JP2020115431A

JP2020115431A - High frequency power supply

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Publication number: JP2020115431A
Application number: JP2019006502A
Authority: JP
Inventors: 亮祐森川; Ryosuke Morikawa
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: JP7208702B2

Abstract

To reduce the influence of tracking delay of a voltage value of an output voltage on a change in the amplitude of an oscillation signal of an oscillation unit that occurs when a high frequency power setting value Pset is suddenly changed from a low value to a high value.SOLUTION: A high frequency power supply 1 includes a first control system that controls the amplitude of an oscillation signal output from an oscillation unit 13, and a second control system that controls a voltage value of an output voltage of a DC power supply unit 19. When a DC voltage measured value MVdc is greater than or equal to a DC voltage lower limit value Lset, an efficiency calculation value is controlled so as to approach an efficiency set value Eset, and when the DC voltage measured value MVdc is less than the DC voltage lower limit value Lset, the DC voltage measured value MVdc is forcibly controlled to be equal to or higher than the DC voltage lower limit value Lset.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えばプラズマエッチング、プラズマＣＶＤを行うプラズマ処理装置等の負荷に電力を供給する高周波電源装置に関するものである。 The present invention relates to a high frequency power supply device that supplies electric power to a load such as a plasma processing device that performs plasma etching or plasma CVD.

従来、高周波電源装置では、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。図１０は、特許文献１に記載された従来技術の高周波電源装置５０の構成図である。 Conventionally, as a high-frequency power supply device, for example, one described in Patent Document 1 has been proposed. FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional high-frequency power supply device 50 described in Patent Document 1.

特許文献１の高周波電源装置５０は、出力する高周波電力の電力値を設定するための高周波電力設定部５１、後述する高周波電力制御部５２から出力される制御信号に応じて発振信号の振幅を可変させる発振部５３、発振部５３から出力される発振信号を増幅して高周波電力を出力する増幅部５４、増幅部５４から出力された高周波電力を測定する高周波電力測定部５５、及び高周波電力設定部５１によって設定された高周波電力設定値Ｐｓｅｔと高周波電力測定部５５によって測定された高周波電力の測定値ＭＰｒｆ（以下、高周波電力測定値ＭＰｒｆ）とを比較し、両者の誤差情報に基づいて増幅部５４から出力された高周波電力測定値ＭＰｒｆが一定になるように発振部５３から出力される発振信号の振幅を制御する高周波電力制御部５２を備えている。なお、上記のような発振部５３から出力される発振信号の振幅を制御する制御系を第１の制御系とする。 The high frequency power supply device 50 of Patent Document 1 varies the amplitude of the oscillation signal according to a control signal output from a high frequency power setting unit 51 for setting the power value of the high frequency power to be output and a high frequency power control unit 52 described later. An oscillating unit 53, an amplifying unit 54 that amplifies an oscillating signal output from the oscillating unit 53 to output high frequency power, a high frequency power measuring unit 55 that measures the high frequency power output from the amplifying unit 54, and a high frequency power setting unit. The high frequency power set value Pset set by 51 is compared with the high frequency power measurement value MPrf measured by the high frequency power measurement unit 55 (hereinafter, high frequency power measurement value MPrf), and the amplification unit 54 is based on the error information of both. A high frequency power control unit 52 is provided to control the amplitude of the oscillation signal output from the oscillation unit 53 so that the high frequency power measurement value MPrf output from the device becomes constant. The control system that controls the amplitude of the oscillation signal output from the oscillator 53 as described above is referred to as a first control system.

また、この高周波電源装置は、後述する直流電圧制御部５７の指令値ＣＶｄｃに応じた出力電圧を有する直流電力を増幅部５４に供給する直流電力供給部５８と、直流電力供給部５８の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を測定して直流電圧測定値ＭＶｄｃとして出力する直流電圧測定部５９と、増幅部５４の一部を構成する増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の波形を歪ませることなく、且つ、出力電圧波形の振幅が最大となるように、予め定めた特性グラフ又は特性関数等に基づいて、高周波電力設定部５１において設定された高周波電力設定値Ｐｓｅｔに対する出力電圧Ｖｄｃの設定値である直流電圧設定値Ｖｓｅｔを演算する直流電圧演算部５６と、直流電圧測定部５９から出力される直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧設定値Ｖｓｅｔに等しくなるように直流電力供給部５８を制御するための制御信号を出力する直流電圧制御部５７とを備えている。なお、増幅部５４の一部を構成する増幅素子の出力は、通常、増幅素子の後段にあるトランスを介して出力される。また、上記のような直流電力供給部５８の出力電圧の電圧値を制御する制御系を第２の制御系とする。 Further, this high frequency power supply device includes a DC power supply unit 58 for supplying DC power having an output voltage according to a command value CVdc of a DC voltage control unit 57, which will be described later, to the amplification unit 54, and an output voltage of the DC power supply unit 58. The DC voltage measuring unit 59 that measures the voltage value of Vdc and outputs it as the DC voltage measured value MVdc, and the output voltage Vds1 of the amplifying element that forms a part of the amplifying unit 54 without distorting the waveform of the output voltage Vds1. A DC voltage setting value that is a setting value of the output voltage Vdc with respect to the high frequency power setting value Pset set in the high frequency power setting unit 51 based on a predetermined characteristic graph or a characteristic function so that the amplitude of the waveform becomes maximum. Outputs a control signal for controlling the DC power supply unit 58 so that the DC voltage calculation unit 56 that calculates Vset and the DC voltage measurement value MVdc output from the DC voltage measurement unit 59 become equal to the DC voltage set value Vset. And a DC voltage control unit 57 for The output of the amplifying element forming a part of the amplifying section 54 is normally output via a transformer in the subsequent stage of the amplifying element. A control system that controls the voltage value of the output voltage of the DC power supply unit 58 as described above is referred to as a second control system.

上記構成によれば、負荷に供給する高周波電力の電力値が高周波電力設定値Ｐｓｅｔと等しくなるように制御されつつ、増幅部５４から出力される高周波電力の電圧成分（以下、高周波電圧という）の波形に波形歪が生じない範囲で、増幅部５４における損失を低減させて直流電力から高周波電力への変換効率を高めることができる。 According to the above configuration, while controlling the power value of the high frequency power supplied to the load to be equal to the high frequency power set value Pset, the voltage component (hereinafter, referred to as the high frequency voltage) of the high frequency power output from the amplification unit 54 is controlled. The loss in the amplifier 54 can be reduced and the conversion efficiency from the DC power to the high frequency power can be increased within a range where the waveform is not distorted.

上記従来技術（特許文献１）の技術内容を図１１を参照して説明する。
図１１は、従来技術（特許文献１）の高周波電源装置５０を使用したときの出力電圧Ｖｄｃおよび増幅部の一部を構成する増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１を示す図であって、同図（ａ）は、増幅部５４から出力される高周波電力値が小レベルの場合、同図（ｂ）は、増幅部５４から出力される高周波電力値が中レベルの場合、同図（ｃ）は、増幅部５４から出力される高周波電力値が大レベルの場合の一例を示したものである。なお、図１１では増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の正の半波波形を出力電圧Ｖｄｃのラインから負側に折り返し、その折り返し波形が破線で示されている。 The technical content of the above-mentioned conventional technique (Patent Document 1) will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a diagram showing the output voltage Vdc and the output voltage Vds1 of the amplification element that constitutes a part of the amplification section when the high frequency power supply device 50 of the conventional technique (Patent Document 1) is used. ) Indicates that when the high frequency power value output from the amplification unit 54 is at a low level, (b) in FIG. It shows an example when the high frequency power value output from the unit 54 is at a high level. In FIG. 11, the positive half-wave waveform of the output voltage Vds1 of the amplification element is folded back from the line of the output voltage Vdc to the negative side, and the folded waveform is shown by a broken line.

この図１１に示すように、従来技術では、増幅部５４から出力される高周波電力値の大きさに合わせて、増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の振幅を変化させるとともに、出力電圧Ｖｄｃの電圧値を増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の振幅の略０．５倍とすることで、増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の最小値が略０Ｖになるようにしている。そのために、Ｖｄｓ１に波形歪を生じさせることなく、且つ増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の振幅を最大にすることができる。また、前述したように、増幅部５４の一部を構成する増幅素子の出力は、通常、増幅素子の後段にあるトランスを介して出力されるため、増幅部５４の出力電圧としては、出力電圧Ｖｄｃの成分が無くなって、０Ｖを中心とした波形歪のない交流波形となる。 As shown in FIG. 11, according to the conventional technique, the amplitude of the output voltage Vds1 of the amplification element is changed and the voltage value of the output voltage Vdc is amplified according to the magnitude of the high frequency power value output from the amplification unit 54. By making the amplitude of the output voltage Vds1 of the element approximately 0.5 times, the minimum value of the output voltage Vds1 of the amplification element is set to approximately 0V. Therefore, the amplitude of the output voltage Vds1 of the amplification element can be maximized without causing waveform distortion in Vds1. Further, as described above, the output of the amplifying element that constitutes a part of the amplifying section 54 is normally output via the transformer in the subsequent stage of the amplifying element, so the output voltage of the amplifying section 54 is the output voltage. The Vdc component disappears, and an AC waveform with no waveform distortion centered on 0V is obtained.

