JP2001197749A - 高周波電源 - Google Patents
高周波電源Info
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- JP2001197749A JP2001197749A JP2000004528A JP2000004528A JP2001197749A JP 2001197749 A JP2001197749 A JP 2001197749A JP 2000004528 A JP2000004528 A JP 2000004528A JP 2000004528 A JP2000004528 A JP 2000004528A JP 2001197749 A JP2001197749 A JP 2001197749A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】出力電力を広範囲に制御可能な高周波電源にお
いて、無駄に消費される電力を可及的に小さく抑制して
その効率を向上させた高周波電源を提供すること。 【解決手段】出力電力設定部1と、発振部2と、増幅部
3と、電力検出部4と、制御部5からなる第1の制御系
Aに加えて、出力電力設定部1と、演算部7と、直流電
源部6aとを含む第2の制御系Bを含み、第2の制御系
Bにより、出力電力設定部1の設定に応じて増幅部3が
高効率で動作するように直流電源電圧Vdcを可変制御
する構成。
いて、無駄に消費される電力を可及的に小さく抑制して
その効率を向上させた高周波電源を提供すること。 【解決手段】出力電力設定部1と、発振部2と、増幅部
3と、電力検出部4と、制御部5からなる第1の制御系
Aに加えて、出力電力設定部1と、演算部7と、直流電
源部6aとを含む第2の制御系Bを含み、第2の制御系
Bにより、出力電力設定部1の設定に応じて増幅部3が
高効率で動作するように直流電源電圧Vdcを可変制御
する構成。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一定の基準周波よ
り高周波の電力を一定に制御して負荷に供給する高周波
電源に関する。この高周波電源は、例えば、半導体製造
の各種プロセス、特にプラズマプロセス用の電源や、レ
ーザ発振用エネルギ供給源や、その他の電源用途に用い
て好適なものである。
り高周波の電力を一定に制御して負荷に供給する高周波
電源に関する。この高周波電源は、例えば、半導体製造
の各種プロセス、特にプラズマプロセス用の電源や、レ
ーザ発振用エネルギ供給源や、その他の電源用途に用い
て好適なものである。
【0002】なお、このような高周波電源には、発振出
力レベルを設定に応じて可変制御して出力を一定に制御
する第1方式のものと、発振出力レベルを固定し、増幅
部に対する直流電源電圧を設定に応じて可変制御して出
力を一定に制御する第2方式のものとがあるが、本発明
は、前記第1方式のものに関する。
力レベルを設定に応じて可変制御して出力を一定に制御
する第1方式のものと、発振出力レベルを固定し、増幅
部に対する直流電源電圧を設定に応じて可変制御して出
力を一定に制御する第2方式のものとがあるが、本発明
は、前記第1方式のものに関する。
【0003】
【従来の技術】図10は、第1方式に従う従来の高周波
電源の主要構成を示す回路ブロック図、図11は、図1
0の増幅部の出力電圧の波形図である。
電源の主要構成を示す回路ブロック図、図11は、図1
0の増幅部の出力電圧の波形図である。
【0004】この高周波電源は、出力電力を設定する出
力電力設定部1と、発振出力のレベルを可変とする発振
部2と、発振部出力を増幅する増幅部3と、増幅部3の
出力電力を検出する電力検出部4と、出力電力設定部1
での設定値と、電力検出部4での検出値とを比較し、出
力電力が設定値に一致するように発振部出力のレベルを
制御する制御部5とを含む第1の制御系Aを備え、制御
部5は、電力検出部4での検出値が、出力電力設定部1
での設定値と異なるときは、検出値が設定値に一致する
ように、発振部2の発振出力のレベルを可変制御し出力
電力を一定に制御するようになっている。ここで、6
は、増幅部3に固定の直流電源電圧Vdcを供給する直
流電源部であって、前記第1の制御系A外におかれてい
る。
力電力設定部1と、発振出力のレベルを可変とする発振
部2と、発振部出力を増幅する増幅部3と、増幅部3の
出力電力を検出する電力検出部4と、出力電力設定部1
での設定値と、電力検出部4での検出値とを比較し、出
力電力が設定値に一致するように発振部出力のレベルを
制御する制御部5とを含む第1の制御系Aを備え、制御
部5は、電力検出部4での検出値が、出力電力設定部1
での設定値と異なるときは、検出値が設定値に一致する
ように、発振部2の発振出力のレベルを可変制御し出力
電力を一定に制御するようになっている。ここで、6
は、増幅部3に固定の直流電源電圧Vdcを供給する直
