可靠的等离子体点火和再点火 |
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| 申请号 | CN201480023725.0 | 申请日 | 2014-02-25 | 公开(公告)号 | CN105144850A | 公开(公告)日 | 2015-12-09 |
| 申请人 | 先进能源工业公司; | 发明人 | G·万兹尔; D·W·马德森; F·G·托马塞尔; | ||||
| 摘要 | 本公开内容描述了针对连续波(CW)和脉冲功率传送两者的在点火时期期间经由提供增大的瞬时功率确保 等离子体 处理室 中的等离子体的期望的点火的系统、方法和装置。系统、方法和装置可以应用于等离子体的初始点火以及在脉冲功率传送导致等离子体的周期性熄灭的情况下的等离子体的再点火。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种向等离子体处理室提供功率的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 可靠的等离子体点火和再点火[0001] 相关申请 [0002] 本申请要求享有于2013年2月27日提交的名称为“RELIABLE PLASMA IGNITION AND REIGNITION”的美国专利申请序列号No.61/770,119的优先权。此申请的细节以引用方式将其全部内容并入本文中。 技术领域[0003] 本公开内容总体上涉及等离子体处理。具体而言，但非限制性地，本公开内容涉及用于在等离子体点火和再点火期间提供更可靠的功率的系统、方法和装置。 背景技术[0004] 平衡放大器，如例如在K.Kurokawa的“Design theory of balanced transistor amplifiers”(Bell System Technical Journal,Oct.1965)中所述的，常常用于等离子体处理室的电源系统中。与传统单极放大器不同，平衡放大器在使用脉冲功率来维持等离子体时提供更期望的脉冲形状。平衡放大器还提供更好的等离子体稳定性，并进一步产生与负载阻抗无关的正向功率。换句话说，对于到功率放大器的给定控制输入，正向功率不由于负载阻抗变化(例如，由于等离子体密度或其它等离子体特性中的变化)而变化。 [0005] 然而，平衡放大器还产生并放大了与传统单极放大器相关的问题。例如，当存在负载不匹配时(例如，在其中阻抗急剧变化的等离子体点火或再点火期间)，功耗在构成平衡放大器的两个放大器之间变得不均匀分布，这会损坏消耗更多功率的一个放大器。对此问题的传统解决方案是降低平衡放大器的功率分布(例如，降低在高负载反射系数量值的负载功率)，以使得消耗更多功率的放大器不受损。在等离子体点火应用中，这是主要的缺点，因为等离子体点火通常需要放大器将相当大的功率传送到不匹配的负载中。 [0006] 因此本领域中存在对操作平衡放大器的系统和方法的需要，该平衡放大器在等离子体点火和再点火期间向等离子体提供与使用传统单极放大器可实现的电平接近的传送的功率的电平。发明内容 [0007] 以下概述了附图中所示的本发明的示范性实施例。在具体实施方式部分中更充分地描述了这些及其它实施例。但应理解，其并非旨在将本发明局限于在此发明内容或在具体实施方式中所述的形式。本领域技术人员会认识到，存在落入本发明的如在权利要求书中表述的精神和范围内的许多修改、等同和替代结构。 [0008] 本公开内容的一些实施例可以表征为一种向等离子体处理室提供功率的方法。该方法可以包括从平衡放大器向等离子体处理室提供功率。该方法还可以包括监控等离子体处理系统的第一特性。该方法还可以包括将第一特性与可变保护限制相比较。该方法再还可以包括如果受监控的第一特性超过可变保护限制，就降低功率。该方法还可以包括在开始向等离子体进行功率传送时升高可变保护限制。最后，该方法可以包括降低可变保护限制。 [0009] 本公开内容的其它实施例还可以表征为一种用于向等离子体处理室提供功率的电源。电源可以包括功率调节部件、平衡放大器、输出传感器和测量与控制系统。测量与控制系统可以包括比较模块和功率输出控制模块。功率调节部件可以接收到电源的输入功率。平衡放大器可以耦合到功率调节部件，并可以向电源的输出提供输出功率。输出传感器可以测量输出功率的第一特性。测量与控制系统可以与输出传感器进行通信。比较模块可以将输出功率的第一特性的测量结果与可变保护限制相比较，其中，在等离子体点火时期暂时升高可变保护限制。如果受监控的第一特性超过可变保护限制，功率输出控制模块可以降低输出功率。 [0010] 本公开内容的其它实施例还可以表征为一种被编码有处理器可读指令的非暂时性有形计算机可读储存介质，该处理器可读指令用以执行用于经由等离子体处理系统向等离子体处理室提供功率的方法。该方法可以包括从平衡放大器向等离子体处理室提供功率。该方法还可以包括监控等离子体处理系统的第一特性。该方法还可以包括将第一特性与可变保护限制相比较。该方法再还可以包括如果受监控的第一特性超过可变保护限制，就降低功率。该方法再还可以包括在开始向等离子体进行功率传送时升高可变保护限制。该方法还可以包括在一段时间段后降低可变保护限制。 