调节磁控管电源的方法和装置及应用它处理热塑容器的装置的制作方法

专利名称：调节磁控管电源的方法和装置及应用它处理热塑容器的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及调节输送到磁控管的电源领域的改进，该磁控管形成产生超高
频(UHF)电磁波的装置的一部分，所述调节是瞬时微波功率给定值的函数。 本发明提出的改进在热塑性材料的容器的至少一个面上沉积涂层如栅栏 效应涂层方面具有优选但不排外的应用，其中，所述装置借助于低压等离子体 通过用位于UHF波段的超高频电磁波在容纳所述容器的圆柱形抽空腔中激励 气体前体以沉积涂层，所述UHF电磁波由UHF波发生器发出，所述UHF波 发生器包括具有阳极的磁控管和连接到所述阳极用于向其提供高压电路的电 源装置。
在本文中对本发明进行具体说明，应当理解，本发明提出的磁控管电源的 调整在其它领域中也能实施。
背景技术：
文献FR2 776 540描述了一种形成阻挡层的工艺，特别地，文献FR2 783 667、 FR2 792 854和FR2 847 912描述了能进行这种沉积的各种装置的实例。
熟悉本领域的技术人员知道，在冷等离子体方法中，特别在本技术领域中 公知为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法中，发出瞬时微波能量 等级的精确度和在处理循环期间发出的功率波形二者构成了能实现基本恒定 的涂层沉积质量的一些主要因素，随着时间过去，可以获得基本上相同质量的 容器。在具有多种沉积装置的批量生产的工业设备中，是控制传送到设备所有 装置中所有腔体中的瞬时微波能量等级的精确度是非常重要的，以最小化单个 机器内装置之间的性能差别，或者，实际上，以最小化不同机器之间的性能差 别，并由此最小化多个装置中各自处理的容器之间的质量差别。
实际上，可用于精确地调整微波能量等级的装置的各部分(循环器，用于 测量所发出的真实微波能的设备，调整接线柱......)是公知的。然而，装置的
这些部件很昂贵，并由此在始终关注的低成本的工业设备中难于应用；而且， 装置的这种部件体积大且，因此难于安装在工业机器中，特别地，当为旋转型 时，装置已经非常混乱，且其中仍可获得空间的较少；最后，有效且高效执行 的这种类型的装置需要精细的校准调整，该调整仅通过合格人员进行，这在用 于批量生产的工业装置中是不可行的，在工业装置中始终关注用于简化实施和 操作的技术装置。
由此，为了满足高速工业工艺中降低沉积在容器上的涂层特性的分散的需 求，必须找到具体且不昂贵的解决方案，用于精确地控制磁控管操作。
需要提醒的是，作为任何使用微波的系统的核心的磁控管用于将输入的高 压(几千伏(KV))转换为给定超高频(微波)的电磁波。高压通过适合于将 低压电源(特别常规电源网络电压，例如400伏特(V)三相)转换为高压的 高压电源传输，该高压被调制成磁控管的输出所需的微波功率的函数。对于每 一个磁控管型号，磁控管制造商提供用于限定高压电源特性的基本曲线。由此， 对于每个磁控管型号，都可以特别地获得作为所发出微波功率函数的阳极电流 下的变化曲线、作为所发出微波功率函数的电效率的变化曲线以及作为所发出 微波功率函数的施加到磁控管的高压变化曲线。
对于给定的发射微波功率，磁控管的电效率基本上是稳定的，作为所发射 的微波功率的函数其几乎不变化(在磁控管的典型实例中，发射的微波功率在 350瓦特(W)至900W的范围内变化所产生的电效率的变化约为2.8X)。
然而，仅当磁控管连接到被称作"相匹配的"负载时所有这些磁控管特性都 是有效的。该负载即为不将自其接收的微波能量部分反射回磁控管。
不幸的是，通过本发明较具体涉及的这种类型装置，即用于在接收所述容 器的圆柱形真空腔体中借助于低压等离子体通过用UHF电磁波激励气体前体 在热塑性材料容器上沉积涂层的装置，不仅连接到磁控管的负载是不匹配的， 而且，随着时间过去其并不恒定，且其非常快地变化(在几毫秒的周期中)。 负载的这些变化是对给定的平均微波功率(装置操作条件如由操作者作为操作 给定值设定)在腔体中形成等离子体的条件所固有的，
在工艺开始时，还未建立等离子体；连接到磁控管的负载很差地匹配且负 载反射大量能量；
之后，等离子体在腔体中建立；连接到磁控管的负载较好地匹配且负载反
射较少的能量。
这点上需要强调的是平均功率给定值在这两个操作步骤之间是不变的。施 加到磁控管的电压和电流的变化单独与面临变化的反射能量数量的磁控管的 状态有关。
