KR101966811B1 - Plasma power supply operable in wide range - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치는, 교류 전원을 승압하여 2단의 제1 직류 링크 전압 및 제2 직류 링크 전압을 출력하는 승압 회로; 제1 직류 링크 전압을 교류 전원으로 변환하는 제1 고주파 인버터와, 제1 고주파 인버터에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제1 변압기와, 제1 변압기에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제1 정류기와, 제1 정류기의 출력을 평활하는 제1 평활용 필터를 구비한 제1 모듈; 및 제2 직류 링크 전압을 교류 전원으로 변환하는 제2 고주파 인버터와, 제2 고주파 인버터에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제2 변압기와, 제2 변압기에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제2 정류기와, 제2 정류기의 출력을 평활하는 제2 평활용 필터를 구비한 제2 모듈;을 포함하며, 상기 제1 모듈의 제1 평활용 필터의 출력과 상기 제2 모듈의 제2 평활용 필터의 출력은 상호 연결되며, 플라즈마 전원 장치는, 부하의 상태에 따라 제1 동작 전압 또는 제1 동작 전압보다 작은 제2 동작 전압 중 어느 하나를 부하에 공급하며, 제1 동작 전압을 부하에 공급할 때, 승압 회로는 제1 직류 링크 전압의 크기 및 제2 직류 링크 전압의 크기를 증가시키며, 제2 동작 전압을 부하에 공급할 때, 승압 회로는 제1 직류 링크 전압의 크기 및 제2 직류 링크 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.A plasma power supply apparatus capable of broadband operation according to an embodiment of the present invention includes: a boosting circuit for boosting AC power and outputting two first DC link voltages and a second DC link voltage; A first high frequency inverter converting the first DC link voltage into an AC power source, a first transformer converting the AC power converted from the first high frequency inverter into AC power according to a specific turns ratio, and an AC power converted from the first transformer. A first module having a first rectifier rectified by a DC power supply and a first smoothing filter smoothing the output of the first rectifier; And a second high frequency inverter converting the second DC link voltage into an AC power source, a second transformer converting the AC power converted in the second high frequency inverter into AC power according to a specific turns ratio, and AC power converted in the second transformer. And a second module having a second rectifier for rectifying the DC power supply, and a second smoothing filter for smoothing the output of the second rectifier. The output of the first smoothing filter of the first module and the first module are included. The outputs of the second smoothing filter of the two modules are interconnected, and the plasma power supply supplies either the first operating voltage or the second operating voltage smaller than the first operating voltage to the load depending on the state of the load. When supplying the first operating voltage to the load, the boosting circuit increases the magnitude of the first DC link voltage and the magnitude of the second DC link voltage, and when supplying the second operating voltage to the load, the boosting circuit is before the first DC link. In size and it is possible to reduce the size of the second DC link voltage.

Figure R1020170065281
Figure R1020170065281

Description

광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치{PLASMA POWER SUPPLY OPERABLE IN WIDE RANGE}Plasma Power Supply Capable of Broadband Operation {PLASMA POWER SUPPLY OPERABLE IN WIDE RANGE}

본 출원은, 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치에 관한 것이다.The present application relates to a plasma power supply device capable of wideband operation.

플라즈마 전원장치는 물질의 제4의 상태라 불리는 플라즈마의 발생 및 유지를 위한 전원장치이며, 예를 들면 반도체 공정 등에 쓰이는 각종 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 코팅, 스퍼터링, 금속의 질화처리, 탄화 결정성장, 다이아몬드 합성 등에 이용된다.A plasma power supply is a power supply for generating and maintaining a plasma called a fourth state of a material. For example, various kinds of chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), coating, sputtering, metal, etc., are used for semiconductor processing. It is used for nitriding, carbonized crystal growth, and diamond synthesis.

도 1에는 일반적인 플라즈마 전원 장치가 도시되어 있다.1 shows a typical plasma power supply.