附图说明[0011] 通过结合附图参考以下的具体实施方式和所附权利要求书，本发明的各个目的和优点及更完整的理解会显而易见并更易于理解： [0012] 图1示出了平衡放大器的功率分布和传统单极放大器的功率分布； [0013] 图2示出了根据本公开内容的一个实施例的传统的固定功率分布和暂时升高的功率分布； [0014] 图3A示出了针对具有传统的固定保护限制的连续波(CW)功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0015] 图3B示出了针对在点火时期期间具有暂时增大的保护限制的CW功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0016] 图4A示出了针对具有传统的固定保护限制的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0017] 图4B示出了针对在一个或多个点火时期期间具有暂时增大的保护限制的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0018] 图5A示出了针对具有传统的固定保护限制的连续波(CW)功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0019] 图5B示出了针对在点火时期期间具有一个或多个暂时增大的保护限制连同功率的高频脉冲的CW功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0020] 图6A示出了针对具有传统的固定保护限制的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图； [0021] 图6B示出了针对在点火时期期间具有暂时增大的保护限制连同功率的高频脉冲的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图，其中，经由低频脉冲进一步控制功率； [0022] 图7示出了平衡放大器的电路图的实施例； [0023] 图8示出了用于向等离子体处理室提供功率的系统； [0024] 图9示出了用于向等离子体处理室提供功率的方法； [0025] 图10示出了用于向等离子体处理室提供功率的另一个方法； [0026] 图11示出了计算机系统的示范性形式的机器的一个实施例的图解表示；以及[0027] 图12示出了用于向等离子体处理室提供功率的另一个系统。 具体实施方式[0028] 本文使用词语“示范性的”来意指“充当示例、实例或例证”。本文描述为“示范性的”的任何实施例不必解释为相对于其它实施例是优选的或有利的。 [0029] 出于本公开内容的目的，“点火”包括在其中等离子体在功率脉冲之间或脉冲转换期间是“熄灭的”的脉冲操作期间的等离子体的点火和再点火。 [0030] 出于本公开内容的目的，“保护限制”意指用于保护放大器免于经历可以损坏放大器的功率电平的任何参数。反射功率限制和晶体管结温度限制是保护限制的两个示例。 [0031] 出于本公开内容的目的，“点火时期”是在到等离子体室的功率开始斜升时开始并在等离子体在室内已经点火或再点火后的短时间结束的时间段。 [0032] 本文公开了用于在功率脉冲开始时暂时升高平衡放大器的功率分布以便实现更期望的等离子体点火的系统、方法和装置。这可以经由使用暂时较高的保护限制来实现，该暂时较高的保护限制实现了在点火或再点火时期由平衡放大器传送的功率高于在稳态功率传送期间所允许的功率。实现此的第二种方式是通过连同暂时增大保护限制一起在点火时期使功率进行脉冲，并且以此方式，在点火时期期间的平均功率对放大器具有较小的危险。 [0033] 平衡放大器 [0034] 图7示出了平衡放大器的电路图的实施例。平衡放大器的每一级都可以包括一对放大器702和704(示出为晶体管，但也可以设想包括多个有源和无源部件的其它类型的放大器)，该一对放大器702和704具有连接到构成第一定向耦合器708的共轭对(例如，3-dB)的两个端口的输入，并且该一对放大器702和704的输出类似地连接到第二定向耦合器706的共轭端口。每一个定向耦合器的第四端口终止于适合的终端，典型地是50ohm电阻器。如公知的，借助适当选择的几何结构的一对耦合的平行传输线获得优异电气特性的耦合器。进入输入端口712的信号将被分为幅度近似相等且彼此90°相对相位偏移的两个信号，该两个信号以相对于输入信号有一定衰减的功率(例如，每一个都是-3dB)从端口 714和720出现。 [0035] 假定放大器702和704是相同的的时刻，将在输出耦合器706中放大并重组来自端口714和720的两个信号，其中该两个信号作为单一输出信号从端口710出现。端口712与710之间的插入增益是任一放大器702、704的增益。输入和输出阻抗分别在端口712和710匹配，仅取决于输入和输出耦合器708和706特性以及耦合器终端。原则上，可以将耦合器708、710构造为使得这些阻抗匹配在适合的频率范围上与频率无关。 [0036] 出于各个原因，平衡放大器700可以与上述的操作有偏差，仅举几例，诸如非理想耦合器708、706、非理想耦合器终端和在放大器702、704之间的不平衡。实验显示3-dB耦合器展示了在30％的相对带宽上近乎理想的特性。 [0037] 增大的保护限制 [0038] 用于平衡放大器的典型的保护限制导致与传统单极放大器相比降低的功率分布，如图1中所见的。如所见的，相比于单极放大器，对于平衡放大器来说，用于未点火的等离子体的最大可接受负载反射系数量值是显著较低的。因而，当使用平衡放大器时，等离子体处理系统设计者必须实现较低的等离子体负载阻抗反射系数。 [0039] 但这些功率限制基于平衡放大器在长时间段期间经受高功率的能力，该时期可以认为是“稳态”。对于短持续时间，诸如在等离子体点火时期期间，平衡放大器可以经受比典型保护限制所允许的更高的功率。 [0040] 图2示出了根据本公开内容的一个实施例的用于平衡放大器的传统稳态功率分布和短期功率分布。在点火时期期间，将一个或多个保护限制升高到在稳态操作期间所经历的那些保护限制以上。这些暂时升高的保护限制可以称为点火时期保护限制。图2示出了在使用平衡放大器的点火时期期间，可以施加比在传统固定保护限制下更大的功率，从而有助于在存在负载不匹配时(即，在接近于图2中1的负载)确保传送足够的功率来点火等离子体。 [0041] 在点火时期结束时，一个或多个保护限制可以返回到其稳态值。从点火时期保护限制到稳态保护限制的转变可以是瞬时的或者基本上瞬时的转变或者可以是逐渐的转变。 [0042] 图3A示出了与等离子体处理系统的受监控特性相比的针对具有固定保护限制302的连续波(CW)功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图。反射功率限制是固定保护限制302的一个示例，并且可以见到，受监控特性304保持在保护限制302或刚好低于保护限制302。假定反射功率是受监控特性，如果未点火等离子体，如图3A的情况，反射功率就保持为高，并且发生器输出功率303从不会达到期望的功率设定点301。 [0043] 图3B示出了针对在点火时期310期间具有暂时升高的保护限制306的CW功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图。在点火时期310结束时，保护限制可返回到稳态保护限制312。作为暂时升高的保护限制306的结果，可以将足够的功率施加到等离子体，并且在时间ti 314实现点火，而在3A的现有技术示例中不会出现点火。在受监控特性是反射功率的情况下，一旦出现点火，受监控特性就通常降低并且发生器输出功率313能够接近于或保持在设定点311(即使当可变保护限制返回到稳态值312时)。这与例如3A的现有技术全然相反，在现有技术情况下，发生器输出功率303不能接近于或达到设定点301，因为受监控特性304在发生器能够产生足够功率来点火或再点火等离子体之前就达到保护限制302。 [0044] 点火时期310可以是固定的或取决于等离子体已经点火或再点火的指示(例如，反射功率中的下降)。因而，通过监控第一特性或通过监控与第一特性不同的第二特性，可以观察到有关于何时点火或再点火出现的指示。例如，可以监控作为第一特性的耗散功率，并将耗散功率与保护限制相比较，以便防止损坏平衡放大器。同时，可以监控作为第二特性的反射功率，并且反射功率中一定比率或幅度降低可以指示点火或再点火，并且从而用于确定点火时期的结束。点火时期的结束也是可以将暂时升高的保护限制降低到稳态限制的时间。 [0045] 除了反射功率以外的保护限制可以包括耗散功率、DC功率减去传送RF功率、DC电流、“幻象功率”、正向功率、正向与反射功率的组合、以及晶体管结温度(例如，BJT、FET、MOSFET、IGBT等)。尽管仅示出了单一保护限制，但在一些实施例中，可以实施多个保护限制。DC功率是电源的DC轨电压乘以从电源提供的DC电流。传送RF功率是在来自电源的正向RF功率与返回到电源中的反射RF功率之间的差。幻象功率是正向与反射功率的组合，其与传送功率不等。 [0046] 图4A示出了针对具有传统的固定保护限制402的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图。可以监控等离子体处理系统的特性(例如，反射功率)并将之示出为404。可以见到这个受监控特性404保持在传统固定保护限制402或低于传统固定保护限制402。如果等离子体不点火，反射功率就保持为高，并且发生器输出功率403从不会达到期望的功率设定点401。 [0047] 图4B示出了针对在多个功率脉冲期间具有暂时升高的保护限制406的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图。每一个脉冲都包括点火时期410，其中，暂时升高保护限制406以便允许功率413上升到比在传统固定保护限制402情况下可能的更高的电平。在每一个点火时期410结束时，保护限制返回到稳态保护限制412。暂时升高的保护限制406允许在短时间中传送更多的功率413，并且从而可以实现点火，这在现有技术中是不可能的(例如，图4A)。结果，可以在时间ti414实现点火，而在4A的现有技术中不会出现点火。在受监控特性是反射功率的情况下，一旦出现点火，受监控特性408就通常降低并且发生器输出功率413能够接近于或保持在设定点441(即使可变保护限制返回到稳态限制412时)。 [0048] 尽管示出为使得点火时期410出现在每一个脉冲的开始时，但在其它实施例中，可以仅在第一脉冲的开始时存在点火时期410，或者在其中等离子体在脉冲之间熄灭的脉冲的开始时存在点火时期410。 [0049] 在一些实例中，一个或多个增大的保护限制可以用于多个功率脉冲的第一个脉冲。在其它实例中，增大的保护限制可以在除了第一脉冲以外的脉冲的开始时(例如，在第二或第三脉冲开始时)使用。在再进一步的实例中，增大的保护限制可以在第一脉冲的开始时以及随后的脉冲的开始时使用。在再进一步的实例中，增大的保护限制可以在开始将功率提供给熄灭的或尚未点火的等离子体的脉冲的开始时实施。换句话说，可以针对等离子体的初始点火实施增大的保护限制，并且在其中在脉冲之间出现等离子体熄灭的随后的脉冲的开始时需要任何再点火。 [0050] 积分或经滤波的保护限制 [0051] 如上所述，保护限制可以是用于点火时期的瞬时值。但它们也可以体现为多个灵活或可适应的限制，诸如基于积分的或经滤波的值的限制。这允许基于除了功率以外的值(例如，晶体管结温度)设定保护限制。例如，不是将反射功率保护限制设定为600W，保护限制可以是在平衡放大器中的一个平衡放大器中的晶体管结的温度。具体而言，可以基于反射功率及诸如负载阻抗之类的其它测量的量来估计在功率放大器器件(例如，MOSFET)中耗散的功率。作为时间的函数估计的耗散功率随后可以用于在考虑系统中部件的多个热电阻和电容的情况下通过滤波和/或积分来估计作为时间的函数的结温度。随后可以推动放大器，直至结温度的估计值高于可接受限制(例如，结温度保护限制)，此时降低输出功率以将器件结温度的估计值保持在可接受电平。换句话说，不是将瞬时值与瞬时限制相比较，而是将物理上重要的量的估计值(诸如，器件结温度)与用于该量的限制相比较。估计的量不一定是要以此方式使用的物理量的估计值。例如可以设想，反射功率可以以此方式进行滤波并与限制相比较。 [0052] 在一些情况下，可以通过积分和/或滤波依据多个量的历史来计算估计值。例如，假定在器件中耗散的功率是P，并且器件具有从结到吸热器的热电阻R和热电容C，高于吸热器温度的结温度是由拉普拉斯域中滤波器R/(1+sRC)滤波的功率P。 [0053] 该滤波器可易于实施为以硬件、软件或二者组合，以估计器件结温度，其随后可以与温度限制相比较。在一些情况下，可以经由基于软件的系统和方法执行积分，而可以经由滤波执行其它积分。滤波可以在软件、硬件或二者组合中执行。可以在图10中见到用于控制到等离子体处理系统的功率的示范性方法，其使用经滤波的或积分的受监控特性来实现在点火时期期间较高的功率传送。 [0054] 点火期间的脉冲功率传送 [0055] 如上所述，如果在较短时间段期间传送较大的功率，平衡放大器可以处理该较大的功率。进一步扩展这个概念，通过在点火时期期间使功率进行脉冲，可以将点火时期期间的瞬时功率升高得高于在整个点火期间升高到固定值的情况下所能达到的瞬时功率。因而，在点火时期期间增大的保护限制与脉冲功率的组合实现了在点火期间比单独增大保护限制更大的功率传送。 [0056] 图5A示出了针对具有传统的固定保护限制502的连续波(CW)功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图。如果发生器输出功率503不足以点火等离子体，那么输出功率503通常就没有达到501。为了点火等离子体，图5B示出了可以通过在点火时期510期间将保护限制增大到暂时增大的保护限制506并使得功率513脉冲来将发生器输出功率513升高到稳态保护限制512以上，如图5B中所见的。点火时期510期间较高的保护限制506与脉冲的结果是功率能够比现有技术中所可能的(例如参见图5A)那样更接近于设定点511斜升。这个增大的功率足以在时间ti514点火等离子体。在点火后，发生器可以转换回CW模式，并且保护限制506可以降低到稳态保护限制512。 [0057] 保护限制的这种降低可以在点火后(例如t1)立即出现，或者可以在点火后的一段可变时间时出现，如由点火已经出现的指示所指定的(参见，例如图5B)。换句话说，点火时期510可以是设计为长于点火等离子体所需的时间段的固定期间，或者点火时期510可以取决于已经点火或再点火等离子体的指示(例如，反射功率中的迅速下降)。 [0058] 图6A示出了针对具有传统的固态保护限制602的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图。在这个示例中，在所示的图中使得功率603脉冲两次。与现有技术相反，并且为了实现等离子体点火，图6B示出了具有暂时升高的保护限制606和稳态保护限制612的可变保护限制。这在点火时期610期间与功率的脉冲相结合使得功率613能够比现有技术更大程度地接近设定点611，并且还实现了较高的平均功率，并且因而更有可能点火等离子体。功率传送也会受到较低频率脉冲，类似于图6A中所见的。这个方案可适用于，但不限于，低频(例如，脉冲重复率低于100Hz)脉冲，其中，发生器能够以比所要求的脉冲率更高地脉冲(例如10kHz)。 [0059] 在点火时期510、610期间的脉冲功率传送包括在以较高保护限制操作时，提供增大的保护限制506、606(或点火时期保护限制)并使得功率513、613脉冲以保护发生器免于受损。在其中还实施低频脉冲的情况下(例如，图6B)，在点火时期610期间的脉冲具有高于用于维持等离子体的较低频脉冲的频率。 [0060] 在点火时期510、610的结束时，可以将暂时升高的保护限制506、606降低到稳态保护限制512、612，并且高频脉冲可以给稳态操作(无论如图5B中的CW还是如图6B中的脉冲)让路。在一些实施例中，一旦检测到等离子体点火，在点火时期510、610期间的高频脉冲功率传送就可以给稳态操作让路，而在其它实施例中，它持续一段固定点火时期。 [0061] 可以针对连续波(CW)功率传送或脉冲功率传送实施在点火时期510、610期间的增大的保护限制506、606和脉冲功率。在CW功率传送方案的实例中(例如，图5B)，发现点火时期510在CW功率传送的开始。在脉冲功率传送方案的情况下(例如图6B)，点火时期610可以在第一脉冲的开始和/或在每一个随后脉冲的开始。例如，在脉冲功率传送导致等离子体在每一个脉冲的结束时或脉冲之间熄灭的情况下，本文所述的系统、方法和装置可以在随每一个脉冲开始而开始的点火时期实施以便再点火等离子体。 [0062] 本文所述的点火时期保护限制可以是固定值或可变值。它们还可以包括滞后阈值。例如，可以接通电源并允许其上升直至超过保护上限。随后可以去除电源，但不重新接通，直至功率下降到低于保护上限的保护下限以下。 [0063] 图8示出示了用于向等离子体处理室提供功率的系统。电源802接收输入功率，诸如3相电，并且产生输出功率，可以将该输出功率提供给等离子体处理室814以点火并维持等离子体，以用于多个等离子体处理任务。可选的匹配网络812可以布置在电源802与等离子体处理室814之间以改进到等离子体处理室814的功率传送特性。除了其它部件，电源802可以包括功率调节部件804，诸如AC到DC转换器、平衡放大器805、输出传感器808和测量与控制系统810。 [0064] 平衡放大器806可以耦合到功率调节部件的输出，并可以得到由功率调节部件804产生的DC功率，并且放大并调制该功率从而产生电源802的RF输出功率。测量与控制系统810可以提供用于输出功率的幅度的控制信号以及指定了由平衡放大器806产生的RF频率的低电平RF信号。在替代实施例中，RF发生器和前置放大器可以用于向平衡放大器806提供RF信号(参见图12)。图7中示出了平衡放大器806的一个示例。 [0065] 输出传感器808可以监控并测量输出功率或输出功率的第一特性。