[发明专利]功率放大器的高效率活动源阻抗修改

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种发电机。具体而言，但并非作为限制，本发明涉及用于控制发电机源阻抗的方法和设备，例如用于等离子体处理室。

背景技术

功率放大器的功率输出对连接到放大器输出的非线性负载（例如等离子体负载）的阻抗的敏感性常常会导致系统不稳定。控制功率放大器的源阻抗以降低系统不稳定性的通用，但并非唯一的方法是使用平衡放大器配置以向负载施加功率，如K.Kurokawa在“Design theory of balanced transistor amplifiers”，Bell System Technical Journal，1965年10月中所述。

如果平衡放大器配置中使用的个体放大器的源阻抗接近期望的输出阻抗，基本不用为使用这样的平衡放大器付出代价，不过在这种情况下，不需要使用平衡放大器配置恢复发电机的源阻抗。不过，很多常用的放大器技术，例如D类和E类放大器，其源阻抗与期望的输出阻抗差异很大。在这种情况下，从连接到平衡放大器输出的负载反射的功率的很大部分耗散在平衡放大器的输出混合的端接电阻器中。此外，个体放大器的阻抗经历更大漂移，它们向阻抗中输送比负载阻抗自身漂移的功率。这意味着在将两个放大器组合成平衡放大器配置时，向和额定负载阻抗（典型为50欧姆）不同的负载阻抗中输送功率的能力通常并非比同类型的单个放大器好得多。

在工业应用中，通常接受等于放大器输出能力20%的反射功率，这给混合式组合器端接电阻器和个体放大器的设计提出约束，常常会限制平衡放大器的电压-电流能力。

于是，现有技术显然需要一种改进的方法和设备，用于将发电机的输出阻抗修改为期望值而无需消耗泄放电阻中的功率，无需与单个放大器配置相比几乎加倍功率能力以确保向非标准负载阻抗中良好地输送功率。

发明内容

下文简要介绍了附图中示出的本发明的例示性实施例。在具体实施方式部分中更充分描述了这些和其他实施例。不过，应该理解，无意将本发明限制到本发明内容或具体实施方式中描述的形式。本领域的技术人员能够认识到，有众多修改、等价和替代构造落在权利要求中表达的本发明精神和范围之内。

在一个实施例中，本发明的特征可以在于一种用于稳定从发电机施加到非线性负载的功率的系统。本实施例中的系统包括耦合到发电机输出端的阻抗元件以及在第一节点处耦合到阻抗元件并且与阻抗元件串联布置的电源，使得阻抗元件设置于发电机的输出端和电源之间。所述阻抗元件和电源形成与发电机并联的串联组合，所述电源向第一节点施加与发动机输出端处的电压基本相同的电压，从而减少所述阻抗元件中消耗的功率。

根据另一实施例，本发明的特征可以在于一种用于稳定发电机和非线性负载之间相互作用的方法。该方法包括在所述发电机的输出端和电源之间设置阻抗元件，使得与和所述电源串联的阻抗元件相并联的发电机的源阻抗基本与所述非线性负载阻抗相同；以及调节所述电源输出以便减小所述阻抗消耗的功率。

这里进一步详细描述了这些和其他实施例。

附图说明

在结合附图阅读时，参考以下详细描述和所附权利要求，本发明的各种目的和优点以及更完整理解将显而易见并更容易了解，附图中：

图1是示出了根据本发明的示范性系统的部件的方框图；

图2A和2B是方框图，描绘了图1中所示源阻抗修改部件的示范性实施例，分别包括电压源和电流源；

图3A和3B示出了图1中所示放大部件的实施例；

图4是示出了图2A中所示电压源示范性实施例的图示；

图5示出了利用图2A的方框图可以修改到50欧姆期望源阻抗的发电机源阻抗的范围；以及

图6是根据本发明实施例用于稳定发电机和非线性负载之间交互作用的方法的流程图。

具体实施方式

通过分析由于发电机及其连接的非线性负载阻抗之间的交互作用而可能发生的发电机输出功率有多么不稳定，有助于理解本发明的各实施例。图1是与非线性负载105连接的发电机100的方框图，以便于在描绘本发明示范性实施例的同时进行这种分析。发电机100包括放大部件110，响应于控制输入112向非线性负载105输送输出功率P 115。非线性负载105反过来表现出负载阻抗Z_L，其包括实部和虚部，分别为电阻R和电抗X。亦即，Z_L=R_L+jX_L。