도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전원장치는 브릿지 다이오드(Bridge Diode, BD)로 구성되며 3상 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 다이오드 정류기(10)와, 다이오드 정류기(20)에 의해 정류된 직류 전원을 평활하는 L/C 필터(20)와, L/C 필터(20)에 의해 평활된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 고주파 인버터(30)와, 고주파 인버터(30)에 의해 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 변압기(40)와, 브릿지 다이오드(BD)로 구성되며 변압기(40)에 의해 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 부하에 공급하는 다이오드 정류기(50)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the plasma power supply device is composed of a bridge diode (BD) and includes a rectifier diode rectifier 10 for rectifying a three-phase alternating current power supply with a direct current power supply, and a rectified direct current rectified by the diode rectifier 20. L / C filter 20 for smoothing power, high frequency inverter 30 for converting DC power smoothed by L / C filter 20 into AC power, and AC power converted by high frequency inverter 30 Is composed of a transformer 40 for converting the AC power according to a specific winding ratio, and a bridge diode (BD), and rectifies the AC power converted by the transformer 40 to a DC power supply to the rectifier diode 50. It is composed.

이러한 플라즈마 전원 장치는 항상 고정된 직류 전원을 부하에 공급하는 것이 아니다. 즉, 최대 동작 전압 범위 내에서 수시로 동작 전압이 변경되어야 하며, 최대 동작 전압의 50% 전압까지는 그 변경된 동작점에서도 최대 출력이 가능하여야 한다.Such a plasma power supply does not always supply a fixed direct current power to the load. That is, the operating voltage should be changed from time to time within the maximum operating voltage range, and up to 50% of the maximum operating voltage should be capable of maximum output even at the changed operating point.

예를 들어 20kW 용량의 플라즈마 전원 장치의 최대 정격이 800V/25A라고 할 경우 400V의 동작 전압에서도 동작이 원만히 되어야 하며, 이 경우 동작 전류는 25A로 제한되는 것이 아니라 50A까지 출력 가능하여야 한다. 이러한 넓은 부하 영역에서도 출력 용량의 디레이팅(derating) 없이 동작하는 것을 '광대역 동작'이라고 한다. For example, if the maximum rating of the 20kW plasma power supply is 800V / 25A, the operation should be smooth even at 400V operating voltage. In this case, the operating current should be able to output up to 50A, not limited to 25A. Operating in this wide load region without derating of the output capacitance is called 'broadband operation'.

기존의 플라즈마 전원 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 동작점 B(OPB)의 출력특성을 만족하면서 동작점 A(OPA)의 출력특성까지 동작 가능하도록 하기 위해서는 변압기(40)의 1, 2차 측의 권선비를 최대 동작점인 동작점 A(OPA)을 기준으로 높게 설계/제작하여야 한다. 이런 경우 높은 변압기 권선비로 인해 동작점 B(OPB)에서의 동작이 수행될 경우 고주파 인버터(30)의 반도체 소자 전력부담은 대폭 증가하게 되며, 이로 인해 플라즈마 전원 장치의 효율 감소는 물론 내구성 감소와 반도체 냉각을 위한 팬 소음이 과다해지는 문제점이 있다.As shown in FIG. 3, the conventional plasma power supply apparatus 1 and 2 of the transformer 40 are capable of operating up to the output characteristic of the operating point A (OPA) while satisfying the output characteristic of the operating point B (OPB). The winding ratio of the vehicle side should be designed / manufactured high based on the operating point A (OPA) which is the maximum operating point. In this case, when the operation at the operating point B (OPB) is performed due to the high transformer turns ratio, the semiconductor element power burden of the high frequency inverter 30 is greatly increased. There is a problem that excessive fan noise for cooling.

또한, 광대역 동작을 수행하기 위해 변압기(40)의 권선비를 높게 제작하여야 하기 때문에 공정의 90% 이상이 수행되는 동작점 B(OPB)에서는 증가된 권선비로 인해 고주파 인버터(30)의 전류 부담이 "N2/N1×부하전류"의 형태로 대폭 증가하여 신뢰성이 낮아지고 저효율 동작이 수행될 수 있는 문제점이 있다.In addition, since the winding ratio of the transformer 40 must be made high in order to perform broadband operation, at the operating point B (OPB) where 90% or more of the process is performed, the current burden of the high frequency inverter 30 is increased due to the increased winding ratio. N2 / N1 x load current "greatly increases the reliability, and there is a problem that low efficiency operation can be performed.

부가하여, 통상적인 플라즈마 전원장치는 입력 교류전압이 정격의 90%에서도 정상적으로 출력 가능해야 하므로, 변압기 권선비는 더 높게 설계되어야 하기 때문에 특정제품들은 50% 동작점에서 동작 전류를 최대 정격 동작점의 2배까지 확장하지 못하고 디레이션(Deration)하여 동작시키기도 하는 문제점이 있다.In addition, a typical plasma power supply must be able to output normally at 90% of the rated AC voltage, so that the transformer turns ratio must be designed higher, so certain products may require an operating current at 50% of the operating point of 2% of the maximum rated operating point. There is a problem in that it can not be extended to twice and operated by Deration.

