[发明专利]一种自动设置调频边界的方法和射频电源

说明书

本发明涉及电源领域，特别涉及一种自动设置调频边界的方法和射频电源。本发明的方法对射频电源的输出电压和电流进行跳频采样，然后计算负载降阶模型参数矩阵，得到负载模型幅频曲线多项式方程，对多项式方程进行偏导求解，由此构建负载频率关系函数；求得使所述负载频率关系函数的值小于零的频率范围，所述频率范围的边界即调频边界；在调频边界内进行频率微调查找匹配频率。本发明能够自动计算调谐的频率边界，在边界内微调频率，能够快速实现频率调谐达到阻抗匹配，大大缩短了调谐时间，且不需要人工干预，可靠性高。

技术领域

本发明涉及电源领域，特别涉及一种自动设置调频边界的方法和射频电源。

背景技术

射频电源是可以产生固定频率的正弦波电压，频率在射频范围(约3KHz～300GHz)内、具有一定功率的电源，常用于半导体工艺设备、等离子发生器、医疗美容等产业。射频电源常用的工作频率为2MHz、13.56MHz、27.12Mhz、40.68MHz、64MHz、162MHz等，当切换射频电源的工作频率时，所连接负载的负载阻抗会发生变化，为了使射频电源与负载的阻抗进行匹配，现有技术中通常采用的办法为，射频电源采用扫频的方式逐步调整射频电源的频率，当射频电源的阻抗与负载的阻抗匹配时的频率则为匹配频率，扫频的方式则是以预设的方向和预设的步长以步进的方式逐渐调整射频电源的频率，虽然能够达到频率调谐阻抗匹配的目的，但这种频率调谐的时间较长，通常在毫秒级，不能满足对时间要求更高的微秒级的高级应用的需求。为了能够加快调谐时间，可以通过人工的方式先设置一个调频边界，然后再在边界内进行频率的微调，确认匹配频率，但这种方式需要操作人员具备完备的射频理论知识，并且还需要进行多次试验，因此费时费力。因此，亟待一种能够自动快速确定调频边界的方法来满足对时间要求更高、微秒级的高级应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中逐步调节频率达到阻抗匹配的时间太长的问题，提供一种时间更短、能快速实现阻抗匹配的自动设置调频边界方法和射频电源。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种自动设置调频边界的方法，包括以下步骤，

步骤1，构建负载频率关系函数；

步骤2，求得使所述负载频率关系函数的值小于零的频率范围，所述频率范围的边界即调频边界；

步骤3，在调频边界内进行频率微调查找匹配频率。

进一步的，所述构建负载频率关系函数包括以下步骤，

步骤11，在带宽内以指定间隔的频率对输出电压的幅值和相位以及输出电流的幅值和相位进行跳频采样；

步骤12，由所述电压、电流的采样值，得到负载阻抗的降阶模型参数矩阵；

步骤13，由负载阻抗的降阶模型参数矩阵，得到负载模型幅频曲线多项式方程；

步骤14，对所述负载模型幅频曲线多项式方程进行偏导求解，得到负载阻抗关于频率的导函数，所述负载阻抗关于频率的导函数即为所述负载频率关系函数。

进一步的，步骤12具体包括以下步骤，

步骤121，将所述电压、电流的采样值转换为电压的矩阵X和电流的矩阵Y，负载阻抗的降阶模型参数矩阵A与矩阵X、矩阵Y的关系为Y＝XA；

步骤122，求解最接近真实的负载阻抗的降阶模型参数矩阵将计算出的作为所述负载阻抗的降阶模型参数矩阵。

进一步的，在步骤122中，所述最接近真实的负载阻抗的降阶模型参数矩阵的计算公式为其中X^T表示矩阵X的转置。

优选的，在调频边界内，利用矢量值电抗来确定频率调谐的方向。