KR20210084264A - 임피던스 조정장치 - Google Patents

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KR20210084264A
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타츠야 모리이
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가부시키가이샤 다이헨
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Abstract

가변 콘덴서 유닛의 용량값이, 현재 용량값에서 목표 용량값으로 변화하는 과정에 있어서, 목표 용량값에서의 초과량이 작은 임피던스 조정장치를 제공한다.
임피던스 조정장치(13)는 가변 콘덴서 유닛(21)을 가진다. 마이컴(23)은 n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)가 가지는 PIN 다이오드(31)를 각별하게 온 또는 오프로 절환함으로써 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 변경한다. 이로 인해, 고주파 전원(10)에서 본 플라스마 발생기(11)측의 임피던스가 조정된다. 마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 목표 용량값으로 변경하는 경우, 용량값을 목표 용량값과는 상이한 중계 용량값으로 변경하고, 용량값을 중계 용량값으로 변경한 후, 용량값을 목표 용량값으로 변경한다.

Description

임피던스 조정장치{IMPEDANCE ADJUSTMENT DEVICE}
본 개시는 임피던스 조정장치에 관한 것이다.
고주파 전원이 고주파의 교류전압을 부하에 인가하는 구성으로는, 고주파 전원에서 부하로 출력되는 교류전압의 전송로 중도에 임피던스 조정장치가 배치되어 있다. 임피던스 조정장치는 고주파 전원에서 본 부하측의 임피던스를 조정한다. 특허문헌 1에는 임피던스 조정장치가 기재되어 있다. 이 임피던스 조정장치는 가변 콘덴서 유닛을 구비한다. 가변 콘덴서 유닛으로는 콘덴서 및 반도체 스위치가 직렬로 접속된 복수의 직렬회로가 병렬로 접속되어 있다.
가변 콘덴서 유닛이 가지는 복수의 반도체 스위치를 각별하게 온 또는 오프로 절환함으로써, 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 변경된다. 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 변경함으로써, 고주파 전원에서 본 부하측의 임피던스는 고주파 전원의 출력 임피던스의 복소 켤레와 일치하도록, 또는, 고주파 전원에서 본 부하측의 반사계수의 절대값이 최소치가 되도록 조정된다. 이른바, 임피던스 정합이 이루어진다. 그 결과, 부하측에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
일본 공개특허 공보 제2017-69823호
특허문헌 1에 기재되어 있는 임피던스 조정장치에서는, 콘덴서 및 반도체 스위치가 직렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 반도체 스위치가 오프에서 온으로 절환된 경우, 온으로 절환된 반도체 스위치에 접속되어 있는 콘덴서가 유효하게 된다. 반도체 스위치가 온에서 오프로 절환된 경우, 오프로 절환된 반도체 스위치에 접속되어 있는 콘덴서가 무효하게 된다. 상술한 바와 같이, 가변 콘덴서 유닛에서는, 콘덴서 및 반도체 스위치가 직렬로 접속된 복수의 직렬회로가 병렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 유효한 콘덴서의 용량값의 합계치가 가변 콘덴서 유닛의 용량값이다.
반도체 스위치가 온인 상태는 반도체 스위치가 가지는 임피던스가 매우 낮은 상태이다. 반도체 스위치가 오프인 상태는 반도체 스위치가 가지는 임피던스가 매우 높은 상태이다. 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환한 경우, 반도체 스위치가 가지는 임피던스의 변화가 완료할 때 까지는 근소한 시간을 필요로 한다. 즉, 콘덴서 및 반도체 스위치가 직렬로 접속되어 있는 직렬회로의 용량값은 서서히 변화한다.
그 결과, 반도체 스위치의 절환상황에 따라서는 가변 콘덴서 유닛의 용량값이, 현재 용량값에서 목표 용량값으로 변화하는 과정에서 목표 용량값의 상측 또는 하측으로 초과한다. 이러한 현상은 온 또는 오프로 절환하는 복수의 반도체 스위치와, 오프에서 온으로 절환하는 반도체 스위치와, 온에서 오프로 절환하는 반도체 스위치가 포함되어 있는 경우에 발생할 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 종래의 가변 콘덴서 유닛에서는, 복수의 콘덴서의 용량값에 관한 것으로, 최소의 용량값에서 순서대로 약 2배씩 커지고 있다. 이 구성에서, 첫번째로 큰 용량값의 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치를 오프에서 온으로 절환한다. 또한, 용량값이 2번째로 큰 용량값 이하인 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치의 전부 또는 일부를 온에서 오프로 절환한다. 이 경우, 용량값이 2번째로 큰 용량값 이하인 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치가 완전하게 오프로 절환되기 전에, 첫번째로 큰 용량값의 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치가 온으로 절환될 가능성이 있다. 이 경우, 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 목표 용량값보다 큰 값으로 상승한다. 즉, 용량값이 현재 용량값에서 목표 용량값으로 변화하는 방향이 증가방향인 경우, 용량값이 변화하는 과정에서, 용량값이 목표 용량값을 상회할 가능성이 있다.
반대로, 첫번째로 큰 용량값의 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치를 온에서 오프로 절환한다. 또한, 용량이 2번째로 큰 용량값 이하인 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치의 전부 또는 일부를 오프에서 온으로 절환한다. 이 경우, 용량이 2번째로 큰 용량값의 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치가 완전하게 온으로 절환되기 전에, 첫번째로 큰 용량값의 콘덴서에 대응하는 반도체 스위치가 오프로 절환될 가능성이 있다. 이 경우, 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 목표 용량값보다 작은 값으로 저하한다. 즉, 용량값이 현재 용량값에서 목표 용량값으로 변화할 방향이 감소방향인 경우, 용량값이 변화하는 과정에서, 용량값이 목표 용량값을 밑돌 가능성이 있다.
이러한 현상이 발생한 경우, 부하에 악영향을 주어 부하상태가 불안정하게 될 가능성이 있다. 이 경우, 정상적인 임피던스 정합을 수행할 수 없다. 또한, 반사계수의 절대값이 1에 가까워져, 그 결과, 부하상태가 불안정한 상태로 고정될 가능성이 있다. 이러한 현상은 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 목표 용량값의 상측 또는 하측으로 크게 초과한 경우에 발생하기 쉽다. 이 때문에, 목표 용량값에서의 초과량을 작은 값으로 억제할 필요가 있다.
본 개시는 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 가변 콘덴서 유닛의 용량값이, 현재 용량값에서 목표 용량값으로 변화하는 과정에서 목표 용량값에서의 초과량이 작은 임피던스 조정장치를 제공하는 것에 있다.
본 개시의 일 태양에 따른 임피던스 조정장치는 교류전원에서 부하로 출력되는 교류전압의 전송로 중도에 배치되고, 상기 교류전원에서 본 상기 부하측의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정장치로, 복수의 콘덴서 및 복수의 반도체 스위치를 가지는 가변 콘덴서 유닛과, 상기 복수의 반도체 스위치를 각별하게 온 또는 오프로 절환함으로써 상기 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 변경하는 변경부와, 상기 가변 콘덴서 유닛의 용량값의 목표 용량값을 결정하는 결정부를 구비하고, 상기 가변 콘덴서 유닛에서는 콘덴서 및 반도체 스위치가 직렬로 접속된 복수의 콘덴서 회로가 병렬로 접속되어 있으며, 상기 변경부는 상기 용량값을 상기 결정부가 결정된 목표 용량값으로 변경하는 경우, 상기 용량값을 상기 목표 용량값과는 상이한 중계 용량값으로 변경하고, 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경한 후 상기 용량값을 상기 목표 용량값으로 변경한다.
상기 태양에 있어서는, 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 목표 용량값으로 변경하기 위해서 온 또는 오프로 절환하는 반도체 스위치의 수가 2이상인 경우, 이들 반도체 스위치 중 일부의 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛의 용량값은 중계 용량값으로 변경된다. 중계 용량값이 변경된 후, 예를 들면, 나머지의 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛의 용량값은 목표 용량값으로 변경된다.
따라서, 용량값은 중계 용량값으로 변경된 후, 목표 용량값으로 변경된다. 이 때문에, 비록, 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 목표 용량값의 상측 또는 하측으로 초과한 경우이어도, 초과량은 모든 콘덴서 회로의 용량값을 공통의 시간대로 변경하는 경우에서의 초과량보다 작다. 이 때문에, 반사계수가 크게 변동하지는 않는다. 그 결과, 예를 들면, 부하상태가 불안정한 상태로 고정되는 것이 방지될 가능성은 높다.
본 개시의 일 태양에 따른 임피던스 조정장치에서는, 상기 복수의 콘덴서 회로는 복수의 그룹으로 나뉘어 지고, 상기 변경부는 하나의 그룹에 속하는 반도체 스위치 중, 상기 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써, 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경한다.
상기 태양에 있어서는, 하나의 그룹에 속하는 반도체 스위치 중, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛의 용량값은 현재 용량값에서 중계 용량값으로 변경된다. 예를 들면, 복수의 그룹에 대해서, 상술한 반도체 스위치의 온 또는 오프로의 절환을 순차 실행한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛의 용량값은 목표 용량값으로 변경된다.
