DE102016004332B4 - Power supply, in particular for operating a plasma - Google Patents

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Abstract

Stromversorgung (1), insbesondere zum Betreiben eines Plasmas, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen (2) zum Schalten von hohen Spannungen aufweist, wobei die Schaltungsanordnungen (2) jeweils einen Eingang (3) und einen über einen Laststrompfad (4) damit verbundenen Ausgang (5), einen als Längsregler in den Laststrompfad (4) geschalteten ersten Transistor (6), eine Spannungsbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der in dem Laststrompfad am ersten Transistor (6) abfallenden Spannung sowie eine Strombegrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Laststroms im ersten Transistor (6) haben, wobei jede Schaltungsanordnung (2) Steueranschlüsse (9, 10) hat, an die eine Steuerspannung anlegbar ist, mittels welcher die Schaltungsanordnung (2) zwischen einem Betriebszustand, der einen Stromfluss vom Eingang (3) zum Ausgang (5) ermöglicht, und einem Ruhezustand, in dem der Stromfluss unterbrochen ist, umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung (1) zumindest eine erste und eine zweite Hilfsspannungsquelle (11) aufweist, die jeweils Eingangsanschlüsse (12) für eine Wechselspannung und Ausgangsanschlüsse (13, 14) für eine mittels einer Gleichrichterschaltung (15) aus der Wechselspannung erzeugte Steuerspannung aufweist, dass die Ausgangsanschlüsse (13, 14) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) mit den Steueranschlüssen mindestens einer ersten Schaltungsanordnung (2) und die Ausgangsanschlüsse (13, 14) der zweiten Hilfsspannungsquelle (11) mit den Steueranschlüssen mindestens einer zweiten Schaltungsanordnung (2) verbunden sind, dass jede Hilfsspannungsquelle (11) jeweils einen Steuersignaleingang (16) zum Anlegen eines Steuersignals hat und derart ausgestaltet ist, dass die Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Steuersignal an den Ausgangsanschlüssen (13, 14) der betreffenden Hilfsspannungsquelle (11) aktivierbar und deaktivierbar ist, dass die Stromversorgung (1) eine Kettenschaltung hat, die zumindest einen ersten und einen zweiten Übertrager umfasst, der jeweils eine Eingangswicklung (17) und eine induktiv damit gekoppelte Ausgangswicklung (18) hat, dass Wicklungsanschlüsse der Eingangswicklung (17) des ersten Übertragers der Kettenschaltung mit einer Wechselspannungsquelle (19) und Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung (18) des ersten Übertragers mit den Eingangsanschlüssen (12) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) sowie Wicklungsanschlüssen der Eingangswicklung (17) eines zweiten Übertragers der Kettenschaltung verbunden sind, dass Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung (18) des zweiten Übertragers mit den Eingangsanschlüssen (12) der zweiten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden sind, dass die Stromversorgung (1) einen Koppler (20) aufweist, der einen Eingang (21) und einen galvanisch davon getrennten Ausgang (22) für ein veränderliches Steuersignal hat, und dass der Eingang (21) mit einem Steuersignalgeber (23) in Steuerverbindung steht und mit dem Steuersignaleingang (16) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden ist, und dass der Ausgang (22) mit dem Steuersignaleingang (16) der zweiten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden ist.

Figure DE102016004332B4_0000
A power supply (1), in particular for operating a plasma, which has at least two series-connected switching arrangements (2) for switching high voltages, the circuit arrangements (2) each having an input (3) and a load current path (4) connected thereto Output (5), a longitudinal regulator in the load current path (4) connected to the first transistor (6), a voltage limiting device for limiting the load current in the first transistor (6) falling voltage and a current limiting device for limiting the load current in the first transistor (6) have, wherein each circuit arrangement (2) control terminals (9, 10), to which a control voltage can be applied, by means of which the circuit arrangement (2) between an operating state, which allows a current flow from the input (3) to the output (5), and a rest state, in which the current flow is interrupted, is switchable, characterized in that the power supply (1) for a first and a second auxiliary voltage source (11) each having input terminals (12) for an AC voltage and output terminals (13, 14) for a control voltage generated by means of a rectifier circuit (15) from the AC voltage, that the output terminals (13, 14 ) of the first auxiliary voltage source (11) to the control terminals of at least one first circuit arrangement (2) and the output terminals (13, 14) of the second auxiliary voltage source (11) to the control terminals of at least one second circuit arrangement (2) are connected, that each auxiliary voltage source (11) each having a control signal input (16) for applying a control signal and is configured such that the control voltage in response to the control signal to the output terminals (13, 14) of the respective auxiliary voltage source (11) can be activated and deactivated, that the power supply (1) a Derailleur has, at least a first and a second transformer, each having an input winding (17) and an inductively coupled output winding (18), winding connections of the input winding (17) of the first transformer of the derailleur with an AC voltage source (19) and winding terminals of the output winding (18 ) of the first transformer are connected to the input terminals (12) of the first auxiliary voltage source (11) and winding terminals of the input winding (17) of a second transformer of the derailleur that winding terminals of the output winding (18) of the second transformer with the input terminals (12) of the second auxiliary voltage source (11) that the power supply (1) has a coupler (20) having an input (21) and a galvanically separated output (22) for a variable control signal, and that the input (21) with a control signal generator (23) is in control connection and with the control signals Input (16) of the first auxiliary voltage source (11) is connected, and that the output (22) to the control signal input (16) of the second auxiliary voltage source (11) is connected.
Figure DE102016004332B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung, insbesondere zum Betreiben eines Plasmas, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen zum Schalten von hohen Spannungen aufweist, wobei die Schaltungsanordnungen jeweils einen Eingang und einen über einen Laststrompfad damit verbundenen Ausgang, einen als Längsregler in den Laststrompfad geschalteten ersten Transistor, eine Spannungsbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der in dem Laststrompfad am ersten Transistor abfallenden Spannung sowie eine Strombegrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Laststroms im ersten Transistor haben, wobei jede Schaltungsanordnung Steueranschlüsse hat, an die eine Steuerspannung anlegbar ist, mittels welcher die Schaltungsanordnung zwischen einem Betriebszustand, der einen Stromfluss vom Eingang zum Ausgang ermöglicht, und einem Ruhezustand, in dem der Stromfluss unterbrochen ist, umschaltbar ist.The invention relates to a power supply, in particular for operating a plasma, which has at least two series-connected circuit arrangements for switching high voltages, wherein the circuit arrangements each have an input and an output connected thereto via a load current path, a first transistor connected as a series regulator in the load current path , a voltage limiting device for limiting the voltage dropping in the load current path at the first transistor and a current limiting device for limiting the load current in the first transistor, each circuit having control terminals, to which a control voltage can be applied, by means of which the circuit arrangement between an operating state, the current flow from the input to the output, and a sleep state in which the current flow is interrupted, is switchable.

Eine derartige Stromversorgung ist aus DE 102 16 707 C1 bekannt. Sie hat sich in der Praxis vor allem deshalb bewährt, weil mehrere Schaltungsanordnungen zum Schalten von hohen Spannungen in Reihe geschaltet sind, so dass die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss der Stromversorgung anliegende Spannung wesentlich größer sein kann als die maximal zulässige Spannung, die zwischen den Ein- und Ausgängen der einzelnen Schaltungsanordnungen anliegen darf. Eine entsprechend große Anzahl von in Reihe geschalteten Schaltungsanordnungen vorausgesetzt, kann die Stromversorgung daher nahezu beliebig hohe Spannungen schalten.Such a power supply is off DE 102 16 707 C1 known. It has been proven in practice, above all, because a plurality of circuits for switching high voltages are connected in series, so that the voltage applied between the input terminal and the output terminal of the power supply voltage can be substantially greater than the maximum allowable voltage between the Inputs and outputs of the individual circuits may be present. Given a correspondingly large number of series-connected circuit arrangements, the power supply can therefore switch almost arbitrarily high voltages.

Die einzelnen Schaltungsanordnungen haben jeweils einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor als ersten Transistor. Der Source-Anschluss des ersten Transistors der am Ende der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung bildet den Ausgangsanschluss der Stromversorgung und der Drain-Anschluss des ersten Transistors der am Anfang der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung den Eingangsanschluss der Stromversorgung. Der Gate-Anschluss des ersten Transistors bildet jeweils den Steueranschluss der betreffenden Schaltungsanordnung. Der Steueranschluss der am Ende der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung ist mit einem Signalgeber verbunden.The individual circuit arrangements each have a self-locking field-effect transistor as the first transistor. The source terminal of the first transistor of the arranged at the end of the series circuit arrangement forms the output terminal of the power supply and the drain terminal of the first transistor of the arranged at the beginning of the series circuit arrangement the input terminal of the power supply. The gate terminal of the first transistor in each case forms the control terminal of the relevant circuit arrangement. The control terminal of the arranged at the end of the series circuit arrangement is connected to a signal generator.

Mit Ausnahme der am Anfang der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung hat jede Schaltungsanordnung der Stromversorgung jeweils eine schaltbare Stromsenke, die einen Stromeingangsanschluss, einen Stromausgangsanschluss und einen Stromsteueranschluss aufweist. Letzterer ist über eine Zenerdiode mit dem Drain-Anschluss der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden.Each circuit arrangement of the power supply has a switchable current sink, which has a current input connection, a current output connection and a current control connection, with the exception of the circuit arrangement arranged at the beginning of the series connection. The latter is connected via a Zener diode to the drain terminal of the relevant circuit arrangement.

Die Stromeingangsanschlüsse der Stromsenken sind jeweils mit dem Gate-Anschluss des ersten Transistors der Schaltungsanordnung verbunden, der in der Reihenschaltung vor der Schaltungsanordnung angeordnet ist, der die Stromsenke aufweist. Der Stromeingangsanschluss der Stromsenke der letzten in der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung ist also mit dem Gate-Anschluss des ersten Transistors der vorletzten Schaltungsanordnung der Reihenschaltung verbunden. Der Stromeingangsanschluss der vorletzten in der Reihenschaltung angeordneten Stromsenke ist mit dem Anschluss des ersten Transistor der drittletzten Schaltungsanordnung der Reihenschaltung verbunden usw.The current input terminals of the current sinks are each connected to the gate terminal of the first transistor of the circuit arrangement, which is arranged in the series circuit before the circuit arrangement having the current sink. The current input terminal of the current sink of the last circuit arranged in the series circuit is therefore connected to the gate terminal of the first transistor of the penultimate circuit arrangement of the series circuit. The current input terminal of the next-to-last current sink arranged in the series connection is connected to the terminal of the first transistor of the third-last circuit arrangement of the series connection, etc.