例如，当与其它信息结合时，输出传感器808可以监控反射功率或耗散功率，仅举两个非限制性示例，该其它信息诸如是作为功率与负载阻抗或从功率调节部件804传送到平衡放大器806的功率的函数的放大器损耗的知识。在其它实施例中将输出传感器808示出为在电源802内，输出传感器808可以在电源802外部。例如，输出传感器808可以耦合到可选的匹配网络812或布置在可选的匹配网络812内。在另一个实施例中，输出传感器808可以耦合在输出传感器808与等离子体处理室814之间。在再另一个实施例中，输出传感器808可以耦合在可选的匹配网络812与等离子体处理室814之间。在进一步的实施例中，输出传感器808可以耦合到等离子体处理室814或布置在等离子体处理室814内，并可以监控等离子体的第一特性。在其它实施例中，可以存在各自监控不同的特性的两个或多个输出传感器808。例如，第一输出传感器可以监控反射功率，而第二输出传感器可以监控耗散功率。在再其它的实施例中，单一输出传感器可以监控两个不同特性，诸如反射功率和耗散功率。 [0066] 测量与控制系统810可以与输出传感器808通信，并且从而接收等离子体处理系统的特性的测量结果(例如，反射功率)。测量与控制系统810可以将受监控特性与保护限制(诸如图3B中的保护限制306和312，图4B中的406和412，图5B中的506和512，及图6B中的606和612)相比较。保护限制可以是可变保护限制，如图3B、4B、5B和6B中所示的，其中，可变保护限制可以暂时具有升高的值，并且随后可以针对处理的或给定的功率脉冲的剩余部分(remainder)降低到稳态值。当使用滤波或积分的受监控特性时，可以使用固定保护限制(尽管不排除可变保护限制)。用户可以经由用户/控制接口(诸如键盘、鼠标、触摸屏、其一些组合或本领域技术人员已知的任何其它用户/控制接口)来设定或调整可变或固定保护限制。 [0067] 测量与控制系统810还可以可选地与功率调节部件804和平衡放大器806中的一个或多个进行通信。与功率调节部件804的通信使得测量与控制系统810能够调整来自功率调节部件804的功率传送，例如以尝试并达到功率设定点并进一步阻止受监控特性达到或超过保护限制。此外，这种通信使得测量与控制系统810能够控制由功率调节部件804产生的功率波形，诸如图4B、5B和6B中所见到的多个脉冲功率波形。 [0068] 与平衡放大器806进行通信使得测量与控制系统810能够调整来自平衡放大器806的功率传送，例如以尝试并达到功率设定点，并进一步阻止受监控特性达到或超过保护限制。此外，这种通信使得测量与控制系统810能够控制由平衡放大器806产生的功率波形，例如图4B、5B和6B中所见到的多个脉冲功率波形。 [0069] 输入功率可以是AC或DC，其中，功率调节部件804将此AC或DC输入转换为对于平衡放大器806适当电平的DC功率。 [0070] 图12示出了用于向等离子体处理室提供功率的系统。电源1202接收输入功率，诸如3相电，并且产生输出功率，可以将该输出功率提供给等离子体处理室1214以点火并维持等离子体，以用于多个等离子体处理任务。可选的匹配网络1212可以布置在电源1202与等离子体处理室1214之间以改进到等离子体处理室1214的功率传送特性。除了其它部件，电源1202可以包括功率调节部件1204，诸如AC到DC转换器、平衡放大器1205、输出传感器1208、测量与控制系统210、驱动放大器1216、和RF信号发生器1218。测量与控制系统1210可以指示RF信号发生器1218产生给定RF信号和/或控制其波形形状。在一些实例中，测量与控制系统1210可以指示RF信号发生器1218产生不可测量的信号或零信号(null signal)，诸如具有零电流、电压和/或功率幅度的信号。 [0071] RF信号发生器1218可以产生低电平RF信号，并将其提供给驱动放大器1216，其中，驱动放大器1216可以调制来自功率调节部件1204的DC功率，以产生低电平RF信号的放大形式。这个放大的RF信号可以提供给平衡放大器1206，并且平衡放大器1206随后可以基于来自驱动放大器1216的RF信号调制来自功率调节部件1204的DC功率。同时，测量与控制系统1210可以与功率调节部件1204、平衡放大器1206、驱动放大器1216和/或RF信号发生器1218中的一个或多个进行通信。经由与这些部件中的一个或多个进行通信，测量与控制系统1210可以控制来自这些部件中的任意一个或多个部件的输出的幅度和波形。例如，仅举两个非限制性示例，可以控制平衡放大器1206的增益或功率调节部件1204的脉冲频率。 [0072] 图9示出了向等离子体处理室提供功率的方法。方法900通过从平衡放大器向等离子体处理室提供功率而开始(框902)。可以相对于测量的等离子体处理系统的特性(例如，在电源的输出处测量的反射功率)使用可变保护限制，以保护放大器中的电路。现有技术中这种保护限制是固定的，并且可以通过在使用平衡放大器时阻止功率斜升到期望的设定点来阻止等离子体点火或再点火。为了增大等离子体点火的可能性，可以使用可变保护限制，并且该可变保护限制包括在到等离子体的功率传送的开始时暂时升高的部分(框906)。例如在图3B、4B、5B和6B中可以见到可变保护限制中的此暂时增大。方法900随后监控等离子体处理系统的第一特性(框904)，以便确定第一特性是否/何时等于或超过可变保护限制(决定908)。当受监控的第一特性不等于或超过可变保护限制时(决定908)，方法900确定从可变保护限制的升高开始的时间段是否已经结束(决定912)。此时期可以是固定的或可以在等离子体已经点火或再点火的指示存在时结束。如果该时间段没有结束，那么方法900就返回到监控操作(框904)，并且继续循环通过框904和决定908与912，直至该时间段结束(决定912)或者第一特性等于或大于可变保护限制(决定908)。如果满足或超过可变保护限制(决定908)，那么方法900就降低功率并再次监控和比较第一特性和可变保护限制(框904和决定908)。