一种射频电源系统的阻抗匹配方法、装置及电源系统与流程

技术特征：
1.一种射频电源系统的阻抗匹配方法，其特征在于，包括：在射频电源通过可调匹配网络为负载进行供电的射频电源系统结构中，对射频电源系统输入侧的电压和电流进行采集得到采集数据；在可调匹配网络中，根据输入的电压参考值以及采集数据，对连接在射频电源系统输入侧和负载侧之间的电力电子变换器进行电流控制和电压控制，通过调整可调匹配网络的输入电压和电流值，改变可调匹配网络的等效阻抗，实现阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，采用电压环内置电流环的控制结构对电力电子变换器进行电流控制和电压控制。3.根据权利要求2所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电压环内置电流环控制结构中的电流环控制过程包括：1）电流传感器采集得到电感电流小信号分量测量值与电感电流参考值小信号分量比较得到误差电流信号；2）误差电流信号通过电流控制器处理得到电感电压参考值小信号分量与电压传感器采集得到的输入电压小信号分量测量值比较得到开关管电压参考值小信号分量；经过前馈补偿、采样和计算延时s
i
、输入电压v
in
得到开关管电压小信号分量；3）开关管电压小信号分量与输入电压小信号分量相加得到电感电压的小信号分量，经过拉氏变换后的电感运算得到电感电流小信号分量；经过负输入阻抗-z
in
得到输入电压小信号分量；4）将电流传感器采集电感电流小信号分量得到电感电流小信号分量测量值返回步骤1）中，构成电流环的闭环控制。4.根据权利要求3所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电压环内置电流环控制结构中的电压环控制过程包括：1）输入电压参考值的小信号分量与电压传感器采集得到的输入电压小信号分量测量值做比较得到误差电压小信号分量；2）误差电压小信号分量经过电压控制器得到串联阻抗支路电流小信号分量与并联支路电流小信号分量的差值，并联阻抗电压小信号分量通过并联阻抗得到支路电流与电压控制器得到的电流相加；并通过采样和计算延时s
v
、电流环g
icl
得到电感电流小信
号分量；3）电感电流小信号分量经过负输入阻抗-z
in
得到输入电压的小信号分量；4）电流传感器采集得到的电感电流小信号分量测量值，经过并联阻抗z
s
得到串联阻抗电压小信号分量与电压传感器采集得到的输入电压小信号分量测量值比较后得到并联阻抗电压小信号输入分量返回步骤2）；将采集的输入电压小信号分量测量值返回到步骤1）中，构成电压环的闭环控制。5.根据权利要求4所述的阻抗匹配方法，其特征在于，电流环传递函数：；；c
i
为电流控制器的控制函数，h
i
为电流传感器的传递函数，h
v
为电压传感器的传递函数，s
i
代表电流控制器的采样和计算延时，l
s
为拉氏变换后的电感值。6.根据权利要求5所述的阻抗匹配方法，其特征在于，电力电子变换器的等效阻抗为：；其中，s
v
代表电压控制器的采样和计算延时，g
icl
为电流环传递函数，z
in
为输入阻抗，z
s
和z
p
分别为电压环内的附加串联阻抗与并联阻抗。7.根据权利要求1-6任一项所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电力电子变换器为boost升压变换器。8.一种射频电源系统的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗匹配装置为可调匹配网络，连接在射频电源和负载之间；包括：电力电子变换器、电压控制模块和电流控制模块；所述电力电子变换器连接在射频电源系统输入侧和负载侧之间；所述电流控制模块，用于控制电力电子变换器的输出电流；所述电压控制模块，用于控制电力电子变换器的输出电压；在可调匹配网络中，根据输入电压参考值以及射频电源系统输入侧的电压和电流采集值，在电流控制模块中进行电流环路控制，在电压控制模块中进行电压环路控制，通过调整可调匹配网络的输入电压和电流值，改变可调匹配网络的等效阻抗，实现阻抗匹配。9.根据权利要求8所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述电流控制模块内置在所述电压控制模块中；采用电压环内置电流环的控制结构对电力电子变换器进行电流控制和电压控制。10.根据权利要求9所述的阻抗匹配装置，其特征在于，电流控制模块包括电流控制器、
