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KR20020077649A - 감소된 케이블 길이 감도를 갖는 ｒｆ 전력 발생기용 제어기 - Google Patents

감소된 케이블 길이 감도를 갖는 ｒｆ 전력 발생기용 제어기 Download PDF

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KR20020077649A
KR20020077649A KR1020020011631A KR20020011631A KR20020077649A KR 20020077649 A KR20020077649 A KR 20020077649A KR 1020020011631 A KR1020020011631 A KR 1020020011631A KR 20020011631 A KR20020011631 A KR 20020011631A KR 20020077649 A KR20020077649 A KR 20020077649A
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KR
South Korea
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power
signal
feedback signal
controller
power generator
Prior art date
Application number
KR1020020011631A
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English (en)
Inventor
케빈피. 나스만
아론티. 라돔스키
Original Assignee
이엔아이 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이엔아이 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 이엔아이 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

무선 주파수(RF) 전력 발생기 시스템은 부하로 출력되는 RF 전력 신호를 생성하는 전력 발생기를 포함한다. RF 발생기는 순방향 전력 피드백 신호와 역방향 전력 피드백 신호를 생성한다. 제어기는 순방향 전력 피드백 신호와 역방향 전력 피드백 신호를 수신한다. 제어기는 전력 발생기로 출력되는 세트포인트 신호를 생성한다. 세트포인트 변경기는 순방향 피드백 신호, 역방향 피드백 신호 그리고 외부 세트포인트 신호를 수신한다. 세트포인트 변경기는 순방향 및 역방향 전력 피드백 신호에 기초하여 순방향 전력 제한값을 계산한다. 세트포인트 변경기는 순방향 전력 제한값과 외부 세트포인트 신호중 하나에 기초하여 제어기로 변경된 세트포인트 신호를 출력한다. 세트포인트 변경기와 제어기는 일체형이 될 수 있다.

Description

감소된 케이블 길이 감도를 갖는 ＲＦ 전력 발생기용 제어기{CONTROLLER FOR RF POWER GENERATOR WITH REDUCED CABLE LENGTH SENSITIVITY}
본 발명은 무선 주파수(RF) 전력 발생기용 제어기에 관한 것으로, 특히, 감소된 케이블 길이 감도를 갖는 RF 전력 발생기용 제어기에 관한 것이다.
다수의 무선 주파수 전력 발생기는 RF 출력 전력을 조정하고 부하 부정합,초과 공급 전압, 그리고 초과 동작 온도에 기인한 증폭기 손상을 방지한다. 또한, 제어기는 하나 이상의 전력 장치의 고장후의 손상을 최소화한다. 도 1은 전력 모듈(11)과 제어기(12)를 포함하는 통상적인 무선 주파수(RF) 전력 발생기(10)를 도시한다. 전력 모듈(11)은 RF 여자기(14)로부터 신호를 수신하고, 신호를 증폭하며, 그리고 신호를 부하(16)에 전달한다. 전력 모듈(11)은 구동기(18) 그리고 최종 증폭기(20)를 포함한다. 전력 모듈(11)은 접지 귀로를 가진 원격 전지(26)에 연결되는 케이블(24)을 통해 DC 전력을 수신한다. 케이블(24)은 사실상 분산된 임피던스를 가질 수 있다. 제어기(12)는 증폭기(30), 주파수 보상 커패시터(34), 그리고 버퍼(38)를 포함한다. 제어기(12)는 제어 입력(40)과 피드백 신호(42)를 수신하고 이들을 변화시키는 구동기(18)의 제어 전압(44)을 생성한다.
