等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)研究
電子技術(shù)應(yīng)用
薛家祥1，葛傳坤1，金禮2
1.華南理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院；2.貴州民族大學(xué) 物理與機電工程學(xué)院
摘要： 當(dāng)前的等離子磁控濺射鍍膜領(lǐng)域廣泛使用的射頻電源存在功率控制精度不足，功率可調(diào)范圍有限，以及因功率計算不準(zhǔn)確導(dǎo)致輸出功率波動較大和誤差顯著等問題。為此，基于數(shù)字下變頻技術(shù)生成射頻信號源，提出了一種等離子體鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)，通過VI Sensor上耦合的傳輸線上的信息直接計算出射頻電源的輸出功率，并利用控制器調(diào)節(jié)信號源幅值，從而實現(xiàn)對輸出功率的精確調(diào)節(jié)。仿真驗證該方法能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的功率計算及高精度的功率調(diào)節(jié)。通過實際樣機測試，該方案被證實能夠顯著降低輸出功率誤差，并提高鍍膜樣品上的成膜質(zhì)量，為等離子磁控濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。
中圖分類號：TN86 文獻標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256459
中文引用格式： 薛家祥，葛傳坤，金禮. 等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(10)：107-111.
英文引用格式： Xue Jiaxiang，Ge Chuankun，Jin Li. Research on power calculation and control system for RF power supplies in plasma coating[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：107-111.
中文引用格式： 薛家祥，葛傳坤，金禮. 等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(10)：107-111.
英文引用格式： Xue Jiaxiang，Ge Chuankun，Jin Li. Research on power calculation and control system for RF power supplies in plasma coating[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：107-111.
Research on power calculation and control system for RF power supplies in plasma coating
Xue Jiaxiang1，Ge Chuankun1，Jin Li2
1.College of Mechanical and Automobile Engineering， South China University of Technology；2.College of Physics and Mechatronics Engineering， Guizhou Minzu University
Abstract： Current RF power supplies widely used in plasma magnetron sputtering coating systems suffer from insufficient power control precision, limited adjustable power ranges, and significant output fluctuations caused by inaccurate power calculations. To address these challenges, this study proposes a radio frequency (RF) power calculation and control system for plasma coating applications, utilizing a digital down-conversion (DDC)-based RF signal generator. By directly calculating the output power through voltage-current (VI) sensor-coupled transmission line data and dynamically adjusting the signal amplitude via a controller, the system achieves precise power regulation. Simulation results demonstrate rapid and accurate power computation with high-precision control. Prototype testing confirms that the proposed method significantly reduces power output errors and enhances coating film quality on substrates, thereby providing new insights for advancing plasma magnetron sputtering technology.
Key words : magnetron sputtering coating；RF power supply；power calculation；power regulation
引言
磁控濺射鍍膜技術(shù)作為一種先進的表面處理技術(shù)，所制備的薄膜與基底之間展現(xiàn)出強大的粘結(jié)力，并具備良好的力學(xué)性能[1]。射頻電源在這一技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其能產(chǎn)生高頻大功率信號，有效激發(fā)半導(dǎo)體甚至絕緣體產(chǎn)生濺射，從而能夠鍍制各種功能薄膜[2]。射頻電源的輸出功率對薄膜的結(jié)合力、阻隔性等特性具有顯著影響[3]，功率精度一般要求在1%以內(nèi)。但是目前的鍍膜用等離子電源普遍存在功率不穩(wěn)定，功率可調(diào)范圍較小和由于反饋功率計算不準(zhǔn)確造成的輸出功率控制精度較低和預(yù)設(shè)值不符的問題[4-5]。這些問題給濺射鍍膜的成膜質(zhì)量帶來了一定的不確定性。
針對上述存在的問題，本文采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)實現(xiàn)正弦信號源的生成，通過主電路對信號源的功率進行放大以滿足實際應(yīng)用中對大功率的需求，提出一種等離子鍍膜用射頻電源功率計算與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)保證了射頻電源輸出功率具有高精準(zhǔn)度的控制，寬闊的功率控制范圍以及優(yōu)良的系統(tǒng)響應(yīng)特性。
本文詳細(xì)內(nèi)容請下載：
http://www.ihrv.cn/resource/share/2000006815
作者信息：
薛家祥1，葛傳坤1，金禮2
（1.華南理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，廣東 廣州510640；
2.貴州民族大學(xué) 物理與機電工程學(xué)院，貴州 貴陽 550000）
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