본 개시의 일 태양에 따른 임피던스 조정장치에서는, 상기 복수의 콘덴서 회로는 복수의 그룹으로 나뉘어 지고, 각 그룹에 속하는 콘덴서의 복수의 용량값의 최소치 및 최대치에 의해 정해지는 용량값 범위는 다른 그룹의 용량값 범위와는 상이하고, 상기 변경부는 상기 목표 용량값으로의 변경에 의해 상기 용량값이 증가하는 경우, 온 또는 오프로의 절환이 필요한 반도체 스위치를 포함한 복수의 그룹 중, 상기 용량값 범위의 값이 가장 작은 그룹에 속하는 반도체 스위치 중에서 상기 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써, 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경한다.
상기 태양에 있어서는, 목표 용량값으로의 변경에 의해 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 증가하는 경우, 1또는 복수의 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환한다. 여기서, 1또는 복수의 반도체 스위치는 온 또는 오프로의 절환이 필요한 반도체 스위치를 포함한 복수의 그룹 중에서 용량값 범위의 값이 가장 작은 그룹에 속하는 반도체 스위치 중, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치이다. 이 때문에, 중계 용량값이 목표 용량값을 초과할 가능성은 매우 낮다. 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 큰 경우에 부하상태가 불안정한 구성에서는 이 절환은 효과적이다.
본 개시의 일 태양에 따른 임피던스 조정장치에서는, 상기 복수의 콘덴서 회로는 복수의 그룹으로 나뉘어 지고, 각 그룹에 속하는 콘덴서의 복수의 용량값의 최소치 및 최대치에 의해 정해지는 용량값 범위는 다른 그룹의 용량값 범위와는 상이하고, 상기 변경부는 상기 목표 용량값으로의 변경에 의해 상기 용량값이 감소하는 경우, 온 또는 오프로의 절환이 필요한 반도체 스위치를 포함한 복수의 그룹 중, 상기 용량값 범위의 값이 가장 큰 그룹에 속하며, 또한, 상기 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써, 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경한다.
상기 태양에 있어서는, 목표 용량값으로의 변경에 의해 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 감소하는 경우, 1또는 복수의 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환한다. 여기서, 1또는 복수의 반도체 스위치는 온 또는 오프로의 절환이 필요한 반도체 스위치를 포함한 복수의 그룹 중에서 용량값 범위의 값이 가장 큰 그룹에 속하는 반도체 스위치 중, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치이다. 이 때문에, 중계 용량값이 목표 용량값을 초과하지는 않는다. 가변 콘덴서 유닛의 용량값이 큰 경우, 부하상태가 불안정한 구성에서는 이 절환은 효과적이다.
본 개시의 일 태양에 따른 임피던스 조정장치에서는, 상기 변경부는 상기 복수의 콘덴서 회로의 하나가 가지는 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써, 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경한다.
상기 태양에 있어서는, 하나의 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써, 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 중계 용량값으로 변경한다. 예를 들면, 반도체 스위치를 하나씩 온 또는 오프로 절환함으로써 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 목표 용량값으로 변경한다. 이 경우, 공통의 시간대에 복수의 반도체 스위치가 온 또는 오프로 절환되지는 않는다. 이 때문에, 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 목표 용량값으로 변경하는 경우에 있어서, 용량값이 중계 용량값 및 목표 용량값을 초과하지는 않는다.
본 개시에 따르면, 가변 콘덴서 유닛의 용량값이, 현재 용량값에서 목표 용량값으로 변화하는 과정에서, 목표 용량값에서의 초과량은 작다.
도 1은, 실시형태 1에 있어서의 전원 시스템의 요부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는, 가변 콘덴서 유닛의 용량값의 설명도이다.
도 3은, 산출회로의 산출처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 마이컴의 요부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는, 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다.
도 8은, 임피던스 조정장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 9는, 임피던스 조정장치의 효과의 설명도이다.
도 10은, 실시형태 2에 있어서의 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 실시형태 2에 있어서의 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 개시를 그 실시형태를 나타내는 도면에 기초하여 상술한다.
(실시형태 1)
＜전원 시스템의 구성＞
도 1은, 실시형태 1에 있어서의 전원 시스템(1)의 요부 구성을 나타내는 블럭도이다. 전원 시스템(1)은 고주파 전원(10), 플라스마 발생기(11), 고주파 검출기(12) 및 임피던스 조정장치(13)를 구비한다. 고주파 전원(10)은 전송로(Tp)를 통해 플라스마 발생기(11)에 접속된다. 전송로(Tp)의 중도에 고주파 검출기(12) 및 임피던스 조정장치(13)가 배치되어 있다. 고주파 검출기(12)는 고주파 전원(10)과 임피던스 조정장치(13) 사이에 위치한다. 고주파 전원(10) 및 플라스마 발생기(11)는 접지되어 있다.
또한, 전송로(Tp)는 고주파 전원(10)에서 플라스마 발생기(11)에 이르기까지의 전송로를 나타낸다. 이 때문에, 도 1에서는, 고주파 검출기(12) 및 후술하는 코일(20)이 전송로(Tp) 상에 배치되어 있다.
고주파 전원(10)은 주파수가 높은 교류전압을 출력하는 교류전원이다. 고주파 전원(10)이 출력하는 교류전압의 주파수는 공업용의 RF(Radio Frequency) 대에 속하는 주파수이다. 공업용의 RF대에 속하는 주파수는 400kHz, 2MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz 또는 60MHz 등이다. 고주파 전원(10)은 고주파 검출기(12) 및 임피던스 조정장치(13)를 통해 교류전압을 플라스마 발생기(11)로 출력한다. 이 때, 고주파 전원(10)이 출력한 교류전압은 전송로(Tp)를 전송한다. 고주파 전원(10)의 출력 임피던스는 예를 들면, 실부에만 나타낸다. 이 경우, 출력 임피던스는 예를 들면, 50옴이다. 플라스마 발생기(11)는 부하로서 기능한다.
플라스마 발생기(11)는 고주파 전원(10)으로부터 입력된 교류전압을 이용하여 플라스마를 발생시킨다. 플라스마 발생기(11)의 타입이 용량 결합형인 경우, 플라스마 발생기(11)는 제1 전극 및 제2 전극을 가진다. 제1 전극의 판면은 제2 전극의 판면에 대향한다. 제1 전극이 접지되어 있다. 고주파 전원(10)이 출력한 교류전압은 제2 전극에 인가된다. 이로 인해, 제1 전극 및 제2 전극 간에 플라스마가 발생한다.
플라스마 발생기(11)의 타입이 유도 결합형인 경우, 플라스마 발생기(11)는 코일을 가진다. 코일의 일단은 접지되어 있다. 고주파 전원(10)이 출력한 교류전압은 코일의 타단으로 인가된다. 이로 인해, 코일 내에서 플라스마가 발생한다.
플라스마 발생기(11)가 발생시킨 플라스마는 에칭 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리에 이용된다. 플라스마 발생기(11)에서는 처리가 실행되고 있는 동안, 플라스마 상태가 시간의 경과와 함께 변화한다. 플라스마 상태가 변화한 경우, 플라스마 발생기(11)의 임피던스가 변화한다.
고주파 검출기(12)는 이하의 2개의 파라미터 한쪽을 주기적으로 검출한다. 한쪽의 파라미터는 고주파 전원(10)에서 본 플라스마 발생기(11)측의 임피던스를 산출하기 위한 파라미터이다. 다른 한쪽의 파라미터는 고주파 전원(10)에서 본 플라스마 발생기(11)측의 반사계수를 산출하기 위한 파라미터이다. 이하에서는, 고주파 전원(10)에서 본 플라스마 발생기(11)측의 임피던스를 부하측 임피던스라고 기재한다. 고주파 전원(10)에서 본 반사계수를, 단순히 반사계수로 기재한다. 반사계수는 복소수이다. 반사계수의 절대값은 제로 이상이고, 또한, 1 이하이다.
부하측 임피던스는 이하의 2개의 임피던스의 한쪽이다. 한쪽의 임피던스는 고주파 전원(10)의 출력단에서 플라스마 발생기(11)측을 본 임피던스이다. 다른 한쪽의 임피던스는 임피던스 조정장치(13)에서의 교류전압의 입력단에서 플라스마 발생기(11)측을 본 임피던스이다. 임피던스 조정장치(13)의 입력단은 고주파 전원(10)의 출력단에 상당한다. 부하측 임피던스는 임피던스 조정장치(13)의 임피던스와 플라스마 발생기(11)의 임피던스와의 합성 임피던스이다.
고주파 검출기(12)는 파라미터의 제1예로서, 고주파 검출기(12)를 통해 전송하는 교류전압 및 교류전류, 및, 이러한 위상차를 검출한다. 고주파 검출기(12)는 파라미터의 제2예로서, 진행파 전력(또는 진행파 전압)과 반사파 전력(또는 반사파 전압)을 검출한다. 진행파 전압은 플라스마 발생기(11)를 향하는 교류전압이다. 진행파 전력은 진행파 전압의 전력이다. 반사파 전압은 플라스마 발생기(11)에서 반사하여 고주파 전원(10)으로 향하는 교류전압이다. 반사파 전력은 반사파 전압의 전력이다. 고주파 검출기(12)는 파라미터를 검출할 때 마다, 검출한 파라미터를 나타내는 파라미터 정보를 임피던스 조정장치(13)로 출력한다.