流電源部であって、前記第1の制御系A外におかれてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の高周波電源
の場合、出力電力設定部1による設定値が設定電力を
「中」「小」「大」それぞれとする値の場合、制御部5
は、発振部2を制御してその設定の電力に合わせて発振
出力のレベルを制御し、また増幅部3は、この発振出力
を増幅して図11(a)(b)(c)でそれぞれ示すよ
うに出力電圧を出力する。
の場合、出力電力設定部1による設定値が設定電力を
「中」「小」「大」それぞれとする値の場合、制御部5
は、発振部2を制御してその設定の電力に合わせて発振
出力のレベルを制御し、また増幅部3は、この発振出力
を増幅して図11(a)(b)(c)でそれぞれ示すよ
うに出力電圧を出力する。
【0006】なお、増幅部3は、直流電源電圧Vdcに
対して図11(a)で示すように出力電圧が飽和しない
範囲(波形歪みが発生しない範囲)では、その振幅が最
大となるときに最大効率(=出力電力/入力電力の百分
率)となる。ここで、入力電力は直流電源部6から増幅
部3に供給される電力であり、出力電力は、増幅部3か
ら出力される電力である。図11(a)では出力電圧が
飽和しない範囲で最大効率となり、図11(b)では出
力電圧が飽和しないが出力振幅が小さいために効率が低
く、図11(c)では、効率は良いが出力電圧が飽和し
て波形が歪んでしまっている。なお、図11では正の半
波波形を直流電源電圧Vdcのラインから負側に折り返
しその折り返し波形が破線で示されている。そして、損
失が発生する直流電源電圧領域はハッチング領域で示さ
れており、ハッチング領域が小さい程、効率が良いこと
を示している。
対して図11(a)で示すように出力電圧が飽和しない
範囲(波形歪みが発生しない範囲)では、その振幅が最
大となるときに最大効率(=出力電力/入力電力の百分
率)となる。ここで、入力電力は直流電源部6から増幅
部3に供給される電力であり、出力電力は、増幅部3か
ら出力される電力である。図11(a)では出力電圧が
飽和しない範囲で最大効率となり、図11(b)では出
力電圧が飽和しないが出力振幅が小さいために効率が低
く、図11(c)では、効率は良いが出力電圧が飽和し
て波形が歪んでしまっている。なお、図11では正の半
波波形を直流電源電圧Vdcのラインから負側に折り返
しその折り返し波形が破線で示されている。そして、損
失が発生する直流電源電圧領域はハッチング領域で示さ
れており、ハッチング領域が小さい程、効率が良いこと
を示している。
【0007】したがって、従来の高周波電源の場合、直
流電源電圧Vdcが第1の制御系A外で一定の値に固定
されているから、出力電力が広範囲に可変して設定され
る場合では、図11(b)や(c)になる可能性があり
好ましくない。
流電源電圧Vdcが第1の制御系A外で一定の値に固定
されているから、出力電力が広範囲に可変して設定され
る場合では、図11(b)や(c)になる可能性があり
好ましくない。
【0008】例えば出力電力の設定値が小さいと、効率
が低く無駄に消費される電力量が大きくなる。また、出
力電力の設定値が大きいと、効率が良くても出力波形に
歪みが生じる結果、多段で複雑なフィルタ回路が余分に
必要となりコスト的に不利な構造となる。
が低く無駄に消費される電力量が大きくなる。また、出
力電力の設定値が大きいと、効率が良くても出力波形に
歪みが生じる結果、多段で複雑なフィルタ回路が余分に
必要となりコスト的に不利な構造となる。
【0009】このような高周波電源を例えばプラズマプ
ロセス用電源として使用すると、そのプロセス条件によ
って定格出力の10%程度から100%の領域で可変し
た場合、定格出力条件で使用されるプロセス条件は少な
く、大部分のプロセス条件では定格出力より小さい出力
電力領域つまり効率が低い領域で使用され、電力が無駄
に消費される高周波電源となり、また、定格に近い出力
条件で使用すると、高価で複雑なフィルタ回路を内蔵さ
せる必要があり、高価な高周波電源となる。
ロセス用電源として使用すると、そのプロセス条件によ
って定格出力の10%程度から100%の領域で可変し
た場合、定格出力条件で使用されるプロセス条件は少な
く、大部分のプロセス条件では定格出力より小さい出力
電力領域つまり効率が低い領域で使用され、電力が無駄
に消費される高周波電源となり、また、定格に近い出力
条件で使用すると、高価で複雑なフィルタ回路を内蔵さ
せる必要があり、高価な高周波電源となる。
【0010】このような高周波電源は、近年の省電力
化、省コスト化の厳しい要求環境に沿うものとは言えな
くなり、無駄な電力消費を抑制しかつ低価格化を可能と
した高周波電源の実現化が緊急に求められている。
化、省コスト化の厳しい要求環境に沿うものとは言えな
くなり、無駄な電力消費を抑制しかつ低価格化を可能と
した高周波電源の実現化が緊急に求められている。
