JP2007519340A - 誘導性クランプを備えたe級増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2003年9月8日に出願した米国特許出願第10/657,825号の一部継続出願であり、この米国特許出願は、2002年8月23日に出願した米国特許出願第10/227,613号の継続出願である。この継続出願は、2001年3月26日に出願した米国特許出願第09/763,500号の継続出願であり、この米国特許出願は、2000年7月21日に出願した国際特許出願を米国に国内移行した出願PCT/US00/19835号である。この国際特許出願は、1999年7月22日に出願した英国特許出願第9917047.4号および2000年4月20日に出願した英国特許出願第0009669.3号に基づく優先権を主張している。これらの出願の開示内容は、参照によって本明細書に組込まれる。
この発明は、一般に、交流電力を供給するための電源に関し、より詳細には、電源のスイッチング部分をE級増幅器として実施する電源におけるスイッチング部分のための保護回路に関する。
高周波(RF)エネルギーは、誘導加熱、誘電加熱およびプラズマ励起により、材料の処理をするための様々な産業において用いられる。プラズマ励起は、誘導性、容量性、真電磁(EM)波、マイクロ波の結合の形態をとることができる。このRFエネルギーを提供する発生器は、数十ワットを提供する単一のA級トランジスタ増幅器から、何千ワットをも提供する自励発振管(バルブ)発生器までにおよぶ、多くの回路形態を用いる。
本発明の一つの態様においては、DC入力部を有する電源回路は、負荷に交流電力を供給する。インバータが交流出力を生成し、出力回路が交流出力を直接的に受取り、それを負荷にフィードする。出力回路は、出力回路中の1点に関連して接続された第1および第2整流器を含み、これにより、インバータがその点を、所定の正電圧または所定の負電圧のいずれかを超える電圧まで駆動しようとした場合に、第1および第2整流器の対応する一方が、電圧および/または電流をDC電圧源に戻すように導通する。電圧および/または電流はインバータ内に帰還される。このことは、たとえば、第1整流器を、接地またはDC入力部の負側の入力と上記の点との間に接続し、第2整流器を、上記の点とDC電圧の正側の入力との間に接続することにより、達成可能である。いずれかの整流器が導通すると、その整流器は上記の点を、DC入力部のうちの対応する入力の電圧にクランプすることが理解されよう。
本発明は、詳細な説明および添付の図面によって、より完全に理解されるであろう。
好適な実施形態の以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、決して、本発明、その用途または使用を限定することを意図したものではない。
V=V2+VBE(式中、VBE≒0.6V)
I=I2+IQ(式中、IQ≒HFE×I2であり、HFE≒100であるので、IQ≫I2であり、PQ≫P2)
C6およびC1の静電容量Cは、以下の式(2)で求められる。
コイルL1およびL3のインダクタンスLは、以下の式(3)で求められる。
Claims (33)
- 負荷に交流電力を供給するための電源回路であって、
直流(DC)電圧源と、
DC入力電圧が与えられ、交流(AC)出力信号を生成するE級増幅器と、
E級増幅器の出力部における第1高調波フィルタであって、AC信号の所定の高調波成分をフィルタして、フィルタされたAC信号を生成する第1高調波フィルタと、
フィルタされたAC信号が与えられ、フィルタされたAC信号を負荷にフィードするための、第1高調波フィルタの出力部における出力回路とを含み、
出力回路は、出力回路中のある点に関連して接続された整流器を含み、前記整流器は、前記点における電圧が所定の閾値を超える場合に、導通して、電圧および電流の少なくとも一方をDC電圧源に戻し、前記点を所定の電圧にクランプするように接続されていることを特徴とする負荷に交流電力を供給するための電源回路。 - 出力回路は、負荷と並列に接続される整流器を含むことを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- 第1高調波フィルタは、直列状態のコイルとコンデンサとを含み、増幅器のスイッチと並列に配置されることを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- 第1高調波フィルタは、コイルとコンデンサとを含み、コイルは、増幅器のスイッチの出力部と、整流器の端子との間に配置されることを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- 整流器は、ダイオードをさらに含み、第1高調波フィルタは、コイルとコンデンサとを含み、コイルは、増幅器の出力部とダイオードの負極との間に配置されることを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- さらに、並列に配置された複数の増幅器を含むことを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- さらに、負荷と並列に配置される第2高調波フィルタであって、フィルタされたAC信号から所定の高調波成分をさらにフィルタする第2高調波フィルタを含むことを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- 負荷に交流電力を供給するための電源回路であって、
直流(DC)電圧源と、
DC入力電圧が与えられ、交流(AC)出力信号を生成する一対のE級増幅器であって、プッシュプル構成に配列される一対のE級増幅器と、
各増幅器の出力部における第1高調波フィルタであって、AC信号の所定の高調波成分をフィルタして、フィルタされたAC信号を生成する第1高調波フィルタと、
各第1高調波フィルタの出力部における出力回路であって、フィルタされたAC信号が与えられ、フィルタされたAC信号を負荷にフィードする出力回路とを含み、
