能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法
阅读：1015发布：2020-05-29
专利汇可以提供能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及能够控制输出 电流 的供电装置及利用其的供电方法。本发明的能够控制输出电流供电装置用于向 等离子体 发生器内维持等离子体，能够控制输出电流供电装置包括： 开关 电源，包括 整流器 、逆变器及 移相器 ；等离子体源，与所述 开关电源 相连接，用于在所述 等离子体发生器 内部生成等离子体；共振网络，连接在所述开关电源与所述等离子体源之间，包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器与初级绕组 串联 ，所述共振电容器与所述等离子体源并联并与所述共振电感器串联；以及控制部，为了对向所述共振网络提供的 电压 电流进行 相移 而对所述开关电源进行控制。，下面是能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法专利的具体信息内容。
1.一种能够控制输出电流的供电装置，用于在等离子体发生器内维持等离子体，其特征在于，包括：
开关电源，包括整流器、逆变器及移相器；
等离子体源，与所述开关电源相连接，用于在所述等离子体发生器内部生成等离子体；
共振网络，连接在所述开关电源与所述等离子体源之间，包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器与初级绕组串联，所述共振电容器与所述等离子体源并联并与所述共振电感器串联；以及
控制部，为了对向所述共振网络提供的电压及电流进行相移而对所述开关电源进行控制。
2.根据权利要求1所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述等离子体源包括：
呈环形状的等离子体腔体，包括一个以上的气体入口和一个以上的气体出口，在内部形成呈环形状的等离子体放电通道；以及
变压器，包括铁氧体磁芯和初级绕组，所述铁氧体磁芯以与所述等离子体放电通道磁链的方式设置于所述等离子体腔体，所述初级绕组卷绕于所述铁氧体磁芯。
3.根据权利要求1所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述共振网络包括一端与所述共振电容器串联且另一端接地连接的无源器件。
4.根据权利要求3所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述无源器件包括电阻、电感器、电容器、转换器或继电器中的一种以上。
5.根据权利要求2所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述一个以上的气体出口与对基板进行处理的工序腔相连接。
6.根据权利要求2所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述等离子体腔体包括用于向所述等离子体放电通道对所述等离子体进行点火的点火电极。
7.根据权利要求1所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述开关电源包括半桥逆变器。
8.根据权利要求1所述的能够控制输出电流的供电装置，其特征在于，所述开关电源包括全桥逆变器。
9.一种利用能够控制输出电流的供电装置的供电方法，用于在等离子体发生器内维持等离子体，其特征在于，包括：
形成开关电源、等离子体源、共振网络的步骤，所述开关电源包括整流器、逆变器及移相器，所述等离子体源用于在等离子体发生器内部生成等离子体，所述共振网络包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器连接在所述开关电源与所述等离子体源之间，与初级绕组串联，所述共振电容器与所述等离子体源并联且与所述共振电感器串联；
通过控制部确认在所述共振网络中能够输出最大输出电流的所述共振电感器和所述共振电容器值的步骤；
通过所述控制部确认在所述共振网络中能够输出最小输出电力的最大相移角度的步骤；
在所述最大相移角度中确认能够进行零电压开关的所述逆变器的电压、电流的相位的步骤；以及
利用所述控制部来控制所述逆变器的输出电流的步骤。