임피던스 조정장치(13)는 장치 자체(device itself)의 임피던스를 변경함으로써 부하측 임피던스를 조정한다. 구체적으로는, 임피던스 조정장치(13)는 고주파 검출기(12)로부터 입력된 파라미터 정보에 기초하여, 부하측 임피던스가 고주파 전원(10)의 출력 임피던스의 복소 켤레가 되도록, 또는, 반사계수가 최소치가 되도록 장치 자체의 임피던스를 조정한다. 이른바, 임피던스 정합을 수행한다. 이로 인해, 부하측으로 효율적인 전력을 공급할 수 있다. 부하측 임피던스가 출력 임피던스의 복소 켤레가 되지 않는 경우, 임피던스 조정장치(13)는 부하측 임피던스가 고주파 전원(10)의 출력 임피던스의 복소 켤레에 가장 가까운 값이 되도록 장치 자체의 임피던스를 조정한다.
＜임피던스 조정장치(13)의 구성＞
임피던스 조정장치(13)는 코일(20), 가변 콘덴서 유닛(21), 콘덴서(22), 마이크로 컴퓨터(이하, 마이컴이라고 함)(23) 및 산출회로(24)를 가진다. 코일(20)은 전송로(Tp)의 중도에 배치되어 있다. 코일(20)에 관해서, 고주파 검출기(12)측의 일단에 가변 콘덴서 유닛(21)의 일단이 접속되어 있다. 코일(20)에 관해서, 플라스마 발생기(11)측의 일단에 콘덴서(22)의 일단이 접속되어 있다. 가변 콘덴서 유닛(21) 및 콘덴서(22) 타단은 접지되어 있다.
코일(20), 가변 콘덴서 유닛(21) 및 콘덴서(22)에 의해 구성되는 회로는 ð형의 회로이다. 임피던스 조정장치(13)가 가지는 회로는 ð형으로 한정되지 않고, L형 또는 T형 등이어도 좋다. L형 회로의 제1예로서 이하의 회로를 들 수 있다. 이 회로에서는 코일(20) 및 콘덴서(22)를 가지는 직렬회로의 일단 또는 타단에 가변 콘덴서 유닛(21)의 일단이 접속되어 있다. 가변 콘덴서 유닛(21) 타단은 접지되어 있다. 이 경우, 콘덴서(22)는 전송로(Tp)의 중도에 배치되어 플라스마 발생기(11)에 접속된다. L형 회로의 제2예로서 이하의 회로를 들 수 있다. 이 회로에서는, 코일(20) 및 가변 콘덴서 유닛(21)을 가지는 직렬회로의 일단 또는 타단에 콘덴서(22)의 일단이 접속되어 있다. 콘덴서(22) 타단은 접지되어 있다. 이 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)은 전송로(Tp)의 중도에 배치되어 고주파 검출기(12)에 접속된다. 또한, 콘덴서(22) 대신, 또 하나의 가변 콘덴서 유닛(21)을 배치해도 좋다.
T형 회로의 예로서 이하의 회로를 들 수 있다. 이 회로에서는, 코일(20)과 도시하지 않는 다른 코일이 직렬로 접속되어 있다. 코일(20) 및 다른 코일간의 접속노드에 가변 콘덴서 유닛(21)의 일단이 접속되어 있다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 타단이 접지되어 있다.
이하에서는 임피던스 조정장치(13)가 ð형의 회로를 가지는 예를 설명한다.
가변 콘덴서 유닛(21)은 병렬로 접속된 n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)를 가진다. 여기서, n은 2이상의 정수이다. 콘덴서 회로(A1, A2, …, An) 각각은 콘덴서(30), PIN 다이오드(31) 및 구동부(32)를 가진다. 콘덴서 회로(A1, A2, …, An) 각각에서는 콘덴서(30) 일단이 코일(20)의 일단에 접속되어 있다. 콘덴서(30) 타단은 PIN 다이오드(31)의 애노드에 접속되어 있다. PIN 다이오드(31)의 캐소드는 접지되어 있다. 이와 같이, 콘덴서(30) 및 PIN 다이오드(31)는 직렬로 접속되어 있다. 콘덴서(30) 및 PIN 다이오드(31)간 접속노드에 구동부(32)가 접속되어 있다.
n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)의 병렬은 엄밀한 병렬을 의미하지 않으며, 실질적인 병렬을 의미한다. 따라서, 예를 들면, 콘덴서 회로(A1)의 양단간에 콘덴서 회로(A2) 및 도시하지 않는 저항의 직렬회로가 접속되어도 좋다.
구동부(32)는 기준전위가 접지전위인 플러스 전압을 PIN 다이오드(31)의 애노드에 인가한다. 이로 인해, PIN 다이오드(31)에 순방향 전압이 인가된다. 구동부(32)는 더욱, 기준전위가 접지전위인 마이너스 전압을 PIN 다이오드(31)의 애노드에 인가한다. 이로 인해, PIN 다이오드(31)에 역방향 전압이 인가된다.
PIN 다이오드(31)에서는 P형, I형 및 N형의 반도체층이 접합된다. I형의 반도체는 진성 반도체이다. P형 및 N형의 반도체층 사이에 I형의 반도체층이 배치되어 있다. P형 및 N형 각각의 반도체층에 애노드 및 캐소드가 마련되어 있다. PIN 다이오드(31)는 반도체 스위치로서 기능한다.
구동부(32)가 PIN 다이오드(31)로 순방향 전압을 인가한 경우, PIN 다이오드(31)의 양단간의 저항값은 충분히 작은 값으로 저하한다. 그 결과, PIN 다이오드(31)는 온으로 절환된다. 구동부(32)가 PIN 다이오드(31)로 역방향 전압을 인가한 경우, PIN 다이오드(31)의 양단간의 저항값은 충분히 큰 값으로 상승한다. 결과, PIN 다이오드(31)는 오프로 절환된다. 이상과 같이, 구동부(32)는 자신에게 접속되는 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. PIN 다이오드(31)가 온인 경우, 교류전압은 PIN 다이오드(31)를 통과할 수 있다. PIN 다이오드(31)가 오프인 경우, 교류전압은 PIN 다이오드(31)를 통과할 수 없다.
마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 구동부(32)로 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압을 출력한다. 각 구동부(32)는 마이컴(23)으로부터 입력되는 전압이 로우레벨 전압에서 하이레벨 전압으로 절환된 경우, PIN 다이오드(31)를 온으로 절환한다. 각 구동부(32)는 마이컴(23)으로부터 입력되는 전압이 하이레벨 전압에서 로우레벨 전압으로 절환된 경우, PIN 다이오드(31)를 오프로 절환한다.
도 2는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 설명도이다. 도 2에서는, n이 8인 예를 나타낸다. 도 2에서는 콘덴서 회로(A1, A2, …, An) 각각에 대해서, 콘덴서(30)의 용량값과 PIN 다이오드(31) 상태를 나타낸다. 온 및 오프 각각은 1 및 제로에 의해 나타낸다.
온인 PIN 다이오드(31)의 수가 2이상인 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 온인 복수의 PIN 다이오드(31)에 접속되는 복수의 콘덴서(30)의 용량값 총합으로 나타낸다. 온인 PIN 다이오드(31)의 수가 1인 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 온인 PIN 다이오드(31)에 접속되는 콘덴서(30)의 용량값으로 나타낸다.
콘덴서 회로(Ai(i=1, 2, …, n))가 가지는 콘덴서(30)의 용량값은 플러스 실수(H)와, 2의 (i-1)승의 곱으로 나타낸다. 도 2의 예에서는, 실수(H)는 1pF이다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 실수(H) 단위로 조정할 수 있다. 도 2의 예에서는, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 1pF 단위로 조정할 수 있다. 도 2의 예에서는, 콘덴서 회로(A1, A2, …, A7)가 가지는 7개의 PIN 다이오드(31)가 온이므로, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 127pF이다.
임피던스 조정장치(13)에서는, n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)는 k개의 그룹(G1, G2, …, Gk)으로 나눌 수 있다. 여기서, k는 2이상의 정수이며, 정수 n미만이다. 도 2는, n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …An)가 속하는 그룹을 나타낸다. 그룹의 수, 즉, k가 2인 경우, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 회로(A1~A4)가 그룹(G1)에 속한다. 콘덴서 회로(A5~A8)는 그룹(G2)에 속한다.
그룹(Gj)(j=(1, 2), …, k)의 용량값 범위는 그룹(Gj)에 속하는 콘덴서(30)의 최소치 및 최대치에 의해 정해진다. 그룹(Gj)의 용량값 범위는 그룹(G1, G2, …, Gk) 중에서 그룹(Gj)을 제외한 모든 그룹의 용량값 범위와 상이하다. 도 2의 예에서는, 그룹(G1)의 용량값 범위는, 1pF에서 8pF까지의 범위이며, 그룹(G2)의 용량값 범위는 16pF에서 128pF까지의 범위이다. 그룹(G1, G2)의 용량값 범위는 서로 상이하다. 그룹(G1)의 용량값 범위의 값이 가장 작다. 그룹의 번호가 클 수록, 용량값 범위의 값은 크다. 따라서, 그룹(Gk)의 용량값 범위의 값이 가장 크다.
도 1에 나타내는 고주파 검출기(12)는 파라미터 정보를 임피던스 조정장치(13)의 산출회로(24)로 출력한다. 마이컴(23)은 하이레벨 전압 및 로우레벨 전압에 의해 구성되는 마스크 신호를 산출회로(24)로 출력한다.