Die Stromausgangsanschlüsse der Stromsenken sind jeweils mit dem Source-Anschluss des ersten Transistors verbunden, dessen Drain-Anschluss mit dem Stromsteueranschluss der betreffenden Stromsenke verbunden ist.The current output terminals of the current sinks are each connected to the source terminal of the first transistor whose drain terminal is connected to the current control terminal of the respective current sink.

Zum Einschalten der Stromversorgung wird mittels des Signalgebers ein Signal an den Steueranschluss der am Ende der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung angelegt, durch welches der erste Transistor dieser Schaltungsanordnung leitend wird. Dabei fällt das Potential am Drain des ersten Transistors und somit am Stromsteueranschluss der Stromsenke dieser Schaltungsanordnung ab. Hierdurch sperrt die Stromsenke der am Ende der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung.For switching on the power supply, a signal is applied to the control terminal of the arranged at the end of the series circuit arrangement by means of the signal generator, through which the first transistor of this circuit arrangement becomes conductive. In this case, the potential drops at the drain of the first transistor and thus at the current control terminal of the current sink of this circuit arrangement. As a result, the current sink blocks the circuit arrangement arranged at the end of the series connection.

Dadurch dass die Stromsenke sperrt, wird dem Gate-Anschluss des ersten Transistors der vorletzten Schaltungsanordnung der Reihenschaltung kein Strom mehr entzogen, so dass die Spannung an dessen Gate-Anschluss ansteigt. Dadurch wird auch der erste Transistor der vorletzten Schaltungsanordnung der Reihenschaltung leitend. Danach werden in entsprechender Weise die ersten Transistoren der verbleibenden Schaltungsanordnung nacheinander durchgeschaltet.As a result of the fact that the current sink is blocked, no current is withdrawn from the gate connection of the first transistor of the penultimate circuit arrangement of the series connection, with the result that the voltage at the gate terminal thereof rises. As a result, the first transistor of the penultimate circuit arrangement of the series circuit becomes conductive. Thereafter, the first transistors of the remaining circuit are successively switched through in a corresponding manner.

Da die ersten Transistoren nicht für die volle, zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss der Stromversorgung anliegenden Spannung dimensioniert sind und beim Durchschalten des ersten Transistors der am Ende der Reihenschaltung angeordneten Schaltungsanordnung die an den Drain-Source-Strecken der zunächst noch gesperrten ersten Transistoren der restlichen Schaltungsanordnungen der Reihenschaltung ansteigt, weisen die Schaltungsanordnungen jeweils eine Spannungsbegrenzungseinrichtung auf, welche die Drain-Source-Spannung des ersten Transistors der betreffenden Schaltungsanordnung auf einen Wert begrenzt, der kleiner ist als die maximal zulässige Drain-Source-Spannung der ersten Transistors. Die Spannungsbegrenzungseinrichtung hat zu diesem Zweck eine Reihenschaltung aus drei Zenerdioden und einem Widerstand, welche den Drain-Anschluss mit dem Gate-Anschluss des betreffenden ersten Transistors verbindet.Since the first transistors are not dimensioned for the full, applied between the input terminal and the output terminal of the power supply voltage and when switching through the first transistor arranged at the end of the series circuit arranged at the drain-source paths of the first still locked first transistors of the remaining Circuit arrangements of the series circuit increases, the circuit arrangements each have a voltage limiting device, which the drain-source voltage of the first transistor the circuit concerned limited to a value which is smaller than the maximum allowable drain-source voltage of the first transistor. The voltage limiting device has for this purpose a series circuit of three zener diodes and a resistor which connects the drain terminal to the gate terminal of the respective first transistor.

Da beim Betrieb des Plasmas ein sogenannter ARC oder Überschlag im Plasma auftreten kann, der einen plötzlichen Anstieg des Laststroms zur Folge haben kann, weisen die einzelnen Schaltungsanordnungen jeweils eine Strombegrenzung auf, welche den Laststrom im ersten Transistor der betreffenden Schaltungsanordnung auf einen Wert begrenzt, der kleiner ist als der maximal zulässige Drain-Source-Strom des ersten Transistors. Die Strombegrenzung hat einen zweiten Transistor, dessen Basis-Emitter-Strecke parallel zu einem in den Laststrompfad geschalteten Shunt angeordnet ist. Der Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors ist über einen Widerstand mit dem Gate des ersten Transistors der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden. Wenn der Laststrom am Shunt einen Spannungsabfall bewirkt, der groß genug ist, um den Transistor durchzuschalten, fließt über den Widerstand ein Strom, der das Potential am Gate-Anschluss des ersten Transistors reduziert und damit die Leitfähigkeit der Drain-Source-Strecke des ersten Transistors herabsetzt. Dadurch wird der Laststrom begrenzt.Since during operation of the plasma a so-called ARC or flashover in the plasma can occur, which can result in a sudden increase in the load current, the individual circuit arrangements each have a current limit which limits the load current in the first transistor of the relevant circuit arrangement to a value which is smaller than the maximum allowable drain-source current of the first transistor. The current limiting has a second transistor whose base-emitter path is arranged parallel to a shunt connected in the load current path. The collector terminal of the second transistor is connected via a resistor to the gate of the first transistor of the relevant circuit arrangement. When the load current at the shunt causes a voltage drop which is large enough to turn on the transistor, a current flows through the resistor, which reduces the potential at the gate terminal of the first transistor and thus the conductivity of the drain-source path of the first transistor decreases. This limits the load current.

Ein Nachteil der Stromversorgung besteht noch darin, dass diese aufgrund des sequentiellen Schaltens der ersten Transistoren nur eine begrenzte Schaltgeschwindigkeit ermöglicht. Dies kann zu Prozessstörungen sowie Fehlern an einem mit dem Plasma zu bearbeitenden Werkstück führen, insbesondere wenn aufgrund der geringen Schaltgeschwindigkeit zu viel Energie in das Plasma eingebracht wird.A disadvantage of the power supply is that it allows only a limited switching speed due to the sequential switching of the first transistors. This can lead to process disturbances and errors on a workpiece to be machined with the plasma, in particular if too much energy is introduced into the plasma due to the low switching speed.

Ungünstig ist außerdem, dass nach dem Ausschalten des Laststroms noch ein Ruhestrom im Laststrompfad fließen muss, um den Schaltzustand zu halten. Dies kann zu Problemen bei verschiedenen Lastzuständen führen.Unfavorable is also that after switching off the load current still a quiescent current must flow in the load current path to maintain the switching state. This can lead to problems with different load conditions.

Aus der US 8 395 284 B2 ist ferner eine Stromversorgung bekannt, die mehrere in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen aufweist, die jeweils einen Eingang und einen über einen Laststrompfad damit verbundenen Ausgang sowie einen als Längsregler in den Laststrompfad geschalteten Transistor haben. Jeder der Schaltungsanordnungen hat jeweils Steueranschlüsse, an die eine Steuerspannung anlegbar ist, mittels welcher die Schaltungsanordnung zwischen einem Betriebszustand, der einen Stromfluss vom Eingang zum Ausgang ermöglicht, und einem Ruhezustand, in dem der Stromfluss unterbrochen ist, umschaltbar ist. Die Steueranschlüsse sind jeweils über ein Steuernetzwerk mit einer Ausgangswicklung eines Übertragers verbunden. Die Ausgangswicklungen der einzelnen Steuernetzwerke sind mit einer Eingangswicklung einer gemeinsamen Spannungsversorgung induktiv gekoppelt. Durch die Reihenschaltung der Schaltungsanordnungen muss die Isolation der Ausgangswicklungen für die volle Ausgangsspannung der Stromversorgung ausgelegt sein.From the US Pat. No. 8,395,284 B2 Furthermore, a power supply is known which has a plurality of series-connected circuit arrangements, each having an input and an output connected thereto via a load current path and a transistor connected as a longitudinal regulator in the load current path. Each of the circuit arrangements has respective control terminals to which a control voltage can be applied, by means of which the circuit arrangement can be switched between an operating state which allows a current flow from the input to the output and a quiescent state in which the current flow is interrupted. The control terminals are each connected via a control network to an output winding of a transformer. The output windings of the individual control networks are inductively coupled to an input winding of a common power supply. Due to the series connection of the circuit arrangements, the insulation of the output windings must be designed for the full output voltage of the power supply.

Die DE 10 2014 209 469 A1 offenbart eine Regelungsanordnung zur Leistungsregelung und/oder Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz eines Hochleistungsgenerators an die Impedanz einer Plasmaentladung.The DE 10 2014 209 469 A1 discloses a control arrangement for power regulation and / or impedance matching of the output impedance of a high power generator to the impedance of a plasma discharge.

Aus der JP 2003 125 586 A ist eine Stromversorgung zur Erzeugung eines Plasmas bekannt, die eine Anpassungsschaltung hat, die an unterschiedliche Lastimpedanzen anpassbar ist. Die Anpassungsschaltung weist eine Reihe von Isoliertransformatoren auf, die mit ihren Eingangswicklungen parallel zueinander geschaltet und mit Ausgangsanschlüssen eines Inverters verbunden sind. Die Ausgangswicklungen der Isoliertransformatoren sind in Reihe geschaltet. Daher muss die Isolation der Isoliertransformatoren für die volle Ausgangsspannung der Stromversorgung ausgelegt sein.From the JP 2003 125 586 A For example, a power supply for generating a plasma is known, which has a matching circuit that is adaptable to different load impedances. The matching circuit has a series of isolation transformers connected in parallel with their input windings and connected to output terminals of an inverter. The output windings of the isolation transformers are connected in series. Therefore, the isolation of the isolation transformers must be designed for the full output voltage of the power supply.