【0011】したがって、本発明の共通する解決課題
は、このような高周波電源における要望に沿うため、出
力電力を定格出力以下の領域に設定して使用できる高周
波電源において、いずれの領域でも電力が無駄に消費さ
れることを可及的に小さく抑制してその効率を向上させ
た高周波電源を提供することである。
は、このような高周波電源における要望に沿うため、出
力電力を定格出力以下の領域に設定して使用できる高周
波電源において、いずれの領域でも電力が無駄に消費さ
れることを可及的に小さく抑制してその効率を向上させ
た高周波電源を提供することである。
【0012】本発明の他の解決課題は、さらに多段で複
雑なフィルタ回路を不要として、より低価格化を可能と
した高周波電源を提供することである。
雑なフィルタ回路を不要として、より低価格化を可能と
した高周波電源を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波電源は、
設定に応じて出力電力を制御する高周波電源において、
前記設定に応じて発振出力レベルが可変可能な発振部
と、供給される直流電圧等に対して前記発振部出力を増
幅する増幅部とを含み、前記設定された電力に前記増幅
部の出力電力が一致するように前記発振部の発振出力を
制御する第1の制御系に加えて、前記設定に応じて前記
増幅部が高効率で動作するように前記直流電圧等を可変
制御する第2の制御系を設けたものである。
設定に応じて出力電力を制御する高周波電源において、
前記設定に応じて発振出力レベルが可変可能な発振部
と、供給される直流電圧等に対して前記発振部出力を増
幅する増幅部とを含み、前記設定された電力に前記増幅
部の出力電力が一致するように前記発振部の発振出力を
制御する第1の制御系に加えて、前記設定に応じて前記
増幅部が高効率で動作するように前記直流電圧等を可変
制御する第2の制御系を設けたものである。
【0014】前記直流電圧等には電圧のみならず電流や
電力も含む。
電力も含む。
【0015】本発明の高周波電源によると、出力電力を
定格出力以下の領域に設定して使用する場合において、
いずれの領域でも電力が無駄に消費されることを可及的
に小さく抑制してその効率を向上させることができる。
定格出力以下の領域に設定して使用する場合において、
いずれの領域でも電力が無駄に消費されることを可及的
に小さく抑制してその効率を向上させることができる。
【0016】本発明の高周波電源の場合、電力消費が低
減される結果、発熱量が低減され、放熱板などの電源を
大型化してしまう要素を少なくできる結果、より小型化
が可能な高周波電源ともなる。
減される結果、発熱量が低減され、放熱板などの電源を
大型化してしまう要素を少なくできる結果、より小型化
が可能な高周波電源ともなる。
【0017】本発明の好ましい実施態様として、前記第
2の制御系が、前記増幅部が最大効率(出力が飽和しな
い範囲で最大の振幅となる動作態様)で動作するよう前
記直流電圧等を可変制御する。こうした場合、直流電圧
等が例えば直流電圧の場合、出力電圧の歪みを実質小さ
くするかあるいは無くすことが可能であるので、この歪
みを無くすための複雑で高価なフィルタ回路等が不要と
なりそのコストの低減を図れる。
2の制御系が、前記増幅部が最大効率(出力が飽和しな
い範囲で最大の振幅となる動作態様)で動作するよう前
記直流電圧等を可変制御する。こうした場合、直流電圧
等が例えば直流電圧の場合、出力電圧の歪みを実質小さ
くするかあるいは無くすことが可能であるので、この歪
みを無くすための複雑で高価なフィルタ回路等が不要と
なりそのコストの低減を図れる。
【0018】本発明の好ましい実施態様として、前記第
2の制御系が、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で
動作する直流電圧等を演算する演算部と、この演算に応
じた直流電圧等を前記増幅部に供給する直流電源部とを
含む。このような場合、その構成が簡素に済むので、低
コスト化に好ましい。
2の制御系が、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で
動作する直流電圧等を演算する演算部と、この演算に応
じた直流電圧等を前記増幅部に供給する直流電源部とを
含む。このような場合、その構成が簡素に済むので、低
コスト化に好ましい。
【0019】本発明の好ましい実施態様として、前記第
2の制御系は、さらに、前記演算部より出力する直流電
圧等の演算値に前記直流電源部から前記増幅部に供給す
る直流電圧等の大きさが一致するよう制御する制御ルー
プを有する。この構成によると、負荷変動にかかわらず
直流電圧等を一定に制御することが可能となり、より出
力が安定した高周波電源となり好ましい。
2の制御系は、さらに、前記演算部より出力する直流電
圧等の演算値に前記直流電源部から前記増幅部に供給す
る直流電圧等の大きさが一致するよう制御する制御ルー
