高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法
2023-04-22 18:33:46
高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法
【專利摘要】在對等離子體負載供給高頻電力的高頻電力供給中，檢測高頻電源的反射波電力，並使用檢測出的反射波電力對高頻電源進行控制，對於反射波電力的短時間變動，基於反射波電力的檢測值的峰值變動來進行控制，對於反射波電力的長時間變動，基於使反射波電力的檢測值平滑而得到的平滑值的變動來進行控制。作為反射波電力控制環系統，具有基於反射波電力的峰值變動進行控制的反射波電力峰值下垂環系統以及電弧切斷系統，和基於反射波電力的電力平滑量進行控制的反射波電能垂下環系統。高頻電源在到等離子體點火為止的未點火狀態下，進行全反射波應對化，所述全反射波應對化能禁受行波電力全部作為反射波電力返回電源側的全反射波電力。
【專利說明】高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及在從高頻電源對負載供給高頻電力時，對從負載側向電源側的反射波 電力進行控制的反射波電力控制方法以及高頻電力供給裝置。
【背景技術】
[0002] 已知通過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流的高頻電源。作為該高頻電 源，已知基於D級放大電路（ClassD:IEC國際標準IEC60268-3 4classesofoperation) 的D級高頻電源。
[0003] D級高頻電源通過一定的佔空比的RF門信號對RF電力放大元件進行開關動作，將 直流電源的直流變換為高頻交流，將所得到的高頻交流作為高頻行波電力提供給負載。D級 高頻電源通過脈衝運轉進行輸出調整。脈衝運轉是交互地具有通過RF門信號使RF電力放 大元件進行開關動作輸出RF輸出的0N區間，和不進行開關動作且不輸出RF輸出的OFF區 間的兩個區間的驅動方式，通過對作為0N區間和OFF區間的時間比例的佔空比進行改變， 調整RF輸出的輸出電力。0N區間和OFF區間的佔空比可以根據脈衝控制信號的0N區間和 OFF區間的佔空比進行控制。另外，RF是高頻的意思。
[0004] 在從高頻電源向負載的高頻電力的供給中，在對等離子體處理裝置等負載供給高 頻電力時，基於等離子體放電的狀態，負載阻抗發生變動。當負載阻抗發生變動時，從負載 側返回電源側的反射波電力變動。
[0005] 存在反射波電力對D級高頻電源造成影響的情況。例如，構成D級高頻電源的RF 電力放大元件，通過由反射波電力引起的內部損失而導致的發熱產生熱損傷，或者由於反 射波電力的浪湧電壓產生絕緣損壞。當反射波電力的大小更大時，存在構成D級高頻電源 的直流電源損壞的情況。
[0006] 特別是，當D級高頻電源通過脈衝運轉對等離子體負載供給高頻電力時，在直到 等離子體點火為止的未點火狀態下，行波電力全部作為反射波電力返回電源側。因此，要求 D級高頻電源能夠禁受全反射波電力。以下，將這樣的行波電力全部返回電源側時的反射波 電力稱為全反射波電力，並將在高頻的電力供給中用于禁受全反射波電力的應對稱為全反 射波應對化。
[0007] 另外，這裡，全反射波應對化，並不僅是防止由於全反射波電力所導致的RF電力 放大元件的損傷，也包含在開始了點火動作後，在直到判定為點火失敗將高頻電力的供給 切斷為止的期間，不切斷高頻電力的供給，持續進行電力供給，並持續等離子體的點火動 作。
[0008] 目前，以這種全反射波應對化為目的，本案 申請人:提出了等離子體產生用電源 (參考專利文獻1)。在專利文獻1中，公開了為了抑制RF電力放大元件的體二極體的蓄積 載流子，在延遲狀態下使用從RF電力放大元件來看的負載阻抗，藉此來減少電路的開關損 失。為了進行全反射波應對化，進而，要求預先限制等離子體點火時的點火動作所需要的點 火時間，由此將點火時間內的反射波電力限制為與行波電力的額定電力相同。
[0009] 除了D級_頻電源以外，作為通常使用的_頻電源，已知C級_頻電源。已知在C 級高頻電源等通常使用的高頻電源裝置中，當發生反射波電力時，為了將反射波電力的供 給抑制在額定輸出以下，對供給側的行波電力進行抑制，由此防止對於高頻電源側的元件 的損傷的技術（專利文獻2?專利文獻7)。
[0010] 在專利文獻2、3中公開了停止電源供給的技術，在專利文獻4?7中，公開了抑制 行波電力的技術。
[0011] 在專利文獻2中記載了為了使反射波電力值在額定輸出的10?20%以下，對高頻 等離子體電源的行波電力值進行控制的關閉方法，在專利文獻3中記載了利用從反射波電 力檢測器輸出的信號，來對相當於反射微波電力的信號的大小和充放電基準值之間的差進 行時間積分，當具有相當於積分值大小的積分信號的大小超過了容許基準值時，將電源供 給切斷的微波電力供給系統。
[0012] 另外，在專利文獻4中記載了當反射波電力超過極限值時，利用混頻器來削減輸 出電力，在專利文獻5中記載了利用從反射波電力檢測信號輸出的電力抑制信號和行波電 力，生成電力控制信號，在專利文獻6中記載了求出檢測出且被反饋的反射波電力和設定 反射波電力之間的差，基於差值使行波電力下垂，在專利文獻7中記載了基於反射波電力 計算反射波係數，基於計算出的反射波係數對衰減器的增益大小進行修正，供給負載所需 的電力。
[0013] 另外，在專利文獻8中記載了對測量反射波電力的傳感器的輸出進行微分，根據 基於微分輸出的高頻電力的反射波的時間的變動程度，來判斷是否發生異常放電。
[0014] 現有技術文獻
[0015] 專利文獻
[0016]專利文獻1:日本特許第3641785號（段落[0046]、段落[0047])
[0017]專利文獻2:日本特公平7-32078號（段落[0003]、段落[0005])
[0018] 專利文獻3 :日本特開2004-71269 (段落[0017]、段落[0018])
[0019] 專利文獻4 :日本特開平10-257774(段落[0028]?段落[0031])
[0020] 專利文獻5 :日本特許第3998986號（段落[0028])
[0021] 專利文獻6 :日本特開2004-8893 (段落[0019])
[0022] 專利文獻7 :日本特開2005-136933號（段落[0013])
[0023]專利文獻8:日本特許第3893276號（段落[0008]、段落[0025])
【發明內容】
[0024] 發明解決的課題
[0025] 本發明尋求在D級高頻電源通過脈衝運轉對等離子體負載供給高頻電力時，在到 等離子體點火為止的未點火狀態中，對於行波電力全部作為反射波電力返回電源側的全反 射波電力，在脈衝運轉時並不會產生由於全反射波電力而導致RF電力放大元件損壞，對負 載供給大的負載端電力，提高脈衝運轉時的等離子體的點火性能。
[0026] 在專利文獻1中通過在延遲狀態下使用負載阻抗，減少電路的開關損失的情況 下，如果為了全反射波應對化而限制等離子體的點火時間，則在直到等離子體點火為止需 要長時間的情況下，擔心保持未點火不變。
[0027] 另外，專利文獻2、3是停止電源供給，在專利文獻2中，進行控制使反射波電力值 為額定輸出的10?20%以下。此外在專利文獻3中，通過充放電電路的輸出來進行切斷控 制。因此，無法在能禁受全反射波電力的狀態下維持高頻電力的供給，無法應對全反射波應 對化。
[0028] 在高頻電源中，通過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流，在將高頻電力 行波電力提供給等離子體負載時，即使在高頻電源和等離子體負載之間的匹配正常地整合 的情況下，在等離子體上升時，等離子體負載的負載阻抗也會大幅變動，由於該負載阻抗變 動，產生從等離子體負載側返回到電源側的反射波電力。該等離子體上升時所產生的反射 波電力在短期間內大幅變動。
[0029] 專利文獻4?專利文獻7的電力控制是基於反射波電力的瞬時值進行電力抑制， 因此，在等離子體上升時，若反射波電力尖銳地上升的峰值超過了設定值，則開始進行基於 電力控制的電力抑制。當通過電力控制抑制向等離子體負載供給的電力時，在等離子體達 到點火前，供給電力被縮減點火不成功，此外，即使在已點火的情況下，通過抑制供給電力 使等離子體的維持變得困難，存在難以產生正常的等離子體的問題。
[0030] 也就是說，現有的電力控制是基於反射波電力的瞬時值來進行電力抑制，因此，將 等離子體上升時的反射波電力的峰值，誤判為由於經過更長期間的等離子體狀態變動所導 致的反射波電力的增加。如果根據該誤判而切斷或抑制電力供給，那麼等離子體的點火或 等離子體的維持將變得困難。
[0031] 因此，本發明的目的在於，在通過脈衝運轉對等離子體負載供給高頻電力的高頻 電源中，在直到等離子體點火為止的未點火狀態下，在能夠禁受行波電力全部作為反射波 電力返回電源側的全反射波電力的全反射波應對化中，解決上述現有的問題，在D級高頻 電源通過脈衝運轉對等離子體負載供給高頻電力的情況下，在直到等離子體點火為止的未 點火狀態下，進行能夠禁受行波電力全部作為反射波電力返回電源側的全反射波電力的全 反射波應對化，防止在脈衝運轉時由於全反射波電力所導致的RF電力放大元件的損壞，並 且不切斷高頻電力的供給，繼續進行電力供給，來持續等離子體的點火動作，提高脈衝運轉 時的等離子體的點火性能。
[0032] 解決課題的技術手段
