[發明專利]一種自動設置調頻邊界的方法和射頻電源

有效

• 申請號: 202110296477.9
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113065237B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 邱文杰;劉洋;黃陽
• 申請（專利權）人: 四川英杰電氣股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;H01J37/32
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 韓洋

本發明涉及電源領域，特別涉及一種自動設置調頻邊界的方法和射頻電源。本發明的方法對射頻電源的輸出電壓和電流進行跳頻采樣，然后計算負載降階模型參數矩陣，得到負載模型幅頻曲線多項式方程，對多項式方程進行偏導求解，由此構建負載頻率關系函數；求得使所述負載頻率關系函數的值小于零的頻率范圍，所述頻率范圍的邊界即調頻邊界；在調頻邊界內進行頻率微調查找匹配頻率。本發明能夠自動計算調諧的頻率邊界，在邊界內微調頻率，能夠快速實現頻率調諧達到阻抗匹配，大大縮短了調諧時間，且不需要人工干預，可靠性高。

技術領域

本發明涉及電源領域，特別涉及一種自動設置調頻邊界的方法和射頻電源。

背景技術

射頻電源是可以產生固定頻率的正弦波電壓，頻率在射頻范圍(約3KHz～300GHz)內、具有一定功率的電源，常用于半導體工藝設備、等離子發生器、醫療美容等產業。射頻電源常用的工作頻率為2MHz、13.56MHz、27.12Mhz、40.68MHz、64MHz、162MHz等，當切換射頻電源的工作頻率時，所連接負載的負載阻抗會發生變化，為了使射頻電源與負載的阻抗進行匹配，現有技術中通常采用的辦法為，射頻電源采用掃頻的方式逐步調整射頻電源的頻率，當射頻電源的阻抗與負載的阻抗匹配時的頻率則為匹配頻率，掃頻的方式則是以預設的方向和預設的步長以步進的方式逐漸調整射頻電源的頻率，雖然能夠達到頻率調諧阻抗匹配的目的，但這種頻率調諧的時間較長，通常在毫秒級，不能滿足對時間要求更高的微秒級的高級應用的需求。為了能夠加快調諧時間，可以通過人工的方式先設置一個調頻邊界，然后再在邊界內進行頻率的微調，確認匹配頻率，但這種方式需要操作人員具備完備的射頻理論知識，并且還需要進行多次試驗，因此費時費力。因此，亟待一種能夠自動快速確定調頻邊界的方法來滿足對時間要求更高、微秒級的高級應用的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中逐步調節頻率達到阻抗匹配的時間太長的問題，提供一種時間更短、能快速實現阻抗匹配的自動設置調頻邊界方法和射頻電源。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種自動設置調頻邊界的方法，包括以下步驟，

步驟1，構建負載頻率關系函數；

步驟2，求得使所述負載頻率關系函數的值小于零的頻率范圍，所述頻率范圍的邊界即調頻邊界；

步驟3，在調頻邊界內進行頻率微調查找匹配頻率。

進一步的，所述構建負載頻率關系函數包括以下步驟，

步驟11，在帶寬內以指定間隔的頻率對輸出電壓的幅值和相位以及輸出電流的幅值和相位進行跳頻采樣；

步驟12，由所述電壓、電流的采樣值，得到負載阻抗的降階模型參數矩陣；

步驟13，由負載阻抗的降階模型參數矩陣，得到負載模型幅頻曲線多項式方程；

步驟14，對所述負載模型幅頻曲線多項式方程進行偏導求解，得到負載阻抗關于頻率的導函數，所述負載阻抗關于頻率的導函數即為所述負載頻率關系函數。

進一步的，步驟12具體包括以下步驟，

步驟121，將所述電壓、電流的采樣值轉換為電壓的矩陣X和電流的矩陣Y，負載阻抗的降階模型參數矩陣A與矩陣X、矩陣Y的關系為Y＝XA；

步驟122，求解最接近真實的負載阻抗的降階模型參數矩陣將計算出的作為所述負載阻抗的降階模型參數矩陣。

進一步的，在步驟122中，所述最接近真實的負載阻抗的降階模型參數矩陣的計算公式為其中X^T表示矩陣X的轉置。

優選的，在調頻邊界內，利用矢量值電抗來確定頻率調諧的方向。