专利名称：数字式射频电源的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种数字式射频电源，具体地说是一种通过调节驱动脉冲的高度
和宽度来控制射频功率输出的数字射频电源。
背景技术：
在现代分析测试仪器中，ICP-MS、 ICP-AES (0ES)都是一些精密的分析测试仪器，它 可快速同时检测周期表上几乎所有元素，成为公认的最有力的元素分析手段。在这一类仪 器中，其共同的特点就是都使用了射频发生装置，即射频电源。现有的工作在它激方式下的 射频电源一般由信号产生电路，信号驱动单元，功率放大单元，阻抗匹配电路等组成。射频 电源的主要特征是所有的器件工作在放大区域，这种射频电源的最大问题是由于主要器件 工作在线性区域，系统的效率较低，且系统的调节、保护等不能很好的控制，射频电源的工 作状态不能得到直观的表征。
发明内容为了克服现有射频电源工作效率低、可控性差、保护措施单一以及工作状态表征 不直观的不足，本实用新型提供了一种数字式的射频电源。该电源不仅工作效率高，同时电 源的重要工作参数都能通过控制单元中的主CPU进行实时采集、分析，并通过控制单元中 的主CPU对控制参数进行设定，如果参数出现异常则能及时对电源进行保护，从而大大提 高了射频电源的工作效率和可靠性。 实现本实用新型目的采用的技术方案是该射频电源包括控制单元、射频时钟发 生单元、电压可调直流电源、射频功率放大单元、功率合成器和定向耦合器，控制单元分别 与射频时钟发生器单元和电压可调直流电源相连，可分别对射频时钟的占空比和直流电源 的输出电压进行调节，射频时钟发生单元的输出和电压可调直流电源的输出均与功率放大 单元连接，功率放大单元的功率输出经功率合成器合成后，再经定向耦合器完成对入射功 率和反射功率的测量，最终完成射频功率的输出，定向耦合器的测量输出与控制单元连接。 所述的控制单元采用单片机作为主控制芯片，控制单元为PIC16F877A单片机，外 接A/D、 D/A以及相关的信号调理电路，完成对射频电源装置的状态检测与控制，其主要功 能是(1)射频电源装置的系统自检；(2)完成大功率管冷却水的温度检测以及保护控制； (3)功率电源和驱动电源的电压、电流参数监测和控制；(4)射频电源功率的设定；(5)射频 时钟信号的输出控制；(6)射频功率的调整，包括脉冲宽度调整方案和脉冲高度调整方案 (7)射频电源装置工作异常的保护与控制。 所述的功率放大单元包括3或4块功率放大板，每块放大板由信号电平转换单元、 功率驱动单元、高频功率MOS管和传输线变压器组成。 本实用新型所说的射频电源的功率调节采用脉冲宽度调节(P丽)与脉冲高度调 节相结合的方式进行，功率控制参数由主CPU采集的参数数据和电源工作状态决定；主CPU 对主功率电源的输出电压和电流、电压可调直流电源的输出电压和电流、射频时钟发生单元的脉宽设定值以及射频电源内部的温度等参数进行实时检测，以完成对电源工作参数的 采集和故障保护；功率合成器输出的非平衡电流通过传感器转换成电压信号由主CPU采 集；射频电源的功率输出值通过定向耦合器将射频功率转换成电压信号由主CPU采集。 本实用新型装置工作在它激方式下，通过匹配箱与负载线圈相连，输出固定频率 的射频功率。该数字射频电源的特点是系统的功率调节和控制通过调节驱动脉冲的幅值和 占空比实现，在输出功率比较低的情况下，驱动脉冲的幅值相对较低，从而使脉宽不至于很 窄，功率输出更容易稳定控制。在输出高功率的情况下，驱动脉冲的幅值和脉宽宽度都比较 高，从而使放大器工作在开关状态，效率较高。该数字式射频电源在输出功率大于700瓦时 效率高于80%。由于电源的重要工作参数都能通过控制单元中的主CPU进行实时采集、分 析，并通过控制单元中的主CPU对控制参数进行设定，如果参数出现异常则能及时对电源 进行保护，从而大大提高了射频电源的工作效率和可靠性。
图1为本实用新型的结构框图。 图2为本实用新型中功率放大器电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明。 射频电源装置的结构框图如图l所示，包括控制单元、射频时钟发生单元(P丽CLK
GENERATOR)、电压可调直流电源(DC DRIVER POWER)、射频功率放大单元、功率合成器和定
向耦合器，控制单元分别与射频时钟发生器单元和电压可调直流电源相连，可分别对射频
时钟的占空比和直流电源的输出电压进行调节，射频时钟发生单元的输出和电压可调直流