なお、図中のハッチング部分は損失の度合いを示しており、この部分が小さい程、増幅部での損失電力が少なく変換効率が高いことを示す。図１１は、出力電圧Ｖｄｃの波形図であるために、図中のハッチング部分が損失電力を直接示すものではないが、ハッチング部分が多いほど、損失電力が多いことを示す。すなわち、増幅部の一部を構成する増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の波形に波形歪が生じない範囲では、出力電圧Ｖｄｃの大きさを増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の振幅の略０．５倍とした場合に、変換効率が最も高くなる。 The hatched portion in the figure indicates the degree of loss, and the smaller this portion, the less the power loss in the amplification section and the higher the conversion efficiency. Since FIG. 11 is a waveform diagram of the output voltage Vdc, the hatched portion in the drawing does not directly indicate the power loss, but the more the hatched portion, the more power is lost. That is, the magnitude of the output voltage Vdc is set to about 0.5 times the amplitude of the output voltage Vds1 of the amplifying element within a range in which the waveform of the output voltage Vds1 of the amplifying element forming a part of the amplifying section is not distorted. In this case, the conversion efficiency is highest.

ちなみに、特許文献１の高周波電源装置では、直流電力供給部５８から増幅部５４に供給する直流電力に対する増幅部５４から出力された高周波電力の割合（＝高周波電力／直流電力）で表される変換効率は、増幅部５４がプッシュプル方式の増幅回路構成である場合、約７８％でほぼ一定である。 By the way, in the high frequency power supply device of Patent Document 1, conversion represented by the ratio of high frequency power output from the amplification unit 54 to the DC power supplied from the DC power supply unit 58 to the amplification unit 54 (=high frequency power/DC power) The efficiency is approximately constant at about 78% when the amplification unit 54 has a push-pull type amplification circuit configuration.

上記の特許文献１のような高周波電源装置では、特定の変換効率にするために、高周波電力設定値Ｐｓｅｔに対する直流電力供給手段から出力する直流電圧の関係を予め求めるために膨大な作業量が必要であった。 In the high frequency power supply device as in the above-mentioned Patent Document 1, a huge amount of work is required to previously obtain the relationship between the high frequency power setting value Pset and the DC voltage output from the DC power supply means in order to achieve a specific conversion efficiency. Met.

この問題を改善するために、特許文献２では、増幅部５４における直流から高周波（交流）への変換効率（「高周波電力測定値／（直流電力供給部５８から増幅部５４に供給される直流電力の測定値（以下、直流電力測定値））」によって演算できる）が設定値になるように直流電力供給部５８の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を制御することにより、発振部５３の振幅及び直流電力供給部５８の出力電圧Ｖｄｃの電圧値が自動的に定まるようにしている。 In order to improve this problem, in Patent Document 2, the conversion efficiency from the direct current to the high frequency (alternating current) in the amplification unit 54 (“measured value of high frequency power/(DC power supplied from the direct current power supply unit 58 to the amplification unit 54 By controlling the voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 58 such that the calculated value (hereinafter, DC power measurement value))” becomes a set value. The voltage value of the output voltage Vdc of the supply unit 58 is automatically determined.

この特許文献２のような制御を行うことによって、特許文献１のような高周波電力設定値Ｐｓｅｔに対する直流電力供給手段から出力する直流電圧の関係を予め求めるための膨大な作業量が不要になるので、使い勝手のよい高周波電源装置とすることができる。
なお、特許文献２でも、高周波電力設定値Ｐｓｅｔに応じて発振部５３の振幅を制御する第１の制御系と、直流電力供給部５８の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を制御する第２の制御系が存在する。 By performing the control as in Patent Document 2, a huge amount of work for preliminarily obtaining the relationship between the high-frequency power set value Pset and the DC voltage output from the DC power supply means as in Patent Document 1 is unnecessary. A high-frequency power supply device that is easy to use can be provided.
Note that in Patent Document 2 as well, a first control system that controls the amplitude of the oscillating unit 53 according to the high-frequency power setting value Pset and a second control system that controls the voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 58. Exists.

特開２００１−１９７７４９号公報JP 2001-197749 A 特開２００７−０６６７７８号公報JP, 2007-066778, A

特許文献２において、第１の制御系の制御速度よりも第２の制御系の制御速度の方が遅いと想定して説明する。
高周波電力設定値Ｐｓｅｔを低い値から急激に高い値に変更すると、第１の制御系が、発振部５３の発振信号の振幅を大きくすることによって出力する高周波電力の電力値を高めようと制御する。そうなると、第２の制御系が、変換効率を設定値に保つために、直流電力供給部５８の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を高めようと制御する。 In Patent Document 2, description will be made assuming that the control speed of the second control system is slower than the control speed of the first control system.
When the high frequency power setting value Pset is suddenly changed from a low value to a high value, the first control system controls to increase the power value of the high frequency power to be output by increasing the amplitude of the oscillation signal of the oscillator 53. .. Then, the second control system controls to increase the voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 58 in order to maintain the conversion efficiency at the set value.

しかし、第１の制御系の制御速度よりも第２の制御系の制御速度が遅いと、発振部５３の発振信号の振幅が大きくなっているにも関わらず、それに見合った出力電圧Ｖｄｃの電圧値になるまでに追従遅れが生じてしまう。
追従遅れの時間は、「第１の制御系の制御速度と第２の制御系の制御速度との差異」と「高周波電力設定値Ｐｓｅｔの変化度合い」とによって異なるので一概に言えないが、第１の制御系の制御速度と第２の制御系の制御速度との差異が大きい程、また高周波電力設定値Ｐｓｅｔの変化度合いが大きい程、追従遅れの時間が長くなる。 However, when the control speed of the second control system is slower than the control speed of the first control system, the output voltage Vdc corresponding to the amplitude of the oscillation signal of the oscillating unit 53 becomes large even if the amplitude of the oscillation signal is large. There is a delay in tracking until the value is reached.
The follow-up delay time differs depending on the "difference between the control speed of the first control system and the control speed of the second control system" and the "degree of change of the high-frequency power set value Pset", but it cannot be generally stated. The greater the difference between the control speed of the first control system and the control speed of the second control system, and the greater the degree of change in the high-frequency power setting value Pset, the longer the tracking delay time.

このような発振部５３の発振信号の振幅の変化に対する出力電圧Ｖｄｃの電圧値の追従遅れが生じると、図１２に示すように、発振部５３の発振信号の振幅に対して出力電圧Ｖｄｃの電圧値が低すぎる状態が生じうる。発振部５３の発振信号の振幅に対して出力電圧Ｖｄｃの電圧値が低すぎると、発振部１３の発振信号の振幅が飽和してしまう。そうなると、高周波電源装置から出力される高周波電力の電力値が高周波電力設定値Ｐｓｅｔで設定される所望の電力値よりも低い電力値になる恐れがある。そうなると、高周波電力の出力値を高めるために、高周波電力制御部５２が発振部５３の発振信号の振幅を大きくしようと制御する。しかし、追従が遅れていた出力電圧Ｖｄｃが大きくなってくるので、今度は高周波電力の出力電力が所望の電力値よりも大きくなる恐れがある。更にその状態を抑制しようと制御するので、出力が不安定になる恐れがある。その結果、負荷における加工に影響を及ぼす可能性が生じうる。すなわち、上記の出力電圧Ｖｄｃの電圧値の追従遅れによって負荷における加工に影響を及ぼす可能性が生じうる。 When such a delay in tracking the voltage value of the output voltage Vdc with respect to the change in the amplitude of the oscillation signal of the oscillation unit 53 occurs, as shown in FIG. 12, the voltage of the output voltage Vdc with respect to the amplitude of the oscillation signal of the oscillation unit 53. There can be situations where the value is too low. When the voltage value of the output voltage Vdc is too low with respect to the amplitude of the oscillation signal of the oscillator 53, the amplitude of the oscillation signal of the oscillator 13 is saturated. Then, the power value of the high frequency power output from the high frequency power supply device may be lower than the desired power value set by the high frequency power setting value Pset. Then, in order to increase the output value of the high frequency power, the high frequency power control unit 52 controls to increase the amplitude of the oscillation signal of the oscillation unit 53. However, since the output voltage Vdc that has been delayed in tracking increases, the output power of the high frequency power may be higher than a desired power value this time. Further, since the control is performed to suppress the state, the output may become unstable. As a result, the possibility of affecting the processing under load may occur. That is, there is a possibility that the delay in tracking the voltage value of the output voltage Vdc may affect machining in the load.

上記の追従遅れ時間は、短い時間であると推測されるが、より精度のよい電力値の制御が必要になってきているので、高周波電力設定値Ｐｓｅｔが変化した場合に上記のような発振部５３の発振信号の振幅の変化に対する出力電圧Ｖｄｃの電圧値の追従遅れの影響を小さくすることが望ましい。 The following delay time is presumed to be short, but more accurate control of the power value is required, and therefore, when the high frequency power setting value Pset changes, the oscillation unit as described above is required. It is desirable to reduce the influence of the tracking delay of the voltage value of the output voltage Vdc on the change in the amplitude of the oscillation signal of 53.

本発明は、上記事情のもとで考え出されたものであって、高周波電力設定値Ｐｓｅｔが低い値から急激に高い値に変更されたときに生じる発振部の発振信号の振幅の変化に対する出力電圧の電圧値の追従遅れの影響を小さくできる高周波電源装置を提供することを目的としている。 The present invention has been devised under the above circumstances, and provides an output with respect to a change in the amplitude of the oscillation signal of the oscillation unit that occurs when the high frequency power setting value Pset is suddenly changed from a low value to a high value. It is an object of the present invention to provide a high frequency power supply device that can reduce the influence of the delay in tracking the voltage value of the voltage.