[0033] 本發明關於在對等離子體負載供給高頻電力的高頻電力供給中，檢測高頻電源的 反射波電力，使用檢測出的反射波電力對高頻電源進行控制的反射波電力控制，對於反射 波電力的短時間變動，基於反射波電力的檢測值的峰值變動來對反射波電力進行控制，對 於反射波電力的長時間變動，基於使反射波電力的檢測值平滑後得到的平滑值的變動來對 反射波電力進行控制。
[0034] 在本發明中，作為反射波電力控制環系統，具有基於反射波電力的峰值變動進行 控制的反射波電力峰值下垂環系統以及電弧切斷系統，和基於反射波電力的電力平滑量進 行控制的反射波電力平滑量下垂環系統。
[0035] 本發明的反射波電力峰值下垂環系統，基於反射波電力的峰值對高頻電源部的直 流電源的直流電壓進行控制，通過直流電源的電壓控制對反射波電力的峰值進行下垂控 制。反射波電力峰值下垂環系統是當反射波電力的峰值超過了設定值（反射波電力峰值極 限值）時，使反射波電力的峰值下垂（降低）的控制系統，通過使反射波電力的峰值的振幅 下垂（降低），來防止由於過負載或浪湧電壓而導致RF電力放大元件被破壞。
[0036] 另外，反射波電力峰值下垂環系統對於高頻電源部的直流電源的直流電壓進行控 制，將反射波電力的峰值向直流電源進行反饋控制，來使直流電壓下垂，由此能夠高速地進 行反射波電力的峰值的下垂動作。
[0037] 本發明的電弧切斷系統基於反射波電力的峰值來對高頻電源部的RF放大部的輸 出的有無進行控制，由此控制對等離子體負載的電力供給的有無，從而控制等離子體負載 的電弧的切斷。電弧切斷系統是當反射波電力的峰值超過了設定值（電弧極限值）時停止 電力供給的控制系統，當點火失敗產生了大的反射波電力，反射波電力超過了用於停止等 離子體負載的電弧的電弧切斷等級時，停止電力供給對等離子體負載內的電弧進行消弧。 另外，在切斷了電弧時，可以通過在經過了一定時間後再度進行點火動作的點火重試功能 再度進行點火。
[0038] 本發明的反射波電力峰值下垂環系統和電弧切斷系統，當反射波電力的峰值超過 了在各控制系統中所設定的設定值時，進行使反射波電力的峰值下垂的控制，或者控制停 止電力供給的控制。
[0039] 本發明的反射波電力峰值下垂環系統，或者電弧切斷系統中的至少一個系統，能 夠具有從反射波電力的檢測值中將急劇變動量除去的急劇變動除去部。急劇變動除去部從 反射波電力的檢測值中將由於急劇變動所導致的急劇變動量除去，將不是急劇變動導致的 比急劇變動長期間中的反射波電力的峰值的信號進行反饋。通過利用除去了急劇變動量的 峰值，來防止基於在等離子體的上升中產生的急劇變動而產生的峰值進行反饋控制由此產 生的誤判。急劇變動除去部可以由低通濾波器等一次延遲電路來構成。
[0040] 本發明的反射波電能下垂環系統，基於反射波電力的電力平滑量對高頻電源部的 RF放大部的放大進行控制，由此來控制向等離子體負載的電力供給量，對反射波電力的電 力平滑量進行下垂控制。反射波電能下垂環系統為當反射波電力的電能的平均值或有效值 等進行了平滑後的平滑值超過了設定值（反射波電力平滑極限值）時，使反射波電力的電 能下垂（降低）的控制系統，通過在維持輸出電壓的振幅的狀態下使反射波電力的電能下 垂（降低），由此防止RF電力放大元件的熱損傷。
[0041] 本發明的反射波電力峰值下垂環系統、電弧切斷系統以及反射波電能下垂環系統 的各控制系統，可分別獨立地進行控制。在各控制系統中所使用的設定值為反射波電力峰 值極限值、電弧極限值以及反射波電力平滑極限值，並從由大到小的順序設定電弧極限值、 反射波電力峰值極限值、反射波電力平滑極限值。
[0042] 反射波電力峰值極限值為由於過負載或浪湧電壓等反射波電力的峰值的增加所 導致的對RF電力放大元件影響的指標，當反射波電力的峰值超過了該設定值時，使反射波 電力的峰值下垂，為了不使反射波電力的峰值變為設定值以上進行控制，由此在反射波電 力發生時，保護RF電力放大元件不會受到過負載或浪湧電壓的破壞。
[0043] 電弧極限值為檢測在等離子體負載中由於點火失敗導致的反射波電力增加的閾 值，設定為切斷電弧的等級。當反射波電力的峰值超過了該電弧切斷等級時，判定為點火失 敗，並開始電弧切斷動作。
[0044] 反射波電力平滑極限值是成為由於反射波電力的電能的增加而導致的對RF電力 放大元件的熱影響的指標的設定值，當反射波電力的平均值或有效值等平滑量超過該設定 值時，進行通過對脈衝控制信號佔空比進行控制，使反射波電力的電能下垂（降低）的控 制，由此防止RF電力放大元件的熱損傷。在基於佔空比的下垂控制中，在脈衝控制信號的 ON區間和OFF區間的時間比例中，通過將ON區間的比例降低，來降低反射波電力。
[0045] 本發明的反射波電力控制系統，通過使用上述的反射波電力峰值下垂環系統、電 弧切斷系統以及反射波電能下垂環系統的各系統，在到等離子體點火為止的未點火狀態 下，通過能禁受行波電力全部作為反射波電力返回電源側的全反射波電力的全反射波應對 化，來防止由於全反射波電力所導致的RF電力放大元件的損傷，並且直到成為點火失敗產 生大的反射波電力不得不進行切斷的狀態為止，不切斷高頻電力的供給，繼續進行電力供 給來繼續等離子體的點火動作，從而提升在脈衝運轉時等離子體的點火性能。
[0046] 本發明可以是高頻電力供給裝置，反射波電力控制方法。
[0047](高頻電力供給裝置的方式）
[0048] 本發明的高頻電力供給裝置對等離子體負載供給高頻電力，具有高頻電源部，通 過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流並輸出高頻電力；以及多個的反饋系統，反 饋高頻電源部的高頻輸出的檢測值來進行反饋控制。反饋系統具有：行波電力控制環系統， 反饋從高頻電源部向等離子體負載的行波電力的檢測值，來對行波電力進行控制；多個反 射波電力控制環系統，反饋從等離子體負載向高頻電源部的反射波電力的檢測值，來對反 射波電力進行控制。
[0049] 另外，電弧切斷系統雖然沒有形成控制環，但在通過切斷處理將行波電力切斷後， 通過再點火動作進行等離子體的點火動作，這裡，作為形成的一種環系統，包含在反射波電 力控制環系統的一個控制環系統中。
[0050] 在反射波電力控制環系統的反饋系統中，在將等離子體上升時所產生的峰值誤判 為由於等離子體負載的異常所導致的反射波電力的上升時，反饋控制進行誤動作。
[0051] 為抑制由該峰值所導致的誤動作，本發明的反射波電力峰值下垂環系統以及電弧 切斷系統具有從在高頻電源部的輸出端檢測出的反射波電力的檢測值中將急劇變動量除 去的急劇變動除去部。
[0052] 急劇變動除去部可由一次延遲電路構成，通過使反射波電力的檢測值進行一次延 遲，來將檢測值中包含的急劇變動量除去。一次延遲電路通過對反射波電力的檢測值進行 一次延遲，降低在等離子體上升中產生的反射波電力中包含的急劇變動量，能夠防止並非 由於等離子體負載的變動而是由於等離子體上升時的急劇變動所導致的誤判，並能夠防止 將高頻電力的供給降低的誤動作。
[0053] 另外，急劇變動除去部並不限於一次延遲電路的結構，也可以是檢測反射波電力 的檢測值急劇變動的時間點，除去在該時間點的檢測值的結構。
[0054] 本發明的反射波電力控制環系統所具有的反射波電能下垂環系統具備輸出反射 波電力的檢測值的平均值或有效值的電力平滑部，來作為用於求出反射波電力的平滑值的 結構。作為是否進行使高頻電力的電能下垂的控制以及決定下垂控制中的下垂量的反射波 電力平滑極限值，具有反射波電力平均極限值或反射波電力有效極限值，求出電力平滑部 得到的平滑值和這些反射波電力平滑極限值（反射波電力平均極限值或反射波電力有效 極限值）的誤差量，基於得到的誤差量進行反射波電能的下垂控制。
[0055] 下面，針對反射波電力峰值下垂環系統、電弧切斷系統、以及反射波電能下垂環系 統進行說明。
[0056](反射波電力峰值下垂環系統）
[0057] 本發明的反射波電力控制環系統具有使反射波電力的峰值下垂（降低）的反射波 電力峰值下垂環系統。反射波電力峰值下垂環系統具有反射波電力峰值極限值，來作為決 定是否進行使反射波電力峰值下垂的控制的閾值。
[0058] 本發明的反射波電力峰值下垂環系統將反射波電力的峰值和反射波電力峰值極 限值之間的差值，作為反饋信號反饋到行波電力控制環系統。在行波電力控制環系統中，基 於從反射波電力峰值下垂環系統反饋的反饋信號，對驅動高頻電源部所具有的DC/DC變換 器的PWM信號的脈衝幅寬進行控制來控制輸出電壓。
[0059] 存在在反射波電力的檢測值中，包含由於在等離子體上升時間點的急劇變動所產 生的峰值的情況。該峰值不是伴隨等離子體異常而產生的，如果基於此峰值進行使反射波 電力峰值下垂的控制，雖然等離子體為正常狀態，但卻作為等離子體異常進行錯誤的控制。
[0060] 為了避免這樣的誤判，可以設置急劇變動除去部。急劇變動除去部把在反射波電 力的檢測值中所包含的急劇變動量除去後的信號，作為反射波電力的峰值輸出。將除去急 劇變動量後的峰值和反射波電力峰值極限值的差值，作為反饋信號反饋到行波電力控制環 系統，由此可以避免急劇變動導致的誤動作。
[0061] (電弧切斷系統）
[0062] 本發明的反射波電力控制環系統，具有防止由於過大的反射波電力所導致的損傷 的電弧切斷系統，當點火失敗發生過大的反射波電力時，停止對於等離子體負載的電力供 給，切斷等離子體負載中的電弧。電弧切斷系統具有，電弧極限值來作為決定是否停止高頻 電力的輸出的閾值。
