DE112009004435B4

DE112009004435B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen von Eneregie zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator

Info

Publication number: DE112009004435B4
Application number: DE112009004435.2T
Authority: DE
Inventors: Souheil Benzerrouk; Siddharth P. Nagarkatti; Andrew Cowe; Ali Shajii; Jesse E. Ambrosina; Ken Tran; Xing Chen
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: TW201032676A; KR20110136805A; CN102365705B; DE112009004435T5; GB2479702A; GB2479702B; US20100219757A1; SG173883A1; CN102365705A; KR101348320B1; TWI477204B; US8692466B2; JP5575817B2; GB201114777D0; WO2010098779A1; JP2012519355A

Abstract

Verfahren zum Zünden eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator, umfassend:Bereitstellen von Energie aus einer Zündstromversorgung für eine Plasmazündschaltung;Messen eines Vorzündsignals der Plasmazündschaltung;Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals während eines Zündintervalls,wobei ein Zündintervall eine Zeitdauer ist, in welcher erwartet wird, dass das Plasma zündet undEinstellen der Energie für die Plasmazündschaltung auf der Grundlage des gemessenen Vorzündsignals und eines einstellbaren Vorzündsteuersignals..

Description

GEBIET- DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Erzeugung von reaktivem Gas, das Ionen, freie Radikale, Atome und Moleküle enthält, und Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen von Energie zum Zünden und/oder Aufrechterhalten eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator.
STAND DER TECHNIK
Plasmaentladungen können zum Anregen von Gasen verwendet werden, reaktives Gas zu erzeugen, das Ionen, freie Radikale, Atome und Moleküle enthält. Reaktive Gase werden für zahlreiche industrielle und wissenschaftliche Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel das Bearbeiten fester Materialien, wie zum Beispiel Halbleiterwafer, Pulver und andere Gase. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise aus der Patentanmeldung US 2007/0103092 A1 bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 010 261 A1 beschäftigt sich mit dem Zünden von Hohlkathodenbogenentladungen.
Ein Beispiel für ein reaktives Gas ist atomares Fluor, das zum Reinigen von chemischen Gasphasenabscheidungs- (CVD)-Kammern zum Abscheiden von dünnen Filmen auf Substratflächen verwendet werden kann. CVD-Kammern müssen regelmäßig gereinigt werden, um Abscheidungen zu entfernen, die sich auf den Flächen von Kammerteilen ansammeln, die keine Substratflächen sind. Die Nassreinigung einer Kammer ist arbeitsintensiv und gefährlich für Arbeiter, während das Reinigen der Kammer mit atomarem Fluor, das durch eine Plasmaquelle erzeugt wird, das Entfernen der Abscheidungen ermöglicht, ohne die Kammer zur Umgebungsluft hin zu öffnen, was die Werkzeugproduktivität und die Arbeitsbedingungen verbessert. Typische Quellengase für atomares Fluor umfassen Perfluorverbindungen (PFCs), wie zum Beispiel NF₃, CF₄, CHF₃, C₂F₆ und C₄F₈.
Ein weiteres Beispiel für ein reaktives Gas ist atomarer Sauerstoff, der zum Entfernen von Fotoresist bei der Mikroelektronikproduktion verwendet werden kann. Nach der Mustererzeugung wird Fotoresist durch Einwirkung von Sauerstoff, der durch eine Plasmaquelle erzeugt wurde, auf der Waferoberfläche entfernt. Atomarer Sauerstoff reagiert schnell und selektiv mit Fotoresist, was ermöglicht, den Prozess in einem Vakuum und bei relativ niedriger Temperatur durchzuführen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Plasma kann durch induktive Einkopplung von Energie aus einer Stromversorgung in ein Gas erzeugt werden, das in ein Plasma umgewandelt werden kann. Bekannte Verfahren zum Zünden eines Plasmas umfassen das Anlegen einer hohen Spannung oder die Anwendung eines hohen Stroms auf Funkenstrecken, um den anfänglichen Durchschlag durch das vorionisierte Gas zu erzeugen. Bekannte Rückkopplungsverfahren zum Nachweis der Plasmazündung und das Aufrechterhalten des Plasmas umfassen die Verwendung des Plasmastroms als Rückkopplungssignal. Außerdem umfassen bekannte Verfahren zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas die Verwendung einer Energieübertragung zum Steuern von mehreren Energieübertragungssystemen. Solche Verfahren sind jedoch im allgemeinen aus folgenden Gründen nicht zuverlässig: Lichtbogendurchschläge treten oft außerhalb des Zündfensters auf, Durchbrüche treten oft auf Grund von hohen Schleifenspannungen und/oder Funkenspannungen auf, der Betrieb ist auf Grund der Verwendung von einer Energieübertragung zur Steuerung und Überwachung unzuverlässig, und zwischen Impedanzen bestehen große Fehlanpassungen.
Die Erfindung weist Merkmale von Verfahren und Stromversorgungen auf, die Energie zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator bereitstellen. Jede der speziellen Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, realisieren einen oder mehrere der folgenden Vorteile. Die Ausführungsformen können für einen größeren Zündraum (z.B. einen breiteren Druckbereich und/oder Gasflüsse, die gezündet werden können) bei geringerer Komplexität sorgen. Außerdem können Ausführungsformen für ein höheres dQ/dt sorgen, was eine größere Änderung der Gasdurchflussrate ermöglicht. Ausführungsformen können die Gefahr eines Eloxierungsausfalls und -durchbruchs eliminieren oder minimieren. Ausführungsformen können für zuverlässige Zündung und Betrieb sorgen. Ausführungsformen können die Blocklebensdauer erhöhen. Außerdem können Ausführungsformen für sicheren Abfall des Plasmas unter allen Gaszuständen sorgen.
In einer Erscheinungsform gibt es ein Verfahren zum Zünden eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen von Energie aus einer Zündstromversorgung für eine Plasmazündschaltung, Messen eines Vorzündsignals der Plasmazündschaltung, Einstellen der Energie, die der Plasmazündschaltung auf der Grundlage des gemessenen Vorzündsignals und eines einstellbaren Vorzündsteuersignals zur Verfügung gestellt wird, und das Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals, nachdem ein Zeitintervall vergangen ist.
In einer weiteren Erscheinungsform besteht ein System der Steuerung der Zündung eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator. Das System umfasst eine Messvorrichtung, die mit einer Plasmazündschaltung verbunden ist und zum Erzeugen eines Vorzündsignals ausgelegt ist. Das System umfasst auch einen Controller. Der Controller umfasst ein Rechenmittel zum Einstellen eines Steuersignals der Zündstromversorgung, das auf dem Vorzündsignal und einem einstellbaren Vorzündsteuersignal beruht, einem Ausgabemittel zum Ausgeben des Steuersignals der Zündstromversorgung an die Zündstromversorgung und ein Rechenmittel zum Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals, nachdem ein Zeitintervall vergangen ist.
