JP6506996B2

JP6506996B2 - 高周波電源装置および高周波電源装置の制御方法

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Publication number: JP6506996B2
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Inventors: ▲高▼橋　直人; 直人 ▲高▼橋; 藤本　直也; 直也藤本
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Filing date: 2015-03-19
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Description

本開示は高周波電源装置に関し、例えば複数の電力増幅回路を備える高周波電源装置に適用可能である。

高周波電源装置は半導体製造装置やレーザー加工機において、プラズマやレーザーを発生させるために使用されている。高周波電源装置には電力増幅回路が使用される。電力増幅回路を大電力化するために複数の電力増幅回路の出力を合成することが行われる（例えば、特開２００７−１２９４２６号公報）。また、高周波電源装置においては、負荷インピーダンスの悪化による消費電流の増加や反射波電力の増加による装置の破損を防ぐため、消費電流の値や反射波電力の値によって自身の出力を垂下（低下）させている。

特開２００７−１２９４２６号公報

しかし、負荷インピーダンスが悪化することで消費電流や反射波電力がある程度は増加するが、垂下制御を行う値まで達することが無い場合もあり、その場合は垂下制御を行わない。その状況で複数の電力増幅回路の合成バランスが崩れた場合、一つの電力増幅回路が一定の反射を受けつつ過出力を行うので破損に繋がる恐れがある。また、破損に繋がるからといって装置の警報で出力を完全にシャットダウンすることは上位装置による生産性が著しく損なわれるため容易に行うことはできない。
本開示の課題は、複数の電力増幅回路を用いた高周波電源装置に適した垂下制御技術を提供することにある。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、高周波電源装置は、複数の電力増幅回路と、前記複数の電力増幅回路の電源と、前記複数の電力増幅回路の出力を合成する合成回路と、進行波電力を検出する検出回路と、制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて各々最終段出力可能値を求める垂下制御手段と、前記最終段出力可能値のうち最小出力値を選択する手段と、を備える。

上記高周波電源装置によれば、電力増幅回路の破損を防ぐことができる。

電源システムを説明するためのブロック図である。比較例に係る高周波電源装置を説明するためのブロック図である。高周波電源装置の反射波電力の値による出力垂下を説明するための図である。高周波電源装置の消費電流の値による出力垂下を説明するための図である。実施例に係る高周波電源装置を説明するためのブロック図である。実施例に係る高周波電源装置の電力増幅回路の出力値による出力垂下を説明するための図である。実施例に係る高周波電源装置の垂下制御を説明するためのブロック図である。変形例１に係る高周波電源装置を説明するためのブロック図である。変形例１に係る高周波電源装置の垂下制御を説明するためのブロック図である。変形例２に係る高周波電源装置を説明するためのブロック図である。変形例３に係る高周波電源装置の垂下制御を説明するためのブロック図である。

以下、比較例、実施例および変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

まず、電源システムについて図１を用いて説明する。
図１は電源システムの概略構成を示すブロック図である。電源システム１は高周波電源装置１０と整合回路２０と負荷３０とを備える。高周波電源装置１０は、整合回路２０を介して負荷３０に電力を供給する。ここで、負荷３０は、例えば装置が備えるプラズマ反応室内で形成されるプラズマを電源側から見たときの電気的な負荷である。

次に、本願発明者ら本開示に先立って検討した技術（以下、比較例という。）に係る高周波電源装置について図２から図４を用いて説明する。
図２は比較例に係る高周波電源装置の構成を示すブロック図である。図３は高周波電源装置の反射波電力の値による出力垂下を示す図である。図４は高周波電源装置の消費電流の値による出力垂下を示す図である。
比較例に係る高周波電源装置１０Ｒは電源システム１の高周波電源装置１０に代えて使用される。高周波電源装置１０Ｒは制御回路１１Ｒと励振増幅回路１２Ｒと電力増幅回路１３Ｒ１，１３Ｒ２と電源１４Ｒと合成回路１５Ｒと検出回路１６Ｒとを備える。