第１の発明によって提供される高周波電源装置は、
負荷に供給する高周波電力の電力値が高周波電力設定値と等しくなるように制御する高周波電源装置において、
発振信号の振幅が可変可能である発振手段と、
前記発振手段から出力される発振信号を増幅した高周波電力を出力する増幅手段と、
出力電圧の電圧値が可変可能である直流電力を前記増幅手段に供給する直流電力供給手段と、
高周波電源装置の出力端において前記増幅手段から前記負荷に供給する高周波電力の電力値を測定し、測定した電力値を高周波電力測定値として出力する高周波電力測定手段と、
前記直流電力供給手段の出力電力の電力値を測定し、測定した電力値を直流電力測定値として出力する直流電力測定手段と、
前記直流電力供給手段の出力電圧の電圧値を測定し、測定した電圧値を直流電圧測定値として出力する直流電圧測定手段と、
前記高周波電力測定値が前記高周波電力設定値に等しくなるように前記発振手段の振幅を制御する高周波電力制御手段と、
前記高周波電力測定値を前記直流電力測定値で除した効率演算値を演算し、前記直流電圧測定値が予め定めた直流電圧下限値以上のときは、前記効率演算値が予め定めた効率設定値に等しくなるように前記直流電力供給手段の出力電圧の電圧値を変化させるための制御信号を前記直流電力供給手段に対して出力するとともに、前記直流電圧測定値が予め定めた直流電圧下限値未満のときは、前記直流電力供給手段の出力電圧の電圧値が前記直流電圧下限値以上になるように前記直流電力供給手段の出力電圧の電圧値を変化させるための制御信号を前記直流電力供給手段に対して出力する直流電力制御手段と
を備えたことを特徴としている。 The high frequency power supply device provided by the first invention is
In a high frequency power supply device that controls the power value of the high frequency power supplied to the load to be equal to the high frequency power set value,
An oscillation means in which the amplitude of the oscillation signal is variable,
Amplification means for outputting high-frequency power obtained by amplifying an oscillation signal output from the oscillation means,
DC power supply means for supplying the amplification means with DC power whose output voltage value is variable,
High frequency power measuring means for measuring the power value of the high frequency power supplied from the amplifying means to the load at the output end of the high frequency power supply device, and outputting the measured power value as a high frequency power measurement value,
DC power measuring means for measuring the power value of the output power of the DC power supply means, and outputting the measured power value as a DC power measurement value,
DC voltage measuring means for measuring the voltage value of the output voltage of the DC power supply means, and outputting the measured voltage value as a DC voltage measurement value,
High frequency power control means for controlling the amplitude of the oscillating means so that the high frequency power measurement value becomes equal to the high frequency power set value,
The high frequency power measurement value is divided by the DC power measurement value to calculate an efficiency calculation value, and when the DC voltage measurement value is equal to or higher than a predetermined DC voltage lower limit value, the efficiency calculation value is a predetermined efficiency setting value. And outputs a control signal for changing the voltage value of the output voltage of the DC power supply means to the DC power supply means so that the DC voltage measurement value is less than a predetermined DC voltage lower limit value. In the case of, the control signal for changing the voltage value of the output voltage of the DC power supply means is set so that the voltage value of the output voltage of the DC power supply means becomes the DC voltage lower limit value or more. And a direct current power control means for outputting to.

第２の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記増幅手段と前記高周波電力測定手段の間に、高調波成分を除去するフィルタ手段をさらに設けたことを特徴としている。 The high frequency power supply device provided by the second invention is
It is characterized in that filter means for removing harmonic components is further provided between the amplifying means and the high frequency power measuring means.

本発明では、高周波電源装置が、発振手段から出力される発振信号の振幅を制御する第１の制御系と、直流電力供給手段の出力電圧の電圧値を制御する第２の制御系とを備える。このような構成において、第１の制御系の制御速度よりも第２の制御系の制御速度の方が遅い場合に、高周波電力設定値を低い値から急激に高い値に変更することによって、発振手段の発振信号の振幅が大きくなった場合でも、直流電力供給手段の出力電圧の電圧値が、発振信号の振幅に見合った出力電圧の電圧値になるまでの追従遅れの時間が従来よりも短縮される。そのため、出力電圧の電圧値の追従遅れが生じることによって、仮に瞬時的に高周波電力の出力が不安定になる場合であっても、その度合いを低減できる。 In the present invention, the high-frequency power supply device includes a first control system that controls the amplitude of the oscillation signal output from the oscillating unit, and a second control system that controls the voltage value of the output voltage of the DC power supply unit. .. In such a configuration, when the control speed of the second control system is slower than the control speed of the first control system, the high-frequency power set value is rapidly changed from a low value to a high value to oscillate. Even when the amplitude of the oscillation signal of the means becomes large, the follow-up delay time until the voltage value of the output voltage of the DC power supply means becomes the voltage value of the output voltage commensurate with the amplitude of the oscillation signal is shorter than before. To be done. Therefore, even if the output of the high-frequency power becomes momentarily unstable due to the delay in tracking the voltage value of the output voltage, the degree can be reduced.

図１は、本発明に係る高周波電源装置が適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a high frequency power supply system to which a high frequency power supply device according to the present invention is applied. 図２は、本発明の第１実施形態に係る高周波電源装置１の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the high frequency power supply device 1 according to the first embodiment of the present invention. 図３は、フィルタ部１５の回路構成例である。FIG. 3 is a circuit configuration example of the filter unit 15. 図４は、直流電力制御部１８の機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram of the DC power control unit 18. 図５は、増幅部１４の一例であるＦＥＴを用いたプッシュプル方式の増幅回路構成及び増幅部１４と発振部１３等との接続関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a push-pull type amplifier circuit configuration using an FET, which is an example of the amplifier 14, and a connection relationship between the amplifier 14 and the oscillator 13. 図６は、複数の増幅回路を用いて増幅部を構成する一例である。FIG. 6 is an example of configuring an amplification section using a plurality of amplification circuits. 図７は、図５で示した増幅回路を用いた場合の進行波電力Ｐｆの電力値（第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１を用いて図示）に対する直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値（直流電圧測定値ＭＶｄｃを用いて図示）の特性図の一例である。FIG. 7 is a voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 with respect to the power value of the traveling wave power Pf (illustrated by using the first high frequency power measurement value MPrf1) when the amplifier circuit shown in FIG. 5 is used. It is an example of a characteristic diagram of (the DC voltage measured value MVdc is shown). 図８は、図５で示した増幅回路を用いた場合の各部のシミュレーション結果である。FIG. 8 is a simulation result of each part when the amplifier circuit shown in FIG. 5 is used. 図９は、本発明の第２実施形態に係る高周波電源装置１ａが適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。FIG. 9: is a figure which shows an example of the high frequency power supply system to which the high frequency power supply device 1a which concerns on 2nd Embodiment of this invention is applied. 図１０は、特許文献１に記載された従来技術の高周波電源装置５０の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional high-frequency power supply device 50 described in Patent Document 1. 図１１は、従来技術（特許文献１）の高周波電源装置５０を使用したときの出力電圧Ｖｄｃおよび増幅部の一部を構成する増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the output voltage Vdc and the output voltage Vds1 of the amplifying element forming a part of the amplifying unit when the high frequency power supply device 50 of the related art (Patent Document 1) is used. 図１２は、発振部１３の発振信号の振幅に対して出力電圧Ｖｄｃの電圧値が低すぎる状態の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of a state in which the voltage value of the output voltage Vdc is too low with respect to the amplitude of the oscillation signal of the oscillator 13.

以下、本発明の詳細を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る高周波電源装置が適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。この高周波電力供給システムは、半導体ウエハや液晶基板等の被加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。この高周波電力供給システムは、高周波電源装置１、伝送線路２、インピーダンス整合器３、負荷接続部４及び負荷５で構成されている。なお、インピーダンス整合器３を用いない構成にしてもよい。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a high frequency power supply system to which a high frequency power supply device according to the present invention is applied. This high-frequency power supply system supplies high-frequency power to an object to be processed such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate to perform processing such as plasma etching. This high frequency power supply system includes a high frequency power supply device 1, a transmission line 2, an impedance matching device 3, a load connecting portion 4 and a load 5. Note that the impedance matching device 3 may not be used.

高周波電源装置１は、後述する発振部１３から出力される高周波信号（発振信号Ｖｉｎ）を、電力増幅器１４を用いて増幅させ、発生した高周波電力を出力して負荷５に供給するための装置である。なお、高周波電源装置１から出力された高周波電力は、同軸ケーブルからなる伝送線路２及びインピーダンス整合器３及び遮蔽された銅板からなる負荷接続部４を介して負荷５に供給される。また、一般にこの種の高周波電源装置１では、数百ｋＨｚ以上の周波数の高周波電力を出力している。例えば、４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等の周波数の高周波電力を出力している。なお、上記の周波数は、高周波電力の電圧成分の周波数である。 The high-frequency power supply device 1 is a device for amplifying a high-frequency signal (oscillation signal Vin) output from an oscillating unit 13 described later using a power amplifier 14 and outputting the generated high-frequency power to supply to the load 5. is there. The high-frequency power output from the high-frequency power supply device 1 is supplied to the load 5 via the transmission line 2 formed of a coaxial cable, the impedance matching device 3, and the load connection portion 4 formed of a shielded copper plate. Further, in general, this type of high frequency power supply device 1 outputs high frequency power having a frequency of several hundred kHz or more. For example, high-frequency power having a frequency of 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 40 MHz, 60 MHz, etc. is output. The above frequency is the frequency of the voltage component of the high frequency power.