Aus der DD 234 974 A1 ist ein Transistor-Hochleistungsschalter bekannt, der zwei Leistungsblöcke hat, die jeweils mehrere parallel geschaltete Transistoren aufweisen. Jedem Transistor ist ein Übertrager zugeordnet, der eine Primärwicklung, einen Ferritkern und eine im Basisstromkreis des betreffenden Transistors angeordnete Sekundärwicklung hat. Die Primärwicklungen jedes Leistungsblocks sind jeweils in einem Steuerstromkreis des Leistungsblocks in Reihe geschaltet. Auch hier muss die Isolation der Übertrager auf die mit dem Hochleistungsschalter zu schaltende Spannung ausgelegt werden.From the DD 234 974 A1 For example, a transistor high-power switch is known which has two power blocks, each having a plurality of parallel-connected transistors. Each transistor is associated with a transformer having a primary winding, a ferrite core and arranged in the base circuit of the transistor in question secondary winding. The primary windings of each power block are each connected in series in a control circuit of the power block. Again, the isolation of the transformer must be designed for the voltage to be switched with the high-performance switch.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Stromversorgung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Schaltgeschwindigkeit ermöglicht und bei der im ausgeschalteten Zustand ein Ruhestrom im Laststrompfad vermieden wird. Außerdem soll die Stromversorgung einen kompakten Aufbau ermöglichen. It is therefore an object to provide a power supply of the type mentioned, which allows a high switching speed and in the off state, a quiescent current in the load current path is avoided. In addition, the power supply should allow a compact design.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese sehen vor, dass die Stromversorgung zumindest eine erste und eine zweite Hilfsspannungsquelle aufweist, die jeweils Eingangsanschlüsse für eine Wechselspannung und Ausgangsanschlüsse für eine mittels einer Gleichrichterschaltung aus der Wechselspannung erzeugte Steuerspannung aufweist, dass die Ausgangsanschlüsse der ersten Hilfsspannungsquelle mit den Steueranschlüssen mindestens einer ersten Schaltungsanordnung und die Ausgangsanschlüsse der zweiten Hilfsspannungsquelle mit den Steueranschlüssen mindestens einer zweiten Schaltungsanordnung verbunden sind, dass jede Hilfsspannungsquelle jeweils einen Steuersignaleingang zum Anlegen eines Steuersignals hat und derart ausgestaltet ist, dass die Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Steuersignal an den Ausgangsanschlüssen der betreffenden Hilfsspannungsquelle aktivierbar und deaktivierbar ist, dass die Stromversorgung eine Kettenschaltung hat, die zumindest einen ersten und einen zweiten Übertrager umfasst, der jeweils eine Eingangswicklung und eine induktiv damit gekoppelte Ausgangswicklung hat, dass Wicklungsanschlüsse der Eingangswicklung des ersten Übertragers der Kettenschaltung mit einer Wechselspannungsquelle und Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung des ersten Übertragers mit den Eingangsanschlüssen der ersten Hilfsspannungsquelle sowie Wicklungsanschlüssen der Eingangswicklung eines zweiten Übertragers der Kettenschaltung verbunden sind, dass Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung des zweiten Übertragers mit den Eingangsanschlüssen der zweiten Hilfsspannungsquelle verbunden sind, dass die Stromversorgung einen Koppler aufweist, der einen Eingang und einen galvanisch davon getrennten Ausgang für ein veränderliches Steuersignal hat, und dass der Eingang mit einem Steuersignalgeber in Steuerverbindung steht und mit dem Steuersignaleingang der ersten Hilfsspannungsquelle verbunden ist, und dass der Ausgang mit dem Steuersignaleingang der zweiten Hilfsspannungsquelle verbunden ist.This object is achieved with the features of claim 1. These provide that the power supply has at least a first and a second auxiliary voltage source, each having input terminals for an AC voltage and output terminals for a generated by means of a rectifier circuit from the AC voltage control voltage that the output terminals of the first auxiliary voltage source with the Control terminals of at least a first circuit arrangement and the output terminals of the second auxiliary voltage source are connected to the control terminals of at least one second circuit arrangement, that each auxiliary voltage source each having a control signal input for applying a control signal and is configured such that the control voltage in response to the control signal at the output terminals of the respective Auxiliary voltage source can be activated and deactivated, that the power supply has a derailleur comprising at least a first and a second transformer, each having an input winding and an inductively coupled output winding, that winding terminals of the input winding of the first transformer of the derailleur with an AC voltage source and winding terminals of Output winding of the first transformer with the input terminals of the first auxiliary voltage source and winding terminals of the Input winding of a second transformer of the derailleur are connected, that winding terminals of the output winding of the second transformer are connected to the input terminals of the second auxiliary voltage source, that the power supply comprises a coupler having an input and a galvanically separated therefrom output for a variable control signal, and that Input is in control connection with a control signal generator and is connected to the control signal input of the first auxiliary voltage source, and that the output is connected to the control signal input of the second auxiliary voltage source.

In vorteilhafter Weise müssen aufgrund der durch die Übertrager und den Koppler gebildeten aktiven Kettenschaltung nur die Eingangs- und Ausgangswicklungen des ersten Übertragers der Kettenschaltung gegen die volle an dem Laststrompfad und der damit in Reihe geschalteten Last abfallende Hochspannung isoliert werden. Der mindestens eine weitere Übertrager der Kettenschaltung muss dagegen nur gegen die an der ihm zugeordneten Schaltungsanordnung abfallende Spannung isoliert werden. Diese ermöglicht kleine Isolationsabstände und somit einen platzsparenden Aufbau der Stromversorgung.Advantageously, due to the active derailleur formed by the transformers and the coupler, only the input and output windings of the first transformer of the derailleur must be isolated from the full high voltage dropped across the load current path and the load connected in series therewith. On the other hand, the at least one further transformer of the derailleur must only be isolated from the voltage dropping across its associated circuitry. This allows small insulation distances and thus a space-saving construction of the power supply.

Da das den Schaltvorgang der ersten Transistoren auslösende Steuersignal über den Koppler oder - wenn die Stromversorgung mehr als zwei Hilfsspannungsquellen bzw. mehr als zwei in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen aufweist - über eine Reihenschaltung aus mehreren in Reihe geschalteten Kopplern schnell an die Steuereingänge angelegt werden kann, tritt beim Schalten des Laststroms zwischen den an den Gate-Anschlüssen der in Reihe geschalteten ersten Transistoren anliegenden Gatespannungen nur eine sehr geringe Phasen- bzw. Signalverschiebung auf. Dies ermöglicht ein schnelles Ein- und Ausschalten des Laststroms.Since the control signal triggering the switching operation of the first transistors can be applied via the coupler or, if the power supply has more than two auxiliary voltage sources or more than two series-connected circuit arrangements, to the control inputs via a series connection of several series-connected couplers When switching the load current between the voltage applied to the gate terminals of the series-connected first transistors gate voltages only a very small phase or signal shift. This allows a fast switching on and off of the load current.

Dadurch, dass die zum Ein- und Ausschalten des Laststroms benötigten Steuerspannungen von Hilfsspannungsquellen erzeugt werden, die von einer vom Stromfluss in dem Laststrompfad unabhängigen Wechselspannungsquelle gespeist werden, ermöglicht die Stromversorgung ein vollständiges Abschalten des Laststroms. Ein Ruhestrom im Laststrompfad wird vermieden.The fact that the control voltages required for switching the load current on and off are generated by auxiliary voltage sources, which are fed by an AC voltage source independent of the current flow in the load current path, enables the power supply to completely switch off the load current. A quiescent current in the load current path is avoided.

Bei Bedarf kann der Steuersignalgeber in eine der in Reihe geschalteten Schaltungsanordnungen integriert sein und insbesondere galvanisch leitend mit Bauelementen dieser Schaltungsanordnung verbunden sein. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Steuersignalgeber ein Monoflop aufweist, das beim Detektieren eines Überstroms im Laststrompfad getriggert wird, um den Laststrom für ein vorbestimmte Zeitdauer abzuschalten. Hierdurch kann beim Auftreten eines ARC in dem von der Stromversorgung gespeisten Plasma, Lichtbogen oder Elektronenstrahl der Energieeintrag in das Plasma, den Lichtbogen bzw. den Elektronenstrahl reduziert werden.If required, the control signal generator can be integrated into one of the series-connected circuit arrangements and, in particular, can be connected in an electrically conductive manner to components of this circuit arrangement. For example, it is conceivable that the control signal generator has a monoflop, which is triggered upon detection of an overcurrent in the load current path in order to switch off the load current for a predetermined period of time. As a result, when an ARC occurs in the plasma, arc or electron beam fed by the power supply, the energy input into the plasma, the arc or the electron beam can be reduced.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Steuersignaleingang der ersten Hilfsspannungsquelle indirekt über einen weiteren Koppler mit dem Steuersignalgeber verbunden ist, wobei der weitere Koppler einen mit dem Steuersignalgeber verbundenen Eingang und einen galvanisch davon getrennten Ausgang hat, der mit dem Steuersignaleingang der ersten Hilfsspannungsquelle verbunden ist. Der Steuersignalgeber ist dann über den weiteren Koppler galvanisch gegen die an dem Laststrompfad und der damit in Reihe geschalteten Last abfallende Hochspannung isoliert. Dadurch ist es möglich, den Laststrom auf einfache Weise mittels eines externen Signals ein- oder auszuschalten.In a preferred embodiment of the invention, the control signal input of the first auxiliary voltage source is indirectly connected via a further coupler to the control signal generator, wherein the further coupler has an input connected to the control signal generator and a galvanically separate output, which is connected to the control signal input of the first auxiliary voltage source , The control signal generator is then galvanically isolated via the further coupler against the high voltage dropping across the load current path and the load connected in series therewith. This makes it possible to turn on or off the load current in a simple manner by means of an external signal.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Koppler als Optokoppler ausgestaltet. Dies ermöglicht geringe Laufzeiten in der Signalübertragung zwischen dem Steuersignalgeber und dem Steuersignaleingang und somit ein schnelles Schalten des Laststroms. Außerdem ergeben sich kompakte Abmessungen der Koppler.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one coupler is designed as an optocoupler. This allows low transit times in the signal transmission between the control signal generator and the control signal input and thus a fast switching of the load current. In addition, compact dimensions of the coupler arise.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Transistor als Feldeffekttransistor mit einem Drain-, einem Source- und einem Gate-Anschluss ausgebildet ist, dass die Strombegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen jeweils einen zweiten Transistor aufweisen, der einen Stromeingang, einen Stromausgang und einen Steuereingang hat, dass der Drain-Anschluss mit dem Eingang der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden ist, der Gate-Anschluss mit dem Stromeingang des zweiten Transistors und der Stromausgang des zweiten Transistors mit dem Ausgang der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden ist, dass die Strombegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen jeweils eine Stromsenke mit einem Stromeingangsanschluss und einem Stromausgangsanschluss aufweist, dass der Stromeingangsanschluss mit dem Source-Anschluss des ersten Transistors der betreffenden Schaltungsanordnung und der Stromausgangsanschluss mit dem Stromeingang des zweiten Transistors der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden ist, und dass die Stromsenke über eine Rückkopplung derart mit dem Gate-Anschluss des ersten Transistors der betreffenden Schaltungsanordnung in Steuerverbindung steht, dass bei einem Anstieg des vom Source-Anschluss über die Stromsenke zum Ausgang der Schaltungsanordnung fließenden Stroms das Potential am Gate-Anschluss des ersten Transistors im Sinne einer Abnahme der Leitfähigkeit der Drain-Source-Strecke des ersten Transistors verändert wird. Dies ermöglicht einen einfachen und robusten Aufbau der Stromversorgung.In a development of the invention, it is provided that the first transistor is designed as a field-effect transistor with a drain, a source and a gate connection, that the current-limiting devices of the circuit arrangements each have a second transistor having a current input, a current output and a control input that has the drain connection with the input of the relevant circuit is connected, the gate terminal is connected to the current input of the second transistor and the current output of the second transistor to the output of the respective circuit arrangement that the current limiting means of the circuit arrangements each having a current sink with a current input terminal and a current output terminal that the current input terminal to the source -Connection of the first transistor of the circuit in question and the current output terminal is connected to the current input of the second transistor of the circuit in question, and that the current sink is so in feedback control via a feedback to the gate terminal of the first transistor of the circuit in question, that at an increase the current flowing from the source terminal via the current sink to the output of the circuit, the potential at the gate terminal of the first transistor in the sense of a decrease in the conductivity of the drain-S ource range of the first transistor is changed. This allows a simple and robust construction of the power supply.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Transistor jeder Schaltungsanordnung jeweils ein Verarmungstyp-Feldeffekttransistor. Dadurch leitet dieser, wenn keine Spannung zwischen Drain- und Gate-Anschluss anliegt. Somit benötigen die Schaltungsanordnungen keinen Widerstand zwischen Drain- und Gate-Anschluss, d.h. während des Stromflusses durch die Drain-Source-Strecke des ersten Transistors liegt nur eine entsprechend geringe Drain-Source-Spannung am ersten Transistor an. In vorteilhafter Weise tritt an der Schaltungsanordnung dadurch während des Betriebs nur eine geringe Verlustleistung auf. Der Wegfall Widerstands zwischen Drain- und Gate-Anschluss ermöglicht insbesondere bei einer Stromversorgung, bei der mit den Schaltungsanordnungen hohe Spannungen geschaltet werden sollen, einen platzsparenden Aufbau der einzelnen Schaltungsanordnungen.In a preferred embodiment of the invention, the first transistor of each circuit arrangement is a depletion mode field effect transistor. As a result, it conducts when there is no voltage between the drain and gate connections. Thus, the circuitry does not require a resistor between drain and gate, i. during the current flow through the drain-source path of the first transistor, only a correspondingly low drain-source voltage is applied to the first transistor. Advantageously, only a small power loss occurs during operation on the circuit arrangement. The elimination of resistance between drain and gate connection makes possible a space-saving construction of the individual circuit arrangements, in particular in the case of a power supply in which high voltages are to be switched with the circuit arrangements.

