DE1639597C3

DE1639597C3 - Power supply circuit for a getter ion pump

Info

Publication number: DE1639597C3
Application number: DE19681639597
Authority: DE
Inventors: Dale L. El Sobrante Calif. Quinn (V.St.A.)
Original assignee: Varianassociates, Palo Alto, Calif. (V.St.A.)
Priority date: 1967-03-06
Filing date: 1968-02-05
Publication date: 1977-09-22

Description

Es wird eine Stromversorgung für eine Getter-Ionen-Pumpe beschrieben, bei der ein sekundärstromabhängiger Streufeld-Transformator zum Aufbau einer Glimmentladung zwischen den Pumpenelektroden benützt wird, an dessen Sekundärwicklung ein Doppelweggleichrichter angeschlossen ist. Diese Stromversorgung ist besonders geeignet, eine Mehrzellen-Getter-Ionen-Vakuumpumpe zu speisen. Bei diesem Pumpentyp wird eine Vielzahl von getrennten, magnetisch eingeschnürten Glimmentladungssäulen nach Penning verwendet, die dazu dienen, das Gas zu ionisieren und die Ionen in ein Gettermaterial zu treiben, um das Gettermaterial zu versprühen und die Ionen einzubetten, das heißt also, durch Gettern und Einbetten zu pumpen. Glimmentladungspumpen im allgemeinen, und Penning-Pumpen im besonderen, stellen für die Stromversorgung eine Belastung dar, die gekennzeichnet ist durch einen Bereich niedriger Impedanz mit hohem Strom bei hohen Drücken, von beispielsweise 10~³Torr, und einen Bereich hoher Impedanz mit niedrigem Strom bei niedrigen Drücken von beispielsweise 10-" Torr.A power supply for a getter-ion pump is described in which a secondary current-dependent stray field transformer is used to build up a glow discharge between the pump electrodes, to whose secondary winding a full-wave rectifier is connected. This power supply is particularly suitable for feeding a multi-cell getter ion vacuum pump. In this type of pump, a large number of separate, magnetically constricted Penning glow discharge columns are used, which serve to ionize the gas and drive the ions into a getter material, in order to spray the getter material and to embed the ions, i.e. by getters and Pump embed. Glow discharge pumps in general, and Penning pumps in particular, place a load on the power supply characterized by a low impedance region with high current at high pressures, for example 10 ^-3 Torr, and a high impedance region with low current at low pressures of e.g. 10 "Torr.

Für Getter-Ionen-Vakuumpumpen sind verschiedene ⁶S Stromversorgungen bekannt. In letzter Zeit wurden überwiegend zwei Arten von Stromversorgungen verwendet. Bei der ersten Art wurde ein »steifer« Transformator in Verbindung mit einem brückenfreien Zweiweggleichrichter und einer kapazitiven Spannungsverdopplerschaltung verwendet. Der Ausgangsstrom dieser Stromversorgung ist durch die kapazitive Reaktanz der Spannungsverdoppler-Kondensatoren begrenzt, die mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe liegen. Für Hochleistungs-Hochstrom-Pumpen wurde der Strombegrenzungskondensator viel zu groß und teuer. ^{Various 6} S power supplies are known for getter ion vacuum pumps. Recently, two types of power supplies have predominantly been used. The first type used a "stiff" transformer in conjunction with a bridge-free full-wave rectifier and a capacitive voltage doubler circuit. The output current of this power supply is limited by the capacitive reactance of the voltage doubler capacitors, which are in series with the secondary winding of the transformer. The current limiting capacitor became far too large and expensive for high performance, high current pumps.

