如何设计射频电源的自动阻抗匹配器详细资料研究分析

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上传日期: 2019-12-11

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标签:射频电源(2)互感器(204)matlab(1894)

  随着射频技术进入镀膜工艺之后,射频匹配也随之成为需要解决的问题。射频电源的功率应尽可能的用于镀膜工艺中,系统的输入功率直接影响到等离子体的浓度和压力,也就直接影响了镀膜的质量,关系到工艺水平的好坏。在一定条件下,镀膜系统负载是随时间发生变化的,这使得阻抗的自动匹配变得更为必要。而国内现在都是以手动匹配为主,射频电源自动阻抗匹配器的发展是一个瓶颈。因此,自动匹配技术的研究有很重要的意义。

  本文以真空实验室的射频RF-500型射频等离子体增强CVD镀膜机相配套的射频电源阻抗匹配器RS-500为研究对象,对射频电源的手动阻抗匹配器的原理和设计进行研究,并把传入电表的信号传入计算机中进行自动控制,实现自动匹配。本文以功率检测模块的详尽设计和对系统建立的数学模型进行控制仿真为重点研究内容,结合功能较为完善、技术相对成熟的其他模块如传动模块、信号转换模块等的分析研究,提出了射频电源自动阻抗匹配器较为完善的设计方法,在总体结构设计原理上有一个相对完整的认识。

  本文电路的设计是基于匹配原理的,即随着镀膜过程中等离子体阻抗的变化,通过阻抗匹配器来实现整体传输电路的共辆阻抗匹配,使得入射功率始终达到最大,反射功率达到最小,以保证镀膜的质量。等离子体的变化,可以等视为电路中的一个阻抗,匹配器通过调节自身模块中的两个可变电容,来实现整个传输电路的共扼匹配。确定共扼匹配的方法是通过检测入射功率和反射功率,使得入射功率达到最大,反射功率达到最小为宜。功率可由电流、电压和两者之间的相位来表征,即P=U*I‘cose。在功率检测模块,测量电流的电流互感器选用性能优于传统线圈的Rogowski线圈,测量电压的电压互感器选用电容式电压互感器,由于两者的相位在镀膜过程中固定,因此两者的相位角不变,不用测量。由电流互感器和电压互感器组成的定向耦合装置,是功率检测模块的核心部分。本文着重分析了功率检测模块的电路,提出了合理的设计方案。然后通过对其他各个模块的分析,得出可行性的设计方案。最后对传输电路进行数学模型的建立,并用MATLAB对信号进行PID控制仿真,得出了有效的控制方法。

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