In anderen Beispielen können die Erscheinungsformen oben ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Die Zündstromversorgung kann eine Schaltstromversorgung umfassen. Die Zündstromversorgung kann einen Halbbrückenwechselrichter oder einen Vollbrückenwechselrichter umfassen. Das Vorzündsignal kann eine Spannung, Strom oder Energie der Plasmazündschaltung oder einer Kombination derselben umfassen. Das Vorzündsignal kann einen Strom zwischen der Zündstromversorgung und der Plasmazündschaltung umfassen. Das Messen des Vorzündsignals kann das Messen eines Peaks des Vorzündsignals während des Zeitintervalls umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das Einstellen der Energie für die Plasmazündschaltung das Einstellen eines Betriebszyklus und/oder eines Frequenzwertes der Zündstromversorgung umfassen. Das Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, kann auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Vorzündsignal und dem einstellbaren Vorzündsteuersignal beruhen. Das Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, kann das Bereitstellen von weniger Energie für die Plasmazündschaltung umfassen, wenn das gemessene Vorzündsignal größer als das einstellbare Vorzündsteuersignal ist, und das Bereitstellen von mehr Energie für die Plasmazündschaltung umfassen, wenn das gemessene Vorzündsignal kleiner als das einstellbare Vorzündsteuersignal ist.
In anderen Ausführungsformen kann das Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals das Vergrößern des einstellbaren Vorzündsteuersignals umfassen, nachdem ein Zeitintervall vergangen ist. Das einstellbare Vorzündsteuersignal kann linear mit der Zeit erhöht werden. Das Erhöhen des einstellbaren Vorzündsteuersignals kann durch ein vorgegebenes maximales Steuersignal begrenzt werden. Das Verfahren kann ferner das Aufheben der Einstellung der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, auf der Basis eines Aufhebungssignals umfassen. Das Aufhebungssignal kann auf einem vorgegebenen maximalen Steuersignal und dem gemessenen Vorzündsignal beruhen. Das Aufheben der Einstellung der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, kann das Bereitstellen von null Energie für die Plasmazündschaltung während eines zweiten Zeitintervalls umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren nach dem Ablauf eines Zündzeitraums ferner das Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals auf einen Rücksetzwert, das Aufrechterhalten des einstellbaren Vorzündsteuersignals auf einem Rücksetzwert für einen Wartezeitraum und das Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals umfassen, nachdem der Wartezeitraum abgelaufen ist. Die Plasmazündschaltung kann einen Transformator und eine Resonanzschaltung umfassen, die mit einer Primärwicklung des Transformators verbunden ist. Das Vorzündsignal kann eine Spannung der Primärwicklung umfassen. Die Resonanzschaltung kann einen oder mehrere Spulen und einen oder mehrere Kondensatoren umfassen. Die Plasmazündschaltung kann ferner eine oder mehrere Zündelektroden umfassen, die mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind. Die Sekundärwicklung kann eine Mittelanzapfung umfassen, die mit der Erde verbunden ist. Der Transformator kann elektromagnetisch mit einer Plasmakammer zum Bereitstellen von Energie für ein Plasma in der Plasmakammer verbunden sein.
In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Feststellen, ob das Plasma in der Plasmakammer vorhanden ist, unter Verwendung der Plasmazündschaltung, um Energie aus der Zündstromversorgung für das Plasma in der Plasmakammer bereitzustellen, umfassen, und wenn festgestellt wird, dass das Plasma in der Plasmakammer vorhanden ist, Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung auf der Basis eines Plasmasteuersignals bereitgestellt wird. Das Einstellen der Energie für das Plasma kann das Einstellen eines Betriebszyklus und/oder eines Frequenzwertes der Zündstromversorgung umfassen. Das Einstellen der Energie, die für das Plasma bereitgestellt wird, kann auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Vorzündsignal und dem Plasmasteuersignal beruhen. Das Verfahren kann ferner das Messen eines Plasmasignals umfassen, wobei das Einstellen der Energie, die für das Plasma bereitgestellt wird, auf dem Unterschied zwischen einem gemessenen Plasmasignal und dem Plasmasteuersignal beruht. Das Plasmasignal kann einen Strom der Primärwicklung, ein Stromversorgungssignal, ein Plasmakammersignal oder eine Kombination derselben umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das System die Zündstromversorgung und die Plasmazündschaltung umfassen, die mit der Zündstromversorgung verbunden ist. Die Messvorrichtung kann ferner zum Erzeugen des Vorzündsignals auf der Grundlage einer Spannungsmessung, einer Strommessung, einer Leistungsmessung der Plasmazündschaltung oder eine Kombination derselben ausgelegt sein. Die Messvorrichtung kann ferner eine Peaknachweisvorrichtung zum Messen eines Peaks der Messung während des Zeitintervalls umfassen. Das Rechenmittel zum Einstellen des Steuersignals der Zündstromversorgung kann zum Einstellen des Steuersignals der Zündstromversorgung auf der Grundlage des Unterschieds zwischen dem Vorzündsignal und dem einstellbaren Vorzündsteuersignal ausgelegt werden. Das Rechenmittel zum Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals kann zum Erhöhen des einstellbaren Vorzündsteuersignals ausgelegt werden, nachdem das Zeitintervall abgelaufen ist.
In anderen Ausführungsformen kann das System ferner eine Plasmanachweiseinheit zum Feststellen des Vorhandenseins des Plasmas in der Plasmakammer und einen Leistungscontroller umfassen, der ein Rechenmittel zum Einstellen, falls festgestellt wird, dass das Plasma in der Plasmakammer vorhanden ist, der Energie hat, die für die Plasmazündschaltung auf der Grundlage eines Plasmasteuersignals bereitgestellt wird. Das Plasmasteuersignal kann einen vorgegebenen Plasmasteuerwert, einen Strom der Primärwicklung, ein Stromversorgungssignal, ein Plasmakammersignal oder eine Kombination derselben umfassen. Die Messvorrichtung kann ferner mit einer oder mehreren anderen Plasmazündschaltungen verbunden werden und kann zum Erzeugen des Vorzündsignals auf der Grundlage von Messungen aus dem einen oder mehreren anderen Plasmazündschaltungen ausgelegt werden. Das Ausgabemittel zum Ausgeben des Steuersignals der Zündstromversorgung kann ferner Mittel zum Ausgeben des Steuersignals der Zündstromversorgung an eine oder mehrere andere Zündstromversorgungen umfassen, die mit der einen oder mehreren anderen Plasmazündschaltungen verbunden sind.
In anderen Beispielen kann jedes der Merkmale oben, die sich auf ein Verfahren beziehen, durch ein System und/oder einen Controller des Systems durchgeführt werden, der Mittel zum Durchführen des Verfahrens hat oder dafür ausgelegt ist. Außerdem kann jedes der Merkmale oben, die sich auf ein Verfahren beziehen, durch ein Computerprogrammprodukt einschließlich von Instruktionen durchgeführt werden, die so gesteuert werden können, dass sie eine Datenverarbeitungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens bewirken.
Figurenliste
Die Vorteile der Erfindung, die oben beschrieben werden, werden zusammen mit weiteren Vorteilen durch Verweis auf die folgende Beschreibung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verwendet werden. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht, da die Betonung stattdessen allgemein auf der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung liegt.

1 ist eine grafische Darstellung, die einen reaktiven Gasgenerator illustriert, auf den Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden können.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem der obersten Ebene für eine Energieübertragung illustriert.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung eines Stromversorgungssystems zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator darstellt.
Die 4A-B sind Schaltungsdiagramme, die eine Stromversorgungs- und Blockzündschaltung gemäß verschiedener Ausführungsformen illustrieren.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem für eine einzelne Energieübertragung gemäß einer Ausführungsform illustriert.