플라즈마 전원 장치와 관련된 기술로는, 예를 들면, 한국공개특허 제2006-0094467호(“플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크에 의한 에너지 저감 회로”, 공개일: 2006년08월29일)이 있다.As a technique related to a plasma power supply device, for example, Korean Patent Publication No. 2006-0094467 (“Arc Detection for Plasma Power Supply and Energy Reduction Circuit by Arc”, Publication Date: August 29, 2006). .

한국공개특허 제2006-0094467호(“플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크에 의한 에너지 저감 회로”, 공개일: 2006년08월29일)Korean Laid-Open Patent No. 2006-0094467 (“Arc Detection for Plasma Power Supply and Energy Reduction Circuit by Arc”, Publication Date: August 29, 2006)

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 고주파 인버터에 사용되는 반도체 소자 전력 부담을 감소시켜 내구성을 증가시킬 수 있으며, 가격 경쟁력은 물론 고 효율화를 달성할 수 있음과 동시에 팬 소음을 감소시킬 수 있고 넓은 부하 영역에서의 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to increase the durability by reducing the power burden of the semiconductor device used in the high frequency inverter, to achieve high cost efficiency as well as high efficiency, and at the same time reduce the fan noise and wide load Provided is a plasma power supply capable of wideband operation in a region.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 교류 전원을 승압하여 2단의 제1 직류 링크 전압 및 제2 직류 링크 전압을 출력하는 승압 회로; 상기 제1 직류 링크 전압을 교류 전원으로 변환하는 제1 고주파 인버터와, 상기 제1 고주파 인버터에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제1 변압기와, 상기 제1 변압기에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제1 정류기와, 상기 제1 정류기의 출력을 평활하는 제1 평활용 필터를 구비한 제1 모듈; 및 상기 제2 직류 링크 전압을 교류 전원으로 변환하는 제2 고주파 인버터와, 상기 제2 고주파 인버터에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제2 변압기와, 상기 제2 변압기에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제2 정류기와, 상기 제2 정류기의 출력을 평활하는 제2 평활용 필터를 구비한 제2 모듈;을 포함하며, 상기 제1 모듈의 제1 평활용 필터의 출력과 상기 제2 모듈의 제2 평활용 필터의 출력은 상호 연결되며, 상기 플라즈마 전원 장치는, 부하의 상태에 따라 제1 동작 전압 또는 상기 제1 동작 전압보다 작은 제2 동작 전압 중 어느 하나를 상기 부하에 공급하며, 상기 제1 동작 전압을 상기 부하에 공급할 때, 상기 승압 회로는 상기 제1 직류 링크 전압의 크기 및 상기 제2 직류 링크 전압의 크기를 증가시키며, 상기 제2 동작 전압을 상기 부하에 공급할 때, 상기 승압 회로는 상기 제1 직류 링크 전압의 크기 및 상기 제2 직류 링크 전압의 크기를 감소시키는, 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a boost circuit for boosting an AC power source and outputting a first DC link voltage and a second DC link voltage in two stages; A first high frequency inverter for converting the first DC link voltage into an AC power source, a first transformer for converting AC power converted in the first high frequency inverter into AC power according to a specific turns ratio, and a first transformer converted from the first transformer A first module having a first rectifier for rectifying AC power to a DC power source and a first smoothing filter for smoothing an output of the first rectifier; And a second high frequency inverter converting the second DC link voltage into an AC power source, a second transformer converting the AC power converted from the second high frequency inverter into AC power according to a specific turns ratio, and converting from the second transformer. And a second rectifier for rectifying the alternating AC power into a DC power supply, and a second smoothing filter for smoothing the output of the second rectifier. An output and an output of the second smoothing filter of the second module are connected to each other, and the plasma power supply unit may select one of a first operating voltage or a second operating voltage smaller than the first operating voltage according to a load state. When supplying to the load and supplying the first operating voltage to the load, the boost circuit increases the magnitude of the first DC link voltage and the magnitude of the second DC link voltage, When the second operating voltage is supplied to the load, the booster circuit is provided with a plasma power supply capable of wideband operation to reduce the magnitude of the first DC link voltage and the magnitude of the second DC link voltage.