プを有する。この構成によると、負荷変動にかかわらず
直流電圧等を一定に制御することが可能となり、より出
力が安定した高周波電源となり好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示さ
れる実施形態に基づいて説明する。
れる実施形態に基づいて説明する。
【0021】図1ないし図4は本発明の実施形態1に係
り、図1は、実施形態1の高周波電源の回路ブロック
図、図2ないし図4は、図1の高周波電源内の第1の制
御系内の増幅部の特性図である。
り、図1は、実施形態1の高周波電源の回路ブロック
図、図2ないし図4は、図1の高周波電源内の第1の制
御系内の増幅部の特性図である。
【0022】図1を参照して、実施形態1の高周波電源
は、第1の制御系Aとして、出力電力を設定し、これを
出力電力の設定値として出力する出力電力設定部1と、
発振出力のレベルを可変とする発振部2と、発振部2出
力を増幅出力する増幅部3(増幅部3からの出力電力
は、高周波電源の高周波出力となる)と、増幅部3の出
力電力を検出し、これを出力電力の検出値として制御部
5に入力帰還する電力検出部4と、出力電力設定部1に
よる出力電力設定値と、電力検出部4による出力電力検
出値とを比較し、両者が一致するよう発振部2の発振出
力のレベルを制御、つまり、高周波電源の高周波出力を
一定に制御する制御部5とを備える。
は、第1の制御系Aとして、出力電力を設定し、これを
出力電力の設定値として出力する出力電力設定部1と、
発振出力のレベルを可変とする発振部2と、発振部2出
力を増幅出力する増幅部3(増幅部3からの出力電力
は、高周波電源の高周波出力となる)と、増幅部3の出
力電力を検出し、これを出力電力の検出値として制御部
5に入力帰還する電力検出部4と、出力電力設定部1に
よる出力電力設定値と、電力検出部4による出力電力検
出値とを比較し、両者が一致するよう発振部2の発振出
力のレベルを制御、つまり、高周波電源の高周波出力を
一定に制御する制御部5とを備える。
【0023】実施形態1の高周波電源は、第1の制御系
Aに加えて、次に述べる第2の制御系Bを設けたことに
特徴を有している。
Aに加えて、次に述べる第2の制御系Bを設けたことに
特徴を有している。
【0024】すなわち、実施形態1では、高周波電源の
出力を設定するものでその出力電力設定値を出力する出
力電力設定部1(第1の制御系Aと共用)と、その設定
値に対応して後述のように演算しその演算値あるいはそ
の演算値より若干高めの値を直流電源電圧Vdcの演算
値として出力する演算部7と、この直流電源電圧Vdc
を増幅部3に供給出力する直流電源部6aとを含む第2
の制御系Bを設けている。
出力を設定するものでその出力電力設定値を出力する出
力電力設定部1(第1の制御系Aと共用)と、その設定
値に対応して後述のように演算しその演算値あるいはそ
の演算値より若干高めの値を直流電源電圧Vdcの演算
値として出力する演算部7と、この直流電源電圧Vdc
を増幅部3に供給出力する直流電源部6aとを含む第2
の制御系Bを設けている。
【0025】第2の制御系Bにおいて演算部7について
説明する。
説明する。
【0026】演算部7は、増幅部3が出力電力設定値の
大きさの出力電力となるよう発振部2出力を増幅し、か
つ、その効率が最大となるように、増幅部3に供給する
最低の直流電源電圧Vdcを演算するようになってい
る。
大きさの出力電力となるよう発振部2出力を増幅し、か
つ、その効率が最大となるように、増幅部3に供給する
最低の直流電源電圧Vdcを演算するようになってい
る。
【0027】この場合、演算部7は、その演算値をその
まま直流電源部6aに入力してもよいが、負荷の状況等
により余裕を見込んでその演算値より若干高めの値、例
えば演算値の1.2倍の値、を直流電源電圧Vdcの演
算値として直流電源部6aに入力するようにしてもよ
い。
まま直流電源部6aに入力してもよいが、負荷の状況等
により余裕を見込んでその演算値より若干高めの値、例
えば演算値の1.2倍の値、を直流電源電圧Vdcの演
算値として直流電源部6aに入力するようにしてもよ
い。
【0028】図2は、演算部7における演算に用いるグ
ラフである。図2は、横軸が設定電力(%)であり、縦
軸が直流電源電圧Vdc(%)であって、増幅部3が、
設定電力で最大効率となるように増幅動作するための直
流電源電圧Vdcの関係を示している。つまり、その直
流電源電圧Vdcで増幅部3の出力電圧が、飽和せずか
つ最大の振幅となる関係を示している。
ラフである。図2は、横軸が設定電力(%)であり、縦
軸が直流電源電圧Vdc(%)であって、増幅部3が、
設定電力で最大効率となるように増幅動作するための直
流電源電圧Vdcの関係を示している。つまり、その直
流電源電圧Vdcで増幅部3の出力電圧が、飽和せずか
つ最大の振幅となる関係を示している。
【0029】演算部7は、図2のグラフ特性を記憶して
