CN117728596A - 谐波能量回收电路以及射频电源设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种谐波能量回收电路以及射频电源设备，谐波能量回收电路包括谐波抑制单元和能量回收单元，谐波抑制单元与射频电源的输出端连接，能量回收单元包括变压器、整流模块以及储能模块，其中，变压器的第一绕组与谐波抑制单元发生谐振，或者谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率与射频电源输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，以使得射频电源输出的特定次谐波通过谐波抑制单元传导至变压器的第一绕组，并被感应到第二绕组，整流模块用于对感应到第二绕组的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对储能模块充能，而将谐波能量存储至储能模块。本申请可以有效地回收射频电源输出的谐波能量。

Description

谐波能量回收电路以及射频电源设备

技术领域

本申请涉及射频技术领域，尤其涉及一种谐波能量回收电路以及具有所述谐波能量回收电路的射频电源设备。

背景技术

目前，随着射频（Radio Frequency，RF）技术的发展，射频电源越来越多的应用于各个领域。然而，在射频电源输出时，射频电源的输出中往往存在难以抑制的一次、三次、五次、七次等不同次谐波，将大大影响射频电源的输出效果。以射频电源的输出中的三次谐波为例，三次谐波的谐波能量就占到射频电源的总输出能量的12%左右，也就是说，如果滤除了射频电源的输出中的三次谐波，射频电源的总输出能量也就下降了12%，造成了能源的浪费。

因此，如何有效地回收射频电源输出的谐波能量，成为了需要考虑的问题。

发明内容

本申请提供一种谐波能量回收电路以及射频电源设备，可以有效地回收射频电源输出的谐波能量。

第一方面，提供一种谐波能量回收电路，所述谐波能量回收电路用于回收至少部分射频电源输出的谐波能量，所述谐波能量回收电路包括谐波抑制单元和能量回收单元，所述谐波抑制单元与所述射频电源的输出端连接，所述能量回收单元包括变压器、整流模块以及储能模块，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组与所述谐波抑制单元连接，所述第二绕组与所述整流模块连接，所述整流模块并与所述储能模块连接；其中，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元发生谐振，或者所述谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率与所述射频电源输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元传导至所述变压器的所述第一绕组，并被感应到所述第二绕组，所述整流模块用于对感应到所述第二绕组的交流电压的所述特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过所述直流电压对所述储能模块充能，而将谐波能量存储至所述储能模块。

在一种可能的实施方式中，所述变压器的所述第一绕组具有漏感，所述谐波抑制单元的电抗属性呈容性；其中，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元发生串联谐振或并联谐振，且谐振频率等于所述特定次谐波的频率，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元传导至所述变压器的所述第一绕组。

在一种可能的实施方式中，所述谐波抑制单元至少包括谐振电容，所述谐振电容与所述第一绕组串联或并联，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元的所述谐振电容发生串联谐振或并联谐振。

在一种可能的实施方式中，所述变压器的所述第一绕组不具有漏感，所述谐波抑制单元包括谐振电容与谐振电感，所述谐振电容与所述第一绕组串联，所述谐振电感与所述谐振电容串联或并联；其中，所述谐波抑制单元的所述谐振电容与所述谐振电感发生串联谐振或并联谐振，且谐振频率等于所述特定次谐波的频率，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元的所述谐振电容与所述谐振电感传导至所述变压器的所述第一绕组。

在一种可能的实施方式中，所述能量回收单元还包括电压变换模块，所述电压变换模块至少与所述整流模块连接，所述电压变换模块用于在处于工作状态时，对所述直流电压进行变换后输出至所述储能模块；和/或，所述电压变换模块用于在处于工作状态时，将所述直流电压逆变为交流电压，并输出至所述射频电源的输出端。

在一种可能的实施方式中，所述电压变换模块包括输入开关，在所述输入开关以一定的占空比交替导通或断开时，所述电压变换模块处于工作状态，通过所述输入开关接收整流后的所述直流电压；在所述输入开关持续断开时，所述电压变换模块处于不工作状态，不接收整流后的所述直流电压。

在一种可能的实施方式中，在所述电压变换模块处于所述工作状态，且所述输入开关的占空比减小时，所述变压器的所述第二绕组一侧的等效电阻值增大，以使得所述第一绕组一侧的等效电阻值增大，从而拓宽所述射频电源的输出频带；在所述电压变换模块处于所述工作状态，所述输入开关的占空比增大时，所述变压器的所述第二绕组一侧的等效电阻值减小，以使得所述第一绕组一侧的等效电阻值减小，从而收窄所述射频电源的输出频带。

在一种可能的实施方式中，所述谐波能量回收电路还包括控制单元，所述控制单元至少用于控制所述输入开关以一定的占空比交替导通或断开，以使得所述电压变换模块处于所述工作状态，控制所述输入开关持续断开，以使得所述电压变换模块处于所述不工作状态，并控制调节所述电压变换模块在处于所述工作状态时所述输入开关的占空比，从而拓宽或收窄所述射频电源的输出频带。