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 플라즈마 전원 장치에 있어서, 교류 전원을 승압하여 다단의 직류 링크 전압을 출력하는 승압 회로; 상기 다단의 직류 링크 전압 각각을 입력받아 교류 전원으로 변환하는 적어도 2개의 고주파 인버터를 구비한 고주파 인버터부; 상기 적어도 2개의 고주파 인버터 각각에서 변환된 교류 전원 각각을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 적어도 2개의 변압기를 구비한 변압기부; 상기 적어도 2개의 변압기 각각에서 변환된 교류 전원 각각을 직류 전원으로 정류하는 적어도 2개의 정류기를 구비한 정류부; 및 상기 적어도 2개의 정류기 각각의 출력을 평활하는 적어도 2개의 평활용 필터를 구비하고, 상기 적어도 2개의 평활용 필터의 출력은 상호 직렬 연결된 평활부를 포함하며, 상기 승압 회로는, 부하의 상태에 따라 상기 다단의 링크 전압을 증가시키거나 또는 감소시키는, 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a plasma power supply, comprising: a boost circuit for boosting AC power to output a multi-stage DC link voltage; A high frequency inverter unit having at least two high frequency inverters receiving each of the multi-stage DC link voltages and converting the same into AC power; A transformer unit having at least two transformers for converting each of the AC powers converted in each of the at least two high frequency inverters into AC powers according to a specific turns ratio; A rectifier having at least two rectifiers for rectifying each of the AC power converted in each of the at least two transformers into DC power; And at least two smoothing filters for smoothing the output of each of the at least two rectifiers, wherein the outputs of the at least two smoothing filters include smoothing parts connected in series with each other, wherein the boosting circuit is configured to be configured according to a state of a load. A plasma power supply capable of wideband operation is provided which increases or decreases the link voltage of the multi-stage.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 교류 전원을 승압하여 다단의 직류 링크 전압을 출력하고, 다단의 직류 링크 전압 각각을 고주파 인버터 및 변압기를 포함하는 2개의 모듈에 분배 사용함으로써, 고주파 인버터에 사용되는 반도체 소자 전력 부담을 감소시켜 내구성을 증가시킬 수 있고, 낮은 전압의 정격을 가지는 반도체 소자를 사용할 수 있어 가격 경쟁력은 물론 반도체 소자의 온-드랍(on drop) 전압이 줄어들어 고효율화를 달성할 수 있다. 또한, 팬 소음을 감소시킬 수 있음과 동시에 넓은 부하 영역에서의 광대역 동작이 가능하다. According to one embodiment of the present invention, the AC power is boosted to output multiple DC link voltages, and each of the multiple DC link voltages is distributed to two modules including a high frequency inverter and a transformer to be used for the high frequency inverter. It is possible to increase the durability by reducing the power burden of the semiconductor device, it is possible to use a semiconductor device having a low voltage rating, it is possible to achieve high efficiency by reducing the on-drop voltage of the semiconductor device as well as price competitiveness. In addition, fan noise can be reduced while wideband operation in a wide load range is possible.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 전원 장치의 광대역 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram of a typical plasma power supply.
2 is a plasma power supply capable of wideband operation according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the broadband operation of the plasma power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity, elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치의 전체 구성도이다. 한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 전원 장치의 광대역 동작을 설명하기 위한 도면이다.2 is an overall configuration diagram of a plasma power supply device capable of wideband operation according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining the broadband operation of the plasma power supply apparatus according to the embodiment of the present invention.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치는, 승압 회로(120), 제1 모듈(130) 및 제2 모듈(140)로 구성되며, 제1 모듈(130)은 제1 고주파 인버터(131), 제1 변압기(132), 제1 정류기(133) 및 제1 평활용 필터(134)를, 제2 모듈(140)은 제2 고주파 인버터(141), 제2 변압기(142), 제2 정류기(143) 및 제2 평활용 필터(144)를 구비할 수 있다.First, as shown in FIG. 2, the plasma power supply device capable of wideband operation according to an embodiment of the present invention includes a boost circuit 120, a first module 130, and a second module 140. The first module 130 is the first high frequency inverter 131, the first transformer 132, the first rectifier 133 and the first smoothing filter 134, the second module 140 is the second high frequency inverter 141, a second transformer 142, a second rectifier 143, and a second smoothing filter 144 may be provided.

