專利名稱：一種用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于大氣壓下等離子體放電打破了真空室的限制，不但降低了設(shè)備成本，而且 操作方便，不受空間限制，更易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，因此在大氣壓下穩(wěn)定的低溫冷 等離子體射流的產(chǎn)生及其應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。由于射頻下(激勵(lì)頻率l 100MHz) 等離子體的擊穿電壓比較低，并且放電特性與低氣壓下的輝光放電比較接近，所以射頻激勵(lì) 的大氣壓等離子放電已經(jīng)成功的應(yīng)用在了殺菌、表面處理以及半導(dǎo)體工藝等領(lǐng)域。射頻發(fā)生 器一般有兩種輸出方式；自激式振蕩輸出和他激式振蕩輸出。其中，自激式振蕩電路簡(jiǎn)單， 與負(fù)載的匹配好，但是自激式振蕩電路工作在較高的頻率下，頻率穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)換效率較低 (~75%)，并且射頻傳導(dǎo)和諧波問(wèn)題較難解決。如相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員公知的 那樣，射頻等離子體設(shè)備通常采用他激式射頻電源，然后通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)射頻源和等離子 體設(shè)備的射頻能量最佳耦合。他激式射頻電源具有較高的DC二AC轉(zhuǎn)換(高于85%),但成 本通常較為昂貴。
此外，大氣壓下的射頻氣體放電通常采用有介質(zhì)的放電結(jié)構(gòu)形式，又稱為介質(zhì)阻擋放電。 由于射頻電源的激勵(lì)頻率較高，累積在電極介質(zhì)上的電荷壽命會(huì)大于放電的周期，會(huì)在兩個(gè) 周期內(nèi)一直存在，也就是所謂的介質(zhì)阻擋放電的"記憶效應(yīng)"，從而容易產(chǎn)生絲狀放電。而絲 狀放電的存在使等離子體處理效果不均勻，因此對(duì)于很多方面的應(yīng)用如材料表面處理，材料 改性等均要求在大氣壓等離子體放電產(chǎn)生穩(wěn)定并且均勻的輝光放電。對(duì)于連續(xù)射頻激勵(lì)的等 離子體，當(dāng)嚴(yán)格的控制等離子體工作參數(shù)，如氣體組份構(gòu)成、電極結(jié)構(gòu)等，并且對(duì)等離子體 周圍的工作環(huán)境有較苛刻的要求時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)均勻的放電，但是等離子體較易從輝光放電 狀態(tài)轉(zhuǎn)化為絲狀放電狀態(tài)。此外，等離子體產(chǎn)生后由于熱傳導(dǎo)和離子碰撞過(guò)程的存在，電極 和介質(zhì)很快就會(huì)被加熱到較高的溫度。這種溫升會(huì)導(dǎo)致被處理材料的熱破壞，通常需要對(duì)射 頻放電的電極進(jìn)行冷卻處理，從而需要對(duì)電極附加額外的冷卻系統(tǒng)。一種改進(jìn)的辦法是對(duì)射 頻電源的射頻控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使射頻源最終輸出為為脈沖調(diào)制下的射頻波，通過(guò)頻率及 脈寬的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)絲狀放電的抑制。參見N. Balcon, "Pulsed RF discharges, glow and filamentary mode at atmospheric pressure in argon", P/OTwaiSowc"5W. TecftnoZ. 16 , 217(2007)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提出一種用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源。它符合國(guó)標(biāo)EMC標(biāo)準(zhǔn)，功率因數(shù)高；同時(shí)具有電路簡(jiǎn)單、體積小、性價(jià)比高、 運(yùn)行可靠、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)。