Bei einer zweiten Art Stromversorgung wurde ein Zweiweg-Brückengleichrichter und Streufeld-Transformator verwendet. Der Strom wurde durch den Streufeld-Transformator begrenzt. In diesem Zusammenhang soll unter »Streufeld-Transformator« ein Transformator verstanden werden, dessen Sekundärwicklung längere Zeit kurz geschlossen werden kann, ohne daß er Schaden leidet. Solche Transformatoren können auch als Transformatoren mit hoher Reaktanz oder sekundärstrombegrenzende Transformatoren bezeichnet werden. Solche Streufeld-Transformatoren arbeiten üblicherweise mit einem magnetischen Nebenschluß um die Sekundärwicklung, so daß, wenn die Reaktanz sich in der Sekundärwicklung aufbaut, ein größerer Teil des Magnetfeldes der Primärwicklung um die Sekundärwicklung herumgeleitet wird. Ein Brükkengleichrichter in Verbindung mit einem Streufeld-Transformator könnte zwar einen ausreichenden Kurzschlußstrom für den Hochdruckbereich des Transformators liefern. Ein solcher Transformator würde jedoch außerordentlich aufwendig, wenn sowohl der hohe Kurzschlußstrom als auch die hohe Leerlaufspannung für den Niederdruckbereich geliefert werden sollte. Bei Betrieb mit üblichen Netzspannungen von 220 bis 240 V erreichte der Netzstrom auch bis zu 30 A. Jede Steigerung der Ausgangsleistung zur Erzielung eines besseren Startverhaltens der Pumpe würde eine größere Netzbelastung als 30 A mit sich bringen, und dann müßten die Bauteile, wie Stecker und Steckdosen, verstärkt werden; als nächste übliche Größe käme eine Nennstromstärke von 50 A in Frage. Hierfür geeignete Bauteile wären jedoch wesentlich größer und teurer.A second type of power supply used a full-wave bridge rectifier and stray field transformer. The current was limited by the stray field transformer. In this context, "stray field transformer" should be understood to mean a transformer whose secondary winding can be short-circuited for a long time without being damaged. Such transformers can also be referred to as transformers with high reactance or secondary current-limiting transformers. Such leakage field transformers typically operate with a magnetic shunt around the secondary winding so that as reactance builds up in the secondary winding, a greater portion of the primary winding's magnetic field is diverted around the secondary winding. A bridge rectifier in connection with a stray field transformer could indeed supply a sufficient short-circuit current for the high pressure area of the transformer. Such a transformer would, however, be extremely expensive if both the high short-circuit current and the high no-load voltage were to be supplied for the low-pressure range. When operated with the usual mains voltages of 220 to 240 V, the mains current also reached up to 30 A. Any increase in the output power to achieve better starting behavior of the pump would result in a mains load greater than 30 A, and then the components, such as plugs and Sockets to be reinforced; the next common size would be a rated current of 50 A. However, components suitable for this would be considerably larger and more expensive.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine bessere Stromversorgung für Glimmentladungs-Vakuumpumpen verfügbar gemacht werden. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer bekannten Stromversorgungsschaltung für eine Getter-lonen-Pumpe, bei der ein sekundärstromabhängiger Streufeld-Transformator zum Aufbau einer Glimmentladung zwischen den Pumpenelektroden benützt wird, an dessen Sekundärwicklung ein Doppelweggleichrichter angeschlossen ist. Diese bekannte Stromversorgungsschaltung wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß parallel zum Gleichspannungsausgang des Doppelweggleichrichters eine Reihenschaltung von Kapazitäten angeschlossen ist, von der eine Anzapfung mit einem Wechselstromanschluß des Doppelweggleichrichters verbunden ist, derart, daß mit zwei Brückenarmen eine Spannungsvervielfacherschaltung gebildet wird, und daß die Kapazitäten so bemessen sind, daß die Spannungsvervielfachung spätestens bei Drücken über \0~⁴ Tor unwirksam wird. Eine derart aufgebaute Versorgungsschaltung arbeitet in dem Hochdruckbereich der Pumpe als strombegrenzter Doppelweggleichrichter und im Niederdruckbereich der Pumpe als Doppeiweggieichrichter mit Spannungsvervieifachung.The present invention seeks to provide a better power supply for glow discharge vacuum pumps. To solve this problem, the invention is based on a known power supply circuit for a getter ion pump, in which a secondary current-dependent stray field transformer is used to build up a glow discharge between the pump electrodes, to whose secondary winding a full-wave rectifier is connected. This known power supply circuit is improved according to the invention in that a series circuit of capacitances is connected in parallel to the DC voltage output of the full-wave rectifier, one tap of which is connected to an alternating current connection of the full-wave rectifier, in such a way that a voltage multiplier circuit is formed with two bridge arms, and that the capacitances are so dimensioned are that the voltage multiplication becomes ineffective at the latest when pressing above \ 0 ~ ^{4 gate.} A supply circuit constructed in this way works as a current-limited full-wave rectifier in the high-pressure area of the pump and as a double-wave rectifier with voltage doubling in the low-pressure area of the pump.