いて、出力電力設定部1による出力電力設定値に対応す
る直流電源電圧Vdcを得る。あるいはまた、演算部7
は、図2のグラフで示される特性関数を記憶しており、
出力電力設定部1による出力電力設定値をこの特性関数
に代入して直流電源電圧Vdcを得る。いずれにして
も、演算部7は、出力電力設定部1の出力電力設定値を
入力すると、その設定値に応じた直流電源電圧Vdcあ
るいは、この値より若干高めの値を直流電源部6aに入
力するようになっている。
いて、出力電力設定部1による出力電力設定値に対応す
る直流電源電圧Vdcを得る。あるいはまた、演算部7
は、図2のグラフで示される特性関数を記憶しており、
出力電力設定部1による出力電力設定値をこの特性関数
に代入して直流電源電圧Vdcを得る。いずれにして
も、演算部7は、出力電力設定部1の出力電力設定値を
入力すると、その設定値に応じた直流電源電圧Vdcあ
るいは、この値より若干高めの値を直流電源部6aに入
力するようになっている。
【0030】上述したことから、演算部7は、演算を行
っているとも言えるが、この演算の意義に限定されるも
のではなく、要するに、出力電力設定部1よりの出力電
力設定値を増幅部3の最大出力とするために、増幅部3
に供給する直流電源電圧Vdcを得るものであれば、そ
のすべてが含まれる。
っているとも言えるが、この演算の意義に限定されるも
のではなく、要するに、出力電力設定部1よりの出力電
力設定値を増幅部3の最大出力とするために、増幅部3
に供給する直流電源電圧Vdcを得るものであれば、そ
のすべてが含まれる。
【0031】図3を参照して、出力電力設定部1による
出力電力の設定値が「中」のときは、その設定値で出力
が飽和しない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧
Vdcを演算する。その結果、演算部7からは図3
(a)で示される直流電源電圧Vdcが演算され、直流
電源部6aは、この演算に係る直流電源電圧Vdcを増
幅部3に供給する。この直流電源電圧Vdcを供給され
た増幅部3は、図3(a)で示すように飽和しない範囲
で振幅が最大の出力電圧つまり最大の効率で動作できる
こととなる。
出力電力の設定値が「中」のときは、その設定値で出力
が飽和しない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧
Vdcを演算する。その結果、演算部7からは図3
(a)で示される直流電源電圧Vdcが演算され、直流
電源部6aは、この演算に係る直流電源電圧Vdcを増
幅部3に供給する。この直流電源電圧Vdcを供給され
た増幅部3は、図3(a)で示すように飽和しない範囲
で振幅が最大の出力電圧つまり最大の効率で動作できる
こととなる。
【0032】また、出力電力設定部1による出力電力の
設定値が「大」のときは、その設定値で出力が飽和しな
い範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Vdcを演
算する。その結果、演算部7からは図3(b)で示すよ
うな「大」レベルの直流電源電圧Vdcが演算され、直
流電源部6aは、その演算に係る直流電源電圧Vdcを
増幅部3に供給する。この直流電源電圧Vdcを供給さ
れた増幅部3は、図3(b)で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
設定値が「大」のときは、その設定値で出力が飽和しな
い範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Vdcを演
算する。その結果、演算部7からは図3(b)で示すよ
うな「大」レベルの直流電源電圧Vdcが演算され、直
流電源部6aは、その演算に係る直流電源電圧Vdcを
増幅部3に供給する。この直流電源電圧Vdcを供給さ
れた増幅部3は、図3(b)で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
【0033】さらに、出力電力設定部1による出力電力
の設定値が「小」のときは、その設定値で出力が飽和し
ない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Vdcを
演算する。その結果、演算部7からは図3(c)で示す
ような「小」レベルの直流電源電圧Vdcが演算され、
直流電源部6aはその演算に係る直流電源電圧Vdcを
増幅部3に供給する。この直流電源電圧Vdcを供給さ
れた増幅部3は、図3(c)で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
の設定値が「小」のときは、その設定値で出力が飽和し
ない範囲で最大効率となる最低の直流電源電圧Vdcを
演算する。その結果、演算部7からは図3(c)で示す
ような「小」レベルの直流電源電圧Vdcが演算され、