Die 6A-6C sind Zeitablaufdiagramme, die Wechselrichter- und Primärstromwerte gemäß verschiedener Zündszenarien illustrieren.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem der obersten Ebene für zwei Energieübertragungen illustriert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung weist Merkmale von Verfahren und Stromversorgungen auf, die Energie zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator bereitstellen. Jede der speziellen Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, realisieren einen oder mehrere der folgenden Vorteile. Die Ausführungsformen können für einen größeren Zündraum (z.B. einen breiteren Bereich des Drucks und/oder von Gasflüssen, die gezündet werden können) bei geringerer Komplexität sorgen. Außerdem können Ausführungsformen für ein höheres dQ/dt sorgen, was eine größere Änderung der Gasdurchflussrate ermöglicht. Ausführungsformen können die Gefahr eines Eloxierungsausfalls und -durchbruchs in der Plasmakammer eliminieren oder minimieren. Ausführungsformen können für zuverlässige Zündung und Betrieb sorgen. Ausführungsformen können die Blocklebensdauer erhöhen. Außerdem können Ausführungsformen für sicheren Abfall des Plasmas unter allen Gaszuständen sorgen.
1 ist eine grafische Darstellung, die einen reaktiven Gasgenerator 100 illustriert, auf den Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden können. Wie illustriert, umfasst der reaktive Gasgenerator 100 eine Stromversorgung 110 und eine Plasmakammer 120. Die Plasmakammer 120 umfasst einen Einlass 140 zum Aufnehmen eines Gases (z.B. Argon) zur Umwandlung in ein Plasma (z.B. Ar+). Sobald es erzeugt ist, kann ein Plasma direkt verwendet werden oder kann zum Anregen von einem oder mehreren anderen Quellengasen zu entsprechenden reaktiven Gasen verwendet werden, die den Generator am Auslass 142, zum Beispiel zu einer Prozesskammer 145, verlassen.
Zum Zünden und/oder Aufrechterhalten eines Plasmas umfasst die Stromversorgung 110 einen Transformator 130. Die Transformatorprimärseite umfasst eine Primärwicklung 132, die um einen Teil eines Magnetkerns 134 gewickelt ist. Energie aus der Stromversorgung 110 wird induktiv über die Transformatorprimärseite in das Gas eingekoppelt, welches durch die Kammer 120 strömt, um das Plasma zu zünden, zu erzeugen und/oder aufrechtzuerhalten. Das gezündete Plasma in der Plasmakammer 120 dient als Transformatorsekundärseite. Speziell legt die Stromversorgung 110 eine hohe Erregungsspannung an die Primärwicklung 132 des Transformators an. Diese hohe Erregungsspannung induziert einen hohen Strom in der Wicklung 132, wodurch ein wechselndes Magnetfeld durch den Magnetkern 134 entlang des Gasweges erzeugt wird. Im Ergebnis dessen wird ein elektrisches Feld im Gas induziert, was zu seiner Zündung und zu einem Plasma führt und/oder den Strom zum Aufrechterhalten des Plasmas bereitstellt. Sobald das Plasma erzeugt ist, kann das Plasma zum Anregen anderer Quellengase verwendet werden, was ein gewünschtes reaktives Gas für spezielle Anwendungen erzeugt. Die Innenfläche der Plasmakammer 120 kann beschichtet sein und/oder eine Eloxierungsschicht (z.B. ein dielektrisches Material) zum elektrischen Isolieren des Plasmagases von der Plasmakammer 120 selbst umfassen.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem 200 der obersten Ebene für eine Energieübertragung illustriert. Das System 200 kann eine DC-Stromversorgung 210, einen Brückenwechselrichter 220, einen Resonanztank 230, eine Frequenz- und Betriebszyklussteuereinheit 240, eine Plasmanachweiseinheit 250 und/oder eine Sicherheits- und Überwachungseinheit 260 umfassen. Die DC-Stromversorgung 210 kann DC-Energie für den Brückenwechselrichter 220 bereitstellen. Der Brückenwechselrichter 220 wiederum kann Energie für den Resonanztank 230 bereitstellen. Der Brückenwechselrichter 220 kann ein Halbbrücken- oder ein Vollbrückenwechselrichter sein, wie im Fachgebiet bekannt. Alternativ kann jede einstellbare Quelle von Wechselstrom oder -spannung anstelle der DC-Stromversorgung 210 und des Brückenwechselrichters 220 verwendet werden. Der Brückenwechselrichter 220 kann ein Wechselquellensignal bereitstellen, das eine Frequenz im Wesentlichen bei der Resonanzfrequenz des Resonanztanks 230 hat, der eine Resonanzschaltung umfassen kann. Die Resonanzschaltung kann einen oder mehrere Spulen und einen oder mehrere Kondensatoren umfassen. Der Resonanztank 230 kann induktiv über einen Transformator 232 mit einer Plasmalast (nicht dargestellt) und/oder einer Plasmazündeinheit (nicht dargestellt) verbunden sein. Die Frequenz- und Betriebszyklussteuereinheit 240 kann die Frequenz, den Betriebszyklus und/oder die Amplitude des Quellensignals steuern, das vom Brückenwechselrichter 220 und der DC-Stromversorgung 210 bereitgestellt wird. Die Steuerung der Frequenz und/oder des Betriebszyklus durch die Einheit 240 kann auf einem oder mehreren Signalen beruhen, die gemessen oder von der DC-Stromversorgung 210, dem Brückenwechselrichter 220, dem Resonanztank 230, der Plasmanachweiseinheit 250, vorgegebenen Sollwert(en) 242 und/oder eine Kombination derselben bereitgestellt werden. Die Plasmanachweiseinheit 250 kann das Vorhandensein eines Plasmas auf der Grundlage von einem oder mehreren Signalen aus dem Resonanztank 230 (z.B. Wechselrichterstrom und/oder Primärstrom) und/oder einem oder mehreren anderen Signalen aus anderen Einheiten im System (z.B. ein Plasmastrom oder ein Leistungssignal aus der DC-Stromversorgung 210) nachweisen. Die Sicherheits- und Überwachungseinheit 260 kann eine oder mehrere Sicherheits- und Überwachungsfunktionen für eine oder mehrere der Einheiten des Diagramms 200 bereitstellen. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Sicherheits- und Überwachungseinheit 260 ein Aufhebungssignal für den Brückenwechselrichter 220 bereitstellen, um den Aufbau von zusätzlicher Energie im Resonanztank 230 zu verhindern.
3 ist ein Flussdiagramm 300, das die Steuerung eines Stromversorgungssystems zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator darstellt. Die Elemente von Flussdiagramm 300 werden unter Verwendung des als Beispiel dienenden Blockdiagramms 200 von 2 beschrieben. Die Steuerung des Stromversorgungssystems 210 umfasst das Messen eines Vorzündsignals durch die Frequenz- und Betriebszyklussteuereinheit 240 (310), Einstellen eines Vorzündsteuersignals (320) durch die Frequenz- und Betriebszyklussteuereinheit 240, Einstellen der Energie, die für den Resonanztank 230 (330) bereitgestellt wird, durch den Brückenwechselrichter 220 und/oder Feststellen des Vorhandenseins eines Plasmas durch die Nachweiseinheit 250 (340).