Der Verarmungstyp-Feldeffekttransistor hat außerdem den Vorteil, dass bei einem Anstieg des Stromflusses durch den ersten Transistor eine Gegenkopplung auftritt, die eine schnelle Begrenzung des Laststromes ermöglicht. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines Lichtbogens, Plasmas oder Elektronenstrahls wird dadurch ein geringer und gleichmäßiger Energieeintrag in den Prozess und somit ein gutes und störstellenfreies Bearbeitungsergebnis ermöglicht. Durch die schnelle Begrenzung des Laststromes können außerdem im praktischen Betrieb EMV-Störungen in Regel-, Schnittstellen- und Steuerschaltkreisen, die mit der Schaltungsanordnung zusammenwirken oder räumlich zu dieser benachbart sind, weitestgehend vermieden. Dies ermöglicht eine sichere Prozessführung.The depletion-type field-effect transistor also has the advantage that negative feedback occurs when the current flow through the first transistor increases, allowing for a fast limitation of the load current. When using the circuit arrangement according to the invention for the power supply of an arc, plasma or electron beam, thereby a low and uniform energy input into the process and thus a good and trouble-free processing result is possible. Due to the rapid limitation of the load current, EMC interference in control, interface and control circuits, which interact with the circuit arrangement or are spatially adjacent thereto, can also be largely avoided in practical operation. This enables secure process management.

Vorteilhaft ist, wenn die Spannungsbegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen jeweils einen ersten Strompfad aufweisen, über den der Gate-Anschluss der betreffenden Schaltungsanordnung mit dem Source-Anschluss der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden ist, und wenn der erste Strompfad derart ausgestaltet ist, dass an ihm bei einem Stromfluss ein Spannungsabfall auftritt. Bei einem Stromfluss über die Stromeingang-Stromausgang-Strecke des zweiten Transistors tritt dann ein Spannungsabfall am ersten Strompfad auf, der die zum Begrenzen des Laststroms benötigte Gate-Source-Spannung für den ersten Transistors erzeugt.It is advantageous if the voltage limiting devices of the circuit arrangements each have a first current path, via which the gate terminal of the relevant circuit arrangement is connected to the source terminal of the relevant circuit arrangement, and if the first current path is configured such that it is connected to it during a current flow Voltage drop occurs. When current flows through the current input current output path of the second transistor, a voltage drop then occurs at the first current path, which generates the gate-source voltage required for limiting the load current for the first transistor.

Zweckmäßigerweise ist in dem ersten Strompfad ein erster elektrischer Widerstand angeordnet ist, wobei vorzugsweise parallel zu dem Widerstand eine erste Zenerdiode geschaltet ist. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Schaltungsaufbau.Conveniently, in the first current path, a first electrical resistance is arranged, wherein preferably a first Zener diode is connected in parallel to the resistor. This allows a simple and inexpensive circuit construction.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Spannungsbegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen jeweils einen zweiten Strompfad auf, über den der Gate-Anschluss der betreffenden Schaltungsanordnung mit dem Drain-Anschluss der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden ist, wobei in dem zweiten Strompfad eine Zenerdiode und gegebenenfalls ein mit dieser in Reihe geschalteter zweiter elektrischer Widerstand angeordnet ist. Wenn der erste Transistor ein n-Kanal Feldeffekttransistor ist, wird die Zenerspannung der Zehnerdiode so dimensioniert, dass beim Auftreten einer hohen Spannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schaltungsanordnung die Zenerdiode durchschaltet. Dies verursacht einen Stromfluss in dem zweiten Strompfad, der einen Potentialanstieg am Gate-Anschluss des ersten Transistors bewirkt. Dadurch nimmt die Leitfähigkeit der Drain-Source-Strecke ab und die Drain-Source-Spannung des ersten Transistors wird begrenzt.In a preferred embodiment of the invention, the voltage limiting devices of the circuit arrangements each have a second current path, via which the gate terminal of the relevant circuit arrangement is connected to the drain terminal of the relevant circuit arrangement, wherein in the second current path a zener diode and optionally one with this in Row connected second electrical resistance is arranged. When the first transistor is an n-channel field effect transistor, the zener voltage of the diode of ten is dimensioned such that when a high voltage occurs between the input and the output of the circuit, the zener diode turns on. This causes a current flow in the second current path which causes a potential rise at the gate terminal of the first transistor. As a result, the conductivity of the drain-source path decreases and the drain-source voltage of the first transistor is limited.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Strombegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen jeweils einen dritten elektrischen Widerstand auf, über den der Gate-Anschluss mit dem Stromeingang des zweiten Transistors der betreffenden Schaltungsanordnung verbunden ist, wobei zu dem dritten Widerstand ein Kondensatorelement parallel geschaltet ist. Durch den Kondensator kann der Laststrom mit hoher Dynamik begrenzt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the current limiting devices of the circuit arrangements each have a third electrical resistance, via which the gate terminal is connected to the current input of the second transistor of the relevant circuit arrangement, to the third resistor, a capacitor element is connected in parallel. By the capacitor, the load current can be limited with high dynamics.

Bei Bedarf kann mindesten eine Induktivität in den Laststrompfad und/oder mit diesem in Reihe geschaltet sein. Bei Simulationen wurde festgestellt, dass der Strom aufgrund der Miller-Kapazität zwischen Drain- und Source-Anschluss mehrere Ampere betragen kann. Durch die Induktivität(en) wird die Stromanstiegsgeschwindigkeit und damit der Laststrom begrenzt. Um Schwingungen zu vermeiden, sollte parallel zu der mindestens einen Induktivität eine Freilaufdiode geschaltet sein,.If necessary, at least one inductor may be connected in series with the load current path and / or with it. In simulations, it was found that the current Capacitance between drain and source terminal can be several amperes. Due to the inductance (s), the current slew rate and thus the load current is limited. In order to avoid vibrations, a freewheeling diode should be connected in parallel with the at least one inductance.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Stromversorgung, die mehrere in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen zum Schalten von hohen Spannungen aufweist,
  • 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Stromversorgung,
  • 3 ein Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels der Stromversorgung, wobei die Stromversorgung mit einer Hochspannungsquelle und einer Last verbunden sind,
  • 4 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer Stromversorgung, wobei die Stromversorgung mit einer Hochspannungsquelle und einer Last verbunden sind,
  • 5 ein detailliertes Schaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels der Stromversorgung und
  • 6 eine vergrößerte Teilansicht der in 5 gezeigten Stromversorgung.
Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. It shows:
  • 1 a block diagram of a first embodiment of a power supply having a plurality of series-connected switching circuits for switching high voltages,
  • 2 a block diagram of a second embodiment of the power supply,
  • 3 a block diagram of the second embodiment of the power supply, wherein the power supply are connected to a high voltage source and a load,
  • 4 a block diagram of a third embodiment of a power supply, wherein the power supply is connected to a high voltage source and a load,
  • 5 a detailed circuit diagram of the second embodiment of the power supply and
  • 6 an enlarged partial view of the in 5 shown power supply.

Eine in 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete Stromversorgung zum Betreiben eines Plasmas weist mehrere in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen 2 zum Schalten von hohen Spannungen auf, von denen in den 1 bis 5 der Übersichtlichkeit halber jeweils nur drei dargestellt sind. Jede Schaltungsanordnungen 2 hat jeweils einen Eingang 3 und einen über einen Laststrompfad 4 damit verbundenen Ausgang 5, einen als Längsregler in den Laststrompfad 4 geschalteten ersten Transistor 6, eine Spannungsbegrenzungseinrichtung mit einer Spannungsüberwachungseinrichtung 7 zur Überwachung der in dem Laststrompfad 4 am ersten Transistor 6 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 abfallenden Spannung sowie eine Strombegrenzungseinrichtung mit einer Stromüberwachungseinrichtung 8 zur Überwachung des Laststroms im ersten Transistor 6. Wie in 1 erkennbar ist, ist der erste Transistor 6 ist als Feldeffekttransistor mit einem Drain-Anschluss 6D, einem Source-Anschluss 6S und einem Gate-Anschluss 6G ausgebildet.An in 1 as a whole denoted by 1 power supply for operating a plasma has a plurality of series-connected circuitry 2 for switching high voltages, of which in the 1 to 5 for clarity, only three are shown. Every circuit arrangement 2 each has an entrance 3 and one via a load current path 4 associated output 5 , as a longitudinal regulator in the load current path 4 switched first transistor 6 , a voltage limiting device with a voltage monitoring device 7 for monitoring in the load current path 4 at the first transistor 6 the relevant circuit arrangement 2 decreasing voltage and a current limiting device with a current monitoring device 8th for monitoring the load current in the first transistor 6 , As in 1 is recognizable, is the first transistor 6 is as a field effect transistor with a drain connection 6D , a source connection 6S and a gate terminal 6G educated.