제어기(12)는 정상(normal) 상태 동안 출력 전력을 조정하고 이상(abnormal) 상태 동안 전력 모듈(11)을 보호한다. 제어기(12)는 가장 큰 피드백 신호와 피드백 변환기의 공칭 동작 레벨에 따라서 선택된 기준 입력사이의 에러를 감소시키도록 네거티브 피드백을 사용한다. 전력 모듈(11)의 피드백 신호는 RF 검출기(54,56)에 의해 생성된 순방향 및 역방향 전력 신호(50,52)를 포함한다. 통상적으로 검출기(54,56)는 방향성 커플러(60)의 샘플링 암에 연결된다. 다른 피드백 신호는 열적으로 최종 증폭기(20)에 연결된 서미스터(64)로부터의 온도 신호(62)를 포함한다. 차동 전압 피드백 신호(66,70)는 (전류-샘플링 저항(72)을 통해) 전력 모듈(11)의 DC 입력 전류에 비례한다. 구동 신호(74)는 구동 전류를 최종 증폭기(20)에 피드백시킨다. 피드백 신호(76)는 구동기(18)에 제공된 제어전압(44)을 피드백시킨다.
정상 상태하에서, 순방향 전력 신호(50)를 제외한 모든 피드백 신호는 작다. 제어기(12)는 순방향 전력 신호(50)가 대략 기준 세트포인트와 동일할 때까지 제어 신호(44)를 증가시킨다. 이상 상태하에서, 다른 피드백 신호는 증가하고 순방향 전력 신호(50)를 초과한다. 예컨대, 역방향 전력 신호(52)는 부하(16)가 부정합하거나 또는 제거될 때 증가한다. 순방향 전력 신호(50)의 관련된 증가없이 구동 신호(44)를 증가시키는 것은 부하 부정합 또는 최종 증폭기(20)의 기능 불량을 나타낸다. 통상적으로 주어진 출력 전력에 대한 초과 제어 전압은 구동기(18)의 문제에 해당한다. 낮은 DC 입력 전류는 부하 부정합, 고장 구동기(18), 또는 고장 최종 증폭기(20)를 나타낸다. 높은 DC 입력 전류 또는 높은 최종 증폭기(20) 온도는 제어기(12)가 전력 모듈(11)에 요구되는 순방향 전력을 감소시키는 것을 나타낸다. 이러한 상태가 하나 이상 발생하면, 제어기(12)는 대략 기준 세트포인트에 동일한 가장 큰 피드백 신호를 유지하도록 전력 모듈(11)의 구동 신호를 감소시킨다.
또한 통상적으로 RF 전력 발생기(10)를 보호하기 위한 종래 방식은 측정된 발생기 파라미터의 세트와 각각의 파라미터에 대한 하드(hard) 세트포인트 제한을 사용한다. 예컨대, 최대 반사 전력은 600와트(W)로 제한되고, 최대 전력 증폭기(PA) 전류는 40 암페어(A)로 제한되며, 최대 PA 소모는 1800W로 제한된다. 이러한 보호 기술은 RF 전력 발생기(10)를 반대 부하로부터 보호하는데 유효하지만 RF 전력 발생기(10)와 부하(16)사이의 케이블 길이가 변화할 때 반복적으로 수행되지 않는다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따라서 단순화시킨 전력 발생기 제어 시스템(100)이 도시되어 있다. RF 전력 발생기 제어 시스템(100)은 전력 모듈(102), RF 센서(104), 부하(106), 그리고 제어기(108)를 포함한다. 전력 모듈(102)은 (PA 공급 전류(110)와 장치 온도(114)와 같은) 전력 모듈 피드백 신호(109)를 생성한다. RF 센서(104)는 (순방향 및 역방향 전력(116,118)과 같은) RF 센서 피드백 신호(115)를 생성한다. 전력 모듈 피드백 신호(109), RF 센서 피드백 신호(115), 그리고 외부 세트포인트 신호(120)는 제어기(108)에 입력된다. 제어기(108)는 전력 모듈(102)에 입력되는 전력 모듈 세트포인트 신호(124)를 생성한다. 전력 모듈 세트포인트 신호(124)는 전력 모듈(102)에 의해 순방향 전력 출력을 제어한다.