10.根据权利要求9所述的利用能够控制输出电流的供电装置的供电方法，其特征在于，所述共振网络包括一端与所述共振电容器串联且另一端接地连接的无源器件。
11.一种利用能够控制输出电流的供电装置的供电方法，其特征在于，所述无源器件包括电阻、电感器、电容器、转换器或继电器中的一种以上。
能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法
技术领域
[0001] 本发明涉及能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法，更详细地，涉及在生成包含离子、自由基、原子及分子的反应气体的领域中，以维持等离子体发生器内的等离子体的方式提供电力的能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法。
背景技术
[0002] 等离子体放电可通过激发气体来生成包含离子、自由基、原子及分子的反应气体。反应气体用于包括如半导体晶体的处理固体物质、粉末及其他气体的众多及科学领域。等离子体状态为当对气体基于高能量时，气体被离子化的状态，这种等离子体发生装置用于当代半导体制造工序中的蚀刻、洗涤等，随着半导体市场的扩大，其重要性逐渐增加。
[0003] 通常，在半导体工序中，会经过用于形成半导体的多种工序，在半导体工序中生成的副产物会通过真空泵和净气器(Scruber)排出。此时，有效去除当利用等离子体来进行半导体工序时所发生的微细污染物或氧化物等。
[0004] 在工序腔内或在工序腔的外部产生等离子体，其中，在工序腔的外部产生等离子体的方法利用远程等离子体发生器。远程等离子体发生器(Remoteplasma generator)向中性气体施加高电场来将中性气体的一部分分为质子和电子，通过电场的能量产生中性气体和电子及质子混合的等离子体的装置。
[0005] 对于远程等离子体发生器的等离子体供给源可通过包括DC放电、高频(RF)放电、及微波放电的多种方式生成等离子体。DC放电为通过向气体内的两个电极之间施加电位来实现。高频放电从电源向等离子体内通过静电或感应结合方式传送能量来实现。感应线圈通常用于将电流感应在等离子体内。微波放电通过在收容气体的放电腔室内直接将结合微波能量来实现。微波放电用于支援包括放电被离子化的电子ECR等离子体的广范围的放电条件。
[0006] 比较微波或其他类型的高频等离子体供给源，环形(toroidal)形状的等离子体供给源在低电场、低等离子体腔体腐蚀、小型化及费用效果方面存在优点。通过环形等离子体供给源(ICP，inductively coupled plasma)方式生成等离子体。环形等离子体发生器为了半导体晶体、平板显示器及多种物质的处理而生成包含氧、氢、氮等的化学活性气体。
[0007] 通过环形等离子体供给源的气体入口供给的气体沿着腔室内部的环形等离子体通道移动并与等离子体反应，由此生成活性化的气体。在等离子体腔体内中的气体的流动起到阻抗的作用。
[0008] 为了维持以此形成的等离子体状态而需要规定以上的能量。在利用IPC方式的环形等离子体供给源的情况下，为了向气体供给能量而使用磁场，为了发生所述磁场而向等离子体发生器供给高频率的电流。在这种电流的大小减少的情况下，很难维持气体的等离子体状态，无法维持等离子体状态的气体无法起到负荷的作用，而是呈现出如大气的开放形态的电阻。由此，将无法向气体供给规定以上的能量而无法维持等离子体的现象称为脱离(drop-out)现象。在等离子体点火之后，电阻值与向等离子体发生器施加的电流成反比。这种特性在等离子体负荷使用共振型供电装置的情况下引起脱离(drop-out)现象。
[0009] 在发生脱离(drop-out)现象的情况下，在半导体制造工序中，蚀刻、洗涤等的工序发生问题，并需要再次启动等离子体发生装置的时间损失。
[0010] 图1为示出当等离子体被点火后等离子体通过供电装置的负荷动作时的特性的图。图2为示出以往的共振网络及等离子体发生器的共振网络的电路图。
[0011] 参照图1，在等离子体点火之后，等离子体负荷具有与电流的变形成反比的电阻值。在供电装置中，在通过改变频率来减少电流的情况下，根据变小的电流，等离子体的电阻值会增加，因此，输出电流再次减少。通过减少的输出电流，反复进行等离子体负荷的电阻值再次增加的过程，结果，等离子体负荷回到如等离子体点火之前的空气的形态。因此，通常，很难通过频率控制来控制输出电流。