구체적으로, 승압 회로(120)는 3상 교류 전원(110)을 승압하여 다단의 직류 링크 전압, 즉 제1 직류 링크 전압(VL1) 및 제2 직류 링크 전압(VL2)을 출력할 수 있다. 이러한 승압 회로(120)는, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이, 다이오드로 구성되어 3상 교류 전원(110)을 정류하는 정류기(121)와, 정류기(121)에 의해 정류된 3상 교류 전원을 평활하는 입력 커패시터(Cin)와, 평활된 3상 교류 전압을 다단의 직류 링크 전압(VL1, VL2)으로 승압하기 위한 2개의 스위치(S1, S2), 2개의 다이오드(D1, D2), 2개의 인덕터(L1, L2), 2개의 커패시터(C1, C2)로 구성된 멀티 레벨 승압 회로일 수 있다.In detail, the booster circuit 120 may boost the three-phase AC power source 110 to output multiple DC link voltages, that is, a first DC link voltage VL1 and a second DC link voltage VL2. For example, as shown in FIG. 2, the booster circuit 120 includes a rectifier 121 configured as a diode to rectify the three-phase AC power supply 110 and a three-phase AC rectified by the rectifier 121. An input capacitor Cin for smoothing the power supply, two switches S1 and S2 for boosting the smoothed three-phase AC voltage to multiple DC link voltages VL1 and VL2, two diodes D1 and D2, It may be a multi-level boost circuit composed of two inductors L1 and L2 and two capacitors C1 and C2.

이러한 멀티 레벨 승압 회로는 스위치(S1, S2)의 턴온시 인덕터(L1, L2)에 에너지를 저장한다. 이후 제1 스위치(S1)의 턴오프(제2 스위치(S2)는 턴온)시 인덕터(L1, L2)에 저장된 에너지를 제1 커패시터(C1)에 저장하고, 제2 스위치(S2)의 턴오프(제1 스위치(S1)는 턴온)시 인덕터(L1, L2)에 저장된 에너지를 제2 커패시터(C2)에 저장하는 방식으로 제1 직류 링크 전압(VL1) 및 제2 직류 링크 전압(VL2)을 출력하는 방식으로 동작할 수 있다. 상술한 승압 회로로는, 도 2에 도시된 바와 같은 멀티 레벨 승압 회로 외에도 비엔나 정류기(vienna rectifier)가 사용될 수도 있다.The multi-level boost circuit stores energy in the inductors L1 and L2 when the switches S1 and S2 are turned on. Thereafter, when the first switch S1 is turned off (the second switch S2 is turned on), the energy stored in the inductors L1 and L2 is stored in the first capacitor C1, and the second switch S2 is turned off. When the first switch S1 is turned on, the first DC link voltage VL1 and the second DC link voltage VL2 are stored in a manner of storing energy stored in the inductors L1 and L2 in the second capacitor C2. It can work by outputting. As the boosting circuit described above, a Vienna rectifier may be used in addition to the multi-level boosting circuit as shown in FIG. 2.

한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 플라즈마 전원 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 부하의 상태에 따라 동작점 A(OPA) 또는 동작점 B(OPB)에서 동작한다. 즉, 부하의 상태에 따라 제1 동작 전압(800V) 또는 제1 동작 전압(800V)보다 작은 제2 동작 전압(400V) 중 어느 하나를 부하에 공급할 수 있다. 예를 들면, 대부분의 동작은 동작점 B(OPB)에서 이루어지나, 초기 플라즈마 점화(ignition)이나 챔버의 상태에 따라 동작점 A(OPA)에서 동작하게 된다.On the other hand, the plasma power supply apparatus according to one embodiment of the present invention operates at operating point A (OPA) or operating point B (OPB) in accordance with the state of the load, as shown in FIG. That is, one of the first operating voltage 800V or the second operating voltage 400V smaller than the first operating voltage 800V may be supplied to the load according to the state of the load. For example, most of the operation is performed at operating point B (OPB), but operates at operating point A (OPA) depending on the initial plasma ignition or the state of the chamber.