電路采用了開關(guān)調(diào)整器電路，實(shí)現(xiàn)了可控的脈沖波對(duì)射頻信號(hào) 的調(diào)制作用。因此當(dāng)該射頻源應(yīng)用于大氣壓等離子體放電時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制用的脈沖波的頻 率和脈沖寬度，可以有效地克服大氣壓等離子體在射頻激勵(lì)為連續(xù)狀態(tài)時(shí)易產(chǎn)生的絲狀放電 以及電極過(guò)熱問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案-
一種用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，它的電路結(jié)構(gòu)如下交流輸入與采 用通用的共差模濾波器組合而成的工頻、高頻濾波器連接，工頻、高頻濾波器與工頻整流電 路連接將交流電平電整流為直流電平，工頻整流電路與自激式高頻逆變電源連接，變?yōu)榉€(wěn)定 的直流電平；該直流電平經(jīng)過(guò)射頻濾波器后連接脈沖調(diào)整器，脈沖調(diào)整器輸出可控的脈沖調(diào) 制信號(hào)后控制下一級(jí)的自激式射頻振蕩器，然后通過(guò)射頻匹配器輸出間隙式的射頻波并最終 與等離子體負(fù)載相連；同時(shí)自激式射頻振蕩器還輸出取樣信號(hào)到信號(hào)處理器，信號(hào)處理器則 將該信號(hào)反饋到脈沖調(diào)整器，對(duì)脈沖頂部進(jìn)行調(diào)整并可對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行保護(hù)。
所述的自激式高頻逆變電源是由自激式高頻振蕩電路和高頻整流電路構(gòu)成；其中， 自激式高頻振蕩電路是將直流轉(zhuǎn)化為頻率范圍是幾十kHz-幾百kHz的交流連續(xù)波，它由 反饋電感L卜主電感L2及輸出電感L3構(gòu)成的自激式高頻振蕩變壓器TFp功率型場(chǎng)效應(yīng)晶 體管M,,電阻R卜R2及R3構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路，電阻R4、 Rs及電容C3構(gòu)成的保護(hù)電路組成； 調(diào)整自激式高頻振蕩變壓器主電感L2的電感量以及并在主電感上電容C2的容量以改變振蕩 頻率；
高頻整流電路包括二極管D,-D4組成的橋式電路，以及并聯(lián)的大容量電解電容C4和小容 量的補(bǔ)償電容Cs;自激式高頻振蕩電路產(chǎn)生的交流連續(xù)波，由二極管D,-D4組成的橋式電路 進(jìn)行全橋整流，然后經(jīng)大容量電解電容C4濾波后輸出穩(wěn)定的直流電壓；
自激式高頻逆變電源通過(guò)自激式高頻變壓器隔離，后端輸出的直流電源的負(fù)端直接接地。 所述的射頻濾波器是由幾節(jié)由電感L5、電容C7、電阻R7組成的L型濾波器及電感U、 電容Cs、電阻R^組成的反r型濾波器聯(lián)合構(gòu)成的o型濾波器；其中L型濾波器主要對(duì)射頻 振蕩產(chǎn)生的基波有衰減作用，反r型濾波器主要對(duì)射頻振蕩產(chǎn)生的二次諧波有衰減作用。
所述的脈沖調(diào)整器是由頻率和脈沖寬度均可調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā)生器輸出脈沖控制信號(hào)，該信 號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器TF2隔離放大后，驅(qū)動(dòng)串接在電路中的開關(guān)調(diào)整器，使輸出為可以調(diào)制后端連 續(xù)射頻波的脈沖信號(hào)。
所述的脈沖調(diào)整器，其可調(diào)整的頻率范圍1 20kHz,可調(diào)整的脈寬范圍10~500ps。 所述的自激式射頻振蕩電路由反饋電感L8、主電感L9及輸出電感Lio構(gòu)成的自激式射頻振蕩變壓器TF3，功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3，電阻R9、 Ru)及Ru構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路，電阻Ru、 RB及電容Q2構(gòu)成的保護(hù)電路所組成。電阻Rg、 Rm和Ru構(gòu)成了分壓電路，通過(guò)微調(diào)Ru 控制功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管N^柵源間電壓并為啟動(dòng)功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供合適的電壓；電容 do與電感Ls構(gòu)成了自激式振蕩的反饋回路，將變壓器耦合的信號(hào)反饋給作為開關(guān)器件的功