インピーダンス整合器３は、高周波電源装置１と負荷５とのインピーダンスを整合させるものである。より具体的には、例えば高周波電源装置１の出力端から高周波電源装置１側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が例えば５０Ωに設計され、高周波電源装置１が、特性インピーダンス５０Ωの伝送線路２でインピーダンス整合器３の入力端に接続されているとすると、インピーダンス整合器３は、当該インピーダンス整合器３の入力端から負荷５側を見たインピーダンスを５０Ωに変換させるものである。 The impedance matching device 3 matches the impedance between the high frequency power supply device 1 and the load 5. More specifically, for example, the impedance (output impedance) viewed from the output end of the high-frequency power supply device 1 to the high-frequency power supply device 1 side is designed to be, for example, 50Ω, and the high-frequency power supply device 1 has an impedance in the transmission line 2 having a characteristic impedance of 50Ω. If the impedance matching device 3 is connected to the input end of the matching device 3, the impedance matching device 3 converts the impedance of the load 5 viewed from the input end of the impedance matching device 3 into 50Ω.

負荷５は、加工部を備え、その加工部の内部に搬入したウエハ、液晶基板等の被加工物を加工（エッチング、ＣＶＤ等）するための装置である。この負荷５は、被加工物を加工するために、加工部にプラズマ放電用ガスを導入し、そのプラズマ放電用ガスに高周波電源装置１から供給された高周波電力（電圧）を印加することによって、上記のプラズマ放電用ガスを放電させて非プラズマ状態からプラズマ状態にしている。そして、プラズマを利用して被加工物を加工している。 The load 5 is an apparatus that includes a processing section and processes (etches, CVD, etc.) a workpiece such as a wafer and a liquid crystal substrate carried into the processing section. The load 5 introduces a plasma discharge gas into a processing portion and applies high frequency power (voltage) supplied from the high frequency power supply device 1 to the plasma discharge gas in order to process a workpiece. The plasma discharge gas is discharged to change from the non-plasma state to the plasma state. Then, the workpiece is processed using plasma.

図２は、本発明の第１実施形態に係る高周波電源装置１の構成を示す図である。高周波電源装置１は、図２に示すように、高周波電力設定部１１、高周波電力制御部１２、発振部１３、増幅部１４、フィルタ部１５、高周波電力測定部１６、効率設定部１７、直流電力制御部１８、直流電力供給部１９、直流電力測定部２０及び直流電圧下限値設定部２１を備えている。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the high frequency power supply device 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the high frequency power supply device 1 includes a high frequency power setting unit 11, a high frequency power control unit 12, an oscillating unit 13, an amplifying unit 14, a filter unit 15, a high frequency power measuring unit 16, an efficiency setting unit 17, and a direct current power. A control unit 18, a DC power supply unit 19, a DC power measurement unit 20, and a DC voltage lower limit value setting unit 21 are provided.

なお、高周波電力設定部１１、高周波電力制御部１２、発振部１３、増幅部１４、フィルタ部１５及び高周波電力測定部１６によって、発振部１３から出力される発振信号の振幅を制御する第１の制御系が形成される。
また、効率設定部１７、直流電力制御部１８、直流電力供給部１９、直流電力測定部２０及び直流電圧下限値設定部２１によって、直流電力供給部１９の出力電圧の電圧値を制御する第２の制御系が形成される。なお、後述するように、増幅部１４には、直流電力供給部１９から出力された直流電力が入力される。また、直流電力制御部１８には、高周波電力測定部１６において測定された第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１が入力される。そのため、増幅部１４、フィルタ部１５及び高周波電力測定部１６も第２の制御系の一部と考えることができる。 The high frequency power setting unit 11, the high frequency power control unit 12, the oscillation unit 13, the amplification unit 14, the filter unit 15, and the high frequency power measurement unit 16 control the amplitude of the oscillation signal output from the oscillation unit 13. A control system is formed.
Further, the efficiency setting unit 17, the DC power control unit 18, the DC power supply unit 19, the DC power measurement unit 20, and the DC voltage lower limit value setting unit 21 control the voltage value of the output voltage of the DC power supply unit 2. Control system is formed. As will be described later, the DC power output from the DC power supply unit 19 is input to the amplification unit 14. Further, the first high-frequency power measurement value MPrf1 measured by the high-frequency power measuring unit 16 is input to the DC power control unit 18. Therefore, the amplification unit 14, the filter unit 15, and the high frequency power measurement unit 16 can also be considered as a part of the second control system.

高周波電力設定部１１は、負荷５に供給する高周波電力の設定値である高周波電力設定値Ｐｓｅｔを設定するためのものである。なお、図２では省略しているが、高周波電力設定部１１には、高周波電力設定値Ｐｓｅｔを設定するための設定スイッチや高周波電力の供給の開始を指示する出力開始スイッチを備えた操作部等が設けられている。高周波電力設定部１１において設定された高周波電力設定値Ｐｓｅｔは、高周波電力制御部１２に送られる。なお、高周波電力設定値Ｐｓｅｔ等は、外部の装置から入力してもよい。 The high frequency power setting unit 11 is for setting a high frequency power setting value Pset which is a setting value of the high frequency power supplied to the load 5. Although omitted in FIG. 2, the high frequency power setting unit 11 includes a setting switch for setting the high frequency power set value Pset, an operation unit including an output start switch for instructing the start of high frequency power supply, and the like. Is provided. The high frequency power setting value Pset set by the high frequency power setting unit 11 is sent to the high frequency power control unit 12. The high frequency power setting value Pset and the like may be input from an external device.

高周波電力制御部１２は、高周波電力設定部１１において設定された高周波電力設定値Ｐｓｅｔと、高周波電力測定部１６において測定された第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１とを比較し、両者が等しくなるように、発振部１３の発振信号Ｖｉｎの振幅を制御するものである。そのため、高周波電力制御部１２は、発振部１３の発振信号Ｖｉｎの振幅を制御するための制御信号ＣＶｉｎを出力する。なお、高周波電力制御部１２は、本発明の高周波電力制御手段の一例である。 The high-frequency power control unit 12 compares the high-frequency power setting value Pset set by the high-frequency power setting unit 11 with the first high-frequency power measurement value MPrf1 measured by the high-frequency power measuring unit 16 so that they are equal to each other. In addition, the amplitude of the oscillation signal Vin of the oscillator 13 is controlled. Therefore, the high frequency power control unit 12 outputs the control signal CVin for controlling the amplitude of the oscillation signal Vin of the oscillation unit 13. The high frequency power control unit 12 is an example of the high frequency power control means of the present invention.

発振部１３は、増幅部１４に対して交流の発振信号Ｖｉｎを出力するものであり、高周波電力制御部１２から出力される制御信号ＣＶｉｎによって発振信号Ｖｉｎの振幅が制御される。なお、高周波電源装置１の出力周波数は、発振部１３の発振周波数によって定まる。また、発振部１３は、本発明の発振手段の一例である。 The oscillation unit 13 outputs an AC oscillation signal Vin to the amplification unit 14, and the amplitude of the oscillation signal Vin is controlled by the control signal CVin output from the high frequency power control unit 12. The output frequency of the high frequency power supply device 1 is determined by the oscillation frequency of the oscillator 13. The oscillating unit 13 is an example of the oscillating means of the present invention.

増幅部１４は、発振部１３から出力される発振信号Ｖｉｎを増幅した進行波電力Ｐｆを出力するためのものである。増幅部１４において増幅された進行波電力Ｐｆは、高周波電力測定部１６を介して負荷に供給される。増幅部１４の回路構成については、後述する。なお、増幅部１４は、本発明の増幅手段の一例である。 The amplification unit 14 is for outputting the traveling wave power Pf obtained by amplifying the oscillation signal Vin output from the oscillation unit 13. The traveling wave power Pf amplified by the amplification unit 14 is supplied to the load via the high frequency power measurement unit 16. The circuit configuration of the amplifier 14 will be described later. The amplification unit 14 is an example of the amplification means of the present invention.

フィルタ部１５は、増幅部１４の出力に含まれる高調波成分を除去するためのフィルタである。このフィルタ部１５によって増幅部１４の出力波形が改善されて略正弦波状の出力波形にすることができる。そのため、増幅部１４から出力される進行波電力Ｐｆとフィルタ部１５から出力される進行波電力Ｐｆとは異なるが、本明細書では説明を簡略化するために、両者とも同じ符合を用いて進行波電力Ｐｆとして表す。後述する高周波電力測定部１６の出力も同様に進行波電力Ｐｆとして表す。 The filter unit 15 is a filter for removing harmonic components included in the output of the amplification unit 14. The output waveform of the amplification unit 14 is improved by the filter unit 15 so that the output waveform of the sine wave can be obtained. Therefore, the traveling wave power Pf output from the amplifying unit 14 and the traveling wave power Pf output from the filter unit 15 are different, but in this specification, in order to simplify the description, the traveling wave power Pf and the traveling wave power Pf are the same. Represented as wave power Pf. The output of the high-frequency power measuring unit 16 described later is also expressed as traveling wave power Pf.

図３は、フィルタ部１５の回路構成例である。この図３に示すように、フィルタ部１５は、インダクタＬ１〜Ｌ２、コンデンサＣ３〜Ｃ５を用いたローパスフィルタとして構成される。そして、発振部１３の発振信号Ｖｉｎの周波数によって定まる増幅部１４の出力周波数の高周波成分は通過させるが、出力周波数よりも周波数が高い高調波成分は除去するように回路定数を定める。もちろん、バンドパスフィルタを用いることが可能な場合がある。なお、フィルタ部１５は、本発明のフィルタ手段の一例である。 FIG. 3 is a circuit configuration example of the filter unit 15. As shown in FIG. 3, the filter unit 15 is configured as a low-pass filter using inductors L1 and L2 and capacitors C3 to C5. Then, a circuit constant is determined so that a high frequency component of the output frequency of the amplification unit 14 determined by the frequency of the oscillation signal Vin of the oscillation unit 13 is passed, but a harmonic component having a frequency higher than the output frequency is removed. Of course, it may be possible to use a bandpass filter. The filter unit 15 is an example of the filter means of the present invention.