検出回路１６は、高周波電源装置１０Ｒから負荷３０に送られる進行波電力（Ｐｆ）、および負荷３０から高周波電源装置１０Ｒに向かう反射波電力（Ｐｒ）を検出する。制御回路１１Ｒには、進行波電力（Ｐｆ）の検出信号である進行波検出電圧（Ｖｆ）および反射波電力（Ｐｒ）の検出信号である反射波検出電圧（Ｖｒ）が帰還される。

制御回路１１Ｒは進行波検出電圧（Ｖｆ）をフィードバック信号とし、入力するフィードバック信号に基づいて励振増幅回路１２に設定出力値（Ｖｓ）を設定することにより高周波信号の振幅を制御する。高周波信号は励振増幅回路１２の発振回路によって形成することができる。励振増幅回路１２Ｒの出力信号は、電力増幅回路１３Ｒ１，１３Ｒ２によって所定電力とした後、整合回路２０を通して負荷３０に送られる。

また、制御回路１１Ｒは、反射波検出電圧（Ｖｒ）を用いて反射波電力（Ｐｒ）の増加を検出し、反射波電力（Ｐｒ）の増加を検出した場合には、垂下制御を行い、反射波電力（Ｐｒ）の増加に伴う過電流や過電圧を抑制して電源を保護する。例えば、制御回路１１Ｒは、反射波電力（Ｐｒ）に対応する反射波検出電圧（Ｖｒ）が反射波電力垂下制御値（Ｐｒｔ）に対応する反射波垂下制御値（Ｖｒｔ）に近づいた場合、進行波電力（Ｐｆ）に対応する進行波検出電圧（Ｖｆ）が最終段出力可能電力値（Ｐａ）に対応する最終段出力可能値（Ｖａ）以下になるように制御する。最終段出力可能値（Ｖａ）は下記の式（１）で求められる。ＶａはＶｆおよびＶｒによって変化する。
Ｖａ＝Ｖｆ×Ｖｒｔ／Ｖｒ・・・・・・（１）
図３に示すように、目標電力（Ｐｔｇｔ）に向かって時間（TIME）に比例して最終段出力可能電力値（Ｐａ）を増加して進行波電力（Ｐｆ）を増加させる。進行波電力（Ｐｆ）を増加すると負荷に対する整合不調によって反射波電力（Ｐｒ）も増加する。反射波電力（Ｐｒ）が予め設定された反射波電力垂下制御値（Ｐｒｔ）付近まで増加すると、最終段出力可能電力値（Ｐａ）の増加率小さくなる（Ｐａ６、Ｐａ７は時間に比例して増加していない）。したがって、進行波電力（Ｐｆ）も時間に比例して増加しなくなり、反射波電力（Ｐｒ）が反射波電力垂下制御値（Ｐｒｔ）に達したところから最終段出力可能電力値（Ｐａ）は増加しなくなり（Ｐａ９およびＰａ１０はＰａ８と同等である）、進行波電力（Ｐｆ）も増加しなくなる。この垂下制御によって、進行波電力（Ｐｆ）は目標電力（Ｐｔｇｔ）よりも小さい電力（Ｐｄｒ）となって、高周波電源装置１０Ｒから出力される。

