】
ステップ５においてジャンクション温度演算値Ｔｊを第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔと比較した結果、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔを超えていると判定されたときには、ステップ１１に進んで直流電圧設定値の更新値Ａ＝Ｖｄｃｓｅｔ−ΔＶの演算を行った後ステップ１２に進み、直流電圧設定値の更新値Ａが下限値の設定値ＶＬｓｅｔよりも低いか否かを判定する。その結果Ａが下限値の設定値ＶＬｓｅｔよりも低いと判定されたときに、ステップ１３に進んで下限値の設定値ＶＬｓｅｔを直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔとして直流電源部の出力電圧を設定値Ｖｄｃｓｅｔに向けて変化させる処理を行った後ステップ９に移行する。またステップ１２で更新値Ａが下限値ＶＬｓｅｔよりも高いと判定されたときにはステップ１４に進んで更新値Ａを直流電圧設定値Ｖｄｃｓｅｔとして、直流電源部の出力電圧を設定値Ｖｄｃｓｅｔに向けて変化させる処理を行った後ステップ９に移行する。ステップ９では直流電源電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔに等しくなるのを待ち、直流電源電圧Ｖｄｃが設定値Ｖｄｃｓｅｔに等しくなったときにステップ５に戻る。
【０１３９】
ステップ５においてジャンクション温度演算値Ｔｊを第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔと比較した結果、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔに等しいと判定されたときには、直流電圧設定値の更新値Ａの演算を行うことなく、更新値Ａが下限値ＶＬｓｅｔよりも低いか否かの判定を行うステップ１２に移行する。
【０１４０】
図１１のアルゴリズムによる場合、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔよりも低いときには、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔに等しくなるまで、ステップ５，６，７，８及び９が繰り返されるため、直流電源部の出力電圧は、設定値Ｖｄｃｓｅｔに等しくなるまで上昇させられ、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔに等しくなったときにその上昇が止まる。またジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔを超えたときには、ステップ５，１１，１２，１４及び９が繰り返されるため、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第１のジャンクション温度設定値Ｔｊ１ｓｅｔに等しくなるまで直流電源電圧が低下させられる。直流電源電圧が下限値の設定値ＶＬｓｅｔよりも低くなったときには、ステップ１３が実行されて、直流電源電圧が下限値に保持されるため、直流電源電圧が下限値よりも低くなって増幅部１２の動作が不安定になるのが防止される。
【０１４１】
（７）第２の制御部２０´の他の構成例
図３に示した第１の制御部２０´もソフトウェア的に構成することができる。図１２は、第２の制御部２０´を実現するために、コンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。図１２において、Ｐｆｓｅｔは、増幅部１２が出力する高周波電力（進行波電力）の設定値であり、Ｐｆ１はキーボードなどを通して外部から与えられる高周波電力の設定入力値である。またＰｆは高周波出力検出部１４により検出される高周波電力出力値であり、Ｖｄｃは直流出力検出部１７により検出される直流電源電圧である。またＶＬｓｅｔは直流電源電圧Ｖｄｃの下限値、Ｔｊはジャンクション温度演算値、Ｔｊ２ｓｅｔは第２のジャンクション温度設定値、ΔＰは固定値である微小なパワー設定値である。
【０１４２】
図１２のアルゴリズムによる場合には、ステップ１において直流電源電圧Ｖｄｃの出力が開始されたか否かの判定を行い、直流電源電圧の出力が開始されたときにステップ２に進んで高周波電力設定入力値Ｐｆ１を高周波電力設定値Ｐｆｓｅｔとする。次いでステップ３において増幅部１２が高周波電力の出力を開始したか否かを判定し、高周波電力の出力が開始されたときにステップ４に移行する。ステップ４では、直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔ以下であるか否かを判定し、直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔ以下でない場合には、ステップ５に移行して高周波電力設定入力値Ｐｆ１を高周波電力設定値Ｐｆｓｅｔとして増幅部１２の出力を高周波電力設定値Ｐｆｓｅｔに等しくするための処理を行う。次いでステップ６において高周波電力出力値Ｐｆが設定値Ｐｆｓｅｔに等しくなるのを待ち、高周波電力出力値Ｐｆが設定値Ｐｆｓｅｔに等しくなったと判定されたときにステップ４に戻る。
【０１４３】