제1 동작 전압(800V)을 부하에 공급할 때, 상술한 승압 회로(120)는 제1 직류 링크 전압(VL1)의 크기 및 제2 직류 링크 전압(VL2)의 크기를 증가시킬 수 있다. 반면, 제2 동작 전압(400V)을 부하에 공급할 때, 상술한 승압 회로(120)는 제1 직류 링크 전압(VL1)의 크기 및 제2 직류 링크 전압(VL2)의 크기를 감소시키도록 동작한다.When the first operating voltage 800V is supplied to the load, the booster circuit 120 may increase the magnitude of the first DC link voltage VL1 and the magnitude of the second DC link voltage VL2. On the other hand, when supplying the second operating voltage 400V to the load, the above-mentioned booster circuit 120 operates to reduce the magnitude of the first DC link voltage VL1 and the magnitude of the second DC link voltage VL2. .

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 직류 링크 전압(VL1)의 크기 및 제2 직류 링크 전압(VL2)의 크기는 동일한 값을 가질 수 있으나, 다를 수도 있음은 물론이다.According to one embodiment of the present invention, the magnitude of the above-described first DC link voltage VL1 and the magnitude of the second DC link voltage VL2 may have the same value, but may be different.

한편, 제1 모듈(130)은 제1 직류 링크 전압(VL1)을 교류 전원으로 변환하는 제1 고주파 인버터(131)와, 제1 고주파 인버터(131)에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제1 변압기(132)와, 제1 변압기(132)에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제1 정류기(133)와, 제1 정류기(131)의 출력을 평활하는 제1 평활용 필터(134)를 구비할 수 있다.Meanwhile, the first module 130 converts the first high frequency inverter 131 that converts the first DC link voltage VL1 into an AC power source, and the AC power converted by the first high frequency inverter 131 according to a specific turns ratio. A first transformer 132 for converting to a power source, a first rectifier 133 for rectifying the AC power converted by the first transformer 132 into a DC power source, and a first smoothing output of the first rectifier 131. The smoothing filter 134 can be provided.

마찬가지로, 제2 모듈(140)은 제2 직류 링크 전압(VL2)을 교류 전원으로 변환하는 제2 고주파 인버터(141)와, 제2 고주파 인버터(141)에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제2 변압기(142)와, 제2 변압기(142)에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제2 정류기(143)와, 제2 정류기(141)의 출력을 평활하는 제2 평활용 필터(144)를 구비할 수 있다.Similarly, the second module 140 converts the second high frequency inverter 141 that converts the second DC link voltage VL2 into an AC power source, and the AC power converted by the second high frequency inverter 141 according to a specific turns ratio. A second transformer 142 for converting to a power source, a second rectifier 143 for rectifying the AC power converted in the second transformer 142 to a DC power source, and a second for smoothing the output of the second rectifier 141. The smoothing filter 144 may be provided.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 고주파 인버터(131) 및 제2 고주파 인버터(141)는 수하 특성을 고려하여 플라즈마 부하에 적합한 공진형 인버터로 구성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the above-described first high frequency inverter 131 and the second high frequency inverter 141 may be configured as a resonant inverter suitable for a plasma load in consideration of drooping characteristics.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 모듈(130)(구체적으로는 제1 평활용 필터(134))의 출력과 제2 모듈(140)(구체적으로는 제2 평활용 필터(144))의 출력은 직렬 연결된 형태일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the output of the above-described first module 130 (specifically, the first smoothing filter 134) and the second module 140 (specifically, the second smoothing filter 144) The output of)) may be in series connection.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 교류 전원을 승압하여 다단의 직류 링크 전압을 출력하고, 다단의 직류 링크 전압 각각을 고주파 인버터 및 변압기를 포함하는 2개의 모듈에 분배 사용함으로써, 고주파 인버터의 반도체 소자 전력부담의 감소, 내구성 증가, 팬소음 감소, 고주파 인버터의 신뢰성 및 효율을 증가시킬 수 있음과 동시에 넓은 부하 영역에서의 광대역 동작이 가능하다. As described above, according to one embodiment of the present invention, the AC power is boosted to output multiple DC link voltages, and each of the multiple DC link voltages is distributed to two modules including a high frequency inverter and a transformer. High frequency inverters can reduce power consumption, increase durability, reduce fan noise, and increase the reliability and efficiency of high frequency inverters.