電源１４は直流電源であり、消費電流（Ｉ）の検出信号である消費電流検出電圧（Ｖｉ）を制御回路１１Ｒに送る。制御回路１１Ｒは、消費電流検出電圧（Ｖｉ）を用いて消費電流（Ｉ）の増加を検出し、消費電流（Ｉ）の増加を検出した場合には、消費電流（Ｉ）の増加に伴う過電流や過電圧を抑制して電源を保護する。例えば、制御回路１１Ｒは、消費電流検出電圧（Ｖｉ）が消費電流垂下制御値（Ｉｔ）に対応する消費電流垂下制御電圧値（Ｖｉｔ）に近づいた場合、進行波電力（Ｐｆ）に対応する進行波検出電圧（Ｖｆ）が最終段出力可能電力値（Ｐａ）に対応する最終段出力可能値（Ｖａ）以下になるように制御する。最終段出力可能値（Ｖａ）は下記の式（２）で求められる。ＶａはＶｆおよびＶｉによって変化する。
Ｖａ＝Ｖｆ×Ｖｉｔ／Ｖｉ・・・・・・（２）
図４に示すように、目標値の電力（Ｐｔｇｔ）に向かって時間（TIME）に比例して最終段出力可能電力値（Ｐａ）を増加して進行波電力（Ｐｆ）を増加させる。進行波電力（Ｐｆ）を増加すると消費電流（Ｉ）も増加する。消費電流（Ｉ）が予め設定された消費電流垂下制御値（Ｉｔ）付近まで増加すると、最終段出力可能電力値（Ｐａ）の増加率小さくなる（Ｐａ６、Ｐａ７は時間に比例して増加していない）。したがって、進行波電力（Ｐｆ）も時間に比例して増加しなくなり、消費電流（Ｉ）が消費電流垂下制御値（Ｉｔ）に達したところから最終段出力可能電力値（Ｐａ）は増加しなくなり（Ｐａ９およびＰａ１０はＰａ８と同等である）、進行波電力（Ｐｆ）も増加しなくなる。この垂下制御によって、進行波電力（Ｐｆ）は目標電力（Ｐｔｇｔ）よりも小さい電力（Ｐｄｉ）となって、高周波電源装置１０Ｒから出力される。

整合回路２０は、高周波電源装置１０，１０Ｒ側と負荷３０との間のインピーダンス整合を行う回路であって、例えば、インダクタンスとコンデンサによって構成することができる。

負荷インピーダンスが悪化することで消費電流、反射波電力がある程度は増加するが、垂下制御を行う値まで達することが無い場合もあり、その場合は垂下制御を行わない。その状況で電力増幅回路の合成バランスが崩れた場合、片側の電力増幅回路が一定の反射波電力を受けつつ過出力を行うので破損に繋がる恐れがある。
例えば、高周波電源装置１０Ｒが例えば１０００Ｗを出力し、電力増幅回路１３Ｒ１，１３Ｒ２の最大出力が６５０Ｗの場合を検討する。電力増幅回路１３Ｒ１が５５０Ｗ、電力増幅回路１３Ｒ２が５６０Ｗを出力している場合、バランスがくずれて電力増幅回路１３Ｒ１が３００Ｗ、電力増幅回路１３Ｒ２が７００Ｗとなっても、合成出力は１０００Ｗを出力するときは、消費電流および反射波電力が増加していないので、垂下制御が行われない。しかし、電力増幅回路１３Ｒ２は最大出力を超えてしまっており過出力となる。
電力増幅回路が２^Ｎ個の場合は２個ずつ合成することによりバランスがくずれ量が少ないが、電力増幅回路が２^Ｎ個でない場合は２個ずつ合成することができず３個以上の電力増幅回路を合成することになり、バランスがくずれやすくなる。

＜実施形態＞
実施形態に係る高周波電源装置は合成されている電力増幅回路の全ての出力（進行波電力）を監視し、各電力増幅回路の出力（進行波電力）に対して演算し垂下制御を行う。インピーダンスが悪化し複数の電力増幅回路の合成バランスが崩れ消費電流と反射波電力がある程度は悪化しているが垂下を行うに至らない状態である場合であっても、垂下制御が可能になる。これにより、装置の破損を防ぎながら、かつできるだけ出力を発生させることができる。

実施例に係る高周波電源装置について図５から図７を用いて説明する。
図５は実施例に係る高周波電源装置の構成を示すブロック図である。図６は実施例に係る高周波電源装置の電力増幅器の出力値による出力垂下を示す図である。図７は実施例に係る高周波電源装置の垂下制御を示すブロック図である。

実施例に係る高周波電源装置１０は電源システム１に使用される。図５に示すように、高周波電源装置１０は制御回路１１と励振増幅回路１２と第１の電力増幅回路（ＰＡ１）１３＿１と第２の電力増幅回路（ＰＡ２）１３＿２と第１の電源１４＿１と第２の電源１４＿２と合成回路１５と検出回路１６とを備える。