在保持磁控管实际发射的微波功率为给定值的的尝试中，公知的是执行阳 极电流调节预先确定阳极电流和发射的微波功率(这个特征可以形成磁控管 的生产商提供的数据的一部分)之间的比例系数；操作中，连续地测量阳极电 流值并对作为高压发生器地负载的变化的函数的阳极电流进行比例纠正，以尽 可能地相对于功率给定值保持磁控管所发射的微波功率恒定。
电源调节的速度可被选择成相对低(响应时间大于100毫秒(ms))，同 时从严重不匹配的负载条件转换成较佳匹配的负载条件的时间非常短，并能与
一个高压周期(例如，约10ms至20ms)相对应。其结果是，主要在开始阶段 中，上述不平衡能延伸到多个高压脉冲上，与所发出微波功率的通过高压电源 传送的功率中大量不平衡基本上是类似的。
对于更具体的想法，附图中的图1示出了磁控管的典型实例的操作并以时 间(沿横坐标，单位为秒)的函数绘制了应用到磁控管的接线端的高压的变化 (连续曲线，沿纵坐标绘制在右手侧的纵坐标上，单位为伏特)以及在上述条 件下相应的经过调节的阳极电流的变化(虚曲线，沿左手侧的纵坐标绘制，单 位为毫安培)。
可以看出，对于由前两个循环构成的组(图中左侧)，高压为一3.6千伏(kV) 的最低值；由较差地匹配的负载(还没有建立起等离子体)反射的能量百分比 很高。对于由后续循环构成的组，高压取一4kV的值，等离子体建立，负载较 好地匹配，仅较小百分比的能量被反射。
施加到发生器的阳极电流相对较慢地被调整，响应时间约为40ms。脉冲 PA (属于第一循环组)和PB (属于后续循环组)的瞬时峰值功率如下
脉冲PA:阳极电流为360毫安培(mA)，磁控管的制造商给出每毫安3W 微波的比例系数，所以由磁控管传送的瞬时微波功率为360X3，即1080W; 以及
脉冲PB:阳极电流为305mA;由磁控管传送的瞬时微波功率为305X3， 即915W。 对于图1中所示的在操作条件转换中尽可能靠近的两个脉冲PA和PB，
可以认为，假设调整电源相对缓慢，电源操作的内部参数保持不变。由由于连 接到在两种情况下继续传送平均微波功率的磁控管的负载的匹配变化导致磁
控管传送的微波功率之间的差别约为15%，因此这是非常大的。
其结果是，由于高压电源受功率的较大且快速的变化的影响，适合利用阳 极电流调节以保持磁控管发射的微波功率为给定值的操作条件没有被最优化。

发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的可以更好地满足实际要求的手段(方法 和装置)，使得与以较低的成本特别是将快速改变等级微波能量反射向磁控管 的情况下的瞬时给定值功率相比，能改善并优化由磁控管提供的瞬时微波功率 的准确度。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供一种用于作为瞬 时微波功率给定值的函数调节供应到磁控管的电功率的调节方法，所述磁控管 形成产生超高频电磁波的装置的一部分，本发明的方法，其特征在于，包括以
下步骤
预先确定并在存储器中至少一个作为磁控管的电效率的值； 输入平均微波功率给定值；
转换所述平均微波功率给定值，从而获得低频的瞬时功率给定值信号；
以较高的采样频率采样所述瞬时功率给定值信号；
测量并采样提供给磁控管的阳极电流和高压的瞬时值；
计算所述采样瞬间的阳极电流乘以所述采样瞬间的高压瞬时值以及预先 确定的磁控管的电效率值的乘积，以获得所述采样瞬间的测量的瞬时微波功率 值；
比较所述测量的瞬时微波功率值和在相应的瞬间采样所得的瞬时功率给 定值，从而得出所述采样瞬间的差值；
根据在采样瞬间计算的所述差值和所述连续的采样瞬间采样所得的瞬时 功率给定值，确定作为在所述连续的采样瞬间有效的预定调节关系的函数校正 的采样瞬间的瞬时微波功率值；以及
执行功率到控制电量的转换，以获得表示经过校正的瞬时微波功率并适合
于控制供应到磁控管的功率的模拟信号。
通过执行本发明的配置，可以大幅度地降低瞬时功率差从高压发生器的偏 移，从而所发出微波功率基本保持相似。
返回到与脉冲PA和PB相关的上述数值实例，通过执行本发明的方法可 以获得的如下的结果
脉冲PA:对于360mA的阳极电流、-3550V的高压和73.7%的平均磁控 管电效率(通过磁控管制造商提供的或者之前测量的预定特性)，磁控管的瞬 时微波功率为942W;
脉冲PB:对于305mA的阳极电流、-4050V的高压和73.7%的装置磁控 管电效率，磁控管发射的瞬时微波功率是910W。