Da der eigentliche Niederdruckbereich der Pumpe bei Drücken unterhalb von ΙΟ-⁵ Torr liegt, kann der Übergang gemäß einer speziellen Ausbildung derSince the actual low-pressure region of the pump is at pressures below ⁵ Torr ΙΟ-, the transition can according to a particular embodiment of the

Frfindung auch in diesen Bereich gelegt werden, indem A Kapazitäten so bemessen werden, daß dieFindings can also be placed in this area by dimensioning A capacities in such a way that the

annungsvervielfachung schon bei Drücken über 10~⁵ Torr unwirksam wird.multiplication becomes ineffective at pressures above 10 ~ ⁵ Torr.

Merkmale weiterer spezieller Ausführungsformen , Erfindung sind den übrigen Untcransprüchen zuFeatures of further special embodiments, invention are to the remaining unclaims

^en _E"_n Äusführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand Her Zeichnung näher erläutert werden, es zeigen: ^s _E _"n Äusführungsbeispiel of the invention is to hand Her drawing will be explained in more detail, there show:

F¹K 1 schematisch eine bekennte Glimmentladungs-Vakuumpumpe mit zugehöriger Stromversorgung;F ¹ K 1 schematically a well-known glow discharge vacuum pump with associated power supply;

Fig.2 schematisch eine andere Schaltung als die gemäß F ig· 1; . .Fig.2 schematically shows another circuit than that according to Fig. 1; . .

Fig·3 schematisch eine Stromversorgung nach der Erfindung für Glimmentladungs-Vakuumpumpen;Fig. 3 schematically shows a power supply according to FIG Invention for glow discharge vacuum pumps;

ρ i g 4 das Ersatzschaltbild der Schaltung nach F i g. 3 für den Hochdruck-Arbeitsbereich;ρ i g 4 is the equivalent circuit diagram of the circuit according to FIG. 3 for high pressure work areas;

Fig.5 das Ersatzschaltbild für die Schaltung nach P j 3f_ur den Niederdruck-Arbeitsbereich der Pumpe;5 shows the equivalent circuit diagram for the circuit of P j 3f _for the low-pressure operating range of the pump;

^U"f i g- 6 ^die Abhängigkeit der Spannung, des Stromes H der Leistung in Prozent der Maximalwerte in Abhängigkeit vom Betriebsdruck der Pumpe. ^U "fi g- 6 ^the dependence of the voltage, the current H of the power in percent of the maximum values depending on the operating pressure of the pump.

In Fig. 1 ist ^eine bekannte Glimmentladungs-Vakuumpumpe 1 und die zugehörige Stromversorgung 2 dagestellt. Die Glimmentladungs-Vakuumpumpe 1 besteht aus einem nicht dargestellten Gefäß, das eine Vielzellenanode 3 enthält, die zwischen zwei Kathodenplatten 4 angeordnet ist. Die Kathodenplatten bestehen aus einem Gettermaterial, beispielsweise Titan, und die Anode 3 wird mit einer nicht dargestellten Isolatoranordnung im Abstand von den Platten 4 gehaltert. Ein Magnet 5 ist außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet und liefert ein Magnetfeld von beispielsweise 1000 Gauß durch die Anode 3, das axial zu den mit offenem Ende versehenen Anodenzellen liegt.1 shows ^a known glow discharge vacuum pump 1 and the associated power supply 2. The glow discharge vacuum pump 1 consists of a vessel (not shown) which contains a multi-cell anode 3 which is arranged between two cathode plates 4. The cathode plates consist of a getter material, for example titanium, and the anode 3 is held at a distance from the plates 4 by means of an insulator arrangement (not shown). A magnet 5 is arranged outside the vacuum vessel and provides a magnetic field of, for example, 1000 Gauss through the anode 3, which is axially to the open-ended anode cells.