기본 제어 기술은 (순방향 전력(116), 역방향 전력(118), PA 공급 전류(110), 그리고 장치 온도(114)와 같은) 다양한 검출기로부터 네거티브 피드백 신호를 제공한다. 정상 동작 동안, 순방향 전력 신호를 제외한 모든 피드백 신호는 상대적으로 작다. 이러한 경우에, 제어기(108)는 전력 모듈(102)의 순방향 전력(116)을 조정하도록 전력 모듈 세트포인트 신호(124)를 증가 또는 감소시킨다. 부하 부정합 상태하에서, 또 다른 피드백 신호, 예컨대 전력 모듈(102)내의 전력 증폭기 공급 전류(110)는 순방향 전력 피드백(116)을 제어(지배)한다. 이것은 제어기(108)가 전력 모듈 세트포인트(124)를 감소시킨다. 전력 모듈(102)은 부하(106)에 전달된 순방향 전력을 감소시킨다.
이러한 제어 기술은 역부하로부터 발생기를 보호하는데 유효하지만 전력 모듈(102)(RF 센서(104))과 부하(106)사이의 케이블 길이(L)가 변할 때 반복하여 기능을 할 수 없다. 케이블 길이(L)의 변화는 높은 임피던스 부하가 낮은 임피던스 부하로 변형될 수 있는 위상 편이를 수반한다. 부하 임피던스의 변화는 전력 모듈(102)내의 전력 증폭기 전류 우위(current draw)의 증가 또는 감소를 유발한다. 임피던스 편이는 전력 증폭기의 루프를 제한하는 공급 전류가 전력 모듈 세트포인트(124)를 감소 또는 증가시킨다. 다음에 임피던스 편이는 비록 전압 정재파비(VSWR)가 변하지 않더라도 RF 전력 발생기 제어 시스템(100)이 위상 편이되지 않은 경우보다 다소의 전력을 전달하게 한다.
반도체 제조와 같은, 반복성이 매우 중요한 분야에서, 케이블 길이 또는 부하 위상에 대하여 감소된 감도를 갖는 RF 발생기가 매우 바람직할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 전달 시스템은 정밀하게 제어된 조건과 반복성을 필요로 한다. 일부 설비는 다른 설비보다 챔버에서 발생기 선반까지 더 긴 거리를 가질 수 있다.
본 발명의 목적은 감소된 케이블 길이 감도를 갖는 RF 전력 발생기용 제어기및 제어 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 제어기를 구비하는 종래 기술에 따른 RF 전력 발생기의 간략한 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 RF 전력 발생기의 간략한 블록도이다.
도 3A는 본 발명에 따른 RF 전력 발생기 제어 시스템의 블록도이다.
도 3B는 조합된 제어기와 외부 세트포인트 변경 모듈을 갖는 RF 전력 발생기 제어 시스템의 블록도이다.
도 4는 감마 또는 VSWR 함수로서 순방향 전력을 결정하는 단계를 도시한다.
도 5A는 부하 위상 및 VSWR=2:1인 전력 세트포인트의 함수로서 전력 소모를 도시하는 데이터표이다.
도 5B는 여러 VSWR에 대한 부하 위상의 함수로서 전력 소모를 도시하는 그래프이다.
도 6은 1:1의 VSWR에 대한 순방향 전력 함수로서 전력 소모를 도시하는 그래프이다.
도 7은 2:1의 VSWR에 대한 순방향 전력 함수로서 전력 소모를 도시하는 그래프이다.
도 8은 3:1의 VSWR에 대한 순방향 전력 함수로서 전력 소모를 도시하는 그래프이다.
도 9는 무한대(infinity):1의 VSWR에 대한 순방향 전력 함수로서 전력 소모를 도시하는 그래프이다.
도 10a는 여러 VSWR에서 최악의 부하에 대한 2차식 및 1차식 모델 파라미터를 포함하는 데이터표이다.
도 10b는 감마 함수로서 전력 소모 "m" 파라미터를 파라미터화하는 것을 설명한 것이다.