[0012] 参照图2，在当前等离子体发生、维持用供电装置的情况下，在等离子体点火前、点火后的急剧电阻变化条件下，也会发生维持等离子体，为了形成等离子体所需要的高频电源而使用简单输出静电的共振型供电装置。为此，使用了LC编列共振型网络1。共振型网络1包括与等离子体发生器5串联的共振电感器3及并联的共振电容器4。
[0013] 等离子体发生、维持用电源装置的情况下，在等离子体点火前、点火后的急剧电阻变化条件下，发生、维持等离子体，为了形成等离子体所需要的高频电源而使用简输出静电的共振型供电装置。这种系统中，为了改变输出电流而需要频率变化。
[0014] 在共振型供电装置中，在通常负荷的情况下，没有与电流增减相关的负荷的阻抗变化，对于Q-因子的变动的影响小，在等离子体负荷的情况下，因对于电流增减的阻抗变动，发生Q-因子的连续变化，因此，通过一般的频率控制很难获得输出。尤其，以往，在等离子体点火之后，在使等离子体发生器动作的过程中，供电装置不考虑脱离(drop-out)现象，因此，仅执行通过频率改变的电流控制。
发明内容
[0015] (一)要解决的技术问题
[0016] 本发明的目的在于，提供为了利用相移工法来防止dropout现象，以符合等离子体发生器的规格的方式控制供电装置的输出电流的能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法。
[0017] (二)技术方案
[0018] 为了解决所述技术问题，本发明一实施例的能够控制输出电流的供电装置用于在等离子体发生器内维持等离子体，所述能够控制输出电流供电装置包括：开关电源，包括整流器、逆变器及移相器；等离子体源，与所述开关电源相连接，用于在所述等离子体发生器内部生成等离子体；共振网络，连接在所述开关电源与所述等离子体源之间，包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器与所述初级绕组串联，所述共振电容器与所述等离子体源并联并与所述共振电感器串联；以及控制部，为了对向所述共振网络提供的电压电流进行相移而对所述开关电源进行控制。
[0019] 在一实施例中，所述等离子体源包括：呈环形状的等离子体腔体，包括一个以上的气体入口和一个以上的气体出口，在内部形成呈环形状的等离子体放电通道；以及变压器，包括铁氧体磁芯和初级绕组，所述铁氧体磁芯以与所述等离子体放电通道磁链的方式设置于所述等离子体腔体，所述初级绕组卷绕于所述铁氧体磁芯。
[0020] 在一实施例中，所述开关电源包括半桥逆变器。
[0021] 在一实施例中，所述开关电源包括全桥逆变器。
[0022] 在一实施例中，所述一个以上的气体出口与对基板进行处理的工序腔相连接。
[0023] 在一实施例中，所述等离子体腔体包括用于向所述等离子体放电通道对所述等离子体进行点火的点火电极。
[0024] 在一实施例中，所述共振网络包括一端与所述共振电容器串联，另一端接地连接的无源器件。
[0025] 在一实施例中，所述无源器件包括电阻、电感器、电容器、转换器或继电器中的至少一种以上。
[0026] 本发明一实施例的利用能够控制输出电流供电装置的供电方法用于向等离子体发生器内维持等离子体，所述利用能够控制输出电流供电装置的供电方法包括：形成开关电源、等离子体源、共振网络的步骤，所述开关电源包括整流器、逆变器及移相器，所述等离子体源用于在等离子体发生器内部生成等离子体的等离子体源，所述共振网络包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器与所述开关电源和所述等离子体源之间相连接，与所述初级绕组串联，所述共振电容器与所述等离子体源并联，与所述共振电感器串联；通过控制部确认在所述共振网络中能够输出最大输出电流的所述共振电感器和所述共振电容器值的步骤；通过所述控制部确认在所述共振网络中能够输出最小输出电力的最大相移角度的步骤；在所述最大相移角度中确认能够进行零电压开关的所述逆变器的电压、电流的相位的步骤；以及利用所述控制部来控制所述逆变器的输出电力的步骤。
[0027] 在一实施例中，所述共振网络包括一端与所述共振电容器串联且另一端接地连接的无源器件。
[0028] 在一实施例中，所述无源器件包括电阻、电感器、电容器、转换器或继电器中的至少一种以上。
[0029] (三)有益效果
[0030] 说明本发明的能够控制输出电流的供电装置及利用其的供电方法的效果如下。