在一种可能的实施方式中，所述谐波抑制单元的数量包括至少两个，每个所述谐波抑制单元均与所述射频电源的输出端连接，所述变压器的数量包括至少两个，所述整流模块的数量包括至少两个，每个所述变压器均包括所述第一绕组和所述第二绕组，每个所述变压器的所述第一绕组与对应的所述谐波抑制单元连接，每个所述变压器的所述第二绕组与对应的所述整流模块连接，每个所述整流模块均与所述储能模块连接；其中，每个所述变压器的所述第一绕组与对应的所述谐波抑制单元发生谐振，或者每个所述谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率分别与所述射频电源输出的交流电压的不同次谐波的频率对应，以使得所述射频电源输出的所述不同次谐波分别通过对应的所述谐波抑制单元传导至每个所述变压器的所述第一绕组，并被感应到所述第二绕组，被感应到所述第二绕组的交流电压的所述不同次谐波分别经过对应的所述整流模块整流后得到对应的直流电压，每个所述整流模块并通过对应的直流电压对所述储能模块充能，而将谐波能量存储至所述储能模块。

第二方面，还提供一种射频电源设备，所述射频电源设备包括谐波能量回收电路以及射频电源，所述谐波能量回收电路用于回收至少部分所述射频电源输出的谐波能量。所述谐波能量回收电路包括谐波抑制单元和能量回收单元，所述谐波抑制单元与所述射频电源的输出端连接，所述能量回收单元包括变压器、整流模块以及储能模块，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组与所述谐波抑制单元连接，所述第二绕组与所述整流模块连接，所述整流模块并与所述储能模块连接；其中，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元发生谐振，或者所述谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率与所述射频电源输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元传导至所述变压器的所述第一绕组，并被感应到所述第二绕组，所述整流模块用于对感应到所述第二绕组的交流电压的所述特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过所述直流电压对所述储能模块充能，而将谐波能量存储至所述储能模块。

本申请的谐波能量回收电路以及射频电源设备，通过设置谐波抑制单元和能量回收单元，并配置能量回收单元的变压器的第一绕组与谐波抑制单元发生谐振，或者谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率与射频电源输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，能够使得射频电源输出的特定次谐波通过谐波抑制单元传导至变压器的第一绕组，并被感应到第二绕组，进而通过配置能量回收单元的整流模块对感应到第二绕组的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对能量回收单元的储能模块充能，而将谐波能量存储至储能模块，不仅能够抑制射频电源输出的特定次谐波，还能够有效地回收射频电源输出的谐波能量，提升了射频电源的输出效果，减少了能源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请一实施例中的谐波能量回收电路的示意图。

图2为本申请一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。

图3为本申请又一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。

图4为本申请再一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。

图5为本申请另一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。

图6为本申请一实施例中的谐波能量回收电路还包括电压变换模块的电路图。

图7为本申请一实施例中电压变换模块包括输入开关的电路图。

图8为本申请又再一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。

图9为本申请一实施例中的射频电源设备的示意图。

图10为本申请一实施例中的射频电源设备的电路图。

附图标记说明：1、射频电源设备，10、谐波能量回收电路，100、谐波抑制单元，C1、谐振电容，L1、谐振电感，200、能量回收单元，T1、变压器，W1、第一绕组，W2、第二绕组，210、整流模块，D1、第一二极管，D2、第二二极管，D3、第三二极管，D4、第四二极管，D5、第五二极管，220、储能模块，Cr、储能电容，230、电压变换模块，S1、输入开关，231、变换器，300、控制单元，20、射频电源，21、输出端，2、负载，GND、接地端。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以下，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，图1为本申请一实施例中的谐波能量回收电路的示意图。如图1所示，本申请提供一种谐波能量回收电路10，谐波能量回收电路10用于回收至少部分射频电源20输出的谐波能量，谐波能量回收电路10包括谐波抑制单元100和能量回收单元200，谐波抑制单元100与射频电源20的输出端21连接，能量回收单元200包括变压器T1、整流模块210以及储能模块220，变压器T1包括第一绕组W1和第二绕组W2，第一绕组W1与谐波抑制单元100连接，第二绕组W2与整流模块210连接，整流模块210并与储能模块220连接；其中，变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生谐振，或者谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，以使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，整流模块210用于对感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220。

从而，本申请中的上述谐波能量回收电路10，通过设置谐波抑制单元100和能量回收单元200，并配置能量回收单元200的变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生谐振，或者谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，能够使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，进而通过配置能量回收单元200的整流模块210对感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对能量回收单元200的储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220，不仅能够抑制射频电源20输出的特定次谐波，还能够有效地回收射频电源20输出的谐波能量，提升了射频电源20的输出效果，减少了能源的浪费。

需要说明的是，变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生谐振，或者在谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应时，能够为特定次谐波提供较低阻抗的传导路径，以使得射频电源20输出的特定次谐波的至少部分能够通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，尽量避免特定次谐波从射频电源20全部直接输出至负载2等用电设备，而造成射频电源20的输出效果降低。

