[发明专利]一种全差分驱动的射频发生器

说明书

本发明属于测试分析仪器射频发生器领域，特别涉及一种全差分驱动的射频发生器。本发明采用全差分驱动电路，使两路幅值相等、相位相差180度的射频信号分别作用于负载线圈两端；将PLL技术与现有的射频放大电路技术相结合；通过调频的方式达到阻抗匹配。本发明的等离子体中心的电势接近于零；采用多级驱动和多级放大的方式大大提高了射频输出功率的范围，最大功率可达几千瓦；不需要独立的匹配器，大大减小了射频发生器的体积；相比于传统的匹配器调节方式匹配调节速度快，可控制在几十毫秒以内。

技术领域

本发明属于测试分析仪器射频发生器领域，特别涉及一种全差分驱动的射频发生器，适用于电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等仪器，是激发和维持等离子体的能量来源。

背景技术

目前，电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)在检测领域得到了广泛应用，在现代钢铁、化工、冶金、材料、生物、环境、医药卫生等领域的元素成分和含量分析测试中起着重要的作用。作为等离子体能量来源的射频发生器的性能直接影响着仪器整体的分析和测试性能。

由于ICP射频发生器通常工作在几百瓦至几千瓦的功率，形成的等离子体中心电势也较高，这对于提高仪器的整体分析性能是十分不利的。就ICP-MS而言，实验表明，若能将等离子体的中心电势降为零，其分析元素的灵敏度将得到相当的提高。

当前，固态它激式射频发生器的技术已经相当成熟，其在频率稳定性和功率稳定性方面有着相当的优势，但是它激式射频发生器需要单独的匹配器来配合等离子的激发和维持，匹配器的体积与射频发生器本身的体积相当，而且其阻抗匹配调节速度也较慢，一般为2～3秒。随着相关射频技术的进步和发展，目前自激式射频发生器在频率稳定性和功率稳定性方面取得了相当的发展，而且自激式射频发生器不需要单独的匹配器来完成等离子的激发和维持，其阻抗匹配的速度仅为10毫秒左右。相比于它激式射频发生器，其体积可以减小至原来的一半，而且匹配速度是它激式射频发生器的200～300倍。这对于仪器的小型化和仪器整体分析性能的提高起到了至关重要的作用。

同时，为了适应更复杂的基体，高功率的射频发生器也是必须的。

所以低的等离子体电势、小体积、大功率、高速匹配是目前射频发生器追求的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种全差分驱动的射频发生器，解决等离子体电势较高的问题，同时结合了锁相环(PLL)技术和多路功率合成技术，使得射频发生器阻抗匹配速度更快，功率范围更大，可以更好地激发和维持等离子体，能够适应更复杂的基体。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种全差分驱动的射频发生器，该射频发生器包括主控电路1、直流电源2、PLL信号发生电路3、驱动电路4、功率分配器5、第一功率放大电路6、第二功率放大电路7、第一阻抗匹配电路8、第二阻抗匹配电路9和负载线圈10；其中：

主控电路1控制整个射频发生器电源的供给、PLL信号的产生、功率的控制和电路的保护；

直流电源2为PLL信号发生电路3、驱动电路4、第一功率放大电路6和第二功率放大电路7提供直流工作电压；

PLL信号发生电路3连接驱动电路4，驱动电路4经功率分配器5分别连接第一功率放大电路6和第二功率放大电路7；第一功率放大电路6和第二功率放大电路7分别连接第一阻抗匹配电路8和第二阻抗匹配电路9；

第一阻抗匹配电路8和第二阻抗匹配电路9分别将第一功率放大电路6和第二功率放大电路7产生的射频信号传送至负载线圈10的两端；

PLL信号发生电路3产生的信号频率由PLL信号发生电路3的两路输入信号，即第一相位信号11和第二相位信号12的相位差决定；