산출회로(24)는 예를 들면, FPGA(field-programmable gate array)에 의해 구성된다. 산출회로(24)는 부하측 임피던스 또는 반사계수를 산출하는 산출처리를 실행한다. 산출처리에서는, 산출회로(24)는 마스크 신호가 로우레벨 전압을 나타내는 경우, 고주파 검출기(12)에서 입력된 파라미터 정보가 나타내는 파라미터에 기초하여, 부하측 임피던스 또는 반사계수를 기준시간 동안 반복 산출한다. 산출회로(24)는 기준시간 동안에 산출한 복수의 부하측 임피던스 또는 복수의 반사계수의 평균값을 산출한다. 산출회로(24)는 산출한 평균값을 나타내는 평균정보를 마이컴(23)에 출력한다. 산출회로(24)는 마스크 신호가 하이레벨 전압을 나타내는 경우, 산출을 정지한다.
마이컴(23)은 산출회로(24)로부터 평균정보가 입력된 경우, 산출회로(24)로부터 입력된 평균정보가 나타내는 부하측 임피던스 또는 반사계수의 평균값에 기초하여, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출한다. 평균정보가 부하측 임피던스의 평균값을 나타내는 경우, 마이컴(23)은 부하측 임피던스가 고주파 전원(10)의 출력 임피던스의 복소 켤레가 되는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출한다. 평균정보가 반사계수의 평균값을 나타내는 경우, 마이컴(23)은 반사계수가 제로가 되는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출한다. 마이컴(23)은 산출한 용량값에 기초하여, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 목표 용량값을 결정한다. 목표 용량값은 가변 콘덴서 유닛(21)에 있어서 실현할 수 있는 용량값이다. 목표 용량값은 산출한 용량값과 일치하거나, 또는, 산출한 용량값에 가장 가까운 용량값이다.
상술한 바와 같이, 마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 구동부(32)로 출력하는 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 PIN 다이오드(31)는 각별하게 온 또는 오프로 절환된다. 마이컴(23)은 n개의 PIN 다이오드(31)를 각별하게 온 또는 오프로 절환함으로써, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 결정한 목표 용량값으로 변경한다.
이하에서는, 산출회로(24) 및 마이컴(23)의 동작을 상세하게 설명한다.
＜산출회로(24)의 산출처리＞
도 3은, 산출회로(24)의 산출처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 3에서는, 하이레벨 전압은 "H"에 의해 나타내고, 로우레벨 전압은 "L"에 의해 나타낸다. 도 3이외의 도에 있어서도, 하이레벨 전압 및 로우레벨 전압 각각은 "H" 및 "L"에 의해 나타낸다. 여기서, 부하측 임피던스를 산출하는 산출처리를 설명한다.
산출회로(24)는 마이컴(23)으로부터 입력되는 마스크 신호가 하이레벨 전압을 나타내는 상태로 산출처리를 개시한다. 산출처리로는, 산출회로(24)는 마이컴(23)으로부터 입력되는 마스크 신호의 전압이 하이레벨 전압에서 로우레벨 전압으로 절환되었는지 여부를 판정한다(단계 S1). 산출회로(24)는 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 절환되지 않았다고 판정한 경우(S1：NO), 단계(S1)를 다시 실행하고, 마스크 신호가 나타내는 전압이 로우레벨 전압으로 절환될 때까지 대기한다.
산출회로(24)는 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 절환되었다고 판정한 경우(S1：YES), 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 절환된 후 대기시간이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S2). 대기시간은 일정값이며, 미리 설정되어 있다. 산출회로(24)가 도시하지 않는 타이머를 가지는 경우, 타이머는 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 절환된 후 경과한 시간을 계측한다. 산출회로(24)는 타이머가 계측하는 시간에 기초하여, 대기시간이 경과하였는지 여부를 판정한다. 산출회로(24)는 대기시간이 경과하지 않았다고 판정한 경우(S2：NO), 단계(S2)를 다시 실행하고, 대기시간이 경과할 때까지 대기한다.
산출회로(24)는 대기시간이 경과하였다고 판정한 경우(S2：YES), 마이컴(23)으로부터 입력되는 마스크 신호가 하이레벨 전압을 나타내는지 여부를 판정한다(단계 S3). 산출회로(24)는 마스크 신호가 하이레벨 전압을 나타낸다고 판정한 경우(S3：YES), 산출처리를 종료하고, 다시 산출처리를 개시한다. 산출회로(24)는 마스크 신호가 하이레벨 전압을 나타내지 않는, 즉, 마스크 신호가 로우레벨 전압을 나타내고 있는 경우(S3：NO), 고주파 검출기(12)로부터 파라미터 정보가 입력되었는지 여부를 판정한다(단계 S4). 산출회로(24)는 파라미터 정보가 입력하고 있지 않다고 판정한 경우(S4：NO), 단계(S3)를 다시 실행한다. 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 유지되는 경우, 산출회로(24)는 파라미터 정보가 입력될 때까지 대기한다.
산출회로(24)는 파라미터 정보가 입력되었다고 판정한 경우(S4：YES), 고주파 검출기(12)로부터 입력된 파라미터 정보가 나타내는 파라미터에 기초하여, 부하측 임피던스를 산출한다(단계 S5). 상술한 바와 같이, 산출처리로는, 산출회로(24)는 평균정보를 마이컴(23)에 출력한다. 산출회로(24)는 대기시간이 경과하고 나서, 또는, 평균정보를 출력하고 나서 기준시간이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S6). 기준시간은 일정값이며, 미리 설정되어 있다.
산출회로(24)가 타이머를 가지는 경우, 타이머는 대기시간이 경과하고 나서, 또는, 평균정보를 출력하고 나서 경과한 시간을 계측한다. 단계(S6)에서는 산출회로(24)는 타이머가 계측하는 시간에 기초하여 기준시간이 경과하였는지 여부를 판정한다.
산출회로(24)는 기준시간이 경과하지 않는다고 판정한 경우(S6：NO), 단계(S3)를 다시 실행한다. 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 유지되고 있는 경우, 산출회로(24)는 다시 부하측 임피던스를 산출한다. 고주파 검출기(12)가 파라미터 정보를 출력하는 주기는 기준시간보다 충분히 짧다. 이 때문에, 기준시간이 경과하기까지 산출회로(24)가 단계(S5)를 실행하는 횟수는 2회 이상이다.
산출회로(24)는 기준시간이 경과하였다고 판정한 경우(S6：YES), 기준시간이 경과하기까지 산출한 복수의 부하측 임피던스의 평균값을 산출한다(단계 S7). 이어서, 산출회로(24)는 산출한 평균값을 나타내는 평균정보를 마이컴(23)으로 출력한다(단계 S8). 산출회로(24)는 단계(S8)를 실행한 후, 단계(S3)를 다시 실행한다.
이상과 같이, 산출회로(24)는 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 유지되고 있는 경우, 기준시간이 경과할 때까지 부하측 임피던스를 반복하여 산출한다. 산출회로(24)는 기준시간이 경과한 경우, 산출한 복수의 부하측 임피던스의 평균값을 산출한다. 산출회로(24)는 산출한 평균값을 나타내는 평균정보를 마이컴(23)으로 출력한다. 마스크 신호의 전압이 하이레벨 전압으로 절환된 경우, 산출회로(24)는 부하측 임피던스의 산출을 정지한다. 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 절환된 경우, 산출회로(24)는 로우레벨 전압으로 절환된 후 대기시간이 경과한 후, 다시, 부하측 임피던스 및 평균값의 산출을 개시한다.
반사계수를 산출하는 산출처리는 부하측 임피던스의 산출처리와 동일하다. 부하측 임피던스의 산출처리의 설명에 있어서, 부하측 임피던스를 반사계수로 치환함으로써, 반사계수를 산출하는 산출처리를 설명할 수 있다.
산출회로(24)는 처리를 실행하는 처리소자, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit)를 가지는 구성이어도 좋다. 이 경우, 산출회로(24)에서는 도시하지 않는 기억부에 컴퓨터 프로그램이 기억되어 있고, 처리소자는 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 산출처리를 실행한다.
컴퓨터 프로그램은 산출회로(24)의 처리소자가 독출 가능하도록 기억매체에 기억되어도 좋다. 이 경우, 도시하지 않는 독출장치에 의해 기억매체로부터 독출된 컴퓨터 프로그램이 산출회로(24)의 기억부에 기입된다. 기억매체는 광디스크, 플렉서블 디스크, 자기 디스크, 자기 광디스크 또는 반도체 메모리 등이다. 광디스크는 CD(Compact Disc)-ROM(Read Only Memory), DVD(Digital Versatile Disc)-ROM, 또는, BD(Blu-ray(등록상표) Disc) 등이다. 자기 디스크는 예를 들면, 하드 디스크이다. 또한, 도시하지 않는 통신망에 접속되는 도시하지 않는 외부장치로부터 컴퓨터 프로그램을 다운로드하고, 다운로드한 컴퓨터 프로그램을 기억부에 기입해도 좋다.
＜마이컴(23)의 구성＞
도 4는 마이컴(23)의 요부 구성을 나타내는 블럭도이다. 마이컴(23)은 입력부(40), 출력부(41, 42), 기억부(43) 및 제어부(44)를 가진다. 이들은 내부 버스(45)에 접속되어 있다. 입력부(40) 및 출력부(41) 각각은 더욱, 산출회로(24)에 접속된다. 출력부(42)는 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 구동부(32)에 각별하게 접속되어 있다.
평균정보는 산출회로(24)로부터 입력부(40)로 입력된다. 입력부(40)는 평균정보가 입력된 경우, 입력된 평균정보가 나타내는 부하측 임피던스 또는 반사계수의 평균값을 제어부(44)에 통지한다.
출력부(41)는 산출회로(24)로 마스크 신호를 출력한다. 출력부(41)는 제어부(44)의 지시에 따라 마스크 신호가 나타내는 전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다.
