DE102013202428A1 - Power supply arrangement for powering industrial processes - Google Patents

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Abstract

Eine Leistungsversorgungsanordnung (10, 100) zur Versorgung industrieller Prozesse mit Leistung umfasst: a. einen Gleichstromwandler (13) mit einem Eingang (12) zum Anschluss an eine Gleichspannung, der an seinem Ausgang (18) eine Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt; b. einen Wandler (23), der einen Ausgang (18) des Gleichstromwandlers (13) angeschlossen ist und eingerichtet ist, eine Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung zu erzeugen und an seinem Ausgang (18) auszugeben, wobei c. der Ausgang (18) des Gleichstromwandlers direkt über ein nicht-lineares Element (40) oder eine Serienschaltung aus mehreren nicht-linearen Elementen (102, 103) mit dem Eingang (12) des Gleichstromwandlers (13) verbunden ist.A power supply arrangement (10, 100) for supplying power to industrial processes comprises: a. a DC-DC converter (13) having an input (12) for connection to a DC voltage, which provides an intermediate-circuit voltage at its output (18); b. a converter (23) connected to an output (18) of the DC-DC converter (13) and arranged to generate an AC voltage or a pulsed DC voltage and to output it at its output (18), wherein c. the output (18) of the DC-DC converter is connected directly to the input (12) of the DC-DC converter (13) via a non-linear element (40) or a series connection of a plurality of non-linear elements (102, 103).

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsversorgungsanordnung zur Versorgung industrieller Prozesse mit Leistung, umfassend:

  • a. einen Gleichstromwandler mit einem Eingang zum Anschluss an eine Gleichspannung, der an seinem Ausgang eine Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt;
  • b. einen Wandler, der an einen Ausgang des Gleichstromwandlers angeschlossen ist und eingerichtet ist, eine Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung zu erzeugen und an seinem Ausgang auszugeben.
The invention relates to a power supply arrangement for supplying industrial processes with power, comprising:
  • a. a DC-DC converter having an input for connection to a DC voltage, which provides an intermediate circuit voltage at its output;
  • b. a converter, which is connected to an output of the DC-DC converter and is adapted to generate an AC voltage or a pulsed DC voltage and output at its output.

Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung zur Erzeugung und zum Betrieb eines Plasmas.Furthermore, it is within the scope of the invention to use a power supply arrangement according to the invention for generating and operating a plasma.

Wenn eine Plasmaentladung mit einem sich sehr schnell ändernden Strom betrieben wird, kann dies zu Spannungsspitzen über Halbleiterschaltern führen, die für die Leistungsversorgung des Plasmas eingesetzt werden. Bei sich sehr schnell ändernden Strömen kann es sich um einen Wechselstrom oder gepulsten Gleichstrom handeln, wobei der gepulste Gleichstrom auf Werte im Bereich von 0 A (null Ampere) oder darunter fallen kann.Operating a plasma discharge with a very fast-changing current can result in voltage spikes across semiconductor switches used to power the plasma. Very fast changing currents may be AC or pulsed DC, where the pulsed DC may fall to values in the range of 0 A (zero amperes) or below.

Die Spannungsspitzen treten auf, wenn die Leistungsversorgung Stromquellencharakter hat, vorzugsweise mit einem induktiven Ausgang und/oder das Plasma selbst einen induktiven Charakter zeigt, wenn es mit einem sich schnell ändernden Strom versorgt wird. Zusätzliche Leitungsinduktivitäten addieren sich zu der Plasmainduktivität, wodurch die resultierende Lastinduktivität erhöht wird. Daher sind die Halbleiterschalter zwischen zwei induktiven Schaltungsteilen angeordnet. Schaltvorgänge unter diesen Bedingungen generieren Spannungsspitzen, die die Halbleiterschalter gefährden.The voltage spikes occur when the power supply is current sourced, preferably with an inductive output, and / or the plasma itself is inductive in nature when supplied with a rapidly changing current. Additional line inductances add to the plasma inductance, increasing the resulting load inductance. Therefore, the semiconductor switches are arranged between two inductive circuit parts. Switching operations under these conditions generate voltage spikes that endanger the semiconductor switches.