从而，对平均发射的微波功率级，在两个脉冲PA和PB之间的磁控管功 率差值仅为3.4%，这是非常接近的。因此，与目前为止所实施的仅调整阳极 电流相比，执行本发明的调节使得其简单，且不怎么昂贵地将高压发生器的操 作功率差縮小为四分之一。
此外，本发明的配置由于由此获得的高速相应是特别有利的。
本发明的配置可以产生多种调节变量。
在本发明的方法的具体实施中，进行功率到频率的转换以利用谐振转换器 控制电源装置。
由于磁控管的电效率作为驻波比的函数会发生相当大地变化，为了确定传
送到磁控管的瞬时功率，可以根据操作条件使用以下解决方案中的一个或另一 个。
对小于给定阈值的驻波比，磁控管的电效率被假定为恒定，预先确定并存 储在存储器中的值为磁控管的平均电效率值；或者
对于大于预定阈值的驻波比，预先建立并存储应用到磁控管的瞬时电压和 瞬时阳极电流的测量值对和磁控管的电效率值的对应关系，在操作中，利用应 用到磁控管的瞬时电压和瞬时阳极电流的测量值和存储在存储器中的与所述 电压和阳极电流的瞬时测量值对相对应的电效率值确定瞬时功率。
上述说明的方法当磁控管向抽空的腔体中发射UHF电磁波是具有特别有 利的应用，其中，该腔体形状大致为圆柱状且适合于容纳至少一个热塑性材料 的容器，在该容器的一个表面上借助于低压等离子体通过用所述UHF电磁波激励气体前体沉积防护材料涂层。
根据本发明的第二方面，提供一种用于作为瞬时微波功率给定值的函数调 节超高频电磁波发生器的磁控管电源的用于实本发明的方法的调节装置，其特 征在于，所述调节装置包括
用于存储至少一个作为磁控管的电效率的预先确定的值的存储装置；以及
微控制器，所述微控制器包括
输入装置，用于输入平均微波功率给定值；
转换器单元，适合于将所述平均微波功率给定值转换成低频的瞬时功率给 定值信号；
采样器单元，适合于在高采样频率下对所述瞬时功率给定值信号进行采
样；
测量装置和采样器单元，适合于检测并采样提供给磁控管的阳极电流和高 压的瞬时值；
设置成用于计算所述采样瞬间的阳极电流值乘以所述采样瞬间的高压瞬 时值以及预先确定的磁控管的电效率值的乘积以获得采样瞬间的测量的瞬时 微波功率值的装置；
比较器，设置成用于比较所述测量的瞬时微波功率值和在相应的瞬间采样 所得的瞬时功率值给定值，从而得出所述采样瞬间的差值；
响应在采样瞬间计算的所述差值以及连续的采样瞬间采样所得的瞬时功 率给定值以确定作为在所述连续的采样瞬间有效的预定调节关系的函数校正 的采样瞬间的瞬时微波功率值的装置；禾口
用于将功率转换成控制电量的功率转换器装置，用于将功率转换为控制电 量以控制经过校正的瞬时微波功率值，从而获得表示经过校正的瞬时微波功率 并适合于控制供应到磁控管的功率的模拟信号。
这种装置可以设置成实施各种变量调整。
在一个实际实施例中，电源装置为谐振变换型的，其中谐振频率用于控制 电量值，用于将功率转换成控制电量的转换器装置是功率至频率转换装置。
在适合于在驻波比为小于预定阈值的较小的值时(例如典型地约小于2) 时实施的简单实施例中，磁控管的电效率是存储在存储器中的预定恒定值。
相反，当驻波比为高于预定阈值的较大的值时(例如，典型地约大于2)
时，该装置具有适合于在存储器中存储磁控管阳极电流和磁控管接线端之间的 电压的多对值和磁控管的电效率的对应值之间的对应关系的的存储装置。
在优选实施例中，用于磁控管的阳极的电源装置包括谐振斩波器电源，该 电源包括分别通过两个控制单元成对控制的功率开关桥，以及沿着所述开关 桥的对角线连接的谐振滤波器，所述功率至频率转换器装置具有两个分别连接 到所述两个控制单元的反相的输出。
上述的调节装置在用于在至少一个热塑性材料的容器的表面上沉积涂层 的装置中具有特别有利的应用，其中，所述装置在容纳所述容器的圆柱形抽空 腔中使用低压等离子体通过利用UHF电磁波激发的气体前体在容器表面沉积
涂层。所述装置包括UHF波发生器和用于将所述波发生器连接到腔体侧壁中 的窗的UHF波导，所述UHF波发生器包括具有阳极的磁控管；连接到所述 阳极用于向阳极提供高压电流的电源装置；以及，作为瞬时微波功率给定值的 函数调节磁控管的电功率的调节装置。特别地，所述装置为配置有多个用于处 理容器的台子的旋转传送带型装置，每个台子包括具有自己的根据本发明调节 的电源的磁控管。


通过阅读仅作为示意性实例给出的一些优选实施例的详细描述，可以更好 地理解本发明。在描述中，参考以下附图，其中