误差电流计算模块、开关管电压计算模块和输入电压计算模块；其中，误差电流计算模块，用于将电流传感器采集到的电感电流小信号分量测量值与电感电流参考值小信号分量进行比较输出误差电流信号；电流控制器，用于对输入的误差电流信号进行电流控制输出电感电压参考值小信号分量；开关管电压计算模块，用于将电感电压参考值小信号分量与电压传感器采集到的输入电压小信号分量测量值进行比较得到开关管电压参考值小信号分量；经过前馈补偿、采样和计算延时s
i
、输入电压v
in
得到开关管电压小信号分量；输入电压计算模块，用于将开关管电压小信号分量与输入电压小信号分量相加得到电感电压的小信号分量，经过拉氏变换后的电感运算得到电感电流小信号分量；经过负输入阻抗-z
in
得到输入电压小信号分量；输入电压小信号分量被电压传感器采集后得到输入电压小信号分量测量值输出到开关管电压计算模块；电感电流小信号分量被电流传感器采集后得到电感电流小信号分量测量值输出到误差电流计算模块。11.根据权利要求10所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述电压控制模块包括：电压控制器、误差电压计算模块、电感电流计算模块、输入电压计算模块和并联阻抗电压计算模块；其中，误差电压计算模块，用于将输入电压参考值的小信号分量与电压传感器采集到的输入电压小信号分量测量值做比较输出误差电压小信号分量；电压控制器，用于对输入的误差电压小信号分量进行电压控制输出串联阻抗支路电流小信号分量与并联支路电流小信号分量的差值；电感电流计算模块，用于将并联阻抗电压小信号分量通过并联阻抗得到支路电流与电压控制器输出的电流相加，并通过采样和计算延时s
v
、电流环g
icl
得到电感电流小信号分量；
输入电压计算模块，用于将输入的电感电流小信号分量经过负输入阻抗-z
in
得到输入电压的小信号分量；输入电压的小信号分量被电压传感器采集后得到输入电压小信号分量测量值分别输出到误差电压计算模块和并联阻抗电压计算模块；并联阻抗电压计算模块，用于将电流传感器采集电感电流小信号分量得到的电感电流小信号分量测量值，经过并联阻抗z
s
得到串联阻抗电压小信号分量与电压传感器采集到的输入电压小信号分量测量值比较后得到并联阻抗电压小信号输入分量输出到电感电流计算模块。12.根据权利要求11所述的阻抗匹配装置，其特征在于，电流环传递函数：；；c
i
为电流控制器的控制函数，h
i
为霍尔电流传感器的传递函数，h
v
为霍尔电压传感器的传递函数，s
i
代表电流控制器的采样和计算延时，l
s
为拉氏变换后的电感值。13.根据权利要求12所述的阻抗匹配装置，其特征在于，电力电子变换器的等效阻抗为：；其中，s
v
代表电压控制器的采样和计算延时，g
icl
为电流环传递函数，z
in
为输入阻抗，z
s
和z
p
分别为电压环内的附加串联阻抗与并联阻抗。14.根据权利要求8-13任一项所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述电力电子变换器为boost升压变换器。15.一种电源系统，其特征在于，包括射频电源和阻抗匹配装置；所述射频电源通过阻抗匹配装置连接到负载，为负载供电；所述阻抗匹配装置中采用如权利要求1-7任一项所述的射频电源系统的阻抗匹配方法，对电源系统进行阻抗匹配，使射频电源系统达到最大的功率传输。

技术总结
本发明涉及一种射频电源系统的阻抗匹配方法、装置及电源系统；属于射频电源技术领域，解决阻抗匹配问题，方法包括：在射频电源通过可调匹配网络为负载进行供电的射频电源系统结构中，对射频电源系统输入侧的电压和电流进行采集得到采集数据；在可调匹配网络中，根据输入的电压参考值以及采集数据，对连接在射频电源系统输入侧和负载侧之间的电力电子变换器进行电流控制和电压控制，通过调整可调匹配网络的输入电压和电流值，改变可调匹配网络的等效阻抗，实现阻抗匹配。本发明简化匹配箱内部的复杂结构，能够快速、精准的实现阻抗匹配，成本更低、具有易扩展性。具有易扩展性。具有易扩展性。


技术研发人员：乐卫平 林伟群 唐亚海 姚志毅
受保护的技术使用者：深圳市恒运昌真空技术有限公司
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2022/12/6