在一个或多个实施例中，特定次谐波可以为一次或多次谐波，例如，所述特定次谐波可为一次谐波，特定次谐波也可以为三次谐波，特定次谐波还可以为五次、七次等更高次谐波。特别的，对于射频电源20，输出频率的范围在3KHz～300GHz之间，射频电源20的输出频率较高，衰减也很快，所以射频电源20的输出中主要是一次、三次、五次、七次谐波，其中三次谐波最为严重，三次谐波的谐波能量就占到射频电源20的总输出能量的12%左右。因此，特定次谐波为三次谐波，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的三次谐波的频率对应，以使得射频电源20输出的三次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，整流模块210用于对感应到第二绕组W2的交流电压的三次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220。

从而，能够较多地回收射频电源20输出的谐波能量，并较为明显地提升射频电源20的输出效果。

在一个或多个实施例中，谐波抑制单元100的电抗属性可以呈容性，也可以呈感性，本申请不以此为限，只要能够与变压器T1的第一绕组W1发生谐振，或者单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应即可。

在一个或多个实施例中，变压器T1的第一绕组W1可以是原边绕组，对应的，变压器T1的第二绕组W2是副边绕组；变压器T1的第一绕组W1也可以是副边绕组，对应的，变压器T1的第二绕组W2是原边绕组，本申请不以此为限，只要能够将传导至变压器T1的第一绕组W1的射频电源20输出的特定次谐波被感应到第二绕组W2即可。

特别的，变压器T1的第一绕组W1和第二绕组W2可以通过铁等磁性材料制成的磁芯而间接连接，磁芯将第一绕组W1的电能转变为磁能，又由磁能转变为第二绕组W2的电能，从而将传导至变压器T1的第一绕组W1的射频电源20输出的特定次谐波感应到第二绕组W2；变压器T1也可以为不包括铁等磁性材料制成的磁芯的空心变压器T1，第一绕组W1和第二绕组W2能够通过绕组间的互感，从而将传导至变压器T1的第一绕组W1的射频电源20输出的特定次谐波感应到第二绕组W2。

在一个或多个实施例中，整流模块210可以包括半波整流电路，也可以包括全波整流电路，还可以包括桥式整流电路，本申请不以此为限，可以根据具体需要选择半波整流电路和/或全波整流电路和/或桥式整流电路，只要整流模块210能够对感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压即可。

在一个或多个实施例中，储能模块220可以是一个或多个串联或并联的电容，也可以是一个或多个串联或并联的化学电池，本申请不以此为限，只要能够被直流电压充能，而将谐波能量存储即可。

请一并参阅图2、图3，图2为本申请一实施例中的谐波能量回收电路的电路图，图3为本申请又一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。如图2、图3所示，变压器T1的第一绕组W1具有漏感，谐波抑制单元100的电抗属性呈容性；其中，变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生串联谐振或并联谐振，且谐振频率等于特定次谐波的频率，以使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1。

从而，利用变压器T1的第一绕组W1的漏感，且在谐波抑制单元100的电抗属性呈容性时，能够使得变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生串联谐振或并联谐振，并调节变压器T1的第一绕组W1的漏感大小和/或谐波抑制单元100的电容值，使得谐振频率等于特定次谐波的频率，能够为特定次谐波提供极低阻抗的传导路径，以使得射频电源20输出的特定次谐波几乎全部能够通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，进一步避免特定次谐波从射频电源20直接输出至负载2等用电设备，而造成射频电源20的输出效果降低。

需要说明的是，变压器T1的第一绕组W1与第二绕组W2之间的磁通线未完全闭合，或者如图2所示，变压器T1的第一绕组W1和第二绕组W2通过磁芯而间接连接，第一绕组W1与磁芯之间的磁通线未完全闭合，而使得变压器T1的第一绕组W1有部分磁通量漏出，而形成变压器T1的第一绕组W1的漏感，能够将变压器T1的第一绕组W1等效为电抗属性呈感性的电感元件。因此，可以通过调节变压器T1的第一绕组W1与第二绕组W2的绕线方式，或者在变压器T1的第一绕组W1和第二绕组W2通过磁芯而间接连接时，调节第一绕组W1在磁芯上的绕线方式，从而调节变压器T1的第一绕组W1的漏感大小，进而调节谐振频率。

如图2、图3所示，谐波抑制单元100至少包括谐振电容C1，谐振电容C1与第一绕组W1串联或并联，变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100的谐振电容C1发生串联谐振或并联谐振。

从而，通过谐波抑制单元100至少包括谐振电容C1，如图2所示的，谐振电容C1与第一绕组W1串联，变压器T1的第一绕组W1能够与谐波抑制单元100的谐振电容C1发生串联谐振；如图3所示的，谐振电容C1与第一绕组W1并联，变压器T1的第一绕组W1能够与谐波抑制单元100的谐振电容C1发生并联谐振。

在一个或多个实施例中，谐振电容C1可以是不可调电容元件，谐振电容C1的电容值预设为需要抑制的特定次谐波的谐波频率；谐振电容C1也可以是可调电容元件，进而能够根据需要抑制的特定次谐波的谐波频率调节谐振电容C1的电容值，以在不同时刻时，对不同次谐波进行抑制。