[0063] 本發明的電弧切斷系統基於反射波電力的峰值和電弧極限值的比較，對生成用以 驅動高頻電源部所具備的RF放大部的RF門信號的脈衝控制信號進行控制，並對RF放大部 的高頻電力的輸出的有無進行控制。RF放大部例如通過全橋式逆變器將直流電壓變換為交 流的高頻電力。在從直流向交流的變換中，與對逆變器的開關元件進行切換的RF門信號同 步進行放大變換，通過對生成RF放大部的RF門信號的脈衝控制信號進行控制，能夠對於高 頻電力的輸出進行控制。
[0064] 在電弧切斷系統中，還存在將反射波電力的檢測值中包含的由於等離子體上升時 的急劇變動所導致的峰值誤判為等離子體異常的情況。為了避免這樣的誤判，可以設置急 劇變動除去部，基於通過急劇變動除去部除去了急劇變動量的反射波電力的峰值和電弧極 限值的比較，進行切斷控制，由此能夠避免由於急劇變動所導致的誤動作。
[0065] 在反射波電力峰值下垂環系統以及電弧切斷系統中，通過急劇變動除去部從反射 波電力中除去急劇變動量，由此防止將在等離子體上升時所發生的峰值誤判為等離子體異 堂 巾。
[0066](反射波電能下垂環系統）
[0067] 本發明的反射波電力控制環系統具有使反射波電力的電能下垂（降低）的反射波 電能下垂環系統。
[0068] 本發明的反射波電能下垂環系統，基於通過電力平滑部得到的電力平滑量和反射 波電力平滑極限值的比較，來決定用於決定高頻電源部所具備的RF放大部的RF門信號的 ON區間和OFF區間的時間比例的脈衝控制信號的佔空比，控制RF放大部的高頻電力的電能 的下垂（降低）。電力平滑部可以是求出電力的平均值的平均值電路或者是求出電力的有 效值的有效值電路。反射波電能下垂環系統，根據電力的平均值和反射波電力平均極限值 的比較，或者根據電力的有效值和反射波電力有效極限值的比較，控制RF放大部的高頻電 力的電能的下垂（降低）。
[0069] 該反射波電能下垂環系統的平均值下垂動作或者有效值下垂動作，通過降低用於 決定RF門信號的0N區間和OFF區間的時間比例的脈衝控制信號的佔空比，能夠在不降低RF放大部的高頻電壓的振幅的情況下抑制反射波電能，減少RF電力放大元件的熱損失防 止破壞。通過不降低RF放大部的高頻電壓的振幅，可以維持高的點火電壓。
[0070] (高頻電力供給裝置的結構）
[0071] 圖1是對本發明的高頻電力供給裝置的概略結構進行說明的圖。在圖1中，高頻 電力供給裝置1具有高頻電源部10,該高頻電源部10將直流電源的直流電壓通過DC/DC變 換器12進行電壓變換，並通過RF放大部13從直流放大變換為交流，將得到的高頻電力提 供給等離子體負載等負載103。
[0072] 高頻電源部10具有根據輸出端的RF傳感器16檢測出的行波電力反饋值PF，進行 反饋控制的行波電力控制環系統20和根據輸出端的RF傳感器16檢測出的反射波電力反 饋值PR，進行反饋控制的反射波電力控制環系統100 (30、40、50)。反射波電力控制環系統 100具有反射波電力峰值下垂環系統30、電弧切斷系統40以及反射波電能下垂環系統50。 [0073] 反射波電力峰值下垂環系統30進行使反射波電力的峰值下垂（降低）的控制，電 弧切斷系統40進行將等離子體負載中的電弧切斷的控制，反射波電能下垂環系統50進行 使反射波電力的電能下垂（降低）的控制。
[0074] 在反射波電力控制環系統100中，反射波電力峰值下垂環系統30和電弧切斷系統 40基於將檢測出的反射波電力反饋值PR由急劇變動除去部31除去了急劇變動量後的峰值 的信號進行控制。此外，在反射波電力控制環系統100中，反射波電能下垂環系統50基於 將檢測出的反射波電力反饋值PR由電力平滑部51進行平滑化後的平滑電能進行控制。
[0075] 急劇變動除去部31從反射波電力反饋值PR中，將等離子體上升時所發生的峰值 即急劇變動量除去，從而防止將該急劇變動量誤判為等離子體異常。急劇變動除去部31的 輸出可以用在反射波電力峰值下垂環系統30以及電弧切斷系統40的控制中。急劇變動除 去部31可以是由LPF(低通濾波器）所構成的一次延遲電路。
[0076] 電力平滑部51輸出相當於通過反射波電力反饋值PR的平均值或者有效值進行平 滑化的電力值的值。反射波電能下垂環系統50基於電力平滑部51的輸出，求出對RF放大 部進行控制的脈衝控制信號的佔空比。
[0077](反射波電力控制方法）
[0078] 本發明的反射波電力控制方法在對等離子體負載供給高頻電力的高頻電力供給 中，構成將通過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流的高頻電源部的輸出的檢測值 進行反饋，來進行反饋控制的反饋系統，在該反饋系統中，向行波電力控制環系統反饋行波 電力的檢測值，向具有多個環系統的反射波電力控制環系統1〇〇反饋反射波電力的檢測 值。
[0079] 在反射波電力控制環系統100所具有的系統內，反射波電力峰值下垂環系統以及 電弧切斷系統控制輸出電壓，使反射波電力的峰值下垂或者切斷電弧。在該下垂控制或者 切斷控制中，通過急劇變動除去部將反射波電力的檢測值中所包含的急劇的變動量除去， 可以防止將等離子體上升時所產生的峰值誤判為等離子體異常，並可以防止下垂或切斷的 誤動作。
[0080] 另外，在反射波電力控制環系統100所具備的系統內，反射波電能下垂環系統通 過電力平滑部使反射波電力的檢測值平滑化，反饋相當於平滑化後電能的信號，由此進行 反射波電力的電能的下垂的控制。
[0081] (反射波電力峰值下垂控制）
[0082] 反射波電力控制環系統具備反射波電力峰值下垂環系統。反射波電力峰值下垂環 系統具有反射波電力峰值極限值來作為決定是否進行使反射波電力峰值下垂的控制的閾 值，將反射波電力的檢測值和反射波電力峰值極限值之間的差值反饋到行波電力控制環系 統，對驅動高頻電源部所具有的DC/DC變換器的PWM信號的脈衝幅寬進行控制，來控制輸出 電壓。
[0083] (電弧切斷控制）
[0084] 反射波電力控制環系統具有電弧切斷系統。電弧切斷系統具有電弧極限值來作 為決定是否進行輸出高頻電力的控制的閾值，根據反射波電力的檢測值和電弧極限值的比 較，控制高頻電源部所具有的RF放大部的RF門信號，進行RF放大部的高頻電力輸出的切 斷控制。
[0085] 在反射波電力峰值下垂控制以及電弧切斷控制中，通過使反射波電力的檢測值通 過急劇變動除去部，將檢測值中包含的等離子體上升時所產生的急劇變動量除去，從而防 止誤動作。
[0086](反射波電能下垂控制）
[0087] 反射波電力控制環系統具有反射波電能下垂環系統。反射波電能下垂環系統基於 將反射波電力的檢測值進行平滑所得到的平滑值和決定高頻電力的電能的下垂控制的有 無以及下垂量的反射波電力平滑極限值的比較，決定用於決定高頻電源部所具備的RF放 大部的RF門信號的0N區間和OFF區間的時間比例的脈衝控制信號的佔空比，進行RF放大 部的高頻電力的電能的下垂控制。平滑值可以是反射波電力的檢測值的平均值或者有效 值，作為反射波電力平滑極限值，分別具有反射波電力平均極限值或反射波電力有效極限 值。
[0088] 圖2是對於本發明中的電力控制的概要進行說明的說明圖。
[0089] 本發明的高頻電力供給的反射波電力控制通過設置在高頻電源部10的輸出端的 RF傳感器16,檢測從負載側向電源側的反射波電力（S1)。
[0090] 從檢測出的反射波電力的檢測值中除去急劇變動量（S2)，基於得到的反射波電力 的峰值，進行反射波電力峰值下垂控制（S3)以及電弧切斷控制（S4)。另外，急劇變動量的 除去，可通過使反射波電力的檢測值進行一次延遲來進行。
[0091] 反射波電力峰值下垂控制（S3)根據基於反射波電力的峰值的PWM控制信號，驅動 高頻電源部10的DC/DC變換器12控制輸出電壓。電弧切斷控制（S4)基於反射波電力的 峰值進行等離子體的點火判定，當由於點火失敗產生大的反射波電力時（S7)，停止RF門信 號來停止從RF放大部的輸出，切斷行波電力的電力（S8)。在切斷行波電力後，通過再點火 動作，再度反覆進行等離子體的點火動作（S9)。
[0092] 再點火動作可以從判定點火失敗開始經過規定的暫停時間後，通過嘗試點火的點 火重試功能而進行。在該重試功能中，能夠對反覆進行點火動作的重試次數和暫停時間的 時間幅度進行設定。此外，在設定的重試次數內點火沒有成功時，可停止重試動作、或者在 停止一定時間後恢復重試動作。
[0093] 另外，反射波電力的檢測值的平滑值，基於平均值或有效值來求出（S5)。基於求出 的平滑值，進行反射波電能下垂控制。反射波電能下垂控制基於反射波電力的平滑值來設 定脈衝控制信號的佔空控制比，並基於該佔空比對RF放大部進行下垂控制（S6)。
[0094] 反射波電力峰值下垂控制（S3)、電弧切斷控制（S4)以及反射波電能下垂控制 (S6)，可各自獨立地設置開始這些控制的閾值，並各自獨立地進行控制動作。
[0095] 另一方面，本發明的高頻電力供給的行波電力控制通過RF傳感器16檢測從電源 側向負載側的行波電力（S101)，根據基於檢測出的行波電能的PWM控制信號，驅動高頻電 源部10的DC/DC變換器12控制輸出電壓（S102)。
[0096] 圖3是對反射波電力反饋和各極限值以及電弧切斷等級之間的關係進行說明的 圖。
[0097] 圖3(a)表示行波電力反饋值PF。在圖3(b)中，反射波電力的一次延遲輸出202 表示使反射波電力反饋值PR進行一次延遲所得到的輸出，平滑值203表示反射波電力反饋 值PR的平均值或者有效值。以及，在圖3(b)中，表示了極限值（反射波電力平滑極限值 301、反射波電力峰值極限值302)和作為電弧切斷等級的電弧極限值303。另外，在圖3中， 雖然用包絡線表示了行波電力反饋值200以及反射波電力反饋值201，但是RF傳感器16的 輸出並不局限於直流電壓輸出，也可以是高頻的交流電壓輸出。