[0031] 根据本发明实施例中的至少一个，利用相移来控制供电装置的输出电流，从而可避免等离子体点火后的dropout现象。并且，可对多种等离子体条件改变输出电流，从而可执行有效的半导体工序。附图说明
[0032] 图1为示出当等离子体被点火后等离子体通过供电装置的负荷动作时的特性的图。
[0033] 图2为示出以往的共振网络及等离子体发生器的共振网络的电路图。
[0034] 图3为用于说明本发明供电装置、等离子体发生器及工序腔的连接结构的图。
[0035] 图4为示出本发明优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0036] 图5为示出在适用相移方式的情况下的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0037] 图6为示出基于相移角度的逆变器电压Vo波形的图。
[0038] 图7为示出基于相移角度的电流、电压波形的图表。
[0039] 图8为示出逆变器的电压、电流的相位差和输出电流的图表。
[0040] 图9为示出基于相移角度的供电装置中的输出电流变化的图表。
[0041] 图10为示出共振网络的另一实施例的图。
[0042] 图11为比较以往及本发明的优选实施例的供电装置的逆变器电压、电流的相位及电流的大小的图表。
[0043] 图12为示出本发明再一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0044] 图13为示出本发明另一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0045] 附图说明标记
[0046] 10：供电装置 20：等离子体发生器
[0047] 21：气体注入口 22：等离子体放电通道
[0048] 23：气体排出口 24：本体
[0049] 29：适配器 30：工序腔
[0051] 35：排气口 36：排气泵
[0052] 40：变压器 42：初级绕组
[0053] 44：铁氧体磁芯 50：开关电源
[0054] 52：整流器 54：逆变器
[0055] 56：移相器 6：共振网络
[0056] 62：共振电感器 64：共振电容器
具体实施方式
[0057] 以下，参照附图，详细说明在本说明书中记载的实施例，与附图标记无关，对相同或类似的结构要素赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。在以下的说明中使用的对于结构要素的词尾“模块”及“部”通过考虑说明书制订的简单性来赋予或者混用，其自身没有相互区别的含义或作用。并且，在说明本说明书中记载的实施例的过程中，在判断为相关的公知技术的具体说明使本发明的主旨不清楚的情况下，将省略对其的详细说明。并且，附图仅用于简单理解在本说明书中揭示的实施例，本说明书中提出的技术思想并不局限于附图，而是包括本发明的思想及技术范围中的所有变更、等同技术方案或替代技术方案。
[0058] 如第一、第二等，包含序数的术语可用于说明多种结构要素，但是，所述结构要素并不局限于所述结构要素。所述术语用于区分两种结构要素。
[0059] 当一种结构要素与其他结构要素“连接”或“链接”时，意味着直接连接或链接，也意味着在中间隔着其他结构要素的情况。相反，当一个结构要素与其他结构要素“直接连接”或“直接链接”时，中间不存在其他结构要素。
[0060] 只要在文脉上并未明确表示，单数的表现包括复数的表现。
[0061] 在本说明书中，“包括”或“具有”等的术语是指在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在，而并非预先排出一个或其以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。
[0062] 以下，参照附图，详细说明本发明的实施例。本发明所属技术领域的普通技术人员知道，在不超出本发明的精神及必要特征的范围内，本发明可被具体化为其他特定形态。
[0063] 图3为用于说明本发明的供电装置、等离子体发生器及工序腔的连接结构的图。
[0064] 参照图3，本发明的等离子体发生系统包括供电装置10、等离子体发生器20及工序腔30。供电装置10为了向等离子体发生器20内点火等离子体而向等离子体发生器内传递能量。供电装置10包括开关电源50和共振网络60。供电装置10通过向等离子体发生器20传递等离子体来向等离子体发生器内点火或发生等离子体。