도 11은 순방향 전력 대 RF 전력 발생기 제어 시스템에 대한 여러 VSWR 부하의 결과를 도시하는 스미스 챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : RF 전력 발생기 11 : 전력 모듈
12 : 제어기 24 : 케이블
100 : 제어 시스템 200 : 제어 시스템
본 발명에 따른 무선 주파수(RF) 전력 발생기 시스템은 부하로 출력되는 RF 전력 신호를 생성하는 전력 발생기를 포함한다. RF 발생기는 순방향 전력 피드백 신호와 역방향 전력 피드백 신호를 생성한다. 제어기는 순방향 전력 피드백 신호와 역방향 전력 피드백 신호를 수신한다. 제어기는 전력 발생기로 출력되는 세트포인트 신호를 생성한다. 세트포인트 변경기(modifier)는 순방향 피드백 신호, 역방향 피드백 신호 그리고 외부 세트포인트 신호를 수신한다. 세트포인트 변경기는 순방향 및 역방향 전력 피드백 신호에 기초하여 순방향 전력 제한값을 계산한다. 세트포인트 변경기는 순방향 전력 제한값과 외부 세트포인트 신호중 하나에 기초하여 변경된 세트포인트 신호를 제어기로 출력한다.
본 발명의 다른 특징에서, 제어기는 순방향 전력 제한값과 외부 세트 포인트 신호중에서 더 작은 값을 선택한다. 전력 발생기는 순방향 전력 피드백 신호와 역방향 전력 피드백 신호를 생성하는 RF 센서를 구비한다. 전력 발생기는 제어기로 출력되는 공급 전류 피드백 신호와 온도 피드백 신호를 생성하는 전력 모듈을 구비한다.
본 발명의 다른 특징에서, 세트포인트 변경기와 제어기는 일체형이다. 세트포인트 변경기는 순방향 전력 제한값을 계산하기 위한 검색표와 공식중 하나를 포함한다. 공식은 순방향 및 역방향 전력 피드백 신호와 최대 전력 소모에 기초하여 순방향 전력 제한값을 결정한다.
본 발명의 추가의 응용 분야는 하기에 제공되는 상세한 설명으로부터 자명하게 나타난다. 상세한 설명과 특정 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 지시하지만 오로지 예시적일뿐이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명은 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 더욱 자세하게 이해된다.
바람직한 실시예의 다음 설명은 본래 단순한 예시이며 본 발명, 본 발명의 응용, 또는 이용을 제한하지 않는다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 전력 발생기 제어 시스템(100)이 도시되어 있다. 전력 발생기 제어 시스템(100)은 전력 모듈(102), RF 센서(104), 부하(106), 그리고 제어기(108)를 구비한다. 전력 모듈(102)은 (PA 공급 전류(110)와 장치 온도(114)와 같은) 전력 모듈 피드백 신호(109)를 생성한다. RF 센서(104)는 (순방향 및 역방향 전력(116,118)과 같은) RF 센서 피드백 신호(115)를 생성한다. 전력 모듈 피드백 신호(109), RF 센서 피드백 신호(115), 그리고 외부 세트포인트 신호(120)는 제어기(108)로 입력된다. 제어기(108)는 전력 모듈(102)로 입력되는 전력 모듈 세트포인트 신호(124)를 생성한다.
도 3a와 3b를 참조하면, 도 2의 참조 번호가 동일한 부품을 확인하는데 사용된다. 개선된 RF 전력 발생기 제어 시스템(200)은 VSWR 또는 감마에 기초하여 순방향 전력을 계산하고 순방향 전력 제한값과 외부 세트포인트중에서 더 낮은 것을 선택하는 외부 세트포인트 변경 모듈(204)을 구비한다. 외부 세트포인트 신호(120)는 외부 세트포인트 변경 모듈(204)에 입력된다. 순방향 및 역방향 전력 피드백 신호(116,118)는 외부 세트포인트 변경 모듈(204)에 입력된다. 외부 세트포인트 변경 모듈(204)은 제어기(210)에 입력되는 변경된 외부 세트포인트 신호(208)를 생성한다. 변경된 외부 세트포인트 신호(208)는 순방향 전력 제한값과 외부 세트포인트중에서 더 작은 것과 같다.
외부 세트포인트 변경 모듈(204)은 프로세서와 메모리에 의해 실행되는 알고리즘으로서 바람직하게 구현된다. 외부 세트포인트 변경 모듈(204)은 또한 고정 배선 회로로 구현되거나 및/또는 (도 3b에 도시된) 제어기(210)와 일체형이 된다.외부 세트포인트 변경 모듈(204)는 하기에서 설명되는 SPICE 시뮬레이션 또는 제한-실험 데이터로부터 얻어지는 공식 또는 검색표를 사용한다. 공식 또는 검색표는 주어진 VSWR(또는 감마)에 대한 순방향 전력 제한값을 한정한다. 공식 또는 검색표는 실제 VSWR(또는 감마)에 기초하여 실제 시간의 순방향 전력 제한값을 계산하는데 사용된다. 감마 및 VSWR은 다음과 같이 순방향 및 역방향 전력과 관련한다.