率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3，反饋電感L8的一端直接接地，從而增加了電路的穩(wěn)定性；功率型場(chǎng) 效應(yīng)晶體管M3的源極和地之間加入并聯(lián)的R,2、Ru和d2構(gòu)成保護(hù)電路；電阻Ru和Ru
為電路提供直流通路。
所述自激式射頻振蕩電路的頻率通過(guò)自激式射頻振蕩變壓器主電感L9的電感量以及并在
主電感上電容Cn的容量改變振蕩頻率，其可調(diào)的射頻輸出的頻率范圍是l-30MHz。
所述自激式射頻振蕩變壓器TF3采用空心結(jié)構(gòu)，其繞組骨架采用射頻擊穿電壓高、射頻
電暈損耗低的復(fù)合絕緣材料纏繞。
所述從自徵式射頻振蕩電路輸出的取樣信號(hào)輸入信號(hào)處理器，先放大，再經(jīng)過(guò)編程處理
后將所需的反饋信號(hào)送至脈沖調(diào)整器的信號(hào)發(fā)生器的控制端，既實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電平頂部波動(dòng)的
調(diào)整，使脈沖頂部的波動(dòng)范圍f控制在±2%之內(nèi)，又根據(jù)反饋信號(hào)具體情況關(guān)斷脈沖調(diào)整
器從而起到保護(hù)電路的作用。
所述射頻匹配器為并聯(lián)在電感Lw兩端的電容C13、 C14以及電感L 所構(gòu)成的n型射頻匹 配網(wǎng)絡(luò)，在等離子體穩(wěn)定工作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電容Cu和C"的容值實(shí)現(xiàn)射頻電源和負(fù)載之間最 大的能量傳輸。
在本實(shí)用新型中，電路結(jié)構(gòu)為交流輸入經(jīng)過(guò)工頻、高頻濾波器后整流，接自激式高頻逆 變電源，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電平，再接至射頻濾波器，射頻濾波器的輸出端接脈沖調(diào)整器，控 制下一級(jí)的自激式射頻振蕩器，然后通過(guò)射頻匹配器輸出間隙式的射頻波并最終與等離子體 負(fù)載相連。
自激式高頻逆變電源是由自激式高頻振蕩電路和高頻整流電路構(gòu)成的。自激式高頻振蕩 電路是將直流轉(zhuǎn)化為頻率范圍為幾十kHz 幾百kHz的交流連續(xù)波。自激式高頻振蕩電路產(chǎn)生 交流連續(xù)波，再進(jìn)行整流，然后經(jīng)大容量電容濾波后輸出穩(wěn)定的直流電壓。該電路具有較高 的功率因數(shù)(可達(dá)0.99)，總諧波低于10%，可以達(dá)到國(guó)標(biāo)EMC標(biāo)準(zhǔn)。
由于改進(jìn)式射頻電源的射頻振蕩部分的工作頻率較高為1 30MHz，因此需要解決射頻 傳導(dǎo)和諧波問(wèn)題。因此本實(shí)用新型引入了一種新型的濾波單元。這種新型濾波器的單元我們 稱之為0型濾波器，是由電容電阻電感組成的L型濾波器和電容電阻電感組成的反r型濾波 器聯(lián)合構(gòu)成。經(jīng)過(guò)幾節(jié)串聯(lián)的O型濾波器，射頻衰減量可達(dá)30dB以上，從而可以有效地抑制射頻的傳導(dǎo)。
接在射頻濾波器后端的是脈沖調(diào)整器。由頻率和脈沖寬度均可調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā)生器輸出的 脈沖控制信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器或者光電耦合器隔離放大后，可以控制串接在電路中的開關(guān)調(diào)整器， 將直流電平轉(zhuǎn)換為平整的短形脈沖波。