Das Vorzündsignal kann zum Beispiel eine Spannung, Strom und/oder Energie des Resonanztanks 230 umfassen. In einer Ausführungsform ist das Vorzündsignal ein Strom (z.B. der Wechselrichterstrom) zwischen dem Brückenwechselrichter 220 und dem Resonanztank 230. In einer alternativen Ausführungsform ist das Vorzündsignal eine Spannung (z.B. die Spannung der Primärwicklung des Transformators). Das Messen des Vorzündsignals (310) kann das Feststellen eines Peaks des Vorzündsignals während eines Zeitintervalls umfassen (z.B. für jedes Zeitintervall, das auf dem Zeitzyklus der Wechselstromquelle 220 beruht). In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform kann das Messen des Vorzündsignals (310) das Ermitteln des Durchschnittswertes des gemessenen Signals, Filtern des gemessenen Signals und/oder andere Signalverarbeitungsfunktionen umfassen.
Das Einstellen des Vorzündsteuersignals (320) kann auf einem vorgegebenen Profil des Vorzündsteuersignals beruhen. In einer Ausführungsform kann das vorgegebene Profil des Vorzündsteuersignals einen Hochlaufteil, gefolgt von einem geklemmten Teil, umfassen. Der Hochlaufteil kann zum Beispiel auf einer monoton ansteigenden Funktion der Zeit F(t) beruhen (z.B. F(t) = at, wobei a>0 ein ausgewählter Anstiegswert ist); in diesem Fall umfasst das Einstellen des Vorzündsteuersignals das Bewerten der Funktion F zu einer gegebenen Zeit. In einer ergänzenden Ausführungsform kann das vorgegebene Profil des Vorzündsteuersignals einen Verzögerungsabschnitt umfassen, der dem geklemmten Teil folgt.
Das Einstellen der Energie, die für den Resonanztank 230 (330) bereitgestellt wird, kann auf dem gemessenen Vorzündsignal und dem eingestellten Vorzündsteuersignal beruhen. In einer Ausführungsform kann die Frequenz- und Betriebszyklussteuereinheit 240 die Frequenz und/oder den Betriebszyklus des Wechselstromquellensignals steuern, das vom Brückenwechselrichter 220 geliefert wird. In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform kann die Steuerungseinheit 240 auch die Amplitude des Leistungssignals unter Verwendung zum Beispiel der DC-Stromversorgung 210 steuern. In einer weiteren Ausführungsform kann das Einstellen der Leistung (330) auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Vorzündsignal und dem einstellbaren Vorzündsteuersignal beruhen, bei dem weniger Leistung bereitgestellt werden kann, wenn das gemessene Vorzündsignal größer als das einstellbare Vorzündsteuersignal ist, und es kann mehr Leistung bereitgestellt werden, wenn das gemessene Vorzündsignal kleiner als das einstellbare Vorzündsteuersignal ist.
Das Feststellen des Vorhandenseins eines Plasmas durch die Nachweiseinheit 250 (340) kann zum Beispiel auf dem Primärstrom beruhen, der vom Resonanztank 230 an den Transformator geliefert wird. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform kann das Vorhandensein eines Plasmas auf einem Leistungssignal von der DC-Stromversorgung 210 oder einem HF-Signal vom Resonanztank 230 beruhen. Wenn kein Plasma festgestellt wird, dann kann der Prozess zu den Schritten (310) und (320) zurückgeführt werden, wenn ein Plasma festgestellt wird, dann kann die Steuerungseinheit 240 in einen Plasmaaufrechterhaltungszustand eintreten, in diesem Fall kann die Leistung, die zum Aufrechterhalten des Plasmas bereitgestellt wird, so eingestellt werden, dass sie bestimmte Betriebsnormen erfüllt. In einer Ausführungsform kann auch ein oder können mehrere Elemente von Blockdiagramm 200 zum Steuern und Bereitstellen von Energie für die Plasmakammer verwendet werden, wenn ein Plasma vorhanden ist.
4A ist ein Schaltungsdiagramm 400, das eine Stromversorgungs- und Blockzündschaltung gemäß einer Ausführungsform illustriert, bei der die Zündung über Zündelektroden erfolgt. Während das Schaltungsdiagramm 400 zwei modulare Energieübertragungen umfasst, sind andere Konfigurationen mit einer beliebigen Zahl von modularen Energieübertragungen möglich. Jede Energieübertragung umfasst eine Stromversorgung 420a und 420b (z.B. eine H-Brücke) und eine Resonanzschaltung 430a und 430. Die Stromversorgungen 420a und 420b können zum Beispiel mit den DC-Quellen 422a bzw. 422b (z.B. 360 VDC) verbunden werden. Im Stromlaufplan 400 umfassen die Resonanzschaltungen 430a und 430b drei Spulen (L1, L2 und L3) und zwei Kondensatoren (Ca und Cb), es können jedoch auch andere resonante Konfigurationen verwendet werden. In einer Ausführungsform können die Werte der Spulen L1, L2 und L3 1,7 µH, 1,7 µH bzw. 1,05 µH betragen, und die Werte der Kondensatoren Ca und Cb können 55,6 nF bzw. 37,6 µF betragen. Die Resonanzschaltungen 430a und 430b sind mit einem Magnetkern 425 verbunden.
Der Magnetkern 425 ist mit einem sekundären Plasma (nicht dargestellt) und mit einer Wicklung 432 verbunden, die um einen Teil des Magnetkerns 425 des Transformators gewickelt ist. Wenn die Stromversorgungen 420a und 420b eine Erregungsspannung über der Primärwicklung bereitstellen, wird in der Wicklung 432 entsprechend einem Übersetzungsverhältnis ein Strom induziert. Die Wicklung 432 kann einen zentralen Erdungsabgriff haben, der zu Zuführungen führt, welche sich von der Wicklung, die bipolar ist, aus erstreckt und daher die Bildung von positiven und negativen Zündelektroden ermöglicht. Die Zuführungen der Wicklung 432 sind schaltbar an eine oder mehrere Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b über die Schalter 435a bzw. 435b angeschlossen. Außerdem können ein oder mehrere Kondensatoren C7 zwischen Wicklung 432 und den Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b gelegt werden. Die Kondensatoren C₇ können zum Beispiel einen Wert von 200 pF haben. Allgemein kann der Wert des Kondensators C₇ so gewählt werden, dass der Strom zu den Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b so begrenzt wird, dass der Ladungsaufbau auf den Dielektrika unterhalb der vorgegebenen Werte gehalten wird.
Die eine oder mehreren Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b können um die Plasmakammer 120 herum oder innerhalb derselben angeordnet werden. Durch Anordnen der positiven und negativen Zündelektroden derart, dass sie in der Plasmakammer 120 einander gegenüber liegen, kann ein Anstieg der Größe des elektrischen Flusses über die Plasmakammer oder den Kanal hinweg erreicht werden. Dies kann zu einer geringeren Spannung gegen Erde führen, die zum Erzeugen der erforderlichen Menge an elektrischem Fluss zum Zünden des Plasmagases erforderlich ist. In einer Ausführungsform können die Elektroden so ausgelegt werden, dass das elektrische Feld über einen Kanal der Plasmakammer 120 hinweg erzeugt wird. Wenn die Schalter 435a und 435b mit den Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b verbunden sind, wird ein elektrisches Feld zwischen den Zündelektroden 440a/440b, 450a/450b und/oder den Erdelektroden 460a und 460b erzeugt, was einen Durchschlag in den Gasen einleiten kann, die in der Kammer vorhanden sind, um so ein Plasma zu zünden.