Wenn übliche Überspannungsschutzeinrichtungen verwendet werden, treten hohe Verluste auf, die insbesondere proportional zur Schaltfrequenz sind. Bei Anwendungen, die bei hohen Strömen und Frequenzen arbeiten, können die Verluste im Vergleich zur in das Plasma gelieferten Leistung sehr groß sein. Es ist bekannt, zur Lösung des Problems DC/DC Wandler einzusetzen. Diese erhöhen jedoch die Komplexität und Kosten der Leistungsversorgungsanordnung.When conventional overvoltage protection devices are used, high losses occur, which are particularly proportional to the switching frequency. For applications operating at high currents and frequencies, the losses can be very large compared to the power delivered to the plasma. It is known to use DC / DC converters to solve the problem. However, these increase the complexity and cost of the power supply arrangement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungstopologie bereit zu stellen, mit der Spannungsspitzen über schaltenden Elementen wirksam vermieden werden können.Object of the present invention is therefore to provide a circuit topology can be effectively avoided with the voltage spikes on switching elements.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Leistungsversorgungsanordnung zur Versorgung industrieller Prozesse mit Leistung, umfassend:

  • a. einen Gleichstromwandler mit einem Eingang zum Anschluss an eine Gleichspannung, der an seinem Ausgang eine Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt;
  • b. einen Wandler, der an einen Ausgang des Gleichstromwandlers angeschossen ist und eingerichtet ist, eine Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung zu erzeugen und an seinem Ausgang auszugeben, wobei
  • c. der Ausgang des Gleichstromwandlers direkt über ein nicht-lineares Element oder eine Serienschaltung aus mehreren nicht-linearen Elementen mit dem Eingang des Gleichstromwandlers verbunden ist.
This object is achieved according to the invention by a power supply arrangement for supplying industrial processes with power, comprising:
  • a. a DC-DC converter having an input for connection to a DC voltage, which provides an intermediate circuit voltage at its output;
  • b. a converter, which is connected to an output of the DC-DC converter and is adapted to generate an AC voltage or a pulsed DC voltage and output at its output, wherein
  • c. the output of the DC-DC converter is connected directly to the input of the DC-DC converter via a non-linear element or a series connection of a plurality of non-linear elements.

Bei einer solchen Leistungsversorgungsanordnung werden die Spannungsspitzen direkt, d. h. unmittelbar, an den Eingang des Gleichstromwandlers zurückgeführt. Somit werden die Spannungsspitzen von den schaltenden Elementen ferngehalten und diese geschützt. Auf diese Art und Weise kann eine beinahe verflustfreie Rückgewinnung von Energie erfolgen. Außerdem wird ein Überspannungsschutz realisiert. Dies ist besonders vorteilhaft einsetzbar bei hohen Schaltfrequenzen oder bei einem häufigen Auftreten von Arcs in einer Plasmalast, die an den Ausgang des Wandlers angeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Leistungsversorgungsanordnung benötigt sehr wenige Bauteile, im Idealfall nur ein nicht-lineares Bauelement. Die Ausfallwahrscheinlichkeit der Leistungsversorgungsanordnung wird dadurch reduziert. Außerdem kann die Ableitung von Hochspannung zum Schutz der Halbleiterschalter extrem schnell erfolgen.In such a power supply arrangement, the voltage spikes are directly, i. H. directly, fed back to the input of the DC-DC converter. Thus, the voltage spikes are kept away from the switching elements and protected. In this way, an almost lossless recovery of energy can be done. In addition, overvoltage protection is realized. This is particularly advantageous for high switching frequencies or frequent occurrences of arcs in a plasma load connected to the output of the transducer. The power supply arrangement according to the invention requires very few components, ideally only a non-linear component. The probability of failure of the power supply arrangement is thereby reduced. In addition, the dissipation of high voltage to protect the semiconductor switches can be extremely fast.

