[發明專利]一種全差分驅動的射頻發生器

有效

• 申請號: 201710427683.2
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107040226B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 趙英飛;袁文東;羅劍秋;楊超斌
• 申請（專利權）人: 鋼研納克檢測技術股份有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F3/217;H03F3/26;H03F1/56;H03L7/099;H05H1/36
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 李彬;張小娟

本發明屬于測試分析儀器射頻發生器領域，特別涉及一種全差分驅動的射頻發生器。本發明采用全差分驅動電路，使兩路幅值相等、相位相差180度的射頻信號分別作用于負載線圈兩端；將PLL技術與現有的射頻放大電路技術相結合；通過調頻的方式達到阻抗匹配。本發明的等離子體中心的電勢接近于零；采用多級驅動和多級放大的方式大大提高了射頻輸出功率的范圍，最大功率可達幾千瓦；不需要獨立的匹配器，大大減小了射頻發生器的體積；相比于傳統的匹配器調節方式匹配調節速度快，可控制在幾十毫秒以內。

技術領域

本發明屬于測試分析儀器射頻發生器領域，特別涉及一種全差分驅動的射頻發生器，適用于電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)和電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)等儀器，是激發和維持等離子體的能量來源。

背景技術

目前，電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)和電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)在檢測領域得到了廣泛應用，在現代鋼鐵、化工、冶金、材料、生物、環境、醫藥衛生等領域的元素成分和含量分析測試中起著重要的作用。作為等離子體能量來源的射頻發生器的性能直接影響著儀器整體的分析和測試性能。

由于ICP射頻發生器通常工作在幾百瓦至幾千瓦的功率，形成的等離子體中心電勢也較高，這對于提高儀器的整體分析性能是十分不利的。就ICP-MS而言，實驗表明，若能將等離子體的中心電勢降為零，其分析元素的靈敏度將得到相當的提高。

當前，固態它激式射頻發生器的技術已經相當成熟，其在頻率穩定性和功率穩定性方面有著相當的優勢，但是它激式射頻發生器需要單獨的匹配器來配合等離子的激發和維持，匹配器的體積與射頻發生器本身的體積相當，而且其阻抗匹配調節速度也較慢，一般為2～3秒。隨著相關射頻技術的進步和發展，目前自激式射頻發生器在頻率穩定性和功率穩定性方面取得了相當的發展，而且自激式射頻發生器不需要單獨的匹配器來完成等離子的激發和維持，其阻抗匹配的速度僅為10毫秒左右。相比于它激式射頻發生器，其體積可以減小至原來的一半，而且匹配速度是它激式射頻發生器的200～300倍。這對于儀器的小型化和儀器整體分析性能的提高起到了至關重要的作用。

同時，為了適應更復雜的基體，高功率的射頻發生器也是必須的。

所以低的等離子體電勢、小體積、大功率、高速匹配是目前射頻發生器追求的目標。

發明內容

本發明的目的是提供一種全差分驅動的射頻發生器，解決等離子體電勢較高的問題，同時結合了鎖相環(PLL)技術和多路功率合成技術，使得射頻發生器阻抗匹配速度更快，功率范圍更大，可以更好地激發和維持等離子體，能夠適應更復雜的基體。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

本發明提供一種全差分驅動的射頻發生器，該射頻發生器包括主控電路1、直流電源2、PLL信號發生電路3、驅動電路4、功率分配器5、第一功率放大電路6、第二功率放大電路7、第一阻抗匹配電路8、第二阻抗匹配電路9和負載線圈10；其中：

主控電路1控制整個射頻發生器電源的供給、PLL信號的產生、功率的控制和電路的保護；

直流電源2為PLL信號發生電路3、驅動電路4、第一功率放大電路6和第二功率放大電路7提供直流工作電壓；

PLL信號發生電路3連接驅動電路4，驅動電路4經功率分配器5分別連接第一功率放大電路6和第二功率放大電路7；第一功率放大電路6和第二功率放大電路7分別連接第一阻抗匹配電路8和第二阻抗匹配電路9；

第一阻抗匹配電路8和第二阻抗匹配電路9分別將第一功率放大電路6和第二功率放大電路7產生的射頻信號傳送至負載線圈10的兩端；

PLL信號發生電路3產生的信號頻率由PLL信號發生電路3的兩路輸入信號，即第一相位信號11和第二相位信號12的相位差決定；