JP7211806B2 - インピーダンス整合装置及びインピーダンス整合方法 - Google Patents
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Description
第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持された後(整合状態に近づいた後)は、細かい調整が必要となるため、第2キャパシタンス要素群を追加し、第1キャパシタンス要素群及び第2キャパシタンス要素群によりインピーダンスを調整する。第1キャパシタンス要素群を構成するキャパシタンスよりも静電容量値が小さいキャパシタンスを含む第2キャパシタンス要素群のキャパシタは、頻繁にスイッチング(半導体スイッチの状態の更新)を繰り返すものとなる。特に容量値が小さいキャパシタは、当該スイッチングの頻度が高いものとなる。
これに対し、第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持されるまでの間(不整合状態のとき)は第1周期で第1キャパシタンス要素群をスイッチングさせ、第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持された後(整合状態に近づいた後)は、第2周期で第1キャパシタンス要素群及び第2キャパシタンス要素群をスイッチングさせて、半導体スイッチの状態の更新を行う。
第2周期は第1周期よりも長い周期にしてあるため、第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持された後(整合状態に近づいた後)は、更新周期を長くすることにより、第2キャパシタンス要素群のスイッチングによる発熱を低減させることができる。なお、このように整合状態に近づいた後は、第1キャパシタンス要素群はほとんど変化しないため、第1キャパシタンス要素群のスイッチングにより発熱による影響を少なくすることができる。
すなわち、第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持された後(整合状態に近づいた後)は、更新周期を長くすることによって、半導体スイッチのオンオフによるスイッチングロスを低減し、半導体スイッチの温度が上昇することを抑制することができる。又、インピーダンスの整合動作を開始してから、第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持されるまでは、静電容量が大きいキャパシタを含む前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態を第1周期にて更新するため、目標とするインピーダンスの整合点に早期に近接させることができる。
以下、実施の形態について、図面に基づいて説明する。図1は、実施形態1に係るインピーダンス整合装置1の一構成例を略示した回路図である。インピーダンス整合装置1は、高周波電源6と負荷8との間に接続されている。高周波電源6とインピーダンス整合装置1との間には、高周波検出部7が設けられている。すなわち、高周波検出部7は、高周波電源6の出力端と、インピーダンス整合装置1の入力端との間に介在してある。インピーダンス整合装置1は、高周波検出部7が検出した高周波電源6から負荷8側を見たインピーダンス(負荷側インピーダンス)に関する情報を取得し、当該情報に基づいて、高周波電源6から負荷8側を見たインピーダンスを、高周波電源6の出力インピーダンスに整合(負荷側インピーダンスと高周波電源6の出力インピーダンスとを共役関係にする)させる。
Cminに、2の(k-1)乗の値を乗算した値(Ck=Cmin×2(k-1))で表される。下位ビットキャパシタ222夫々は、並列に接続されているので、対応する下位ビットスイッチ223がオンとなっている下位ビットキャパシタ222の静電容量の合計値が、第2キャパシタンス要素群22による静電容量となる。下位ビットキャパシタ222の静電容量はバイナリステップで設定されているので、各ビットを1又は0とすることにより、2のn乗(n:下位ビットキャパシタ222の個数)による段階で、第2キャパシタンス要素群22による静電容量を調整することができる。
図8は、変形例1に係る駆動回路3の一構成例を略示した回路図である。なお、図8では、第1キャパシタンス要素211を基に図示している。実施形態1では、制御回路451は、ハイ側スイッチ31及びロー側スイッチ32夫々に互いに反転した2つの電圧信号を出力するとしたが、これに限定されない。制御回路451は、ハイ側スイッチ31及びロー側スイッチ32夫々に共通の電圧信号(共通入力信号)を出力するものであってもよい。
駆動電源の正極側(V+)が接続(ハイ側スイッチ31がオン状態かつロー側スイッチ32がオフ状態)された場合、PINダイオードはオフとなる。PINダイオードのカソードに駆動電源の負極側(V-)が接続(ハイ側スイッチ31がオフ状態かつロー側スイッチ32がオン状態)された場合、PINダイオードはオンとなる。
11 整合回路
2 可変キャパシタ