Als industrielle Prozesse kommen beispielsweise Plasmaprozesse, Laserprozesse oder Induktionsanwendungen in Frage.Industrial processes include, for example, plasma processes, laser processes or induction applications.

Der Ausgang des Gleichstromwandlers kann ohne Zwischenschaltung einer Spule oder eines Übertragers mit dem Eingang des Gleichstromwandlers verbunden sein. Insbesondere kann der Ausgang des Gleichstromwandlers ohne Zwischenschaltung eines induktiven Elements mit dem Eingang des Gleichstromwandlers verbunden sein. Tatsächlich kann jeder noch so kurze Leitungsabschnitt eine Induktivität aufweisen. Solche unvermeidbaren Induktivitäten sind hier jedoch nicht gemeint. Vielmehr sollen solche Leitungsabschnitte möglichst kurz und flächig, also mit möglichst geringer Induktivität ausgelegt sein. Die Verbindung mit den nicht-linearen Elementen soll insbesondere keine in Serie geschaltete Drosselspule mit einer Induktivität von mehr als ein 1 μH aufweisen, wie sie in Gleichspannungswandlern üblicherweise verbaut werden. Die Induktivität aller Leistungsabschnitte zusammengenommen ist vorzugsweise weniger als 500 nH, insbesondere weniger als 100 nH.The output of the DC-DC converter may be connected to the input of the DC-DC converter without the interposition of a coil or a transformer. In particular, the output of the DC converter can be connected to the input of the DC converter without the interposition of an inductive element. In fact, every short section of line can have an inductance. However, such unavoidable inductances are not meant here. Rather, such line sections should be designed as short and flat as possible, ie with the lowest possible inductance. In particular, the connection with the non-linear elements is not intended to have a choke coil connected in series with an inductance of more than 1 μH, as are usually installed in DC-DC converters. The Inductance of all power sections taken together is preferably less than 500 nH, in particular less than 100 nH.

Zumindest ein nichtlineares Element kann als Diode ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung eines nicht-linearen Elements. Alternativ kann zumindest ein nicht-lineares Element als Schalter ausgebildet sein. Weitere Ausführungsformen nicht-linearer Elemente sind jedoch ebenfalls denkbar.At least one non-linear element may be formed as a diode. This results in a particularly simple and cost-effective design of a non-linear element. Alternatively, at least one non-linear element can be designed as a switch. However, other embodiments of non-linear elements are also conceivable.

Die Serienschaltung aus mehreren nicht-linearen Elementen kann zwei nicht-lineare Elemente, insbesondere zwei in Serie geschaltete Dioden, aufweisen. An einem Knotenpunkt zwischen zwei in Serie geschalteten nicht-linearen Elementen kann ein Energiespeicher angeschlossen sein. Dabei kann der Energiespeicher zwischen den Knotenpunkt und einen Eingangsanschluss des Wandlers geschaltet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher als Kondensator ausgebildet ist. Der Energiespeicher und das nicht-lineare Element zwischen Knotenpunkt und Eingangsanschluss des Wandlers können besonders nahe an dem Wandler angeordnet werden. Durch den Energiespeicher kann die Spannung am Eingang des Wandlers begrenzt werden. Eine solche Schaltungsanordnung kann vorteilhafterweise dann eingesetzt werden, wenn die Verbindungsleitungen vom Wandler bis zum Eingang des Gleichstromwandlers zur Ableitung sehr kurzer Spannungspulse noch zu langsam wäre, um die schaltenden Elemente des Wandlers zu schützen. Die Spannungsspitzen können den sehr nah am Wandler angeordneten Energiespeicher aufladen. Die Spannungsspitzen können so mit deutlich erhöhter Geschwindigkeit begrenzt werden. Anschließend kann die im Energiespeicher gespeicherte Energie über die nicht-linearen Elemente an den Gleichstromwandler abgeführt werden. Das kann langsamer erfolgen, ohne dass ein Schaden zu befürchten wäre. Deswegen kann die Anordnung zwischen Knotenpunkt und Eingang des Gleichstromwandlers eine größere parasitäre Bauteil- und Leitungsinduktivität aufweisen als die Anordnung zwischen Knotenpunkt und Wandler. Die Leitungen der Anordnung zwischen Knotenpunkt und Eingang des Gleichstromwandlers können länger ausgelegt sein als die Leitungen der Anordnung zwischen Knotenpunkt und Wandler.The series connection of a plurality of non-linear elements may comprise two non-linear elements, in particular two diodes connected in series. An energy store may be connected to a node between two non-linear elements connected in series. In this case, the energy store can be connected between the node and an input terminal of the converter. Furthermore, it can be provided that the energy store is designed as a capacitor. The energy storage and the non-linear element between the node and the input terminal of the converter can be arranged particularly close to the converter. By the energy storage, the voltage at the input of the converter can be limited. Such a circuit arrangement can advantageously be used if the connecting lines from the converter to the input of the DC-DC converter for deriving very short voltage pulses would still be too slow to protect the switching elements of the converter. The voltage peaks can charge the very close to the converter arranged energy storage. The voltage peaks can be limited with significantly increased speed. Subsequently, the energy stored in the energy storage can be dissipated via the non-linear elements to the DC-DC converter. This can be done more slowly without fear of damage. Therefore, the arrangement between the node and input of the DC-DC converter may have a larger parasitic component and line inductance than the arrangement between the node and the converter. The lines of the arrangement between the node and the input of the DC-DC converter can be designed to be longer than the lines of the arrangement between node and converter.