ステップ４において、直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔ以下であると判定されたときには、ステップ７に移行してジャンクション温度演算値Ｔｊを第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔと比較する。その結果、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔよりも低いと判定されたときには、ステップ８に移行して高周波電力設定値Ｐｆｓｅｔに微小パワー設定値ΔＰを加算したもの（Ｐｆｓｅｔ＋ΔＰ）を新たな高周波出力設定値Ｐｆｓｅｔとして増幅部の出力を高周波出力設定値に等しくするための処理を行った後、ステップ７に戻る。ステップ７及び８を繰り返した結果、ステップ７において、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔに等しくなったと判定されたときにステップ４に戻る。
【０１４４】
ステップ７においてジャンクション温度演算値Ｔｊが第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔよりも高い判定されたときには、ステップ９に移行して高周波電力設定値Ｐｆｓｅｔから微小パワー設定値ΔＰを減じたもの（Ｐｆｓｅｔ−ΔＰ）を新たな高周波電力設定値Ｐｆｓｅｔとして増幅部の出力を高周波電力設定値に等しくするための処理を行った後ステップ７に戻る。ステップ７及びステップ９が繰り返されることにより、ステップ７でジャンクション温度演算値Ｔｊが第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔに等しいと判定されたときにステップ４に戻る。
【０１４５】
上記のように、図１２に示したアルゴリズムによる場合には、直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔよりも大きいときに増幅部１２が出力する高周波電力が高周波電力設定入力Ｐｆ１に等しくなるように増幅部１２の出力が制御される。また直流電源電圧Ｖｄｃが下限値ＶＬｓｅｔ以下のときには、ジャンクション温度演算値Ｔｊが第２のジャンクション温度設定値Ｔｊ２ｓｅｔに等しくなるように増幅部の出力が制御される。
【０１４６】
［変形例］
上記の例では、直流電源電圧が下限値以上であるときに高周波出力検出部により検出される増幅部の高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように増幅部の出力を制御するようにしたが、増幅部の出力を制御する代わりに発振部の出力を制御するようにしてもよい。
【０１４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、半導体増幅素子のジャンクション温度がジャンクション温度設定値を超えたことが検出されたときに、第１の制御部により直流電源電圧を低下させて損失をジャンクション温度設定値まで減少させる制御を行うと同時に、第２の制御部により高周波出力を設定値に向けて上昇させる制御を行うようにしたので、増幅部で大きな損失が生じる負荷が接続されたときに、該損失をジャンクション温度設定値に抑えつつ負荷に供給し得る高周波電力（進行波電力または有効電力）を従来よりも大きくすることができる。
【０１４８】
また本発明によれば、半導体増幅素子のジャンクション温度を常にジャンクション温度設定値に制限することができるため、増幅部を構成する半導体増幅素子が破損するのを防ぐことができる。
【０１４９】
更に本発明において、直流電源電圧に対して下限値を設定して第１の制御部により直流電源電圧が下限値を下回らない範囲で直流電源電圧を低下させる制御を行い、直流電源電圧が下限値以下になったときに、第２の制御部により、ジャンクション温度演算値を第１のジャンクション温度設定値に等しいかまたは第１のジャンクション温度設定値よりも僅かに高い値に設定された第２のジャンクション温度設定値に等しくするように発振部または増幅部の出力を制御するように構成した場合には、直流電源電圧を下限値以下に低下させることなく半導体増幅素子のジャンクション温度を制限する制御を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】図１４に示す一組の増幅器を用いて増幅部を構成した図１の高周波電源装置に特定の負荷を接続したときの増幅部のＦＥＴのドレイン電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅部の高周波出力電圧Ｖｏｕｔ 、高周波出力電流Ｉｏｕｔ及び損失Ｖｄｓ×Ｉｄのシミュレーション波形を示した波形図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明に係わる高周波電源装置で用いる直流電源部の一構成例を示した回路図である。
【図５】本発明に係わる高周波電源装置で用いる直流電源部の他の構成例を示した回路図である。
【図６】本発明に係わる高周波電源装置で用いる直流電源部の更に他の構成例を示した回路図である。
【図７】図４ないし図６に示した直流電源部で用いることができる入力段の整流回路の他の構成例を示した回路図である。
【図８】図３の実施形態に設ける第１の制御部をハードウェア回路で実現する場合の回路構成を示した回路図である。
【図９】図３の実施形態に設ける第２の制御部をハードウェア回路で実現する場合の回路構成を示した回路図である。