21 第1キャパシタンス要素群
211 第1キャパシタンス要素(キャパシタンス要素)
212 上位ビットキャパシタ(キャパシタ)
213 上位ビットスイッチ(半導体スイッチ)
22 第2キャパシタンス要素群
221 第2キャパシタンス要素(キャパシタンス要素)
222 下位ビットキャパシタ(キャパシタ)
223 下位ビットスイッチ(半導体スイッチ)
3 駆動回路
31 ハイ側スイッチ
32 ロー側スイッチ
33 フィルタ回路
34 正極側出力端子
35 負極側出力端子
4 制御部
40 記憶部
41 インピーダンス演算部
42 静電容量演算部
43 目標スイッチ状態決定部
44 更新周期決定部
45 スイッチ制御部
451 制御回路
452 分岐回路
5 インダクタ
6 高周波電源
7 高周波検出部(インピーダンス検出部)
8 負荷
Claims (6)
- 高周波電源と負荷との間に設けられ、
前記高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得して、該高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合装置であって、
前記高周波電源に一端が接続されるキャパシタと、該キャパシタに直列に接続される半導体スイッチとを含むキャパシタンス要素を複数個有し、該複数のキャパシタンス要素が互いに並列に接続された可変キャパシタと、
取得した前記インピーダンスに関する情報に基づいて、前記高周波電源と前記負荷との間のインピーダンスが整合するように複数の前記半導体スイッチ夫々をオンオフ制御する制御部とを備え、
前記複数のキャパシタンス要素は、第1キャパシタンス要素群と、前記第1キャパシタンス要素群を構成する一つのキャパシタの静電容量よりも小さい静電容量のキャパシタを有する第2キャパシタンス要素群とを含み、
前記制御部は、
前記高周波電源と前記負荷との間のインピーダンスの整合動作を開始してから、前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持されるまでは、前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態を第1周期にて更新し、
前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が前記所定期間維持された後は、前記第1キャパシタンス要素群及び前記第2キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態を、前記第1周期よりも長い第2周期で更新するインピーダンス整合装置。 - 前記第1キャパシタンス要素群は、複数の前記半導体スイッチを含み、
前記制御部は、前記第2周期で更新した後、一回の更新において、前記第1キャパシタンス要素群の複数の前記半導体スイッチの内、2つ以上の半導体スイッチの状態が変更された場合、前記第1周期で前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態を更新する
請求項1に記載のインピーダンス整合装置。 - 前記第2キャパシタンス要素群は、複数の前記半導体スイッチを含み、
前記制御部は、前記第1周期にて更新する場合、前記第2キャパシタンス要素群の前記半導体スイッチの状態を維持する
請求項1又は請求項2に記載のインピーダンス整合装置。 - 前記所定期間は、前記第1周期の3周期分以上の期間である
請求項1から請求項3のいずれか一つに記載のインピーダンス整合装置。 - 前記第1キャパシタンス要素群のいずれかのキャパシタの静電容量は、前記第2キャパシタンス要素群の全てのキャパシタの静電容量の合計値よりも大きい
請求項1から請求項4のいずれか一つに記載のインピーダンス整合装置。 - 高周波電源と負荷との間に設けられる可変キャパシタによって、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合方法であって、
前記可変キャパシタは、
キャパシタ及び半導体スイッチを有する第1キャパシタンス要素群と、
前記第1キャパシタンス要素群のキャパシタの静電容量よりも小さい静電容量のキャパシタ及び半導体スイッチを有する第2キャパシタンス要素群とを含み、
前記高周波電源と前記負荷との間のインピーダンスの整合動作を開始してから、前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が所定期間維持されるまでは、前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態を第1周期にて更新し、
前記第1キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態が前記所定期間維持された後は、前記第1キャパシタンス要素群及び前記第2キャパシタンス要素群の半導体スイッチの状態を、前記第1周期よりも長い第2周期で更新するインピーダンス整合方法。
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