Die zwei nicht-linearen Elemente können so in Serie geschaltet sein, dass sie einen Stromfluss in eine Richtung ermöglichen und in die andere Richtung verhindern. Wenn für eines oder beide der zwei nicht-linearen Elemente ein schaltendes Element verwendet wird, zum Beispiel ein Transistor, so können Spannungsspitzen noch besser unterdrückt werden.The two non-linear elements can be connected in series so as to allow current to flow in one direction and prevent the other direction. If a switching element is used for one or both of the two non-linear elements, for example a transistor, then voltage peaks can be suppressed even better.

Der Wandler kann als Halb- oder Vollbrückenschaltung aus schaltenden Elementen ausgebildet sein. Mit einem solchen Wandler kann besonders einfach eine Wechselspannung am Ausgang erzeugt werden. Ein solcher Wandler kann besonders gut in der erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung vor Spannungsspitzen geschützt werden.The converter may be formed as a half or full bridge circuit of switching elements. With such a converter, it is particularly easy to generate an AC voltage at the output. Such a converter can be particularly well protected in the power supply arrangement according to the invention from voltage spikes.

Der Gleichstromwandler kann als Hochsetzsteller oder als Tiefsetzsteller ausgebildet sein. Mit derartigen Schaltungskomponenten kann auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise eine Zwischenkreisspannung erzeugt werden.The DC-DC converter can be designed as a step-up converter or as a step-down converter. With such circuit components, a DC link voltage can be generated in a particularly simple and reliable manner.

Der Gleichstromwandler kann eine Induktivität aufweisen, die in Serie zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang geschaltet ist. Eine solche Induktivität kann ausgelegt sein, dass sie eine zusätzliche Filterwirkung für sehr kurze Spannungsspitzen (kleiner 10 μs) bewirkt. Auf diese Weise können die Spannungsspitzen, die auf den Eingang des Gleichstromwandlers gelegt werden, bedämpft werden und werden nur zu einem geringen Anteil zum Ausgang des Gleichstromwandlers gekoppelt.The DC-DC converter may have an inductor connected in series between its input and its output. Such inductance may be designed to provide an additional filtering effect for very short voltage spikes (less than 10 μs). In this way, the voltage spikes that are applied to the input of the DC-DC converter, can be attenuated and are coupled only to a small extent to the output of the DC-DC converter.