検出回路１６は、高周波電源装置１０から負荷３０に送られる進行波電力（Ｐｆ）を検出する。制御回路１１には、進行波電力（Ｐｆ）の検出信号である進行波検出電圧（Ｖｆ）が帰還される。

制御回路１１は進行波検出電圧（Ｖｆ）をフィードバック信号とし、入力するフィードバック信号に基づいて励振増幅回路１２に設定出力値（Ｖｓ）を設定することにより高周波信号の振幅を制御する。制御回路１１は演算部１１１とＡ／Ｄ変換回路１１２，１１３＿１，１１３＿２とＤ／Ａ変換回路１１４とを備える。演算部１１１は例えばＣＰＵとプログラムやデータを格納するメモリ等で構成される。

高周波信号は励振増幅回路１２の発振回路によって形成することができ、この高周波信号の周波数は、負荷３０に供給する高周波に応じて定めることができ、例えば１３．５６ＭＨｚや２７．１２ＭＨｚなどのＩＳＭ周波数である。励振増幅回路１２の出力信号は、電力増幅回路１３＿１，１３＿２によって所定電力とした後、整合回路２０を通して負荷３０に送られる。

第１の電力増幅回路１３＿１および第２の電力増幅回路１３＿２はそれぞれ進行波電力（Ｐｆｐ１，Ｐｆｐ２）を検出して進行波検出電圧（Ｖｆｐ１，Ｖｆｐ２）を出力する構成となっている。第１の電源１４＿１および第２の電源１４＿２はそれぞれ第１の電力増幅回路１３＿１および第２の電力増幅回路１３＿２のための直流電源であり、その出力電圧は例えば４８Ｖである。

高周波電源装置１０の垂下制御について以下説明する。
（Ａ１）検出回路１６から最終段出力の進行波電力（Ｐｆ）の検出信号である進行波検出電圧（Ｖｆ）をＡ／Ｄ変換回路１１２でデジタル変換した値に対して、演算部１１１がテーブルを用いて進行波値（Ｆ）に変換する。電力増幅回路１３＿１からの進行波電力（Ｐｆｐ１）の検出信号である進行波検出電圧（Ｖｆｐ１）および電力増幅回路１３＿２からの進行波電力（Ｐｆｐ２）の検出信号である進行波検出電圧（Ｖｆｐ２）、をＡ／Ｄ変換器１１３＿１，１１３＿２でデジタル変換した値に対して、演算部１１１がテーブルを用いてそれぞれ進行波値（Ｆｐ１、Ｆｐ２）に変換する。

（Ａ２）演算部１１１は、上記（Ａ１）で求めた進行波値（Ｆｐ１、Ｆｐ２）に対して、あらかじめ用意しておいた電力増幅器１３＿１，１３＿２の進行波の許容できる値（出力垂下制御閾値：Ｔｐ１，Ｔｐ２）の７０％を超えた場合、下記の式（４）（６）による計算を行う。７０％を超えない場合は、下記の式（３）（５）に示すように本来出力したい出力設定値（Ｓ）を最終段出力可能値（Ａｐ１，Ａｐ２）として採用することとし、内部メモリに保存しておく。なお、７０％とあるが、ユーザは自由に変更可能である。
Ａｐ１＝Ｓ（ｉｆＦｐ１／Ｔｐ１≦０．７）・・・・・・（３）
Ａｐ１＝Ｆ×Ｔｐ１／Ｆｐ１（ｉｆＦｐ１／Ｔｐ１＞０．７）・・・（４）
Ａｐ２＝Ｓ（ｉｆＦｐ２／Ｔｐ２≦０．７）・・・・・・（５）
Ａｐ２＝Ｆ×Ｔｐ２／Ｆｐ２（ｉｆＦｐ１／Ｔｐ２＞０．７）・・・（６）
各々計算した最終段出力可能値（Ａｐ１、Ａｐ２）は、本来出力したい出力設定値（Ｓ）と比較を行い、小さい方を演算部１１１の内部メモリに保存しておく。
出力垂下制御閾値（Ｔｐ１，Ｔｐ２）は、装置の電源投入時に演算部１１１があらかじめ外部メモリから演算部１１１の内部メモリに読み込んでおく。