出力回路は、出力回路中のある点に関連して接続された整流器を含み、前記整流器は、前記点における電圧が所定の閾値を超える場合に、導通して、電圧および電流の少なくとも一方をDC電圧源に戻し、前記点を所定の電圧にクランプするように接続されていることを特徴とする負荷に交流電力を供給するための電源回路。 - 各増幅器は、
DC電圧源の第1の線に接続されたスイッチと、
DC電圧源の第1の電圧線および第2の電圧線の間に接続された共振回路とを含み、
スイッチを動作させることにより共振回路が励起されることを特徴とする請求項8記載の電源回路。 - 共振回路はさらに、
スイッチとDC電圧源の第2の線との間に接続されたコイルと、
スイッチと並列なコンデンサとを含むことを特徴とする請求項9記載の電源回路。 - さらに、第1高調波フィルタの出力部における第2高調波フィルタであって、フィルタされたAC信号から高調波成分を除去して出力信号を生成する第2高調波フィルタを含むことを特徴とする請求項9記載の電源回路。
- 第2高調波フィルタは、負荷と並列に配置されるコイルを含むことを特徴とする請求項11記載の電源回路。
- さらに、第2高調波フィルタの出力からDC成分を除去するための、第2高調波フィルタの出力部におけるブロッキングコンデンサを含むことを特徴とする請求項11記載の電源回路。
- 第1高調波フィルタは、直列状態のコイルとコンデンサとを含み、増幅器のスイッチと並列に配置されることを特徴とする請求項8記載の電源回路。
- 第1高調波フィルタは、コイルとコンデンサとを含み、コイルは、スイッチの出力部と、整流器の端子との間に配置されることを特徴とする請求項9記載の電源回路。
- 第2高周波フィルタは、コイルを含み、コイルは負荷と並列に配置されることを特徴とする請求項15記載の電源回路。
- 増幅器はさらに、負荷と並列に配置される複数の増幅器を含むことを特徴とする請求項9記載の電源回路。
- 各増幅器は、回路半部を形成し、変圧器は、各回路半部を相互接続することを特徴とする請求項9記載の電源回路。
- 第2変圧器は、各回路半部の出力部と負荷とを相互接続し、これによってバランスの取れた負荷を提供することを特徴とする請求項18記載の電源回路。
- 負荷に交流電力を供給するための電源回路であって、
直流(DC)電圧源と、
DC入力電圧が与えられ、交流(AC)出力信号を生成する、並列に配置された一対のE級増幅器と、
E級増幅器の出力部における第1高調波フィルタであって、AC信号の所定の高調波成分をフィルタして、フィルタされたAC信号を生成する第1高調波フィルタと、
フィルタされたAC信号が与えられ、フィルタされたAC信号を負荷にフィードするための、各第1高調波フィルタの出力部における出力回路とを含み、
出力回路は、出力回路中のある点に関連して接続された整流器を含み、前記整流器は、前記点における電圧が所定の閾値を超える場合に、導通して、電圧および電流の少なくとも一方をDC電圧源に戻し、前記点を所定の電圧にクランプするように接続されていることを特徴とする負荷に交流電力を供給するための電源回路。 - 各増幅器はさらに、
DC電圧源の第1の線に接続されたスイッチと、
DC電圧源の第1および第2電圧線の間に接続された共振回路とを含み、
スイッチを動作させることにより共振回路が励起されることを特徴とする請求項20の電源回路。 - 共振回路はさらに、
スイッチとDC電圧源の第2の線との間に接続されたコイルと、
スイッチと並列なコンデンサとを含むことを特徴とする請求項21の電源回路。 - さらに、第1高調波フィルタの出力部における第2高調波フィルタであって、フィルタされたAC信号から高調波成分を除去して出力信号を生成する第2高調波フィルタを含むことを特徴とする請求項21の電源回路。
- 第2高調波フィルタは、負荷と並列に配置されたコイルを含むことを特徴とする請求項23の電源回路。
- さらに、第2高調波フィルタの出力からDC成分を除去するための、第2高調波フィルタの出力部におけるブロッキングコンデンサを含むことを特徴とする請求項23の電源回路。
- 第1高調波フィルタは、直列状態のコイルとコンデンサとを含み、第1高調波フィルタは、増幅器のスイッチと並列に配置されることを特徴とする請求項25の電源回路。
- 第1高調波フィルタは、コイルとコンデンサとを含み、コイルは、スイッチの出力部と、整流器の端子との間に配置されることを特徴とする請求項23の電源回路。
- 第2高調波フィルタは、コイルを含み、コイルは負荷と並列に配置されることを特徴とする請求項27の電源回路。
- さらに、第2の一対のE級増幅器を含み、第2の一対の各E級増幅器は、第1の一対のE級増幅器と並列に配置されることを特徴とする請求項20の電源回路。
- 一対の増幅器は各回路半部を形成し、変圧器は、各回路半部を相互接続することを特徴とする請求項29の電源回路。
- さらに、各回路半部の出力部を負荷と相互接続する第2変圧器を含み、これによってバランスの取れた負荷を提供することを特徴とする請求項30の電源回路。
- プラズマ制御システムであって、
高周波(RF)信号により励起されるプラズマチャンバと、
プラズマチャンバの動作条件を測定し、プラズマチャンバ内の条件を変えるための制御信号を生成するためのプラズマ制御器と、
プラズマチャンバに与えるRF信号を発生するためのRF発生器であって、
プラズマ制御器からの制御信号が与えられ、電力供給制御信号を生成するRF制御器と、
電力供給制御信号が与えられ、電力供給制御信号に応じてRF信号を生成する電源とを含むRF発生器とを備え、
電源は、
直流(DC)電圧源と、
DC入力電圧が与えられ、交流(AC)出力信号を生成するE級増幅器と、
E級増幅器の出力部における第1高調波フィルタであって、AC信号の所定の高調波成分をフィルタして、フィルタされたAC信号を生成する第1高調波フィルタとを含み、
所定の点に関連して接続された整流器を含む保護回路を含み、前記整流器は、前記点における電圧が所定の閾値を超える場合に、導通して、前記点における電圧を所定の電圧にクランプするように接続されていることを特徴とするプラズマ制御システム。 - 出力回路は、増幅器に戻すために、電圧および電流の少なくとも一方を戻すことを特徴とする請求項32のプラズマ制御システム。
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