本實(shí)用新型中，改進(jìn)式射頻電源的核心部分為自激式射頻振蕩電路，是由自激式射頻振 蕩變壓器、功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及其他輔助性元件組成。該電路可以將輸入的可控脈沖波 轉(zhuǎn)化為脈沖調(diào)制的間歇式射頻輸出。
為了克服自激式射頻振蕩電路的穩(wěn)定性差以及DC-AC轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型對(duì) 自激式振蕩電路進(jìn)行了改進(jìn)。首先，嚴(yán)格控制了射頻自激式變壓器的各繞組之間的分布參數(shù)， 使振蕩變壓器的工作頻率穩(wěn)定。由于自激式射頻振蕩電源的頻率主要是由其變壓器主電感和 雜散電容決定，因此可將反饋繞組和主繞組繞制在同一層，輸出繞組在另一層，主繞組與輸 出繞組之間的雜散電容可以通過(guò)調(diào)節(jié)他們之間的復(fù)合絕緣層的厚度進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振 蕩頻率的控制。其次，由于前端的自激式高頻逆變電源己經(jīng)通過(guò)自激式高頻變壓器隔離，自 激式射頻振蕩電路的公共端可以直接接地，因此一端連接在自激式射頻振蕩電路公共端的射 頻變壓器的反饋電感直接接地，有效地減少了雜波對(duì)反饋信號(hào)的污染，從而顯著提高了反饋 的可靠性。通過(guò)采取的上述措施，能夠有效地提高自激式射頻振蕩頻率的穩(wěn)定性從而進(jìn)一步 的提高了其DC-AC轉(zhuǎn)換效率，使之可以達(dá)到與他激式振蕩電源接近的水平(>85%)。
當(dāng)脈沖波調(diào)制射頻信號(hào)時(shí)，作為負(fù)載的等離子體受到脈沖調(diào)制而連續(xù)的產(chǎn)生熄滅。每個(gè) 脈沖開始時(shí)的上升(對(duì)于正脈沖)或下降(負(fù)脈沖)沿會(huì)達(dá)到等離子體的擊穿電壓從而產(chǎn)生 等離子體，而在脈沖結(jié)束時(shí)，等離子體會(huì)在電壓降為零的過(guò)程中熄滅。這種可控的間歇式等 離子體放電會(huì)避免熱量在電極板和介質(zhì)上的積聚，降低了電極和介質(zhì)的溫度，從而達(dá)到間接 控制氣體和電極及介質(zhì)溫度的目的。調(diào)節(jié)合適的載波頻率以及脈沖的寬度，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等
離子體絲狀放電和輝光放電的控制。
本實(shí)用新型的有益效果是傳導(dǎo)特性好，功率因數(shù)高；同時(shí)具有電路簡(jiǎn)單、體積小、性 價(jià)比高、運(yùn)行可靠、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型的射頻電源原理方框圖2為本實(shí)用新型的自激式高頻逆變電源電路圖3為本實(shí)用新型的射頻濾波器單元電路圖4為本實(shí)用新型的脈沖調(diào)整器電路原理圖5為本實(shí)用新型的自激式射頻振蕩及射頻匹配電路圖。其中，1.工頻、高頻濾波器，2.工頻整流電路，3.自激式高頻逆變電源，4.射頻濾波器， 5.脈沖調(diào)整器，6.自激式射頻振蕩器，7.射頻匹配器，8.信號(hào)處理器。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1中，首先交流輸入經(jīng)過(guò)采用通用的共差模濾波器組合而成的工頻、高頻濾波器1, 然后經(jīng)過(guò)全橋的工頻整流電路2整流為直流電平，再接自激式高頻逆變電源3，變?yōu)榉€(wěn)定的 直流電平。該直流電平經(jīng)過(guò)射頻濾波器4后連接脈沖調(diào)整器5,輸出可控的脈沖調(diào)制信號(hào)后 控制下一級(jí)的自激式射頻振蕩器6,然后通過(guò)射頻匹配器7輸出間隙式的射頻波并最終與等 離子體負(fù)載相連。自激式射頻振蕩器6還輸出取樣信號(hào)到信號(hào)處理器8，信號(hào)處理器8將信 號(hào)反饋到脈沖調(diào)整器5。
圖2中，自激式高頻逆變電源3是由自激式高頻振蕩電路和高頻整流電路構(gòu)成的。自激 式高頻振蕩電路是將直流轉(zhuǎn)化為頻率范圍是幾十kHz 幾百kHz的交流連續(xù)波。它是由反饋電 感L"主電感L2及輸出電感L3構(gòu)成的自激式高頻振蕩變壓器TFp功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M,， 電阻R!、 R2及R3構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路，電阻R4、 Rs及電容C3構(gòu)成的保護(hù)電路組成。調(diào)整自 激式高頻振蕩變壓器主電感L2的電感量以犮并在主電感上電容C2的容量可以改變振蕩頻率。