│gamma │= │Γ│= sqrt(Prev/Pfwd)
VSWR = (│Γ│+ 1 )/(1 - │Γ│)
계산된 순방향 전력 제한값은 피드백 제어 시스템의 입력에 사용된다. 세트포인트 변경 모듈(204)은 RF 발생기 제어 시스템(200)에 대한 세트포인트로서 더 작은 외부 세트포인트 신호 또는 순방향 전력 제한값을 선택한다. 선택적으로, 세트포인트 변경 모듈(204)은 순방향 전력 제한값을 계산하고 선택을 위해 순방향 전력 제한값과 외부 세트포인트를 제어기(210)로 전송한다. 전력 증폭기(PA) 공급 전류(110), 장치 온도(114) 그리고 다른 신호는 제어기(210)가 부품 고장과 같은 이상 상태에 반응하도록 유지된다. RF 발생기 제어 시스템(200)에서, 순방향 전력 제한값은 전력 모듈(102)과 부하(106)사이의 위상 길이와 무관하게 주어진 VSWR에 대한 상수로 남는다. 전력 모듈(102)과 RF 센서(104)는 고정되어 있기 때문에 거리(L)는 RF 센서(104)와 부하(106)사이에 도시된다.
본 발명은 케이블 길이(L) 또는 다른 위상 편이와 무관하게 RF 발생기에 의해 공급되는 순방향 전력의 반복성을 개선한다. RF 발생기는 최악의 부하에 대하여 전력을 전달할 수 있도록 제한된다. 부하 임피던스는 전력 증폭기의 공급 전류(110) 및 장치 온도(114)와 같은 변수보다 더 빨리 변하기 때문에 RF 발생기 제어 시스템(200)은 부하(106)에 더 빨리 반응한다. 그 결과, RF 발생기는 전력 증폭기의 더 낮은 공급 전류와 더 낮은 장치 온도를 참조하고, 이것은 장기간동안 RF 발생기의 신뢰도를 개선한다.
공식 또는 검색표를 결정하기 위한 한가지 적합한 방식이 도 4에 도시되어 있다. 당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다른 방식들이 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 단계(250)에서, 최악의 응력 데이터가 전력 세트포인트와 부하의 함수로서 수집된다. 각각의 VSWR에 대한 최악의 응력 데이터를 결정하기 위해, 여러 케이블 길이가 전력 증폭기내의 가장 높은 전력 소모를 결정하는데 사용된다. 가장 높은 전력 소모를 갖는 케이블 길이가 결정될 때, 전력 소모가 순방향 전력의 함수로서 설명된다. 최악의 응력 데이터가 전력 소모에 추가하여 다른 시스템 전압과 전류를 이용하여 결정될수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 예컨대, 전력 증폭기 전류, 전력 증폭기 공급 전압, 전력 증폭기 트랜지스터 피크 출력 전압 그리고 시스템 전압 및 전류가 사용될 수 있다.
예컨대, VSWR=2에 대한 데이터표가 도 5a에 도시되어 있다. 부하 위상은 스미스 챠트에서 각도로 나타난다. 스미스 챠트에서 360°는 반파장에 해당한다. 다른 형태의 케이블에 대한 케이블 길이를 결정하기 위하여, 동작 주파수와 케이블 재료의 속도 성분이 사용된다. 테플론 케이블(Teflon cable)이 사용될 때, 스미스챠트에서 1은 25.19 피트에 해당한다. 폴리프로필렌 케이블이 사용될 때, 반파장 거리는 23.95피트(24피트의 근사값)에 해당한다. 도 5a는 VSWR=2의 부하 위상 함수로서 정격 전력의 전력 증폭기내의 전력 소모를 도시한다. 도 5b는 여러 VSWR에 대한 부하 위상 함수로서 전력 증폭기의 전력 소모를 도시한 그래프이다. 이러한 예에서, 최악의 전력 소모는 0°부근에서 발생한다. 다른 전력 증폭기는 다른 결과를 갖는다.