图1为磁控管的典型实例的操作的示意图，其作为时间(沿着横坐标绘制， 单位为秒)的函数示出了磁控管接线端之间的高压(实线曲线)的变化(绘制 在右手侧纵坐标上，单位为伏特)以及在上述条件下控制的阳极电流(虚线曲 线)的相应的变化(绘制在左手侧纵坐标上，单位为毫安)；
图2是本发明的用于磁控管实施装置的高压电源装置的优选实施例的简 化框图3是图2所示的装置中实施的微控制器的实施例的框图4A和4B是概括图2和3中所示的装置的操作模式的示意图。
具体实施例方式
现在开始参考图2，图2示出了本发明的从电源为标记为M的磁控管提
供高压的装置的优选实施例的简化框图，其中，所述电源实际上是一般交流
(AC)电源网络，典型地为工作在400V的三相电网，在图中，该三相电网标
记为s。
在一般情况下，该装置是AC-AC型电源。因此，装置在输入端设置有整 流器和将交流电压转换成经过整流和平滑的的电压的滤波级，该经过整流和滤 波的电压被提供给任一种合适结构的固定型电源装置2，用于产生交流电压。
实际上，优选地使用谐振变换型电源装置2，如图中所示，该谐振变换型 电源装置2包括一组四个开关Q1至Q4 (典型地为快速开关晶体管)，所述四 个开关与两个控制单元3号4共同桥接，每个控制单元用于控制相应的一对开 关Ql和Q3或Q2和Q4。谐振滤波器5的一边连接到Ql和Q3之间的桥另一 边连接到Q2和Q4之间的桥。
位于转换器电流支路中的谐振滤波器5由电感器和电容器的组合构成，该 电感器和电容器具有被选择为便于获得具有适当Q因数的最佳谐振频率。
这种类型电源的操作对本领域技术人员是公知，且简要总结如下。
谐振滤波器调制输入信号的振幅。该振幅的变化是构成滤波器部件的特性 和信号频率的函数。谐振滤波器还改变了在电压和电流之间存在的相位偏移。
当信号频率与滤波器谐振频率相对应时振幅为最大值。振幅作为谐振频率和信 号真实频率之间的差值的函数衰减。
在谐振滤波器的输出端，放大器单元6拾取非常高频的交流电压，该交流 电压的振幅随后在放大器单元6中被放大。在位于放大器单元6的下游的输出 单元7中经过整流和滤波之后，UHF功率信号被提供给磁控管M的阳极。
调节循环在输出单元7的输出端可以包括由公知的传感器构成的电流检 测装置8和电压测量装置9,所述电流检测装置8和电压测量装置9分别检测 被传送到磁控管M的阳极的阳极电流的瞬时值Ib和高压瞬时值Ebm。
关于传递到磁控管的阳极电流和电压的测量，需要强调的是，这些测量需 要尽可能接近磁控管地进行，以便于测量供应到磁控管电功率的准确值。尽管 如此，也可以在远离磁控管的电路的其它点进行这些测量；在这种情况下，进 行预先测量以确定远处点的测量值和磁控管处的测量真实值之间的比例关系， 在操作中，使用经过预先确定的比例关系校正的远处点的测量值。
电流和高压测量装置8和9分别连接到如数字信号处理(DSP)型微处理
器10的两个输入端，所述微控制器10具有分别连接到控制单元3和4的控制
输入的反相的两个输出端，用于控制开关Q1至Q4。微处理器10处理阳极电 流和高压值Ib和Ebm，并通过作用于以较高的频率控制电路开关Ql至Q4的 控制单元3和4来管理功率调节，特别地，通过实施脉冲宽度调制技术来管理 功率调节。
微控制器10还通过人机接口装置19接收由操作者给定的功率给定点信号 Pmean (平均微波功率)，并通过该功率给定点信号确定用于装置操作的所需的 瞬时微波功率。
最后，连接到微处理器10的存储装置20为磁控管M存储至少一个预定
的电效能值n。
微控制器10利用阳极电流Ib和高电压Ebm的瞬时测量值计算瞬时功率 测量的瞬时功率二IbXEbmX磁控管电效率
然后计算瞬时微波功率的给定值和测量的瞬时功率之间的差值。
之后，根据
瞬时微波功率给定值；
所计算的差值(可以考虑到至少一个之的前测量期间确定的差值)；以及 预先建立的和/或选择的用于获得所需的调节的预定调节关系(该调整关
系是任一种合适类型的，例如输入到微控制器的比例积分微分(PID)型调节
关系；
微控制器10将控制信号发送到用于控制开关Q1至Q4的控制单元3和4 。 返回到上述的涉及脉冲PA和PB的数字示例，通过实施本发明的处理可
以获得如下的结果
脉冲PA:对于360mA的阳极电流、-3550V的高压和73.7%的平均磁控
管电效率(通过磁控管制造商提供的或者之前测量的预定特性)，磁控管的瞬
时微波功率为942W;
脉冲PB:对于305mA的阳极电流、-4050V的高压和73.7%的装置磁控 管电效率，磁控管发射的瞬时微波功率是910W。
