本研究研製並聯型高頻高功率遠距電漿源產生器，是一種直流轉交流換流器，可應用於半導體製程清潔之電漿系統。採用變壓器耦合式電漿(Transformer Coupled Plasma, TCP)，所使用電路架構為並聯型全橋諧振換流器電路，其操作頻率範圍為300 kHz至400 kHz。將功率開關頻率操作高於諧振頻率，並藉由諧振特性，使開關達到零電壓切換，降低開關切換損失；此外，輸出弦波電壓，以減少電磁干擾。
本研究採用數位控制，可提升系統自由度與可靠度，所用系統控制器以RX62T微控制器為核心，做輸出電壓控制，並達成軟體保護，且配合使用保護電路達到硬體保護。當系統於運作中發生異常時，可即時保護系統，使電路系統免於毀損。
本論文主要貢獻為：(1)實現一輸入400 VDC，輸出800 Vp，切換頻率300 kHz至400 kHz，額定10 kVA之並聯型全橋諧振換流器；(2)採用零電壓切換，可降低切換損失；(3)採用數位控制提升系統自由度與可靠度；(4)運用並聯型換流器，可提升機台使用率；(5)完成電路燒機測試達二十分鐘，確保電路之穩定性。
本研究未來將會實際應用電漿腔體為負載，且更換損耗較高之鐵芯，並重新規劃佈線，提高整體電路功率密度。

This research is to design and implement a paralleled high-frequency high-power remote plasma source generators. The inverter is a full-bridge parallel-resonant topology, and its operation frequency is between 300 kHz and 400 kHz. The inverter operation frequency is higher than the resonant frequency to achieve zero-voltage switching, reducing switching losses of the switches. In addition, the use of a resonant circuit forces the output voltage to be sinusoidal, which can reduce electromagnetic interference.
In this research, a digital controller improves the freedom and reliability of the system operation, with a microcontroller RX62T, software protection can be achieved, and additional circuits can achieve hardware protection. When abnormal during operation, the system can be protected in time from damage.
The main contributions of this thesis include:(1) implementing two resonant inverters with input dc voltage 400 V, output ac voltage 800 Vp, and each of which with the maximum power rating of 5 kVA, which verifies the analysis, the control strategies and the feasibility of the inverter operation; (2) achieving zero-voltage switching to reduce switching losses of the switches; (3) adopting digital control to increase system freedom and reliability; (4) using parallel inverters to increase equipment utilization; and (5) conducting burn-in test for twenty minutes to ensure stable operation of the system.
In the future, this study will use a plasma chamber as a load, replace the core with a lower-loss one, and re-layout the circuits to improve power density.

摘要 iii
Abstract iv
誌謝 v
總目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 電漿簡介 2
1-2-2 遠距電漿系統應用 4
1-2-3 電漿電源介紹 6
1-2-4 電感耦合式電漿 7
1-2-5 諧振式轉換器 7
1-3 論文大綱 9
第二章 換流器架構與設計 10
2-1 並聯型全橋諧振換流器架構 10
2-2 遠距電漿源等效負載 12
2-3 變壓器等效模型 13
2-4 諧振槽設計 15
第三章 換流器周邊電路 29
3-1 輔助電源電路 29
3-2 電壓箝位保護電路 31
3-3隔離降壓電路 31
3-4 峰值偵測電路 33
3-5 直流鏈回授電路 34
3-6交流電壓回授電路 35
3-7 諧振電流回授電路 36
3-8 過壓/過流硬體保護電路 38
3-9 開關隔離驅動電路 39
第四章 控制韌體規劃 42
4-1 微控制器 RX62T 介紹 42
4-2 主程式流程規劃 45
4-3 類比/數位轉換中斷副程式流程規劃 47
4-3-1 換流器待命模式 49
4-3-2 輸出電壓檢查模式 49
4-3-3 輸出電壓穩壓模式 50
第五章 電路製作 51
5-1 電氣規格與功率開關元件選擇 51
5-2 實務考量 52
5-2-1 諧振電感設計與絞線種類選擇 52
5-2-2 電流感測元件 53
5-2-3 高頻訊號回授 54
5-2-4 開關驅動隔離改善 54
5-2-5 隔離降壓電路改善 57
5-2-6 開關PWM訊號計算 59
5-2-6 模擬等效負載 61
第六章 實測結果 63
6-1 實驗結果波形 63
6-1-1 輕載 64
6-1-2 半載 67
6-1-3 滿載 70
6-2 燒機測試 73
6-2-1 燒機散熱改善 73
6-2-1-1 強力冷卻循環水槽 73
6-2-1-2 諧振電感改善 75
6-2-1-3 其他元件散熱改善 76
6-2-2 燒機溫度曲線圖 78
6-2-2-1 輕載 79
6-2-2-2 半載 80
6-2-2-3 滿載 81
6-3 損耗估測與分析 82
第七章 結論與未來研究方向 85
7-1 結論 85
7-2 未來研究方向 86
參考文獻 87