[0065] 等离子体发生器20包括用于向等离子体源收容可变换为等离子体(例如，Ar+)的气体(例如，Ar)的本体24。本体24中，一个或一个以上的侧面向工序腔30露出，通过等离子体生成的带电粒子直接与被处理的物质接触。选择性地，等离子体发生器20从工序腔30隔开规定距离，活性化的气体向工序腔30内流动。
[0066] 等离子体发生器20包括在内部形成环形状的等离子体放电通道22的本体24及在等离子体放电通道22内部形成电能来与等离子体相结合的变压器40。变压器包括铁氧体磁芯44及初级绕组42。铁氧体磁芯44与等离子体放电通道22磁链来包围本体24的一部分。初级绕组42卷绕于铁氧体磁芯44的一部分。变压器40的一侧包括初级绕组42，变压器40的另一侧包括形成于等离子体放电通道22的等离子体。初级绕组44与供电装置10相连接，从供电装置10接收电力来驱动。来自供电装置10的能量被供应至变压器40，然后与经过等离子体发生器20的气体反应而点火或生成感应连接的等离子体。在等离子体发生器20内点火的等离子体起到变压器40的另一侧的功能。
[0067] 供电装置10向变压器40的初级绕组42施加激励电压。这种激励电压在初级绕组42内诱导高电压电流，由此，通过铁氧体磁芯44生成交流磁场。结果，电流向等离子体发生器20内的气体感应来引发等离子体的点火。若生成等离子体，则等离子体感应其他氢气，以此生成所需要的反应气体。
[0068] 当等离子体起到供电装置10的负荷作用时，等离子体点火之前，大气中的阻抗与大气中的空气阻抗类似的无限值。但是，在等离子体点火之后，与急剧的电阻值减少，等离子体作为供电装置10的负荷作用。并且，等离子体发生器20在动作过程中的阻抗变化变少。
[0069] 工序腔30在内部形成用于支撑被处理基板34的基座32。基座32通过阻抗整合器(未图示)来与一个以上的偏压电源电连接。等离子体发生器20的气体排出口23通过适配器29想来粘结，活性化气体通过适配器29从等离子体发生器20向工序腔30供给。适配器29可具有用于电绝缘的绝缘区间，可包括用防止过热的冷却通道(未图示)。例如，被处理基板34为用于制造半导体装置的硅晶体基板或用于制造液晶显示器或等离子体显示器等的玻璃基板。
[0070] 等离子体发生器20向工序腔30供给活性化的气体。从等离子体发生器20供给的活性化气体用于洗涤工序腔30的内部，或者处理放置于基座32的被处理基板34。等离子体发生器20为用于排出活性化的气体的等离子体源，可使用感应结合等离子体、容量结合等离子体或变压器等离子体。其中，在本发明中的等离子体发生器20使用变压器等离子体。
[0071] 虽然图中未示出，等离子体发生器20可设置于工序腔30和排气泵36之间。排气泵36与工序腔30的排气口35相连接。等离子体发生器20接收在工序腔30内发生并排出的有害气体(全氟化碳)来将其分解为无害气体并排出。通过等离子体发生器20分解作为环境污染物质的有害气体来排出，并可防止排气泵36的损伤。此时，可包括额外的等离子体供给源。
[0072] 控制部70用于控制整个系统，控制向与供电装置10相连接的等离子体发生器20供给的电力。具体地，虽然为示出，供电装置10包括用于保护可通过非正常动作环境发生的电损伤的保护电路。控制部70发生用于控制等离子体系统的整个动作过程的控制信号来控制等离子体发生器20和工序腔30的动作。等离子体发生器20包括用于测定等离子体状态的测定传感器(未图示)，控制部70边比较测定值和正常动作的基准值边控制供电装置10来控制逆变器的电压及电流。
[0073] 图4为示出本发明优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。图5为示出在适用相移方式的情况下的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0074] 参照图4，本发明的供电装置10包括开关电源50和共振网络60。开关电源50包括整流器52、逆变器54及移相器56。开关电源50可以为半桥逆变器或全桥逆变器中的一种。通过整流器52获得的直流通过逆变器54改变并向移相器56提供。在移相器56中，对从逆变器54输出的电流、电压进行相移(phase shift)。
[0075] 共振网络60为初级绕组42的共振电感器，与开关电源50及初级绕组42之间相连接。从共振网络60的共振频率或其具有附近的频率的开关电源来对应激励电压来向共振电压或实际的共振电压诱导高电压的逆变器40的初级绕组42两端。初级绕组42内的共振电流在等离子体发生器20内部引发等离子体点火。