对平均发射的微波功率级，在两个脉冲PA和PB之间的磁控管功率差值 仅为3.4%，这是非常接近的。因此，本装置中磁控管在调节非常好的条件下 操作。
图3示出了微控制器10的优选的具体实施例。
由操作人员利用人机接口装置19输入平均功率给定值Pmean由转换器单元 11处理，转换器单元11将该平均功率给定值转换为低频的瞬时功率给定值信 号，典型地该瞬时功率给定值信号的频率约为IOOHZ。随后，瞬时功率给定值
信号在采样单元12中被数字化。典型的采样频率约为20kHz，这在瞬时功率 给定值信号的一个周期T中产生约200个测量点。
采样单元12具有分别从两个连续的采样点n和ri+l传送样本值的两个输 出端。
接收采样点n的值Pinst—c的输出端连接到比较器13如代数比较器的一个 输入端(如+输入端)。代数比较器13的另一个输入端(一输入端)从按下述 设置的调节回路接收信号。
测量到的瞬时高压和瞬时阳极电流信号Ebmjn和Ib一m分别由上述位于 磁控管M的接线端处的测量装置9和8检测，随后它们被发送到采样器单元 16以对其进行采样。相应的采样所得的数据被输入到提供瞬时电功率的测量 值Pelec^m^EbmXIb的第-一乘法器装置17，瞬时电功率的测量值Pelect—m即 为实际输送到磁控管电功率。
该量值又被输送到第二乘法器装置18的输入端，该第二乘法器装置18 具有接收涉及磁控管M的效率的数据Eff的另一个输入端。第二乘法器装置 18的输出信号表示测量的瞬时微波功率Pinst一m，换句话说，是被磁控管有效 转换为微波功率的功率。基于测量的瞬时微波功率Pinst一m，积分装置21用于 计算测量的平均微波功率，该微波功率输送给操作者(通过人机接口装置19) 以提供与平均微波功率给定值的可视比较。
该瞬时微波功率信号Pinst一m被输送到上述比较器13的另一个输入端(这 种情况下是负输入端)。
从比较器13输出的瞬时微波功率给定值和测量值之间的差值s被输入到 具有设定为预定限制值的极限的瞬时功率校正单元14，该瞬时功率校正单元 14具有连接到输送采样点n+l处的采样值Pinst—c的采样器单元12的另一个 输出端的主输入端。瞬时功率校正单元14利用采样点n的采样瞬间计算的差 值s，作为直接连续的采样瞬间采样所得的瞬时功率给定值的函数，并作为在 采样点n+l处的该采样瞬间应用的预定调节关系的函数，在代数上校正值
Pinst—c。
瞬时功率校正单元14的输出连接到用于将功率转换成控制电量的转换器 单元15 (其中控制电量是谐振转换器的上述实例中的频率)，该转换器单元适 合于处理在频率限制值F—max和F—min之间限定的变化的近似为线性的部分， 该频率极限值形成以值Fr:PO二f(Fr， F—min， F—max)为中心的频率的函数的功 率图。最后，用于将功率转换为控制电量的转换器单元15将作为限制在值 F—min和F—max之间限制的时间的函数的频率信号传送到电流分支。
最后，从将功率转换为控制电量的转换器单元15输出的该信号被输送到 连接到磁控M的上述电源组件(电源装置2，放大器单元6、输出单元7)。
总之，用于以瞬时微波功率给定值的函数调节供应到磁控管M电功率的 调节方法包括以下步骤
预先确定并在存储装置20的存储器存储作为磁控管电效率的至少一个值
在人机接口装置19输入平均微波功率给定值Pmean;
在转换器单元11中转换所述平均微波功率给定值，以获得低频的瞬时功 率给定值信号；
在采样单元12中以较高的采样频率采样所述瞬时功率给定值信号； 使用测量装置8、 9和采样装置16测量提供给磁控管的阳极电流和高压的 瞬时值；
装置17、 18用于计算所述采样瞬间n的阳极电流值乘以所述采样瞬间n 的高压瞬时值以及预先确定的磁控管的电效率值的乘积，以获得采样瞬间n 的测量的瞬时微波功率值；
比较器13比较所述测量的瞬时微波功率值和在相应的瞬间n采样所得的 瞬时功率值给定值，从而得出所述采样瞬间n的差值s;
根据在采样瞬间n计算的所述差值和所述连续的采样瞬间n+l采样所得的 瞬时功率给定值，确定作为在所述连续的采样瞬间n+l有效的预定调节关系的 函数校正的采样瞬间n+l的瞬时微波功率值；以及
用于将功率转换为控制电量的转换器装置15用于获得表示经过校正的瞬 时微波功率并适合于控制供应到磁控管的功率的模拟信号。
可以由调节器装置执行上述方法，以作为瞬时微波功率给定值的函数调节 供应到磁控管的电功率。其中，所述调节其装置包括用于存储至少一个作为 磁控管M的电效率的预先确定的值的存储装置20;以及，微控制器IO，所述 微控制器IO包括
