影響真空濺射用射頻電源特性因素的研究
研究了用于真空濺射沉積射頻電源的功率轉換效率和頻率穩定性的影響因素,分析了E類功率放大器和射頻驅動級電路的工作特性。推演了最大輸出功率公式,運用matlab對其歸一化處理,得出最優占空比;在最優占空比條件下,根據射頻電源功率放大器對射頻驅動級電路的要求,設計了射頻驅動級電路,提高了射頻電源功率輸出頻率的穩定度。經電路實驗測試,其結果顯示,波形規整、穩定。
20世紀60年代,射頻電源開始用于射頻濺射沉積制取薄膜。隨著自動化生產規模的擴大,射頻電源越來越向小型化、集成化發展,實現高效的、穩定運行的射頻電源越來越重要。目前,我國常用的射頻電源技術水平與國外相比相對落后,尤其是效率轉換低,工作穩定度差。所以,急需一種高效率、穩定性好的射頻電源來滿足現代化工業發展的需求。
射頻功率放大器是射頻電源的核心部件,影響射頻電源的功率轉換效率,射頻電源驅動級是功率放大級的基礎,其驅動信號的好壞決定了射頻輸出功率的頻率穩定性。1975年至今,由Sokal等幾位科學家提出的E類功率放大器,有效地解決了功率轉換效率低的問題。本文主要研究了射頻電源的功率轉換效率和頻率穩定性的影響因素,分析了E類功率放大器的工作特性,推演了最大輸出功率;設計了射頻電源驅動級電路,并對其進行了實驗測試。
1、理論分析
1.1、工作特性
E類功率放大器電路主要由有源器件(理想開關S)、并聯電容CP、LS-CS諧振網絡和負載R組成,電路圖如圖1所示。
圖1 E類功率放大器
若在有源器件S和負載R上沒有功率損耗,作如下假設:
(1)有源器件兩端電流導通瞬間,電壓為零(ZVS);
(2)開關導通瞬間,電壓斜率為零(ZVDS)。
所有器件都處于理想狀態下,假定LS-CS諧振網絡的品質因數足夠大,使負載R上獲得一個理想的正弦電壓。若電流iL(θ)流過負載R為一個正弦波:iL(t)=IRFsin(θ),則總電流為i(θ)=IDC+iL(θ),繪出直流偏置總電流的波形,如圖2所示。
圖2 直流偏置電流波形圖
4、結論
通過射頻電源特性的研究、分析與計算,得到了E類功率放大器的最優占空比,實現了功率的最大輸出,可以提高射頻電源的功率轉換效率。優化設計了射頻驅動級電路,經實驗測試,輸出波形規整、穩定,證明了射頻電源驅動級電路設計是合理有效的,為射頻電源的電路設計提供了參考。