自激式高頻振蕩電路產(chǎn)生的交流連續(xù)波，再由二極管DrD4組成的橋式電路進(jìn)行全橋整 流，然后經(jīng)大容量電解電容C4濾波后輸出穩(wěn)定的直流電壓。Q;為小容量的補(bǔ)償電容。由于是 采用的高頻整流，整流后的濾波電容的容量大小不會(huì)影響到電路的功率因數(shù)，因此該電路具 有較高的功率因數(shù)(可達(dá)0.99)，并可有效的抑制電源的諧波，總諧波低于10%，可以達(dá)到國(guó) 標(biāo)EMC標(biāo)準(zhǔn)。此外,自激式高頻逆變電源通過(guò)自激式高頻變壓器隔離，后端輸出的直流電 源的負(fù)端可以直接接地。
圖3中，由于改進(jìn)式射頻電源的射頻振蕩部分的工作頻率較高為l 30MHz,因此需要解 決射頻傳導(dǎo)特性問(wèn)題。本實(shí)用新型引入了一種新型的射頻濾波器4并成功實(shí)現(xiàn)了射頻基波和
諧波的抑制。這種新型濾波器的單元我們稱之為O型濾波器，是由電容C7、電阻R7及電感
Ls組成的L型濾波器和電容C8、電阻&及電感"組成的反r型濾波器聯(lián)合構(gòu)成。通過(guò)設(shè)計(jì)， L型濾波器主要對(duì)射頻振蕩產(chǎn)生的基波有較大的衰減作用，反r型濾波器主要對(duì)射頻振蕩產(chǎn) 生的二次諧波有較大的衰減作用。經(jīng)過(guò)幾節(jié)串聯(lián)的O型濾波器，射頻衰減量可達(dá)30 dB以上， 從而可以有效地抑制射頻的傳導(dǎo)。
圖4中，接在射頻濾波器后端的是脈沖調(diào)整器5。由頻率和脈沖寬度均可調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā) 生器輸出脈沖控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器TF2隔離放大后,'可以控制串接在電路中的開關(guān) 調(diào)整器即功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M2，將直流電平變?yōu)榭煽孛}沖波。同時(shí)該電路還添加了脈沖頂部調(diào)整控制(見圖1中，自激式射頻振蕩器6還輸出取樣信號(hào)到信號(hào)處理器8,信號(hào)處理8 將信號(hào)反饋到脈沖調(diào)整器5。)。從下一級(jí)的自激式射頻振蕩電路的輸出端引出取樣信號(hào)，經(jīng) 過(guò)信號(hào)處理器8后，通過(guò)對(duì)頻寬開關(guān)調(diào)整器的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖電平頂部波動(dòng)的調(diào)整，使脈 沖頂部的波動(dòng)范圍，控制在±2%之內(nèi)。
圖5中，改進(jìn)式射頻電源的核心部分為自激式射頻振蕩器6，它是由反饋電感Ls、主電 感L9及輸出電感Lu)構(gòu)成的自激式射頻振蕩變壓器TF3，功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3， R9、 R10 及Rn構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路，R12、 Rd及C,2構(gòu)成的保護(hù)電路所組成。電阻Rg、 Ruj和Ru構(gòu)成 了分壓電路，通過(guò)微調(diào)Rll可以控制功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M,柵源間電壓并為啟動(dòng)功率型場(chǎng) 效應(yīng)晶體管提供了合適的電壓。Qo與Ls構(gòu)成了自激式振蕩的反饋回路，將變壓器耦合的信 號(hào)反饋給作為開關(guān)器件的功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3，與前面高頻振蕩電路不同的，反饋電感的 一端直接接地，從而增加了電路的穩(wěn)定性。功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3的源極和地之間加入R12、 Ru和Cu構(gòu)成保護(hù)電路。電阻Ru和Ru為電路提供直流通路，同時(shí)由于實(shí)例中該電阻具有 合適等效串聯(lián)電感，從而對(duì)射頻信號(hào)起到了較好的扼流作用。