[0076] 共振网络60通过开关电源50驱动。共振网络60包括具有与共振电容器64串联的共振电感器62的LC电路。共振电容器64与初级绕组42并联，共振电感器62与初级绕组42串联。共振电感器62及共振电容器64形成低通滤波器网络。其中，电压向共振网络60的两端施加，由此，共振网络60向初级绕组42的两端提供实质性的共振交流电压，向初级绕组42诱导实质性的共振电流，从而向等离子体发生器20内点火等离子体。
[0077] 所生成的等离子体起到变压器40的另一侧的作用。等离子体可表现为具有电感器L及电抗Z的等价电路。在电感器中的负荷侧电流为向根据逆变器输出电压计算的输出负荷(Zplasma)的电流。另一方面，等离子体发生器20的本体24呈环形形态，并可呈提供气体的环形流动的其他形状。
[0078] 在本发明中的相移控制方式为用于减少在开关中发生的电压、电流的损失的方案，主要使用需要高的开关频率的系统。通常，在系统的情况下，根据开关的开闭，在电压、电流交叉的部分，会发生如Won、Woff的损失，为了改善这种问题，在开关的开闭时点发生共振来对开关开闭瞬间的电压或电流的形态进行“成型”来使电压或电流达到0以下，由此减少开关的开闭过程中发生的损失。
[0079] 以往，为了阻抗变化而改变开关频率并控制输出电流，但是，在本发明中，利用相移方式来控制基本波的大小。
[0080] 图6为示出基于相移角度的逆变器电压Vo波形的图。图7为示出基于相移角度的电流、电压波形的图表。
[0081] 图6(a)为示出当没有相移时逆变器电压Vo的波形的图表，图6(b)为当存在相移时逆变器电压Vo的波形的图表。
[0082] 参照图6，考虑开启开关，若在开闭开关的时间相同时给出开启开关时点的相差，则通过VDC表现的逆变器电压的大小发生改变，与所述变化的逆变器电压对应地，逆变器电压的相差也会变化。
[0083] 参照图7，在虚拟波形的情况下，呈现出基于相移程度的输出电流的大小的变化。在红色波形的情况下，逆变器的输出电压，蓝色波形为逆变器的输出电流，紫色波形为负荷侧电流(iplasma)。发生相移后，红色波形的面积逐渐变小，与其相对应的基本波的大小也会变小，通过变小的基本波，负荷侧电流的大小会减少。因此，利用相移方式来控制基本波的大小。
[0084] 说明利用作为本发明的相移方式来维持等离子体的方法如下。
[0085] 供电装置10为了维持等离子体状态，通常，提供400KHZ的频率。因此，共振的频率为400KHZ以下的区域中选择，需要用于满足最大输出电流规格和最小输出电流规格的共振网络设定。为了共振网络设定，首先，控制部70确认在共振网络60输出最大输出电流的共振电感器62和共振电容器64值。而且，在共振网络60中，通过控制部70计算可输出最小输出电流的最大相移角度。相移角度可通过以下数学式1及数学式2求出。
[0086] 数学式1
[0087]
[0088] 数学式2
[0089]
[0090] VDC：逆变器直流电压(输入电压)
[0091] n：次数
[0092] Vo.Inv的情况下，呈现出用于相移的基本波及谐波的大小的变化程度的数学式(傅立叶变换中的基本波，谐波的术语)。
[0093] Iplasma：根据逆变器输出电压，根据电感值计算的输出负荷(R：Zplasma)的电流。为了简单表示数学式，在并列电感器计算的情况下，表现为A、B的并列电感A//B。
[0094] S：表示频率中的变数(S＝jw)。
[0095] 数学式1可在进行相移时确认逆变器的输出电压(Vo.inv)。数学式2示出对于逆变器输出电压的负荷电流。从两个数学式可确认满足最小输出电流规格的最大相位角度。所确认的最大相移角度中，可确认进行零电压开关的逆变器54的电压、电流的相位。
[0096] 例如，通过说明的方式选择在最大相移角度中可进行零电压开关并满足最小输出电流30A，相移角度在0°时可获得最大输出电流40A的共振电感器62和共振电容器64，由此选择最终共振网络。
[0097] 通过所述说明的方式选择的共振网络60在相同频率400kHz中，当θ’为0°时，最大电流为40A，当θ’为85°时，具有最小电流30A。
[0098] 图8为示出逆变器的电压、电流的相位差和输出电流的图表。
