[發明專利]一種應用于射頻電源的阻抗匹配調節方法和裝置

在審

• 申請號: 202110162778.2
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112929002A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張桂東;陳澤湘;涂騰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H03H7/38
• 分類號: H03H7/38
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 郭帥

本申請公開了一種應用于射頻電源的阻抗匹配調節方法和裝置，采集阻抗匹配網絡和負載之間的入反射波，根據入射波和反射波的幅值和相角判斷阻抗是否匹配，若否，則獲取幅值差異電壓和相角差異電壓，根據幅值差異電壓和相角差異電壓獲取控制信號，并將其輸入到受控電流源得到控制電流；通過控制電流增加磁芯的磁感應強度，進而增加磁芯的飽和程度，影響磁芯的有效磁導率，使得阻抗匹配網絡中繞在該磁芯上的電感的電感值發生變化，進而改變阻抗匹配網絡的阻抗，解決了現有技術采用伺服步進電機或控制并聯電容的數量以改變匹配箱中的電容值來實現阻抗匹配，存在成本高昂，可調節范圍小，以及調節過程不夠平滑，對電容值的設計要求較高的技術問題。

技術領域

本申請涉及阻抗匹配調節技術領域，尤其涉及一種應用于射頻電源的阻抗匹配調節方法和裝置。

背景技術

射頻電源系統包括射頻電源，射頻電源是等離子體腔室的配套電源，應用于射頻濺鍍、PECVD化學氣相沉積、反應離子刻蝕等領域中。通常等離子體腔室中的非線性負載的阻抗與射頻電源的恒定輸出阻抗并不相等，故在射頻電源和等離子體腔室之間具有嚴重的阻抗失配，使得傳輸線上存在較大的反射功率，射頻電源產生的功率無法全部輸送到等離子體腔室，功率損耗較大。為了解決該問題，需要對射頻電源系統中的阻抗匹配網絡進行調節，以使阻抗匹配網絡的阻抗與等離子體腔室中的非線性負載的阻抗之和等于射頻電源的阻抗，從而實現阻抗匹配，達到最大的輸出功率。

現有技術中，通常采用改變匹配箱中的電容值來實現阻抗匹配，常見的有通過伺服步進電機改變電容兩個極板之間的距離，以此來改變電容的值，還有通過控制并聯電容的數量來改變電容的值。以上的調節方式對伺服步進電機的精度要求極高，而且成本高昂，可調節范圍小；而采取并聯電容的調節方法調節過程不夠平滑，對電容值的設計要求較高。

發明內容

本申請提供了一種應用于射頻電源的阻抗匹配調節方法和裝置，用于解決現有技術采用伺服步進電機或控制并聯電容的數量以改變匹配箱中的電容值來實現阻抗匹配，存在成本高昂，可調節范圍小，以及調節過程不夠平滑，對電容值的設計要求較高的技術問題。

有鑒于此，本申請第一方面提供了一種應用于射頻電源的阻抗匹配調節方法，包括：

S1、采集射頻電源系統中的阻抗匹配網絡和負載之間的入射波和反射波；

S2、根據所述入射波和所述反射波的幅值和相角判斷阻抗是否匹配，若否，則獲取幅值差異電壓和相角差異電壓，若是，則返回步驟S1；

S3、根據所述幅值差異電壓和所述相角差異電壓獲取控制信號，并將所述控制信號輸入到受控電流源，得到控制電流；

S4、通過所述控制電流增加受控電流源輸出端的控制繞組中磁芯的磁感應強度，進而增加該磁芯的飽和程度，影響該磁芯的有效磁導率，使得所述阻抗匹配網絡中繞在該磁芯上的電感的電感值發生變化，進而改變所述阻抗匹配網絡的阻抗，并返回步驟S1。

可選的，所述采集射頻電源系統中的阻抗匹配網絡和負載之間的入射波和反射波，包括：

通過兩個定向耦合器采集射頻電源系統中的阻抗匹配網絡和負載之間的入射波和反射波，其中，所述定向耦合器的結構為三繞組變壓器結構。

可選的，所述根據所述入射波和所述反射波的幅值和相角判斷阻抗是否匹配，若否，則獲取幅值差異電壓和相角差異電壓，若是，則返回步驟S1，包括：

通過幅相測量芯片根據所述入射波和所述反射波的幅值和相角判斷阻抗是否匹配，若否，則通過幅相測量芯片獲取幅值差異電壓和相角差異電壓，若是，則返回步驟S1。

可選的，所述受控電流源由運算放大器、電阻和晶體管構成。

本申請第二方面提供了一種應用于射頻電源的阻抗匹配調節裝置，包括：

采集單元，用于采集射頻電源系統中的阻抗匹配網絡和負載之間的入射波和反射波；