Die Stromversorgung 2 liefert eine maximale positive Spannung von beispielsweise 7,5 kV an die Anode 3 gegenüber den Kathodenplatten 4, wenn unter 10~⁹ Torr gearbeitet wird. Wenn der Gasdruck innerhalb der Pumpe 1 durch eine nicht dargestellte andere Vakuumpumpe auf etwa IO-³ Torr abgesenkt worden ist, sorgt die angelegte Spannung dafür, daß eine Glimmentladung eingeleitet wird. Die Spannung zwischen der Anode 3 und der Kathode 4 liegt dann bei etwa 400 V, und der Strom wird durch die Stromversorgung 2 begrenzt Diese Glimmentladung wird als Penning-Entladung bezeichnet und sorgt dafür, daß das Gas ionisiert wird und die positiven Ionen in die Kathodenplatten getrieben werden, um das Gettermaterial zu versprühen und die Ionen in den Kathodenplatten 4 einzubetten. Das versprühte Material wird auf den Oberflachen innerhalb der Pumpe gesammelt und dient dazu, damit in Berührung kommende Gase zu gettern, so daß diese abgepumpt werden. Bei Drücken unterhalb etwa 3x10-" Torr ist die Glimmentladung durch eine Vielzahl von Glimmentladungssäulen gekennzeichnet, von denen je eine eingeschnürt und gewendelt innerhalb einer der Anodenzellen verläuft.The power supply 2 supplies a maximum positive voltage of, for example, 7.5 kV to the anode 3 with respect to the cathode plates 4 when working below 10 ~ ⁹ Torr. When the gas pressure within the pump 1 has ^{been lowered to about 10-3 Torr by another vacuum pump (not shown)} , the applied voltage ensures that a glow discharge is initiated. The voltage between the anode 3 and the cathode 4 is then around 400 V, and the current is limited by the power supply 2. This glow discharge is called Penning discharge and ensures that the gas is ionized and the positive ions into the cathode plates are driven in order to spray the getter material and to embed the ions in the cathode plates 4. The sprayed material is collected on the surfaces inside the pump and is used to getter gases that come into contact with it, so that these are pumped out. At pressures below about 3x10 "Torr, the glow discharge is characterized by a large number of glow discharge columns, one of which is constricted and coiled within one of the anode cells.

Die Stromversorgung 2 besteht aus einem »steifen« Transformator 6 mit einer Primärwicklung 7 die gewöhnlich an Netzspannung von 120 V und 60 Hz angeschaltet wirdr Der Transformator kann jedoch auch für eine Stromquelle von 600 V oder weniger und 25 bis 400 Hz ausgelegt werden. Die SekundarwiCK.ung ~ ~ls \. Transformators liegt über dem Eingang einer Zweiweg-Spannungsverdopplungs-Gleichrichterschaluing'). Die Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung weist zwei Eingangsklemmen 11 und 12 und zwei Ausgangsklemmen 13 und 14 auf. Hs sind zwei Gleichrichterarme 15 und 16 vorgesehen. Ein Arm 15 liegt zwischen einer Eingangsklemme 11 und einer Ausgangsklemme 13, und der andere Arm 16 liegt zwischen einer Eingangsklemme 11 und der anderen Ausgangsklemme 14. Zwei Kondensatoren 17 und 1» liegen in Reihe über den Ausgangsklemmen 13 und 14. Die Reihenverbindung der Kondensatoren 17 und 18 ist in der Mitte angezapft, um die zweite Eingangsklemme 12 des Gleichrichters 9 zu bilden.The power supply 2 consists of a "stiff" transformer 6 with a primary winding 7 is usually connected to a mains voltage of 120 V and 60 Hz. However, the transformer can also for a power source of 600 V or less and 25 to 400 Hz can be designed. The secondary development ~ ~ ls \. Transformer is above the input of a two-way voltage doubling rectifier circuit '). The voltage doubler rectifier circuit has two input terminals 11 and 12 and two Output terminals 13 and 14. Two rectifier arms 15 and 16 are provided. One arm 15 lies between an input terminal 11 and an output terminal 13, and the other arm 16 lies between an input terminal 11 and the other output terminal 14. Two capacitors 17 and 1 » are in series across output terminals 13 and 14. The series connection of capacitors 17 and 18 is tapped in the middle to form the second input terminal 12 of the rectifier 9.