直流電源部6aはその演算に係る直流電源電圧Vdcを
増幅部3に供給する。この直流電源電圧Vdcを供給さ
れた増幅部3は、図3(c)で示すように飽和しない範
囲で最大の効率で動作できることとなる。
【0034】なお、図3の折り返し波形およびハッチン
グは図11で説明したのと同様であるから、その説明は
省略する。
グは図11で説明したのと同様であるから、その説明は
省略する。
【0035】また、図4を参照して従来の高周波電源と
本実施形態の高周波電源とを比較する。
本実施形態の高周波電源とを比較する。
【0036】図4において破線は従来の定格出力250
Wの高周波電源の特性を、また、実線は本実施形態の定
格出力250Wの高周波電源の特性をそれぞれ示してい
る。図4(a)で示すように本実施形態は従来と比較し
て電力損失が大幅に低減されている。また、図4(b)
で示すように本実施形態は従来と比較して効率が出力電
力の広い範囲にわたって一定のほぼ80%となり、電力
の無駄な消費が抑制されている。
Wの高周波電源の特性を、また、実線は本実施形態の定
格出力250Wの高周波電源の特性をそれぞれ示してい
る。図4(a)で示すように本実施形態は従来と比較し
て電力損失が大幅に低減されている。また、図4(b)
で示すように本実施形態は従来と比較して効率が出力電
力の広い範囲にわたって一定のほぼ80%となり、電力
の無駄な消費が抑制されている。
【0037】図5は、本発明の実施形態2に係る高周波
電源の回路ブロック図である。実施形態2の場合、第2
の制御系Bに、演算部7より出力する直流電源電圧Vd
cの演算値に直流電源部6aから増幅部3に供給する直
流電源電圧Vdcの大きさが一致するように制御する制
御ループを構成するために、誤差増幅部8と直流電圧検
出部9とが追加されている。誤差増幅部8は、演算部7
による直流電源電圧Vdcの演算値と直流電圧検出部9
による直流電源電圧Vdcの検出値との誤差分を増幅し
て、直流電源部6aに出力する。直流電圧検出部9は、
直流電源部6aから出力される直流電源電圧Vdcの大
きさを検出し、その検出値を誤差増幅部8に入力する。
電源の回路ブロック図である。実施形態2の場合、第2
の制御系Bに、演算部7より出力する直流電源電圧Vd
cの演算値に直流電源部6aから増幅部3に供給する直
流電源電圧Vdcの大きさが一致するように制御する制
御ループを構成するために、誤差増幅部8と直流電圧検
出部9とが追加されている。誤差増幅部8は、演算部7
による直流電源電圧Vdcの演算値と直流電圧検出部9
による直流電源電圧Vdcの検出値との誤差分を増幅し
て、直流電源部6aに出力する。直流電圧検出部9は、
直流電源部6aから出力される直流電源電圧Vdcの大
きさを検出し、その検出値を誤差増幅部8に入力する。
【0038】これによって、実施形態2の場合、直流電
源電圧Vdcを一定に制御して増幅部3に供給すること
が可能となり、負荷の変動によって増幅部3に供給され
る直流電源電圧Vdcが変動することが抑制され、これ
によって、増幅部3における効率の安定性、出力波形の
安定性を共に保持することが可能となり好ましい。
源電圧Vdcを一定に制御して増幅部3に供給すること
が可能となり、負荷の変動によって増幅部3に供給され
る直流電源電圧Vdcが変動することが抑制され、これ
によって、増幅部3における効率の安定性、出力波形の
安定性を共に保持することが可能となり好ましい。
【0039】上述した各実施形態の高周波電源の増幅部
3の形態例は、図6ないし図9で示されている。図6
は、B級プッシュプル方式の増幅部であり、図7は、ハ
ーフブリッジ方式の増幅部であり、図8は、フルブリッ
ジ方式の増幅部であり、図9(a)は、トランジスタ1
石よりなるB級増幅部であり、図9(b)は、トランジ
スタ1石よりなるA級増幅部である。これら図6ないし
図9それぞれで示される増幅部3の動作は周知であるか
ら、その詳しい説明は省略するが、図6の増幅部3にお
ける電力損失および効率について以下説明する。
3の形態例は、図6ないし図9で示されている。図6
は、B級プッシュプル方式の増幅部であり、図7は、ハ
ーフブリッジ方式の増幅部であり、図8は、フルブリッ
ジ方式の増幅部であり、図9(a)は、トランジスタ1
石よりなるB級増幅部であり、図9(b)は、トランジ
スタ1石よりなるA級増幅部である。これら図6ないし
図9それぞれで示される増幅部3の動作は周知であるか
ら、その詳しい説明は省略するが、図6の増幅部3にお
ける電力損失および効率について以下説明する。
【0040】図6において、T1は、入力トランス、T
r1,Tr2は、増幅用のトランジスタ、T2は、出力
トランスである。
r1,Tr2は、増幅用のトランジスタ、T2は、出力
トランスである。
【0041】トランジスタTr1,Tr2において、そ
のコレクタエミッタ間の飽和電圧を0V、コレクタ電流
をIc1,Ic2、このコレクタ電流およびコレクタエ
ミッタ間電圧の最大値に対する励振率をk(0≦k≦