在一个或多个实施例中，谐振电容C1的数量可以包括一个，也可以包括多个。例如，在谐振电容C1的数量包括多个时，多个谐振电容C1可以串联或并联，根据需要抑制的特定次谐波的谐波频率调节连接的谐振电容C1的数量，以在不同时刻时，对不同次谐波进行抑制。

请一并参阅图4、图5，图4为本申请再一实施例中的谐波能量回收电路的电路图，图5为本申请另一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。如图4、图5所示，变压器T1的第一绕组W1不具有漏感，谐波抑制单元100包括谐振电容C1与谐振电感L1，谐振电容C1与第一绕组W1串联，谐振电感L1与谐振电容C1串联或并联；其中，谐波抑制单元100的谐振电容C1与谐振电感L1发生串联谐振或并联谐振，且谐振频率等于特定次谐波的频率，以使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100的谐振电容C1与谐振电感L1传导至变压器T1的第一绕组W1。

从而，在变压器T1为理想变压器T1时，即在变压器T1的第一绕组W1不具有漏感时，通过谐波抑制单元100包括谐振电容C1与谐振电感L1，谐振电容C1与第一绕组W1串联，且如图4所示的，谐振电感L1与谐振电容C1串联，谐波抑制单元100的谐振电容C1与谐振电感L1发生串联谐振；或者，通过谐波抑制单元100包括谐振电容C1与谐振电感L1，谐振电容C1与第一绕组W1串联，且如图5所示的，谐振电感L1与谐振电容C1并联，谐波抑制单元100的谐振电容C1与谐振电感L1发生并联谐振。并调节谐振电感L1的电感值和/或谐振电容C1的电容值，使得谐振频率等于特定次谐波的频率，能够为特定次谐波提供极低阻抗的传导路径，以使得射频电源20输出的特定次谐波几乎全部能够通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，进一步避免特定次谐波从射频电源20直接输出至负载2等用电设备，而造成射频电源20的输出效果降低。

在一个或多个实施例中，射频电源20的输出端21可以是如图2、图3、图4、图5所示的射频电源20输出能量的端口，也可以是用于连接负载2，以接收射频电源20的输出能量的端口，本申请不以此为限，只要谐波抑制单元100与射频电源20到负载2之间的输出路径连接，能够在射频电源20到负载2之间的输出路径中抑制射频电源20输出的特定次谐波即可。

如图2、图3、图4、图5所示，进一步的，相较于图2、图3所示的谐波能量回收电路10，图4、图5所示的谐波能量回收电路10，能够避免由于变压器T1的第一绕组W1的漏感不易调节，或者无法调节至谐振频率等于特定次谐波的频率，而导致特定次谐波仅少部分能够通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，其余的特定次谐波从射频电源20直接输出至负载2等用电设备，造成射频电源20的输出效果降低。

在一个或多个实施例中，特定次谐波为三次谐波，且谐振频率等于特定次谐波的频率。从而，能够更多地回收射频电源20输出的谐波能量，并进一步明显地提升射频电源20的输出效果。

在一个或多个实施例中，在变压器T1的第一绕组W1具有漏感，但变压器T1的第一绕组W1的漏感不易调节，或者无法调节至谐振频率等于特定次谐波的频率时，谐波抑制单元100还可以包括如图4、图5所示的谐振电感L1，谐振电感L1与谐振电容C1并联或串联，谐振电容C1与第一绕组W1串联；其中，变压器T1的第一绕组W1、谐振电容C1以及谐振电感L1发生串联或并联谐振，且谐振频率等于特定次谐波的频率，以使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100的谐振电容C1与谐振电感L1传导至变压器T1的第一绕组W1。

在一个或多个实施例中，整流电路可以为如图2、图3所示的半波整流电路，整流电路包括第一二极管D1；整流电路也可以为如图4所示的桥式整流电路，相较于图2、图3，整流电路还包括第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4；整流电路还可以为如图5所示的全波整流电路，相较于图2、图3，整流电路还包括第五二极管D5。通过设置第一二极管D1等二极管，整流电路利用二极管的单向导通特性将感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压。

在一个或多个实施例中，如图2、图3、图4、图5所示，储能模块220可以包括储能电容Cr，储能模块220中储存的谐波能量以电能形式储存于储能电容Cr中，储能电容Cr可以用于对射频电源20供电，也可以用于对外部用电设备供电。

在一个或多个实施例中，储能电容Cr还可以用于旁路滤波，以减少在对射频电源20供电和/或对外部用电设备供电时，对射频电源20和/或对外部用电设备的影响。

请参阅图6，图6为本申请一实施例中的谐波能量回收电路还包括电压变换模块的电路图。如图6所示，能量回收单元200还包括电压变换模块230，电压变换模块230至少与整流模块210连接，电压变换模块230用于在处于工作状态时，对直流电压进行变换后输出至储能模块220；和/或，电压变换模块230用于在处于工作状态时，将直流电压逆变为交流电压，并输出至射频电源20的输出端21。