[0098] 反射波電力的一次延遲輸出202通過使反射波電力反饋值PR進行一次延遲，得到 對在等離子體上升時發生的急劇變動的急劇變動量進行了抑制的信號。將該反射波電力的 一次延遲輸出202和反射波電力峰值極限值302進行比較，當反射波電力的一次延遲輸出 202達到反射波電力峰值極限值302時，通過進行反射波電力峰值下垂控制來降低反射波 電力的峰值。
[0099] 進一步，當反射波電力的一次延遲輸出202增加並達到電弧切斷等級的電弧極限 值303時，判定等離子體的點火失敗進行電弧切斷控制。由此，停止對等離子體負載的電力 供給，切斷等離子體負載的電弧。
[0100] 此外，當平滑值（平均值或有效值）203達到反射波電力平滑極限值（反射波電力 平均極限值或者反射波電力有效極限值）301時，進行反射波電能下垂動作，不縮減高頻電 源部的輸出電壓的振幅地對輸出電能進行限制，由此降低RF電力放大元件的熱損失。
[0101] 另外，圖3所示的行波電力反饋值以及反射波電力反饋值僅是為了進行說明示意 性地表示的一個例，並不一定表示實例。另外，極限值以及電弧切斷等級也不是表示實例。
[0102] 發明效果
[0103] 如上所述，依據本發明，在通過脈衝運轉將高頻電力對等離子體負載進行電力供 給的高頻電源中，在直到等離子體點火為止的未點火狀態下，能夠進行能禁受行波電力全 部作為反射波電力返回電源側的全反射波電力的全反射波應對化。
[0104] 另外，能夠防止由於在等離子體上升時所產生的反射波電力的峰值導致的誤判， 根據等離子體負載的更長期間中的等離子體狀態的變動所導致的反射波電力的變動進行 電力控制，防止由於全反射波電力所導致的RF電力放大元件的損傷，並且能夠不切斷高頻 電力的供給地維持持續使等離子體點火的等離子體狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0105] 圖1是用於對本發明的高頻電力供給裝置的概略結構進行說明的圖。
[0106] 圖2是用於對本發明的反射波電力控制方法的概略進行說明的說明圖。
[0107] 圖3是用於對反射波電力反饋值和各極限值以及電弧切斷等級之間的關係進行 說明的圖。
[0108] 圖4是用於對本發明的高頻電力供給裝置的構成例進行說明的圖。
[0109] 圖5是用於對RF放大部的動作例進行說明的圖。
[0110] 圖6是用於對RF放大部的動作例進行說明的圖。
[0111] 圖7是用於對本發明的高頻電力供給裝置的一部分電路構成進行說明的圖。
[0112] 圖8是用於對本發明的高頻電力供給裝置的一部分電路結構進行說明的圖。
[0113] 圖9是用於對本發明的高頻電力供給裝置的行波電力控制環系統的動作進行說 明的圖。
[0114] 圖10是用於對本發明的高頻電力供給裝置的反射波電力峰值下垂環系統的動作 進行說明的圖。
[0115] 圖11是用於對本發明的高頻電力供給裝置的反射波電力峰值下垂環系統的動作 進行說明的流程圖。
[0116] 圖12是用於對行波電力控制和反射波電力峰值下垂動作進行說明的圖。
[0117] 圖13是用於對等離子體點火成功時和失敗時的反射波電力峰值下垂動作進行示 意性表示的圖。
[0118] 圖14是用於對本發明的電弧切斷系統的動作進行說明的圖。
[0119] 圖15是用於對本發明的電弧切斷系統的動作進行說明的流程圖。
[0120] 圖16是用於對等離子體點火成功時和失敗時的電弧切斷動作進行示意性表示的 圖。
[0121] 圖17是用於對本發明的反射波電能下垂環系統的動作進行示意性表示的圖。
[0122] 圖18是用於對本發明的反射波電能下垂環系統的動作進行說明的流程圖。
[0123] 圖19是用於對行波電力控制和反射波電能下垂動作進行說明的圖。
[0124] 圖20是用於對本發明的反射波電能下垂動作進行說明的圖。
【具體實施方式】
[0125] 以下，針對本發明的實施方式，一邊參考附圖一邊詳細說明。
[0126] 以下，針對本發明的高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法，使用圖4對高 頻電力供給裝置的構成例進行說明，使用圖5、6對RF放大部的動作例進行說明，使用圖7、 8對高頻電力供給裝置的一部分電路結構進行說明。另外，使用圖9對高頻電力供給裝置的 行波電力控制環系統的動作進行說明，使用圖10?圖13對高頻電力供給裝置的反射波電 力峰值下垂環系統的動作進行說明，使用圖14?圖16對高頻電力供給裝置的電弧切斷系 統的動作進行說明，使用圖17?圖20對高頻電力供給裝置的反射波電能下垂環系統的動 作進行說明。
[0127] (高頻電力供給裝置的構成例）
[0128] 首先，使用圖4對本發明的高頻電力供給裝置的構成例進行說明。
[0129] 在圖4中，本發明的高頻電力供給裝置1具有向負載103供給高頻電力的高頻電 源部10,高頻電源部10的電源輸出端101和負載103之間例如通過同軸電纜102進行連 接。另外，同軸電纜102僅是一個例子，並非是必要的結構，也可以通過其他的傳輸線路來 傳輸電力。
[0130] 高頻電源部10的控制通過行波電力控制環系統20、反射波電能下垂環系統50、反 射波電力峰值下垂環系統30以及電弧切斷系統40的各反饋系統進行反饋控制。
[0131] (高頻電源部）
[0132] 高頻電源部10具有直流電源11、DC/DC變換器12、RF放大部13、合成器14、低通 濾波器15,在低通濾波器15和電源輸出端101之間具有RF傳感器16。
[0133] 直流電源11是DC/DC變換器12的輸入供給源。另外，代替直流電源11，可以使用 將交流電壓進行整流並進行平滑化的直流電壓。
[0134] DC/DC變換器12是將直流電源11的電壓Edu變換為可變的直流電壓Vdc的裝置， 變換器除了由逆變器電路構成以外，也可以由截波電路構成。DC/DC變換器12根據從行波 電力控制環系統20的驅動電路25供給的PWM信號的脈衝幅寬，改變半導體元件的導通率， 由此使輸出的直流電壓DC可變。將DC/DC變換器12輸出的直流電壓Vdc輸入到RF放大 部13。
[0135] RF放大部13是將直流電壓變換為交流電壓的裝置，可使用D級RF放大電路。D 級RF放大電路是通過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流的高頻放大電路，基於 RF門信號使輸出級的開關元件進行接通/斷開動作，使輸出電流從0到最大值之間增減，由 此進行直流/交流變換來進行放大動作。D級RF放大電路由於開關元件接通時的阻抗小因 此熱損失小，能夠進行高效率的轉換。
[0136] 使用D級RF放大電路的RF放大部13可通過全橋式逆變器來構成，將從DC/DC變 換器12輸入的直流電壓Vdc變換為交流的RF輸出電力。RF放大部13的RF輸出電力的電 壓振幅與輸入的直流電壓Vdc成正比。關於RF放大部13的從直流向交流的變換，與門信 號產生器18供給的RF門信號同步進行放大變換。
[0137] 圖5是表示高頻電源具有的RF放大部的一個構成例，圖6是對驅動控制RF放大 部的RF門信號、RF輸出以及等離子體負載中的行波電力和反射波電力進行說明的圖。
[0138] 圖5所示的RF放大部120使M0SFET120a?120d為橋接結構，將串聯連接的 M0SFET120a和M0SFET120b的連接點以及串聯連接的M0SFET120c和M0SFET120d的連接點， 使用主變壓器120e進行連接，將通過濾波器120f得到的主變壓器120e的輸出作為RF輸 出。根據RF門信號A、A*、B、(圖 5 (a)、（b))驅動控制M0SFET120a?120d。
[0139] RF門信號A、A* (在圖5中，在A上部附加逆向㈠符號來表示）是對M0SFET120a 和M0SFET120b的串聯電路進行驅動控制的信號，並且相互逆相。RF門信號B、(在圖5 中，在B上部附加逆向（-)符號來表示）是對M0SFET120C和M0SFET120d的串聯電路進行 驅動控制的信號，並且相互逆相。另外，RF門信號A和RF門信號B互為逆相。
[0140] 基於脈衝控制信號（圖6(c))對RF門信號A、A*、B、B*(圖6(a)、（b))進行控制， RF門信號A、A*、B、B*在脈衝控制信號是接通狀態的期間被輸出，在該期間內，輸出RF輸出 (圖 6(d))。
[0141] 圖6(e)、（f)表示等離子體負載中的行波電力和反射波電力。圖6(f)中，安裝了 匹配器的等離子體負載在RF門信號（圖6(a)、(b))上升時的過渡現象中產生反射波電力， 在穩定時間後哀減（圖6(f))。
[0142] 通過將多個RF放大部並聯連接，可以得到大的RF輸出電力。在將多個RF放大部 進行並聯連接的結構中，通過使各RF放大部的相位同步來進行放大變換，使高頻電源部10 的電源輸出端101的交流電力的相位相符。
[0143] 合成器14是將從多個RF放大部13輸出的各RF輸出電力匯總為1個的裝置，在 RF放大部13為單個時可以省略。
[0144] 在從RF放大部13輸出的RF輸出電力以及通過合成器14匯總為1個並輸出的RF 輸出電力中，含有較多高頻波成分。低通濾波器15將RF輸出電力進行波形成形，把包含在 高頻電力中的高頻波成分除去，將高頻波成分少的RF輸出電力輸送到RF傳感器16。
