CN106873712B - 一种射频发生器控制电路及射频发生器 - Google Patents

Abstract

一种射频发生器控制电路，包括控制模块、变换器模块和功放模块，所述控制模块设有DDS电路和比较器，DDS电路产生射频正弦信号，射频正弦信号通过比较器转换为方波信号输送到功放模块；控制模块连接变换器模块，控制模块控制变换器模块产生两路单极性波形，变换器模块对两路单极性波形叠加、处理后形成直流电压；所述直流电压为功放模块供电，功放模块即输出功率可调的射频电流。

Description

一种射频发生器控制电路及射频发生器

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种射频发生器控制电路及射频发生器。

背景技术

射频发生器是等离子体配套电源，它是由信号发生器，阻抗匹配器以及阻抗功率计等组成，射频发生器技术领域是八十年末期在我国新兴的高科技领域。射频发生器的应用广泛，主要的具体领域为：半导体生产领域、等离子刻蚀、真空镀膜、PECVD、等离子清洗、物理气象沉积（PVD）、化学气象沉积（CVD）、射频溅射等等。

现代的射频发生器有了长足发展，由八十年代的电子管电源一步步的发展成现在的晶体管射频发生器，功率由瓦、百瓦、千瓦、到兆瓦，频率有2Mhz/13.56Mhz/27.12Mhz/40.68Mhz等，而应用也从以前的真空领域扩展到其他领域，半导体、美容等。

射频发生器中的信号产生及控制电路是射频发生器的核心电路。射频发生器中的信号产生及控制电路对射频发生器的技术指标影响很大。

发明内容

本专利给出一种射频发生器中的信号产生及控制电路，该电路通过直接数字合成（Direct Digital Synthesis）DDS改变工作频率，采用移相波形叠加方法实现功放供电电压的改变，从而改变射频发生器的输出功率。实现对射频发生器的设置，控制，监测等功能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种射频发生器控制电路，包括控制模块、变换器模块和功放模块，所述控制模块设有DDS电路和比较器，DDS电路产生射频正弦信号，射频正弦信号通过比较器转换为方波信号输送到功放模块；

控制模块连接变换器模块，变换器模块中包括V/F波形产生模块、高功率MOSFET管、耦合变压器和整流桥

控制模块控制变换器模块中的V/F波形产生模块产生两路单极性波形，两路单极性波形通过高功率MOSFET管、耦合变压器和整流桥后形成直流电压；所述直流电压为功放模块供电，功放模块即输出功率可调的射频电流。

进一步的改进，所述控制模块包括ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片用于控制DDS电路，FPGA芯片用于向变换器模块发送波形信号。

进一步的改进，所述FPGA芯片连接有检测电路，功放模块通过检测电路向FPGA芯片反馈功率信号，形成闭环控制。

进一步的改进，所述ARM芯片上连接有显示按键接口、参数设置接口、监测量AD采样接口和通信接口。

一种射频发生器，包括控制模块、变换器模块和功放模块，所述设备发生器包括电源模块，电源模块对输入的三相电进行处理并为其他模块供电；

所述控制模块设有DDS电路和比较器，DDS电路产生射频正弦信号，射频正弦信号通过比较器转换为方波信号输送到功放模块；

控制模块连接变换器模块，控制模块控制变换器模块产生两路单极性波形，变换器模块对两路单极性波形叠加、处理后形成直流电压；所述直流电压为功放模块供电，功放模块即输出功率可调的射频电流；

功放模块连接有测量模块，测量模块测量功放模块的输出功率，并反馈给控制模块；

控制模块还连接有显示设备和人机交互设备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本专利可应用于各型射频发生器，本专利给出的信号产生及控制电路，利用直接数字合成（Direct Digital Synthesis）DDS改变工作频率，采用移相波形叠加方法实现功放供电电压的改变，从而改变射频发生器的输出功率。实现对射频发生器的设置，控制，监测等功能。

附图说明

图1射频发生器原理框图;

图2信号产生及控制电路原理图;

图3单极性V/F信号波形;

图4驱动信号波形;

图5高功率MOSFET输出信号波形;

图6两路MOSFET信号相差180°经变压器耦合输出;

图7两路MOSFET信号相差超过180°经变压器耦合输出;

图8整流桥整流后，输出正极性脉冲波形;

图9滤波电路后输出直流电压信号;

