全固态射频ICP用高频电源设计
发布时间：2021-06-28 08:06
传统的射频电源通常是基于真空电子管进行设计,其体积较大,性能较低,相对于全固态的射频电源,其具有寿命较长、可靠性高、体积小、方便调试等优点。除此以外,传统的射频电源在与负载进行阻抗匹配时,仍需要手动调节的方式,这种传统的调节方式导致射频电源在功率输出匹配负载时存在自动化程度差,精度低等问题。特别是在大功率设备工作过程中,其输出负载也非特定的定值阻抗,随着外界条件的变化,负载的阻抗也发生相应的改变,这将严重影响电路中的匹配情况。正因为如此,射频电源系统中的匹配精度和自动匹配的特性,将极大影响整个电路甚至系统的正常工作及坚固性,因此针对射频电源在该类应用中的自动阻抗匹配问题进行深入研究十分迫切。本文主要介绍了射频电源的发展趋势以及国内外研究现状,针对于传统的射频电源的特性,提出本文射频电源的设计方案。在本文中,首先对应用于在高频大功率设计中的D类放大器和E类放大器进行理论研究,介绍了电流型D类放大器和E类放大器的工作条件。此外,对甚高频下功率固态管的驱动电路进行探究,提出LLC软开关的驱动方式。所设计全固态高频电源系统由固态功率放大器设计和自动阻抗匹配系统设计两部分组成,其中固态功率放大器...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的真空管设计的功率放大器Fig.1-1Thepoweramplifierdesignedbytraditionalvacuumtube
第 1 章 绪论，进而影响了电源输出的效率值，对于一些大功率不匹配会造成大量的能量流失，甚至会损坏电源设高,用于工业加工生产中的大功率射频电源,应具有匹配,设备温度实时显示的特性,以及具有系统过热些都是射频电源在未来一段时间内的发展趋向[5]。步，一些电源设备也越来越像智能化方向发展，高如此。
1.4 课题的研究意义和研究内容传统的 ICP 源是基于真空管的功率放大器工作，其工作效率较低，进而导致其在工作过程中有大量能量损失，而且在工作过程中使用寿命缩短。随着半导体器件的发展，用半导体器件来设计大功率放大器，与电子管相比，具有可靠性高、长寿命、工作电压低、成本低等优点。如图 1-3（a）与（b）所示，真空放大管与固态半导体器件的对比图。ICP 源在与负载进行阻抗匹配时，需要手动调节负载电路参数，但是随着等离子发生室的负载特性发生变化，使功率放大器的工作效率发生变化，而且在功率传输过程中，由于匹配的精度较低，造成功率不必要的损耗。随着生产过程自动化的提高, 用于工业加工生产中的大功率射频电源应具有自动控制, 频率稳定, 阻抗自动匹配, 设备温度实时显示的特性, 以及具有系统过热保护以及故障报警功能[10]。所以本文主要研究设计大功率高频电源其工作频率为 13.56MHz, 电源输出功率大于 1KW。除此以外，设计自动阻抗匹配系统，使电感耦合负载与高频电源之间自动匹配，提高匹配速率和匹配精度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于D类放大器的固态射频电源研究[J]. 孙小孟,崔晨,林亭廷,赵丽莉,李勇滔. 电子工业专用设备. 2018(06)
[2]Design of a C-band polarization rotator-splitter based on a mode-evolution structure and an asymmetric directional coupler[J]. Chen Yuan,Jincheng Dai,Hao Jia,Jianfeng Ding,Lei Zhang,Xin Fu,Lin Yang. Journal of Semiconductors. 2018(12)
[3]基于射频功率放大器的阻抗匹配技术[J]. 周帅,刘成国,唐晓. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]高定向性微带定向耦合器的研究[J]. 金铃. 微波学报. 2017(S1)
[5]射频电源研究综述[J]. 马梅彦. 电子测量技术. 2016(12)
[6]大功率SiC MOSFET驱动电路设计[J]. 彭咏龙,李荣荣,李亚斌. 电测与仪表. 2015(11)
[7]阻抗匹配电路原理与应用[J]. 田亚朋,张昌民,仲维伟. 电子科技. 2012(01)
[8]1kW宽带线性SiC功率放大器设计[J]. 余振坤,张毅,刘晗. 现代雷达. 2011(07)
[9]全固态高效率射频电源[J]. 秦威,李勇滔,李超波,夏洋,李英杰,赵章琰,许晓平. 半导体技术. 2011(04)