상술한 본 발명의 일 실시 형태를 설명함에 있어 승압 회로(120)가 2단의 직류 링크 전압(VL1, VL2)을 생성하고, 각각의 직류 링크 전압(VL1, VL2)을 입력받는 2개의 모듈(130, 140)을 예시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도면부호 130, 140과 같은 구성을 가지는 3개 이상의 모듈을 구비할 수도 있다. 이 경우 승압 회로(120)는 3개 이상의 다단의 직류 링크 전압을 생성할 수 있다.In describing the embodiment of the present invention described above, the booster circuit 120 generates two DC link voltages VL1 and VL2 and receives two DC link voltages VL1 and VL2. 130 and 140 are illustrated, but the present invention is not necessarily limited thereto, and three or more modules having the same configuration as reference numerals 130 and 140 may be provided. In this case, the booster circuit 120 may generate three or more multi-stage DC link voltages.

예를 들면, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 플라즈마 전원 장치는, 교류 전원을 승압하여 다단의 직류 링크 전압을 출력하는 승압 회로(120)와, 다단의 직류 링크 전압 각각을 입력받아 교류 전원으로 변환하는 적어도 2개의 고주파 인버터(131, 141)를 구비한 고주파 인버터부와, 적어도 2개의 고주파 인버터(131, 141) 각각에서 변환된 교류 전원 각각을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 적어도 2개의 변압기(133, 143)를 구비한 변압기부와, 적어도 2개의 변압기(133, 143) 각각에서 변환된 교류 전원 각각을 직류 전원으로 정류하는 적어도 2개의 정류기(133, 143)를 구비한 정류부와, 적어도 2개의 정류기 (133, 143) 각각의 출력을 평활하는 적어도 2개의 평활용 필터(134, 144)를 구비하고, 적어도 2개의 평활용 필터(134, 144)의 출력은 상호 직렬 연결된 평활부를 포함할 수도 있다.For example, the plasma power supply apparatus according to the embodiment of the present invention receives a booster circuit 120 that boosts AC power to output multiple DC link voltages, and converts each of the multiple DC link voltages into AC power. A high frequency inverter unit having at least two high frequency inverters 131 and 141 and at least two transformers for converting each of the AC powers converted in each of the at least two high frequency inverters 131 and 141 into AC power according to a specific turns ratio. A transformer section including 133 and 143, a rectifier section including at least two rectifiers 133 and 143 for rectifying each of the AC power converted by each of the at least two transformers 133 and 143 into a DC power source, and at least At least two smoothing filters 134, 144 for smoothing the output of each of the two rectifiers 133, 143, the outputs of the at least two smoothing filters 134, 144 having a smoothing part connected in series with each other. It may hamhal.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It is intended to limit the scope of the claims by the appended claims, and that various forms of substitution, modification and change can be made without departing from the spirit of the present invention as set forth in the claims to those skilled in the art. Will be self explanatory.

110: 교류 전원
120: 승압 회로
130: 제1 모듈
131: 제1 고주파 인버터
132: 제1 변압기
133: 제1 정류기
134: 제1 평활용 필터
140: 제2 모듈
141: 제2 고주파 인버터
142: 제2 변압기
143: 제2 정류기
144: 제2 평활용 필터110: AC power
120: boost circuit
130: first module
131: first high frequency inverter
132: first transformer
133: first rectifier
134: first smooth filter
140: second module
141: second high frequency inverter
142: second transformer
143: second rectifier
144: second smooth filter

Claims (6)