Außerdem hat jede Schaltungsanordnung 2 jeweils Steueranschlüsse 9, 10, an die eine Steuerspannung anlegbar ist, mittels welcher die Schaltungsanordnung 2 zwischen einem Betriebszustand und einem Ruhezustand umschaltbar ist. Im Betriebszustand ermöglichen die Schaltungsanordnungen 2 jeweils einen Stromfluss vom Eingang 3 über die Drain-Source-Strecke ihres ersten Transistors 6 zum Ausgang 4 der betreffenden Schaltungsanordnung 2. Im Ruhezustand ist der erste Transistor 6 gesperrt, um den Stromfluss im Laststrompfad 4 zu unterbrechen.In addition, each circuit has 2 each control terminals 9 . 10 to which a control voltage can be applied, by means of which the circuit arrangement 2 can be switched between an operating state and a rest state. In operation, the circuit arrangements allow 2 each a current flow from the input 3 via the drain-source path of its first transistor 6 to the exit 4 the relevant circuit arrangement 2 , At rest, the first transistor 6 locked to the current flow in the load current path 4 to interrupt.

Die Stromversorgung 1 weist für jede Schaltungsanordnung 2 jeweils eine Hilfsspannungsquelle 11 auf, die jeweils Eingangsanschlüsse 12 für eine Wechselspannung und Ausgangsanschlüsse 13, 14 für eine mittels einer Gleichrichterschaltung 15 aus der Wechselspannung erzeugte Steuerspannung hat.The power supply 1 indicates for each circuit arrangement 2 one auxiliary voltage source each 11 on, each input terminals 12 for an AC voltage and output terminals 13 . 14 for one by means of a rectifier circuit 15 has generated from the AC voltage control voltage.

Die Ausgangsanschlüsse 13, 14 einer ersten Hilfsspannungsquelle 11 sind mit den Steueranschlüssen 9, 10 einer ersten Schaltungsanordnung 2 und die Ausgangsanschlüsse 13, 14 einer zweiten Hilfsspannungsquelle 11 sind mit den Steueranschlüssen 9, 10 einer zweiten Schaltungsanordnung 2 verbunden. In entsprechender Weise sind die Ausgangsanschlüsse 13, 14 einer dritten Hilfsspannungsquelle 11 mit den Steueranschlüssen 9, 10 einer dritten Schaltungsanordnung 2 der Reihenschaltung verbunden usw.The output connections 13 . 14 a first auxiliary voltage source 11 are with the control terminals 9 . 10 a first circuit arrangement 2 and the output terminals 13 . 14 a second auxiliary voltage source 11 are with the control terminals 9 . 10 a second circuit arrangement 2 connected. Similarly, the output terminals 13 . 14 a third auxiliary voltage source 11 with the control terminals 9 . 10 a third circuit arrangement 2 connected in series, etc.

Zum Anlegen eines Steuersignals hat jede Hilfsspannungsquelle 11 jeweils einen Steuersignaleingang 16. Die Hilfsspannungsquellen 11 sind jeweils derart ausgestaltet, dass die Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Steuersignal an den Ausgangsanschlüssen 13, 14 der betreffenden Hilfsspannungsquelle 11 aktivierbar bzw. deaktivierbar ist.To generate a control signal, each auxiliary voltage source 11 one control signal input each 16 , The auxiliary voltage sources 11 are each configured such that the control voltage in response to the control signal at the output terminals 13 . 14 the relevant auxiliary voltage source 11 can be activated or deactivated.

Wie in 1 erkennbar ist, hat die Stromversorgung 1 eine erste Kettenschaltung, die eine der Anzahl der Hilfsspannungsquellen 11 entsprechende Anzahl von Übertragern aufweist. Jeder Übertrager hat jeweils eine Eingangswicklung 17 und eine induktiv damit gekoppelte Ausgangswicklung 18, die von der Eingangswicklung 17 galvanisch getrennt ist. Die Wicklungsanschlüsse der Eingangswicklung 17 eines ersten Übertragers der ersten Kettenschaltung sind mit einer Wechselspannungsquelle 19 verbunden. Die Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung 18 des ersten Übertragers sind mit den Eingangsanschlüssen 12 der ersten Hilfsspannungsquelle 11, die Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung 18 eines zweiten Übertragers sind mit den Eingangsanschlüssen 12 der zweiten Hilfsspannungsquelle 11 und die Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung 18 eines dritten Übertragers sind mit den Eingangsanschlüssen 12 der dritten Hilfsspannungsquelle 11 verbunden usw.As in 1 is recognizable, has the power supply 1 a first derailleur, which is one of the number of auxiliary voltage sources 11 corresponding number of transformers. Each transformer has one input winding each 17 and an inductively coupled output winding 18 coming from the input winding 17 is galvanically isolated. The winding terminals of the input winding 17 a first transformer of the first derailleur are connected to an AC voltage source 19 connected. The winding terminals of the output winding 18 of the first transformer are connected to the input terminals 12 the first auxiliary voltage source 11 , the winding terminals of the output winding 18 of a second transformer are connected to the input terminals 12 the second auxiliary voltage source 11 and the winding terminals of the output winding 18 of a third transformer are connected to the input terminals 12 the third auxiliary voltage source 11 connected etc.

Die Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung 18 des ersten Übertragers sind außerdem mit Wicklungsanschlüssen der Eingangswicklung 17 des zweiten Übertragers verbunden. In entsprechender Weise sind die Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung 18 des zweiten Übertragers sind mit Wicklungsanschlüssen der Eingangswicklung 17 des dritten Übertragers der Kettenschaltung verbunden usw.The winding terminals of the output winding 18 the first transmitter are also with Winding terminals of the input winding 17 connected to the second transformer. Likewise, the winding terminals are the output winding 18 of the second transformer are with winding terminals of the input winding 17 the third transformer of the derailleur connected, etc.

Die Stromversorgung 1 hat außerdem eine zweite Kettenschaltung, die eine Anzahl von Kopplern 20 aufweist, die um eins kleiner ist als die Anzahl der Hilfsspannungsquellen 11. Die Koppler 20 sind jeweils als Optokoppler ausgestaltet, die einen Eingang 21 und einen galvanisch davon getrennten Ausgang 22 für ein veränderliches Steuersignal haben.The power supply 1 also has a second derailleur, which has a number of couplers 20 which is one less than the number of auxiliary voltage sources 11 , The couplers 20 are each configured as an optocoupler having an input 21 and a galvanically separated output 22 for a variable control signal.

Ein Steuersignalgeber 23 ist mit dem Eingang 21 eines ersten Kopplers 20 und dem Steuersignaleingang 16 der ersten Hilfsspannungsquelle 11 verbunden. Der Eingang 22 eines zweiten Kopplers 20 der zweiten Kettenschaltung ist mit Ausgang des ersten Kopplers 20 und dem Steuersignaleingang 16 der zweiten Hilfsspannungsquelle 11 verbunden. In entsprechender Weise ist der Eingang 22 eines dritten Kopplers 20 ist mit Ausgang des zweiten Kopplers 20 und dem Steuersignaleingang 16 der dritten Hilfsspannungsquelle 11 verbunden usw.A control signal generator 23 is with the entrance 21 a first coupler 20 and the control signal input 16 the first auxiliary voltage source 11 connected. The entrance 22 a second coupler 20 the second derailleur is connected to the output of the first coupler 20 and the control signal input 16 the second auxiliary voltage source 11 connected. In the same way is the entrance 22 a third coupler 20 is with output of the second coupler 20 and the control signal input 16 the third auxiliary voltage source 11 connected etc.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Steuersignalgeber 23 ein nicht näher dargestelltes Monoflop auf, das derart beschaltet ist, dass es beim Auftreten eines Stroms, der für einen Überschlag im Plasma typisch ist, getriggert wird. Dabei wechselt das Monoflop von einem aktiven Zustand in einen inaktiven Zustand. Nach Ablauf einer Zeitdauer, die mit dem Trigger-Ereignis in Gang gesetzt wird, fällt das Monoflop selbständig in den aktiven Zustand zurück.At the in 1 embodiment shown, the control signal generator 23 a monoflop not shown in detail, which is connected so that it is triggered upon the occurrence of a current that is typical for a flashover in the plasma. The monoflop changes from an active state to an inactive state. After a period of time that is triggered by the trigger event, the monoflop returns automatically to the active state.

Die Spannungsüberwachungseinrichtung 7, die Stromüberwachungseinrichtung 8 und der Steuersignalgeber 23 stehen über eine in 1 nur schematisch dargestellte Verknüpfungseinrichtung 24 mit dem Gate-Anschluss 6G des ersten Transistors 6 in Steuerverbindung. Die Verknüpfungseinrichtung 24 ist derart ausgestaltet, dass ein von der Spannungsüberwachungseinrichtung bereitgestelltes Spannungsüberwachungssignal bei der Ansteuerung des ersten Transistors 6 die höchste Priorität, ein von der Stromüberwachungseinrichtung 8 bereitgestelltes Spannungsüberwachungssignal die zweithöchste Priorität und ein vom Steuersignalgeber 23 bereitgestelltes Signal die niedrigste Priorität hat.The voltage monitoring device 7 , the current monitoring device 8th and the control signal generator 23 stand over one in 1 only schematically illustrated linking device 24 with the gate connection 6G of the first transistor 6 in control connection. The linking device 24 is configured such that a voltage monitoring signal provided by the voltage monitoring device when driving the first transistor 6 the highest priority, one from the power monitoring device 8th provided voltage monitoring signal, the second highest priority and one from the control signal generator 23 provided signal has the lowest priority.

Mit Hilfe der Spannungsüberwachungseinrichtung 7 wird die an der Source-Drain-Strecke des ersten Transistors 6 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 abfallende Spannung gemessen. Wenn die Spannung einen vorbestimmten Spannungsgrenzwert überschreitet, welcher der maximal zulässigen Source-Drain-Spannung des ersten Transistors 6 entspricht oder kleiner ist als diese, wird die Gate-Source-Spannung des ersten Transistors 6 im Sinne eines Öffnens bzw. Durchschalten des ersten Transistors 6 verändert.With the help of the voltage monitoring device 7 becomes the at the source-drain path of the first transistor 6 the relevant circuit arrangement 2 decreasing voltage measured. When the voltage exceeds a predetermined voltage limit, which is the maximum allowable source-drain voltage of the first transistor 6 is equal to or smaller than this, the gate-source voltage of the first transistor 6 in the sense of opening or switching through the first transistor 6 changed.

