低温プラズマ発生装置用10MHz帯スイッチング方式高周波電源の開発

低温等离子体发生器用10MHz频段开关式高频电源的研制

基本信息

批准号：
12750241
负责人：
藤田英明
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750241/
关键词：
高周波電源共振形インバータ MOSFET

项目摘要

研究では,低温プラズマ発生装置用の13.56MHzのスイッチング方式の高周波電源の開発を目的とする。平成12年度は,スイッチングデバイスとして使用するMOSFETを高速に駆動するドライブ回路の開発を行った。本研究では,ドライブ回路の主要部分に表面実装用素子を用い,配線インダクタンスを約6nHまで低減することにより,約10nsの高速なゲート駆動を実現した。しかし,ドライブ回路の損失が大きく安定な駆動特性を得るには至らなかった。平成13年度は,MOSFETのゲート電荷によるドライブ回路の損失を低減するため,並列共振を用いたドライブ回路の開発を行った。並列共振形ドライブ回路では,MOSFETの入力容量と並列に接続したリアクタトルの共振によりゲートの充放電を行う。このため,ゲート電荷はリアクトルを通して放電し,電源に回生される。試作した並列共振形ドライブ回路では,ゲート駆動に伴う損失を8W程度に低減した。次に,開発したドライブ回路を用いてMOSFETを駆動し,一石コンバータ構成の高周波電源の動作特性を確認した。一石コンバータ構成は,リカバリ電流や上下アーム短絡の問題を生じることがなく,ゲート電圧のパルス幅に高精度な調整を必要としないため,高周波動作に適している。実験により,13.56MHzの良好なスイッチングを確認した。さらに,誘導プラズマ発生装置の負荷として用いられる直列共振回路を接続し,13.56MHzにおいて出力160W,変換効率80%の高周波動作を実現した。

本研究的目的是开发一种用于低温等离子体发生器的13.56MHz开关高频电源。 2000年度，我们开发了高速驱动开关器件MOSFET的驱动电路。在本研究中，我们通过在驱动电路的主要部分使用表面贴装器件并将布线电感降低至约6 nH，实现了约10 ns的高速栅极驱动。然而，驱动电路的损耗较大，无法获得稳定的驱动特性。 2001年，我们开发了一种采用并联谐振的驱动电路，以减少驱动电路中由于MOSFET栅极电荷造成的损耗。在并联谐振驱动电路中，栅极通过与MOSFET输入电容并联的电抗器的谐振来充电和放电。因此，栅极电荷通过电抗器放电并再生到电源中。在原型并联谐振驱动电路中，与栅极驱动相关的损耗降至约 8W。接下来，我们使用开发的驱动电路驱动MOSFET，并确认了具有单石转换器配置的高频电源的工作特性。单石转换器配置适合高频操作，因为它不会引起恢复电流或上下臂之间的短路问题，并且不需要对栅极电压脉冲宽度进行高精度调整。实验证实在 13.56MHz 时开关良好。此外，通过连接串联谐振电路作为感应等离子体发生器的负载，我们实现了高频工作，在13.56MHz下输出功率为160W，转换效率为80%。