교류 전원을 승압하여 2단의 제1 직류 링크 전압 및 제2 직류 링크 전압을 출력하는 승압 회로;
상기 제1 직류 링크 전압을 교류 전원으로 변환하는 제1 고주파 인버터와, 상기 제1 고주파 인버터에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제1 변압기와, 상기 제1 변압기에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제1 정류기와, 상기 제1 정류기의 출력을 평활하는 제1 평활용 필터를 구비한 제1 모듈; 및
상기 제2 직류 링크 전압을 교류 전원으로 변환하는 제2 고주파 인버터와, 상기 제2 고주파 인버터에서 변환된 교류 전원을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 제2 변압기와, 상기 제2 변압기에서 변환된 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 제2 정류기와, 상기 제2 정류기의 출력을 평활하는 제2 평활용 필터를 구비한 제2 모듈;을 포함하며,
상기 제1 모듈의 제1 평활용 필터의 출력과 상기 제2 모듈의 제2 평활용 필터의 출력은 상호 연결되며,
플라즈마 전원 장치는,
부하의 상태에 따라 제1 동작 전압 또는 상기 제1 동작 전압보다 작은 제2 동작 전압 중 어느 하나를 상기 부하에 공급하며,
상기 제1 동작 전압을 상기 부하에 공급할 때, 상기 승압 회로는 상기 제1 직류 링크 전압의 크기 및 상기 제2 직류 링크 전압의 크기를 증가시키며,
상기 제2 동작 전압을 상기 부하에 공급할 때, 상기 승압 회로는 상기 제1 직류 링크 전압의 크기 및 상기 제2 직류 링크 전압의 크기를 감소시키는, 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치.
A booster circuit boosting an AC power source and outputting two first DC link voltages and a second DC link voltage;
A first high frequency inverter for converting the first DC link voltage into an AC power source, a first transformer for converting AC power converted in the first high frequency inverter into AC power according to a specific turns ratio, and a first transformer converted from the first transformer A first module having a first rectifier for rectifying AC power to a DC power source and a first smoothing filter for smoothing an output of the first rectifier; And
A second high frequency inverter converting the second DC link voltage into an AC power source, a second transformer converting the AC power converted in the second high frequency inverter into AC power according to a specific turns ratio, and a second transformer converted from the second transformer. And a second module having a second rectifier for rectifying AC power into a DC power source, and a second smoothing filter for smoothing an output of the second rectifier.
The output of the first smoothing filter of the first module and the output of the second smoothing filter of the second module are interconnected,
Plasma power supply,
Supplying either the first operating voltage or the second operating voltage smaller than the first operating voltage to the load according to the state of the load,
When supplying the first operating voltage to the load, the boost circuit increases the magnitude of the first DC link voltage and the magnitude of the second DC link voltage,
And when the second operating voltage is supplied to the load, the booster circuit reduces the magnitude of the first DC link voltage and the magnitude of the second DC link voltage.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 승압 회로에서 출력되는 상기 제1 직류 링크 전압의 크기 및 상기 제2 직류 링크 전압의 크기는,
동일한 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치.
The method of claim 1,
The magnitude of the first DC link voltage and the magnitude of the second DC link voltage output from the boosting circuit are:
Plasma power supply capable of the same broadband operation.
제1항에 있어서,
상기 승압 회로는,
멀티 레벨 부스트 컨버터 또는 비엔나 정류기를 포함하는 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치.
The method of claim 1,
The boost circuit,
Wideband operation plasma power supply including multi-level boost converter or Vienna rectifier.
제1항에 있어서,
상기 제1 고주파 인버터 및 상기 제2 고주파 인버터는,
공진형 인버터를 포함하는 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치.
The method of claim 1,
The first high frequency inverter and the second high frequency inverter,
A plasma power supply capable of a broadband operation including a resonant inverter.
플라즈마 전원 장치에 있어서,
교류 전원을 승압하여 다단의 직류 링크 전압을 출력하는 승압 회로;
상기 다단의 직류 링크 전압 각각을 입력받아 교류 전원으로 변환하는 적어도 2개의 고주파 인버터를 구비한 고주파 인버터부;
상기 적어도 2개의 고주파 인버터 각각에서 변환된 교류 전원 각각을 특정 권선비에 따른 교류 전원으로 변환하는 적어도 2개의 변압기를 구비한 변압기부;
상기 적어도 2개의 변압기 각각에서 변환된 교류 전원 각각을 직류 전원으로 정류하는 적어도 2개의 정류기를 구비한 정류부; 및
상기 적어도 2개의 정류기 각각의 출력을 평활하는 적어도 2개의 평활용 필터를 구비하고, 상기 적어도 2개의 평활용 필터의 출력은 상호 직렬 연결된 평활부를 포함하며,
상기 승압 회로는, 부하의 상태에 따라 상기 다단의 링크 전압을 증가시키거나 또는 감소시키는, 광대역 동작이 가능한 플라즈마 전원 장치.In the plasma power supply,
A boost circuit for boosting an AC power to output a multi-stage DC link voltage;
A high frequency inverter unit having at least two high frequency inverters receiving each of the multi-stage DC link voltages and converting the same into AC power;
A transformer unit having at least two transformers for converting each of the AC powers converted in each of the at least two high frequency inverters into AC powers according to a specific turns ratio;
A rectifier having at least two rectifiers for rectifying each of the AC power converted in each of the at least two transformers into DC power; And
Having at least two smoothing filters for smoothing the output of each of the at least two rectifiers, the outputs of the at least two smoothing filters comprising smoothing parts connected in series with each other,
And the booster circuit increases or decreases the link voltage of the multi-stage according to a load state.
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