再度、図２を参照して説明する。
高周波電力測定部１６は、高周波電源装置１の出力端において、増幅部１４から出力される進行波電力Ｐｆの電力値を測定するものであり、例えば、方向性結合器等および方向性結合器の出力を電力値に換算するための変換回路によって構成されている。この例の高周波電力測定部１６では、増幅部１４から負荷５側に進行する進行波電力Ｐｆの電力値を測定して、進行波電力Ｐｆに対応する第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１として出力する。なお、進行波電力Ｐｆの電圧成分を進行波電圧Ｖｆと表している。また、高周波電力測定部１６は、本発明の高周波電力測定手段の一例である。 The description will be made again with reference to FIG.
The high frequency power measuring unit 16 measures the power value of the traveling wave power Pf output from the amplifying unit 14 at the output end of the high frequency power supply device 1, and is, for example, a directional coupler or the like and a directional coupler. It is composed of a conversion circuit for converting an output into an electric power value. In the high frequency power measuring unit 16 of this example, the power value of the traveling wave power Pf traveling from the amplifying unit 14 to the load 5 side is measured and output as the first high frequency power measurement value MPrf1 corresponding to the traveling wave power Pf. .. The voltage component of the traveling wave power Pf is represented as the traveling wave voltage Vf. The high frequency power measuring unit 16 is an example of the high frequency power measuring means of the present invention.

高周波電力測定部１６において測定された第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１は、高周波電力制御部１２に対して出力され、高周波電力制御部１２において、上述したように第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１と高周波電力設定値Ｐｓｅｔとが比較され、両者が等しくなるように発振部１３に対して制御信号ＣＶｉｎを出力する。これにより、第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１と高周波電力設定値Ｐｓｅｔとが等しくなるように制御される。 The first high frequency power measurement value MPrf1 measured by the high frequency power measurement unit 16 is output to the high frequency power control unit 12, and the high frequency power control unit 12 outputs the first high frequency power measurement value MPrf1 as described above. The high frequency power setting value Pset is compared, and the control signal CVin is output to the oscillating unit 13 so that they are equal to each other. As a result, the first high frequency power measurement value MPrf1 and the high frequency power setting value Pset are controlled to be equal.

なお、高周波電力測定部１６において、進行波電力Ｐｆの電力値と共に反射波電力Ｐｐｒの電力値を測定し、進行波電力Ｐｆの電力値から反射により負荷側から戻ってくる反射波電力Ｐｒの電力値を減じた負荷側電力Ｐ１ｏａｄ（＝Ｐｆ−Ｐｒ）の電力値を第２の高周波電力測定値ＭＰｒｆ２として高周波電力制御部１２に対して出力してもよい。
この場合、高周波電力制御部１２は、第２の高周波電力測定値ＭＰｒｆ２と高周波電力設定値Ｐｓｅｔとを比較して、両者が等しくなるように発振部１３に対して制御信号ＣＶｉｎを出力する。
ただし、この場合も、後述する直流電力制御部１８に対しては、第２の高周波電力測定値ＭＰｒｆ２ではなく、第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１が出力される。また、本明細書では、説明を簡潔にするために、進行波電力Ｐｆだけでなく負荷側電力Ｐｌｏａｄも負荷に供給する高周波電力としている。なお、反射波電力Ｐｒの電圧成分を反射波電圧Ｖｒとして表している。 The high frequency power measuring unit 16 measures the power value of the reflected wave power Ppr together with the power value of the traveling wave power Pf, and the power of the reflected wave power Pr returned from the load side by reflection from the power value of the traveling wave power Pf. The power value of the load-side power P1oad (=Pf-Pr) with the reduced value may be output to the high frequency power control unit 12 as the second high frequency power measurement value MPrf2.
In this case, the high frequency power control unit 12 compares the second high frequency power measurement value MPrf2 with the high frequency power setting value Pset, and outputs the control signal CVin to the oscillation unit 13 so that they are equal to each other.
However, also in this case, the first high-frequency power measurement value MPrf1 is output to the direct-current power control unit 18, which will be described later, instead of the second high-frequency power measurement value MPrf2. Further, in this specification, in order to simplify the explanation, not only the traveling wave power Pf but also the load side power Pload is defined as the high frequency power supplied to the load. The voltage component of the reflected wave power Pr is represented as the reflected wave voltage Vr.

第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆｌを高周波電力制御部１２に対して出力する場合と、第２の高周波電力測定値ＭＰｒｆ２を高周波電力制御部１２に対して出力する場合とは、高周波電力制御部１２における高周波電力設定値Ｐｓｅｔとの比較対象が異なるだけでその他は同様である。そのため、以降の説明では、進行波電力Ｐｆに対応する第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆｌを高周波電力制御部１２に対して出力するものとして説明を行い、第２の高周波電力測定値ＭＰｒｆ２を高周波電力制御部１２に対して出力する場合の説明は省略する。 The high frequency power control unit 12 outputs the first high frequency power measurement value MPrfl to the high frequency power control unit 12 and the second high frequency power measurement value MPrf2 to the high frequency power control unit 12. The difference is the same as the comparison target with the high frequency power setting value Pset in. Therefore, in the following description, it is assumed that the first high frequency power measurement value MPrfl corresponding to the traveling wave power Pf is output to the high frequency power control unit 12, and the second high frequency power measurement value MPrf2 is the high frequency power. A description of outputting to the control unit 12 will be omitted.

直流電力供給部１９は、後述する直流電力制御部１８から出力される制御信号ＣＶｄｃに基づいて出力電圧Ｖｄｃの電圧値を可変させた直流電力を出力して、直流電力測定部２０を介して増幅部１４に直流電力を供給する。なお、直流電力供給部１９は、本発明の直流電力供給手段の一例である。 The DC power supply unit 19 outputs DC power in which the voltage value of the output voltage Vdc is changed based on a control signal CVdc output from a DC power control unit 18 described later, and amplifies it via the DC power measurement unit 20. DC power is supplied to the unit 14. The DC power supply unit 19 is an example of the DC power supply means of the present invention.

直流電力測定部２０は、直流電力供給部１９と増幅部１４との間に設けられており、直流電力供給部１９から増幅部１４に供給される直流電力Ｐｄｃの電力値を測定し、測定した電力値を直流電力測定値ＭＰｄｃとして後述する直流電力制御部１８に対して出力する。この直流電力測定部２０の機能は、本発明の直流電力測定手段の一例である。
また、直流電力測定部２０は、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を測定し、測定した電圧値を直流電圧測定値ＭＶｄｃとして後述する直流電力制御部１８に対して出力する。この直流電力測定部２０の機能は、本発明の直流電圧測定手段の一例である。 The DC power measurement unit 20 is provided between the DC power supply unit 19 and the amplification unit 14, and measures and measures the power value of the DC power Pdc supplied from the DC power supply unit 19 to the amplification unit 14. The power value is output to the DC power control unit 18, which will be described later, as the DC power measurement value MPdc. The function of the DC power measuring unit 20 is an example of the DC power measuring means of the present invention.
Further, the DC power measuring unit 20 measures the voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 and outputs the measured voltage value to the DC power control unit 18, which will be described later, as a DC voltage measurement value MVdc. The function of the DC power measuring unit 20 is an example of the DC voltage measuring means of the present invention.

直流電圧下限値設定部２１は、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの下限値である直流電圧下限値Ｌｓｅｔを設定する機能を有する。なお、図２では省略しているが、直流電圧下限値設定部２１には、直流電圧下限値Ｌｓｅｔを設定するための操作部等が設けられている。直流電圧下限値設定部２１において直流電圧下限値Ｌｓｅｔは、直流電力制御部１８に送られる。直流電圧下限値Ｌｓｅｔは、外部の装置から入力してもよい。 The DC voltage lower limit value setting unit 21 has a function of setting the DC voltage lower limit value Lset which is the lower limit value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19. Although not shown in FIG. 2, the DC voltage lower limit value setting unit 21 is provided with an operation unit and the like for setting the DC voltage lower limit value Lset. The DC voltage lower limit value Lset in the DC voltage lower limit value setting unit 21 is sent to the DC power control unit 18. The DC voltage lower limit value Lset may be input from an external device.

直流電力制御部１８は、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃを以下のように制御する機能を有している。また、図４は、直流電力制御部１８の機能ブロック図である。この図４に示すように、直流電力制御部１８は、効率演算部１８１及び制御信号出力部１８２を備えている。
以下、図２及び図４を用いて、直流電力制御部１８の機能を説明する。なお、直流電力制御部１８は、本発明の直流電力制御手段の一例である。 The DC power control unit 18 has a function of controlling the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 as follows. Further, FIG. 4 is a functional block diagram of the DC power control unit 18. As shown in FIG. 4, the DC power control unit 18 includes an efficiency calculation unit 181 and a control signal output unit 182.
The function of the DC power control unit 18 will be described below with reference to FIGS. 2 and 4. The DC power control unit 18 is an example of the DC power control means of the present invention.