Während der Plasmazündung ist ein oder sind mehrere der Relais 435a und 435b geschlossen, so dass die Spannung von den Zuführungen an die eine oder mehreren Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b angelegt werden kann. Sobald das Plasma zündet, werden die Relais 435a und 435b geöffnet, was die kapazitive Entladung abschaltet. Eine typische Anordnung von Zündelektroden kann derart erfolgen, dass sie um einen Querschnitt einer Plasmakammer oder eines Kanals in der Kammer positioniert sind. Speziell können die Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b auf einander gegenüber liegenden Seiten der Plasmakammer 120 positioniert werden und sind schaltbar mit den Zuführungen der Wicklung 432 verbunden, was dazu führt, dass beide Elektroden dieselbe Polarität haben. Die Erdelektroden 460a und 460b können ebenfalls auf einander gegenüber liegenden Seiten der Plasmakammer oder Kanals bei einem Versatz zwischen den Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b positioniert werden. Allgemein kann eine beliebige Zahl von Zündelektroden in der Plasmakammer platziert werden. In einer Ausführungsform können die Blöcke der Plasmakammer 120 als Zünd- und Erdelektroden dienen.
4B ist ein Schaltungsdiagramm 401, das eine alternative Konfiguration zum verbinden der Zündelektroden 440a/440b und 450a/450b mit den Zuführungen von Wicklung 432 illustriert. Insbesondere werden die Zündspannungen abwechselnd entlang eines Plasmakanals im Schaltungsdiagramm 401 angewendet. Allgemein können die Zündspannungen und/oder Erdelektroden in jeder Konfiguration an eine oder mehrere Zündelektroden entlang eines Plasmakanals angewendet werden. Auf der Grundlage der Konfiguration kann das Volumen in der Plasmakammer, das durch das angelegte elektrische Feld erfasst wird, maximiert werden, während die Spannung der Zündelektroden gegenüber Erde begrenzt wird.
Die dielektrische Trennung zwischen jeder der Elektroden kann als ein oder mehrere Kondensatoren C_dielec 465 dargestellt werden. Die Spannung (die als Vspark bezeichnet wird) an einer der Zuführungen der Wicklung 432 kann zur Spannung (als V_dielec bezeichnet) an einer der Zündelektroden folgendermaßen in Beziehung gesetzt werden: $V_{d i e l e c} = \frac{Z_{d i e l e c}}{Z_{d i e l e c} + Z_{7}} V_{s p a r k},$
wobei Z₇= -j / (ωC₇) und Z_dielec= -j / (ωC_dielec)
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem 500 für eine einzelne Energieübertragung gemäß einer Ausführungsform illustriert. Die Elemente des Steuerungssystems 500 können zum Beispiel mit der Schaltung 400 von 4 implementiert werden. Das System 500 umfasst eine DC-Stromversorgung 510, einen Brückenwechselrichter 520 (z.B. eine Halb-oder Vollbrücke), eine Resonanzschaltung 530 und Steuerungskomponenten. Die Resonanzschaltung 530 wird mit einem Magnetkern 532 verbunden, der mit einem Gas oder Plasma 533 gekoppelt ist. Der Magnetkern 532 kann auch mit einer Schaltung von einer oder mehreren Zündelektroden verbunden werden, wie in 4 dargestellt, und/oder mit anderen Zündschaltungen. Das System umfasst auch Nachweiseinheiten 540a und 540b. Die Nachweiseinheit 540a kann den Peakwert des Wechselrichterstroms 535a messen und kann eine zusätzliche Signalverarbeitung ausführen (z.B. Filtern, Durchschnittswertbildung und/oder Glätten), falls notwendig. Die Nachweiseinheit 540b kann den Peakwert des Primärstroms 535 messen und kann auch eine zusätzliche Signalverarbeitung ausführen, falls notwendig. Die Ausgabe aus der Nachweiseinheit 540b wird der Plasmanachweiseinheit 545 zugeführt. Die Plasmanachweiseinheit 545 kann feststellen, ob ein Plasma 533 gezündet wurde, was zum Beispiel darauf beruht, ob der gemessene Primärstrom größer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Die Plasmanachweiseinheit 545 steuert den Schalter 550. Bei Fehlen eines Plasmas (z.B. während der Vorzündperiode) klinkt sich der Schalter 550 in die Vorzündsteuerungseinheit 555 ein. Die Arbeit der Vorzündsteuerungseinheit 555 wird unten mit Bezug auf die 6A-6C beschrieben. Bei Anwesenheit eines Plasmas klinkt sich der Schalter 550 in die Nachzündsteuerungseinheit 560 ein. Der Betrieb von System 500 wird zuerst beschrieben, wenn das System sich im Vorzündzustand befindet (d.h. Schalter 550 ist in die Steuerungseinheit 555 eingeklinkt).
Die Ausgaben aus der Nachweiseinheit 540a und die Vorzündsteuerungseinheit 555 werden dem Komparator 565 zugeführt, der den Unterschied zwischen den zwei angelegten Signalen erfasst. Der Unterschied wiederum wird einer Stromversorgungssteuerungseinheit 570 zugeführt. In einer Ausführungsform kann die Stromversorgungssteuerungseinheit 570 eine PID-Reglereinheit und einen Steuerchip umfassen. Die Stromversorgungssteuerungseinheit 570 kann Einstellungen für die Frequenz, den Betriebszyklus und/oder Kennwerte des Wechselspannungssignals feststellen, das vom Brückenwechselrichter 520 geliefert wird. Wenn zum Beispiel der Komparator 565 feststellt, dass das Vorzündsignal größer als das Vorzündsteuersignal von Einheit 555 ist, dann kann der Betriebszyklus verkleinert werden und/oder die Frequenz von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 530 weg verschoben werden. Wenn analog der Komparator 565 feststellt, dass das Vorzündsignal kleiner als das Vorzündsteuersignal von Einheit 555 ist, dann kann der Betriebszyklus vergrößert werden und/oder die Frequenz zur Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 530 hin verschoben werden. In einer ergänzenden Ausführungsform kann die Steuerungseinheit 570 mit einer hardwaremäßig anlaufgesteuerten Quelle 580 verbunden werden oder eine solche umfassen.
Das Steuersignal von der Steuerungseinheit 570 kann mit dem Brückenwechselrichter 520 über ein programmierbare Logikvorrichtung 485 verbunden werden. Die programmierbare Logikvorrichtung 485 kann so programmiert werden, dass sie das Steuersignal bei Fehlen eines Aufhebungssignals vom Komparator 590 durchlässt. Der Komparator 590 kann ein Aufhebungssignal ausgeben, wenn er feststellt, dass ein Messsignal 595, das auf dem Wechselrichterstrom beruht, größer als ein vorgegebener Schwellwert 596 ist. Es ist vorteilhaft, dass der Aufhebungsmechanismus, der so eingerichtet ist, ein Schutzsystem für das System 500 zum Verhindern unsicherer Energiewerte aus dem Aufbauen innerhalb der Resonanzschaltung 530 bereitstellt.