최악의 전력 소모를 확인한 후에, 식별된 부하는 순방향 전력 함수로서 설명된 전력 소모에 사용된다. 방정식은 단계(254)에서 전력 소모 대 순방향 전력 데이터에 적용된다. 적용된 방정식은 1차 방정식, 2차 방정식, 또는 다른 바람직한 방정식이 될 수 있다. 그러나, 바람직하게, 각각의 VSWR에 적용된 방정식 형태는 동일한다. 도 6, 도 7, 도 8, 도 9에 도시된 실시예에서, y=mx+b 형식의 1차 방정식이 VSWR=1,2,3,무한대인 최악 데이터에 적용된다.
단계(258)에서, 방정식 군(family)의 계수는 VSWR의 함수로서 파라미터화된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 1차 방정식의 "m" 파라미터는 순방향 전력과 VSWR(또는 감마)함수로서 삼차 함수-Pdiss(전력 증폭기 소모)를 한정한다. 다음으로, 단계(262)에서, 공식 또는 검색표가 생성된다.
실시예를 통한 작업에서, 1:1, 1.5:1, 2:1, 3:1, 5:1 그리고 무한대:1 VSWR 부하의 Pdiss대 Pfwd에 대한 그래프가 생성된다. 다음으로, 직선은 도 10a에서 도시된 것처럼 얻어진 각각의 그래프와 경사(m)와 오프셋(b)에 적용된다. 이러한 실시예에서 2차식 적용이 1:1 과 1.5:1 VSWR 부하에 바람직하지만, 직선 적용 또한 더 높은 VSWR 값에 바람직하다. 직선 적용은 이러한 실시예에서 선택된다.
다음으로, 경사(m)는 반사 계수(Γ) 함수로서 그려지고 곡선은 도 10b에 도시된 함수m(Γ)를 생성하는데 이러한 데이터가 적합하다. 파라미터(b)는 Γ에 다라 크게 변하지 않기 때문에, b는 일정하게 유지될 수 있다. b는 또한 모델이 더욱 보존적이 되도록 하며 더 많은 전력 소모 헤드룸이 제공되도록 조절될 수 있다.
함수 Pdmax(Pfwd,Γ)는 주어진 VSWR(또는 Γ) 스미스 챠트 원에 대한 PA의 최대 소모를 산정하는 직선 군을 생성한다. 더 낮은 전력 소모를 갖는 주어진 VSWR에서 다른 케이블 길이가 존재하지만, 목적은 전력 증폭기내의 전력 소모에 대한 최악의 경우를 확인하는 것이다. b=100은 1.5:1 이외의 부하에서 가장 적합하게 적용된다. 그러나, b=200은 마찬가지로 1.5:1에대한 보존 수(conservative number)를 제공한다.
경사 함수: m(Γ)=1.2760*Γ2-0.0311*Γ+0.2701.
1차 방정식 군, y=mx+b: Pdmax(Pfwd,Γ)=Pfwd*m(Γ)+b.
다음 데이터는 모델이 실제 데이터에 대하여 바람직하게 비교되는 것을 나타낸다: Pdmax(3000,0)=1010W - 3000W에서 50오옴 부하로 산정된 최대소모(실제는 822W). Pdmax(3000,0.2)=1144W - 3000W에서 1.5:1로 산정된 최대소모(실제는 1189W). Pdmax(2400,0.333)=1162W - 2400W에서 2:1 VSWR로 산정된 최대소모(실제는 1100W).Pdmax(1800,0.5)=1230W - 1800W에서 3:1 VSWR로 산정된 최대소모(실제는 1131W). Pdmax(600,1)=1106W - 600W에서 무한대의 VSWR로 산정된 최대소모(실제는 991W).
1200W 소모에서 순방향 전력을 나타내기 위해:
Pdmax= 1200.