（Ａ３）図７に示すように、上記（Ａ２）で保存しておいた各々の最終段出力可能値（Ａｐ１、Ａｐ２）を比較し、最小の値を最終段出力可能値として採用する。その値がＤ／Ａ変換回路１１４でアナログ電圧に変換され、設定出力値（Ｖｓ）として励振増幅回路１１２に設定され、励振増幅回路１１２から出力される信号が電力増幅回路１３＿１，１３＿２、合成回路１１５を経て最終的なＲＦとして出力される。

図６に示すように、高周波電源装置１０の出力が立ち上がるとき、目標電力（Ｐｔｇｔ）に向かって時間（TIME）に比例した設定出力値（Ｖｓ）に対応する設定電力値（Ｐｓ）に沿って、階段状に最終段出力可能電力値（Ｐａ）を増加して進行波電力（Ｐｆ）を増加させる。進行波電力（Ｐｆ）を増加するには電力増幅回路１１３＿１，１１３＿２の進行波値（Ｆｐ１，Ｆｐ２）に対応する進行波電力（Ｐｆｐ１、Ｐｆｐ２）を増加させる必要がある。電力増幅回路１３＿１，１３＿２の進行波電力（Ｐｆｐ１，Ｐｆｐ２）が予め設定された出力垂下制御閾値（Ｔｐ１，Ｔｐ２）に対応する進行波電力垂下制御値（Ｐｆｐ１ｔ，Ｐｆｐ２ｔ）付近まで増加すると、最終段出力可能電力値（Ｐａ）の増加率小さくなる（Ｐａ６、Ｐａ７は時間に比例して増加していない）。したがって、進行波電力（Ｐｆ）も時間に比例して増加しなくなり、進行波電力（Ｐｆｐ１，Ｐｆｐ２）が進行波電力垂下制御値（Ｐｆｐ１ｔ，Ｐｆｐ２ｔ）に達したところから最終段出力可能電力値（Ｐａ）は増加しなくなり（Ｐａ９およびＰａ１０はＰａ８と同等である）、進行波電力（Ｐｆ）も増加しなくなる。この垂下制御によって、進行波電力（Ｐｆ）は目標電力（Ｐｔｇｔ）よりも小さい電力（Ｐｄｆｐ）となって、高周波電源装置１０から出力される。

＜変形例１＞
実施例の第１の変形例（変形例１）に係る高周波電源装置について図８および図９を用いて説明する。
図８は変形例１に係る高周波電源装置の構成を示すブロック図である。図９は変形例１に係る高周波電源装置の垂下制御を示すブロック図である。
変形例１に係る高周波電源装置１０Ａは制御回路、電源および検出回路が実施例と異なるが、その他は同様である。制御回路１１ＡはさらにＡ／Ｄ変換回路１１５，１１６＿１，１１６＿２を備える。また、検出回路１６Ａは負荷３０から高周波電源装置１０に向かう反射波電力（Ｐｒ）を検出する。制御回路１１Ａには反射波電力（Ｐｒ）の検出信号である反射波検出電圧（Ｖｒ）が帰還される。第１の電源１４Ａ１および第２の電源１４Ａ２はそれぞれ消費電流の検出信号である消費電流検出電圧（Ｖｉ１，Ｖｉ２）を出力する構成となっている。高周波電源装置１０Ａの垂下制御について以下説明する。

（Ｂ１）検出回路１６から最終段出力の反射電力（Ｐｒ）の検出信号である反射波検出電圧（Ｖｒ）をＡ／Ｄ変換回路１１３でそれぞれデジタル変換した値に対して、演算部１１１Ａがテーブルを用いて反射波値（Ｒ）に変換する。電源１４＿１，１４＿２からの消費電流の検出信号である消費電流検出電圧（Ｖｉ１，Ｖｉ２）をＡ／Ｄ変換回路１１４＿１，１１４＿２でデジタル変換した値に対して、演算部１１１Ａがテーブルを用いて消費電流値（Ｉ１，Ｉ２）に変換する。