一旦受监控特性下降到可变保护限制以下，方法就再次确定该时间段是否结束(决定912)。一旦该时间段结束，就可以降低可变保护限制(框914)。随后可以执行监控和与稳态保护限制的比较(例如，312、412、512、612)，如本领域技术人员公知的，直至功率降低(例如，在处理运行结束时或传送脉冲功率的情况下)。 [0073] 在一些实施例中，可以以脉冲模式将功率传送到等离子体。功率可以在零与一个功率电平之间、在一个功率电平与另一个功率电平之间脉冲，或者可以以操作的脉冲重复率重复任意功率波形。给定任意功率波形的情况，每一个重复的波形都可以具有一个操作时期的持续时间。 [0074] 在另一个实施例中，在可变保护限制的上升(框906)与降低(框907)之间的时间(例如，点火时期)是预定的或固定的时间段。此外，可以在每一个脉冲的开始时、在每一个操作时期期间、在设定数量的操作时期的每一个操作时期期间、或存在跨多个操作时期的点火时期。 [0075] 在再另一个实施例中，在可变保护限制的上升(框906)与降低(框907)之间的时间(例如，点火时期)是点火时期并且是可变时间段。可以响应于等离子体已经点火或再点火的指示而开始降低(框907)。此外，可以在每一个脉冲的开始时、在每一个操作时期期间、在设定数量的操作时期的每一个操作时期期间、或存在跨多个操作时期的点火时期。 [0076] 在再另一个实施例中，在可变保护限制的上升(框906)与降低(框907)之间的时间(例如，点火时期)是点火时期并且是可变时间段。在点火时期期间可以以点火脉冲重复率和点火占空比使得功率进行脉冲。点火脉冲重复率可以超过操作脉冲重复率，并且可以在每一个脉冲的开始时、在每一个操作时期期间、在设定数量的操作时期的每一个操作时期期间、或存在跨多个操作时期的点火时期。 [0077] 可选地，第一特性可以是经滤波的和/或积分的(框905)，以使得在与保护限制相比时，不太可能考虑对第一特性的瞬时、短期或高频的影响。因而，在对等离子体处理系统的第一特性的监控的每一次重复后(框904)，将滤波应用于受监控的第一特性(框905)。随后可以相对于经滤波的受监控的第一特性与可变保护限制进行比较(决定908)。当应用可选的滤波时，方法900与上述不同地操作。 [0078] 替代地，可以相对于固定保护限制使用滤波和/或积分。图10示出了用于向等离子体处理室提供功率的方法，其中，在确定受监控特性是否满足或超过保护限制时将滤波应用于受监控特性。方法1000包括从平衡放大器向等离子体处理室提供功率(框1002)。方法1000随后监控等离子体处理系统的第一特性(例如，反射功率)(框1004)，将滤波(或积分)应用于受监控的第一特性(框1006)，以产生经滤波的第一特性。随后执行经滤波的第一特性与保护限制的比较(决定1008)。在一些实施例中，由于执行了滤波或积分，可以使用固定保护限制，并且仍可以在点火时期期间实现增大的功率。例如，在使用低通滤波或积分时，受监控的第一特性仍会趋向于下降到固定或稳态保护限制以下，因为在点火时期期间增大的功率极为短暂。 [0079] 替代地，可以使用可变保护限制，并且可变保护限制在点火时期期间可以暂时升高(例如，在功率传送的开始时)，如较早在图3B、4B、5B和6B中所述和所示的。无论如何，将经滤波的第一特性与保护限制相比较(决定1008)，并且如果经滤波的第一特性等于或大于保护限制，那么该方法就可以降低来自平衡放大器的功率(框1010)，以使得经滤波的/积分的第一特性下降到保护限制以下。如果经滤波的/积分的第一特性已经在保护限制以下，那么方法1000就循环回到监控(框1004)。尽管示出为无限循环，但直到除了与由决定1008所指定的之外需要功率的降低(例如，处理运行的结束或功率脉冲的结束)才持续方法1000。在一些实施例中，可以直到点火时期的结束时或直到指示等离子体已经点火或再点火才执行方法1000，并且随后可以实施与稳态保护限制的比较，或者可以使用持续积分/滤波方法。不管怎样，一旦点火或再点火了等离子体，就不必实施此方法1000。 [0080] 尽管本公开内容大量使用其中保护限制是反射功率保护限制的示例，但本领域技术人员会认识到本文公开的系统、方法和装置可以同样应用于其它类型的保护限制。例如，晶体管结温度和耗散功率是可以使用的两个其它保护限制。本公开内容还集中在其中仅使用单一保护限制的示例上。但本领域技术人员也会认识到在不脱离本公开内容的范围的情况下可以使用多于一个的保护限制。 [0081] 除了本文所述的特定物理设备以外，本文所述的系统和方法还可以在计算机系统中实施。图11示出了计算机系统1100的一个实施例的图解表示，在计算机系统1100内可以执行指令集，该指令集用于使得设备完成或执行本公开内容的方面和/或方法中的任意一个或多个。用于平衡放大器的控制器是计算机系统110的一个示例。图11中的部件仅是示例，而不限制实施本公开内容的特定实施例的任何硬件、软件、固件、嵌入式逻辑部件或者两个或多个这些部件的组合的使用或功能的范围。部分或全部的所示部件可以是计算机系统1100的部分。例如，仅举两个非限制性示例，计算机系统1100可以是通用计算机(例如，膝上型计算机)或嵌入式逻辑器件(例如，FPGA)。 [0082] 计算机系统1100包括至少一个处理器1101，仅举两个非限制性示例，诸如中央处理单元(CPU)或FPGA。用于控制保护限制和平衡放大器的脉冲特性的控制器是处理器1101的一个实现方式。例如，处理器1101可以实施为测量和控制系统810或1210。计算机系统1100还可以包括存储器1103和储存器1108，二者经由总线1140彼此通信并与其它部件通信。例如，存储器1103可以存储用于功率调节部件804和/或平衡放大器806的保护限制、脉冲频率和功率设定点。