專利名稱：一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種射頻電源的調(diào)諧匹配裝置。
技術(shù)背景圖1是射頻(簡稱RF)系統(tǒng)中比較常用的射頻源匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，在此網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)可調(diào)電容和一個(gè)電感與負(fù)載一起形成一個(gè)完整的諧振網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)今國內(nèi)RF電源所采用的調(diào)諧方式大多為手動(dòng)匹配調(diào)諧，即在兩個(gè)可調(diào)電容的軸上安裝兩個(gè)旋鈕，通過操作人員旋轉(zhuǎn)兩個(gè)電容并同時(shí)觀察功率表的指示的方法進(jìn)行負(fù)載的匹配調(diào)諧。缺點(diǎn)操作人員要有較高的調(diào)諧經(jīng)驗(yàn)，很難調(diào)整到最佳的工作狀態(tài)，調(diào)諧時(shí)間長，無跟蹤功能，當(dāng)匹配狀態(tài)改變時(shí)需操作員及時(shí)調(diào)整。為解決手動(dòng)調(diào)諧操作不便的問題，一些RF電源廠家研發(fā)了自動(dòng)調(diào)諧匹配器。采用一鍵式操作，當(dāng)系統(tǒng)失調(diào)時(shí)，按自動(dòng)匹配鍵，輔助操作人員完成調(diào)諧操作，圖2為其電路結(jié)構(gòu)示意圖。工作原理通過功率檢測器檢測射頻源的入射功率Pf和反射功率Pr，并將Pf和 ft·信號(hào)送入單片機(jī)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，對此信號(hào)進(jìn)行分析。然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)匹配電容1和匹配電容2的電容容量，實(shí)現(xiàn)調(diào)整匹配的目的。此種方法采用掃描的方式進(jìn)行調(diào)諧，即通過反復(fù)調(diào)節(jié)兩個(gè)電容的容量來搜索最佳的匹配點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配的目的。缺點(diǎn)1、因采用粗放掃描搜索的方式，所用調(diào)諧時(shí)間長，效率低，調(diào)諧成功率低。2、應(yīng)用于鍍膜和刻蝕系統(tǒng)中，在工作過程中當(dāng)匹配狀態(tài)改變時(shí)只能采用手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)整，否則將對鍍膜和刻蝕效果產(chǎn)生較大的影響。原因?yàn)榇朔N匹配檢測方式不能判斷電容的旋轉(zhuǎn)方向，從而只能采用掃描的方式進(jìn)行測試后再進(jìn)行調(diào)整。在測試過程中將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置，在RF電源的自動(dòng)調(diào)諧匹配器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，從而解決了以上所述兩種匹配器的不足。本實(shí)用新型所提出的技術(shù)方案是一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置，包括功率檢測模塊、相位檢測模塊、電容調(diào)諧控制模塊1、電容調(diào)諧控制模塊2、偏壓檢測模塊、單片機(jī)模塊及串口通信模塊，電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。其中功率檢測模塊分別與相位檢測模塊、射頻源相連，相位檢測模塊與電容調(diào)諧控制模塊2相連，電容調(diào)諧控制模塊2與電容調(diào)諧控制模塊1相連，電容調(diào)諧控制模塊1與偏壓檢測模塊相連。功率檢測模塊、相位檢測模塊、電容調(diào)諧控制模塊1、電容調(diào)諧控制模塊2、偏壓檢測模塊分別與單片機(jī)相連，單片機(jī)又通過RS-485 (或RS-232)串口與計(jì)算機(jī)相連。所述的功率檢測模塊輸出入射功率的端口和輸出反射功率的端口分別與單片機(jī)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 A/Dl、A/D2相連。[0011]所述的相位檢測模塊與單片機(jī)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 A/D3相連。所述的電容調(diào)諧控制模塊2由匹配電容2、電機(jī)2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)2、位置檢測2組成。 其中匹配電容2的輸入端1、2分別與相位檢測模塊的輸出端、電機(jī)2的輸出端相連，匹配電容2輸出端2、1分別與位置檢測2的輸入端、電容調(diào)諧控制模塊1中匹配電容1的輸入端 1相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)2的輸出端與電機(jī)2的輸入端相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)2的輸入端與單片機(jī)上的電機(jī)控制2接口相連，位置檢測2輸出端與單片機(jī)上的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 A/D4接口相連。所述的電容調(diào)諧控制模塊1由匹配電容1、電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)1、位置檢測1組成。 