1)とする。また、出力トランスT2の1次側巻線の中
間タップから一端側までの巻数をN1、他端側までの巻
数をN2、2次側巻線の巻数をN3とし、その巻数比を次
式(1)とする。
のコレクタエミッタ間の飽和電圧を0V、コレクタ電流
をIc1,Ic2、このコレクタ電流およびコレクタエ
ミッタ間電圧の最大値に対する励振率をk(0≦k≦
1)とする。また、出力トランスT2の1次側巻線の中
間タップから一端側までの巻数をN1、他端側までの巻
数をN2、2次側巻線の巻数をN3とし、その巻数比を次
式(1)とする。
【0042】N1:N2:N3=n:n:1 … (1) コレクタ電流Ic1,Ic2の最大値Icmaxは、負
荷抵抗の値をRとすると、次式(2)が得られる。
荷抵抗の値をRとすると、次式(2)が得られる。
【0043】Icmax=Vdc/n2R … (2) 増幅部3の出力電力Poutは、次式(3)で得られ
る。
る。
【0044】 Pout=(k2・Vdc2)/(2n2・R) … (3) 一方、増幅部3に供給する電力Pdcは、次式(4)で
得られる。
得られる。
【0045】 Pdc=(2・k・Vdc2)/(π・n2・R) … (4) 増幅部3の効率をηとすると、η=Pout/Pdcで
表されるから、前記式(3)および(4)により次式
(5)が得られる。
表されるから、前記式(3)および(4)により次式
(5)が得られる。
【0046】 したがって、η=Pout/Pdc=k・π/4 … (5) 本発明は、高効率で動作する高周波電源を提供する。し
たがって、その最大効率ηmaxは、k=1のとき ηmax=π/4=78.5(%) … (6) となる。
たがって、その最大効率ηmaxは、k=1のとき ηmax=π/4=78.5(%) … (6) となる。
【0047】また、増幅部3の電力損失Plossは、
≒Pdc−Poutで表され、前記式(5)より、次式
(7)が得られる。
≒Pdc−Poutで表され、前記式(5)より、次式
(7)が得られる。
【0048】 Ploss≒Pdc−Pout ={4/(k・π)−1}・Pout … (7) 本発明では、式(7)においてk=1として、 Ploss=(4/π−1)Pout≒0.273Pout …(8) したがって、式(6)および(8)から明らかであるよ
うに、この増幅部3の場合、電力損失は、出力電力に比
例し、効率ηは、広範囲の出力電力において、最大効率
となっている。
うに、この増幅部3の場合、電力損失は、出力電力に比
例し、効率ηは、広範囲の出力電力において、最大効率
となっている。
【0049】なお、上述の実施形態では、直流電源部6
aは電圧を出力する形態であったが、これに限定される
ものではなく電流を出力する形態でも構わない。
aは電圧を出力する形態であったが、これに限定される
ものではなく電流を出力する形態でも構わない。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、設定に応じて発振出力
レベルが可変可能な発振部と、供給される直流電圧等に
対して前記発振部出力を増幅する増幅部とを含み、前記
設定された電力に前記増幅部の出力電力が一致するよう
に前記発振部の発振出力を制御する第1の制御系に加え
て、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で動作するよ
うに前記直流電圧等を可変制御する第2の制御系を設け
たから、出力電力を定格出力以下の領域に設定して使用
する場合において、いずれの領域でも電力が無駄に消費
されることを可及的に小さく抑制してその効率を向上さ
せられる。
レベルが可変可能な発振部と、供給される直流電圧等に
対して前記発振部出力を増幅する増幅部とを含み、前記
設定された電力に前記増幅部の出力電力が一致するよう
に前記発振部の発振出力を制御する第1の制御系に加え
て、前記設定に応じて前記増幅部が高効率で動作するよ
うに前記直流電圧等を可変制御する第2の制御系を設け
たから、出力電力を定格出力以下の領域に設定して使用
する場合において、いずれの領域でも電力が無駄に消費
されることを可及的に小さく抑制してその効率を向上さ
せられる。
【0051】また、本発明によれば、前記第2の制御系
が、増幅部がその出力が飽和しない範囲で最大効率で動
作するよう前記直流電圧等を可変制御するから、出力電
圧の歪みを実質小さくするかあるいは無くことが可能と
なり、これによって、この歪みを無くすための複雑で高
価なフィルタ回路等が不要となりそのコストの低減を図
れる。
が、増幅部がその出力が飽和しない範囲で最大効率で動
作するよう前記直流電圧等を可変制御するから、出力電
圧の歪みを実質小さくするかあるいは無くことが可能と
なり、これによって、この歪みを無くすための複雑で高
価なフィルタ回路等が不要となりそのコストの低減を図