直流電力制御部１８は、効率設定部１７で設定された効率設定値Ｅｓｅｔ、高周波電力測定部１６から出力される第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１、直流電力測定部２０から出力される直流電力測定値ＭＰｄｃと直流電圧測定値ＭＶｄｃ及び直流電圧下限値設定部２１で設定された直流電圧下限値Ｌｓｅｔを入力する。 The DC power control unit 18 measures the efficiency set value Eset set by the efficiency setting unit 17, the first high frequency power measurement value MPrf1 output from the high frequency power measurement unit 16, and the DC power measurement output from the DC power measurement unit 20. The value MPdc, the DC voltage measurement value MVdc, and the DC voltage lower limit value Lset set by the DC voltage lower limit value setting unit 21 are input.

効率演算部１８１は、第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１を直流電力測定値ＭＰｄｃで除した効率演算値Ｅｃａｌ（＝第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１／直流電力測定値ＭＰｄｃ）を演算する。 The efficiency calculation unit 181 calculates an efficiency calculation value Ecal (=first high frequency power measurement value MPrf1/direct current power measurement value MPdc) obtained by dividing the first high frequency power measurement value MPrf1 by the direct current power measurement value MPdc.

制御信号出力部１８２は、直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧下限値Ｌｓｅｔ以上のときは、効率演算値Ｅｃａｌが効率設定値Ｅｓｅｔに等しくなるように直流電力供給部１９
の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を変化させるための制御信号ＣＶｄｃを直流電力供給部１９に対して出力する。この処理を「効率優先処理」とする。 When the measured DC voltage value MVdc is equal to or higher than the DC voltage lower limit value Lset, the control signal output unit 182 controls the DC power supply unit 19 so that the efficiency calculation value Ecal becomes equal to the efficiency set value Eset.
The control signal CVdc for changing the voltage value of the output voltage Vdc is output to the DC power supply unit 19. This process is called "efficiency priority process".

また、制御信号出力部１８２は、直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧下限値Ｌｓｅｔ未満のときは、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値が直流電圧下限値Ｌｓｅｔ以上になるように直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値を変化させるための制御信号ＣＶｄｃを直流電力供給部１９に対して出力する。この処理を「波形歪み改善優先処理」とする。
したがって、制御信号出力部１８２では、入力される直流電圧測定値Ｍｖｄｃに応じて、「効率優先処理」又は「波形歪み改善優先処理」を行う。 When the measured DC voltage value MVdc is less than the DC voltage lower limit value Lset, the control signal output unit 182 adjusts the DC power so that the voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 becomes equal to or higher than the DC voltage lower limit value Lset. The control signal CVdc for changing the voltage value of the output voltage Vdc of the supply unit 19 is output to the DC power supply unit 19. This process is referred to as “waveform distortion improvement priority process”.
Therefore, the control signal output unit 182 performs “efficiency priority processing” or “waveform distortion improvement priority processing” according to the input DC voltage measurement value Mvdc.

＜効率優先処理について＞
まず、「効率優先処理」の場合、すなわち、直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧下限値Ｌｓｅｔ以上の場合における直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値について説明する。 <About efficiency priority processing>
First, the voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 in the case of the “efficiency priority process”, that is, when the measured DC voltage value MVdc is equal to or higher than the DC voltage lower limit value Lset will be described.

波形歪の問題を考えなければ、出力電圧Ｖｄｃの電圧値が小さい程、効率が高まっていく。そのため、効率演算値Ｅｃａｌと効率設定値Ｅｓｅｔとを比較して、効率演算値Ｅｃａｌが効率設定値Ｅｓｅｔよりも大きければ、出力電圧Ｖｄｃを大きくする。反対に効率演算値Ｅｃａｌが効率設定値Ｅｓｅｔよりも小さければ、出力電圧Ｖｄｃを小さくする。このようにすれば、効率演算値Ｅｃａｌが効率設定値Ｅｓｅｔに近づいていく。そのため、増幅部１４における直流電力から高周波電力への変換効率を一定に制御することができる。 If the problem of waveform distortion is not considered, the smaller the voltage value of the output voltage Vdc, the higher the efficiency. Therefore, the efficiency calculation value Ecal is compared with the efficiency setting value Eset, and if the efficiency calculation value Ecal is larger than the efficiency setting value Eset, the output voltage Vdc is increased. On the contrary, if the efficiency calculation value Ecal is smaller than the efficiency setting value Eset, the output voltage Vdc is reduced. By doing so, the efficiency calculation value Ecal approaches the efficiency setting value Eset. Therefore, the conversion efficiency of the DC power to the high frequency power in the amplifier 14 can be controlled to be constant.

この動作を増幅部１４の回路を参照しながら、更に説明する。
図５は、増幅部１４の一例であるＦＥＴを用いたプッシュプル方式の増幅回路構成及び増幅部１４と発振部１３等との接続関係を示す図である。
図５に示した増幅部１４は、いわゆるプッシュプル回路として構成され、２次巻線側が一方巻線Ｔ１２ａ及び他方巻線Ｔ１２ｂで分巻された第１トランスＴ１と、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる第１増幅素子Ｑ１及び第２増幅素子Ｑ２と、１次巻線側が一方巻線Ｔ２１ａ及び他方巻線Ｔ２２ｂで分巻された第２トランスＴ２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、コンデンサＣ１，Ｃ２、及び直流電圧源Ｖｂからなる駆動電圧供給回路とを有している。なお、第１増幅素子Ｑ１及び第２増幅素子Ｑ２は、ＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタ等によって構成されていてもよい。 This operation will be further described with reference to the circuit of the amplification section 14.
FIG. 5 is a diagram showing a push-pull type amplifier circuit configuration using an FET, which is an example of the amplifier 14, and a connection relationship between the amplifier 14 and the oscillator 13.
The amplifying unit 14 shown in FIG. 5 is configured as a so-called push-pull circuit and has a first transformer T1 whose secondary winding side is shunted by one winding T12a and the other winding T12b, and, for example, a FET (field effect transistor). A first amplifying element Q1 and a second amplifying element Q2, a second transformer T2 whose primary winding side is divided by one winding T21a and the other winding T22b, resistors R1 to R4, capacitors C1 and C2, And a drive voltage supply circuit including a DC voltage source Vb. The first amplification element Q1 and the second amplification element Q2 may be configured by bipolar transistors or the like instead of the FETs.

プッシュプル回路については公知であるため、その動作を簡単に説明する。 Since the push-pull circuit is known, its operation will be briefly described.

第１トランスＴ１の１次巻線Ｔ１１側に発振部１３から出力される発振信号Ｖｉｎ（交流電圧）が入力されると、第１トランスＴ１の２次巻線側では、一方巻線Ｔ１２ａ及び他方巻線Ｔ１２ｂにおいて互いに逆相の電圧が生じる。これらの電圧により、第１増幅素子Ｑ１及び第２増幅素子Ｑ２は、半周期ごとに交互にオン、オフし、これらオン、オフ動作が繰り返される。 When the oscillation signal Vin (AC voltage) output from the oscillating unit 13 is input to the primary winding T11 side of the first transformer T1, one winding T12a and the other winding is provided on the secondary winding side of the first transformer T1. Voltages having opposite phases are generated in the winding T12b. With these voltages, the first amplification element Q1 and the second amplification element Q2 are alternately turned on and off every half cycle, and these on and off operations are repeated.

第２トランスＴ２の１次巻線側の一方巻線Ｔ２１ａと他方巻線Ｔ２１ｂとの間には、直流電力供給部１９で生成される出力電圧Ｖｄｃが供給されるため、第１増幅素子Ｑ１及び第２増幅素子Ｑ２の出力電圧（ドレイン、ソース間電圧）は、この直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃをその振幅波形の中心とした電圧として第２トランスＴ２の１次巻線側（図５の点Ｐ１）に誘起する（後述する図８（ｂ）に示す電圧Ｖｄｓ１参照）。 Since the output voltage Vdc generated by the DC power supply unit 19 is supplied between the one winding T21a and the other winding T21b of the second transformer T2 on the primary winding side, the first amplification element Q1 and The output voltage (drain-source voltage) of the second amplifying element Q2 is the primary winding side of the second transformer T2 (FIG. 5) with the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 being the center of its amplitude waveform. Point P1) (refer to voltage Vds1 shown in FIG. 8B described later).

第２トランスＴ２の２次巻線側には、高周波電力に相当する交流電力が誘起する。この高周波電力は、フィルタ部１５、高周波電力測定部１６を介して負荷に供給される。この際、フィルタ部１５によって、高調波成分が除去されて、波形歪が改善される（後述する図８（ａ）に示す進行波電圧Ｖｆ参照）。 AC power corresponding to high frequency power is induced on the secondary winding side of the second transformer T2. The high frequency power is supplied to the load via the filter unit 15 and the high frequency power measuring unit 16. At this time, the filter unit 15 removes the harmonic component and improves the waveform distortion (see the traveling wave voltage Vf shown in FIG. 8A described later).

図６は、複数の増幅回路を用いて増幅部を構成する一例である。
図５では、一組の増幅器により増幅部を構成するとしたが、図６に示すように、増幅部を複数の増幅器により構成する場合もある。 FIG. 6 is an example of configuring an amplification section using a plurality of amplification circuits.
In FIG. 5, the amplification unit is configured by one set of amplifiers, but as shown in FIG. 6, the amplification unit may be configured by a plurality of amplifiers.

この例では、図示しない直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃを電源電圧として動作する複数の増幅器１４ａ１〜１４ａ４と、図示しない発振部１３から与えられる高周波信号Ｖｉｎを増幅器１４ａ１〜１４ａ４に分配して入力するパワー分配器１４ｂと、増幅器１４ａ１〜１４ａ４の出力を合成して負荷５に与えるパワー合成器１４ｃとにより増幅部１４が構成されている。 In this example, a plurality of amplifiers 14a1 to 14a4 that operate using the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 (not shown) as a power supply voltage and a high frequency signal Vin provided from the oscillator unit 13 (not shown) are distributed to the amplifiers 14a1 to 14a4 and input. The power distributor 14b that performs the operation and the power combiner 14c that combines the outputs of the amplifiers 14a1 to 14a4 and supplies the combined output to the load 5 constitute the amplifier 14.