[10]基于AD8302的高精度幅相检测系统的设计[J]. 刘静,马彦恒. 计算机测量与控制. 2011(02)
硕士论文
[1]基于遗传算法设计功放的宽带阻抗匹配网络[D]. 袁康.东南大学 2017
[2]SiC MOSFET高速开关器件的驱动研究[D]. 许耀.西安电子科技大学 2017
[3]电流型D类射频功率放大器与数字发射机研究与设计[D]. 彭振飞.复旦大学 2012
[4]ICP光源中阻抗匹配的研究[D]. 王超.中国地质大学 2010
本文编号：3253950
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的真空管设计的功率放大器Fig.1-1Thepoweramplifierdesignedbytraditionalvacuumtube
第 1 章 绪论，进而影响了电源输出的效率值，对于一些大功率不匹配会造成大量的能量流失，甚至会损坏电源设高,用于工业加工生产中的大功率射频电源,应具有匹配,设备温度实时显示的特性,以及具有系统过热些都是射频电源在未来一段时间内的发展趋向[5]。步，一些电源设备也越来越像智能化方向发展，高如此。
1.4 课题的研究意义和研究内容传统的 ICP 源是基于真空管的功率放大器工作，其工作效率较低，进而导致其在工作过程中有大量能量损失，而且在工作过程中使用寿命缩短。随着半导体器件的发展，用半导体器件来设计大功率放大器，与电子管相比，具有可靠性高、长寿命、工作电压低、成本低等优点。如图 1-3（a）与（b）所示，真空放大管与固态半导体器件的对比图。ICP 源在与负载进行阻抗匹配时，需要手动调节负载电路参数，但是随着等离子发生室的负载特性发生变化，使功率放大器的工作效率发生变化，而且在功率传输过程中，由于匹配的精度较低，造成功率不必要的损耗。随着生产过程自动化的提高, 用于工业加工生产中的大功率射频电源应具有自动控制, 频率稳定, 阻抗自动匹配, 设备温度实时显示的特性, 以及具有系统过热保护以及故障报警功能[10]。所以本文主要研究设计大功率高频电源其工作频率为 13.56MHz, 电源输出功率大于 1KW。除此以外，设计自动阻抗匹配系统，使电感耦合负载与高频电源之间自动匹配，提高匹配速率和匹配精度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于D类放大器的固态射频电源研究[J]. 孙小孟,崔晨,林亭廷,赵丽莉,李勇滔. 电子工业专用设备. 2018(06)
[2]Design of a C-band polarization rotator-splitter based on a mode-evolution structure and an asymmetric directional coupler[J]. Chen Yuan,Jincheng Dai,Hao Jia,Jianfeng Ding,Lei Zhang,Xin Fu,Lin Yang. Journal of Semiconductors. 2018(12)
[3]基于射频功率放大器的阻抗匹配技术[J]. 周帅,刘成国,唐晓. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]高定向性微带定向耦合器的研究[J]. 金铃. 微波学报. 2017(S1)
[5]射频电源研究综述[J]. 马梅彦. 电子测量技术. 2016(12)
[6]大功率SiC MOSFET驱动电路设计[J]. 彭咏龙,李荣荣,李亚斌. 电测与仪表. 2015(11)
[7]阻抗匹配电路原理与应用[J]. 田亚朋,张昌民,仲维伟. 电子科技. 2012(01)
[8]1kW宽带线性SiC功率放大器设计[J]. 余振坤,张毅,刘晗. 现代雷达. 2011(07)
[9]全固态高效率射频电源[J]. 秦威,李勇滔,李超波,夏洋,李英杰,赵章琰,许晓平. 半导体技术. 2011(04)
[10]基于AD8302的高精度幅相检测系统的设计[J]. 刘静,马彦恒. 计算机测量与控制. 2011(02)
硕士论文
[1]基于遗传算法设计功放的宽带阻抗匹配网络[D]. 袁康.东南大学 2017
[2]SiC MOSFET高速开关器件的驱动研究[D]. 许耀.西安电子科技大学 2017
[3]电流型D类射频功率放大器与数字发射机研究与设计[D]. 彭振飞.复旦大学 2012
[4]ICP光源中阻抗匹配的研究[D]. 王超.中国地质大学 2010
本文编号：3253950
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