[发明专利]一种基于Boost电路的有源阻抗匹配箱及其调节方法

说明书

本发明涉及一种基于Boost电路的有源阻抗匹配箱及其调节方法，属于射频电源阻抗匹配技术领域，解决了现有阻抗匹配网络存在的调节速度慢等问题。有源阻抗匹配箱包括全波整流电路、电容、电容、电感、开关管、二极管及控制电路；全波整流电路的输入端连接特征阻抗；全波整流电路的第一输出端分别连接电容的一端、电感的一端；电感的另一端分别连接开关管的漏极、二极管的阳极；二极管的阴极连接电容的一端；全波整流电路的第二输出端分别连接电容的另一端和电容的另一端；开关管的源极接地；控制电路的输出端连接开关管的栅极，以控制有源阻抗匹配箱的等效输入阻抗等于特征阻抗。

技术领域

本发明涉及射频电源阻抗匹配技术领域，尤其涉及一种基于Boost电路的有源阻抗匹配箱及其调节方法。

背景技术

在射频电源-等离子体系统中，等离子体腔室的变化阻抗与射频电源的恒定输出阻抗并不相等，两者存在较大的阻抗匹配问题，导致反射功率的产生，进而产生严重的能量损耗。

常见的解决方法是：在射频电源与等离子体系统中增加一个可以调节的阻抗匹配网络，以使匹配网络的等效阻抗等于射频电源的阻抗，从而实现阻抗匹配，达到最大的输出功率。

在阻抗匹配网络的设计中，现有技术方法有：

（1）改变匹配网络中电容大小。比如使用伺服步进电机改变电容极板的距离，但这个方法精度低、速度慢；

（2）改变匹配网络中电感大小。比如通过控制策略改变电感串联的数量来改变电感的大小，但这个方法调节过程不够平滑。

现有的阻抗匹配网络存在以下不足：

（1）调节速度过慢，无法响应急速变化的负载；

（2）调节精度不够；

（3）调节过程不够平滑。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于Boost电路的有源阻抗匹配箱及其调节方法，用以解决现有阻抗匹配网络存在的调节速度慢、调节精度不够、调节过程不够平滑等问题。

一方面，本发明公开了一种基于Boost电路的有源阻抗匹配箱，所述有源阻抗匹配箱包括全波整流电路、电容、电容、电感、开关管、二极管及控制电路；其中，

全波整流电路的输入端连接特征阻抗；全波整流电路的第一输出端分别连接电容的一端、电感的一端；电感的另一端分别连接开关管的漏极、二极管的阳极；二极管的阴极连接电容的一端；全波整流电路的第二输出端分别连接电容的另一端和电容的另一端；开关管的源极接地；

控制电路的输出端连接开关管的栅极，控制电路用于控制有源阻抗匹配箱的等效输入阻抗等于特征阻抗。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述控制电路通过改变开关管的占空比，使得有源阻抗匹配箱中流过电感的实际电感电流信号与电容两端的实际电容电压信号满足，表示特征阻抗，从而控制有源阻抗匹配箱的等效输入阻抗等于特征阻抗。

进一步，所述控制电路包括电压环补偿电路、电流环补偿电路、载波发生器及PWM发生器；其中，

电压环补偿电路，用于根据参考电容电压信号与实际电容电压信号比较得到的误差信号，生成参考电感电流信号；

电流环补偿电路，用于根据参考电感电流信号与实际电感电流信号比较得到的误差信号，生成参考电感电压信号；

载波发生器，用于基于实际电容电压信号，输出幅度变化的载波信号；

PWM发生器，用于将参考电感电压信号与实际电容电压信号比较得到的误差信号作为开关管的调制波信号，并基于所述调制波信号和所述载波信号，生成控制开关管动作的PWM波。