输入装置19，用于输入平均微波功率给定值Pm^;
转换器单元11，适合于在将所述平均微波功率给定值转换成低频的瞬时 功率给定值信号；
采样器单元12，适合于在高采样频率下对所述瞬时功率给定值信号进行 采样；
测量装置8、 9和采样器单元16，适合于拾取并采样提供给磁控管的阳极 电流和高压的瞬时值；
装置17、 18，设置成用于计算所述采样瞬间n的阳极电流值乘以所述采 样瞬间n的高压瞬时值以及预先确定的磁控管的电效率值的乘积，以获得采样 瞬间n的测量的瞬时微波功率值；
比较器13，设置成用于比较所述测量的瞬时微波功率值和在相应的瞬间n 采样所得的瞬时功率值给定值，从而得出所述采样瞬间n的差值e;
响应在采样瞬间n计算的所述差值并根据连续的采样瞬间n+l采样所得的 瞬时功率给定值确定作为在所述连续的采样瞬间n+l有效的预定调节关系的 函数校正的采样瞬间n+l的瞬时微波功率值的装置；以及
用于将功率转换成控制电量的功率转换器装置15，用于将功率转换为控 制电量以控制经过校正的瞬时微波功率值，从而获得表示经过校正的瞬时微波 功率并适合于控制供应到磁控管的功率的模拟信号。
由此，向磁控管M提供作为由用户给定的功率给定值的函数的功率。
当所使用的电源是谐振转换器型之外的类型且其中特定电量而不是频率 被控制(例如，电流或相位)的电源用于控制目的时，执行功率至控制电量的 转换。被传送到磁控管的功率由此作为由用户给定的功率给定值的函数被调
在图4中，参考图3，可以看到两幅概括按照本发明设置的装置的操作的 图图4A (其中瞬时功率作为沿着横坐标绘制的时间的函数沿纵坐标绘制) 示出了 (b)处的瞬时功率给定值(图3中的转换器单元11的输出信号)和(f) 处测量到的经过调节的瞬时微波功率；图4B (装置功率作为沿着横坐标绘制
的时间的函数沿纵坐标绘制)示出了 (a)处的平均微波功率给定值(图3中 转换器单元11的输入信号)和(g)处的测量到的平均微波功率。数学上，(a) 处的平均微波功率给定值Pmean (实际上是用于运行处理传送的给定值)表达
为(b)处的瞬时功率给定值Pb (t)的函数，如下
Pmeana= +〖Pb(t),dt
而(g)处测量到的平均微波功率P^,表达为(f)处的经过调节的瞬时 微波功率Pf (t)的函数，如下
Pmeang= 士f Pf(t).dt
可以清楚地看出，两条曲线之间的差别非常小，其中，该两条曲线中，一 条为功率给定值，另一条为实际功率。
为了实施本发明的方法，以实现尽可能精确的调节，用作磁控管电效率的 值必须尽可能精确。但不幸的是，该值根据磁控管的操作条件会产生相当大的 变化。
当驻波比(SWR)相对小(典型地约小于2)时，实际上负载不反射能量， 几乎所有的微波能量都被负载吸收。在这种情况下，磁控管的电效率被认为实 际上是恒定的，其值通过预先测量确定。这是使用的值并将其输入到上述第二 乘法器装置18中。
相反，如果SWR相对较大(通常约大于2)，则由负载反射到电源装置2 的微波能量相对较高，磁控管的电效率大大降低。更精确地，磁控管的电效率 与其操作条件的两个量级特性相关，即所需的微波能级和SWR。因此，为了 最优地实施本发明的方法并获得尽可能精确的调节，需要使用不恒定的与瞬时 操作条件相适应的磁控管的电效率的值。这种情况下，进行预先测试以为供应 到磁控管的电压和磁控管所消耗的阳极电流的值对(或磁控管消耗的瞬时功 率)确定相应的磁控管的平均电效率的近似值。然后才可能绘制出效率值的表 格或者建立输入到微控制器10的存储器中的模型方程。在操作中，进行调节 时，微控制器在两个阶段计算所发出的瞬时功率
首先，领懂输送到磁控管的瞬时阳极电流和电压，该微控制器确定与测量 值对对应的磁控管的电效率值(例如，通过在表中查询或者使用模型方程)； 以及
之后，瞬时功率根据测量值对以及确定的磁控管电效率的相应值确定。所提出的解决方案的优点在于，其非常简单，且不需要另外的传感器或者 计算装置的实施装置是非常经济的；由于操作包括磁控管及其电源的装置也需
要微控制器，且在别处也需要测量提供给磁控管的瞬时阳极电流和瞬时电压， 因此唯一特别的需求在于需要预先确定给出作为瞬时电流和电压的测量值对 的磁控管的电效率的各种值的表格或者模型方程，考虑到目前电子装置的性 能，该需求并不构成不利的限制。
本发明的配置在用于在至少一个热塑性材料的容器的表面上沉积涂层的 装置中具有特别有利的应用，其中，所述装置在容纳所述容器的圆柱形抽空腔