从而，通过设置至少与整流模块210连接的电压变换模块230，能够在电压变换模块230处于工作状态时，对直流电压进行变换后输出至储能模块220；和/或，在电压变换模块230处于工作状态时，将直流电压逆变为交流电压，并输出至射频电源20的输出端21，能够根据需要有效地回收射频电源20输出的谐波能量。

在一个或多个实施例中，电压变换模块230用于在处于工作状态时，将直流电压逆变为高频的交流电压，例如，可以将直流电压逆变为射频电压，并输出至射频电源20的输出端21；其中，射频电压的频率可以等于射频电源20的输出频率。

在一个或多个实施例中，电压变换模块230还可以与储能模块220和/或射频电源20的输出端21连接，以将经过变换的射频电源20输出的谐波能量输出至储能模块220和/或射频电源20的输出端21。

请参阅图7，图7为本申请一实施例中电压变换模块包括输入开关的电路图。如图7所示，电压变换模块230包括输入开关S1，在输入开关S1以一定的占空比交替导通或断开时，电压变换模块230处于工作状态，通过输入开关S1接收整流后的直流电压；在输入开关S1持续断开时，电压变换模块230处于不工作状态，不接收整流后的直流电压。

从而，通过设置输入开关S1，配置输入开关S1以一定的占空比交替导通或断开时，使得电压变换模块230处于工作状态，通过输入开关S1接收整流后的直流电压；并配置输入开关S1持续断开，使得电压变换模块230处于不工作状态，不接收整流后的直流电压。

可以理解的，电压变换模块230还可以包括变换器231，变换器231用于在电压变换模块230处于工作状态时，对直流电压进行变换后输出至储能模块220；和/或，变换器231用于在电压变换模块230处于工作状态时，将直流电压逆变为交流电压，并输出至射频电源20的输出端21。

在一个或多个实施例中，变换器231可以包括直流-直流（DC/DC）转换器和/或直流-交流（DC/AC）逆变器，DC/DC转换器用于在电压变换模块230处于工作状态时，对直流电压进行变换后输出至储能模块220，DC/AC逆变器用于在电压变换模块230处于工作状态时，将直流电压逆变为交流电压，并输出至射频电源20的输出端21。

其中，变换器231可以与储能模块220连接，以将经过变换的射频电源20输出的谐波能量输出至储能模块220，逆变器可以与射频电源20的输出端21连接，以将经过逆变的射频电源20输出的谐波能量输出至射频电源20的输出端21。

在一个或多个实施例中，DC/DC转换器与DC/AC逆变器可以依次连接，以将经过DC/DC转换器变换的射频电源20输出的谐波能量的至少部分经过DC/AC逆变器再次进行逆变，并输出至射频电源20的输出端21。

在一个或多个实施例中，在电压变换模块230处于工作状态，且输入开关S1的占空比减小时，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值增大，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值增大，从而拓宽射频电源20的输出频带；在电压变换模块230处于工作状态，输入开关S1的占空比增大时，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值减小，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值减小，从而收窄射频电源20的输出频带。

从而，通过配置在电压变换模块230处于工作状态时输入开关S1的占空比减小或增大，能够使得变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值增大或减小，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值增大或减小，从而拓宽或收窄射频电源20的输出频带，能够根据需要调节射频电源20的输出频带。

需要说明的是，射频领域通常用输出频带的宽度来衡量射频电源20的好坏，有时也需要根据需要改变输出频带的宽度，射频电源20的输出频带即射频电源20的通频宽度（Pass Band-width of Frequency）BW，表明允许射频电源20输出的输出频率的范围，射频电源20的通频宽度BW越大，允许射频电源20输出的输出频率的范围也越大，反之，射频电源20的通频宽度BW越小，允许射频电源20输出的输出频率的范围也越小。

本申请中采用电压变换模块230的输入开关S1以一定的占空比交替导通或断开时，电压变换模块230处于工作状态，通过输入开关S1以一定的占空比接收整流后的直流电压。在输入开关S1导通时，提供传导路径，使得变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压降低；而在输入开关S1断开时，传导路径断开，使得变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压升高。因此，调节输入开关S1的占空比，能够使得变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压变化，并且，输入开关S1的占空比越大，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压越低。

具体的，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值R2满足以下关系表达式：R2=U2/I2，其中，U2为变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压值，与输入开关S1的占空比负相关，I2为变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电流值，在一个或多个实施例中不发生变化。

因此，在电压变换模块230处于工作状态，且输入开关S1的占空比减小时，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压值U2升高，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值R2增大；在电压变换模块230处于工作状态，输入开关S1的占空比增大时，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压值U2降低，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值R2减小。

进一步的，变压器T1的第一绕组W1一侧的等效电阻值R1满足以下关系表达式：R1=U1/I1，变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值R2满足以下关系表达式：R2=U2/I2，且变压器T1的第一绕组W1的匝数为N1，第二绕组W2的匝数为N2，变压器T1的第一绕组W1一侧的等效电阻值R1与变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值R2满足以下关系表达式：R1/R2=（U1/U2）/（I1/I2）=（N1/N2）/（N2/N1）=N1²/N2²，其中，U1为变压器T1的第一绕组W1一侧的等效电压值，U2为变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压值，I1为变压器T1的第一绕组W1一侧的等效电流值，I2为变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电流值，N1、N2均为正数。