其中匹配電容1的輸入端1、2分別與電容調(diào)諧控制模塊2中的匹配電容2的輸出端1、電機(jī) 1的輸出端相連，匹配電容1的輸出端2、1分別與位置檢測1的輸入端、偏壓檢測模塊的輸入端相連，電機(jī)1輸入端的與電機(jī)驅(qū)動(dòng)1的輸出端相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)1的輸入端與單片機(jī)上的電機(jī)控制1接口相連，位置檢測1的輸出端與單片機(jī)上的A/D5接口相連。所述的偏壓檢測模塊的輸出端與單片機(jī)上的A/D6接口相連。所述的單片機(jī)選用ARM單片機(jī)。其中ARM單片機(jī)的自動(dòng)跟蹤匹配控制模塊分別與 A/D1、A/D2、A/D3、電機(jī)控制2、、電機(jī)控制1、A/D6接口相連。所述的相位檢測模塊，電路原理圖如圖4所示，包括電壓取樣互感器、電流取樣互感器、濾波整形1、濾波整形2、鑒相器。其中電壓取樣互感器的初級線圈分別與功率檢測模塊的輸出端、接地端相連，電壓取樣互感器的次級線圈分別濾波整形1模塊的輸入端、接地端相連，電流取樣互感器初級線圈的輸入端與功率檢測模塊的輸出端相連，電流取樣互感器初級線圈的輸出端與電容調(diào)諧模塊2的輸入端1相連，電流取樣互感器次級線圈的兩端分別與接地端、濾波整形2模塊的輸入端相連，鑒相器的電壓輸入端與濾波整形1模塊的輸出端相連，鑒相器的電流輸入端與濾波整形2模塊的輸出端相連，鑒相器的輸出端與單片機(jī)的A/D3相連。本裝置的優(yōu)點(diǎn)具有調(diào)諧速率快、調(diào)諧成功率高、跟蹤調(diào)諧、功率數(shù)字顯示及恒功率輸出等特點(diǎn)。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明圖1是常用RF電源的負(fù)載匹配的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是常用RF電源自動(dòng)調(diào)諧匹配器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本實(shí)用新型采用的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4相位檢測模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置，包括功率檢測模塊、相位檢測模塊、電容調(diào)諧控制模塊1、電容調(diào)諧控制模塊2、偏壓檢測模塊、單片機(jī)模塊及串口通信模塊，電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。其中功率檢測模塊分別與相位檢測模塊、射頻源相連，相位檢測模塊與電容調(diào)諧控制模塊2相連，電容調(diào)諧控制模塊2與電容調(diào)諧控制模塊1相連，電容調(diào)諧控制模塊1與偏壓檢測模塊相連。功率檢測模塊、相位檢測模塊、電容調(diào)諧控制模塊1、電容調(diào)諧控制模塊2、偏壓檢測模塊分別與單片機(jī)相連，單片機(jī)又通過 RS-485 (或RS-232)串口與計(jì)算機(jī)相連。所述的功率檢測模塊輸出入射功率的端口和輸出反射功率的端口分別與單片機(jī)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 A/Dl、A/D2相連。所述的相位檢測模塊與單片機(jī)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 A/D3相連。所述的電容調(diào)諧控制模塊2由匹配電容2、電機(jī)2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)2、位置檢測2組成。 其中匹配電容2的輸入端1、2分別與相位檢測模塊的輸出端、電機(jī)2的輸出端相連，匹配電容2輸出端2、1分別與位置檢測2的輸入端、電容調(diào)諧控制模塊1中匹配電容1的輸入端 1相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)2的輸出端與電機(jī)2的輸入端相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)2的輸入端與單片機(jī)上的電機(jī)控制2接口相連，位置檢測2輸出端與單片機(jī)上的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 A/D4接口相連。所述的電容調(diào)諧控制模塊1由匹配電容1、電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)1、位置檢測1組成。 其中匹配電容1的輸入端1、2分別與電容調(diào)諧控制模塊2中的匹配電容2的輸出端1、電機(jī) 1的輸出端相連，匹配電容1的輸出端2、1分別與位置檢測1的輸入端、偏壓檢測模塊的輸入端相連，電機(jī)1輸入端的與電機(jī)驅(qū)動(dòng)1的輸出端相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)1的輸入端與單片機(jī)上的電機(jī)控制1接口相連，位置檢測1的輸出端與單片機(jī)上的A/D5接口相連。所述的偏壓檢測模塊的輸出端與單片機(jī)上的A/D6接口相連。所述的單片機(jī)選用ARM單片機(jī)。其中ARM單片機(jī)的自動(dòng)跟蹤匹配控制模塊分別與 A/D1、A/D2、A/D3、電機(jī)控制2、、電機(jī)控制1、A/D6接口相連。所述的相位檢測模塊，電路原理圖如圖4所示，包括電壓取樣互感器、電流取樣互感器、濾波整形1、濾波整形2、鑒相器。其中電壓取樣互感器的初級線圈分別與功率檢測模塊的輸出端、接地端相連，電壓取樣互感器的次級線圈分別濾波整形1模塊的輸入端、接地端相連，電流取樣互感器初級線圈的輸入端與功率檢測模塊的輸出端相連，電流取樣互感器初級線圈的輸出端與電容調(diào)諧模塊2的輸入端1相連，電流取樣互感器次級線圈的兩端分別與接地端、濾波整形2模塊的輸入端相連，鑒相器的電壓輸入端與濾波整形1模塊的輸出端相連，鑒相器的電流輸入端與濾波整形2模塊的輸出端相連，鑒相器的輸出端與單片機(jī)的A/D3相連。