Wenn, wie oben beschrieben, ein Plasma festgestellt wird, klinkt sich der Schalter 550 in die Nachzündsteuerungseinheit 560 ein. In einer Ausführungsform kann die Nachzündsteuerungseinheit 560 einen vorgegebenen Wert des Wechselrichterstroms bereitstellen, der auf den gewünschten Betriebsbedingungen des Plasmasystems beruht. In dieser Ausführungsform kann die Steuerungseinheit 570 die Leistung für die Resonanzschaltung 530 derart einstellen, dass der gemessene Wechselrichterstrom dem vorgegebenen Steuerungswert folgt, welcher von der Einheit 560 bereitgestellt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die Nachzündsteuerungseinheit 560 einen PID-Regler umfassen, der ein Signal ausgibt, welches auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Primärstrom 535b und einem vorgegebenen Primärstromsteuerungswert beruht, welcher auf den gewünschten Betriebsbedingungen des Plasmasystems beruht. In einer weiteren Ausführungsform kann die Nachzündsteuerungseinheit 560 einen PID-Regler umfassen, der ein Signal ausgibt, welches auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Leistungssignal (nicht dargestellt) und einem vorgegebenen Leistungssteuerungswert beruht, welcher auf den gewünschten Betriebsbedingungen des Plasmasystems beruht. Das gemessene Leistungssignal kann zum Beispiel von der DC-Stromversorgung 510 oder von den anderen Komponenten des Systems 500 bereitgestellt werden.
Die 6A-6C sind Zeitablaufdiagramme, die Wechselrichter- und Primärstromwerte als Funktion der Zeit gemäß unterschiedlichen Zündszenarien für ein spezielles Vorzündsteuersignal illustrieren, welches von Einheit 555 erzeugt wird. Insbesondere ist das vorgegebene Vorzündsteuersignal, das von Einheit 555 erzeugt wird, für 6A-6C dasselbe und entspricht dem Signal 610, wie unten beschrieben. 6A illustriert ein Zündausfallszenarium, bei dem kein Plasma zündet. 6B illustriert die Plasmazündung, nachdem ein Klemmschwellwert erreicht ist. 6C illustriert die Plasmazündung vor dem Erreichen eines Klemmschwellwertes. Wie in 6A illustriert, erhöht sich das Vorzündsteuersignal 610 linear während eines Hochlaufzeitintervalls 614, das in einer Ausführungsform etwa 20 ms betragen kann. Zur Zeit 614 ist das Vorzündsteuersignal 610 auf einen Schwellwert 612 festgelegt (d.h. geklemmt). Der Schwellwert 612 kann so gewählt werden, dass er zum Beispiel kleiner als ein Wert ist, bei dem ein Durchbruch innerhalb der Plasmakammer wahrscheinlich ist. Der Durchbruch kann von dem gewählten dielektrischen Material, der Dicke des dielektrischen Materials, der Geometrie der Plasmakammer und/oder anderen Merkmalen der Plasmakammer und/oder der Zündschaltung abhängen. Das Einstellen des Schwellwerts in einer solchen Weise kann daher die Eloxierungsschicht in der Plasmakammer vor dem Durchbruch schützen. Die Vorzündsteuerungseinheit 555 hält das Signal 610 für eine vorgegebene Dauer 616 auf dem Schwellwert 612, der in einer Ausführungsform etwa 100 ms betragen kann. Wenn vor der Zeit 616 kein Plasma festgestellt wird, wird das Signal 610 auf null zurückgesetzt, und der Hochlaufprozess beginnt von neuem. In einigen Ausführungsformen kann eine Verzögerungszeit nach der Zeit 616 eingeführt werden, bevor der Hochlaufprozess von neuem beginnt. In einer Ausführungsform kann die Verzögerungszeit 400 ms betragen. Die folgenden Steuerungswerte können vom Steuerungssystem während des Betriebs auf der Grundlage der gewünschten Betriebsbedingungen variabel festgelegt und eingestellt werden (z.B. auf der Grundlage verschiedener Gasdurchflussraten und/oder Arten von Gasen): der Schwellwert 612, die Hochlaufzeit 614, die Rücksetzzeit 616 und/oder die Verzögerungszeit.
Das Signal 610 in 6A kann auch den gemessenen Wechselrichterstrom 535a (oder ein anderes Vorzündsignal) aus dem System repräsentieren, da die Steuerungseinheit 570 die Rückmeldung vom Komparator 565 verwendet, um zu bewirken, dass der Wechselrichterstrom 535a dem gewünschten Vorzündsteuerungsprofil 610 folgt, welches von der Vorzündsteuerungseinheit 555 bereitgestellt wird. Während der Vorzündung ist der Primärstrom 535b im Wesentlichen null und wird daher nicht in 6A illustriert.
Die Signale 620a/620b und 640a/640b in den 6B-6C können den gemessenen Wechselrichterstrom 535a (oder ein anderes entsprechendes Vorzündsignal) repräsentieren, während die Signale 630a/630b und 650a/650b den gemessenen Primärstrom 535b repräsentieren können. Vor der Zündung sind die Primärströme 630a und 650a im Wesentlichen null. In 6B tritt die Zündung nach Zeit 614 auf, während in 6C die Zündung vor Zeit 614 auftritt.
Wenn die Plasmazündung, wie in den 6B-6C illustriert, auftritt, fallen die Wechselrichterströme 620a und 640a im Wert ab, und die Primärströme 630a und 650a steigen an. In einer Ausführungsform tritt der Plasmanachweis auf, nachdem die Primärströme 630a und 650a einen Nachweisschwellwert für eine Zeitdauer 618a und 618b überschritten haben. Bei Nachweis von Plasma klinkt sich der Schalter 550 in die Nachzündsteuerungseinheit 560 ein, die in diesen Illustrationen ein Steuersignal für den Strom bereitstellt, der größer als 612 ist, um das Plasma aufrechtzuerhalten. Das System braucht etwas Zeit, bevor die Wechselrichterströme 620b und 540b diesen Wert stabilisieren.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem 700 der obersten Ebene für zwei Energieübertragungen illustriert, das jedes der oben genannten Merkmale für ein einzelnes Energieübertragungssystem implementiert. Obwohl nur zwei Energieübertragungen in 7 illustriert werden, sind andere Konfigurationen für eine beliebige Zahl von Energieübertragungen möglich. Das System 700 umfasst zwei DC-Stromversorgungen 711 und 712, zwei Brückenwechselrichter 721 und 722, zwei Resonanztanks 731 und 732, eine Frequenz- und Betriebszyklussteuerungseinheit 740, eine Plasmanachweiseinheit 750 und/oder eine Sicherheits- und Überwachungseinheit (nicht dargestellt). Die Steuerungseinheit 740 ist eine Steuerungseinheit mit mehreren Eingängen und einem Ausgang (MISO). Die Ausgangssteuersignale für die Brückenwechselrichter 721 und 722 sind zum Beispiel dieselben. In einer Ausführungsform stellen die Ausgangssteuersignale Frequenz- und/oder Betriebszykluswerte für die Brückenwechselrichter 721 und 722 bereit. Die Eingaben, die für die Steuerungseinheit 740 geliefert werden, können zum Beispiel die Mittel-, Durchschnitts- oder Effektivwerte der Wechselrichterströme (oder anderer Vorzündsignale) aus den Resonanztanks 731 und 732 umfassen. Die Nachweiseinheit 540a kann zum Beispiel ein Vorzündsteuersignal an den Komparator 565 ausgeben, das einen oder mehrere Wechselrichterströme von einer oder mehreren Energieübertragungen repräsentiert. Das Bereitstellen einer MISO-Steuerungseinheit kann vorteilhaft die Komplexität der Steuerschaltungen verringern, die für mehrere Energieübertragungssysteme erforderlich sind. Außerdem kann das Bereitstellen einer Steuerung mit einem einzigen Ausgang vorteilhaft für bessere Steuerung und Stabilität des Gesamtsystems 700 sorgen.