Die Glimmentladung in der Pumpe 1 ist durch zwei Betriebsbereiche gekennzeichnet. Einer dieser Bereiche ist ein Hochdruck-Pump- und Anlaufbereich, in dem die Entladung durch eine extrem kleine Impedanz gekennzeichnet ist. In diesem Bereich muß also der Strom begrenzt werden, um, im ungünstigsten Falle, ein Aufbrennen der Pumpe oder wenigstens eine Überhitzung der Pumpe zu verhindern, bei der ihre Baute; e ausgasen wurden, wodurch schlechte und unstabile Starteigenschaften hervorgerufen würden. Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist der im Hochdruckbere.ch gelieferte Strom durch den kapazitiven Blindwiderstand der Kondensatoren 17 und 18 begrenzt, weil jeder pulsierenoe Ausgangs-Gleichstrom durch die Kondensatoren 17 und 18 fließen muß. Diese Kondensatoren werden außerordentlich aufwendig, wenn relativ große Anlaufströme von beispielsweise 1 A für große Pumpen 1 benötigt weiden. .The glow discharge in the pump 1 is characterized by two operating ranges. One of those areas is a high pressure pumping and starting area in which the discharge is characterized by an extremely small impedance is. In this area, the current must be limited to, in the worst case, a Burning up of the pump or at least overheating to prevent the pump from building up; e were outgassed, making bad and unstable Starting properties would be caused. In the circuit according to FIG. 1, the one in the high pressure area delivered current limited by the capacitive reactance of the capacitors 17 and 18 because each pulsierenoe output direct current must flow through the capacitors 17 and 18. These capacitors are extremely expensive if relatively large starting currents of, for example, 1 A for large pumps 1 requires pastures. .

Der andere Betriebsbereich der Pumpe 1 ist der Niederdruckbereich, in dem der Druck unterhalb von 10-⁵Torr liegt. In diesem Bereich wächst die Impedanz der Pumpe auf einen sehr hohen Wert bei weniger als 10-⁶ Torr Die Schaltung nach Fig. 1 liefert die Hochspannung von beispielsweise 7,5 kV be. einigen Milli-Ampere oder weniger zum Betrieb im Niederdruckbereich. The other operating range of the pump 1 is the low pressure region where the pressure is below 10- ⁵ Torr. In this area, the impedance of the pump increases, the circuit of Fig on a very high value at less than 10- ⁶ Torr. 1 supplies the high voltage of for example 7.5 kV be. a few milliamperes or less for low pressure operation.

In Fig 2 ist eine andere bekannte Stromversorgung 21 für Glimmentladungspumpen 1 dargestellt In diesem Falle ist der Transformator 22 ein Streufeld-Transformator, dessen Sekundärwicklung 8 längere Zeit kurzgeschlossen werden kann, ohne daß der Transformator 22 Schaden leidet. An die Primärwicklung 1 wird eine Netzspannung von 220 bis 240 V gelegt. Der Transformator 22 enthält ein geschlossenes magnetisches loch 23, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen 7 bzw. 8 auf einen magnetischen Kern 24 des Jochs 23 gewickelt sind. Zwei magnetische Nebenschlüsse liegen zwischen dem Kern 24 und dem Joch 23 an einem Punkt, der den Kern 24 zwischen der. Windungen 7 und 8 schneidet. Wenn der von der Sekundärwicklung abgegebene Strom steigt, wächst auf diese Weise die Kernflußdichte, so daß ein größerer Prozentsatz des Magnetflusses durch die Nebenschlüsse 25 zum Joch abgeleitet wird. Die Nebenschlüsse 25 sind so eingestellt und bemessen, daß, w=™ die Sekundärwicklung kurzgeschlossen ist, der Kurzschlußslrom einen Wert annimmt, den der Transformator für längere Zeitspannen ohne Schäden liefern Kann. In einem typischen Ausführungsbeispiel wird der Sekundar-Kurzschlußstrom auf 1,33 Ampere effektiv eingestellt. De. Fffcktivwert des Sekundär-Kurzschlußstroms ist das 141 fache des Gleichstrom-Kurzschluß-Ausgangs-In Fig. 2, another known power supply 21 for glow discharge pumps 1 is shown Case, the transformer 22 is a stray field transformer, the secondary winding 8 for a long time can be short-circuited without the transformer 22 suffering damage. To the primary winding 1 is a mains voltage of 220 to 240 V. The transformer 22 contains a closed magnetic Hole 23, the primary and secondary windings 7 and 8, respectively, on a magnetic core 24 of the yoke 23 are wound. Two magnetic shunts are between the core 24 and the yoke 23 on one Point that the core 24 between the. Windings 7 and 8 intersect. If the one from the secondary winding delivered current increases, in this way the core flux density increases, so that a larger percentage of the Magnetic flux is diverted through the shunts 25 to the yoke. The shunts 25 are so set and dimensioned that, w = ™ the secondary winding is short-circuited, the short-circuit current assumes a value that the transformer for longer periods of time Can deliver without damage. In a typical embodiment, the secondary short circuit current is set to 1.33 amps rms. De. This is the effective value of the secondary short-circuit current 141 times the DC short-circuit output

stroms.electricity.