图10输出功率自动闭环控制。

具体实施方式

实施例1

图1为射频发生器的原理框图，本发明中的射频发生器包括：

电源模块：电源模块将三相电整流产生其他各个模块所需要的供电电源。

变换器模块：变换器模块把电源模块整流后的±150V直流电源变换成射频功放需要的电源电压。变换器模块包括：V/F波形产生模块，用于产生两路单极性波形；高功率MOSFET管，用于放大两路单极性波形的电压；耦合变压器，用于将两路单极性波形耦合成脉冲波；整流桥，用于将耦合后的耦合后的脉冲波转换为直流电压信号。

功放模块：功放模块将控制模块送来的信号进行功率放大。

控制模块：控制模块中的芯片对DDS的配置设置，产生需要频率和幅度的正弦波信号源，实现对变换器驱动信号相位的控制。并对射频发生器整机各部分的监控，实现监测量的循环采集监视，工作参数的设置，人机交互等。

测量模块：测量模块提供前向功率与反射功率监测模拟量。

交互、显示模块：交互、显示模块通过串口与控制板通信，控制前面板键盘与LCD屏显示。

图2为控制模块原理图，其中ARM芯片部分主要实现对DDS的配置，产生需要的射频正弦信号，经比较器输出方波信号。FPGA芯片主要功能是使用移相波形叠加方法，通过变换器模块实现功放供电电压的改变，从而改变射频发生器的输出功率。

图3—图9为变换器模块输出电压原理图：

变换器V/F波形产生模块可根据FPGA芯片的信号输出如图3所示的相位相差180°的两路单极性波形。图4为单极驱动信号波形。

驱动信号推动高功率MOSFET管，产生如图5所示的双极性高压信号波形。两路高功率MOSFET输出信号经变压器耦合后输出，当两路信号相位相差180°时，变压器耦合输出为0V，如图6所示。

当两路信号相位相差超过180°时，变压器耦合输出双极性脉冲信号，脉冲信号宽度随相位差的增大而增大。如图7所示。

变压器耦合输出双极性脉冲信号经整流桥整流后，输出正极性脉冲波形,如图8所示。输出正极性脉冲波形再经滤波电路后输出直流电压信号,如图9所示。该直流电压即可向功放模块供电。

因此FPGA芯片通过改变两路单极性波形之间的相位差，即可控制变换器模块最终输出的直流电压。该直流电压会影响功放模块最终输出的功率，实现功率的可调。

检测模块可以实现设备的闭环控制，其原理如图10所示：功放输出信号经测量电路后反馈功率信号给PWM检测电路。该电路根据反馈功率信号的大小变化产生宽度变化的脉冲信号，FPGA内根据该脉冲信号的宽度变化改变变换器V/F输出波形的相位，从而改变功放电源的直流电压，起到改变输出功率的作用。至此，形成功率调整的一个闭环控制。

Claims (5)

1.一种射频发生器控制电路，包括控制模块、变换器模块和功放模块，其特征在于，所述控制模块设有DDS电路和比较器，DDS电路产生射频正弦信号，射频正弦信号通过比较器转换为方波信号输送到功放模块；

控制模块连接变换器模块，变换器模块中包括V/F波形产生模块、高功率MOSFET管、耦合变压器和整流桥;

控制模块控制变换器模块中的V/F波形产生模块产生两路单极性波形，将变换器V/F波形产生模块可根据控制模块的信号输出相位相差180°的两路单极性波形，控制模块控制两路信号超过180°时，变压器耦合输出双极性脉冲信号，脉冲信号宽度随相位差的增大而增大，变压器耦合输出双极性脉冲信号经整流桥整流后向功放模块供电。

2.如权利要求1的一种射频发生器控制电路，其特征在于，所述控制模块包括ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片用于控制DDS电路，FPGA芯片用于向变换器模块发送波形信号。

3.如权利要求2的一种射频发生器控制电路，其特征在于，所述FPGA芯片连接有检测电路，功放模块通过检测电路向FPGA芯片反馈功率信号，形成闭环控制。

4.如权利要求2的一种射频发生器控制电路，其特征在于，所述ARM芯片上连接有显示按键接口、参数设置接口、监测量AD采样接口和通信接口。

5.一种射频发生器，包括控制模块、变换器模块和功放模块，其特征在于，所述射频发生器包括电源模块，电源模块对输入的三相电进行处理并为其他模块供电；

所述控制模块设有DDS电路和比较器，DDS电路产生射频正弦信号，射频正弦信号通过比较器转换为方波信号输送到功放模块；

控制模块连接变换器模块，控制模块控制变换器模块产生两路单极性波形，变换器模块对两路单极性波形叠加、处理后形成直流电压；所述直流电压为功放模块供电，功放模块即输出功率可调的射频电流；

功放模块连接有测量模块，测量模块测量功放模块的输出功率，并反馈给控制模块；

控制模块还连接有显示设备和人机交互设备。

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