自激式射頻變壓器由反饋繞組、主繞組和輸出繞組在空心骨架.上繞制而成。由于變壓器 工作在射頻場(chǎng)下，為防止擊穿并減少電暈損耗，其繞組的骨架上采用射頻擊穿電壓高以及射 頻電暈損耗低的復(fù)合絕緣材料。可采用的射頻擊穿電壓高的材料有聚四氟乙稀、聚脂薄膜等 高絕緣膠帶等?？刹捎玫纳漕l電暈損耗低材料有牛皮紙、PVC膠帶、電纜紙等。同時(shí)為了防 止變壓器的各繞組之間的擊穿，其繞組之間的墊層需采用與骨架繞制所一致的復(fù)合絕緣材料。 調(diào)整自激式射頻振蕩變壓器主電感L9的電感量以及并在主電感上電容C 的容量可以改變振 蕩頻率，使可調(diào)的射頻輸出的頻率范圍是卜30MHz。
由于射頻下電源和等離子體負(fù)載不能直接相連，需要外加射頻匹配器7進(jìn)行阻抗匹配， 從而將射頻源的能量最有效的耦合到等離子體。因此在振蕩源后端引入了由電容Cu、 Cw以 及電感Lu所構(gòu)成的n型射頻匹配網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)?shù)入x子體穩(wěn)定工作時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電容Cu和 C"的容值實(shí)現(xiàn)射頻電源和負(fù)載之間最大的能量傳輸。
權(quán)利要求1.一種用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是，它的電路結(jié)構(gòu)如下交流輸入與采用通用的共差模濾波器組合而成的工頻、高頻濾波器連接，工頻、高頻濾波器與工頻整流電路連接，將交流電平電整流為直流電平，工頻整流電路與自激式高頻逆變電源連接，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電平；該直流電平經(jīng)過(guò)射頻濾波器后連接脈沖調(diào)整器，脈沖調(diào)整器輸出可控的脈沖調(diào)制信號(hào)后控制下一級(jí)的自激式射頻振蕩器，然后通過(guò)射頻匹配器輸出間隙式的射頻波并最終與等離子體負(fù)載相連；同時(shí)自激式射頻振蕩器還輸出取樣信號(hào)到信號(hào)處理器，信號(hào)處理器則將該信號(hào)反饋到脈沖調(diào)整器。
2. 如權(quán)利要求l所述的用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是，所述 的自激式高頻逆變電源是由自激式高頻振蕩電路和高頻整流電路構(gòu)成；其中，自激式高頻振蕩電路是將直流轉(zhuǎn)化為頻率范圍是幾十kHz 幾百kHz的交流連續(xù)波，它由 反饋電感Lp主電感L2及輸出電感L3構(gòu)成的自激式高頻振蕩變壓器TF,，功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Mp電阻R!、 R2及R3構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路，電阻R4、 R5及電容C3構(gòu)成的保護(hù)電路組成；調(diào)整自激式高頻振蕩變壓器主電感L2的電感量以及并在主電感上電容C2的容量以改變振蕩 頻率；高頻整流電路包括二極管DpD4組成的橋式電路，以及并聯(lián)的大容量電解電容C4和小容量的補(bǔ)償電容Cs;自激式高頻振蕩電路產(chǎn)生的交流連續(xù)波，由二極管D,-D4組成的橋式電路 進(jìn)行全橋整流，然后經(jīng)大容量電解電容C4濾波后輸出穩(wěn)定的直流電壓；自激式高頻逆變電源通過(guò)自激式高頻變壓器隔離，后端輸出的直流電源的負(fù)端直接接地。
