[發明專利]高頻電源裝置

在審

• 申請號: 201510559287.6
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105392269A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 土生俊也
• 申請（專利權）人: 株式會社島津制作所
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H02M7/5383
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 肖華

技術領域

本發明涉及用于從直流電源經由開關電路對諧振電路中包含的感應線圈供給高頻電力來生成等離子體的高頻電源裝置。

背景技術

在例如電感耦合等離子體(ICP：InductivelyCoupledPlasma)發光分析裝置等分析裝置中，采用了通過對諧振電路中包含的感應線圈供給高頻電力來在等離子體炬中生成等離子體的結構(例如，參照下述專利文獻1～4)。利用對感應線圈供給的高頻電力，產生高頻電磁場，等離子體中的帶電粒子被加速而流過感應電流，從而等離子體被加熱。

在這樣的結構的情況下，伴隨著等離子體的生成，感應線圈的阻抗(電阻分量以及電抗分量)發生變化。即，由于感應電流使由感應線圈形成的磁場減小，感應線圈的有效的電感減小。另外，由于伴隨著等離子體的加熱而能量損失，在感應線圈中產生電阻分量。進而，根據等離子體生成用氣體、分析試樣的狀態、等離子體接入功率等，等離子體的狀態也發生變化，在感應線圈的阻抗中產生變化。

在對等離子體接入功率時，以恒定的振蕩頻率驅動通過感應線圈與電容器而形成的諧振電路。通常的高頻電源的輸出阻抗被設定為50Ω，所以在高頻電源與諧振電路之間配置阻抗變換電路，從高頻電源側看到的阻抗被控制成始終為50Ω。在這種情況下，為了消除來自阻抗變換電路的反射功率，一般執行由馬達等驅動例如阻抗變換電路內的真空可變電容器以調整電容的方法。

在這樣的結構的情況下，等離子體接入功率與高頻電源的輸出功率相等，所以通過使用例如50Ω的功率計來預先校正高頻電源的輸出功率，能夠準確地控制等離子體接入功率。然而，在這樣的結構中，為了控制阻抗變換電路并始終維持最佳的狀態，需要使用復雜的控制機構和昂貴的部件。因此，最近，正廣泛采用不使用真空可變電容器等昂貴的部件而根據負載阻抗的變化來使頻率變化的方式(所謂的free-running(自由振蕩)方式)。

在下述專利文獻1～4中，作為free-running方式的最簡單的電路結構，公開了與自振蕩方式相關的技術。在這些技術中，采用了不將高頻電源的輸出阻抗限定于50Ω而直接驅動由感應線圈與電容器構成的諧振電路的方式。這樣，通過采用根據負載阻抗的變化而頻率自動地變化的自振蕩方式，能夠省略頻率的控制電路、阻抗變換電路等，所以能夠提供更簡單的高頻電源裝置。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平10-214698號公報

專利文獻2：日本特表2009-537829號公報

專利文獻3：日本特開平6-20793號公報

專利文獻4：國際公開第2012/039035號

發明內容

發明要解決的技術問題

在上述那樣的以往的結構中，無法使用50Ω的功率計來預先校正高頻電源的輸出功率，所以需要用于準確地控制等離子體接入功率的結構。

在上述專利文獻3中，提出了作為放大元件而使用真空管的結構。在該結構中，諧振電路是并聯諧振電路，能夠根據并聯諧振電路的輸入電壓以及輸入電流來計算等離子體接入功率并進行控制。

真空管是高耐壓的設備，能夠直接驅動感應線圈與電容器的并聯諧振電路。在這種情況下，并聯諧振電路的輸入電壓以及輸入電流均為正弦波，輸入電壓與輸入電流之間的相位差小，所以能夠作為輸入電壓與輸入電流的乘積值的直流分量，檢測等離子體接入功率。但是，使用真空管的放大元件不僅效率低，還存在真空管的壽命有限、并且成本比使用半導體元件的開關電路等更高這樣的問題。

在上述專利文獻1以及2中，提出了作為放大元件而使用半導體元件的結構。在上述專利文獻1中，使用了基于1個或者2個MOSFET的源極接地的開關電路，在開關電路的直流電源線上配置扼流線圈，增大相對于高頻的直流電源線的阻抗。通過這樣的電路，在負載的阻抗恒定的條件下，能夠實現高效率的高頻電源。然而，在用于生成等離子體的高頻電源裝置中，如上所述，由于感應線圈的阻抗變化，所以由于開關電路的負載變動，MOSFET的漏極·源極間電壓振幅變化，有可能超過元件的最大額定值，導致破損。