Die oben beschriebenen Verfahren können in digitalen und/oder analogen elektronischen Schaltungen oder in Computer-Hardware, Firmware, Software oder in Kombinationen derselben implementiert werden. Die Implementierung kann als Computerprogrammprodukt erfolgen, d.h. als Computerprogramm, das greifbar in einer maschinenlesbaren Speichervorrichtung verkörpert ist, zur Ausführung oder zur Steuerung des Betriebs einer Datenverarbeitungsvorrichtung, z.B. eines programmierbaren Prozessors, eines Computers und/oder mehrerer Computer. Ein Computerprogramm kann in einer Form von Computer- oder programmierbarer Sprache geschrieben werden, einschließlich Quellcode, kompilierter Code, interpretierter Code und/oder Maschinencode, und das Computerprogramm kann in beliebiger Form eingesetzt werden, einschließlich als selbständiges Programm oder als Unterprogramm, Element oder einer anderen Einheit, die sich zur Verwendung in einer Rechenumgebung eignet. Ein Computerprogramm kann zur Ausführung auf einem Computer oder auf mehreren Computern an einem oder mehreren Orten eingesetzt werden.
Verfahrensschritte können von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, die ein Computerprogramm ausführen, um Funktionen der Erfindung durch Bearbeiten von Eingangsdaten und/oder Erzeugen von Ausgangsdaten durchzuführen. Verfahrensschritte können auch ausgeführt werden und eine Vorrichtung kann implementiert werden als Speziallogikschaltung, z.B. als ein FPGA (feldprogrammierbares Gate-Array), ein FPAA (feldprogrammierbares analoges Array), eine CPLD (komplexe programmierbare Logikvorrichtung), ein PSoC (programmierbares System auf Chip), ASIP (anwendungsspezifischer Instruktionssatzprozessor) oder eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung). Unterprogramme können sich auf Teile des Computerprogramms und/oder den Prozessor/Spezialschaltung beziehen, die ein oder mehrere Funktionen implementiert.
Prozessoren, die sich für die Ausführung eines Computerprogramms eignen, umfassen beispielsweise sowohl Mehrzweck- wie auch Spezialmikroprozessoren und eine oder mehrere Prozessoren beliebiger Art von digitalem oder analogem Computer. Allgemein empfängt ein Prozessor Instruktionen und Daten von einem Nur-Lese-Speicher oder einem Direktzugriffsspeicher oder beiden. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor zum Ausführen von Instruktionen und ein oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Instruktionen und/oder Daten. Speichervorrichtungen, wie zum Beispiel ein Cache, können zur zeitweiligen Speicherung von Daten verwendet werden. Speichervorrichtungen können auch zur langzeitlichen Datenspeicherung verwendet werden. Allgemein umfasst ein Computer auch einen oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Daten oder ist betriebsmäßig mit diesen verbunden, um Daten von denselben zu empfangen oder Daten an dieselben zu übertragen, z.B. magnetische, magnetooptische Platten oder optische Platten. Ein Computer kann auch betriebsmäßig mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden werden, um Instruktionen und/oder Daten aus dem Netzwerk zu empfangen und/oder Instruktionen und/oder Daten in das Netzwerk zu übertragen. Informationsträger, die sich zum Verkörpern von Computerprogramminstruktionen und Daten eignen, umfassen alle Formen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichern, einschließlich beispielsweise Halbleiter-Speichervorrichtungen, z.B. DRAM, SRAM, EPROM, EEPROM und Flashspeicher-Vorrichtungen; Magnetplatten, z.B. interne Festplatten oder Wechselplatten; magnetooptische Platten; und optische Platte, z.B. CD, DVD, HD-DVD und Blu-ray-Platten. Der Prozessor und der Speicher können durch Speziallogikschaltungen ergänzt und/oder in dieselben integriert werden.
Um für Interaktion mit einem Benutzer zu sorgen, können die oben beschriebenen Verfahren auf einem Computer in Kommunikation mit einer Anzeigevorrichtung implementiert werden, z.B. einer Katodenstrahlröhre (CRT), Plasma- oder Flüssigkristallanzeige (LCD), zum Anzeigen von Informationen für den Benutzer und eine Tastatur und eine Zeigevorrichtung, z.B. eine Maus, ein Trackball, ein Touchpad oder einen Bewegungssensor, womit der Benutzer Eingaben in den Computer machen kann (z.B. durch Interaktion mit einem Benutzeroberflächenelement). Andere Arten von Vorrichtungen können ebenfalls zum Bereitstellen von Interaktion verwendet werden; zum Beispiel Rückmeldungen, die für den Benutzer bereitgestellt werden, können jede Form von sensorischer Rückmeldung sein, z.B. optische Rückmeldung, akustische Rückmeldung oder taktile Rückmeldung; und Eingaben vom Benutzer können in beliebiger Form empfangen werden, einschließlich akustischer, Sprech- und/oder taktiler Eingaben.
Die oben beschriebenen Verfahren können in einem verteilten Rechensystem implementiert werden, das eine Back-End-Komponente umfasst. Die Komponenten des Rechensystems können durch ein Übertragungsmedium miteinander verbunden sein, welches jede Form von Medium der digitalen oder analogen Datenkommunikation umfassen kann (z.B. Kommunikationsnetzwerk). Das Übertragungsmedium kann ein oder mehrere paketbasierte Netzwerke und/oder ein oder mehrere Netzwerke auf Schaltungsbasis in beliebiger Konfiguration umfassen. Netzwerke auf Paket- und/oder Schaltungsbasis können verdrahtete und/oder drahtlose Netzwerke umfassen.
Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die Erfindung in anderen speziellen Formen verkörpert werden kann, ohne vom Geist oder wesentlichen Merkmalen derselben abzuweichen. Die vorhergehenden Ausführungsformen sollen daher in allen Beziehungen als erläuternd und nicht als die Erfindung, die beschrieben wird, einschränkend angesehen werden. Der Anwendungsbereich der Erfindung wird daher durch die angehängten Ansprüche angezeigt und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sollen daher als hierin eingeschlossen betrachtet werden.

Claims

Verfahren zum Zünden eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator, umfassend: Bereitstellen von Energie aus einer Zündstromversorgung für eine Plasmazündschaltung; Messen eines Vorzündsignals der Plasmazündschaltung; Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals während eines Zündintervalls, wobei ein Zündintervall eine Zeitdauer ist, in welcher erwartet wird, dass das Plasma zündet und Einstellen der Energie für die Plasmazündschaltung auf der Grundlage des gemessenen Vorzündsignals und eines einstellbaren Vorzündsteuersignals..