출력부(42)는 n개의 구동부(32)에 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압을 출력한다. 출력부(42)는 제어부(44)의 지시에 따라 n개의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다. 상술한 바와 같이, 각 구동부(32)는 출력전압에 따라 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다.
제어부(44)는 출력부(42)에 지시하여, n개의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 각별하게 절환시킨다. 이로 인해, 제어부(44)는 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환을 각별하게 실현된다. 제어부(44)는 n개의 PIN 다이오드(31)를 각별하게 온 또는 오프로 절환함으로써, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 변경한다. 제어부(44)는 변경부로서 기능한다.
기억부(43)는 비휘발성 메모리이다. 기억부(43)에는 컴퓨터 프로그램(P)이 기억되어 있다. 제어부(44)는 처리를 실행하는 처리소자, 예를 들면, CPU를 가진다. 제어부(44)의 처리소자는 컴퓨터 프로그램(P)을 실행함으로써, 조정처리를 실행한다. 조정처리로는 부하측 임피던스를 조정한다.
컴퓨터 프로그램(P)은 제어부(44)의 처리소자가 독출 가능하도록 기억매체(E)에 기억되어도 좋다. 이 경우, 도시하지 않는 독출장치에 의해 기억매체(E)로부터 독출된 컴퓨터 프로그램(P)이 마이컴(23)의 기억부(43)에 기입된다. 기억매체(E)는 광디스크, 플렉서블 디스크, 자기 디스크, 자기 광디스크 또는 반도체 메모리 등이다. 또한, 도시하지 않는 통신망에 접속되어 있는, 도시하지 않는 외부장치로부터 컴퓨터 프로그램(P)을 다운로드하고, 다운로드한 컴퓨터 프로그램(P)을 기억부(43)에 기입해도 좋다.
제어부(44)가 가지는 처리소자의 수가 2이상이어도 좋다. 이 경우, 복수의 처리소자가 조정처리를 협동하여 실행해도 좋다.
＜조정처리＞
도 5, 도 6및 도 7은 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다. 제어부(44)는 조정처리를 주기적으로 실행한다. 기억부(43)에는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 나타내는 용량값 정보와, 변수(q)의 값이 기억되어 있다. 또한, 용량값 정보가 나타내는 용량값은 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)전체의 용량값이다. PIN 다이오드(31)의 온/오프 상태에 기초하여, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출할 수 있다. 용량값 정보가 나타내는 용량값은 제어부(44)에 의해 갱신된다. 변수(q)의 값은 제어부(44)에 의해 변경된다. 변수(q)의 값은 1이상이며, 또한, k이하인 정수이다. 상술한 바와 같이, k는 그룹(G1, G2, …, Gk)의 수를 나타낸다. 도 2의 예에서는, k는 2이다. 이하에서는, 평균정보가 부하측 임피던스의 평균값을 나타내는 경우에 실행되는 부하측 임피던스의 조정처리를 설명한다.
조정처리에서는, 우선, 제어부(44)는 부하측 임피던스의 평균값에 기초하여, 부하측 임피던스가 고주파 전원(10)의 출력 임피던스의 복소 켤레와 일치하는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출한다(단계 S11). 여기서, 부하측 임피던스의 평균값은 입력부(40)에 입력된 최신 평균정보가 나타내는 평균값이다. 이 평균값은, 산출회로(24)에 의해서 산출된다. 이어서, 제어부(44)는 단계(S11)에서 산출한 용량값에 기초하여 목표 용량값을 결정한다(단계 S12). 목표 용량값은 가변 콘덴서 유닛(21)에 있어서 실현가능한 용량값이다. 목표 용량값은 단계(S11)에서 산출한 용량값과 일치하거나, 또는, 산출한 용량값에 가장 가까운 용량값이다. 제어부(44)는 결정부로서도 기능한다.
또한, 상술한 바와 같이, 용량값 정보가 나타내는 용량값은 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 PIN 다이오드(31)의 온/오프 상태에서 산출할 수 있다. 즉, 용량값 정보로서 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 PIN 다이오드(31)의 온/오프 상태를 나타내는 정보를 이용해도 좋다. 마찬가지로, 목표 용량값을 가변 콘덴서 유닛(21)이 가지는 n개의 PIN 다이오드(31)의 온/오프 상태에 의해서 나타낼 수도 있다.
이어서, 제어부(44)는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을, 현재 용량값에서, 단계(S12)에서 결정한 목표 용량값으로 변경한 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 변화하는지 여부를 판정한다(단계 S13). 단계(S13)가 실행된 시점에서의 가변 콘덴서 유닛(21)의 현재 용량값은 용량값 정보가 나타내는 용량값이다. 단계(S13)에서는, 제어부(44)는 단계(S12)에서 결정한 목표 용량값이, 용량값 정보가 나타내는 현재 용량값과 상이한 경우, 용량값이 변화한다고 판정한다. 제어부(44)는 단계(S12)에서 결정한 목표 용량값이, 용량값 정보가 나타내는 현재 용량값과 일치하는 경우, 용량값이 변화하지 않는다고 판정한다.
가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 변화하지 않는 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 변경할 필요는 없다. 이 때문에, 제어부(44)는 용량값이 변화하지 않는다고 판정한 경우(S13：NO), 조정처리를 종료한다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 변화하는 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을, 단계(S12)에서 결정한 목표 용량값으로 변경한다. 이 때문에, 제어부(44)는 용량값이 변화한다고 판정한 경우(S13：YES), 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 단계(S12)에서 결정한 목표 용량값이 되는 n개의 PIN 다이오드(31) 상태를 결정한다(단계 S14). 구체적으로는, 도 2에 나타내는 n개의 PIN 다이오드(31) 상태를 변경한다.
이어서, 제어부(44)는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 목표 용량값으로 변경한 경우, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 증가하는지 여부를 판정한다(단계 S15). 제어부(44)는 용량값이 증가한다고 판정한 경우(S15：YES), 변수(q)의 값을 1로 설정한다(단계 S16). 이어서, 제어부(44)는 그룹(Gq)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S17). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S17：YES), 그룹(Gq)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다(단계 S18). 단계(S18)에서는, 제어부(44)는 그룹(Gq)에 속하는 복수의 PIN 다이오드(31) 상태가 단계(S14)에서 결정한 복수의 PIN 다이오드(31) 상태가 되도록, 그룹(Gq)의 구동부(32)로의 출력전압을 절환한다.
이로 인해, 그룹(Gq)에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)가 구동부(32)에 의해 온 또는 오프로 절환된다. 단계(S18)의 실행이 종료된 시점에서, 온 또는 오프로의 절환이 필요한 PIN 다이오드(31)가 남아 있다고 가정한다. 이 경우, 단계(S18)의 실행에 의해 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 목표 용량값과는 상이한 중계 용량값으로 변경된다.
이어서, 제어부(44)는 단계(S18)을 실행하고 나서 제1 설정시간이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S19). 제1 설정시간은 일정값이며, 미리 설정되어 있다. 마이컴(23)가 도시하지 않는 타이머를 가지는 경우, 제어부(44)는 단계(S18)이 실행되고 나서 경과한 시간을 타이머로 계측시킨다. 단계(S19)에서는, 제어부(44)는 타이머가 계측한 시간에 기초하여 제1 설정시간이 경과하였는지 여부를 판정한다. 제어부(44)는, 제1 설정시간이 경과하지 않다고 판정한 경우(S19：NO), 단계(S19)를 다시 실행하고, 제1 설정시간이 경과할 때까지 대기한다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 변경에 의해, 플라스마 발생기(11)가 발생시키는 플라스마 상태가 변동한다. 제1 설정시간은 이하의 2개의 시간의 합계 시간보다 길다. 한쪽의 시간은 용량값의 변경에 필요한 시간의 최대시간이다. 다른 한쪽의 시간은 플라스마 상태가 안정되기 위해서 필요한 시간이다.
제어부(44)는 그룹(Gq)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S17：NO), 또는, 제1 설정시간이 경과하였다고 판정한 경우(S19：YES), 변수(q)의 값을 1만큼 증가(increment)한다(단계 S20). 이어서, 제어부(44)는 변수(q)의 값이 k인지 아닌지를 판정한다(단계 S21). 상술한 바와 같이, k는 그룹(G1, G2, …, Gk)의 수이다.
제어부(44)는 변수(q)의 값이 k는 아니라고 판정한 경우(S21：NO), 단계(S17)를 다시 실행한다. 이로 인해, 제어부(44)는 그룹(G1)에서 그룹(Gk-1)까지 순차, 복수의 구동부(32)로의 출력전압을 절환한다. 복수의 구동부(32)로의 출력전압의 절환은 복수의 PIN 다이오드(31)의 절환이다. 제어부(44)는 변수(q)의 값이 k라고 판정한 경우(S21：YES), 출력부(41)에 지시하여, 산출회로(24)에 출력하는 마스크 신호의 전압을 하이레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S22). 이로 인해, 산출회로(24)는 부하측 임피던스의 산출을 정지한다.
이어서, 제어부(44)는 그룹(Gk)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S23). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S23：YES), 그룹(Gk)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다(단계 S24). 단계(S24)에서는, 제어부(44)는 그룹(Gk)에 속하는 복수의 PIN 다이오드(31) 상태가 단계(S14)에서 결정한 복수의 PIN 다이오드(31) 상태가 되도록, 그룹(Gk)의 구동부(32)로의 출력전압을 절환한다. 그룹(Gk)에 속하는 PIN 다이오드(31)에, 절환이 필요한 PIN 다이오드(31)가 포함되어 있는 경우, 단계(S29)의 실행에 의해 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 목표 용량값으로 변경된다.