（Ｂ２）演算部１１１Ａは、上記（Ｂ１）で求めた反射波値（Ｒ）および消費電流値（Ｉ１，Ｉ２）に対して、あらかじめ用意しておいた反射波および消費電流の許容できる値（出力垂下制御閾値：ＴＲ，ＴＩ１，ＴＩ２）の７０％を超えた場合、下記の式（８）（１０）（１２）による計算を行う。７０％を超えない場合は、下記の式（７）（９）（１１）に示すように本来出力したい出力設定値（Ｓ）を最終段出力可能値（ＡＲ，ＡＩ１，ＡＩ２）として採用することとし、演算部１１１Ａの内部メモリに保存しておく。なお、７０％とあるが、ユーザは自由に変更可能である。
ＡＲ＝Ｓ（ｉｆＲ／ＴＲ≦０．７）・・・・・・（７）
ＡＲ＝Ｆ×ＴＲ／Ｒ（ｉｆＲ／ＴＲ＞０．７）・・・・・・（８）
ＡＩ１＝Ｓ（ｉｆＩ１／ＴＩ１≦０．７）・・・（９）
ＡＩ１＝Ｆ×ＴＩ１／Ｉ１（ｉｆＩ１／ＴＩ１＞０．７）・・・（１０）
ＡＩ２＝Ｓ（ｉｆＩ２／ＴＩ２≦０．７）・・・（１１）
ＡＩ２＝Ｆ×ＴＩ１／Ｉ２（ｉｆＩ２／ＴＩ２＞０．７）・・・（１２）
各々計算した最終段出力可能値（ＡＲ，ＡＩ１，ＡＩ２）は、本来出力したい出力設定値（Ｓ）と比較を行い、小さい方を演算部１１Ａの内部メモリに保存しておく。
出力垂下制御閾値（ＴＲ，ＴＩ１，ＴＩ２）は、装置の電源投入時に演算部１１１Ａがあらかじめ外部メモリから演算部１１Ａの内部メモリに読み込んでおく。

（Ｂ３）図９に示すように、上記（Ａ２）（Ｂ２）で保存しておいた各々の最終段出力可能値（Ａｐ１、Ａｐ２，ＡＲ，ＡＩ）を比較し、最小の値を最終段出力可能値として採用し、その値がＤ／Ａ変換回路１１５でアナログ電圧に変換され、設定出力値（Ｖｓ）として励振増幅回路１１２に設定され、励振増幅回路１１２から出力される信号が電力増幅回路１３＿１，１３＿２、合成回路１１５を経て最終的なＲＦとして出力される。

Ａｐ１またはＡｐ２が最小の値の場合は図６と同様に、値ＡＲが最小の値の場合は図３と同様に垂下制御され、ＡＩが最小の値の場合は図４と同様に垂下制御される。

＜変形例２＞
実施例の第２の変形例（変形例２）に係る高周波電源装置について図１０を用いて説明する。
図１０は変形例２に係る高周波電源装置の構成を示すブロック図である。
変形例２に係る高周波電源装置１０Ｂは制御回路および励振増幅回路が変形例１と異なるが、その他は同様である。
制御回路１１ＢはさらにＡ／Ｄ変換回路１１７を備えるのがより好ましい。励振増幅回路１２Ｂは進行波電力（Ｐｆｏ）を検出して進行波検出電圧（Ｖｆｏ）を出力する構成となっている。高周波電源装置１０Ｂの垂下制御について以下説明する。

（Ｃ１）励振増幅回路１２Ｂからの進行波電力（Ｐｆｏ）の検出信号である進行波検出電圧（Ｖｆｏ）をＡ／Ｄ変換回路１１７でデジタル変換した値に対して、演算部１１１Ｂがテーブルを用いて進行波値（Ｆｏ）に変換する。