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zündstromversorgung eine Schaltstromquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zündstromversorgung einen Halbbrückenwechselrichter oder einen Vollbrückenwechselrichter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorzündsignal eine Spannung, Strom oder Leistung der Plasmazündschaltung oder eine Kombination derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorzündsignal einen Strom zwischen der Zündstromversorgung und der Plasmazündschaltung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen des Vorzündsignals das Messen eines Peaks des Vorzündsignals während des Zeitintervalls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, das Einstellen eines Betriebszyklus und/oder eines Frequenzwertes der Zündstromversorgung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Vorzündsignal und dem einstellbaren Vorzündsteuersignal beruht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, folgendes umfasst: Bereitstellen von weniger Energie für die Plasmazündschaltung, wenn das gemessene Vorzündsignal größer als das einstellbare Vorzündsteuersignal ist; und Bereitstellen von mehr Energie für die Plasmazündschaltung, wenn das gemessene Vorzündsignal kleiner als das einstellbare Vorzündsteuersignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals das Erhöhen des einstellbaren Vorzündsteuersignals nach dem Ablauf des Zeitintervalls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das einstellbare Vorzündsteuersignal sich linear mit der Zeit erhöht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Vergrößern des einstellbaren Vorzündsteuersignals durch ein vorgegebenes maximales Steuersignal begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Aufheben der Einstellung der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, auf der Basis eines Aufhebungssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Aufhebungssignal auf einem vorgegebenen maximalen Steuersignal und dem gemessenen Vorzündsignal beruht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Aufheben der Einstellung der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, das Bereitstellen von null Energie für die Plasmazündschaltung während eines zweiten Zeitintervalls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Ablauf eines Zündzeitintervalls ferner umfasst: Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals auf einen Rücksetzwert; Aufrechterhalten des einstellbaren Vorzündsteuersignals auf dem Rücksetzwert für ein Wartezeitintervall; und Einstellen der einstellbaren Vorzündsteuerung, nachdem das Wartezeitintervall abgelaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmazündschaltung einen Transformator und eine Resonanzschaltung umfasst, die mit einer Primärwicklung des Transformators verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Vorzündsignal eine Spannung der Primärwicklung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Resonanzschaltung eine oder mehrere Spulen und einen oder mehrere Kondensatoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Plasmazündschaltung eine oder mehrere Zündelektroden umfasst, die mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Sekundärwicklung einen Zentralabgriff umfasst, der mit der Erde verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Transformator elektromagnetisch mit einer Plasmakammer zum Bereitstellen von Energie für ein Plasma in der Plasmakammer verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 22, das umfasst: Feststellen, ob das Plasma in der Plasmakammer vorhanden ist; Verwenden der Plasmazündschaltung zum Bereitstellen von Energie aus der Zündstromversorgung für das Plasma in der Plasmakammer; und wenn festgestellt ist, dass Plasma in der Plasmakammer vorhanden ist, Einstellen der Energie, die für die Plasmazündschaltung bereitgestellt wird, auf der Grundlage eines Plasmasteuersignals.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Einstellen der Energie, die für das Plasma bereitgestellt wird, das Einstellen eines Betriebszyklus und/oder eines Frequenzwertes der Zündstromversorgung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Einstellen der Energie, die für das Plasma bereitgestellt wird, auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Vorzündsignal und dem Plasmasteuersignal beruht.
Verfahren nach Anspruch 23, das das Messen eines Plasmasignals umfasst, wobei das Einstellen der Energie, die für das Plasma bereitgestellt wird, auf dem Unterschied zwischen einem gemessenen Plasmasignal und dem Plasmasteuersignal beruht.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Plasmasignal einen Strom der Primärwicklung, ein Stromversorgungssignal, ein Plasmakammersignal oder eine Kombination derselben umfasst.
System zum Steuern der Zündung eines Plasmas in einem reaktiven Gasgenerator, wobei das System folgendes umfasst: eine Messvorrichtung, die mit einer Plasmazündschaltung verbunden ist und zum Erzeugen eines Vorzündsignals ausgelegt ist; einen Controller, der folgendes hat: (I) ein Rechenmittel zum Einstellen eines Steuersignals einer Zündstromversorgung, das auf dem Vorzündsignal und einem einstellbaren Vorzündsteuersignal beruht; (II) ein Ausgabemittel zum Ausgeben des Steuersignals der Zündstromversorgung an eine Zündstromversorgung; und (III) ein Rechenmittel zum Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals, während einem Zündintervall, wobei das Zündintervall ein Zeitintervall definiert, in dem die Plasmazündung zu erwarten ist.
System nach Anspruch 28, das umfasst: die Zündstromversorgung; und die Plasmazündschaltung, die mit der Zündstromversorgung verbunden ist.
System nach Anspruch 29, wobei die Zündstromversorgung einen Halbbrückenwechselrichter oder einen Vollbrückenwechselrichter umfasst.
System nach Anspruch 28, wobei die Messvorrichtung zum Erzeugen des Vorzündsignals auf der Grundlage einer Spannungsmessung, einer Strommessung, einer Leistungsmessung der Plasmazündschaltung oder einer Kombination derselben ausgelegt ist.
System nach Anspruch 31, wobei die Messvorrichtung eine Peaknachweiseinheit zum Messen eines Peaks der Messung während des Zeitintervalls umfasst.
System nach Anspruch 28, wobei das Rechenmittel zum Einstellen des Steuersignals der Zündstromversorgung ausgelegt ist, um auf der Grundlage des Unterschieds zwischen dem Vorzündsignal und dem einstellbaren Vorzündsteuersignal das Steuersignal der Zündstromversorgung einzustellen.
System nach Anspruch 28, wobei das Rechenmittel zum Einstellen des einstellbaren Vorzündsteuersignals ausgelegt ist, um das Vorzündsteuersignal nach dem Ablauf des Zeitintervalls zu vergrößern.
System nach Anspruch 34, wobei das Vergrößern des einstellbaren Vorzündsteuersignals durch ein vorgegebenes maximales Steuersignal begrenzt ist.
System nach Anspruch 29, wobei die Plasmazündschaltung einen Transformator und eine Resonanzschaltung umfasst, die mit einer Primärwicklung des Transformators verbunden ist.
System nach Anspruch 36, wobei die Resonanzschaltung eine oder mehrere Spulen und einen oder mehrere Kondensatoren umfasst.
System nach Anspruch 36, wobei die Plasmazündschaltung eine oder mehrere Zündelektroden umfasst, die mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind.
System nach Anspruch 38, wobei die Sekundärwicklung einen Zentralabgriff umfasst, der mit der Erde verbunden ist.
System nach Anspruch 36, wobei der Transformator elektromagnetisch mit einer Plasmakammer zum Bereitstellen von Energie für ein Plasma in der Plasmakammer verbunden ist.
System nach Anspruch 40, das umfasst: eine Plasmanachweiseinheit zum Feststellen des Vorhandenseins des Plasmas in der Plasmakammer; und eine Leistungsregelvorrichtung, die ein Rechenmittel zum Einstellen der Leistung hat, die für die Plasmazündschaltung auf der Grundlage eines Plasmasteuersignals bereitgestellt wird, wenn festgestellt wird, dass das Plasma in der Plasmakammer vorhanden ist.
System nach Anspruch 41, wobei das Plasmasteuersignal einen vorgegebenen Plasmasteuerwert, einen Strom der Primärwicklung, ein Stromversorgungssignal, ein Plasmakammersignal oder eine Kombination derselben umfasst.
System nach Anspruch 28, wobei die Messvorrichtung mit einer oder mehreren anderen Plasmazündschaltungen verbunden ist und zum Erzeugen des Vorzündsignals auf der Grundlage von Messungen aus der einen oder mehreren anderen Plasmazündschaltungen ausgelegt ist.
System nach Anspruch 43, wobei das Ausgabemittel zum Ausgeben des Steuersignals der Zündstromversorgung Mittel zum Ausgeben des Steuersignals der Zündstromversorgung an eine oder mehrere andere Zündstromversorgungen umfasst, die mit der einen oder mehreren anderen Plasmazündschaltungen verbunden sind.