因此，联立上述关系表达式得到R1=（N1²/N2²）×（U2/I2），变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压值U2升高，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值R1增大；变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电压值U2降低，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值R1减小。

并且，射频电源20的通频宽度BW与品质因数Q满足以下关系表达式：BW=f0/Q，其中，f0为射频电源20的谐振频率，由于射频电源20以及谐波能量回收电路10的电抗值均未发生变化，因此射频电源20的谐振频率f0也不会发生变化，而品质因数。

因此，第一绕组W1一侧的等效电阻值R1增大，品质因数Q减小，射频电源20的通频宽度BW增大，从而拓宽射频电源20的输出频带；第一绕组W1一侧的等效电阻值R1减小，品质因数Q增大，射频电源20的通频宽度BW减小，从而收窄射频电源20的输出频带。

在一个或多个实施例中，由于R1=（N1²/N2²）×（U2/I2），为了使得输入开关S1的占空比变化时射频电源20的通频宽度BW的变化程度更大，灵敏度更高，效果更好，变压器T1的第一绕组W1的匝数N1可以大于第二绕组W2的匝数N2，即，可以理解的，变压器T1的第一绕组W1为原边绕组，变压器T1的第二绕组W2为副边绕组。

在一个或多个实施例中，变压器T1的第一绕组W1的匝数N1可以根据需要设置，变压器T1的第二绕组W2的匝数N2可以为1。

如图7所示，谐波能量回收电路10还包括控制单元300，控制单元300至少用于控制输入开关S1以一定的占空比交替导通或断开，以使得电压变换模块230处于工作状态，控制输入开关S1持续断开，以使得电压变换模块230处于不工作状态，并控制调节电压变换模块230在处于工作状态时输入开关S1的占空比，从而拓宽或收窄射频电源20的输出频带。

从而，通过设置控制单元300，并配置控制单元300至少用于控制输入开关S1以一定的占空比交替导通或断开，以使得电压变换模块230处于工作状态，控制输入开关S1持续断开，以使得电压变换模块230处于不工作状态，并控制调节电压变换模块230在处于工作状态时输入开关S1的占空比，从而拓宽或收窄射频电源20的输出频带。

在一个或多个实施例中，控制单元300还可以用于在电压变换模块230处于工作状态时，控制变换器231对直流电压进行变换后输出的直流电压值和/或变换器231对直流电压进行逆变后输出的交流电压值。

在一个或多个实施例中，控制单元300还可以用于控制变换器231与储能模块220和/或射频电源20的输出端21的连接或断开，以将变换器231对直流电压进行变换后输出的直流电压输出至储能模块220和/或变换器231对直流电压进行逆变后输出的交流电压值输出至射频电源20的输出端21。

在一个或多个实施例中，控制单元300可以是中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）等通用处理器，也可以是数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门逻辑器件、晶体管逻辑器件等逻辑控制器件，还可以是微控制单元（Micro Control Unit，MCU）等微处理器。

请参阅图8，图8为本申请又再一实施例中的谐波能量回收电路的电路图。如图8所示，谐波抑制单元100的数量包括至少两个，每个谐波抑制单元100均与射频电源20的输出端21连接，变压器T1的数量包括至少两个，整流模块210的数量包括至少两个，每个变压器T1均包括第一绕组W1和第二绕组W2，每个变压器T1的第一绕组W1与对应的谐波抑制单元100连接，每个变压器T1的第二绕组W2与对应的整流模块210连接，每个整流模块210均与储能模块220连接；其中，每个变压器T1的第一绕组W1与对应的谐波抑制单元100发生谐振，或者每个谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率分别与射频电源20输出的交流电压的不同次谐波的频率对应，以使得射频电源20输出的不同次谐波分别通过对应的谐波抑制单元100传导至每个变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，被感应到第二绕组W2的交流电压的不同次谐波分别经过对应的整流模块210整流后得到对应的直流电压，每个整流模块210并通过对应的直流电压对储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220。

从而，通过设置谐波抑制单元100的数量包括至少两个，变压器T1、整流模块210的数量与谐波抑制单元100的数量对应，能够使得射频电源20输出的不同次谐波分别通过对应的谐波抑制单元100传导至每个变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，被感应到第二绕组W2的交流电压的不同次谐波分别经过对应的整流模块210整流后得到对应的直流电压，每个整流模块210并通过对应的直流电压对储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220，不仅能够抑制射频电源20输出的不同次谐波，还能够更加有效地回收射频电源20输出的谐波能量，进一步提升了射频电源20的输出效果，减少了能源的浪费。

在一个或多个实施例中，在谐波抑制单元100的数量包括两个时，特定次谐波可以包括三次谐波和五次谐波，能够较多地回收射频电源20输出的谐波能量，并较为明显地提升射频电源20的输出效果。

在一个或多个实施例中，在谐波抑制单元100的数量包括四个时，特定次谐波可以包括一次、三次、五次、七次谐波，能够几乎全部地回收射频电源20输出的谐波能量，并更为明显地提升射频电源20的输出效果。