[0145] RF傳感器16將包含在RF輸出電力中的行波電力和反射波電力進行分離檢測，作 為行波電力反饋值PF以及反射波電力反饋值PR輸出。通過了RF傳感器16的RF輸出電 力，被輸送到電源輸出端101。電源輸出端101與同軸電纜102和高頻電源部10相連接。 通過使電源輸出端101的特性阻抗與同軸電纜102的特性阻抗一致，來抑制不需要的反射 波電力的產生。
[0146] 同軸電纜102將從電源輸出端101輸入的RF輸出電力提供給負載103。
[0147] 負載103經由匹配箱（匹配器），能夠使從高頻電源側看到的阻抗與電源輸出端 101的特性阻抗以及同軸電纜102的特性阻抗匹配。例如可以使特性阻抗以及匹配阻抗為 50[ohm]。
[0148] (行波電力控制環系統的構成）
[0149] 行波電力控制環系統20是通過將RF傳感器16檢測出的行波電力反饋值PF反饋 至IJDC/DC變換器12,通過使高頻電源部10的行波電力成為行波電力指令值的大小的方式進 行控制的反饋系統，通過從RF傳感器16向DC/DC變換器12,將保持電路22、行波電力誤差 放大裝置23、PWM信號產生電路24以及驅動電路25進行串聯連接來構成。
[0150] 行波電力指令值21是當進行行波電力控制時，為了控制RF傳感器16檢測出的行 波電力反饋值PF大小的基準值，行波電力控制生成使行波電力反饋值PF的峰值為與行波 電力指令值21相同大小的脈衝幅寬的PWM信號，基於該PWM信號對DC/DC變換器12進行 脈衝控制。
[0151] RF傳感器16輸出的行波電力反饋值PF包括Ton區間的值和Toff區間的值，Ton 區間的值表示行波電力的大小。另一方面，Toff區間的值不表示行波電力的大小。保持電 路22通過將行波電力反饋值PF的Toff區間的值除去只保持Ton區間的值，來取出行波電 力的大小。
[0152] 保持電路22與行波電力反饋值PF的Ton區間連動使開關接通，並與Toff區間連 動使開關斷開進行分離，由此維持前不久的狀態保持行波電力反饋值的振幅。將保持的行 波電力反饋值PF的振幅傳送到行波電力誤差放大裝置23。
[0153] 圖7是對於保持電路22的構成例進行說明的電路圖。在圖7 (a)所示的電路60 中，保持電路61由開關電路65構成，在開關電路65的輸入端連接電阻63以及電阻64,輸 入行波電力指令值21以及行波電力反饋值PF。開關電路65與行波電力反饋值PF的接通 /斷開同步地進行開關，並將Ton區間的行波電力反饋值PF以及行波電力指令值，輸入到連 接在開關電路65的輸出端的誤差放大電路62。
[0154] 誤差放大電路62由運算放大器66構成，將行波電力反饋值PF和行波電力指令值 的差值進行放大。這裡，表示了用具有運算放大器66的誤差放大電路62的硬體構成誤差 放大的功能的例子，但是，並不限定硬體結構，也可以由軟體構成，程序驅動CPU進行誤差 放大的運算處理。
[0155] 在圖7(b)所示的電路70中，保持電路71由開關電路75以及電容器構成，將行波 電力反饋值PF輸入到開關電路75的輸入端。開關電路75與行波電力反饋值PF的接通/ 斷開同步地進行開關，將Ton區間的行波電力反饋值PF保持在電容器中。
[0156] 在電容器中保持的電壓值經由緩衝電路77以及電阻74將行波電力反饋值PF輸 入到誤差放大電路72。經由電阻73對誤差放大電路72輸入行波電力指令值21。誤差放大 電路72由運算放大器76構成，將行波電力反饋值PF和行波電力指令值的差值進行放大。
[0157] 行波電力誤差放大裝置23將行波電力指令值和行波電力反饋值PF的誤差值，以 預先規定的增益進行放大，並作為控制量輸出。
[0158] PWM信號產生電路24將行波電力誤差放大裝置23或者反射波電力峰值電力誤差 放大器34輸出的控制量大小進行比較，按照大的控制量生成PWM信號。
[0159] 反射波電力峰值電力誤差放大器34輸出的控制量是進行反射波電力峰值下垂控 制的控制量，當行波電力誤差放大裝置23的控制量比反射波電力峰值電力誤差放大器34 的控制量大時，按照行波電力誤差放大裝置23的控制量進行行波電力控制，反之，當反射 波電力峰值電力誤差放大器34的控制量比行波電力誤差放大裝置23的控制量大時，按照 反射波電力峰值電力誤差放大器34的控制量進行反射波電力峰值下垂控制，使反射波電 力的過大的峰值下垂來進行抑制。
[0160] 驅動電路25基於PWM信號產生電路24生成的PWM信號，生成放大到足夠驅動 DC/DC變換器12內的半導體元件的功率的驅動信號，將生成的驅動信號輸入至DC/DC變換 器12的半導體元件的柵極使其進行開關，將直流電源11的直流電壓Edc變換為輸出電壓 Vdc。另外，驅動電路25使PWM信號產生電路24和DC/DC變換器12的基準電位間絕緣，當 PWM信號的電位和DC/DC變換器12的電位不同時，防止由於從DC/DC變換器12向PWM信號 產生電路24側的電流所導致的PWM信號產生電路24的損壞或誤動作。
[0161] (反射波電力峰值下垂環系統的構成）
[0162] 反射波電力峰值下垂環系統30是通過將RF傳感器16檢測出的反射波電力反饋 值PR經由行波電力控制環系統20反饋至DC/DC變換器12,來進行使高頻電源部10的反 射波電力的峰值下垂的控制的反饋系統，具有急劇變動除去部31、反射波電力峰值極限值 32、保持電路33、反射波電力峰值電力誤差放大器34,通過將反射波電力峰值電力誤差放 大器34的輸出傳送到行波電力控制環系統20的PWM信號產生電路24,對驅動DC/DC變換 器12的PWM信號的脈衝幅寬進行控制，使反射波電力的峰值下垂來進行抑制。
[0163] 急劇變動除去部31是將在等離子體上升時所產生的急劇變動量除去的電路。在 等離子體負載中，即使點火成功，在等離子體的上升時也一定會發生波峰狀的反射波電力。 存在當該等離子體上升時所發生的反射波電力達到設定值（反射波電力峰值極限值），將 該反射波電力的上升誤判為由於等離子體負載的異常所導致的反射波電力的上升的情況。 如果基於該誤判進行反射波電力峰值的下垂控制，則會產生已經點火的等離子體變得不穩 定的問題。
[0164] 急劇變動除去部31將檢測出的反射波電力反饋值PR中所包含的急劇變動量除 去，防止由於在等離子體上升時發生的反射波電力所導致的誤判。急劇變動除去部31可由 電阻和電容器所構成的一次延遲電路來構成。
[0165] 圖8是對急劇變動除去部31的構成例進行說明的圖。圖8(a)是由一次延遲電路 80構成急劇變動除去部31時的電路例，可由電阻81和電容器82形成的低通濾波器（LPF) 構成。
[0166] 圖8(b)表示急劇變動除去部31的其他構成例。急劇變動除去部31可由將高頻 成分除去的濾波電路90來構成。開關電路95切換反射波電力的檢測信號的輸出，僅輸出 去除了在檢測信號中包含的急劇變動量後的信號。急劇的變動量的檢測，通過微分電路91 和比較電路92以及極限值93來進行。通過微分電路91檢測檢測信號的變動，通過將檢測 出的微分值和極限值93進行比較來檢測急劇的變動量。開關電路95基於比較電路92的 輸出，使急劇的變動量為斷開狀態停止檢測信號的輸出，使未包含急劇的變動量的信號部 分為接通狀態輸出檢測信號。延遲電路94將檢測信號延遲微分電路91和比較電路92的 處理所需的時間，使開關電路95的切換定時相符。
[0167] 在圖4中，反射波電力峰值極限值32是在進行反射波電力峰值下垂動作時，與急 劇變動除去部31的輸出進行比較的基準值，是預先設定的值。在反射波電力峰值下垂的動 作中，將反射波電力反饋的峰值限制為反射波電力峰值極限值32以下。
[0168] 保持電路33可與行波電力控制環系統20具備的保持電路22為相同的構成，通過 與反射波電力反饋值PR的Ton區間連動使開關接通，與Toff區間連動使開關斷開來進行 分離，由此來維持前不久的狀態，保持反射波電力反饋值的振幅。將保持的反射波電力反饋 值PR的振幅，輸送至反射波電力峰值電力誤差放大器34。
[0169] 反射波電力峰值電力誤差放大器34通過預先設定的增益，將反射波電力峰值極 限值32和急劇變動除去部31的輸出的差值進行放大，作為控制量輸出。
[0170] 反射波電力峰值電力誤差放大器34輸出的控制量是進行反射波電力峰值下垂控 制的控制量，PWM信號產生電路24輸入反射波電力峰值電力誤差放大器34的輸出和行波 電力誤差放大裝置23的輸出，當反射波電力峰值電力誤差放大器34的控制量比行波電力 誤差放大裝置23的控制量大時，按照反射波電力峰值電力誤差放大器34的控制量進行反 射波電力峰值下垂控制，使反射波電力的過大的峰值下垂。
[0171](電弧切斷系統的構成）
[0172] 電弧切斷系統40是反饋系統，該反饋系統進行通過將RF傳感器16檢測出的反射 波電力反饋值PR反饋至RF放大部13,停止向等離子體負載供給的電力，切斷電弧的控制， 除了具有反射波電力峰值下垂環系統30所具備的急劇變動除去部31之外，還具有電弧極 限值41、比較器42、門切斷信號產生器43,並將門切斷信號產生器43的輸出輸送到門信號 產生器18,通過對脈衝控制信號的佔空比進行控制來切斷電弧，上述脈衝控制信號對驅動 RF放大部13的RF門信號的接通/斷開進行控制。
[0173] 急劇變動除去部31除了兼用反射波電力峰值下垂環系統30具有的急劇變動除去 部31的結構之外，還可以為在電弧切斷系統40中單獨設置的結構，或者將急劇變動除去部 從反射波電力峰值下垂環系統30以及電弧切斷系統40中獨立出來進行設置，將除去了急 劇變動量的反射波電力的檢測值輸入到反射波電力峰值下垂環系統30和電弧切斷系統40 兩個反饋系統。