なお、この図６では、フィルタ部１５および高周波電力測定部１６の図示を省略している。また、パワー合成器１４ｃにインダクタやコンデンサを用いる回路の場合は、パワー合成器１４ｃに高調波成分を減衰する機能を持たせることが可能であるので、増幅部１４の中にフィルタ部の機能を持たすことも可能である。 In FIG. 6, the filter unit 15 and the high frequency power measuring unit 16 are not shown. Further, in the case of a circuit using an inductor or a capacitor in the power combiner 14c, the power combiner 14c can be provided with a function of attenuating harmonic components, so that the function of the filter section in the amplifying section 14 can be realized. It is also possible to have it.

図７は、図５で示した増幅回路を用いた場合の進行波電力Ｐｆの電力値（第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１を用いて図示）に対する直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値（直流電圧測定値ＭＶｄｃを用いて図示）の特性図の一例であり、効率設定値Ｅｓｅｔを８５％とした場合において、第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１が変化したときに、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃがどのように変化するのかを示したものである。 FIG. 7 is a voltage value of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 with respect to the power value of the traveling wave power Pf (illustrated by using the first high frequency power measurement value MPrf1) when the amplifier circuit shown in FIG. 5 is used. It is an example of a characteristic diagram (illustrated using the DC voltage measurement value MVdc), and when the efficiency setting value Eset is 85% and the first high frequency power measurement value MPrf1 changes, the DC power supply unit 19 3 shows how the output voltage Vdc of FIG.

上述したように、本実施形態の高周波電源装置では、高周波電力制御部１２が発振部１３から出力する発振信号Ｖｉｎの振幅を変化させて、第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１が高周波電力設定値Ｐｓｅｔと等しくなるように制御するとともに、直流電力制御部１８によって変換効率（＝第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１／直流電力測定値ＭＰｄｃ）が効率設定値Ｅｓｅｔになるように制御している。そのために、発振部１３の振幅及び出力電圧Ｖｄｃの電圧値が、高周波電力設定値Ｐｓｅｔと効率設定値Ｅｓｅｔとの関係に基づいて自動的に定まり、その結果、図７に示すような特性図になるのである。 As described above, in the high frequency power supply device of the present embodiment, the high frequency power control unit 12 changes the amplitude of the oscillation signal Vin output from the oscillation unit 13, and the first high frequency power measurement value MPrf1 is set to the high frequency power set value Pset. And the conversion efficiency (=first high frequency power measurement value MPrf1/DC power measurement value MPdc) is controlled by the DC power control unit 18 to be the efficiency setting value Eset. Therefore, the amplitude of the oscillator 13 and the voltage value of the output voltage Vdc are automatically determined based on the relationship between the high frequency power setting value Pset and the efficiency setting value Eset, and as a result, a characteristic diagram as shown in FIG. 7 is obtained. It will be.

したがって、高周波電力設定値Ｐｓｅｔに対する出力電圧Ｖｄｃの特性グラフ又は特性関数等を予め特性を求めておくことなく、自動的に最適な出力電圧Ｖｄｃの電圧値が求まる。もちろん、それよりも低い変換効率から高い変換効率まで、自動的に最適な出力電圧Ｖｄｃの電圧値が求まるので使い勝手がよい。 Therefore, the optimum voltage value of the output voltage Vdc is automatically obtained without previously obtaining the characteristic of the characteristic graph or the characteristic function of the output voltage Vdc with respect to the high frequency power setting value Pset. Of course, from the conversion efficiency lower than that to the conversion efficiency higher than that, the optimum voltage value of the output voltage Vdc is automatically obtained, which is convenient.

図８は、図５で示した増幅回路を用いた場合の各部のシミュレーション結果である。
シミュレーション条件は、増幅部１３の出力周波数１０ＭＨｚ、変換効率＝８５％、Ｐｆ＝１１１０Ｗであり、同図（ａ）は、高周波電力測定部１６の出力端（図５の点Ｐ２）における進行波電圧Ｖｆの電圧値［Ｖ］を示し、同図（ｂ）は、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値［Ｖ］と増幅部の一部を構成する増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１（図５の点Ｐ１における電圧Ｖｄｓ１）の電圧値［Ｖ］を示し、同図（ｃ）は、高周波電力測定部１６の出力端（図５の点Ｐ２）における進行波電力Ｐｆの電力値（第１の高周波電力測定値ＭＰｒｆ１）［Ｗ］と直流電力測定部２０で測定する直流電力Ｐｄｃの電力値（直流電力測定値ＭＰｄｃ）［Ｗ］を示し、同図（ｄ）は、直流電力Ｐｄｃの電力値に対する進行波電力Ｐｆの電力値の割合（ＭＰｒｆ１／ＭＰｄｃ）×１００［％］を示す。 FIG. 8 is a simulation result of each part when the amplifier circuit shown in FIG. 5 is used.
The simulation conditions are that the output frequency of the amplification unit 13 is 10 MHz, the conversion efficiency is 85%, and Pf is 1110 W. The figure (a) shows the traveling wave voltage at the output end (point P2 in FIG. 5) of the high-frequency power measurement unit 16. The voltage value [V] of Vf is shown, and FIG. 5B shows the voltage value [V] of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 and the output voltage Vds1 of the amplification element which constitutes a part of the amplification unit (FIG. 5). 5C shows the voltage value [V] of the voltage Vds1) at the point P1 of FIG. 5, and FIG. 7C shows the power value (first value) of the traveling wave power Pf at the output end (point P2 of FIG. 5) of the high-frequency power measuring unit 16. The high frequency power measurement value MPrf1) [W] and the power value of the direct current power Pdc measured by the direct current power measuring unit 20 (the direct current power measurement value MPdc) [W] are shown, and the figure (d) shows the power value of the direct current power Pdc. The ratio (MPrf1/MPdc)×100 [%] of the electric power value of the traveling wave electric power Pf is shown.

効率設定値Ｅｓｅｔを８５％に設定すると、図７で説明したように、発振部１３から出力する発振信号Ｖｉｎの振幅及び出力電圧Ｖｄｃの電圧値が、高周波電力設定値Ｐｓｅｔと効率設定値Ｅｓｅｔとの関係に基づいて自動的に定まり、同図（ｃ）及び同図（ｄ）に示すように、（ＭＰｒｆ１／ＭＰｄｃ）×１００で表される変換効率が８５％になるように制御される。 When the efficiency setting value Eset is set to 85%, the amplitude of the oscillation signal Vin and the voltage value of the output voltage Vdc output from the oscillating unit 13 become the high frequency power setting value Pset and the efficiency setting value Eset as described with reference to FIG. 7. Is automatically determined on the basis of the above relationship, and the conversion efficiency expressed by (MPrf1/MPdc)×100 is controlled to be 85% as shown in FIGS.

このように、高い変換効率にする場合は、増幅部１４の一部を構成する増幅素子（例えばＦＥＴ）が飽和領域で使用することになるため、同図（ｂ）に示すように、図５の点Ｐ１における増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１の波形を正弦波状にすることができず、波形の上側と下側がカットされた状態となって波形歪が生じる。そのために、増幅部１４の出力電圧にも歪みが生じて高調波成分が多く含まれることになるが、増幅部１４の後段にフィルタ部１５が設けられているため、同図（ａ）に示すように、波形が改善されて略正弦波状の出力波形にすることができる。 In this way, when high conversion efficiency is to be achieved, the amplification element (eg, FET) that constitutes a part of the amplification unit 14 is used in the saturation region, and as shown in FIG. The waveform of the output voltage Vds1 of the amplifying element at point P1 cannot be made sinusoidal, and the waveform is distorted because the upper and lower sides of the waveform are cut. Therefore, the output voltage of the amplification unit 14 is also distorted and contains many harmonic components. However, since the filter unit 15 is provided in the subsequent stage of the amplification unit 14, it is shown in FIG. Thus, the waveform can be improved to provide a substantially sinusoidal output waveform.

＜波形歪み改善優先処理について＞
次に、「波形歪み改善優先処理」の場合、すなわち、直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧下限値Ｌｓｅｔ未満の場合について説明する。 <About waveform distortion improvement priority processing>
Next, the case of the “waveform distortion improvement priority process”, that is, the case where the DC voltage measured value MVdc is less than the DC voltage lower limit Lset will be described.

上記のように、増幅部１４の一部を構成する増幅素子（例えばＦＥＴ）を飽和領域で使用すると、波形歪みの観点では好ましくないが、効率という観点を考慮すると、多少の波形歪みを許容するのが現実的である。しかし、上述したように、高周波電力設定値Ｐｓｅｔを低い値から急激に高い値に変更すると、波形歪みが大きくなる。特に、既に波形歪みが生じている状況で更に波形歪みが拡大する方向に制御されると問題が生じかねない。 As described above, it is not preferable from the viewpoint of waveform distortion to use the amplification element (eg, FET) that constitutes a part of the amplification unit 14 in the saturation region, but from the viewpoint of efficiency, some waveform distortion is allowed. Is realistic. However, as described above, when the high frequency power setting value Pset is suddenly changed from a low value to a high value, the waveform distortion becomes large. In particular, if the waveform distortion is already controlled, the problem may occur if the waveform distortion is controlled so as to increase.

