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射频磁控溅射是应用最为广泛的等离子体镀膜方式之一。射频电源的输出阻抗与等离子体负载等效阻抗必须相匹配,以达到最佳溅射镀膜效果。对于气体放电负载,气体流量、溅射温度等工艺参数的微小波动都会导致RF阻抗发生很大变化,一旦负载阻抗与电源阻抗失配,传输功率降低,反射功率变大,电源输出不稳定,既给电源带来损坏危险,又影响工艺效果。因此,有必要采取一定的措施使阻抗匹配合理,输出稳定,保护电源不至受损。为了改变目前手动调节的阻抗匹配器不能快速、准确地对阻抗进行匹配调节的问题,设计一台阻抗自动匹配器具有实用价值。 本文基于MPPT(最大功率点跟踪)技术,以DSP为核心处理器设计了一台射频电源阻抗自动匹配器。该阻抗自动匹配器包括五个部分:匹配网络、功率检测模块、电容调节模块、电机驱动模块、A/D转换模块。其中功率检测模块、电容调节模块以及MPPT算法是本文的研究重点。本文主要进行了以下设计和研究工作: 1、功率检测模块:利用定向耦合器的原理设计射频功率检测模块,能够在线检测到射频源的输出功率和发射功率值。 2、电容调节模块:选用L型阻抗匹配网络。将可调电容器与直流电机相连接,通过DSP产生的一个PW,驱动电机转动改变电容值,从而改变匹配网络参数,实现匹配网络调节的目的。 3、电机驱动模块:由于DSP输出的PW不足以使得直流电机转动,故采用图腾驱动电路对其进行驱动放大,以控制电机转动。 4、A/D转换模块:采用TMS320F2812 DSP的内置ADC模块,对检测到的模拟功率信号进行采样处理,并将其转换为数字信号传送给DSP。 5、MPPT算法:采用改进的变步长爬山算法。启动调节程序时,先给定一个初始扰动使得电容值改变,在匹配网络调节后,将检测到的功率值与上一次的功率值进行比较,根据增量符号判断下一次的扰动方向。当检测到的功率值与最佳功率值无限接近时,则认为阻抗实现匹配。 所设计的阻抗匹配系统在实验室测试运行中,随着负载的变化,功率检测模块进行实时跟踪检测,并且通过电机控制可调电容,使得系统输出功率稳定,实现自动跟踪。