Mit Hilfe der Stromüberwachungseinrichtung 8 wird der Strom im Laststrompfad 4 gemessen. Wenn der Strom einen vorbestimmten Stromgrenzwert überschreitet, welcher dem maximal zulässigen Source-Drain-Strom des ersten Transistors 6 entspricht oder kleiner ist als dieser, und die Drain-Source-Spannung des ersten Transistors 6 den vorbestimmten Spannungsgrenzwert nicht überschreitet, wird die Gatespannung des ersten Transistors 6 im Sinne eines Sperrens des ersten Transistors 6 verändert.With the help of the current monitoring device 8th the current becomes in the load current path 4 measured. When the current exceeds a predetermined current limit, which is the maximum allowable source-drain current of the first transistor 6 is equal to or smaller than this, and the drain-source voltage of the first transistor 6 does not exceed the predetermined voltage limit, the gate voltage of the first transistor 6 in the sense of blocking the first transistor 6 changed.

Während sich der Steuersignalgeber 23 im inaktiven Zustand befindet und die Drain-Source-Spannung des ersten Transistors 6 den vorbestimmten Spannungsgrenzwert nicht überschreitet, wird eine Gatespannung an den ersten Transistor 6 angelegt, die derart gewählt ist, dass der erste Transistor 6 sperrt. Dadurch wird die Energiezufuhr zum Plasma vorübergehend unterbrochen.While the control signal generator 23 is in the inactive state and the drain-source voltage of the first transistor 6 does not exceed the predetermined voltage limit, a gate voltage is applied to the first transistor 6 applied, which is selected such that the first transistor 6 locks. As a result, the power supply to the plasma is temporarily interrupted.

Wenn sich der Steuersignalgeber 23 im aktiven Zustand befindet und die Source-Drain-Spannung des ersten Transistors 6 kleiner ist als der vorbestimmte Spannungsgrenzwert und der Strom im Laststrompfad kleiner ist als der Stromgrenzwert, wird die Gatespannung des ersten Transistors 6 derart eingestellt, dass der Laststrom einen vorbestimmten Betriebsstromwert aufweist.When the control signal generator 23 is in the active state and the source-drain voltage of the first transistor 6 is smaller than the predetermined voltage limit and the current in the load current path is smaller than the current limit, becomes the gate voltage of the first transistor 6 set such that the load current has a predetermined operating current value.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden der Steuersignalgeber 23 und die Koppler 20 aus der ersten Hilfsspannungsquelle 11 mit Strom versorgt.At the in 1 embodiment shown are the control signal generator 23 and the couplers 20 from the first auxiliary voltage source 11 powered.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steuersignaleingang 16 der ersten Hilfsspannungsquelle 11 indirekt über einen weiteren Koppler 20', der ebenfalls als Optokoppler ausgestaltet ist, mit dem Steuersignalgeber 23 verbunden. Der weitere Koppler 20' ist mit seinem Eingang 21' mit dem Steuersignalgeber 23 und mit seinem Ausgang 22' mit dem Steuersignaleingang 16 der ersten Hilfsspannungsquelle 11 sowie dem Eingang 21 des ersten Kopplers 20 verbunden. Der weitere Koppler 20' ist also mit den Kopplern 20 der zweiten Kettenschaltung in Reihe geschaltet und isoliert den Steuersignalgeber 23 galvanisch gegenüber den Schaltungsanordnungen 2.At the in 2 embodiment shown is the control signal input 16 the first auxiliary voltage source 11 indirectly via another coupler 20 ' , which is also designed as an optocoupler, with the control signal generator 23 connected. The further coupler 20 ' is with his entrance 21 ' with the control signal generator 23 and with his exit 22 ' with the control signal input 16 the first auxiliary voltage source 11 as well as the entrance 21 of the first coupler 20 connected. The further coupler 20 ' So it's with the couplers 20 the second derailleur connected in series and isolates the control signal generator 23 galvanically opposite the circuit arrangements 2 ,

3 zeigt eine Anwendung der in 2 abgebildeten Stromversorgung 1, bei der die Stromversorgung einen ersten Laststromanschluss 25 und einen zweiten Laststromanschluss 26 aufweist, welche über die in Reihe geschalteten Schaltungsanordnungen 2 miteinander verbunden sind. An dem ersten Laststromanschluss 25 ist ein erster Pol einer Hochspannungsquelle 27 angeschlossen, deren zweiter Pol über eine Last 28, die z.B. ein Plasma, ein Lichtbogen oder ein Elektronenstrahl sein kann, mit dem zweiten Laststromanschluss 26 verbunden ist. Da der zweite Pol der Hochspannungsquelle 27 geerdet ist, liegt am ersten Laststromanschluss 25 bzw. am Eingang 3 der ersten Schaltungsanordnung 2 die volle Spannung der Hochspannungsquelle 27 an. Gegen diese ist der Signalgeber 23 durch den Koppler 20' elektrisch isoliert. 3 shows an application of in 2 pictured power supply 1 in which the power supply is a first load power connection 25 and a second load power connection 26 which, via the series-connected circuitry 2 connected to each other. At the first load current connection 25 is a first pole of a high voltage source 27 connected, whose second pole via a load 28 , which may be eg a plasma, an arc or an electron beam, with the second load current connection 26 connected is. Because the second pole of the high voltage source 27 is grounded, is located at the first load current connection 25 or at the entrance 3 the first circuit arrangement 2 the full voltage of the high voltage source 27 at. Against this is the signal generator 23 through the coupler 20 ' electrically isolated.

Bei der in 4 abgebildeten Anwendung ist der erste Laststromanschluss 25 geerdet. Dadurch kann der Koppler 20' entfallen. Der Signalgeber 23 ist galvanisch leitend mit dem Steuersignaleingang 16 der ersten Hilfsspannungsquelle 11 verbunden.At the in 4 pictured application is the first load current connection 25 grounded. This allows the coupler 20 ' omitted. The signal generator 23 is galvanically conductive with the control signal input 16 the first auxiliary voltage source 11 connected.

In 5 ist das in 2 abgebildete Ausführungsbeispiel detaillierter dargestellt. Bei den ersten Transistor 6 handelt es sich jeweils um n-Kanal Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp. Wie in 6 erkennbar ist, ist der Drain-Anschluss 6D des ersten Transistors 6 jeweils mit dem Eingang 3 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 und der Source-Anschluss 6S ist über eine nicht ideale Stromsenke mit dem Ausgang 3 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 verbunden.In 5 is that in 2 illustrated embodiment shown in more detail. At the first transistor 6 each are depletion mode n-channel field effect transistors. As in 6 is recognizable, is the drain connection 6D of the first transistor 6 each with the entrance 3 the relevant circuit arrangement 2 and the source port 6S is about a non-ideal current sink with the output 3 the relevant circuit arrangement 2 connected.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtungen 7 der Schaltungsanordnungen 2 weisen jeweils einen ersten Strompfad auf, über den der Gate-Anschluss 6G der betreffenden Schaltungsanordnung 2 mit dem Source-Anschluss 6S der betreffenden Schaltungsanordnung 2 verbunden ist. Der erste Strompfad ist derart ausgestaltet ist, dass an ihm bei einem Stromfluss ein Spannungsabfall auftritt. In dem ersten Strompfad sind ein erster Widerstand 29 und eine erste Zenerdiode 30 parallel zueinander geschaltet. Dabei ist die Anode der erste Zenerdiode 30 mit dem Gate-Anschluss 6G und die Kathode mit dem Source-Anschluss 6S verbunden.The voltage limiting devices 7 the circuit arrangements 2 each have a first current path through which the gate terminal 6G the relevant circuit arrangement 2 with the source connection 6S the relevant circuit arrangement 2 connected is. The first current path is configured in such a way that a voltage drop occurs on it during a current flow. In the first current path are a first resistance 29 and a first zener diode 30 connected in parallel. In this case, the anode is the first Zener diode 30 with the gate connection 6G and the cathode with the source terminal 6S connected.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtungen 7 der Schaltungsanordnungen 2 haben jeweils einen zweiten Strompfad, über den der Gate-Anschluss 6G der betreffenden Schaltungsanordnung 2 mit dem Drain-Anschluss 6D der betreffenden Schaltungsanordnung 2 verbunden ist. In dem zweiten Strompfad ist ein zweiter Widerstand 31 mit einer zweiten Zenerdiode 32 in Reihe geschaltet. Dabei ist die Kathode der zweiten Zenerdiode 32 mit dem Drain-Anschluss 6D und die Anode mit dem zweiten Widerstand 31 verbunden. Der zweite Widerstand 31 und die zweite Zenerdiode 32 dienen zum Schutz des ersten Transistors 6 vor Überspannung.The voltage limiting devices 7 the circuit arrangements 2 each have a second current path through which the gate terminal 6G the relevant circuit arrangement 2 with the drain connection 6D the relevant circuit arrangement 2 connected is. In the second current path is a second resistor 31 with a second zener diode 32 connected in series. In this case, the cathode of the second Zener diode 32 with the drain connection 6D and the anode with the second resistor 31 connected. The second resistance 31 and the second zener diode 32 serve to protect the first transistor 6 before overvoltage.

Die Strombegrenzungseinrichtung 8 jeder Schaltungsanordnung 2 hat außerdem einen zweiten Transistor 33, der einen Stromeingang 33E, einen Stromausgang 33A und einen Steuereingang 33S hat. Der Stromeingang 33E ist über eine Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand 34 und einer Diode 45 mit dem Gate-Anschluss 6G und der Stromausgang 33A mit dem Ausgang 5 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 verbunden. Parallel zu dem dritten Widerstand 34 kann bei Bedarf ein Kondensatorelement geschaltet sein.The current limiting device 8th each circuit arrangement 2 also has a second transistor 33 that has a power input 33E , a current output 33A and a control input 33S Has. The power input 33E is via a series connection of a third resistor 34 and a diode 45 with the gate connection 6G and the current output 33A with the exit 5 the relevant circuit arrangement 2 connected. Parallel to the third resistor 34 If necessary, a capacitor element can be connected.

Die Stromsenke weist ein erstes Transistorelement 35 auf, das einen Stromeingang 35E, einen Stromausgang 35A und einen Steuereingang 35S hat. Der Stromeingang 35E ist mit dem Source-Anschluss 6S und der Stromausgang 35A über einen vierten Widerstand 36, welcher als Shunt für den Laststrom dient, mit dem Ausgang 5 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 verbunden. Der Stromeingang 35E des ersten Transistorelements 35 ist außerdem mit der Kathode einer dritten Zenerdiode 37 verbunden, die mit ihrer Anode am Ausgang 5 der betreffenden Schaltungsanordnung 1 angeschlossen ist. Der Stromausgang 35A des ersten Transistorelements 35 ist über einen fünften Widerstand 38 mit dem Steuereingang 33S des zweiten Transistors 33 verbunden.The current sink has a first transistor element 35 on, that has a power input 35E , a current output 35A and a control input 35S Has. The power input 35E is with the source connection 6S and the current output 35A over a fourth resistance 36 , which serves as a shunt for the load current, with the output 5 the relevant circuit arrangement 2 connected. The power input 35E of the first transistor element 35 is also connected to the cathode of a third Zener diode 37 connected to the anode with its anode 5 the relevant circuit arrangement 1 connected. The current output 35A of the first transistor element 35 is about a fifth resistance 38 with the control input 33S of the second transistor 33 connected.