中使用低压等离子体通过利用UHF电磁波激发的气体前体在容器表面沉积涂 层。所述装置包括UHF波发生器和用于将所述波发生器连接到腔体侧壁中的 窗的UHF波导，所述UHF波发生器包括具有阳极的磁控管M;连接到所 述阳极用于向阳极提供高压电流的装置2;以及，作为瞬时微波功率给定值的 函数调节磁控管M的电功率的调节装置。实际上，所述装置优选地为配置有 多个用于处理容器的台子的旋转传送带型装置，每个台子具有自己的经过调节 的电源的磁控管。
权利要求
1、一种用于作为瞬时微波功率给定值的函数调节供应到磁控管(M)的电功率的调节方法，所述磁控管形成产生超高频电磁波的装置的一部分，其特征在于，所述调节方法包括以下步骤预先确定并在存储器(存储装置20)中至少一个作为磁控管(M)的电效率的值(η)；输入(在人机接口装置19处)平均微波功率给定值(Pmean)；转换(在转换器单元11处)所述平均微波功率给定值，从而获得低频的瞬时功率给定值信号；以较高的采样频率采样(在采样单元12处)所述瞬时功率给定值信号；测量(使用测量装置8、9)并采样(利用采样装置16)提供给磁控管的阳极电流和高压的瞬时值；计算(利用装置17、18)所述采样瞬间(n)的阳极电流乘以所述采样瞬间(n)的高压瞬时值以及预先确定的磁控管的电效率值(η)的乘积，以获得采样瞬间(n)的测量的瞬时微波功率值；比较(利用比较器13)比较所述测量的瞬时微波功率值和在相应的瞬间(n)采样所得的瞬时功率给定值，从而得出所述采样瞬间(n)的差值(ε)；根据在采样瞬间(n)计算的所述差值和所述连续的采样瞬间(n+1)采样所得的瞬时功率给定值，确定作为在所述连续的采样瞬间(n+1)有效的预定调节关系的函数校正的采样瞬间(n+1)的瞬时微波功率值；以及执行(转换器装置15)功率到控制电量的转换，以获得表示经过校正的瞬时微波功率并适合于控制供应到磁控管的功率的模拟信号。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行功率到频率的转换以 控制谐振转换器电源装置(2)。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对小于给定阈值的驻波比， 磁控管的电效率被假定为恒定，预先确定并存储在存储器(20)中的值为磁控 管的平均电效率值。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于大于预定阈值的驻波 比，预先建立并存储应用到磁控管的瞬时电压和瞬时阳极电流的测量值对和磁 控管的电效率值的对应关系，在操作中，利用应用到磁控管的瞬时电压和瞬时 阳极电流的测量值和存储在存储器(20)中的与所述电压和阳极电流的瞬时测 量值对相对应的电效率值确定瞬时功率。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁控管(M)向圆柱形的适合于容纳至少一个热塑性材料的容器的抽空腔中发射超高频电磁波，该 容器具有一个表面，在盖表面上利用低压等离子体通过利用所述超高频电磁波激发气体前体沉积隔离材料的涂层。
6、 一种用于作为瞬时微波功率给定值的函数调节超高频电磁波发生器的 磁控管(M)电源的用于实现权利要求1所述的方法的调节装置，其特征在于，所述调节装置包括用于存储至少一个作为磁控管(M)的电效率(T!)的预先确定的值的存 储装置(20);以及微控制器(10)，所述微控制器包括输入装置(19)，用于输入平均微波功率给定值(Pmean); 转换器单元(11)，适合于将所述平均微波功率给定值转换成低频的瞬时 功率给定值信号；采样器单元(12)，适合于在高采样频率下对所述瞬时功率给定值信号进 行采样；测量装置(8， 9)和采样器单元(16)，适合于检测并采样提供给磁控管 的阳极电流和高压的瞬时值；装置(17， 18)，设置成用于计算所述采样瞬间(n)的阳极电流值乘以所 述采样瞬间(n)的高压瞬时值以及预先确定的磁控管的电效率值(ri)的乘积， 以获得采样瞬间(n)的测量的瞬时微波功率值；比较器(13)，设置成用于比较所述测量的瞬时微波功率值和在相应的瞬 间(n)采样所得的瞬时功率值给定值，从而得出所述采样瞬间(n)的差值(e);响应在采样瞬间(n)计算的所述差值以及连续的采样瞬间(n+l)采样所 得的瞬时功率给定值以确定作为在所述连续的采样瞬间(n+l)有效的预定调 节关系的函数校正的采样瞬间(n+l)的瞬时微波功率值的装置；和用于将功率转换成控制电量的功率转换器装置(15)，用于将功率转换为 控制电量以控制经过校正的瞬时微波功率值，从而获得表示经过校正的瞬时微 波功率并适合于控制供应到磁控管的功率的模拟信号。