Zusätzlich zu oder alternativ zu den Induktivitäten im Gleichstromwandler können eine oder mehrere Induktivitäten in Serie zwischen Gleichstromwandler und Wandler geschaltet sein. Diese Induktivitäten können dazu ausgelegt sein, dass die Leistungsversorgung Stromquellencharakter aufweist.In addition to or as an alternative to the inductors in the DC-DC converter, one or more inductors may be connected in series between the DC-DC converter and the converter. These inductors may be designed so that the power supply has power source character.

In Serie zu der Induktivität des Gleichstromwandlers kann ein Schalter angeordnet sein. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass der Eingang und Ausgang des Gleichstromwandlers durchaus intern über ein nicht-lineares Element (Schalter) und eine Induktivität verbunden sein können. In der externen Verbindung mit dem nichtlinearen Element sollte die Induktivität aber so gering wie möglich gehalten werden.In series with the inductance of the DC-DC converter, a switch may be arranged. From the above, it can be seen that the input and output of the DC-DC converter may well be connected internally via a non-linear element (switch) and an inductance. In the external connection to the non-linear element, however, the inductance should be kept as low as possible.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung zum Zünden und Betreiben eines Plasmaprozesses. In Plasmaprozessen kommt es häufig zum Auftreten von Arcs, die ebenfalls Auswirkungen auf die schaltenden Elemente des dem Plasma vorgeschalteten Wandlers haben können. Die durch Arcs erzeugten Spannungsspitzen können ebenfalls in der erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung zum Gleichstromwandler abgeleitet werden, um dadurch die schaltenden Elemente zu schützen.The scope of the invention also includes the use of a power supply arrangement according to the invention for igniting and operating a plasma process. In plasma processes, arcs often occur, which may also affect the switching elements of the plasma upstream transducer. The voltage peaks generated by Arcs can also be derived in the power supply arrangement according to the invention to the DC-DC converter, thereby protecting the switching elements.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, with reference to the figures of the drawing, the invention essential details show, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are shown schematically in the drawing and are explained below with reference to the figures of the drawing. Show it:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung; 1 a first embodiment of a power supply arrangement according to the invention;

2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung. 2 A second embodiment of a power supply arrangement according to the invention.

Die 1 zeigt eine Leistungsversorgungsanordnung 10 mit einer Gleichstromquelle 11, die an einen Eingang 12 eines Gleichstromwandlers 13, der hier als Parallelschaltung zweier Tiefsetzsteller ausgebildet ist, angeschlossen ist. Der Gleichstromwandler 13 weist parallel zu seinem Eingang 12 einen Kondensator C1 auf. Ein solcher Kondensator kann alternativ oder zusätzlich auch außerhalb des Gleichstromwandlers 13 an den Eingangsanschlüssen des Gleichstromwandlers 13 angeschlossen sein. Weiterhin weisen die Schalter 14, 15, Dioden 16, 17 und in Serie zwischen Eingang 12 und Ausgang 18 geschaltete Induktivitäten 19, 20 auf. Angesteuert werden die Schalter 14, 15 durch eine Steuerschaltung 21. Am Ausgang 18 erzeugt der Gleichstromwandler 13 eine Zwischenkreisspannung. An den Ausgang 18 des Gleichstromwandlers 13 ist der Eingang 22 eines Wandlers 23 angeschlossen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Wandler 23 eine Vollbrücke auf, die vier schaltende Elemente 24, 25, 26, 27 aufweist. Die schaltenden Elemente 24–27 werden ebenfalls durch die Steuerschaltung 21 angesteuert. Am Ausgang 28 des Wandlers 23 ist über Leitungen 29, 30, die Leitungsinduktivitäten 31, 32 aufweisen, eine Plasmakammer 33 mit Elektroden 34, 35 angeschlossen. Der Wandler 23 liefert an seinem Ausgang einen Wechselstrom.The 1 shows a power supply arrangement 10 with a DC source 11 at an entrance 12 a DC-DC converter 13 , which is designed here as a parallel connection of two buck converters is connected. The DC-DC converter 13 points parallel to its entrance 12 a capacitor C 1 on. Such a capacitor may alternatively or additionally also outside the DC-DC converter 13 at the input terminals of the DC-DC converter 13 be connected. Furthermore, the switches have 14 . 15 , Diodes 16 . 17 and in series between entrance 12 and exit 18 switched inductors 19 . 20 on. The switches are activated 14 . 15 by a control circuit 21 , At the exit 18 generates the DC-DC converter 13 a DC link voltage. At the exit 18 of the DC-DC converter 13 is the entrance 22 a converter 23 connected. In the embodiment shown, the converter 23 a full bridge on, the four switching elements 24 . 25 . 26 . 27 having. The switching elements 24 - 27 are also controlled by the control circuit 21 driven. At the exit 28 of the converter 23 is via lines 29 . 30 , the line inductances 31 . 32 have a plasma chamber 33 with electrodes 34 . 35 connected. The converter 23 supplies an alternating current at its output.