在一个或多个实施例中，射频电源20的一端、变压器T1的第一绕组W1的一端、变压器T1的第二绕组W2的一端、电压变换模块230的一端、储能模块220的一端或储能电容Cr的一端以及负载2的一端可以与如图2-图8中一图或多图中所示的接地端GND连接，也可以与等电势端连接，本申请不以此为限。

需要说明的是，在如图2-图8中一图或多图中所示的谐波能量回收电路10中，谐波抑制单元100、变压器T1、整流模块210、储能模块220以及电压变换模块230仅是示意性的，并不表明在某一实施例中，谐波抑制单元100、变压器T1、整流模块210、储能模块220以及电压变换模块230必然采用例如图2-图8任一图中所示的整体结构，即是说，图2或者其他图中所示的谐波抑制单元100、变压器T1、整流模块210、储能模块220以及电压变换模块230的单独结构，也可以应用于其他图中，并替换部分其他图中的对应结构。

本申请的谐波能量回收电路10，通过上述结构，通过设置谐波抑制单元100和能量回收单元200，并配置能量回收单元200变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生谐振，或者谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，能够使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，进而通过配置能量回收单元200的整流模块210对感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对能量回收单元200的储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220；并通过进一步设置至少与整流模块210连接的电压变换模块230，能够在电压变换模块230处于工作状态时，对直流电压进行变换后输出至储能模块220；和/或，在电压变换模块230处于工作状态时，将直流电压逆变为交流电压，并输出至射频电源20的输出端21；以及通过配置在电压变换模块230处于工作状态时输入开关S1的占空比减小或增大，能够使得变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值增大或减小，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值增大或减小，不仅能够抑制射频电源20输出的特定次谐波，还能够根据需要有效地回收射频电源20输出的谐波能量，提升了射频电源20的输出效果，减少了能源的浪费，同时能够拓宽或收窄射频电源20的输出频带，以根据需要调节射频电源20的输出频带。

请参阅图9，图9为本申请一实施例中的射频电源设备的示意图。如图9所示，本申请还提供一种射频电源设备1，射频电源设备1包括谐波能量回收电路10以及射频电源20，谐波能量回收电路10用于回收至少部分射频电源20输出的谐波能量。

从而，不仅能够抑制射频电源20输出的特定次谐波，还能够根据需要有效地回收射频电源20输出的谐波能量，提升了射频电源20的输出效果，减少了能源的浪费，进而提升了射频电源设备1的使用效果。

请再次参阅图1。谐波能量回收电路10包括谐波抑制单元100和能量回收单元200，谐波抑制单元100与射频电源20的输出端21连接，能量回收单元200包括变压器T1、整流模块210以及储能模块220，变压器T1包括第一绕组W1和第二绕组W2，第一绕组W1与谐波抑制单元100连接，第二绕组W2与整流模块210连接，整流模块210并与储能模块220连接；其中，变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生谐振，或者谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，以使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，整流模块210用于对感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220。

其中，谐波能量回收电路10更具体的结构可参见前述任一实施例中谐波能量回收电路10的相关内容，在此不再赘述。

请参阅图10，图10为本申请一实施例中的射频电源设备的电路图。如图10所示，以变压器T1的第一绕组W1具有漏感，谐波抑制单元100包括谐振电容C1，整流模块210包括第一二极管D1，储能模块220包括储能电容Cr为例进行说明，谐波能量回收电路10与射频电源20和负载2分别连接，从而使得射频电源20输出的能量能够更多地输出至负载2，提升了射频电源20的输出效果，减少了能源的浪费，进而提升了射频电源设备1在连接负载2时的使用效果。

本申请的谐波能量回收电路10以及射频电源设备1，通过上述结构，通过设置谐波抑制单元100和能量回收单元200，并配置能量回收单元200的变压器T1的第一绕组W1与谐波抑制单元100发生谐振，或者谐波抑制单元100单独发生谐振，且谐振频率与射频电源20输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，能够使得射频电源20输出的特定次谐波通过谐波抑制单元100传导至变压器T1的第一绕组W1，并被感应到第二绕组W2，进而通过配置能量回收单元200的整流模块210对感应到第二绕组W2的交流电压的特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过直流电压对能量回收单元200的储能模块220充能，而将谐波能量存储至储能模块220；并通过进一步设置至少与整流模块210连接的电压变换模块230，能够在电压变换模块230处于工作状态时，对直流电压进行变换后输出至储能模块220；和/或，在电压变换模块230处于工作状态时，将直流电压逆变为交流电压，并输出至射频电源20的输出端21；以及通过配置在电压变换模块230处于工作状态时输入开关S1的占空比减小或增大，能够使得变压器T1的第二绕组W2一侧的等效电阻值增大或减小，以使得第一绕组W1一侧的等效电阻值增大或减小，不仅能够抑制射频电源20输出的特定次谐波，还能够根据需要有效地回收射频电源20输出的谐波能量，提升了射频电源20的输出效果，减少了能源的浪费，进而提升了射频电源设备1在连接负载2时的使用效果，同时能够拓宽或收窄射频电源20的输出频带，以根据需要调节射频电源设备1在连接负载2时的输出频带。

