等离子体电源反馈电路、反馈方法以及等离子体电源与流程

本发明涉及电源，具体涉及一种等离子体电源反馈电路、反馈方法以及等离子体电源。

背景技术：

1、电感耦合等离子体电源简称icp源，是质谱仪中对样品离子化的一种手段，请参照图1所示，其主要的组成由高功率射频电源、空心线圈、反馈系统、点火系统、冷却系统、供气系统、进样系统等组成，其主要的原理为：

2、首先供气系统给空心线圈所在的腔体内提供一定密度的氩气。

3、然后大功率的射频功率加到空心线圈上，形成射频电流、通过反馈系统的控制，射频电流产生稳定的射频磁场。

4、点火系统启动后，点火针输出高压，高压放点产生火花，产生少量的电子。少量电子被射频磁场牵引高速运动，高速运动的电子和氩原子产生撞击，产生了带正电荷的氩离子和更多的电子，越来越多的电子被射频磁场牵引高速运动，撞击更多的氩原子。在磁场密度很高的地方产生了蓝色的火焰，简称等离子火炬。等离子火炬等效成空心线圈的交流负载。为了稳定等离子火炬。

5、电子撞击氩原子会释放非常高的温度，一些应用场合中的温度可以达到10000摄氏度，所以需要冷却系统给空心线圈和周边的部件降低温度，以至于不被高温所烧融化。

6、被测试样品原子在气的作用力下通过火焰的中心，被高速的电子撞击，形成带正电荷的离子，离子被真空压力吸引到质谱仪器中进行分析。

7、如图2所示，icp射频源输出的高功率的射频正弦波电压驱动射频空心线圈，射频正弦波电压分成了正向部分和反向部分，在线圈上产生了正向变化流动电流和反向变化流动电流，根据麦克斯韦方程，产生了正向和反向的磁力线，牵引了正向和反向的高速运动的电子流，在实际的射频电源中，由于变压器漏感的存在，由于正向谐振电容和负向谐振电容的容量的差异，由于空心线圈的制作工艺的不对称性，由于氩原子在空气中的不均匀性等等不理想因数，会导致正向和反向的电压、电流、离子流的不对称，在这种情况不严重的时候会导致的等离子火炬的不稳定，严重的时候会导致熄火或点火失败。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种等离子体电源反馈电路、反馈方法以及等离子体电源，其可以保证输出功率稳定和输出正负功率的对称。

2、为实现上述目的，本发明实施例第一方面公开了一种等离子体电源反馈电路，所述等离子体电源反馈电路应用于等离子体电源中，所述等离子体电源包括射频电源、调理电路以及空心线圈，所述射频电源通过所述调理电路连接至空心线圈的两端，其特征在于，所述等离子体电源反馈电路包括控制电路、第一电子开关、第二电子开关、平均功率反馈电路以及差异反馈电路，所述控制电路具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

3、所述第一输出端和第二输出端分别通过第一电子开关和第二电子开关连接至所述调理电路的控制端，所述平均功率反馈电路的两个输入端和差异反馈电路的两个输入端均分别连接至所述空心线圈的两端，分别用于采集所述空心线圈的平均电压和空心线圈正负电压的差值；

4、所述第一输入端和第二输入端分别连接至所述平均功率反馈电路的输出端和差异反馈电路的输出端，以根据所述平均电压或/和差值控制所述第一电子开关和第二电子开关的占空比或/和频率、或/和导通时间。

5、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述调理电路包括射频功率隔离变压器和谐振电路，所述射频功率隔离变压器的输入端连接至所述射频电源，所述射频功率隔离变压器的输出端通过所述谐振电路连接至所述空心线圈的两端。

6、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述射频功率隔离变压器包括初级绕组以及与所述初级绕组相配合的次级绕组，所述初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组，所述次级绕组包括第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一初级绕组的异名端和所述第二初级绕组的同名端相连，所述第一电子开关和第二电子开关的输出端分别连接至所述第一初级绕组的同名端和第二初级绕组的异名端，所述射频电源的输出端连接至所述第一初级绕组的异名端和所述第二初级绕组的同名端之间；所述第一次级绕组的异名端和所述第二次级绕组的同名端相连后接地，所述第一次级绕组的同名端和所述第二次级绕组的异名端分别连接至所述谐振电路的两个输入端。

7、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述谐振电路包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第二电容的两端分别连接至所述第一次级绕组的同名端和空心线圈的第一端，所述第二电容的两端分别连接至所述第二次级绕组的异名端和空心线圈的第二端，所述第一电容的一端连接至所述第二电容和第一次级绕组的同名端之间，所述第一电容的另一端连接至所述第散电容和第二次级绕组的异名端之间。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一电子开关和第二电子开关均为射频晶体开关管。

9、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一电子开关为第一nmos管，所述第二电子开关为第二nmos管，所述第一nmos管的栅极通过第一分压电路连接至所述控制电路的第一输出端，所述第一nmos管的漏极连接至所述第一初级绕组的同名端，所述第一nmos管的源极接地；所述第二nmos管的栅极通过第二分压电路连接至所述控制电路的第二输出端，所述第二nmos管的漏极连接至所述第二初级绕组的异名端，所述第二nmos管的源极接地。

10、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述第一分压电路包括第一电阻和第三电阻，所述第二分压电路包括第二电阻和第四电阻，其中，所述第一电阻的两端分别连接至所述第一nmos管的栅极和第一输出端，所述第三电阻的一端接地，所述第三电阻的另一端连接至所述第一nmos管的栅极和第一电阻之间；所述第二电阻的两端分别连接至所述第二nmos管的栅极和第二输出端，所述第四电阻的一端接地，所述第四电阻的另一端连接至所述第二nmos管的栅极和第二电阻之间。

11、本发明第二方面中采用本发明第一方面所述的等离子体电源反馈电路的实现等离子体电源的反馈方法，其包括以下步骤：

12、控制电路通过其第一输入端和第二输入端分别获取空心线圈的平均电压以及空心线圈正负电压的差值；

13、控制电路根据所述平均电压或/和差值通过第一输出端和第二输出端分别控制所述第一电子开关和第二电子开关的占空比或/和频率、或/和导通时间。

14、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，根据所述平均电压或/和差值控制所述第一电子开关和第二电子开关的占空比或/和频率、或/和导通时间，包括：

15、所述控制电路根据所述平均电压以及基准电压计算功率误差信号，基于所述功率误差信号调整所述第一电子开关和第二电子开关的占空比或/和频率；

16、或/和，

17、当所述差值为正时，所述控制电路控制减小所述第一电子开关的导通时间，或/和增加所述第二电子开关的导通时间；

18、当所述差值为正时，所述控制电路控制增加所述第一电子开关的导通时间，或/和减小所述第二电子开关的导通时间。

19、本发明第三方面中公开一种等离子体电源和空心线圈，其包括射频电源、调理电路以及空心线圈，所述射频电源通过所述调理电路连接至空心线圈的两端，所述等离子体电源还包括本发明第一方面所述的等离子体电源反馈电路。

20、相比现有技术，本发明实施例的有益效果在于：

21、本发明通过平均功率反馈电路、差异反馈电路与控制电路以及电子开关的配合，可以保证输出功率稳定和输出正负功率的对称。