（Ｃ２）演算部１１１Ｂは、上記（Ｃ１）で求めた進行波値（Ｆｏ）に対して、あらかじめ用意しておいた励振増幅回路１２Ｂの進行波の許容できる値（出力垂下制御閾値：Ｔｏ）の７０％を超えた場合、下記の式（１４）による計算を行う。７０％を超えない場合は、下記の式（１３）に示すように本来出力したい出力設定値（Ｓ）を最終段出力可能値（Ａｏ）として採用することとし、演算部１１１Ｂの内部メモリに保存しておく。なお、７０％とあるが、ユーザは自由に変更可能である。
Ａｏ＝Ｓ（ｉｆＦｐ１／Ｔｐ１≦０．７）・・・・・・（１３）
Ａｏ＝Ｆ×Ｔｏ／Ｆｏ（ｉｆＦｏ／Ｔｏ＞０．７）・・・（１４）
計算した最終段出力可能値（Ａｏ）は、本来出力したい出力設定値（Ｓ）と比較を行い、小さい方を演算部１１Ｂの内部メモリに保存しておく。
出力垂下制御閾値（Ｔｏ）は、装置の電源投入時に演算部１１１Ｂがあらかじめ外部メモリから演算部１１Ｂの内部メモリに読み込んでおく。

（Ｃ３）上記（Ａ２）（Ｂ２）（Ｃ２）で保存しておいた各々の最終段出力可能値（（Ａｐ１、Ａｐ２，ＡＲ，ＡＩ１，ＡＩ２，Ａｏ）を比較し、最小の値を最終段出力可能値として採用し、その値がＤ／Ａ変換回路１１５でアナログ電圧に変換され、設定出力値（Ｖｓ）として励振増幅回路１１２Ｂに設定され、励振増幅回路１１２Ｂから出力される信号が電力増幅回路１３＿１，１３＿２、合成回路１１５を経て最終的なＲＦとして出力される。

＜変形例３＞
実施例の第３の変形例（変形例３）に係る高周波電源装置について図１１を用いて説明する。
実施例、変形例１および変形例２では電力増幅回路が２つの例を示したが、それに限らず３つ以上であってもよい。この場合、図１１に示すように、ｎ個の電力増幅回路の出力（進行波）に基づいて計算された最終段出力可能値（Ａｐ１，Ａｐ２，・・・，Ａｐｎ）を比較し、最小の値を最終段出力可能値として採用する。必要に応じて他の最終段出力可能値と比較し、最小の値を最終段出力可能値として採用してもよい。電力増幅回路が２^Ｎ個でない場合は２個ずつ合成することができず３個以上の電力増幅回路を合成することになり、バランスがくずれやすくなるので、より有効である。なお、インピーダンス悪化した際はＰＡの合成数に比例して破損の可能性が高くなる傾向にあるため、合成数が多いほど相対的に効果が高くなる。

＜変形例４＞
実施例の第４の変形例（変形例４）に係る高周波電源装置について説明する。
変形例４に係る高周波電源装置は、励振増幅回路１２，１２Ｂの反射波電力および電力増幅回路１３＿１．１３＿２の反射波電力を検出することのできるハードウェア、および制御回路１１，１１Ａ，１１ＢにＡ／Ｄ変換回路を実装して、それらに対しての最終段出力可能値を求めるようにする。

実施例および変形例１から４に係る高周波電源装置は、電力増幅回路のバランスが崩れても、比較例のように反射波電力を受けながら過出力になることがないので、破損を防ぐことが可能となる。また、整合回路によるインピーダンス整合がとれるまでは、破損を防ぎつつ、かつできる限りの出力を発生させ、上位装置による生産ラインが止まることを防ぐことが可能となる。バランスが崩れやすい３個以上の電力増幅回路を合成することができるので、２個ずつトーナメント方式に合成するよりも回路規模を小さくすることができ、コストを削減することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

