[发明专利]高频振荡电路

说明书

本发明涉及高频振荡电路。在用于ICP发光分析装置的等离子体生成用途等的大功率用的自激式高频振荡电路中，以低廉的成本来稳定地使自激振荡产生。在包括感应线圈(9)、电容器(36)等的LC共振电路(30)中，配置启动用变压器的次级绕组(38)，对与该绕组(38)磁耦合的初级绕组(5)连接由克拉普振荡电路等构成的启动部(6)。仅在启动时的一定期间内，使启动部(6)动作而通过初级绕组(5)、次级绕组(38)在LC共振电路(30)中感应出高频电流。由此，在与初级绕组(32、33、34、35)磁耦合的全桥驱动电路(10)中的各次级绕组(11、14、17、20)中流过电流，在MOSFET(13、16、19、22)的栅极‑源极之间产生电压，MOSFET(13、16、19、22)的导通/截止动作开始，自激振荡开始。

技术领域

本发明涉及高频振荡电路，进一步详细来说，涉及大功率用的高频振荡电路的启动方法。本发明的高频振荡电路在电感耦合等离子体(ICP)发光分析装置、等离子体CVD装置等利用等离子体的分析装置、制造/加工处理装置中，适合作为用于生成并维持等离子体的高频电源。

背景技术

在电感耦合等离子体(ICP)发光分析装置中，通过对感应线圈供给高频电力而形成的电磁场，使诸如氩等的等离子体生成用气体电离而生成/维持等离子体，在该等离子体中导入样本原子。样本原子通过等离子体而被激发，在该激发了的原子回到低的能级时，发射原子特有的波长光。因此，通过对该光进行分光测定来进行样本的定性以及定量。

在ICP发光分析装置中，为了对等离子体供给高频电力，通过例如以27MHz的频率供给几百W～几千W的高频电力的高频电源来驱动由感应线圈与电容器形成的LC共振电路的结构被广泛利用。在这样的高频振荡电路中，为了产生效率高的振荡，优选的是，从高频电源一侧观察到的负载的阻抗恒定并且取得阻抗匹配。然而，当利用在感应线圈中流过高频电流来生成等离子体时，通过由于带电粒子移动而产生的感应电流的作用，感应线圈的阻抗发生变化。另外，根据等离子体生成用气体、作为分析对象的样本的状态、向等离子体供给的电力量等，等离子体的状态发生变化，伴随着该变化，感应线圈的阻抗发生变化。当感应线圈的阻抗这样变化时，从高频电源一侧观察到的负载阻抗发生变化，阻抗匹配从最佳的状态偏离。

因此，一般来说，利用了通过包括开关元件的半桥电路或者全桥电路等开关电路来驱动由感应线圈与电容器形成的LC共振电路，使LC共振电路的电流经由变压器等而正反馈到该开关元件的控制端子的自激方式的振荡电路(参照专利文献1～3)。在这样的自激振荡电路中，当根据等离子体的状态的变化而感应线圈的阻抗发生变化时，LC共振电路的共振频率自动地变化。因此，无需从外部进行任何特别的控制、指示，能够使得从开关电路一侧观察到的负载阻抗始终保持于最佳，并且高效率地持续振荡。

在一般的小功率用的自激振荡电路中，当通过接通电源来开始对高频LC振荡电路供给电力时，直流电源、共振电路中的微小噪声通过正反馈环路被放大，从而振荡持续开始。在上述等离子体生成用的自激方式的高频振荡电路中，持续振荡的原理也相同，但振荡启动时的情况不同。这是由于，在小功率用的自激振荡电路中，MOSFET等开关元件在较接近于线性区域的动作区域中被驱动，所以导通/截止动作容易开始，与此相对地，在输出几千W的大功率的自激振荡电路中，开关元件在接近于饱和区域的动作区域中被驱动，所以为了使导通/截止动作开始，需要大的电力。因此，在多数情况下，在仅仅接通电源的情况下，达不到振荡状态。即，为了启动振荡电路，需要一些方法。

对于这样的问题，在专利文献1～3所述的高频振荡电路中，采用如下方法，即，对开关元件的控制端子连接直流偏置电路，在接通主电源后，监控电源电流，使直流偏置电压缓慢地增加直到检测到振荡开始为止。然而，如果使直流偏置电压过大，则开关元件完全导通而流过大电流，有可能导致元件损坏。因此，期望根据开关元件的增益、输入阈值电压等特性进行控制，以使得直流偏置电压不怎么过大，但这样的特性的元件的各自的偏差大，所以，为了稳定地启动高频振荡电路，需要复杂的控制。