Pfmax(Γ) = -1*(Pdmax-200)/(-1.2760*Γ2+0.0311*Γ-0.2701)
감소 함수는 3000W fwd 전력 조건에 대하여 바람직하게 비교된다: Pfmax(0) = 3702W (조건은 3000W에서 1:1); Pfmax(0.2) = 3178W (조건은 2400W에서 2:1); Pfmax(0.3333) = 2494W (조건은 1800W에서 3:1); Pfmax(0.5) = 1748W (조건은 1800W에서 3:1) 그리고 Pfmax(1) = 662.4W (조건은 600W에서 무한대:1). 도 11을 참고하면, 본 발명에 따른 RF 발생기 제어 시스템을 사용할 때 스미스 챠트는 여러 VSWR에 대한 순방향 전력 대 부하를 도시한다. "+"부호는 케이블 길이 샘플을 나타낸다. 중심 링은 VSWR=1.5:1에 해당한다. "8000"으로 표시된 링은 VSWR = 2:1에 해당한다. "6000"으로 표시된 링은 VSWR = 3:1에 해당한다. "4000"으로 표시된 링은 VSWR = 5:1에 해당한다. 출력 링은 VSWR = 무한대:1에 해당한다. RF 발생기는 위상 편이에 영향을 받지 않는다.
순방향 및 반사 전력 신호가 도 1에 도시된 방향성 커플러, 전압/전류 프로브 또는 임의의 다른 적합한 소스에 의해 제공될 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 공식 또는 검색표를 결정하기 위한 입력 데이터는 SPICE 시뮬레이션 또는 실험 측정을 사용하여 결정될 수 있다. 추가로, 공식 또는 검색표는 적어도 제곱 또는 비선형 적용 기술과 같은 다수의 선형 적용 기술을 사용함으로써 결정될 수 있다. 순방향 전력 제한값의 계산은 아날로그 디지털 신호 프로세서(DSP), 디지털 컴퓨터 또는 임의의 다른 적합한 장치에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 폐쇄 루프 제어는 아날로그 또는 디지털이 될 수 있다.
본 발명이 여러 형태로 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명은 명세서에서 특정 실시예와 관련하여 설명되지만, 다른 변화들이 도면, 상세한 설명, 청구항에 기초하여 당업자에게 자명하게 이루어질 수 있기 때문에 본 발명의 범위는 명세서의 특정 실시예로 제한되지 않는다.
본 발명의 실시에 의해 감소된 케이블 길이 감도를 갖는 RF 전력 발생기용 제어기 및 제어 방법이 제공된다.

Claims (20)

  1. 부하, 순방향 전력 피드백 신호 그리고 역방향 전력 피드백 신호로 출력되는 RF 전력 신호를 생성하는 전력 발생기;
    상기 순방향 전력 피드백 신호와 상기 역방향 전력 피드백 신호를 수신하고 상기 전력 발생기로 출력되는 세트포인트 신호를 생성하는 제어기; 및
    상기 순방향 전력 피드백 신호, 상기 역방향 전력 피드백 신호 그리고 외부 세트포인트 신호를 수신하며, 상기 순방향 및 역방향 피드백 신호에 기초하여 순방향 전력 제한값을 계산하고, 상기 순방향 전력 제한값과 상기 외부 세트포인트 신호중 하나에 기초하여 변경된 세트 포인트 신호를 상기 제어기로 출력하는 세트포인트 변경기를 포함하는 무선 주파수(RF) 전력 발생기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 순방향 전력 제한값과 상기 외부 세트포인트 신호중 더 작은 값을 상기 변경된 세트포인트 신호로서 선택하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 발생기 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전력 발생기는 상기 순방향 전력 피드백 신호와 상기 역방향 전력 피드백 신호를 생성하는 RF 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 발생기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전력 발생기는 상기 제어기로 출력되는 공급 전류 피드백 신호와 온도 피드백 신호를 생성하는 전력 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 발생기 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 세트포인트 변경기와 상기 제어기는 일체형인 특징으로 하는 RF 전력 발생기 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 세트포인트 변경기는 상기 순방향 및 역방향 피드백 신호로부터 상기 순방향 전력 제한값을 계산하기 위한 검색표와 공식중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 발생기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전력 발생기는 전력 증폭기를 구비하고, 상기 공식은 최대 전력 소모 공급 전류, 공급 전압 그리고 상기 전력 증폭기의 출력 전압중 적어도 하나와 감마에 기초하여 상기순방향 전력 제한값을 결정하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 발생기 시스템.