상술한 바와 같이, 그룹의 번호가 클 수록, 그룹의 용량값 범위의 값은 크다. 용량값을 목표 용량값으로 변경함으로써, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 증가한다고 가정한다. 이 경우, 제어부(44)는 온 또는 오프로의 절환이 필요한 PIN 다이오드(31)를 포함한 복수의 그룹 중, 용량값 범위의 값이 가장 작은 그룹에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 현재 용량값에서 중계 용량값으로 변경된다. 용량값 범위의 값이 가장 작은 그룹에 속하는 1또는 복수의 PIN 다이오드(31)로부터, 온 또는 오프로의 절환을 수행한다. 이 때문에, 중계 용량값이 목표 용량값을 초과하지는 않는다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 큰 경우, 플라스마 발생기(11)의 동작이 불안정한 구성에서는 이 절환은 효과적이다.
제어부(44)는 용량값이 증가하지 않다고 판정한 경우(S15：NO), 변수(q)의 값을 k로 설정한다(단계 S25). 용량값이 증가하지 않는 것은 용량값의 감소를 의미한다. 이어서, 제어부(44)는 그룹(Gq)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S26). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S26：YES), 단계(S18)과 마찬가지로, 그룹(Gq)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다(단계 S27).
이어서, 제어부(44)는 단계(S19)와 마찬가지로, 단계(S27)을 실행하고 나서 제1 설정시간이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S28). 제어부(44)는 제1 설정시간이 경과하지 않다고 판정한 경우(S28：NO), 단계(S28)를 다시 실행하고, 제1 설정시간이 경과할 때까지, 즉, 플라스마 상태가 안정될 때까지 대기한다.
제어부(44)는 그룹(Gq)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S26：NO), 또는, 제1 설정시간이 경과하였다고 판정한 경우(S28：YES), 변수(q)의 값을 1만큼 감소한다(단계 S29). 이어서, 제어부(44)는 변수(q)의 값이 1인지 아닌지를 판정한다(단계 S30).
제어부(44)는 변수(q)의 값이 1은 아니라고 판정한 경우(S30：NO), 단계(S26)를 다시 실행한다. 이로 인해, 제어부(44)는 그룹(Gk)에서 그룹(G2)까지의 그룹에 대해서, 순차, 복수의 구동부(32)로의 출력전압을 절환한다. 복수의 구동부(32)로의 출력전압의 절환은 복수의 PIN 다이오드(31)의 절환이다. 제어부(44)는 변수(q)의 값이 1이라고 판정한 경우(S30：YES), 출력부(41)에 지시하고, 산출회로(24)로 출력하는 마스크 신호의 전압을 하이레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S31). 이로 인해, 산출회로(24)는 부하측 임피던스의 산출을 정지한다.
이어서, 제어부(44)는 그룹(G1)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S32). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S32：YES), 그룹(G1)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환한다(단계 S33). 단계(S33)에서는, 제어부(44)는 그룹(G1)에 속하는 복수의 PIN 다이오드(31) 상태가 단계(S14)에서 결정한 복수의 PIN 다이오드(31) 상태가 되도록, 그룹(G1)의 구동부(32)로의 출력전압을 절환한다. 그룹(G1)에 속하는 PIN 다이오드(31)에 절환이 필요한 PIN 다이오드(31)가 포함되어 있는 경우, 단계(S33)의 실행에 의해 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 목표 용량값으로 변경된다.
용량값을 목표 용량값으로 변경함으로써, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 감소한다고 가정한다. 이 경우, 제어부(44)는 온 또는 오프로의 절환이 필요한 PIN 다이오드(31)를 포함한 복수의 그룹 중, 용량값 범위의 값이 가장 큰 그룹에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 현재 용량값에서 중계 용량값으로 변경된다. 용량값 범위의 값이 가장 큰 그룹에 속하는 1또는 복수의 PIN 다이오드(31)로부터, 온 또는 오프로의 절환을 수행한다. 이 때문에, 중계 용량값이 목표 용량값을 초과하지는 않는다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 큰 경우, 플라스마 발생기(11)의 동작이 불안정한 구성에서는 이 절환은 효과적이다.
제어부(44)는 그룹(Gk)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S23：NO), 그룹(G1)에 속하는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S32：NO), 또는, 단계(S24) 혹은 단계(S33)를 실행한 후, 단계(S22) 또는 단계(S31)를 실행하고 나서 제2 설정시간이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S34). 제2 설정시간은 일정값이며, 미리 설정되어 있다. 마이컴(23)가 타이머를 가지는 경우, 제어부(44)는 단계(S22) 또는 단계(S31)가 실행되고 나서 경과한 시간을 타이머로 계측시킨다. 단계(S34)에서는, 제어부(44)는 타이머가 계측한 시간에 기초하여 제2 설정시간이 경과하였는지 여부를 판정한다.
제어부(44)는 제2 설정시간이 경과하지 않다고 판정한 경우(S34：NO), 단계(S34)을 다시 실행하고, 제2 설정시간이 경과할 때까지 대기한다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 변경함으로써, 부하측 임피던스가 변동한다. 제2 설정시간은 이하의 2개의 시간의 합계 시간보다 길다. 한쪽의 시간은 단계(S24) 또는 단계(S33)에서 수행되는 용량값의 변경에 필요한 시간의 최대시간이다. 다른 한쪽의 시간은 부하측 임피던스가 안정되기 위해서 필요한 시간이다.
제어부(44)는 제2 설정시간이 경과하였다고 판정한 경우(S34：YES), 용량값 정보가 나타내는 용량값을, 단계(S12)에서 결정한 목표 용량값으로 갱신한다(단계 S35). 이어서, 제어부(44)는 출력부(41)에 지시하고, 산출회로(24)로 출력하는 마스크 신호의 전압을 로우레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S36). 이로 인해, 산출회로(24)는 부하측 임피던스 및 평균값의 산출을 재개한다. 제어부(44)는 단계(S36)을 실행한 후, 조정처리를 종료한다.
평균정보가 반사계수의 평균값을 나타내는 경우에 실행되는 반사계수의 조정처리는, 이하의 점을 제외하고 부하측 임피던스의 조정처리와 동일하다. 반사계수의 조정처리의 단계(S11)에서는, 제어부(44)는 입력부(40)에 입력된 평균정보가 나타내는 반사계수의 평균값에 기초하여, 반사계수가 제로가 되는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출한다. 제어부(44)가 단계(S22) 또는 단계(S31)를 실행한 경우, 산출회로(24)는 반사계수의 산출을 정지한다. 제어부(44)가 단계(S36)을 실행한 경우, 산출회로(24)는 반사계수의 산출을 재개한다.
＜임피던스 조정장치(13)의 동작＞
도 8은, 임피던스 조정장치(13)의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 산출회로(24), 마이컴(23) 및 구동부(32)가 실행하는 처리를 시계열로 나타낸다. 여기서, 그룹의 수가 2이며, 또한, 그룹(G1, G2)에 속하는 구동부(32)가 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환하는 예를 설명한다. 이 설명에 있어서도, 산출회로(24)가 부하측 임피던스를 산출한다고 가정한다. 그룹의 수는 k로 나타낸다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 산출회로(24)는 기준시간 동안 복수의 부하측 임피던스를 반복하여 산출한다. 산출회로(24)는 산출한 복수의 부하측 임피던스의 평균값을 산출한다. 산출회로(24)는 이하의 2개의 기간을 제외하고, 이 일련의 산출을 반복하여 실행한다. 한쪽의 기간은 마스크 신호의 전압이 하이레벨 전압인 기간이다. 다른 한쪽의 기간은 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 절환된 후 대기시간이 경과할 때까지의 기간이다. 산출회로(24)는 일련의 산출이 종료할 때 마다, 부하측 임피던스의 평균값을 나타내는 평균정보를 마이컴(23)으로 출력한다.
마이컴(23)은 산출회로(24)로부터 입력된 최신 평균정보가 나타내는 부하측 임피던스의 평균값에 기초하여, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 산출한다. 여기서, 산출되는 용량값은 부하측 임피던스가 고주파 전원(10)의 출력 임피던스의 복소 켤레와 일치하는 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이다. 마이컴(23)은 산출한 용량값에 기초하여 목표 용량값을 결정한다.
용량값을 목표 용량값으로 변경함으로써, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 증가한다고 가정한다. 이 경우, 마이컴(23)은 용량값 범위의 값이 작은 그룹(G1)에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 중계 용량값으로 변경된다. 구체적으로는, 마이컴(23)은 구동부(32)로의 출력전압을 절환함으로써, 구동부(32)에 PIN 다이오드(31)를 절환시킨다. 마이컴(23)은 용량값을 중계 용량값으로 변경하고 나서 제1 설정시간이 경과한 후, 그룹(G2)에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 목표 용량값으로 변경된다. 그룹(G2)은 용량값 범위의 값이 그룹(G1)보다 큰 그룹이다.
용량값을 목표 용량값으로 변경함으로써, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 감소한다고 가정한다. 이 경우, 마이컴(23)은 용량값 범위의 값이 큰 그룹(G2)에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 이어서, 마이컴(23)은 용량값을 중계 용량값으로 변경하고 나서 제1 설정시간이 경과한 후, 그룹(G1)에 속하는 PIN 다이오드(31) 중에서, 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 그룹(G1)은 용량값 범위의 값이 그룹(G2)보다 작은 그룹이다.