[0174] 電弧極限值41是用來判定等離子體負載的點火是成功還是失敗的等級值，基於 從反射波電力反饋值PR將急劇的變動量除去後的檢測值是否達到電弧極限值41，來進行 等離子體負載點火成功/失敗的判定。當等離子體負載點火失敗時，由於反射波電力反饋 值PR增加，通過檢測出急劇變動除去部31的輸出達到電弧極限值41，能夠檢測出等離子體 負載點火失敗。
[0175] 比較器42是將電弧極限值41和急劇變動除去部31的輸出進行比較，判定等離子 體負載的點火狀況的比較器。如果急劇變動除去部31的輸出在電弧極限值41以下，比較 器42判定點火成功，當急劇變動除去部31的輸出超過了電弧極限值41時，判定點火失敗。 或者，如果急劇變動除去部31的輸出不到電弧極限值41，比較器42判定點火成功，當急劇 變動除去部31的輸出在電弧極限值41以上時，判定點火失敗
[0176] 門切斷信號產生器43按照比較器42輸出的點火判定信號，將門切斷信號發送到 門信號產生器18。當點火成功時，不進行門切斷信號的發送，並對門信號產生器18許可RF 門信號的輸出。在點火失敗時，進行門切斷信號的發送，並對門信號產生器18禁止RF門信 號的輸出。
[0177] 門信號產生器18是供給RF門信號的電路，該RF門信號對為了驅動RF放大部13 的RF電力放大元件所需的高頻的門功率進行控制，通過將生成的RF門信號施加給圖5所 示的RF放大部13所具備的橋接結構的M0SFET120,來對M0SFET120的接通及斷開交互地切 換，由此產生RF輸出。
[0178] 脈衝控制信號是對RF門信號的輸出進行控制的控制信號，在0N區間，將RF門信 號輸出，在OFF區間，停止RF門信號。通過控制由0N區間和OFF區間的時間幅度的比而決 定的佔空比（=0N區間AON區間+0FF區間）），來控制RF放大部13輸出的電能。
[0179]RF放大部13在通常的脈衝運轉時，按照與在門信號產生器18預先設定的脈衝控 制信號的佔空比相同的佔空比來進行驅動，輸出RF電力。
[0180] 門信號產生器18當從門切斷信號產生器43輸入了門切斷信號時，停止脈衝控制 信號的輸出或者減小佔空比，來降低RF放大部13輸出的RF電力或者停止RF電力。
[0181] 分支器17是當有多個RF放大部13時，將門信號產生器18所輸出的脈衝控制信 號分支提供給各個RF放大部的電路。當RF放大部為單個時，不需要分支器17。
[0182](反射波電能下垂環系統的構成）
[0183] 反射波電能下垂環系統50是進行通過將RF傳感器16檢測出的反射波電力反饋 值PR反饋到RF放大部13,使高頻電源部10的反射波電力的電能下垂的控制的反饋系統， 具有作為將反射波電力反饋值的電力平滑化的平滑部的電力平滑部51，還具有作為平滑化 後的反射波電力平滑值的閾值使用的反射波電力平滑極限值52、基於反射波電力平滑值和 反射波電力平滑極限值之間的差值進行電力放大的反射波電力平滑值電力誤差放大裝置 53、基於反射波電力平滑值電力誤差放大裝置53的輸出，決定脈衝控制信號的佔空比的佔 空比下垂信號產生器54,將佔空比下垂信號產生器54的輸出輸送到門信號產生器18。反 射波電能下垂環系統50通過對脈衝控制信號佔空比進行控制，使反射波電力的電能下垂 來進行抑制。
[0184] 反射波電能下垂環系統50由於需要在不改變反射波電力的電壓振幅的情況下進 行電能的控制，因此作為將反射波電力反饋值PR進行平滑化的單元，具有求出平均值或有 效值的電力平滑部51，將得到的控制量反饋到RF放大部13對電能進行控制。
[0185] 反射波電能下垂環系統50將反射波電力的平均值或有效值作為反射波電力平滑 值，為了使反射波電力平滑值在基準值以下進行使反射波電力下垂的動作。以下，將基於反 射波電力的平均值進行的下垂動作作為反射波電力平均值下垂動作，將基於反射波電力的 有效值所進行的下垂動作作為反射波電力有效值下垂動作。
[0186] 電力平滑部51是將反射波電力反饋值PR進行平滑化後輸出反射波電力平滑值的 電路，可由平均值電路或有效值電路構成。平均值電路以及有效值電路是求出高頻電源部 10的脈衝運轉時的反射波電力反饋值PR的平均值、有效值的電路，除了由硬體電路構成以 夕卜，也可通過基於軟體的運算處理來構成。另外，當使用硬體構成平均值電路時，可以由電 阻和電容器形成的一次延遲電路來構成。
[0187] 通過從反射波電力反饋值PR求出進行了平滑化後的反射波電力平滑值，可以在 不縮減RF輸出電力的振幅的情況下，通過縮減脈衝控制信號的佔空比來減少RF電力放大 元件的熱損失來防止破壞。
[0188] 反射波電力平滑極限值（反射波電力平均極限值、反射波電力有效極限值）是在 進行反射波電力平滑值下垂動作（反射波電力平均值下垂動作、反射波電力有效值下垂動 作）時，與電力平滑部（平均值電路、有效值電路）51的輸出進行比較的基準值。在反射波 電力平滑值下垂動作（反射波電力平均值下垂動作、反射波電力有效值下垂動作）的動作 中，為了使反射波電力反饋值PR的平滑值（平均值、有效值）在反射波電力平滑極限值（反 射波電力平均極限值、反射波電力有效極限值）以下，調整脈衝控制信號的佔空比，對門信 號產生器18產生的RF門信號的0N區間進行限制，使反射波電力的電能下垂（降低）。
[0189] 反射波電力平滑值電力誤差放大器（反射波電力平均值電力誤差放大裝置、反射 波電力有效值電力誤差放大裝置）53,將反射波電力平滑極限值（反射波電力平均極限值、 反射波電力有效極限值）52和電力平滑部（平均值電路、有效值電路）51的輸出的差值即 誤差量，基於預先設定的增益進行放大，作為控制量輸出。
[0190] 佔空比下垂信號產生器54是基於反射波電力平滑值電力誤差放大器（反射波電 力平均值電力誤差放大裝置、反射波電力有效值電力誤差放大裝置）53輸出的控制量，來 決定脈衝運轉時的0N區間和OFF區間的佔空比的電路。
[0191] 在反射波電力平滑值下垂動作中，門信號產生器18從佔空比下垂信號產生器54 接收脈衝控制信號，基於脈衝控制信號的佔空比生成0N區間以及斷開區間的RF門信號。從 電弧切斷系統40的門切斷信號產生器43對門信號產生器18輸入門切斷信號，該門切斷信 號優先於佔空比信號進行停止RF門信號的動作。
[0192] 另外，當不轉移到反射波電力平均值下垂動作，進行通常的行波控制時，佔空比下 垂信號產生器54不生成佔空比下垂信號，通過預先設定的固定佔空比的脈衝控制信號生 成門信號來進行脈衝運轉。
[0193] 以下，對本發明的高頻電力供給裝置的控制例進行說明。
[0194](高頻電力供給裝置的控制例）
[0195](行波電力控制）
[0196] 首先，使用圖9對基於行波電力控制環系統的行波電力控制進行說明。
[0197] 當將負載103匹配為50(ohm)沒有反射波電力時，通過圖9中的行波電力控制環 系統20 (粗箭頭表示）進行行波電力控制。
[0198] 在行波電力控制中，為了不斷地使行波電力指令值21和行波電力反饋值PF的峰 值一致，使DC/DC變換器12的輸出Vdc為可變，控制RF輸出電力的振幅。
[0199](切換控制）
[0200] 在行波電力控制中，當負載103的匹配從50〔ohm〕偏離，並滿足下記的各條件（1)、 (2)、（3)時，控制環從行波電力控制環系統20轉移到進行下垂動作或切斷動作的反射波電 力控制環系統100 (反射波電力峰值下垂環系統30、電弧切斷系統40、反射波電能下垂環系 統 50)。
[0201] (1)如圖3(b)所示，當除去了反射波電力的急劇變動量後的一次延遲輸出202達 到反射波電力峰值極限值302時，通過反射波電力峰值下垂環系統30轉移到反射波電力峰 值下垂動作。
[0202] (2)如圖3(b)所示，當除去了反射波電力的急劇變動量後的一次延遲輸出202達 到電弧極限值303時，通過電弧切斷系統40轉移到電弧切斷動作。
[0203] (3)如圖3(b)所示，當電力平滑部（平均值電路、有效值電路）51的反射波電力的 平滑值203達到反射波電力平滑值極限值（反射波電力平均極限值、反射波電力有效值極 限值）301時，轉移到反射波電能下垂動作。上述下垂動作和切斷動作分別獨立地動作。
[0204](反射波電力峰值下垂控制）
[0205] 接下來，使用圖10?圖13,對反射波電力峰值的下垂控制進行說明。圖10表示反 射波電力峰值下垂控制的環系統。
[0206] 如果負載的匹配從50〔ohm〕偏離無法取得阻抗匹配時，則發生反射波電力。當把 檢測該反射波電力得到的反射波電力反饋值PR的反射波電力的急劇變動量除去後的輸出 (例如，一次延遲輸出）超過了反射波電力峰值極限值32時，通過圖10所示的反射波電力 峰值下垂環系統30 (以粗箭頭表示），進行反射波電力峰值下垂動作。
[0207] 為了使急劇變動除去部31的輸出不超過反射波電力峰值極限值32,對DC/DC變換 器12進行控制，由此限制RF輸出電力的振幅以便不會進行一定值以上的輸出。通過該反 射波電力峰值下垂動作，在發生反射波電力時，保護RF電力放大元件避免受到過負載或浪 湧電壓的影響，不會損壞。
[0208] 當反射波電力下降，急劇變動除去部31的輸出低於反射波電力峰值極限值32時， 再次返回行波電力控制。
[0209] 在圖11所示的流程圖中，由RF傳感器16檢測反射波電力（S11)，將檢測出的反 射波電力輸入給急劇變動除去部31，得到除去了急劇變動量的輸出（例如，一次延遲輸出） (S12)。當除去反射波電力的急劇變動量後的輸出（例如，一次延遲輸出）超過作為反射波 電力峰值的檢測等級的反射波電力峰值極限值32時（S13)，求出除去反射波電力的急劇變 動量的輸出（例如，一次延遲輸出）和反射波電力峰值極限值32之間的差值（S14)，基於該 差值求出控制值（S15)，基於控制值在PWM信號產生電路24中產生PWM信號（S17)。差值 以及控制值的生成，可由反射波電力峰值電力誤差放大器34來進行。