Schnelle Stromänderungen, insbesondere Ausschaltvorgänge an den schaltenden Elementen 24–27, können zu Spannungsspitzen über den schaltenden Elementen 24–27 führen. Weiterhin kann es zu Spannungsspitzen kommen, wenn in der Plasmakammer 33 Arcs auftreten.Fast current changes, in particular switch-off operations on the switching elements 24 - 27 , can cause voltage spikes across the switching elements 24 - 27 to lead. Furthermore, there may be voltage spikes when in the plasma chamber 33 Arcs occur.

Um die schaltenden Elemente 24–27 zu schützen, ist erfindungsgemäß ein als Diode ausgebildetes nicht-lineares Element 40 vorgesehen, über das der Ausgang 18 des Gleichstromwandlers 23 direkt mit dem Eingang 12 des Gleichstromwandlers 13 (extern) verbunden ist. Um die Leitungsinduktivität der Leitung 41 möglichst gering zu halten, ist die Leitung 41 so kurz wie möglich und so breit wie möglich ausgeführt. Die in den Spannungsspitzen enthaltene Energie wird somit besonders schnell an den Gleichstromwandler 13 zurückgeleitet.To the switching elements 24 - 27 is to protect according to the invention formed as a diode non-linear element 40 provided over which the output 18 of the DC-DC converter 23 directly to the entrance 12 of the DC-DC converter 13 (external) is connected. To the line inductance of the line 41 to keep as low as possible, is the line 41 run as short as possible and as wide as possible. The energy contained in the voltage peaks is thus particularly fast to the DC-DC converter 13 returned.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist insbesondere der Ausgangsanschluss 42 mit dem Eingangsanschluss 43 über das nicht-lineare Element 40 verbunden. Es ist zu erkennen, dass zwischen dem Ausgangsanschluss 42 und dem Eingangsanschluss 43 keine diskrete Induktivität vorgesehen ist. Innerhalb des Gleichstromwandlers 13 hingegen ist der Eingangsanschluss 43 durch die Parallelschaltung der Serienschaltung, bestehend aus dem schaltenden Element 14 und der Induktivität 19, und der Serienschaltung, bestehend aus dem schaltenden Element 15 und dem induktiven Element 20, mit dem Ausgangsanschluss 42 verbunden. Wenn anstatt dem in der Ausführungsform in 1 als Diode ausgebildeten nicht-linearen Element 40 ein schaltendes Element verwendet wird, zum Beispiel ein Transistor, so kann dieser Transistor ebenfalls mit der Steuerschaltung 21 verbunden sein. Die Steuerschaltung 21 kann dann auch das schaltende Element ansteuern.In the embodiment shown, in particular, the output terminal 42 with the input connector 43 over the non-linear element 40 connected. It can be seen that between the output terminal 42 and the input terminal 43 no discrete inductance is provided. Inside the DC-DC converter 13 however, the input terminal is 43 by the parallel connection of the series circuit consisting of the switching element 14 and the inductance 19 , and the series circuit consisting of the switching element 15 and the inductive element 20 , with the output connector 42 connected. If instead of in the embodiment in 1 formed as a diode non-linear element 40 a switching element is used, for example, a transistor, so this transistor can also with the control circuit 21 be connected. The control circuit 21 can then also control the switching element.