[0099] 参照图7及图8，共振网络60在最大相移角度中可进行零电压开关，没有drop-out现象，在供电装置10中可控制向等离子体发生器20提供的输出。
[0100] 图9为示出基于相移角度的供电装置中的输出电流变化的图表。
[0101] 参照图9，本发明的供电装置10实现通过移相器56的相移，根据相移角度控制输出电流，由此，如以往，不对频率进行控制，而是通过相移方式来控制输出电流。并且，在等离子体的点火后，作为特性的drop-out在从供电装置提供电流时考虑。控制输出电流的方式中，在本发明中，说明了逆变器的相移工法，但是可利用占空比可变工法或DC链路电压控制工法。
[0102] 图10为示出共振网络的另一实施例的图。
[0103] 参照图10，在本发明中的共振网络60包括无源器件(passive element)。无源器件为不仅在电路中传递或吸收电能，而且还具有增幅、电能的变换等能动功能的期间。无源器件与共振电容器64串联，更详细地，一端与共振电容器64串联，另一端接地(-)。无源器件可以为阻抗、电感器、电容器、转换器或继电器中的至少一个以上，与共振电容器64串联。另一方面，所述说明的无源器件的电抗值可固定或改变。
[0104] 在本发明中，无源器件中，电感器66与共振电容器64相连接。以往的共振网络中，通过基于共振电感器62及共振电容器64的共振来确定流向负荷(等离子体)的电流的大小。相反，本发明的共振网络60中，改变作为无源器件的电感器66的电感值，由此可调节在共振频率附近的逆变器54电流大小。图中虽然未示出，作为另一实施例，可以利用与电感器66连接的开关电路改变电感器66的电感。
[0105] 在通过电感器66，阻抗接近无限的等离子体点火之前状况下，可减少逆变器54的电流大小。因此，在相同频率下，可获得低的逆变器54电流，从而简单确保逆变器54的电压、电流的相差。由此，与以往相比，可在低开关频率下进行等离子体点火。尤其，对应共振频率，无法无限提高开关频率的当前的电力供给系统中更加有效。
[0106] 若等离子体点火，则短路电流不向开关电源50流动。相反，在等离子体点火之后，即使变压器40的初级绕组42的电感减少，共振网络60的共振电感器62继续执行作为用于回到开关电源50的对于安全动作水平的触及绕组的低通滤波器限制电流的功能。因此，几乎防止因高电流的开关电源50内的结构要素的损伤。
[0107] 以下，说明利用数学式来计算与逆变器电流的大小成比例的输入电感。
[0108] 数学式3
[0109]
[0110] 数学式4
[0111]
[0112] Zin：从共振网络端子向负荷侧的阻抗
[0113] ω：2*pi*f(pi：3.141592…，f：共振网络输入的基本频率)
[0114] 为了简化阻抗，假定为R为∞的等离子体点火前状况。
[0115] 数学式3示出以往的从逆变器向负荷的侧的阻抗，数学式4示出以往的逆变器侧以下观察的整体阻抗中考虑等离子体的特性的等离子体点火前的阻抗。
[0116] 逆变器54侧的阻抗可通过共振网络60、等离子体发生器20和等离子体的阻抗等价值来表现，通过所述阻抗值的实数、虚数值来获得的逆变器54的电压、电流的相差，追加地，可获得逆变器的电流值。
[0117] 数学式3中，共振电感器3和共振电容器4(图2中C1)为等离子体的点火后的供电装置的动作而适用，电感器L2、L3的情况下，通过等离子体发生器20发生的部分来改变整体动作值受到限制。作为以往的方法，在点火等离子体之后，在供电装置的动作对焦来设计共振网络，为了等离子体点火之前的动作，提高动作频率来使等离子体发生器动作。
[0118] 数学式5
[0119]
[0120] 数学式5示出在本发明的从逆变器向负荷侧的整体阻抗。
[0121] 数学式6
[0122]
[0123] 数学式6示出在本发明的逆变器中的本体整体阻抗中考虑等离子体的特性的阻抗。
[0124] 在求出阻抗的过程中，实数部分因R为∞的状况下为0，因此将忽略，仅对与虚数部分相关的部分示出。在R为∞的状况下，对逆变器电流常影响的数学式仅在Zin(从端子向负荷侧的阻抗)中通过虚数部分确定，此时，因无源器件L4的影响，在相同频率中，可获得比以往小的逆变器电流。
[0125] 根据本发明，若向共振网络60追加无源器件L4，则数学式3可变更为数学式5，通过追加的无源器件L4，计算等离子体点火之前的逆变器54电压、电流的相差来改善。并且，在数学式6追加无源器件L4，由此，可以计算逆变器54电压、电流的大小来进行调节。