所述的位置檢測1模塊、位置檢測2模塊可選用電位器。下面是本實(shí)用新型的工作過程當(dāng)射頻源的負(fù)載不匹配時(shí)，射頻源輸出的電壓和電流信號(hào)將產(chǎn)生一相位差。射頻源輸出的信號(hào)通過功率檢測模塊檢測射頻源的入射功率Pf和反射功率Pr。 并將Pf和ft·信號(hào)送入單片機(jī)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/Dl、A/D2轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，并對信號(hào)進(jìn)行分析。通過單片機(jī)的RS-485(或RS-232)串口送到主機(jī)，用于功率控制及功率顯示。同時(shí)射頻源輸出信號(hào)輸入相位檢測模塊，利用相位檢測模塊中的電流取樣互感器、電壓取樣互感器分別檢測射頻源輸出的電流和電壓信號(hào)，兩組信號(hào)分別通過濾波整形模塊后同時(shí)送入鑒相器進(jìn)行鑒相，由鑒相器輸出O IOV電壓送入單片機(jī)的A/D3轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。當(dāng)鑒相器輸出電壓=5V時(shí)相位差為0即系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)。電壓處于0 5V之間時(shí)電流相位滯后；電壓處于5 IOV之間時(shí)電流相位超前。兩組電機(jī)驅(qū)動(dòng)及位置檢測模塊完成兩只匹配電容的容量控制與檢測；然后根據(jù)相位檢測模塊、功率檢測模塊及位置檢測模塊的檢測結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)匹配電容Cl和匹配電容C2的電容容量。采用掃描的方式進(jìn)行調(diào)諧，即通過反復(fù)調(diào)節(jié)兩個(gè)電容的容量來搜索最佳的匹配點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配的目的。由于采用相位檢測模塊來判斷出射頻源電流、電壓的相位差，大大加快了匹配裝置的匹配速度、精度，及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整匹配的目的。 偏壓檢測模塊，用于對負(fù)載產(chǎn)生自偏壓進(jìn)行檢測，通過A/D6轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過通訊送到主機(jī)進(jìn)行起輝狀態(tài)的顯示及控制。
權(quán)利要求1.一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置，其特征在于包括功率檢測模塊、相位檢測模塊、第一電容調(diào)諧控制模塊(1)、第二電容調(diào)諧控制模塊O)、偏壓檢測模塊、單片機(jī)模塊及串口通信模塊；其中功率檢測模塊分別與相位檢測模塊、射頻源相連，相位檢測模塊與第二電容調(diào)諧控制模塊( 相連，第二電容調(diào)諧控制模塊O)與第一電容調(diào)諧控制模塊(1)相連，第一電容調(diào)諧控制模塊(1)與偏壓檢測模塊相連，功率檢測模塊、相位檢測模塊、第一電容調(diào)諧控制模塊(1)、第二電容調(diào)諧控制模塊O)、偏壓檢測模塊分別與單片機(jī)相連，單片機(jī)又通過RS-485或RS-232串口與計(jì)算機(jī)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置，其特征在于所述的相位檢測模塊，包括電壓取樣互感器、電流取樣互感器、第一濾波整形(1)模塊、第二濾波整形( 模塊、鑒相器；其中電壓取樣互感器的初級線圈分別與功率檢測模塊的輸出端、接地端相連，電壓取樣互感器的次級線圈分別第一濾波整形(1)模塊的輸入端、 接地端相連，電流取樣互感器初級線圈的輸入端與功率檢測模塊的輸出端相連，電流取樣互感器初級線圈的輸出端與第二電容調(diào)諧控制模塊O)的輸入端相連，電流取樣互感器次級線圈的兩端分別與接地端、第二濾波整形( 模塊的輸入端相連，鑒相器的電壓輸入端與第一濾波整形(1)模塊的輸出端相連，鑒相器的電流輸入端與第二濾波整形( 模塊的輸出端相連，鑒相器的輸出端與單片機(jī)的A/D3相連。
專利摘要一種采用相位檢測實(shí)現(xiàn)射頻電源自動(dòng)跟蹤調(diào)諧的裝置，涉及一種射頻電源的調(diào)諧匹配裝置，它包括功率檢測模塊、相位檢測模塊、電容調(diào)諧控制模塊1、電容調(diào)諧控制模塊2、偏壓檢測模塊、單片機(jī)模塊及串口通信模塊；其中功率檢測模塊分別與相位檢測模塊、射頻源相連，相位檢測模塊與電容調(diào)諧控制模塊2相連，電容調(diào)諧控制模塊2與電容調(diào)諧控制模塊1相連，電容調(diào)諧控制模塊1與偏壓檢測模塊相連，功率檢測模塊、相位檢測模塊、電容調(diào)諧控制模塊1、電容調(diào)諧控制模塊2、偏壓檢測模塊分別與單片機(jī)相連，單片機(jī)又通過RS-485(或RS-232)串口與計(jì)算機(jī)相連，具有調(diào)諧速率快、調(diào)諧成功率高、跟蹤調(diào)諧、功率數(shù)字顯示及恒功率輸出等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P5/52GK202168023SQ201120099638
公開日2012年3月14日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者關(guān)玉林, 吳向方, 孫兆松, 王興剛, 王文君 申請人:沈陽寶力科技有限公司