[發明專利]降低對電纜長度的敏感性的射頻功率發生器的控制器

有效

• 申請號: 02105328.6
• 申請日: 2002-02-26
• 公開（公告）號: CN1380744A
• 公開（公告）日: 2002-11-20
• 發明（設計）人: 凱文·P·納斯曼;艾倫·T·拉多姆斯基
• 申請（專利權）人: ENI技術公司
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30;G05F1/66
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李強

技術領域

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

背景技術

許多射頻功率發生器都含有控制器，用以調節射頻輸出功率，同時防止由于負載不匹配、過高的供電電壓以及過高的工作溫度而導致的放大器損壞。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，對信號進行放大，并將信號送往負載16。功率模塊11包括一個驅動器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，并產生控制電壓44，控制電壓44改變驅動器18的增益。

在正常情況下，控制器12調節輸出功率，而在異常情況下，則保護功率模塊11。控制器12通過采用負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各反饋傳感器的標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。驅動信號74將驅動電流反饋到末級放大器20。反饋信號76反饋送往驅動器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變為近似地等于參考設置點為止。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，當負載16不匹配或者被撤除時，反向功率信號52將增大。若驅動信號44增加而正向功率信號50沒有相應的增加，則表示末級放大器20負載不匹配或出現故障。對于給定的輸出功率，過高的控制電壓一般對應于驅動器18中的問題。直流輸入電流低表示負載不匹配、驅動器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應當降低功率模塊11的正向功率需求。當出現這些情況中的一種或多種時，控制器12就降低送往功率模塊11的驅動信號44，以便使最大反饋信號保持近似于參考設置點。

用于保護射頻功率發生器10的常規方法一般還使用一組已測量的發生器參數以及對每一種參數的硬性設置點限值。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。這種保護技術在射頻功率發生器10避免逆向負載方面是有效的，但是當射頻功率發生器10與負載16之間的電纜長度發生改變時，就不具備可重復的性能。

現在參看圖2，該圖示出了根據現有技術的一種簡化的功率發生器控制系統100。射頻功率發生器控制系統100包括一個功率模塊102，一個射頻傳感器104，一個負載106以及一個控制器108。功率模塊102產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以及外部設置點信號120都被輸入到控制器108。控制器108產生功率模塊設置點信號124，后者被輸入到功率模塊102。功率模塊設置點信號124通過功率模塊102控制正向功率輸出。

基本的控制技術是提供來自多個檢測器的負反饋信號(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置點信號124，以調節功率模塊102的正向功率116。在負載不匹配的情況下，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，強于正向功率反饋信號116。這將導致控制器108降低功率模塊設置點124。功率模塊102降低向負載106提供的正向功率。