[0126] 结果，根据本发明，当等离子体点火动作时可以调整逆变器电流的大小，因此，在相同频率中可以获得与以往相比更低的逆变器电流。因此，简单确保逆变器的电压、电流的相差，从而，在低的频率中也可点火等离子体。并且，阻抗接近无限的等离子体点火之前的状况下，逆变器电流的大小有可能降低。尤其，对应共振频率，可以将本发明的供电装置适用于无法无限提高开关频率的当前的供电系统来在相同频率中调节逆变器电流的大小。
[0127] 图11为比较以往及本发明的优选实施例的供电装置的逆变器电压、电流的相位及电流的大小的图表。
[0128] 参照图11(a)，以往的供电装置中，逆变器以下的电等价模型中，通过箭头表示的区间为无法进行零电压开关的区间。参照图11(b)，本发明的等离子体供电装置中，逆变器以下的电等价模型中，通过箭头表示的区间表示无法进行零电压开关的区间。因此，比较图11(a)和图11(b)，本发明的供电装置使用追加的无源器件L4来确保可进行零电压开关的区间。并且，利用追加的无源器件L4来调节逆变器电流的大小。
[0129] 图12为示出本发明再一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0130] 参照图12，共振网络60a作为无源器件可以使用可变电感器67。可变电感器67与共振电容器64串联，更详细地，一端与共振电容器64串联，另一点接地(-)。利用可变电感器67来调节电感器值来控制逆变器的电压、电流的大小。除可变电感器67之外的剩余结构与所述说明的实施例相同，因此将省略对其的说明。
[0131] 图13为示出本发明另一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
[0132] 参照图13，共振网络60b为包括可变电感器67的变形例的共振网络，利用电源板67b来调节电感器值。可变电感器67通过开关电路67a来与电源板67b相连接，由此，调节可变电感器67的卷绕数来调节电感器值。可变电感器67与共振电容器64串联，更详细地，一端与共振电容器64串联，另一端接地(-)。利用可变电感器67来调节电感器值，以此控制逆变器的电压、电流的大小。除可变电感器67之外的剩余结构与所述说明的实施例相同，因此将省略对其的说明。
[0133] 虽然未图示，等离子体发生器20还可包括用于等离子体点火的点火电极。点火电极与供电装置10相连接来驱动。点火电极生成提供对环形状的等离子体放电通道22内的等离子体进行点火的初期离子化活动的自由电荷。初期离子活动可以为向等离子体发生器20施加的短且高的电压脉冲。连续高的高频电压可生成初期离子化活动。紫外线辐射可生成提供对等离子体放电通道22内的等离子体进行点火的初期离子化活动的等离子体放电通道22内的自由电荷。或者，等离子体发生器20向从与本体24光学结合的紫外线光源(未图示)放射的紫外线辐射露出来引发对等离子体进行点火的初期离子化活动。
[0134] 以上，详细说明在所有方面并非被限定解释，而是例示性说明。本发明的范围通过附加的发明要求保护范围合理解释，在本发明的等同范围内的所有变更均术语本发明的范围。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 低压DC-DC变换器及其驱动方法 | 2020-05-12 | 540 |
| 一种改进的高功率密度高效率的电力电子变压器拓扑结构 | 2020-05-15 | 328 |
| 一种大功率型电梯自动救援装置实现供电的方法及装置 | 2020-05-11 | 438 |
| 直流电压转换装置 | 2020-05-12 | 614 |
| 自适应零电压开关控制方法 | 2020-05-13 | 788 |
| 一种高效率图腾柱无桥PFC整流器控制方法 | 2020-05-15 | 742 |
| 包括谷跳模式的DC-DC电源转换器及操作DC-DC电源转换器的方法 | 2020-05-14 | 240 |
| 一种用于光伏组串部分遮蔽情况下的双开关电压均衡拓扑 | 2020-05-15 | 608 |
| DC/DC转换器 | 2020-05-15 | 678 |
| 一种基于PWM的等离子扬声器 | 2020-05-13 | 634 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
零电压开关热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