[發(fā)明專利]降低對電纜長度的敏感性的射頻功率發(fā)生器的控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02105328.6
• 申請日: 2002-02-26
• 公開（公告）號: CN1380744A
• 公開（公告）日: 2002-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凱文·P·納斯曼;艾倫·T·拉多姆斯基
• 申請（專利權(quán)）人: ENI技術(shù)公司
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30;G05F1/66
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 李強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于射頻(RF)功率發(fā)生器的控制器，特別是涉及降低對電纜長度的敏感性的射頻功率發(fā)生器的控制器。

背景技術(shù)

許多射頻功率發(fā)生器都含有控制器，用以調(diào)節(jié)射頻輸出功率，同時(shí)防止由于負(fù)載不匹配、過高的供電電壓以及過高的工作溫度而導(dǎo)致的放大器損壞。這些控制器還能夠在一個或多個功率器件發(fā)生失效之后，使故障最小化。圖1示出了一個典型的射頻(RF)功率發(fā)生器10，它包括一個功率模塊11以及一個控制器12。功率模塊11接收來自射頻激勵器14的信號，對信號進(jìn)行放大，并將信號送往負(fù)載16。功率模塊11包括一個驅(qū)動器18以及一個末級放大器20。功率模塊11通過電纜24接收直流功率，電纜24連接到具有接地回路的較遠(yuǎn)距離處的電池26。電纜24具有基本上為分布式的阻抗。控制器12包括一個放大器30、一個頻率補(bǔ)償電容器34以及一個緩沖器38。控制器12接收控制輸入40和反饋信號42，并產(chǎn)生控制電壓44，控制電壓44改變驅(qū)動器18的增益。

在正常情況下，控制器12調(diào)節(jié)輸出功率，而在異常情況下，則保護(hù)功率模塊11。控制器12通過采用負(fù)反饋來減少最大反饋信號與參考輸入信號之間的誤差，該參考輸入信號是根據(jù)各反饋傳感器的標(biāo)稱工作電平來選擇的。來自功率模塊11的反饋信號包括由射頻檢測器54和56產(chǎn)生的正向和反向功率信號50和52。檢測器54和56一般被連接到定向耦合器60的兩個采樣臂上。其他反饋信號包括來自熱敏電阻64的溫度信號62，熱敏電阻64與末級放大器20熱耦合。差分電壓反饋信號66和70與(經(jīng)由電流采樣電阻器72)送往功率模塊11的直流輸入電流成正比。驅(qū)動信號74將驅(qū)動電流反饋到末級放大器20。反饋信號76反饋送往驅(qū)動器18的控制電壓44。

在正常情況下，除了正向功率信號50以外，所有反饋信號都是很小的。控制器12使控制信號44增大，直到正向功率信號50變?yōu)榻频氐扔趨⒖荚O(shè)置點(diǎn)為止。在異常情況下，其他各種反饋信號都增大，并且超過正向功率信號50。例如，當(dāng)負(fù)載16不匹配或者被撤除時(shí)，反向功率信號52將增大。若驅(qū)動信號44增加而正向功率信號50沒有相應(yīng)的增加，則表示末級放大器20負(fù)載不匹配或出現(xiàn)故障。對于給定的輸出功率，過高的控制電壓一般對應(yīng)于驅(qū)動器18中的問題。直流輸入電流低表示負(fù)載不匹配、驅(qū)動器18的故障或者末級放大器20的故障。直流輸入電流高或者末級放大器20的溫度高表示控制器12應(yīng)當(dāng)降低功率模塊11的正向功率需求。當(dāng)出現(xiàn)這些情況中的一種或多種時(shí)，控制器12就降低送往功率模塊11的驅(qū)動信號44，以便使最大反饋信號保持近似于參考設(shè)置點(diǎn)。

用于保護(hù)射頻功率發(fā)生器10的常規(guī)方法一般還使用一組已測量的發(fā)生器參數(shù)以及對每一種參數(shù)的硬性設(shè)置點(diǎn)限值。例如，最大反射功率被限制為600瓦(W)，功率放大器(PA)最大電流被限制為40安(A)，功率放大器(PA)最大功率耗散被限制為1800W。這種保護(hù)技術(shù)在射頻功率發(fā)生器10避免逆向負(fù)載方面是有效的，但是當(dāng)射頻功率發(fā)生器10與負(fù)載16之間的電纜長度發(fā)生改變時(shí)，就不具備可重復(fù)的性能。

現(xiàn)在參看圖2，該圖示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種簡化的功率發(fā)生器控制系統(tǒng)100。射頻功率發(fā)生器控制系統(tǒng)100包括一個功率模塊102，一個射頻傳感器104，一個負(fù)載106以及一個控制器108。功率模塊102產(chǎn)生功率模塊反饋信號109(如功率放大器供電電流110以及裝置溫度114)。射頻傳感器104產(chǎn)生射頻傳感器反饋信號115(如正向和反向功率116和118)。功率模塊反饋信號109，射頻傳感器反饋信號115以及外部設(shè)置點(diǎn)信號120都被輸入到控制器108。控制器108產(chǎn)生功率模塊設(shè)置點(diǎn)信號124，后者被輸入到功率模塊102。功率模塊設(shè)置點(diǎn)信號124通過功率模塊102控制正向功率輸出。

基本的控制技術(shù)是提供來自多個檢測器的負(fù)反饋信號(如正向功率116，反向功率118，功率放大器供電電流110以及裝置溫度114)。在正常運(yùn)行過程中，除了正向功率信號以外，所有反饋信號都是相對小的。在這種情況下，控制器108增大或降低功率模塊設(shè)置點(diǎn)信號124，以調(diào)節(jié)功率模塊102的正向功率116。在負(fù)載不匹配的情況下，另一個反饋信號，例如是送往功率模塊102中功率放大器的供電電流110，強(qiáng)于正向功率反饋信號116。這將導(dǎo)致控制器108降低功率模塊設(shè)置點(diǎn)124。功率模塊102降低向負(fù)載106提供的正向功率。