【図１０】図１及び図３に示した実施形態に設ける増幅部の構成例を示したブロック図である。
【図１１】図３の実施形態に設ける第１の制御部をソフトウェア的に実現する場合にコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１２】図３の実施形態に設ける第２の制御部をソフトウェア的に実現する場合にコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】従来の高周波電源の基本的な構成を示した回路図である。
【図１４】高周波電源で用いられる増幅器の構成例を示した回路図である。
【図１５】高周波電源で用いられる増幅器の他の構成例を示した回路図である。
【図１６】図１４に示した増幅器を動作させたときのＦＥＴのドレインソース間電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅器の出力電圧Ｖｏｕｔ 、出力電流Ｉｏｕｔ 及びＦＥＴの損失Ｖｄｓ×Ｉｄ のシミュレーション波形を示した波形図である。
【図１７】図１４に示した増幅器に特定の負荷が接続されたときのＦＥＴのドレイン電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅器の出力電圧Ｖｏｕｔ 、出力電流Ｉｏｕｔ 及びＦＥＴの損失Ｖｄｓ×Ｉｄ のシミュレーション波形を時間に対して示した波形図である。
【図１８】図１４に示した増幅器に特定の負荷が接続されたときに入力信号を大きくしてＦＥＴの損失（平均値）を約５００［Ｗ］としたときのＦＥＴのドレインソース間電圧Ｖｄｓ、ドレイン電流Ｉｄ 、増幅器の出力電圧Ｖｏｕｔ 、出力電流Ｉｏｕｔ 及びＦＥＴの損失Ｖｄｓ×Ｉｄ のシミュレーション波形を示した波形図である。
【符号の説明】
１１…発振部、１２…増幅部、１３…直流電源部、１４…高周波出力検出部、１６…負荷、１７…直流出力検出部、１８…ジャンクション温度演算部、１９，１９´…第１の制御部、２０，２０´…第２の制御部。

Claims (5)

1. 高周波信号を出力する発振部と、前記発振部の出力を増幅して負荷に高周波出力を供給する増幅部と、前記増幅部に直流電源電圧を供給する直流電源部とを備えた高周波電源装置において、
   前記増幅部に設けられている半導体増幅素子のジャンクション温度を演算するジャンクション温度演算部と、
   前記ジャンクション温度演算部により演算されたジャンクション温度演算値が予め設定されたジャンクション温度設定値を超えたときに前記ジャンクション温度演算値が前記ジャンクション温度設定値に等しくなるまで前記直流電源部から前記増幅部に供給する直流電源電圧を低下させる制御を行い、前記ジャンクション温度演算値が前記ジャンクション温度設定値以下のときには前記直流電源部から前記増幅部に供給する直流電源電圧を適値に設定された直流電圧設定値に保つ制御を行う第１の制御部と、
   前記増幅部から負荷に供給される高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように前記発振部または増幅部の出力を制御する第２の制御部と、
   を備えてなる高周波電源装置。
2. 高周波信号を出力する発振部と、前記発振部の出力を増幅して負荷に高周波出力を供給する増幅部と、前記増幅部に直流電源電圧を供給する直流電源部とを備えた高周波電源装置において、
   前記増幅部に設けられている半導体増幅素子のジャンクション温度を演算するジャンクション温度演算部と、
   前記ジャンクション温度演算部により演算されたジャンクション温度演算値が予め設定された第１のジャンクション温度設定値以下のときに前記直流電源部から増幅部に供給される直流電源電圧を適値に設定された直流電圧設定値に保つ制御を行い、前記ジャンクション温度演算値が前記第１のジャンクション温度設定値を超えているときには前記ジャンクション温度演算値を前記第１のジャンクション温度設定値に等しくするべく、前記直流電源部の出力電圧を予め定めた下限値を下回らない範囲で低下させる制御を行う第１の制御部と、
   前記直流電源電圧が前記下限値よりも大きいときには高周波出力検出部により検出される前記増幅部の高周波出力を高周波出力設定値に近づけるように前記発振部または前記増幅部の出力を制御し、前記直流電源電圧が前記下限値以下になったときには、前記ジャンクション温度演算値を前記第１のジャンクション温度設定値に等しいかまたは前記第１のジャンクション温度設定値よりも僅かに高い値に設定された第２のジャンクション温度設定値に等しくするように前記発振部または前記増幅部の出力を制御する第２の制御部と、
   を具備してなる高周波電源装置。
3. 前記ジャンクション温度設定値は、前記半導体増幅素子のジャンクション温度の許容最大値以下に設定されている請求項１に記載の高周波電源装置。
4. 前記第１のジャンクション温度設定値及び第２のジャンクション温度設定値は、前記半導体増幅素子のジャンクション温度の許容最大値以下に設定されている請求項２に記載の高周波電源装置。
5. 前記直流電圧設定値は、前記高周波出力の波形を歪ませない範囲で前記増幅部の効率を最大にする値に設定されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の高周波電源装置。

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