7、 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，电源装置(2)为谐振变换型的，其中谐振频率用于控制电量值，用于将功率转换成控制电量的转换器装 置是功率至频率转换装置。
8、 根据权利要求6所述的装置，其特征在于对于小于预定阈值的驻波比，磁控管的电效率被假定为是恒定的，存储装置(20)适合于存储预先确定的作为磁控管的平均电效率的值。
9、 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，对于大于预定阈值的电压 驻波比，以及根据多个应用到磁控管的瞬时电压和瞬时阳极电流的测量值对确 定的相同多个磁控管的电效率值，存储装置(20)适合于存储与所述施加到磁 控管的瞬时电压和瞬时阳极电流的多个测量值对对应的相同多个磁控管的电 效率值。
10、 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，用于磁控管(M)的阳极 的电源装置(2)包括谐振斩波器电源，该电源包括分别通过两个控制单元(3， 4)成对控制的功率开关(Ql至Q4)桥，以及沿着所述开关桥的对角线 连接的谐振滤波器(5)，所述功率至频率转换器装置(15)具有两个分别连接 到所述两个控制单元(3， 4)的反相的输出。
11、 一种用于在热塑性材料的容器的至少一个面上沉积涂层的装置，所述 装置借助于低压等离子体通过用超高频电磁波在容纳所述容器的圆柱形抽空 腔中激励气体前体以沉积涂层，该装置包括超高频波发生器和连接所述超高频 波发生器和腔的侧壁中的窗的超高频波导，所述超高频波发生器包括具有阳 极的磁控管(M);连接到所述阳极以提供高压电流的电源装置(2);以及调节作为瞬时微波功率给定值的函数的供应到磁控管(M)的电功率的调节装置， 所述装置的特征在于，所述调节装置根据权利要求6设置。
12、 根据权利要求ll所述的装置，其特征在于，电源装置(2)是谐振转 换器型的，其中谐振频率为控制电量，用于将功率转换成控制电量的转换器装 置是功率至频率转换装置。
13、 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，对于小于给定阈值的相 对小的驻波比，磁控管的电效率被假定为恒定的，存储装置(20)适合于存储 预先确定的作为磁控管平均电效率的值。
14、 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，对于大于预定阈值的相 对高的电压驻波比，以及根据多个应用到磁控管的瞬时电压和瞬时阳极电流的 测量值对确定的相同多个磁控管的电效率值，存储装置(20)适合于存储与所 述施加到磁控管的瞬时电压和瞬时阳极电流的多个测量值对对应的相同多个 磁控管的电效率值。
15、 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，用于磁控管(M)阳极 的电源装置(2)包括谐振斩波器电源，所述谐振斩波器电源包括分别通过两 个控制单元(3， 4)成对控制的功率开关(Ql至Q4)桥，以及沿着所述开关 桥的对角线连接的谐振滤波器(5)，所述功率至频率转换器装置(15)具有两 个反相的分别连接到所述两个控制单元(3， 4)的输出端。
全文摘要
通过如下步骤作为瞬时微波功率给定值的函数调整磁控管(M)的电源预先确定并存储(20)作为磁控管的电效率的值(η)；输入(19)平均微波功率给定值，并将其转换成低频瞬时功率给定值信号，该信号在高频下被采样；测量(8，9)并采样提供给磁控管的阳极电流和高压的瞬时值；计算(10)采样瞬间(n)瞬时微波功率给定值和电流乘以高压乘以效率的乘积之间的差值；确定连续的采样瞬间(n+1)的瞬时微波功率值，该瞬时微波功率值作为在所述采样瞬间(n+1)有效的预定调节关系的函数被校正；以及，将其转换为表示用于驱动磁控管的经过校正的瞬时微波功率的模拟信号。
文档编号G05F1/66GK101178609SQ200710163498
公开日2008年5月14日 申请日期2007年10月25日 优先权日2006年10月25日
发明者厄坦·塞特尼尔, 尼古拉斯·乔梅尔 申请人:西得乐公司