  8. 부하에 대한 RF 전력 신호를 생성하는 무선 주파수(RF) 전력 발생기를 제어하는 방법으로서,
    순방향 전력 피드백 신호를 감지하는 단계;
    역방향 전력 피드백 신호를 감지하는 단계;
    외부 세트포인트 신호를 수신하는 단계;
    상기 순방향 및 역방향 전력 피드백 신호에 기초하여 순방향 전력 제한값을 계산하는 단계; 및
    상기 순방향 전력 제한값과 상기 외부 세트포인트 신호중 하나에 기초하여 상기 RF 전력 발생기를 제어하는 단계를 포함하는 전력 발생기 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 순방향 전력 제한값과 상기 외부 세트포인트 신호중 더 작은 값을 선택하는 단계; 및
    상기 더 작은 값을 전력 모듈로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 RF 전력 발생기내의 RF 센서를 사용하여 상기 순방향 전력 피드백 신호와 상기 역방향 피드백 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 RF 전력 발생기의 전력 모듈을 사용하여 공급 전류 피드백 신호와 온도 피드백 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어방법.
  12. 제 8 항에 있어서 상기 순방향 전력 제한값은 검색표와 공식중 하나를 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전력 발생기는 전력 증폭기를 구비하고, 상기 공식은 전력 소모, 공급 전류, 공급 전압 그리고 상기 전력 증폭기의 출력 전압중 적어도 하나와 감마 및 상기 순방향 전력 제한값사이의 관계를 한정하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    a) 제 1 VSWR 에서 가장 높은 전력 소모를 갖는 0과 반파장사이의 케이블 길이를 검출하는 단계;
    b) 다수의 VSWR에 대하여 상기 단계(a)를 반복하는 단계;
    c) 각각의 상기 VSWR에 대하여, 상기 가장 높은 전력 소모를 갖는 상기 케이블 길이에 대하여 순방향 전력 함수로서 전력 소모의 수학적 근사값을 결정하는 단계; 및
    d) VSWR과 감마 중 하나의 함수로서 상기 수학적 근사값을 파라미터화하는 단계에 의해 상기 공식이 계산되는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 수학적 근사값은 선형 근사값인 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  16. RF 전력 발생기와 부하사이의 케이블 길이 변화에 대한 감도가 감소되도록 상기 부하에 대한 RF 전력 신호를 생성하는 무선 주파수(RF) 전력 발생기를 제어하는 방법으로서,
    a) 제 1 VSWR 에서 가장 높은 전력 소모를 갖는 0과 반파장사이의 케이블 길이를 검출하는 단계;
    b) 다수의 VSWR에 대하여 상기 단계(a)를 반복하는 단계;
    c) 각각의 상기 VSWR에 대하여, 상기 가장 높은 전력 소모를 갖는 상기 케이블 길이에 대하여 순방향 전력 함수로서 전력 소모의 수학적 근사값을 결정하는 단계;
    d) VSWR과 감마 중 하나의 함수로서 상기 수학적 근사값을 파라미터화하는 단계;
    e) 상기 파라미터화에 기초하여 순방향 전력 제한값 공식을 한정하는 단계; 및
    f) 상기 순방향 전력 제한값 공식으로 제어기를 프로그래밍하는 단계를 포함하는 전력 발생기 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    순방향 전력 피드백 신호를 감지하는 단계; 및
    역방향 전력 피드백 신호를 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    외부 세트포인트 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 순방향 전력 제한값 공식에 기초하여 순방향 전력 제한값을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 순방향 전력 제한값과 상기 외부 세트포인트 신호에 기초하여 상기 RF 전력 발생기를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 순방향 전력 제한값과 상기 외부 세트포인트 신호중 더 작은 값과 동일한 변경된 세트포인트 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생기 제어 방법.
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