总线1140还可以将显示器1132、一个或多个输入设备 1133(其可以例如包括小键盘、键盘、鼠标、触针等)、一个或多个输出设备1134、一个或多个储存设备1135和多个非暂时性有形计算机可读储存介质1136彼此进行链接，并与处理器1101、存储器1103和储存器1108中的一个或多个进行链接。所有这些元件都可以直接或经由一个或多个接口或适配器连接到总线1140。例如，多个非暂时性有形计算机可读储存介质1136可以经由储存介质接口1126与总线1140连接。计算机系统1100可以具有任意适合的物理形式，包括但不限于一个或多个集成电路(IC)、印刷电路板(PCB)、嵌入式控制系统、功率调节子系统、移动手持设备(诸如移动电话或PDA)、膝上型计算机或笔记本计算机、分布式计算机系统、计算网格或服务器。 [0083] 处理器1101(或中央处理单元(CPU))可选地包含用于对指令、数据或计算机地址进行暂时本地储存的高速缓冲存储器单元1102。处理器1101可以被配置为辅助存储在至少一个非暂时性有形计算机可读储存介质上的计算机可读指令的执行。计算机系统1100可以作为处理器1101执行在一个或多个非暂时性有形计算机可读储存介质中实施的软件的结果而提供功能，一个或多个非暂时性有形计算机可读储存介质诸如是存储器1103、储存器1108、储存设备1135、和/或储存介质1136(例如，只读存储器(ROM))。例如，用以实现图3B、4B、5B和6B中所见到的功率与时间的关系的曲线图的方法可以在一个或多个非暂时性有形计算机可读储存介质中实施。非暂时性有形计算机可读储存介质可以存储实施特定实施例的软件，诸如用以实现图3B、4B、5B和6B中所示的功率与时间的关系的曲线图的方法可以执行软件。存储器1103可以通过诸如网络接口1120的适合接口从一个和多个其它非暂时性有形计算机可读储存介质(诸如，大容量储存设备1135、1136)或从一个和多个其它源读取软件。软件可以使得处理器1101执行本文所述或所示的一个或多个过程或者一个或多个过程中的一个或多个步骤。执行这种过程或步骤可以包括定义存储在存储器1103中的数据结构，并且如软件所指示地修改数据结构。在一些实施例中，FPGA可以存储用于执行如本公开内容中所述的功能(例如，用以实现图3B、4B、5B和6B中所示的功率与时间的关系的曲线图的方法)的指令。在其它实施例中，固件包括用于执行如本公开内容中所述的功能(例如，用以实现图3B、4B、5B和6B中所示的功率与时间的关系的曲线图的方法)的指令。 [0084] 存储器1103可以包括多个部件(例如，机器可读介质)，包括但不限于随机存取存储器部件(例如，RAM 1104)(例如，静态RAM“SRAM”、动态RAM“DRAM”等)、只读部件(例如，ROM 1105)及其任何组合。ROM 1105可以操作以向处理器1101单向传送数据和指令，并且RAM 1104可以操作以与处理器1101双向传送数据和指令。ROM 1105和RAM 1104可以包括下述的任何适合的非暂时性有形计算机可读储存介质。在一些实例中，ROM 1105和RAM 1104包括用于执行用以实现图3B、4B、5B和6B中所示的功率与时间的关系的曲线图的方法的非暂时性有形计算机可读储存介质。在一个示例中，在存储器1103中可以存储基本输入/输出系统1106(BIOS)，包括基本例程，其有助于诸如在启动期间在计算机系统1100内的元件之间传递信息。 [0085] 固定储存器1108可选地通过储存控制单元1107双向连接到处理器1101。固定储存器1108提供额外的数据储存容量，并且还可以包括本文所述的任何适合的有形计算机可读储存介质。储存器1108可以用于存储操作系统1109、EXEC 1110(可执行文件)、数据1111、API应用1112(应用程序)等。例如，储存器1108可以实施为储存用于执行用以实现图3B、4B、5B和6B中所示的功率与时间的关系的曲线图的方法的指令。通常，尽管未必总是，储存器1108是辅助储存介质(诸如，硬盘)，其比主储存器(例如，存储器1103)慢。 存储器1108还可以包括光盘驱动器、固态存储设备(例如，基于闪存的系统)或任意上述的组合。储存器1108中的信息在适当的情况下可以作为虚拟存储器并入存储器1103中。 [0086] 在一个示例中，储存设备1135可以经由储存设备接口1125可移动地与计算机系统1100连接(例如，经由外部端口连接器(未示出))。具体而言，储存设备1135及相关机器可读介质可以为计算机系统1100提供机器可读指令、数据结构、程序模块和/或其它数据的非易失性和/或易失性储存。在一个示例中，软件可以完全或部分地驻留在储存设备1135上的机器可读介质内。在另一个示例中，软件可以完全或部分地驻留在处理器1101内。 [0087] 总线1140连接各种子系统。在适当情况下，在此对于总线的提及可以包含为服务常用功能的一个或多个数字信号线。总线1140可以是几类总线结构的任意一个，包括但不限于使用各种总线架构的任意一个的存储器总线、存储器控制器、外围总线、局部总线及其任意组合。示例性地而非限制性地，这种架构包括工业标准架构(ISA)总线、增强ISA(EISA)总线、微通道架构(MCA)总线、视频电子标准协会局部总线(VLB)、外围部件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、加速图形端口(AGP)总线、超传输(HTX)总线、串行高级技术附件(SATA)总线及其任意组合。 [0088] 计算机系统1100还可以包括输入设备1133。在一个示例中，计算机系统1100的用户可以经由输入设备1133将命令和/或其它信息输入到计算机系统1100中。输入设备1133的示例包括但不限于字母数字输入设备(例如，键盘)、定点设备(例如，鼠标或触摸板)、触摸板、操纵杆、游戏手柄、音频输入设备(例如，麦克风、语音响应系统等)、光学扫描器、视频或静止图像捕获设备(例如，相机)及其任意组合。