Die AnsgangsspannuiiR von 5300 V effektiv der Sekundärwicklung 8 liegt über den Eingangsklemmen 11 und 12 eines üblichen vierarmigen Zweiwcg-Brükkenglcichriehtcrs 26 mit Ausgangsklemmen 13 undThe initial voltage of 5300 V rms Secondary winding 8 lies over the input terminals 11 and 12 of a conventional four-armed two-way bridge connector 26 with output terminals 13 and

und Gleichrichterarmen 15, 16, 27 und 28. Die Ausgangsklemmen 13 und 14 sind mit der Vakuumpumpe 1 wie im Falle der F i g. 1 verbunden.and rectifier arms 15, 16, 27 and 28. Output terminals 13 and 14 are connected to the vacuum pump 1 as in the case of FIG. 1 connected.

Ein Problem bei dieser bekannten Stromversorgung nach F i g. 2 liegt darin, daß keine Spannungsverdopplung vorhanden ist. Damit die Stromversorgung im Niederdruckbereich 7,5 kV Gleichspannung liefern kann und der relativ hohe Kurzschlußstrom von beispielsweise 1,2 A Gleichstrom im Hochdruckbereich geliefert werden kann, wird der Transformator relativ groß und aufwendig.One problem with this known power supply according to FIG. 2 lies in the fact that no voltage doubling is available. So that the power supply can deliver 7.5 kV DC voltage in the low pressure range and the relatively high short-circuit current of, for example, 1.2 A direct current in the high pressure range can be, the transformer is relatively large and expensive.

In Fig.3 ist eine Stromversorgung 31 nach der Erfindung dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Schaltung 32 grundsätzlich die gleiche wie die nach F i g. 2, nur daß die Spannungsverdoppler-Kondensatorschaltung der Schaltung nach F i g. 1 hinzugefügt worden ist. Genauer gesagt, sind zwei Kondensatoren 17 und 18 in Reihe über die Ausgangsklemmen 13 und 14 des Brückengleichrichters 32 geschaltet. Die in Reihe geschalteten Kondensatoren 17 und 18 sind in der Mitte angezapft und mit der Eingangsklemme 12 verbunden, so daß einer der Kondensatoren 17 oder 18 parallel zu jeweils einem der Gleichrichterarme 27 bzw. 28 liegt.In Figure 3 is a power supply 31 according to the Invention shown. In the illustrated embodiment, the circuit 32 is basically the same like the one according to FIG. 2, only that the voltage doubler capacitor circuit the circuit according to FIG. 1 has been added. More specifically, two capacitors 17 and 18 are in series across the output terminals 13 and 14 of the bridge rectifier 32 switched. The series-connected capacitors 17 and 18 are tapped in the middle and connected to input terminal 12 so that one of the Capacitors 17 or 18 are parallel to one of the rectifier arms 27 and 28, respectively.

Die Werte der Kondensatoren 17 und 18 sind so ausgewählt, daß im Niederdruckbereich bei kleinem Strombedarf eine ausreichende Zeitkonstante vorhanden ist, so daß die Lastimpedanz die Dioden in den parallel liegenden Armen 27 und 28 in den nicht leitenden Zustand vorspannt. In einem solchen Falle arbeitet die Schaltung 32 im Niederdruckbereich wie die Spannungsverdopplerschaltung nach Fig. 1, wie das in F i g. 5 veranschaulicht ist. Wenn andererseits die Pumpe im Hochdruckbereich mit hohem Strom arbeitet, haben die Kondensatoren 17 und 18 zusammen mit der niedrigen Impedanz der Glimmentladungs-Vakuumpumpc eine solch kleine Zeitkonstante, daß die parallelliegenden Dioden voll leitend sind und die Schaltung wie ein Zweiweg-Brückengleichrichter nach F i g. 2 arbeitet, wie das in F i g. 4 veranschaulicht ist.The values of the capacitors 17 and 18 are selected so that in the low pressure range at small Current demand a sufficient time constant is available so that the load impedance the diodes in the parallel arms 27 and 28 biased into the non-conductive state. In such a case the circuit 32 operates in the low pressure range like the voltage doubler circuit according to FIG. 1, as in FIG F i g. 5 is illustrated. On the other hand, if the pump is operating at high current in the high pressure area, have capacitors 17 and 18 together with the low impedance of the glow discharge vacuum pumps such a small time constant that the parallel diodes are fully conductive and the Circuit like a full-wave bridge rectifier according to FIG. 2 works like that in FIG. 4 is illustrated.