そのため、直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧下限値Ｌｓｅｔ未満の場合は、強制的に、直流電圧測定値ＭＶｄｃが直流電圧下限値Ｌｓｅｔ以上になるように制御する。
直流電圧下限値Ｌｓｅｔは、例えば、図７に示すように、６０［Ｖ］に設定する。この場合、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃの電圧値（直流電圧測定値Ｍｖｄｃ）が６０［Ｖ］未満になると、制御信号出力部１８２は、強制的に制御信号ＣＶｄｃを大きくして、直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃを６０［Ｖ］以上になるように制御する。 Therefore, when the DC voltage measured value MVdc is less than the DC voltage lower limit value Lset, the DC voltage measured value MVdc is forcibly controlled to be equal to or higher than the DC voltage lower limit value Lset.
The DC voltage lower limit value Lset is set to 60 [V], for example, as shown in FIG. 7. In this case, when the voltage value (DC voltage measurement value Mvdc) of the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 becomes less than 60 [V], the control signal output unit 182 forcibly increases the control signal CVdc to increase the DC voltage. The output voltage Vdc of the power supply unit 19 is controlled to be 60 [V] or higher.

その結果、従来のように直流電力供給部１９の出力電圧Ｖｄｃが小さくなりすぎないので、高周波電力設定値Ｐｓｅｔを低い値から急激に高い値に変更することによって、発振部１３の発振信号の振幅が大きくなった場合でも、それに見合った出力電圧Ｖｄｃの電圧値になるまでの追従遅れの時間が従来よりも短縮される。
そのため、出力電圧Ｖｄｃの電圧値の追従遅れが生じることによって、仮に瞬時的に高周波電力の出力が不安定になる場合であっても、その度合いを低減できる。 As a result, since the output voltage Vdc of the DC power supply unit 19 does not become too small as in the conventional case, the amplitude of the oscillation signal of the oscillation unit 13 is changed by rapidly changing the high frequency power setting value Pset from a low value to a high value. Even when becomes larger, the follow-up delay time until the voltage value of the output voltage Vdc corresponding to the larger becomes.
Therefore, even if the output of the high-frequency power becomes momentarily unstable due to the delay in tracking the voltage value of the output voltage Vdc, the degree can be reduced.

なお、直流電圧下限値Ｌｓｅｔの設定値を大きくしすぎると、高周波電力設定値Ｐｓｅｔが小さい領域において、効率が悪くなってしまう。そのため、使用する条件に応じて直流電圧下限値Ｌｓｅｔの設定値を定めればよい。
例えば、高周波電力設定値Ｐｓｅｔを低い値から急激に高い値に変更することを頻繁に行う条件では、直流電圧下限値Ｌｓｅｔの設定値を比較的大きくしてもよいと考えられる。しかし、高周波電力設定値Ｐｓｅｔを低い値から急激に高い値に変更することが殆ど無いのであれば、直流電圧下限値Ｌｓｅｔの設定値を比較的小さくする方がよいと考えられる。 It should be noted that if the set value of the DC voltage lower limit value Lset is made too large, the efficiency becomes poor in a region where the high frequency power set value Pset is small. Therefore, the set value of the DC voltage lower limit value Lset may be determined according to the conditions used.
For example, under the condition that the high frequency power setting value Pset is frequently changed from a low value to a high value frequently, it is considered that the setting value of the DC voltage lower limit value Lset may be relatively large. However, if the high frequency power setting value Pset is rarely changed from a low value to a high value, it is considered that the setting value of the DC voltage lower limit value Lset should be relatively small.

なお、直流電圧下限値Ｌｓｅｔの設定値を「０」又は「０」に近い値にすれば、実質的に「波形歪み改善優先処理」が無効になる。そのため、「波形歪み改善優先処理」が不要な場合は、直流電圧下限値Ｌｓｅｔの設定値を「０」又は「０」に近い値にすればよい。 If the set value of the DC voltage lower limit value Lset is set to "0" or a value close to "0", the "waveform distortion improvement priority process" is substantially invalidated. Therefore, when the “waveform distortion improvement priority process” is unnecessary, the set value of the DC voltage lower limit value Lset may be set to “0” or a value close to “0”.

［第２施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係る高周波電源装置１ａが適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。
この図９は、図２で示した構成からフィルタ部を取り除いた構成であり、他の構成は図２と同じであるため、各構成部分についての説明は省略する。 [Second embodiment]
FIG. 9: is a figure which shows an example of the high frequency power supply system to which the high frequency power supply device 1a which concerns on 2nd Embodiment of this invention is applied.
9 is a configuration in which the filter unit is removed from the configuration shown in FIG. 2, and the other configurations are the same as those in FIG. 2, so description of each component will be omitted.

第１実施形態で説明したように、変換効率を高く設定すると、増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１が飽和するようになる。この状態では増幅部１４の出力波形に波形歪が生じるので、フィルタ部１５を用いて波形改善を行う必要が生じる。しかし、増幅素子の出力電圧Ｖｄｓ１が飽和しない範囲で使用する場合は、増幅部１４の出力波形に波形歪が生じないので、波形改善のためにフィルタ部１５を用いる必要がなくなる。
具体的には、従来技術で説明したように、変換効率が約７８％以下の場合には、波形歪が生じないので、フィルタ部１５を用いない構成にすることが可能である。
しかし、変換効率が約７８％以下であっても、増幅部１４で発生する高調波成分（主にＦＥＴのスイッチングによって生じる）の影響が大きい場合には、高調波成分を除去する目的でフィルタ部１５を用いる必要がある。 As described in the first embodiment, when the conversion efficiency is set high, the output voltage Vds1 of the amplification element becomes saturated. In this state, waveform distortion occurs in the output waveform of the amplification section 14, so it becomes necessary to improve the waveform using the filter section 15. However, when used in a range in which the output voltage Vds1 of the amplification element is not saturated, waveform distortion does not occur in the output waveform of the amplification unit 14, so that it is not necessary to use the filter unit 15 to improve the waveform.
Specifically, as described in the related art, when the conversion efficiency is about 78% or less, the waveform distortion does not occur, so that the filter unit 15 can be omitted.
However, even if the conversion efficiency is about 78% or less, if the influence of the harmonic component generated in the amplification unit 14 (mainly caused by the switching of the FET) is large, the filter unit is used for the purpose of removing the harmonic component. It is necessary to use 15.

もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、第１及び第２実施形態では、増幅部を構成する回路としてプッシュプル回路を用いたが、フルブリッジ方式の増幅回路やハーフブリッジ方式の増幅回路にも適用できる。 Of course, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the first and second embodiments, the push-pull circuit is used as the circuit that configures the amplification unit, but it is also applicable to a full-bridge type amplification circuit and a half-bridge type amplification circuit.

１高周波電源装置
２伝送線路
３インピーダンス整合器
４負荷接続部
５負荷
１１高周波電力設定部
１２高周波電力制御部
１３発振部
１４増幅部
１５フィルタ部
１６高周波電力測定部
１７効率設定部
１８直流電力制御部
１９直流電力供給部
２０直流電力測定部
Ｅｓｅｔ効率設定値
Ｍｐｒｆｌ第１の高周波電力測定値
ＭＰｒｆ２第２の高周波電力測定値
ＭＰｄｃ直流電力測定値
Ｐｓｅｔ高周波電力設定値
Ｖｉｎ発振部１３の発振信号 1 High Frequency Power Supply Device 2 Transmission Line 3 Impedance Matching Device 4 Load Connection Section 5 Load 11 High Frequency Power Setting Section 12 High Frequency Power Control Section 13 Oscillating Section 14 Amplifying Section 15 Filter Section 16 High Frequency Power Measuring Section 17 Efficiency Setting Section 18 DC Power Control Section 19 DC power supply unit 20 DC power measurement unit Eset Efficiency setting value Mprfl First high frequency power measurement value MPrf2 Second high frequency power measurement value MPdc DC power measurement value Pset High frequency power setting value Vin Oscillation signal of oscillation unit 13

Claims

In a high frequency power supply device that controls the power value of the high frequency power supplied to the load to be equal to the high frequency power set value,
An oscillation means in which the amplitude of the oscillation signal is variable,
Amplification means for outputting high-frequency power obtained by amplifying an oscillation signal output from the oscillation means,
DC power supply means for supplying the amplification means with DC power whose output voltage value is variable,
High frequency power measuring means for measuring the power value of the high frequency power supplied from the amplifying means to the load at the output end of the high frequency power supply device, and outputting the measured power value as a high frequency power measurement value,
DC power measuring means for measuring the power value of the output power of the DC power supply means, and outputting the measured power value as a DC power measurement value,
DC voltage measuring means for measuring the voltage value of the output voltage of the DC power supply means, and outputting the measured voltage value as a DC voltage measurement value,
High frequency power control means for controlling the amplitude of the oscillating means so that the high frequency power measurement value becomes equal to the high frequency power set value,
The high frequency power measurement value is divided by the DC power measurement value to calculate an efficiency calculation value, and when the DC voltage measurement value is equal to or higher than a predetermined DC voltage lower limit value, the efficiency calculation value is a predetermined efficiency setting value. And outputs a control signal for changing the voltage value of the output voltage of the DC power supply means to the DC power supply means so that the DC voltage measurement value is less than a predetermined DC voltage lower limit value. In the case of, the control signal for changing the voltage value of the output voltage of the DC power supply means is set so that the voltage value of the output voltage of the DC power supply means becomes the DC voltage lower limit value or more. High-frequency power supply device comprising:

The high frequency power supply device according to claim 1, further comprising a filter means for removing a harmonic component between the amplifying means and the high frequency power measuring means.