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係る高周波電源の回路ブ
ロック図
ロック図
【図2】図1の演算部の演算の説明に供する図
【図3】(a)(b)(c)各出力電力設定における直
流電源電圧Vdcと増幅部の出力電圧の波形図
流電源電圧Vdcと増幅部の出力電圧の波形図
【図4】(a)増幅部における従来と実施形態1との電
力損失の比較特性図、(b)増幅部における従来と実施
形態1との効率の比較特性図
力損失の比較特性図、(b)増幅部における従来と実施
形態1との効率の比較特性図
【図5】本発明の実施形態2に係る高周波電源の回路ブ
ロック図
ロック図
【図6】増幅部の具体例を示す図
【図7】増幅部の他の具体例を示す図
【図8】増幅部のさらに他の具体例を示す図
【図9】増幅部のさらに他の具体例を示す図
【図10】従来の高周波電源の回路ブロック図
【図11】(a)(b)(c)各出力電力設定における
直流電源電圧Vdcと増幅部の出力電圧の波形図
直流電源電圧Vdcと増幅部の出力電圧の波形図
A 第1の制御系 B 第2の制御系 1 出力電力設定部 2 発振部 3 増幅部 4 出力電力検出部 5 制御部 6a 直流電源部 7 演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H007 CB04 CB05 CB06 CB07 CB12 CC03 CC12 CC32 DA03 DA06 DB01 DB05 DC03 5H420 BB14 CC02 DD03 EA10 EA27 EA39 EA42 EA45 EB15 EB39 FF05 FF25 5J092 AA01 AA18 AA41 AA64 CA36 CA87 CA92 FA01 HA02 HA08 HA25 HA29 HA35 HA37 KA32 MA09 TA01 TA02 TA06
Claims (4)
- 【請求項1】設定に応じて出力電力を制御する高周波電
源において、 前記設定に応じて発振出力レベルが可変可能な発振部
と、供給される直流電圧等に対して前記発振部出力を増
幅する増幅部とを含み、前記設定された電力に前記増幅
部の出力電力が一致するように前記発振部の発振出力を
制御する第1の制御系に加えて、 前記設定に応じて前記増幅部が高効率で動作するように
前記直流電圧等を可変制御する第2の制御系を設けた、 ことを特徴とする高周波電源。 - 【請求項2】請求項1の高周波電源において、 前記第2の制御系が、前記増幅部が最大効率(出力が飽
和しない範囲で最大の振幅となる動作態様)で動作する
よう前記直流電圧等を可変制御する、ことを特徴とする
高周波電源。 - 【請求項3】請求項1または2の高周波電源において、 前記第2の制御系が、前記設定に応じて前記増幅部が高
効率で動作する直流電圧等を演算する演算部と、この演
算に応じた直流電圧等を前記増幅部に供給する直流電源
部とを含む、ことを特徴とする高周波電源。 - 【請求項4】請求項3の高周波電源において、 前記第2の制御系は、さらに、前記演算部より出力する
直流電圧等の演算値に前記直流電源部から前記増幅部に
供給する直流電圧等の大きさが一致するように制御する
制御ループを有する、ことを特徴とする高周波電源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000004528A JP2001197749A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | 高周波電源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000004528A JP2001197749A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | 高周波電源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001197749A true JP2001197749A (ja) | 2001-07-19 |
Family
ID=18533308
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000004528A Pending JP2001197749A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | 高周波電源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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- 2000-01-13 JP JP2000004528A patent/JP2001197749A/ja active Pending
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