[0210] 另一方面，當除去了反射波電力的急劇變動量後的輸出（例如，一次延遲輸出）沒 有超過反射波電力峰值極限值32時（S13)，基於預先設定的設定脈衝幅寬（S16)在PWM信 號產生電路24中生成PWM信號（S17)。基於生成的PWM信號驅動DC/DC變換器12,控制輸 出電壓值（S18)。
[0211] 圖12是對行波電力控制和反射波電力峰值下垂動作進行說明的圖。圖12的橫軸 表示時間，縱軸表示反射波電力。
[0212] 在行波電力控制中，基於預先設定的脈衝幅寬PWM信號，驅動DC/DC變換器。通過 該驅動行波電力增加（圖中未示出），並且反射波電力增加。如果反射波電力的峰值達到反 射波電力峰值極限值，則開始反射波電力峰值下垂動作。反射波電力峰值下垂動作通過縮 減PWM信號的脈衝幅寬進行抑制使反射波電力的峰值不超過反射波電力峰值極限值。
[0213] 圖13示意性表示等離子體點火成功時和失敗時的反射波電力峰值下垂動作。另 夕卜，圖13所示的波形為便於說明進行了簡化，並非表示實際的波形。圖13(a)表示行波電 力反饋值，圖13(b)、（e)中的深色實線表示反射波電力反饋值PR，淺色實線表示反射波電 力反饋值的一次延遲輸出，點劃線表示峰值下垂檢測等級。
[0214] 圖13(a)?⑷表示點火成功時的波形，圖13(e)?（g)表示點火失敗時的波形。
[0215] 當點火成功時，在等離子體上升時T1以及等離子體下降時T2,反射波電力增加。 此時，如果基於反射波電力反饋值PR(由深色的實線表示）進行反射波電力峰值下垂動作， 則即使在正常的點火動作的情況下也誤判為異常狀態，抑制行波電力的振幅，難以維持等 離子體。
[0216] 對此，除去反射波電力反饋值的急劇變動量後的輸出（例如，一次延遲輸出）（由 淺色的實線表示），由於並未達到峰值下垂檢測等級，所以不進行反射波電力峰值下垂動 作，PWM信號不會改變（圖13(d))，維持行波電力控制。
[0217] 另外，當點火失敗時，除去反射波電力反饋值的急劇變動量後的輸出（例如，一次 延遲輸出）（由淺色的實線表示），在點火失敗時在從時間點T1進行延遲後的T3達到峰值 下垂檢測等級，開始反射波電力峰值下垂動作。PWM信號的脈衝幅寬，基於反射波電力的一 次延遲輸出和峰值下垂檢測等級之間的差值（圖13(f))來生產（圖13(g))，進行反射波電 力峰值的下垂。
[0218] 當除去了反射波電力的急劇變動量的輸出（例如，一次延遲輸出）降低，低於峰值 下垂檢測等級時，反射波電力峰值下垂動作結束，從反射波電力峰值下垂控制返回行波電 力控制。
[0219](電弧切斷控制）
[0220] 接下來，使用圖14?圖16對電弧切斷控制進行說明。圖14表示電弧切斷控制的 環系統。
[0221] 當等離子體負載的點火失敗反射波電力增加，反射波電力反饋值PR超過電弧切 斷等級時，通過圖14所示的電弧切斷系統40(圖14中以粗箭頭表示）進行電弧切斷動作。
[0222] 在由急劇變動除去部31將急劇變動量除去後的峰值達到電弧極限值41的階段 時，門切斷信號產生器43發出切斷信號，停止RF放大部13的動作切斷電弧。
[0223] 電弧切斷動作中的RF輸出電力脈衝幅寬，與預先設定的通常脈衝運轉時的佔空 比相比非常短，不會致RF電力放大元件損壞。
[0224] 點火失敗時，雖然在電弧切斷前不久供給大的電力，但是可以在此期間將大的電 壓施加於負載，因此可以同時進行保護和點火的重試。另外，當點火成功時，通過將急劇變 動量除去，可以抑制正常的脈衝上升時的反射波電力，因此可以防止點火判定的誤檢測，可 以不中斷脈衝運轉地持續進行。
[0225]在圖15所示的流程圖中，通過RF傳感器16檢測反射波電力（S21)，將檢測出的反 射波電力輸入到急劇變動除去部31，除去急劇變動量。以下，對急劇變動除去部輸出一次延 遲的例子進行說明。
[0226] 通過反射波電力的一次延遲輸出，將急劇的變動量除去（S22)，當得到的一次延遲 輸出超過作為電弧切斷的檢測等級的電弧極限值41時（S23)，產生門切斷信號（S24)。
[0227] 門信號產生器18接收門切斷信號停止RF門信號的輸出（S25)，停止RF放大部的 輸出（S26)。
[0228] 另一方面，當一次延遲輸出未超過電弧極限值41時（S23)，門信號產生器18基於 預先設定的脈衝控制信號的佔空比產生RF門信號來維持RF放大部的輸出，或者當RF放大 部的輸出已停止時,使其再次開始（S27)。
[0229] 在點火失敗時，可通過點火重試功能進行再點火動作。再點火動作從判定點火失 敗起經過規定的暫停時間後，嘗試點火。在該重試功能中，能夠對重複點火動作的重試次數 和暫停時間的時間幅度進行設定。另外，在設定的重試次數內點火未成功時，可設定停止重 試動作、或者停止一定時間後恢復重試動作。
[0230] 圖16示意性表示等離子體點火成功時和失敗時的電弧切斷動作。另外，圖16所 示的波形為了便於說明進行了簡化，並非表示實際的波形。圖16(a)、（d)表示行波電力反 饋值，圖16(b)、（e)中深色實線表示反射波電力反饋值PR，淺色實線表示反射波電力反饋 值的一次延遲輸出，點劃線表示電弧極限值。
[0231] 圖16(a)?（c)表示點火成功時的波形，圖16(d)?（f)表示點火失敗時的波形。
[0232] 當點火成功時，在等離子體上升時tl以及等離子體下降時t2,反射波電力增加 (圖16(b))。此時，如果基於反射波電力反饋值PR(由深色的實線表示）進行電弧切斷動 作，則即使在正常的點火動作時，也會被誤判為發生電弧等異常狀態，通過電弧切斷動作對 等離子體進行消弧。
[0233] 對此，從反射波電力反饋值中將急劇變動量除去後的輸出（一次延遲輸出（由淺 色的實線表示））由於沒有達到作為電弧切斷等級的電弧極限值，因此不進行電弧切斷動 作，不輸出門切斷信號（圖16(c))，維持行波電力控制。
[0234] 另外，當點火失敗時，從反射波電力反饋值中將急劇變動量除去後的輸出（一次 延遲輸出（以淺色的實線表示）），在點火失敗時在從時間點tl進行了延遲後的t3,達到電 弧切斷檢測等級的電弧極限值（圖16(e))，產生門切斷信號（圖16(f))，開始電弧切斷動 作。
[0235] 如果通過開始進行電弧切斷動作將電弧消弧，則行波電力反饋值PF以及反射波 電力反饋值PR降低（圖16(d)、（e))，反射波電力的一次延遲輸出按照一次延遲電路的時 間常數進行衰減（圖16(e))。
[0236](反射波電能下垂控制）
[0237] 接下來，使用圖17?圖20對反射波電能下垂控制進行說明。圖17示意性表示反 射波電能下垂動作。
[0238] 如果負載的匹配從50〔ohm〕偏離無法取得阻抗匹配，則發生反射波電力。當對檢 測該反射波電力得到的反射波電力反饋值PR進行平滑化，得到的反射波電力平滑值超過 了反射波電力平滑極限值52時，通過圖17中所示的反射波電能下垂環系統50(以粗箭頭 表示），進行反射波電能下垂動作。反射波電力平滑值可以是反射波電力的平均值或者有效 值。
[0239] 在反射波電能下垂控制的反射波電力下垂動作中，為了使電力平滑部51的輸出 不超過反射波電力平滑極限值52,對脈衝控制信號的佔空比進行控制，限制RF門信號的0N 區間的幅寬，由此進行限制以便不會進行一定值以上的RF輸出電力的電能的輸出。反射波 電能下垂動作通過縮減脈衝控制信號的佔空比，能夠不縮減RF輸出的電壓的振幅地縮減 輸出電力，減少RF電力放大元件的熱損失防止破壞。
[0240] 在通過反射波電能下垂動作，反射波電力下降，電力平滑部51的輸出低於反射波 電力平滑極限值52時，再次返回行波電力控制。
[0241] 在圖18所示的流程圖中，通過RF傳感器16檢測反射波電力（S31)，將檢測出的反 射波電力輸入到電力平滑部51，求出平滑化後的反射波電力平滑值（S32)，當反射波電力 平滑值超過作為反射波電力的檢測等級的反射波電力平滑極限值52時（S33)，求出反射波 電力平滑化值和反射波電力平滑極限值52的差值（S34)，根據該差值求出控制值（S35)，通 過佔空比變換求出與控制值對應的脈衝控制信號的佔空比。另外，佔空比變換預先設定控 制值和與該控制值對應的佔空比的關係，能夠基於該對應關係根據控制值求出佔空比。
[0242] 基於得到的佔空比，佔空比下垂信號產生器54中產生佔空比下垂信號。門信號產 生器18,基於佔空比下垂信號，產生對0N區間進行縮減的RF門信號。這裡，佔空比下垂信 號是規定RF門信號的0N區間和OFF區間的佔空比的脈衝控制信號，通過縮減0N區間，來 抑制行波電力的電能，從而降低反射波電力的電能（S38)。
[0243]另一方面，當反射波電力平滑值沒有超過反射波電力平滑極限值52時（S33)，佔 空比下垂信號產生器54不產生佔空比下垂信號，門信號產生器18基於預先設定的設定佔 空比（S37)產生脈衝控制信號（S38)，基於脈衝控制信號產生RF門信號（S39)，基於產生的 RF門信號驅動RF放大部13來對輸出電力進行控制（S40)。
[0244] 圖19是對行波電力控制和反射波電能下垂動作進行說明的圖。圖19(a)、（b)的 橫軸表不時間，圖19(a)的縱軸表不反射波電力、圖19(b)的縱軸表不負載電壓。