[1] T. Oda , T. Takahashi and R. Yamashita, “Non Thermal Plasma Processing for VOCs Decomposition and NOx Removal in Flue Gas,” J. Adv. Oxid. Technol., vol. 2, no. 2, pp. 337-345, 1997.
[2] X.-J. Lin, G.-J. Qin and J.-R. Chen, “The Effect of Surface Modification by Nitrogen Plasma on Photocatalytic Degradation of Polyvinyl Chloride Films,” Applied Surface Science, vol. 254, no. 20, pp. 6568-6574, 2008.
[3] M. Laroussi, “Sterilization of Contaminated Matter with an Atmospheric Pressure Plasma,” IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 24, no. 3, pp. 1188-1191, 1996.
[4] 李曼君，以電漿結合觸媒破壞去除NF3之初步研究，國立中央大學-環境工程研究所-碩士論文，民國93年1月。
[5] M. I. Boulos, “Thermal Plasma Processing,” IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 19, no. 6, pp. 1078-1089, 1991.
[6] B. Eliasson and U. Kogelschatz, “Nonequilibrium Volume Plasma Chemical Processing,” IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 19, no. 6, pp. 1063-1077, 1991.
[7] R. K. Marcus and J. A. C. Broekaert, “Glow Discharge Plasmas in Analytical Spectroscopy,” John Wiley & Sons, Ltd, 2003.
[8] H. Xiao, “Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology,” Prentice Hall, vol. PM220, 2012.
[9] 賴翰穎，應用於3kW射頻電漿電源E類換流器之研製，國立成功大學-電機工程學系-碩士論文，民國104年7月。
[10] J. Hopwood, “Review of Inductively Coupled Plasmas for Plasma Processing,” Plasma Sources Science and Technology, vol. 1, pp. 109-116, 1992.
[11] 林剛毅，變壓器耦合式電漿源特性量測與等效電路模擬分析，國立清華大學-物理學系-碩士論文，民國101年7月。
[12] K. Tran and A. Millner, “A New Power Supply to Ignite and Sustain Plasma in a Reactive Gas Generator,” 2008 Twenty-Third Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2008.
[13] 陳宜宏，實現數位控制之LLC諧振轉換器，國立臺北科技大學-電機工程系-碩士論文，民國99年7月。
[14] 余志昱，變壓器耦合式電漿之研究，國立清華大學-物理學系-碩士論文，民國99年6月
[15] Mean Well, “LRS-35 Series Datasheet,” 2017.
[16] P-DUKE, “PDL03W Series Datasheet,” 2018.
[17] IXYS Integrated Circuits, LOC110 Datasheet, 2016.
[18] Infineon, 1EDI60I12AF Datasheet, 2015.
[19] Renesas, “RX62T Group Datasheet,” Rev. 1.10, Apr. 2011.
[20] Ohmite, “TGH600 Series Datasheet,” 2017.
[21] FLUKE, “Ti300 Datasheet,” 2013.
[22] DATAQ, “GL840 Datasheet,”
[23] TDK, “Material Characteristics,” 2018.
[24] CREE, “C3M0030090K Datasheet,” 2018.