电源的输出均与功率放大单元连接，功率放大单元的功率输出经功率合成器合成后，再经
定向耦合器完成对入射功率和反射功率的测量，最终完成射频功率的输出，定向耦合器的
测量输出与控制单元连接。数字式射频电源通过匹配箱与射频负载线圈相连。本实施例采用控制单元为PIC16F877A单片机，外接A/D、 D/A以及信号调理电路。
控制单元完成系统所有信息的采集、相关信号的处理和信息上传、控制电压可调直流电源
输出电压的大小、控制脉宽可调时钟发生器输出时钟的占空比，并接收和执行上一级控制
器的控制指令。射频时钟的信号源由有源晶振产生，其产生的高频信号经过整形后，通过积
分电路转换成线性度很好的三角波，再通过比较器变换成脉宽可调的脉冲信号，该脉冲信
号由一路变成多路后以ECL电平的方式传输到不同的功率放大板上。功率放大板包括电平
转换单元，驱动级和功率放大级3部分。电平转换单元将ECL信号转换成TTL信号，以便对
驱动级进行控制；驱动级将电压可调直流电源的输出电压调制成脉宽和幅度均可调的驱动
信号，从而对大功率MOS管的门极进行驱动；功率放大单元完成对该驱动信号的功率放大，
其功率输出端连接到功率合成器的输入端。所有功率放大板的射频功率输出，经功率合成
器合成后，以满足大功率输出的要求。为了检测射频电源输出功率和反射功率，在功率合成
器的后级连接了定向耦合器，定向耦合器的测量信号经控制单元采集处理后作为功率控制
和保护的依据。 功率放大器电路框图如图2所示。功率电源2采用大功率直流电源，如48V/50A的直流电源。场效应管采用高频功率MOS管，其漏极接传输线变压器，工作在推挽方式下。功 率放大器的电平转换单元将ECL信号转换成TTL信号，输出脉宽可调的射频时钟信号(P丽 CLK)①1和①2，①1和①2的相位相差180度，以满足放大器推挽工作模式的需要。功率 放大器的驱动级接收信号转换单元输出的射频时钟信号，并把电压可调的直流电源的输出 电压1调制成脉宽和幅度均可调的驱动脉冲来驱动高频功率MOS管的门极。射频功率的调 节有两种方式，一是调节脉冲的宽度(Pw)，脉冲越宽，放大器输出的功率越大，反之，脉冲越 窄，输出功率越小。二是调节脉冲的幅度，脉冲幅度越大，输出功率越大，反之，脉冲幅度越 小，输出功率就越小。在输出功率比较低的情况下(如200瓦)，驱动脉冲的幅值相对较低， 从而使脉宽不至于很窄，功率更容易稳定控制；在输出高功率的情况下，驱动脉冲的幅值和 脉宽宽度都比较高，从而使放大器工作在开关状态，效率较高。
权利要求一种数字式射频电源，其特征在于包括控制单元、射频时钟发生单元、电压可调直流电源、射频功率放大单元、功率合成器和定向耦合器，控制单元分别与射频时钟发生器单元和电压可调直流电源相连，射频时钟发生单元的输出和电压可调直流电源的输出均与功率放大单元连接，功率放大单元的功率输出经功率合成器合成后，再经定向耦合器测量入射功率和反射功率，定向耦合器的测量信号输出与控制单元连接。
2. 根据权利要求1所述的数字式射频电源，其特征在于控制单元为PIC16F877A单片 机，外接A/D、D/A以及信号调理电路。
3. 根据权利要求1所述的数字式射频电源，其特征在于射频功率放大单元包括多块 功率放大板，每块放大板由信号电平转换单元、功率驱动单元、高频功率MOS管和传输线变 压器组成。
4. 根据权利要求1所述的数字式射频电源，其特征在于数字式射频电源通过匹配箱 与射频负载线圈相连。
专利摘要本实用新型涉及一种数字式射频电源，电源的控制单元分别与射频时钟发生器单元和电压可调直流电源相连，射频时钟发生单元的输出和电压可调直流电源的输出均与功率放大单元连接，功率放大单元的功率输出经功率合成器合成后，再经定向耦合器测量入射功率和反射功率后，定向耦合器的测量信号输出与控制单元连接。该电源采用调节功率驱动级驱动脉冲的高度和宽度的方式来控制射频功率输出，工作效率高，控制可靠，而且电源的重要工作参数都能通过控制单元中的主CPU进行实时采集、分析，并通过控制单元中的主CPU对控制参数进行设定，如果参数出现异常则能及时对电源进行保护，从而大大提高了射频电源的工作效率和可靠性。
文档编号H02M3/00GK201504173SQ200920084848
公开日2010年6月9日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者张莉君, 王超, 石宝松, 金星 申请人:中国地质大学(武汉)