１・・・電源システム
１０・・・高周波電源装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ・・・制御回路
１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ・・・演算部
１１２・・・Ａ／Ｄ変換回路
１１３＿１，１３＿２・・・Ａ／Ｄ変換回路
１１４・・・Ｄ／Ａ変換回路
１１５・・・Ａ／Ｄ変換回路
１１６＿１，１１６＿２・・・Ａ／Ｄ変換回路
１１７・・・Ａ／Ｄ変換回路
１２，１２Ｂ・・・励振増幅回路
１３＿１，１３＿２・・・電力増幅回路
１４＿１，１４＿２，１４Ａ１，１４Ａ２・・・電源
１５・・・合成回路
１６，１６Ａ・・・検出回路
２０・・・整合回路
３０・・・負荷

Claims

複数の電力増幅回路と、
前記複数の電力増幅回路の電源と、
前記複数の電力増幅回路の出力を合成する合成回路と、
最終段出力の進行波電力を検出する検出回路と、
制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて各々最終段出力可能値を求める垂下制御手段と、
前記最終段出力可能値のうち最小出力値を選択する手段と、
を備え、
前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて各々の最終段出力可能値を求める垂下制御手段は、
前記検出回路が検出した前記電力増幅回路からの進行波電力の検出信号である進行波検出電圧に基づいて求めた進行波値が、あらかじめ設定された出力垂下制御閾値を超えた場合には、前記検出回路が検出した最終段出力の進行波電力の検出信号である進行波検出電圧に基づいて求めた進行波値と前記出力垂下制御閾値と前記進行波値とに基づいて最終段出力可能値を求め、
前記進行波値が前記出力垂下制御閾値を超えない場合は、本来出力したい出力設定値を最終段出力可能値とする高周波電源装置。
複数の電力増幅回路と、
前記複数の電力増幅回路の電源と、
前記複数の電力増幅回路の出力を合成する合成回路と、
最終段出力の進行波電力を検出する検出回路と、
制御回路と、
を備え、
前記検出回路は反射波電力を検出し、
前記制御回路は、
前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて各々最終段出力可能値を求める垂下制御手段と、
前記最終段出力可能値のうち最小出力値を選択する手段と、
複数の電源の消費電流に基づいて最終段出力可能値を求める垂下制御手段と、
前記反射波電力に基づいて最終段出力可能値を求める垂下制御手段と、
前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて求めた最終段出力可能値と、
複数の電源の消費電流に基づいて求めた最終段出力可能値と、前記反射波電力に基づいて求めた最終段出力可能値と、のうち最小出力値を選択する手段と、
を備え、
前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて各々の最終段出力可能値を求める垂下制御手段は、
前記検出回路が検出した前記電力増幅回路からの進行波電力の検出信号である進行波検出電圧に基づいて求めた進行波値が、あらかじめ設定された出力垂下制御閾値を超えた場合には、前記検出回路が検出した最終段出力の進行波電力の検出信号である進行波検出電圧に基づいて求めた進行波値と前記出力垂下制御閾値と前記進行波値とに基づいて最終段出力可能値を求め、
前記進行波値が前記出力垂下制御閾値を超えない場合は、本来出力したい出力設定値を最終段出力可能値とする高周波電源装置。
複数の電力増幅回路と、前記複数の電力増幅回路の電源と、前記複数の電力増幅回路の出力を合成する合成回路と、最終段出力の進行波電力を検出する検出回路と、を備える高周波電源装置の制御方法であって、
前記複数の電力増幅回路の各々の進行波電力に基づいて各々最終段出力可能値を求め、
前記最終段出力可能値のうち最小出力値を選択し、
前記検出回路が検出した前記電力増幅回路からの進行波電力の検出信号である進行波検出電圧に基づいて求めた進行波値が、あらかじめ設定された出力垂下制御閾値を超えた場合には、前記検出回路が検出した最終段出力の進行波電力の検出信号である進行波検出電圧に基づいて求めた進行波値と前記出力垂下制御閾値と前記進行波値とに基づいて最終段出力可能値を求め、
前記進行波値が前記出力垂下制御閾値を超えない場合は、本来出力したい出力設定値を最終段出力可能値とする高周波電源装置の制御方法。