Außerdem ist der Steuereingang 35S des erstes Transistorelements 35 über ein zweites Transistorelement 39, das ebenfalls der Stromsenke zugeordnet ist und einen Stromeingang 39E, einen Stromausgang 39A und einen Steuereingang 39S aufweist, mit dem Ausgang 5 der betreffenden Schaltungsanordnung 2 verbunden. Dabei ist der Stromeingang 39E des zweiten Transistorelements 39 über einen sechsten Widerstand 40 mit dem Source-Anschluss 6S verbunden und der Stromausgang 39A des zweiten Transistorelements 39 ist am Ausgang 5 der betreffenden Schaltungsanordnung 3 angeschlossen.In addition, the control input 35S of the first transistor element 35 via a second transistor element 39 , which is also associated with the current sink and a current input 39E , a current output 39A and a control input 39S has, with the output 5 the relevant circuit arrangement 2 connected. Here is the power input 39E of the second transistor element 39 over a sixth resistance 40 with the source connection 6S connected and the current output 39A of the second transistor element 39 is at the exit 5 the relevant circuit arrangement 3 connected.

Der Steuereingang 15S des zweiten Transistorelements 39 ist über einen siebten Widerstand 41 mit dem Stromausgang 35A des erstes Transistorelements 35 verbunden. Zu der Stromsenke gehören also die Transistorelemente 35, 39 und die Widerstände 36, 40, 17. Der Stromeingang 11 E des ersten Transistorelements 11 bildet den Stromeingangsanschluss der Stromsenke und der Stromausgang 15A des zweiten Transistorelements 15 den Stromausgangsanschluss des Stromsenke.The control input 15S of the second transistor element 39 is over a seventh resistance 41 with the current output 35A of the first transistor element 35 connected. The current sink thus includes the transistor elements 35 . 39 and the resistors 36 . 40 . 17 , The power input 11 e of the first transistor element 11 forms the current input terminal of the current sink and the current output 15A of the second transistor element 15 the current output terminal of the current sink.

Zwischen Stromeingangs- und Stromausgangsanschluss der Stromsenke fällt eine Spannung von etwa 0,8 V ab. Dies ist durch das erste Transistorelement 35 bedingt. Auch der erste Transistor 6 ist bei einer Gate-Source-Spannung von 0 V nicht voll durchgesteuert. Der Spannungsabfall zwischen Gate-Anschluss 6G und Source-Anschluss 6S beträgt etwa 0,6 V. Somit fällt zwischen Eingang 3 und Ausgang 5 der betreffenden Schaltungsanordnung jeweils eine Spannung von nur etwa 1,4 V ab. Dies ermöglicht eine geringe Verlustleistung.Between current input and current output terminal of the current sink, a voltage of about 0.8 V drops. This is due to the first transistor element 35 conditionally. Also the first transistor 6 is not fully controlled at a gate-source voltage of 0V. The voltage drop between gate terminal 6G and source connection 6S is about 0.6 V. Thus falls between entrance 3 and exit 5 the respective circuit from a voltage of only about 1.4 V from. This allows a low power loss.

Der zweite Transistor 33 und die Widerstände 34 und 36 bilden eine Rückkopplung, über welche die Stromsenke derart mit dem Steuereingang 6G des ersten Transistors 6 in Steuerverbindung steht, dass bei einem Anstieg des vom Source-Anschluss 6S über das erste Transistorelement 35 und den vierten Widerstand 36 zum Ausgang 5 der Schaltungsanordnung 2 fließenden Laststroms die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss 6G und dem Source-Anschluss 6S abnimmt, der erste Transistor 6 also hochohmiger wird.The second transistor 33 and the resistors 34 and 36 form a feedback via which the current sink in such a way with the control input 6G of the first transistor 6 in control connection stands that at a rise of the source connection 6S via the first transistor element 35 and the fourth resistance 36 to the exit 5 the circuit arrangement 2 flowing load current the voltage between the gate terminal 6G and the source port 6S decreases, the first transistor 6 So it is high impedance.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Schaltungsanordnungen 1 erläutert:The operation of the circuit arrangements 1 will be explained below:

Ab einem Spannungsabfall von etwa 0,6 V am vierten Widerstand 36 beginnt das zweite Transistorelement 39 zu leiten und entzieht dem ersten Transistorelement 35 den Steuereingangsstrom. Dieses wird dadurch hochohmig und es fällt eine Spannung zwischen seinem Stromeingang 35E und seinem Stromausgang 35A ab. Die dritte Zenerdiode 37 begrenzt diese Spannung. Auch der zweite Transistor 33 beginnt zu leiten und zieht das Potential am Gate-Anschluss 6G des ersten Transistors 6 nach unten. Dadurch entsteht ein negativer Spannungsabfall zwischen Gate-Anschluss 6G und Source-Anschluss 6S, wodurch der erste Transistor 6 hochohmiger wird. Übersteigt dieser Spannungsabfall die Durchbruchsspannung der ersten Zenerdiode 30, fließt durch die erste Zenerdiode 30 ein Strom, welcher die Gate-Source-Spannung wieder anhebt und somit den Spannungsabfall zwischen dem Drain-Anschluss 6D und dem Source-Anschluss 6S des ersten Transistors 6 begrenzt. Der Laststrom, ab welchem die Schaltungsanordnung 2 aktiv wird, ist etwa 0,6 V dividiert durch den Widerstandswert des als Shunt dienenden vierten Widerstands 36.From a voltage drop of about 0.6 V on the fourth resistor 36 begins the second transistor element 39 to conduct and deprives the first transistor element 35 the control input stream. This becomes high-impedance and a voltage drops between its current input 35E and its current output 35A from. The third zener diode 37 limits this tension. Also the second transistor 33 starts to conduct and pulls the potential at the gate terminal 6G of the first transistor 6 downward. This creates a negative voltage drop between the gate terminal 6G and source connection 6S , whereby the first transistor 6 becomes high-impedance. If this voltage drop exceeds the breakdown voltage of the first Zener diode 30 , flows through the first Zener diode 30 a current which raises the gate-source voltage again and thus the voltage drop between the drain terminal 6D and the source port 6S of the first transistor 6 limited. The load current, from which the circuit arrangement 2 becomes active, is about 0.6V divided by the resistance of the fourth resistor serving as the shunt 36 ,

Je mehr Strom über den ersten Transistor 6 fließt, desto schneller steigen die Spannung zwischen Stromeingangs- und Stromausgangsanschluss der Stromsenke und der negative Gate-Source-Spannungsabfall an, was einer Mitkopplung entspricht.The more current through the first transistor 6 flows, the faster the voltage between current input and current output terminal of the current sink and the negative gate-source voltage drop increase, which corresponds to a positive feedback.

Die Anzahl der in Reihe geschalteten Schaltungsanordnungen 2 bzw. Stufen ist von der zu schaltenden Hochspannung und der maximal zulässigen Stufenspannung abhängig und ist so gewählt, dass bei keiner Schaltungsanordnung 2 die maximal zulässigen Stufenspannung überschritten wird, wenn die höchste zu schaltende Spannung an den Laststromanschlüssen 25, 26 der Stromversorgung 1 anliegt.The number of series connected circuits 2 or stages depends on the high voltage to be switched and the maximum allowable step voltage and is chosen so that in no circuit arrangement 2 the maximum allowable step voltage is exceeded when the highest voltage to be switched on the load current connections 25 . 26 the power supply 1 is applied.

Jeder Schaltungsanordnung 2 ist jeweils eine steuerbare Hilfsspannungsquelle 11 zugeordnet, die Eingangsanschlüsse 12 für eine Wechselspannung und Ausgangsanschlüsse für eine mittels einer Gleichrichterschaltung 15 aus der Wechselspannung erzeugte Hilfsgleichspannung aufweist. Die Gleichrichterschaltung 15 hat jeweils einen ersten Gleichspannungsausgang, der mit dem ersten Ausgangsanschluss 13 und einem ersten Steueranschluss 10 der der Gleichrichterschaltung 15 zugeordneten Schaltungsanordnung 2 verbunden ist. Ein zweiter Gleichspannungsausgang der Gleichrichterschaltung 15 ist jeweils über einen dritten Transistor 42 und einen Kollektorwiderstand 43 mit einem zweiten Steueranschluss 10 der der Gleichrichterschaltung 15 zugeordneten Schaltungsanordnung 2 verbunden. Ein Steuereingang des dritten Transistors 42 ist jeweils über einen achten Widerstand 44 mit einem der betreffenden Schaltungsanordnung 1 zugeordneten Steuersignaleingang 16 verbunden. An den Steuersignaleingang 16 ist über die zweite Kettenschaltung ein Steuersignal anlegbar, in Abhängigkeit von welchem das Anlegen der Hilfsgleichspannung an die Steueranschlüsse 9, 10 aktivierbar und deaktivierbar ist.Every circuit arrangement 2 is in each case a controllable auxiliary voltage source 11 assigned to the input terminals 12 for an AC voltage and output terminals for one by means of a rectifier circuit 15 having generated from the AC voltage auxiliary DC voltage. The rectifier circuit 15 each has a first DC output connected to the first output terminal 13 and a first control terminal 10 the rectifier circuit 15 associated circuit arrangement 2 connected is. A second DC voltage output of the rectifier circuit 15 is in each case via a third transistor 42 and a collector resistance 43 with a second control terminal 10 the rectifier circuit 15 associated circuit arrangement 2 connected. A control input of the third transistor 42 is each about an eighth resistor 44 with one of the relevant circuit arrangement 1 associated control signal input 16 connected. To the control signal input 16 is via the second derailleur, a control signal can be applied, depending on which the application of the auxiliary DC voltage to the control terminals 9 . 10 can be activated and deactivated.