In der 2 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungsanordnung 100 gezeigt. Die Leistungsversorgungsanordnung 100 unterscheidet sich nur durch den Schaltungsteil 101 von der Leistungsversorgungsanordnung 10 der 1. Die entsprechenden Bauteile werden daher mit denselben Bezugsziffern versehen und nicht näher erläutert. Der Schaltungsteil 101 weist eine Serienschaltung aus zwei als Dioden ausgebildeten nicht-linearen Elementen 102, 103 auf. Dabei ist die Anode der ersten Diode 103 mit der Kathode der zweiten Diode 102 am Knotenpunkt 104 zusammengeschaltet. An den Knotenpunkt 104, d. h. den Verbindungspunkt der Serienschaltung der nicht-linearen Elemente 102, 103 ist ein als Kondensator ausgebildeter Energiespeicher C2 angeschlossen. Insbesondere ist der Energiespeicher C2 zwischen dem Knotenpunkt 104 und dem Eingangsanschluss 105 des Eingangs 22 des Wandlers 23 angeschlossen. Wenn für eines oder beide der zwei nicht-linearen Elemente 102, 103 ein schaltendes Element verwendet wird, zum Beispiel ein Transistor, so können diese Transistoren ebenfalls mit der Steuerschaltung 21 verbunden sein. Die Steuerschaltung 21 kann dann auch die schaltenden Elemente ansteuern.In the 2 is an alternative embodiment of a power supply arrangement according to the invention 100 shown. The power supply arrangement 100 differs only by the circuit part 101 from the power supply arrangement 10 of the 1 , The corresponding components are therefore provided with the same reference numerals and not explained in detail. The circuit part 101 shows a series connection of two non-linear elements designed as diodes 102 . 103 on. In this case, the anode of the first diode 103 with the cathode of the second diode 102 at the junction 104 connected together. At the junction 104 , ie the connection point of the series connection of the non-linear elements 102 . 103 is configured as a capacitor energy storage C 2 connected. In particular, the energy storage C 2 is between the node 104 and the input terminal 105 of the entrance 22 of the converter 23 connected. If for one or both of the two non-linear elements 102 . 103 a switching element is used, for example, a transistor, so these transistors can also with the control circuit 21 be connected. The control circuit 21 can then also control the switching elements.

Beim Auftreten eines Arcs in der Plasmakammer 33 oder einer Spannungsspitze über einem der schaltenden Elemente 24–27 wird der Energiespeicher C2 aufgeladen. Die im Energiespeicher C2 gespeicherte Energie kann anschließend über die nicht-lineareren Elemente 102, 103 in den Gleichstromwandler 13 abgeführt werden. Insbesondere wird die überschüssige Energie durch die Dioden 16, 17 und die Induktivitäten 19, 20 aufgenommen. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Spannung über dem Kondensator C1 stets größer ist als die Summe der Spannungen über dem Energiespeicher C2 und dem nichtlinearen Element 103. Der Kondensator C1 kann durch die Rückspeisung der Energie nicht überladen werden, weil die gesamte Energie, die zurückgeleitet wird, durch den Gleichspannungswandler 18 zum Wandler 23 geführt wurde.When an arc occurs in the plasma chamber 33 or a voltage spike across one of the switching elements 24 - 27 the energy storage C 2 is charged. The energy stored in the energy store C 2 can then be transferred via the non-linear elements 102 . 103 in the DC-DC converter 13 be dissipated. In particular, the excess energy is through the diodes 16 . 17 and the inductors 19 . 20 added. It should be mentioned that the voltage across the capacitor C 1 is always greater than the sum of the voltages across the energy storage C 2 and the non-linear element 103 , The capacitor C 1 can not be overcharged by the recovery of energy, because all the energy that is returned through the DC-DC converter 18 to the converter 23 was led.

