[发明专利]一种电流传感器、阻抗匹配器以及等离子体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，具体涉及一种电流传感器、阻抗匹配器以及应用该阻抗匹配器的等离子体加工设备。

背景技术

射频等离子体加工设备是利用射频电源输出的射频功率使反应腔室内的气体电离，从而在反应腔室内形成等离子体，然后利用等离子体加工器件。在实际应用过程中，负载(等离子体)的阻抗会随腔室内气体的成分和压力的变化而不断变化，从而导致负载阻抗与射频电源的阻抗失配，这将使得传输线上存在较大的反射功率，从而导致射频功率无法全部施加到反应腔室。

因此，相关技术人员在射频电源与反应腔室之间设置了阻抗匹配器。阻抗匹配器包括传感器、控制系统和执行单元，其中，传感器用以检测射频传输线上的电压、电流、前向功率、反向功率等相关参数，以提供匹配控制算法所需的输入量，并将参数发送给控制系统；控制系统根据获得的参数向执行单元发出指令，执行单元实现负载阻抗与射频等离子体加工设备的恒定输出阻抗的匹配。

其中，传感器包括用于检测射频传输线上电流的电流传感器，图1为现有的电流传感器的结构示意图。如图1所示，电流传感器包括线圈骨架2和线圈3，其中，线圈3绕制在线圈骨架2上，线圈3的第一端部31作为信号端与控制系统连接，线圈3的第二端部32接地。这种电流传感器的线圈由于匝数固定，只能检测一定功率段的电流幅值范围。当传输线1上的电流因传输功率变化范围较大而超出电流传感器的检测范围时，就会影响控制系统的后续工作。此时，只能通过拆机并更换线圈3来改变线圈3的匝数，这不但增加了劳动强度，而且延长了生产时间，降低了生产效率。

为此，中国专利申请CN 102012448A公开了一种罗哥夫斯基电流传感器。图2为罗哥夫斯基电流传感器的结构示意图，如图2所示，电流检测装置包括圆环形的磁介质骨架4，其中，在磁介质骨架4上分别绕制有相互独立的第一线圈51和第二线圈52，且第一线圈51的匝数大于第二线圈52的匝数。在电流检测时，可以选择性地将第一线圈51或第二线圈52与控制系统连接，从而使电流传感器能够测量两个不同功率段的电流幅值范围，从而在一定程度上扩大了电流传感器的检测范围。

但是，对于某些特定的工艺，如等离子体刻蚀工艺，射频电源往往需要向等离子体加工设备的反应腔室输送高、中、低三种、甚至更多种不同范围的射频功率，这就要求阻抗匹配器中的电流传感器也相应地能够准确地检测高、中、低三种、甚至更多种不同功率段的电流幅值范围。显然，上述罗哥夫斯基电流传感器仍无法满足被测传输线上的功率范围较大的情况。另外，上述罗哥夫斯基电流传感器是通过增加磁介质骨架4上线圈的数量来增加电流传感器的检测范围，这不仅增加了电流传感器的制造成本，还增大了电流传感器的体积。

发明内容

为至少解决上述问题之一，本发明提供一种电流传感器、匹配器及等离子体加工设备，其不仅能够检测较宽的电流幅值范围，而且体积小，制造成本低。

为实现本发明的目的而提供一种电流传感器，包括线圈骨架以及缠绕在所述线圈骨架上的线圈以及控制单元，所述线圈包括线圈输入端和线圈输出端，在所述线圈输入端和所述线圈输出端之间设有n个抽头，所述抽头将所述线圈分成n+1段匝数不同的子线圈，所述控制单元在n个所述抽头、所述线圈输入端和所述线圈输出端中任意选择两个分别作为传感器信号端或接地端，其中，n为大于0的正整数。

其中，所述控制单元为选择开关，所述选择开关包括选择开关控制子单元、第一开关以及第二开关，所述第一开关根据所述选择开关控制子单元的选择信号选择性地将n个所述抽头、所述线圈输入端和所述线圈输出端中的任意一个作为传感器信号端；所述第二开关根据所述选择开关控制子单元的选择信号选择性地将所述抽头、所述线圈输入端和所述线圈输出端中的任意一个接地。

优选的，所述选择开关控制子单元为DSP控制器或继电器。

其中，所述线圈骨架利用磁性材料制作或利用非磁性材料制作。

优选的，所述磁性材料包括铁、镍基合金或稀土合金。

优选的，所述非磁性材料包括聚四氟乙烯或聚醚醚酮。

本发明还提供一种阻抗匹配器，包括电流传感器、控制系统、执行单元以及驱动所述执行单元的动力源，其中，所述电流传感器用以检测射频传输线上的电流，并向所述控制系统提供电流信号，其中，所述电流传感器采用了本发明提供的所述电流传感器。

优选的，所述动力源为步进电机或伺服电机。