Claims (9)

Stromversorgung (1), insbesondere zum Betreiben eines Plasmas, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schaltungsanordnungen (2) zum Schalten von hohen Spannungen aufweist, wobei die Schaltungsanordnungen (2) jeweils einen Eingang (3) und einen über einen Laststrompfad (4) damit verbundenen Ausgang (5), einen als Längsregler in den Laststrompfad (4) geschalteten ersten Transistor (6), eine Spannungsbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der in dem Laststrompfad am ersten Transistor (6) abfallenden Spannung sowie eine Strombegrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Laststroms im ersten Transistor (6) haben, wobei jede Schaltungsanordnung (2) Steueranschlüsse (9, 10) hat, an die eine Steuerspannung anlegbar ist, mittels welcher die Schaltungsanordnung (2) zwischen einem Betriebszustand, der einen Stromfluss vom Eingang (3) zum Ausgang (5) ermöglicht, und einem Ruhezustand, in dem der Stromfluss unterbrochen ist, umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung (1) zumindest eine erste und eine zweite Hilfsspannungsquelle (11) aufweist, die jeweils Eingangsanschlüsse (12) für eine Wechselspannung und Ausgangsanschlüsse (13, 14) für eine mittels einer Gleichrichterschaltung (15) aus der Wechselspannung erzeugte Steuerspannung aufweist, dass die Ausgangsanschlüsse (13, 14) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) mit den Steueranschlüssen mindestens einer ersten Schaltungsanordnung (2) und die Ausgangsanschlüsse (13, 14) der zweiten Hilfsspannungsquelle (11) mit den Steueranschlüssen mindestens einer zweiten Schaltungsanordnung (2) verbunden sind, dass jede Hilfsspannungsquelle (11) jeweils einen Steuersignaleingang (16) zum Anlegen eines Steuersignals hat und derart ausgestaltet ist, dass die Steuerspannung in Abhängigkeit von dem Steuersignal an den Ausgangsanschlüssen (13, 14) der betreffenden Hilfsspannungsquelle (11) aktivierbar und deaktivierbar ist, dass die Stromversorgung (1) eine Kettenschaltung hat, die zumindest einen ersten und einen zweiten Übertrager umfasst, der jeweils eine Eingangswicklung (17) und eine induktiv damit gekoppelte Ausgangswicklung (18) hat, dass Wicklungsanschlüsse der Eingangswicklung (17) des ersten Übertragers der Kettenschaltung mit einer Wechselspannungsquelle (19) und Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung (18) des ersten Übertragers mit den Eingangsanschlüssen (12) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) sowie Wicklungsanschlüssen der Eingangswicklung (17) eines zweiten Übertragers der Kettenschaltung verbunden sind, dass Wicklungsanschlüsse der Ausgangswicklung (18) des zweiten Übertragers mit den Eingangsanschlüssen (12) der zweiten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden sind, dass die Stromversorgung (1) einen Koppler (20) aufweist, der einen Eingang (21) und einen galvanisch davon getrennten Ausgang (22) für ein veränderliches Steuersignal hat, und dass der Eingang (21) mit einem Steuersignalgeber (23) in Steuerverbindung steht und mit dem Steuersignaleingang (16) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden ist, und dass der Ausgang (22) mit dem Steuersignaleingang (16) der zweiten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden ist.A power supply (1), in particular for operating a plasma, which has at least two series-connected switching arrangements (2) for switching high voltages, the circuit arrangements (2) each having an input (3) and a load current path (4) connected thereto Output (5), a longitudinal regulator in the load current path (4) connected to the first transistor (6), a voltage limiting device for limiting the load current in the first transistor (6) falling voltage and a current limiting device for limiting the load current in the first transistor (6) have, wherein each circuit arrangement (2) control terminals (9, 10), to which a control voltage can be applied, by means of which the circuit arrangement (2) between an operating state, which allows a current flow from the input (3) to the output (5), and a rest state in which the current flow is interrupted, is switchable, characterized in that the power supply (1) to comprising at least a first and a second auxiliary voltage source (11) each having input terminals (12) for an AC voltage and output terminals (13, 14) for a control voltage generated from the AC voltage by means of a rectifier circuit (15), that the output terminals (13, 14 ) of the first auxiliary voltage source (11) with the control terminals of at least one first circuit arrangement (2) and the output terminals (13, 14) of the second auxiliary voltage source (11) with the control terminals of at least one second circuit arrangement (2) that each auxiliary voltage source (11) in each case has a control signal input (16) for applying a control signal and is designed such that the control voltage in dependence on the control signal at the output terminals (13, 14) of the relevant auxiliary voltage source (11) can be activated and deactivated, that the power supply (1) has a derailleur, comprising at least a first and a second transformer, each having an input winding (17) and an inductively coupled output winding (18) that winding terminals of the input winding (17) the first transformer of the derailleur with an AC voltage source (19) and winding terminals of the output winding (18) of the first transformer to the input terminals (12) of the first auxiliary voltage source (11) and winding terminals of the input winding (17) of a second transformer of the derailleur are connected to that winding connections the output winding ng (18) of the second transformer to the input terminals (12) of the second auxiliary voltage source (11) are connected, that the power supply (1) comprises a coupler (20) having an input (21) and an electrically isolated output (22) for a variable control signal, and that the input (21) is in control connection with a control signal generator (23) and is connected to the control signal input (16) of the first auxiliary voltage source (11), and that the output (22) is connected to the control signal input (16 ) of the second auxiliary voltage source (11) is connected. Stromversorgung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuersignaleingang (16) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) indirekt über einen weiteren Koppler (20') mit dem Steuersignalgeber (23) verbunden ist, dass der weitere Koppler (20') einen mit dem Steuersignalgeber (23) verbundenen Eingang (21') und einen galvanisch davon getrennten Ausgang (22') hat, der mit dem Steuersignaleingang (16) der ersten Hilfsspannungsquelle (11) verbunden ist.Power supply (1) to Claim 1 , characterized in that the control signal input (16) of the first auxiliary voltage source (11) indirectly via another coupler (20 ') to the control signal generator (23) is connected, that the further coupler (20') one with the control signal generator (23) connected Input (21 ') and an electrically isolated therefrom output (22'), which is connected to the control signal input (16) of the first auxiliary voltage source (11). Stromversorgung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Koppler (20, 20') als Optokoppler ausgestaltet ist.Power supply (1) to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one coupler (20, 20 ') is designed as an optocoupler. Stromversorgung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (6) als Feldeffekttransistor mit einem Drain-, einem Source- und einem Gate-Anschluss (6D, 6S, 6G) ausgebildet ist, dass die Strombegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen (2) jeweils einen zweiten Transistor (33) aufweisen, der einen Stromeingang (33E), einen Stromausgang (33A) und einen Steuereingang (33S) hat, dass der Drain-Anschluss (6D) mit dem Eingang (3) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, der Gate-Anschluss (6G) mit dem Stromeingang (33E) des zweiten Transistors (33) und der Stromausgang (33A) des zweiten Transistors (33) mit dem Ausgang (5) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, dass die Strombegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen (2) jeweils eine Stromsenke mit einem Stromeingangsanschluss und einem Stromausgangsanschluss aufweist, dass der Stromeingangsanschluss mit dem Source-Anschluss (6S) des ersten Transistors (6) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) und der Stromausgangsanschluss mit dem Stromeingang (33E) des zweiten Transistors (33) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, und dass die Stromsenke über eine Rückkopplung derart mit dem Gate-Anschluss (6G) des ersten Transistors (6) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) in Steuerverbindung steht, dass bei einem Anstieg des vom Source-Anschluss (6S) über die Stromsenke zum Ausgang (5) der Schaltungsanordnung (2) fließenden Stroms das Potential am Gate-Anschluss (6G) des ersten Transistors (6) im Sinne einer Abnahme der Leitfähigkeit der Drain-Source-Strecke des ersten Transistors (6) verändert wird.Power supply (1) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the first transistor (6) as a field effect transistor with a drain, a source and a gate terminal (6D, 6S, 6G) is formed, that the current limiting means of the circuit arrangements (2) each have a second transistor (33 ) having a current input (33E), a current output (33A) and a control input (33S), that the drain terminal (6D) is connected to the input (3) of the respective circuit arrangement (2), the gate terminal (6G) is connected to the current input (33E) of the second transistor (33) and the current output (33A) of the second transistor (33) to the output (5) of the relevant circuit arrangement (2) that the current limiting means of the circuit arrangements (2) each having a current sink with a current input terminal and a current output terminal that the current input terminal to the source terminal (6S) of the first transistor (6) of the respective circuit arrangement (2) and de Current output terminal to the current input (33E) of the second transistor (33) of the respective circuit arrangement (2) is connected, and that the current sink via a feedback manner with the gate terminal (6G) of the first transistor (6) of the relevant circuit arrangement (2 In control connection is that with an increase in the current from the source terminal (6S) via the current sink to the output (5) of the circuit (2) current flowing potential at the gate terminal (6G) of the first transistor (6) in the sense Decrease in the conductivity of the drain-source path of the first transistor (6) is changed. Stromversorgung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (6) jeder Schaltungsanordnung (2) jeweils ein Verarmungstyp-Feldeffekttransistor ist.Power supply (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the first transistor (6) of each circuit arrangement (2) is in each case a depletion type field-effect transistor. Stromversorgung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen (2) jeweils einen ersten Strompfad aufweisen, über den der Gate-Anschluss (6G) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) mit dem Source-Anschluss (6S) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, und dass der erste Strompfad derart ausgestaltet ist, dass an ihm bei einem Stromfluss ein Spannungsabfall auftritt.Power supply (1) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the voltage limiting devices of the circuit arrangements (2) each have a first current path via which the gate terminal (6G) of the relevant circuit arrangement (2) is connected to the source terminal (6S) of the relevant circuit arrangement (2), and that the first current path is designed such that a voltage drop occurs at a current flow on it. Stromversorgung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Strompfad ein erster elektrischer Widerstand (29) angeordnet ist, und dass vorzugsweise parallel zu dem ersten Widerstand (29) eine erste Zenerdiode (30) geschaltet ist.Power supply (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that in the first current path, a first electrical resistance (29) is arranged, and that preferably parallel to the first resistor (29), a first Zener diode (30) is connected. Stromversorgung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen (2) jeweils einen zweiten Strompfad aufweisen, über den der Gate-Anschluss (6G) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) mit dem Drain-Anschluss (6D) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, und dass in dem zweiten Strompfad eine Zenerdiode (32) und gegebenenfalls ein mit dieser in Reihe geschalteter zweiter elektrischer Widerstand (31) angeordnet ist. Power supply (1) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the voltage limiting devices of the circuit arrangements (2) each have a second current path via which the gate terminal (6G) of the relevant circuit arrangement (2) is connected to the drain terminal (6D) of the relevant circuit arrangement (2), and that in the second current path, a Zener diode (32) and optionally arranged in series with this second electrical resistance (31) is arranged. Stromversorgung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungseinrichtungen der Schaltungsanordnungen (2) jeweils einen dritten elektrischen Widerstand (34) aufweisen, über den der Gate-Anschluss (6G) mit dem Stromeingang (33E) des zweiten Transistors (33) der betreffenden Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, und dass zu dem dritten Widerstand (34) ein Kondensatorelement parallel geschaltet ist.Power supply (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the current-limiting means of the circuit arrangements (2) each have a third electrical resistance (34) via which the gate terminal (6G) to the current input (33E) of the second transistor (33) of the respective circuit arrangement (2) is, and that to the third resistor (34), a capacitor element is connected in parallel.
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