Claims (10)

Leistungsversorgungsanordnung (10, 100) zur Versorgung industrieller Prozesse mit Leistung, umfassend: a. Einen Gleichstromwandler (13) mit einem Eingang (12) zum Anschluss an eine Gleichspannung, der an seinem Ausgang (18) eine Zwischenkreisspannung zur Verfügung stellt; b. Einen Wandler (23), der an den Ausgang (18) des Gleichstromwandlers (13) angeschlossen ist und eingerichtet ist, eine Wechselspannung oder eine gepulste Gleichspannung zu erzeugen und an seinem Ausgang (28) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass c. Der Ausgang (18) des Gleichstromwandlers (13) direkt über ein nicht-lineares Element oder eine Serienschaltung aus mehreren nicht-linearen Elementen (102, 103) mit dem Eingang (12) des Gleichstromwandlers (13) verbunden ist.Power supply arrangement ( 10 . 100 ) for supplying industrial processes with power, comprising: a. A DC-DC converter ( 13 ) with an input ( 12 ) for connection to a DC voltage at its output ( 18 ) provides a DC link voltage; b. A converter ( 23 ), which is connected to the output ( 18 ) of the DC-DC converter ( 13 ) and is adapted to generate an AC voltage or a pulsed DC voltage and at its output ( 28 ), characterized in that c. The exit ( 18 ) of the DC-DC converter ( 13 ) directly via a non-linear element or a series connection of several non-linear elements ( 102 . 103 ) with the entrance ( 12 ) of the DC-DC converter ( 13 ) connected is. Leistungsversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (18) des Gleichstromwandlers (13) ohne Zwischenschaltung einer Spule oder eines Übertragers mit dem Eingang (12) des Gleichstromwandlers (13) verbunden ist.Power supply arrangement according to claim 1, characterized in that the output ( 18 ) of the DC-DC converter ( 13 ) without the interposition of a coil or a transformer with the input ( 12 ) of the DC-DC converter ( 13 ) connected is. Leistungsversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein nicht-lineares Element (40, 102, 103) als Diode ausgebildet ist.Power supply arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one non-linear element ( 40 . 102 . 103 ) is designed as a diode. Leistungsversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einen Knotenpunkt (104) zwischen zwei in Serie geschalteten nicht-linearen Elementen (102, 103) ein Energiespeicher (C2) angeschlossen ist.Power supply arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that to a node ( 104 ) between two non-linear elements connected in series ( 102 . 103 ) An energy storage (C 2 ) is connected. Leistungsversorgungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (C2) zwischen den Knotenpunkt (102) und einen Eingangsanschluss (105) des Wandlers (23) geschaltet ist.Power supply arrangement according to claim 4, characterized in that the energy store (C 2 ) between the node ( 102 ) and an input terminal ( 105 ) of the converter ( 23 ) is switched. Leistungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (C2) als Kondensator ausgebildet ist.Power supply arrangement according to one of claims 4 or 5, characterized in that the energy store (C 2 ) is designed as a capacitor. Leistungsversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (23) als Halb- oder Vollbrückenschaltung aus schaltenden Elementen (24–27) ausgebildet ist.Power supply arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the converter ( 23 ) as half or full bridge circuit of switching elements ( 24 - 27 ) is trained. Leistungsversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromwandler (13) als Hochsetzsteller oder als Tiefsetzsteller ausgebildet ist.Power supply arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the DC-DC converter ( 13 ) is designed as a boost converter or as buck converter. Leistungsversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromwandler (13) eine Induktivität (19, 20) aufweist, die in Serie zwischen seinem Eingang (12) und Ausgang (18) geschaltet ist.Power supply arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the DC-DC converter ( 13 ) an inductance ( 19 . 20 ) in series between its input ( 12 ) and output ( 18 ) is switched. Verwendung einer Leistungsversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Versorgung eines Plasmaprozesses mit Leistung.Use of a power supply arrangement according to one of the preceding claims for supplying a plasma process with power.
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