输入设备1133可以经由各种输入接口1123中的任意一种(例如，输入接口1123)连接到总线1140，各种输入接口1123包括但不限于串行、并行、游戏端口、USB、FIREWIRE、THUNDERBOLT或以上的任意组合。 [0089] 在特定实施例中，当计算机系统1100连接到网络1130时，计算机系统1100可以与连接到网络1130的其它设备(诸如移动设备和企业系统)进行通信。往来于计算机系统110的通信可以通过网络接口1120发送。例如，网络接口1120可以从网络1130接收以一个或多个分组形式(例如网际协议(IP)包)的传入通信(诸如来自其它设备的请求或应答)，以及计算机系统1100可以在存储器1103中存储传入通信以便进行处理。计算机系统1100可以在存储器1103中以一个或多个分组的形式类似地存储传出通信(诸如，到其它设备的请求或应答)，并从网络接口1120传送到网络1130。处理器1101可以访问存储在存储器1103中的这些通信分组以便进行处理。 [0090] 网络接口1120的示例包括但不限于网络接口卡、调制解调器及其任意组合。网络1130或网段1130的示例包括但不限于广域网(WAN)(例如，互联网、企业网)、局域网(LAN)(例如，与办公室、建筑、校园或其它相对小的地理空间相关的网络)、电话网络、在两个计算设备之间的直接连接及其任意组合。诸如网络1130的网络可以使用通信的有线和/或无线模式。通常可以使用任意网络拓扑结构。 [0091] 可以通过显示器1132显示信息和数据。显示器1132的示例包括但不限于液晶显示器(LCD)、有机液晶显示器(OLED)、阴极射线管(CRT)、等离子显示器及其任意组合。显示器1132可以经由总线1140连接到处理器1101、存储器1103和固定储存器1108以及诸如输入设备1133之类的其它设备。显示器1132可以经由视频接口1122链接到总线1140，并且可以借助图形控制1121控制在显示器1132与总线1140之间的数据传输。 [0092] 除了显示器1132以外，计算机系统1100还可以包括一个和多个其它外围输出设备1134，包括但不限于音频扬声器、打印机及其任意组合。这种外围输出设备可以经由输出接口1124连接到总线1140。输出接口1124的示例包括但不限于串行端口、并行连接、USB端口、FIREWIR端口、THUNDERBOLT端口及其任意组合。 [0093] 另外地或者替代地，计算机系统1100可以作为在电路中硬连线或实施的逻辑的结果提供功能，该逻辑可以代替软件操作或与软件一起操作以执行本文所述或所示的一个或多个过程或者一个或多个过程的一个或多个步骤。本公开内容中对软件的提及可以包含逻辑，并且对逻辑的提及可以包含软件。此外，在适当情况下，对非暂时性有形计算机可读介质的提及可以包含存储用于执行的软件的电路(例如IC)、实施用于执行的逻辑的电路、或两者。本公开内容包含硬件、软件或二者的任何适合组合。 [0094] 本领域技术人员会理解，可以使用任意各种不同技术和方法来表示信息和信号。例如，以上描述中通篇提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或其任意组合表示。 [0095] 本领域技术人员会进一步意识到，结合本文公开的实施例描述的多个示例性逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实施为电子硬件、计算机软件或二者组合。为了清楚地示出硬件和软件的此可互换性，上面在功能方面对各种示例性的部件、框、模块、电路和步骤进行了总体描述。这种功能是实施为硬件还是软件取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是，不应将这种实现决策解释为脱离本发明的范围。 [0096] 可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或者被设计为执行本文所述功能的其任意组合来实施或执行结合本文公开的实施例所描述的各种示范性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器或者微控制器。处理器也可以实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与DSP内核的组合或者任何其它这种结构。 [0097] 结合本文公开的实施例所描述的方法或者算法的步骤(例如，用以实现图3B、4B、5B和6B中所示的功率与时间的关系的曲线图的方法)可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块、实施为数字逻辑器件的软件模块或在其组合中实施。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域公知的任何其它形式的非暂时性有形计算机可读储存介质中。一种示范性的非暂时性有形计算机可读储存介质可耦合至处理器，使得处理器能够从该非暂时性有形计算机可读储存介质读取信息且可向该非暂时性有形计算机可读储存介质写入信息。替代地，非暂时性有形计算机可读储存介质可以集成到处理器中。处理器和非暂时性有形计算机可读储存介质可以位于ASIC中。ASIC可以位于用户终端中。替代地，处理器和非暂时性有形计算机可读储存介质可以作为分立部件位于用户终端中。在一些实施例中，软件模块可以实施为数字逻辑部件，诸如在曾经借助软件模块编程的FPGA中的那些数字逻辑部件。 [0098] 提供所公开实例的以上描述，以使得本领域技术人员能够实现或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施例。因此，本发明并不旨在限于本文所示的实施例，而应被给予与本文公开的原理和新颖特征相一致的最大范围。 |
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