[0245] 在行波電力控制中，基於具有預先設定的佔空比的0N區間以及OFF區間的RF門 信號，來驅動RF放大部13。基於該驅動，行波電力的電力增加（圖中未示出），並且反射波 電力的電能也增加。如果將反射波電力進行平滑化得到的反射波電力平滑值（平均值或者 有效值）達到反射波電力平滑極限值，則開始反射波電能下垂動作。
[0246] 反射波電能下垂動作通過減小脈衝控制信號的佔空比，將輸出RF門信號的0N區 間的幅度縮小，來進行抑制使反射波電力的電能不會超過反射波電力平滑極限值。
[0247] 圖19(a)是作為平滑值使用平均值的例子，在反射波電力平均值下垂動作中，可 以將反射波電力平均值的上限抑制為反射波電力平均極限值。
[0248] 圖19(b)表示負載電壓，在反射波電力平均值下垂動作中恆定地保持負載被施加 的電壓，通過縮減在脈衝運轉的一個周期內施加的高頻電壓的循環數，來抑制供給電力。
[0249] 圖20示意性表示反射波電能下垂動作。另外，如圖20中所示的波形是為了便於 說明而進行的簡化表示，並非表示實際的波形。
[0250] 圖20(a)?（c)表示反射波電力平滑值沒有超過反射波電力平滑極限值的情況， 圖20(d)?（f)表示反射波電能下垂動作後的狀態。圖20(a)、（d)表示反射波電力以及反 射波電力平滑值。圖20(b)、（e)表示脈衝控制信號。圖20(c)、（f)表示RF門信號。圖中 的脈衝控制信號表不輸出門信號的0N區間和不輸出門信號的OFF區間。另外，各信號波形 是為了進行說明示意性表示的，並非表示實際的信號波形。
[0251] 在圖20(a)?（c)，基於由預先設定的佔空比規定的脈衝控制信號（圖20(b))，產 生RF門信號（圖20(c))，當通過基於該RF門信號的脈衝驅動產生的反射波電力的平滑值 (平均值或者平滑值）超過平滑極限值（圖20(a))時，基於超過反射波電力平滑極限值的 反射波電力的平滑值電力的差值，降低脈衝控制信號的佔空比，使反射波電能下垂。
[0252] 圖20(d)?（f)表示反射波電能下垂動作後的狀態。降低脈衝控制信號的佔空比， 輸出由該佔空比決定的脈衝控制信號（圖20(e))，由此來控制輸出電力。基於該脈衝控制 信號，產生RF門信號（圖20(f))，使反射波電能下垂。
[0253] 在以下的表中表示本發明的反射波電力控制包含的反射波電力峰值下垂控制、電 弧切斷控制以及反射波電能下垂控制的關係。
[0254] (表 1)
【權利要求】
1. 一種高頻電力供給裝置，其向等離子體負載供給高頻電力，其特徵在於，具有： 高頻電源部，通過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流，輸出高頻電力， 反饋系統，反饋所述高頻電源部的高頻輸出的檢測值，來進行反饋控制； 所述反饋系統具有： 行波電力控制環系統，反饋從所述高頻電源部向等離子體負載的行波電力的檢測值， 來控制行波電力， 多個反射波電力控制環系統，反饋從所述等離子體負載向所述高頻電源部的反射波電 力的檢測值，來控制反射波電力， 所述反射波電力控制環系統具有： 控制反射波電力的峰值變動的反射波電力峰值下垂環系統以及電弧切斷系統；以及 控制反射波電力的電力平滑量的反射波電能下垂環系統， 所述反射波電力峰值下垂環系統根據反射波電力的峰值對所述高頻電源部的直流電 源的直流電壓進行控制，通過該直流電源的電壓控制對反射波電力的峰值進行下垂控制， 所述電弧切斷系統根據反射波電力的峰值對所述高頻電源部的RF放大部的輸出的有 無進行控制，由此來控制向等離子體負載的電力供給的有無，從而控制等離子體負載中的 電弧的切斷， 所述反射波電能下垂環系統根據反射波電力的電力平滑量，對所述高頻電源部的RF 放大部的ON區間和OFF區間的佔空比即時間比例進行控制，由此控制向等離子體負載的電 力供給量，來對反射波電力的電能進行下垂控制。
2. 根據權利要求1所述的高頻電力供給裝置，其特徵在於， 所述反射波電力峰值下垂環系統具有作為決定是否進行反射波電力的峰值的下垂控 制的閾值的反射波電力峰值極限值， 將反射波電力的檢測值和反射波電力峰值極限值的差值反饋給所述行波電力控制環 系統，對驅動所述高頻電源部具有的DC/DC變換器的PWM信號的脈衝幅寬進行控制，來對直 流電源的直流電壓進行控制。
3. 根據權利要求1或者2所述的高頻電力供給裝置，其特徵在於， 所述電弧切斷系統具有作為決定是否輸出高頻電力的閾值的電弧極限值， 根據反射波電力的檢測值和所述電弧極限值的比較，對用於控制所述高頻電源部具有 的RF放大部的RF門信號進行控制，對是否輸出RF放大部的高頻電力進行控制。
4. 根據權利要求1?3中的任意一項所述的高頻電力供給裝置，其特徵在於， 所述反射波電能下垂環系統具有： 輸出所述反射波電力的檢測值的平均值或者有效值的電力平滑部；以及 作為用於決定高頻電力的電能的下垂控制的有無以及下垂量的反射波電力下垂極限 值的反射波電力平均極限值或者反射波電力有效極限值， 根據所述電力平滑部的平均值的輸出和所述反射波電力平均極限值的比較，或者根據 所述電力平滑部的有效值的輸出和所述反射波電力有效極限值的比較，來決定對所述高頻 電源部具有的RF放大部進行控制的脈衝控制信號的佔空比即RF放大部的ON區間和OFF 區間的時間比例，對RF放大部的高頻電力的電能的下垂進行控制。
5. 根據權利要求1?3中的任意一項所述的高頻電力供給裝置，其特徵在於， 所述反射波電力峰值下垂環系統或者所述電弧切斷系統中的至少一個系統具有從所 述反射波電力的檢測值中將急劇變動量除去的急劇變動除去部， 所述急劇變動除去部從反射波電力的檢測值中除去由於急劇的變動導致的急劇變動 量，反饋與不是急劇變動導致的反射波電力的峰值相當的信號。
6. 根據權利要求5所述的高頻電力供給裝置，其特徵在於， 所述急劇變動除去部是將反射波電力的檢測值進行一次延遲的一次延遲電路。
7. -種反射波電力控制方法，其特徵在於， 在向等離子體負載供給高頻電力的高頻電力供給中具有： 高頻電源部，通過開關動作將直流電源的直流變換為高頻交流，輸出高頻電力；以及 反饋系統，將所述高頻電源部的高頻輸出的檢測值進行反饋，來進行反饋控制； 所述反饋系統具有： 行波電力控制環系統，反饋從所述高頻電源部向等離子體負載的行波電力的檢測值， 來控制行波電力， 多個反射波電力控制環系統，反饋從所述等離子體負載向所述高頻電源部的反射波電 力的檢測值，來控制反射波電力， 所述反射波電力控制環系統具有： 控制反射波電力的峰值變動的反射波電力峰值下垂環系統以及電弧切斷系統；以及 控制反射波電力的電力平滑量的反射波電能下垂環系統， 所述反射波電力峰值下垂環系統根據反射波電力的峰值對所述高頻電源部的直流電 源的直流電壓進行控制，通過該直流電源的電壓控制對反射波電力的峰值進行下垂控制， 所述電弧切斷系統根據反射波電力的峰值對所述高頻電源部的RF放大部的輸出的有 無進行控制，由此來控制向等離子體負載的電力供給的有無，從而控制等離子體負載中的 電弧的切斷， 所述反射波電能下垂環系統根據反射波電力的電力平滑量，對所述高頻電源部的RF 放大部的ON區間和OFF區間的佔空比即時間比例進行控制，由此控制向等離子體負載的電 力供給量，來對反射波電力的電能進行下垂控制。
8. 根據權利要求7所述的反射波電力控制方法，其特徵在於， 所述反射波電力峰值下垂環系統具有作為決定是否進行反射波電力的峰值的下垂控 制的閾值的反射波電力峰值極限值， 將反射波電力的檢測值和反射波電力峰值極限值的差值反饋給所述行波電力控制環 系統，對驅動所述高頻電源部具有的DC/DC變換器的PWM信號的脈衝幅寬進行控制，來對直 流電源的直流電壓進行控制。
9. 根據權利要求7或者8所述的反射波電力控制方法，其特徵在於， 所述電弧切斷系統具有作為決定是否輸出高頻電力的閾值的電弧極限值， 根據反射波電力的檢測值和所述電弧極限值的比較，對用於控制所述高頻電源部具有 的RF放大部的RF門信號進行控制，對是否輸出RF放大部的高頻電力進行控制。
10. 根據權利要求7?9中的任意一項所述的反射波電力控制方法，其特徵在於， 所述反射波電能下垂環系統具有： 輸出所述反射波電力的檢測值的平均值或者有效值的電力平滑部；以及 作為用於決定高頻電力的電能的下垂控制的有無以及下垂量的反射波電力下垂極限 值的反射波電力平均極限值或者反射波電力有效極限值， 根據所述電力平滑部的平均值的輸出和所述反射波電力平均極限值的比較，或者根據 所述電力平滑部的有效值的輸出和所述反射波電力有效極限值的比較，來決定對所述高頻 電源部具有的RF放大部進行控制的脈衝控制信號的佔空比即RF放大部的ON區間和OFF 區間的時間比例，對RF放大部的高頻電力的電能的下垂進行控制。
11. 根據權利要求7?9中的任意一項所述的反射波電力控制方法，其特徵在於， 所述反射波電力峰值下垂環系統或者所述電弧切斷系統中的至少一個系統具有從所 述反射波電力的檢測值中將急劇變動量除去的急劇變動除去部， 所述急劇變動除去部從反射波電力的檢測值中除去由於急劇的變動導致的急劇變動 量，反饋與不是由急劇變動導致的反射波電力的峰值相當的信號。
12. 根據權利要求11所述的反射波電力控制方法，其特徵在於， 所述急劇變動除去部通過將反射波電力的檢測值進行一次延遲，從反射波電力的檢測 值中除去由於急劇的變動導致的急劇變動量。
【文檔編號】H05H1/46GK104322154SQ201380028359
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年6月3日 優先權日:2012年6月18日
【發明者】讓原逸男, 相川諭, 國玉博史 申請人:株式會社京三製作所