마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 변경에 따른 마지막 그룹에 속하는 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환함과 동시에, 마스크 신호의 전압을 로우레벨 전압에서 하이레벨 전압으로 절환한다. 마이컴(23)은 마스크 신호의 전압을 하이레벨 전압으로 절환하고 나서 제2 설정시간이 경과한 후, 마스크 신호의 전압을 로우레벨 전압으로 되돌린다. 산출회로(24)는 마스크 신호의 전압이 로우레벨 전압으로 돌아오고 나서 대기시간이 경과한 후, 다시, 일련의 산출을 반복한다.
＜임피던스 조정장치(13)의 효과＞
도 9는, 임피던스 조정장치(13)의 효과의 설명도이다. 도 9에서는 스미스 차트에 고주파 전원(10)에서 본 반사계수를 나타낸다. 도 9에서는, 스미스 차트에서 이용되는 기타 저항원 및 기타 리액턴스원 등의 도시가 생략되어 있다. 도 9에서는, 반사계수의 절대값을 나타내는 원이 파선으로 나타내고 있다. 스미스 차트의 원점에 대응하는 반사계수의 절대값은 제로이다. 반사계수는 복소수이다. 여기서, 마이컴(23)은 조정처리를 실행함으로써, 반사계수가 제로가 되도록 부하측 임피던스를 조정하는 예를 설명한다.
도 2의 예에서는, 콘덴서 회로(A1, A2, …, A7)가 가지는 7개의 PIN 다이오드(31)가 온이다. 또한, 콘덴서 회로(A8)가 가지는 하나의 PIN 다이오드(31)가 오프이다. 이 때, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 127pF이다. 반사계수를 제로로 하기 위해서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 128pF로 변경한다고 가정한다. 이 경우, 마이컴(23)은 콘덴서 회로(A1, A2, …, A7)가 가지는 7개의 PIN 다이오드(31)를 오프로 절환한다. 마이컴(23)은 더욱, 콘덴서 회로(A8)가 가지는 하나의 PIN 다이오드(31)를 온으로 절환한다.
종래의 임피던스 조정장치에서는, 마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 목표 용량값으로 변경하기 위해서, 절환이 필요한 모든 PIN 다이오드(31)를 공통의 시간대에 온 또는 오프로 절환한다. 따라서, 마이컴(23)은 공통의 시간대에 콘덴서 회로(A1, A2, …, A7)가 가지는 7개의 PIN 다이오드(31)를 오프로 절환한다. 마이컴(23)은 더욱, 공통의 시간대에 콘덴서 회로(A8)가 가지는 하나의 PIN 다이오드(31)를 온으로 절환한다. 이러한 종래의 구성으로 반사계수는, 예를 들면, 도 9의 상측에 나타내는 궤적을 그린다.
모든 PIN 다이오드(31)가 온 또는 오프로 절환된다. 또한, 공통의 시간대에 온 또는 오프로 절환되는 복수의 PIN 다이오드(31)에, 온으로 절환되는 PIN 다이오드(31)와, 오프로 절환되는 PIN 다이오드(31)가 포함되어 있다. 이 때문에, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 변경이 개시되고 나서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 현재 용량값에서 목표 용량값이 될 때까지의 과도기에서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 목표 용량값을 크게 초과할 가능성이 있다. 용량값이 초과한 경우, 반사계수의 절대값은 1에 가까운 값이 될 가능성이 있다. 반사계수의 절대값이 1인 것은 전반사를 의미한다. 반사계수의 절대값이 1에 가까운 값이 된 경우, 플라스마 발생기(11)가 발생하는 플라스마 상태가 불안정한 상태로 고정될 가능성이 있다.
실시형태 1의 임피던스 조정장치(13)의 구성으로는, 반사계수는 도 9의 하측에 나타내는 궤적을 그린다. 도 9의 하측의 스미스 차트에서는, 실축 및 허축 각각에 대해서, -0.1에서 ＋0.1까지의 범위를 나타낸다. 임피던스 조정장치(13)에서는, 마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 127pF에서 128pF로 변경하는 경우, 공통의 시간대에, 그룹(G1)에 속하는 콘덴서 회로(A1, A2, A3, A4)가 가지는 4개의 PIN 다이오드(31)를 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 중계 용량값으로서 112pF가 된다. 공통의 시간대에, PIN 다이오드(31)의 온으로의 절환과, PIN 다이오드(31)의 오프로의 절환이 수행되지는 않는다. 따라서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 변경이 개시되고 나서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 현재 용량값에서 중계 용량값이 될 때까지의 과도기에 있어서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 목표 용량값을 초과하지는 않는다. 또한, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 중계 용량값을 초과하지도 않는다.
중계 용량값은 현재 용량값과 목표 용량값 사이의 용량값이다. 그룹(G1)에 속하는 콘덴서 회로(A1, A2, A3, A4)에, 공통의 시간대에 온으로 절환되는 PIN 다이오드(31)와, 오프로 절환되는 PIN 다이오드(31)가 포함되어 있다고 가정한다. 이 경우에서도, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 현재 용량값에서 중계 용량값이 될 때까지의 과도기에서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 목표 용량값을 초과할 가능성은 매우 낮다.
마이컴(23)은 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값을 중계 용량값으로 변경하고 나서 제1 설정시간이 경과한 후, 그룹(G2)에 관한 절환을 수행한다. 구체적으로는, 마이컴(23)은 공통의 시간대에, 콘덴서 회로(A5, A6, A7)가 가지는 3개의 PIN 다이오드(31)를 오프로 절환한다. 마이컴(23)은 더욱, 공통의 시간대에, 콘덴서 회로(A8)가 가지는 하나의 PIN 다이오드(31)를 온으로 절환한다. 공통의 시간대에, PIN 다이오드(31)의 온으로의 절환과, PIN 다이오드(31)의 오프로의 절환이 수행된다. 따라서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값의 변경이 개시되고 나서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 현재 용량값(중계 용량값)에서 목표 용량값이 될 때까지의 과도기에서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 목표 용량값을 초과할 가능성이 있다.
그러나, 용량값은 중계 용량값으로 변경된 상태에서 목표 용량값으로 변경된다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 목표 용량값을 초과하였다고 가정한다. 이 경우에도, 초과량은 모든 콘덴서 회로(A1~A8)의 용량값을 공통의 시간대로 변경하는 경우에서의 초과량보다 작다. 따라서, 반사계수의 변동이 종래의 반사계수의 변동보다 작다. 이 때문에, 예를 들면, 플라스마 발생기(11)에서 발생하는 플라스마 상태가 불안정한 상태로 고정되는 것이 방지될 가능성은 높다.
(실시형태 2)
실시형태 1에서는 하나의 그룹에 속하는 복수의 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환한다. 이로 인해, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 중계 용량값으로 변경된다. 그러나, 중계 용량값으로의 변경을 실현하기 위해서, 온 또는 오프로 절환PIN 다이오드(31)의 수는 1이어도 좋다.
이하에서는, 실시형태 2에 대해서, 실시형태 1과 상이한 점을 설명한다. 후술하는 구성을 제외한 다른 구성에 대해서는 실시형태 1과 공통된다. 이 때문에, 실시형태 1에서 공통되는 구성부에는 실시형태 1과 동일한 참조부호를 부여한다. 공통되는 구성부의 설명을 생략한다.
＜조정처리＞
도 10및 도 11은 실시형태 2에서의 조정처리순서를 나타내는 흐름도이다. 실시형태 2를 실시형태 1과 비교한 경우, 조정처리의 내용이 상이하다. 제어부(44)는 실시형태 1과 마찬가지로, 조정처리를 주기적으로 실행한다. 실시형태 2에 있어서는, n개의 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)의 그룹 분류는 수행되지 않는다. 하나의 그룹에 포함되는 콘덴서 회로가 수로서 1이 허용되는 경우, 실시형태 1에서 그룹의 수가 n이고, 또한 각 그룹이 속하는 콘덴서 회로의 수가 1인 구성이 실시형태 2의 구성에 상당한다. 그룹의 수는 k로 나타낸다.
실시형태 2에서의 조정처리 단계(S11~S16, S19, S20, S22, S28~S31, S34~S36)는 실시형태 1에서의 조정처리와 동일하다. 이 때문에, 단계(S11~S16, S19, S20, S22, S28~S31, S34~S36)의 설명을 생략한다.
실시형태 2에서의 조정처리에서는, 마이컴(23)의 제어부(44)는 단계(S16)에 있어서 변수(q)의 값을 1로 설정한 후, 콘덴서 회로(Aq)의 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S41). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S41：YES), 출력부(42)에 지시하여, 콘덴서 회로(Aq)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S42). 이로 인해, 콘덴서 회로(Aq)의 PIN 다이오드(31)는 온 또는 오프로 절환된다. 단계(S42)의 실행이 종료한 시점에서, 온 또는 오프의 절환이 필요한 PIN 다이오드(31)가 남아 있다고 가정한다. 이 경우, 단계(S42)의 실행에 의해 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 중계 용량값으로 변경된다.
제어부(44)는 단계(S42)를 실행한 후, 단계(S19)를 실행한다. 제어부(44)는 콘덴서 회로(Aq)의 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S41：NO), 또는, 제1 설정시간이 경과하였다고 판정한 경우(S19：YES), 단계(S20)를 실행한다.