以上描述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内；在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种谐波能量回收电路，用于回收至少部分射频电源输出的谐波能量，其特征在于，包括：

谐波抑制单元，与所述射频电源的输出端连接；

能量回收单元，包括变压器、整流模块以及储能模块，所述变压器包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组与所述谐波抑制单元连接，所述第二绕组与所述整流模块连接，所述整流模块并与所述储能模块连接；

其中，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元发生谐振，或者所述谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率与所述射频电源输出的交流电压的特定次谐波的频率对应，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元传导至所述变压器的所述第一绕组，并被感应到所述第二绕组，所述整流模块用于对感应到所述第二绕组的交流电压的所述特定次谐波进行整流后得到对应的直流电压，并通过所述直流电压对所述储能模块充能，而将谐波能量存储至所述储能模块。

2.根据权利要求1所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述变压器的所述第一绕组具有漏感，所述谐波抑制单元的电抗属性呈容性；

其中，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元发生串联谐振或并联谐振，且谐振频率等于所述特定次谐波的频率，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元传导至所述变压器的所述第一绕组。

3.根据权利要求2所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述谐波抑制单元至少包括谐振电容，所述谐振电容与所述第一绕组串联或并联，所述变压器的所述第一绕组与所述谐波抑制单元的所述谐振电容发生串联谐振或并联谐振。

4.根据权利要求1所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述变压器的所述第一绕组不具有漏感，所述谐波抑制单元包括谐振电容与谐振电感，所述谐振电容与所述第一绕组串联，所述谐振电感与所述谐振电容串联或并联；

其中，所述谐波抑制单元的所述谐振电容与所述谐振电感发生串联谐振或并联谐振，且谐振频率等于所述特定次谐波的频率，以使得所述射频电源输出的所述特定次谐波通过所述谐波抑制单元的所述谐振电容与所述谐振电感传导至所述变压器的所述第一绕组。

5.根据权利要求1所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述能量回收单元还包括电压变换模块，所述电压变换模块至少与所述整流模块连接，所述电压变换模块用于在处于工作状态时，对所述直流电压进行变换后输出至所述储能模块；和/或，所述电压变换模块用于在处于工作状态时，将所述直流电压逆变为交流电压，并输出至所述射频电源的输出端。

6.根据权利要求5所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述电压变换模块包括输入开关，在所述输入开关以一定的占空比交替导通或断开时，所述电压变换模块处于工作状态，通过所述输入开关接收整流后的所述直流电压；在所述输入开关持续断开时，所述电压变换模块处于不工作状态，不接收整流后的所述直流电压。

7.根据权利要求6所述的谐波能量回收电路，其特征在于，在所述电压变换模块处于所述工作状态，且所述输入开关的占空比减小时，所述变压器的所述第二绕组一侧的等效电阻值增大，以使得所述第一绕组一侧的等效电阻值增大，从而拓宽所述射频电源的输出频带；在所述电压变换模块处于所述工作状态，所述输入开关的占空比增大时，所述变压器的所述第二绕组一侧的等效电阻值减小，以使得所述第一绕组一侧的等效电阻值减小，从而收窄所述射频电源的输出频带。

8.根据权利要求7所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述谐波能量回收电路还包括控制单元，所述控制单元至少用于控制所述输入开关以一定的占空比交替导通或断开，以使得所述电压变换模块处于所述工作状态，控制所述输入开关持续断开，以使得所述电压变换模块处于所述不工作状态，并控制调节所述电压变换模块在处于所述工作状态时所述输入开关的占空比，从而拓宽或收窄所述射频电源的输出频带。

9.根据权利要求1所述的谐波能量回收电路，其特征在于，所述谐波抑制单元的数量包括至少两个，每个所述谐波抑制单元均与所述射频电源的输出端连接，所述变压器的数量包括至少两个，所述整流模块的数量包括至少两个，每个所述变压器均包括所述第一绕组和所述第二绕组，每个所述变压器的所述第一绕组与对应的所述谐波抑制单元连接，每个所述变压器的所述第二绕组与对应的所述整流模块连接，每个所述整流模块均与所述储能模块连接；

其中，每个所述变压器的所述第一绕组与对应的所述谐波抑制单元发生谐振，或者每个所述谐波抑制单元单独发生谐振，且谐振频率分别与所述射频电源输出的交流电压的不同次谐波的频率对应，以使得所述射频电源输出的所述不同次谐波分别通过对应的所述谐波抑制单元传导至每个所述变压器的所述第一绕组，并被感应到所述第二绕组，被感应到所述第二绕组的交流电压的所述不同次谐波分别经过对应的所述整流模块整流后得到对应的直流电压，每个所述整流模块并通过对应的直流电压对所述储能模块充能，而将谐波能量存储至所述储能模块。

10.一种射频电源设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的谐波能量回收电路以及射频电源，所述谐波能量回收电路用于回收至少部分所述射频电源输出的谐波能量。