3. 如權(quán)利要求l所述的用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是，所述 的射頻濾波器是由幾節(jié)由電感Ls、電容C7、電阻R7組成的L型濾波器及電感U、電容Cs、 電阻R6組成的反r型濾波器聯(lián)合構(gòu)成的O型濾波器；其中L型濾波器對(duì)射頻振蕩產(chǎn)生的基波有衰減作用，反r型濾波器對(duì)射頻振蕩產(chǎn)生的二次諧波有衰減作用。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是，所述 的脈沖調(diào)整器是由頻率和脈沖寬度均可調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā)生器輸出脈沖控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)變 壓器TF2隔離放大后，驅(qū)動(dòng)串接在電路中的開關(guān)調(diào)整器，使輸出為可以調(diào)制后端連續(xù)射頻波 的脈沖信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求l所述的用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是，所述 的自激式射頻振蕩電路由反饋電感L8、主電感L9及輸出電感L,o構(gòu)成的自激式射頻振蕩變壓 器TF"功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3，電阻R9、 Rn)及Rn構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路，電阻Rl2、 &3及 電容C。構(gòu)成的保護(hù)電路所組成，電阻Rg、 Ru)和Rn構(gòu)成了分壓電路，通過(guò)微調(diào)Rn控制功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Mi柵源間電壓并為啟動(dòng)功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供合適的電壓；電容Cu)與 電感L8構(gòu)成了自激式振蕩的反饋回路，將變壓器耦合的信號(hào)反饋給作為開關(guān)器件的功率型場(chǎng) 效應(yīng)晶體管!Vb,反饋電感L8的一端直接接地，從而增加了電路的穩(wěn)定性；功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管M3的源極和地之間加入并聯(lián)的Rl2、 1113和<:12構(gòu)成保護(hù)電路；電阻Ru和Ru為電路提供直流通路。
6. 如權(quán)利要求1或6所述的用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是， 所述自激式射頻振蕩變壓器TF3采用空心結(jié)構(gòu)，其繞組骨架采用射頻擊穿電壓高、射頻電暈損耗低的復(fù)合絕緣材料纏繞。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源，其特征是，所述 射頻匹配器為并聯(lián)在電感L,。兩端的電容C13、 C14以及電感L 所構(gòu)成的n型射頻匹配網(wǎng)絡(luò)， 在等離子體穩(wěn)定工作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電容CI3和C14的容值實(shí)現(xiàn)射頻電源和負(fù)載之間最大的能量 傳輸。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于大氣壓下等離子體放電的改進(jìn)式射頻電源。它解決了傳統(tǒng)自激式射頻振蕩電路穩(wěn)定性差以及效率低的問(wèn)題。電源采用了開關(guān)調(diào)整器電路，實(shí)現(xiàn)了可控的脈沖波對(duì)射頻信號(hào)的調(diào)制作用。當(dāng)該電源應(yīng)用于大氣壓等離子體放電時(shí)，可以有效地克服大氣壓等離子體在連續(xù)狀態(tài)下工作的射頻源激勵(lì)易產(chǎn)生的絲狀放電以及電極過(guò)熱問(wèn)題。同時(shí)，電路中引入了由L型濾波器和反Γ型濾波器構(gòu)成的O型濾波器(射頻衰減量達(dá)到了30dB以上)，因此脈沖調(diào)制的射頻波具有良好的傳輸特性。該電源電路簡(jiǎn)單，耐沖擊性強(qiáng)，具有高功率因數(shù)、體積小、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05H7/02GK201369677SQ20092001808
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者劉文革, 卓慧鋒, 徐向宇, 李慶榮, 李建華 申請(qǐng)人:李慶榮;徐向宇;卓慧鋒;李建華;劉文革