제어부(44)는 단계(S20)에 있어서, 변수(q)의 값을 1만큼 증가(increment)한 후, 변수(q)의 값이 n인지 여부를 판정한다(단계 S43). 상술한 바와 같이, n은 콘덴서 회로(A1, A2, …, An)의 수이다. 제어부(44)는 변수(q)의 값이 n은 아니라고 판정한 경우(S43：NO), 단계(S41)를 다시 실행한다. 제어부(44)는 변수(q)의 값이 n이라고 판정한 경우(S43：YES), 단계(S22)를 실행한다.
제어부(44)는 단계(S22)를 실행한 후, 콘덴서 회로(An)의 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S44). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S44：YES), 출력부(42)에 지시하여, 콘덴서 회로(An)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S45). 이로 인해, 콘덴서 회로(An)의 PIN 다이오드(31)를 온 또는 오프로 절환된다. 그 결과, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 목표 용량값으로 변경된다. 제어부(44)는 콘덴서 회로(An)의 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S44：NO), 또는 단계(S45)를 실행한 후, 단계(S34)를 실행한다.
실시형태 2에 있어서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 회로(A1, A2, …, An) 중에서, 번호가 큰 콘덴서 회로가 가지는 콘덴서(30)의 용량값은 크다. 콘덴서 회로(A1)가 가지는 콘덴서(30)의 용량값은 최소치이다. 콘덴서 회로(An)가 가지는 콘덴서(30)의 용량값은 최대치이다. 실시형태 2에서의 조정처리에서는, 용량값을 목표 용량값으로 변경함으로써 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 증가하는 경우, 콘덴서 회로(A1)에서 콘덴서 회로(An)까지, 순차, PIN 다이오드(31)의 절환을 수행한다.
제어부(44)는 용량값이 증가하지 않는다고 판정한 경우(S15：NO), 변수(q)의 값을 n으로 설정한다(단계 S46). 용량값이 증가하지 않는 것은 용량값의 감소를 의미한다. 제어부(44)는 단계(S46)을 실행한 후, 콘덴서 회로(Aq)의 PIN 다이오드(31)의 온 또는 오프로의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S47). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S47：YES), 단계(S42)와 마찬가지로, 출력부(42)에 지시하여, 콘덴서 회로(Aq)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S48). 제어부(44)는 단계(S48)를 실행한 후, 단계(S28)를 실행한다. 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S47：NO), 또는, 제1 설정시간이 경과하였다고 판정한 경우(S28：YES), 단계(S29)를 실행한다.
제어부(44)는 단계(S31)를 실행한 후, 콘덴서 회로(A1)의 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요한지 여부를 판정한다(단계 S49). 제어부(44)는 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하다고 판정한 경우(S49：YES), 출력부(42)에 지시하여, 콘덴서 회로(A1)의 구동부(32)로의 출력전압을 하이레벨 전압 또는 로우레벨 전압으로 절환시킨다(단계 S50). 이로 인해, 콘덴서 회로(A1)의 PIN 다이오드(31)는 온 또는 오프로 절환된다. 결과, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값은 목표 용량값으로 변경된다. 제어부(44)는 콘덴서 회로(A1)의 PIN 다이오드(31)의 절환이 필요하지 않다고 판정한 경우(S49：NO), 또는 단계(S50)를 실행한 후, 단계(S34)를 실행한다.
실시형태 2에서의 조정처리에서는, 용량값을 목표 용량값으로 변경함으로써 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이 감소하는 경우, 콘덴서 회로(An)에서 콘덴서 회로(A1)까지, 순차, PIN 다이오드(31)의 절환을 수행한다.
＜임피던스 조정장치(13)의 효과＞
공통의 시간대에 온 또는 오프로 절환되는 PIN 다이오드(31)의 수는 1이다. 이 때문에, 공통의 시간대에, PIN 다이오드(31)의 온으로의 절환과, PIN 다이오드(31)의 오프로의 절환이 수행되지 않는다. 따라서, 가변 콘덴서 유닛(21)의 용량값이, 중계 용량값 및 목표 용량값을 초과하지는 않는다. 결과, 종래보다 반사계수가 크게 변동하지 않고, 플라스마 발생기(11)가 발생하고 있는 플라스마 상태가 불안정한 상태로 고정되는 것이 방지된다. 또한, 실시형태 2에서의 임피던스 조정장치(13)에서는 실시형태 1과 마찬가지로, 중계 용량값이 목표 용량값을 초과하지는 않는다.
＜변형예＞
마이컴(23)의 제어부(44)가 실행하는 조정처리는 실시형태 1, 2에서의 조정처리를 조합한 처리이어도 좋다. 구체적으로는, 실시형태 1에 있어서, k개의 그룹(G1, G2, …, Gk) 중, 콘덴서 회로의 수가 1인 그룹과, 콘덴서 회로의 수가 2이상인 그룹이 혼재해도 좋다.
실시형태 1, 2에 있어서, 임피던스 조정장치(13)가 가지는 가변 콘덴서 유닛(21)의 수는 1로 한정되지 않는다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 수는 2이상이어도 좋다. 실시형태 1의 설명에서 기재한 바와 같이, 콘덴서(22) 대신 가변 콘덴서 유닛(21)을 배치해도 좋다. 가변 콘덴서 유닛(21)의 수가 2이상인 경우, 각 가변 콘덴서 유닛(21)에 대해서 마이컴(23)의 제어부(44)는 조정처리를 실행한다.
실시형태 1, 2에 있어서, PIN 다이오드(31)는 반도체 스위치로서 기능하면 좋다. 이 때문에, PIN 다이오드(31) 대신 FET(Field Effect Transistor), 바이폴라 트랜지스터 또는 사이리스터 등을 이용해도 좋다. 고주파 전원(10)이 교류전압을 출력하는 부하는 플라스마 발생기(11)로 한정되지 않는다. 고주파 전원(10)이 교류전압을 출력하는 부하는 예를 들면, 비접촉 전력 전송장치이어도 좋다. 또한, 콘덴서 회로(A1, A2, …, An) 각각의 콘덴서(30)의 용량값은 다른 콘덴서 회로의 콘덴서(30)의 용량값과 일치해도 좋다.
실시형태 1, 2에 기재되어 있는 기술적 특징(구성요건)은 서로 조합 가능하고, 조합함으로써 새로운 기술적 특징을 형성할 수 있다.
개시된 실시형태 1, 2는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아님을 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 의미가 아니고, 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10: 고주파 전원(교류전원)
11: 플라스마 발생기(부하)
13: 임피던스 조정장치
21: 가변 콘덴서 유닛
23: 마이컴
30: 콘덴서
31: PIN 다이오드(반도체 스위치)
44: 제어부(변경부, 결정부)
A1, A2, …, An: 콘덴서 회로
G1, G2, …, Gk: 그룹
Tp: 전송로

Claims (5)

  1. 교류전원에서 부하로 출력되는 교류전압의 전송로 중도에 배치되고, 상기 교류전원에서 본 임피던스를 조정하는 임피던스 조정장치로,
    복수의 콘덴서 및 복수의 반도체 스위치를 가지는 가변 콘덴서 유닛과,
    상기 복수의 반도체 스위치를 각별하게 온 또는 오프로 절환함으로써, 상기 가변 콘덴서 유닛의 용량값을 변경하는 변경부와,
    상기 가변 콘덴서 유닛의 용량값의 목표 용량값을 결정하는 결정부,
    를 구비하고,
    상기 가변 콘덴서 유닛에서는, 콘덴서 및 반도체 스위치가 직렬로 접속된 복수의 콘덴서 회로가 병렬로 접속되어 있으며,
    상기 변경부는 상기 용량값을 상기 결정부가 결정된 목표 용량값으로 변경하는 경우, 상기 용량값을 상기 목표 용량값과는 상이한 중계 용량값으로 변경하고, 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경한 후에 상기 용량값을 상기 목표 용량값으로 변경하는,
    임피던스 조정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 콘덴서 회로는 복수의 그룹으로 나누어지고,
    상기 변경부는 하나의 그룹에 속하는 반도체 스위치 중, 상기 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경하는,
    임피던스 조정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 콘덴서 회로는 복수의 그룹으로 나누어지고,
    각 그룹에 속하는 콘덴서의 복수의 용량값의 최소치 및 최대치에 의해 정해지는 용량값 범위는 다른 그룹의 용량값 범위와는 상이하고,
    상기 변경부는 상기 목표 용량값으로의 변경에 의해 상기 용량값이 증가하는 경우, 온 또는 오프로의 절환이 필요한 반도체 스위치를 포함한 복수의 그룹 중에서, 상기 용량값 범위의 값이 가장 작은 그룹에 속하며, 또한, 상기 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경하는,
    임피던스 조정장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 콘덴서 회로는 복수의 그룹으로 나누어지고,
    각 그룹에 속하는 콘덴서의 복수의 용량값의 최소치 및 최대치에 의해 정해지는 용량값 범위는 다른 그룹의 용량값 범위와는 상이하고,
    상기 변경부는 상기 목표 용량값으로의 변경에 의해 상기 용량값이 감소하는 경우, 온 또는 오프로의 절환이 필요한 반도체 스위치를 포함한 복수의 그룹 중에서, 상기 용량값 범위의 값이 가장 큰 그룹에 속하며, 또한, 상기 목표 용량값으로의 변경을 위해 절환이 필요한 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경하는,
    임피던스 조정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변경부는 상기 복수의 콘덴서 회로의 하나가 가지는 반도체 스위치를 온 또는 오프로 절환함으로써 상기 용량값을 상기 중계 용량값으로 변경하는,
    임피던스 조정장치.
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