Es ist sehr wichtig, daß die Brücken-Verdopplerschaltung gemäß Fig.3 den gleichen Kurzschluß-Gleichstrom und die gleiche Leerlaufspannung haben kann wie die Brückenschaltung nach F i g. 2, jedoch mit einer Sekundärspannung von 2650 V effektiv, was nur die Hälfte der Sekundärspannung des Transformators nach Fig.2 ist. Wenn also die Sekundärwicklungen der Transformatoren nach F i g. 2 oder 3 gleichen Kurzschlußstrom liefern müssen, muß der Volt-Ampere Wert des Transformators nach Fig.2 doppelt so groß sein wie der des Transformators nach Fig.3. Bei einer Primärspannung von 240 V beträgt der Nctzstrom des Transformators gemäß Fig. 2 etwa 30 A, bei der Schaltungsanordnung nach Fig.3 ist der primürscitig abgegebene Nctzstrom jedoch nur 15 A, wenn die Sekundärwicklungen kurzgeschlossen sind. Die Kapazität der Kondensatoren 17 und 18 kann so eingestellt werden, daß sich eine Abhängigkeit der Ausgangs-Gleichspannung vom Strom der Schaltung 31 nach F i g. 3 ergibt, die sehr gut der gleichartigen Kurve der Schaltung 21 nach F i g. 2 folgt. Eine Herabsetzung des Netzstroms um einen Faktor 2 bedeutet eine erhebliche wirtschaftliche Einsparung. Statt dessen kann der Ausgangs-Gleichstrom der Schaltung 31 nach F i g. 3 auf den doppelten Wert der Schaltung 21 nach F i g. 2It is very important that the bridge doubler circuit shown in Figure 3 has the same short-circuit direct current and can have the same open circuit voltage as the bridge circuit according to FIG. 2, but with one Secondary voltage of 2650 V rms, which is only half the secondary voltage of the transformer after Fig.2 is. So if the secondary windings of the transformers according to FIG. 2 or 3 same short-circuit current must deliver, the volt-ampere value of the transformer according to Fig.2 must be twice as large like that of the transformer according to Fig. 3. At a Primary voltage of 240 V, the Nctzstrom of the transformer according to FIG. 2 is about 30 A, at the The circuit arrangement according to FIG. 3 is the primary one The output current is only 15 A if the secondary windings are short-circuited. The capacity the capacitors 17 and 18 can be adjusted so that there is a dependence of the output DC voltage from the current of the circuit 31 according to FIG. 3 shows that the curve of the same type is very good Circuit 21 according to FIG. 2 follows. A reduction in the mains current by a factor of 2 means a significant one economic saving. Instead, the output direct current of the circuit 31 of FIG. 3 on twice the value of the circuit 21 according to FIG. 2

ίο erhöht werden, um höhere Anlaufgeschwindigkeiten der Ionenpumpe zu erhalten, ehe der Wert von 30 A für den Netzstrom überschritten wird.ίο be increased to higher start-up speeds of the ion pump before the value of 30 A for the mains current is exceeded.

In F i g. 6 sind graphisch die Betriebscharakteristiken einer typischen Glimmentladungspumpe mit einer Stromversorgung nach Fig.3 dargestellt. In einem typischen Beispiel wird der Kurzschluß-Gleichstrom zu 1,2 A gewählt, damit wird die interne Nebenschlußkonstruktion des Transformators festgelegt. Die Leerlauf-Gleichspannung der Stromversorgung wird zu 7,5 kV gewählt, und dadurch wird das Windungsverhältnis des Transformators und der Nennwert der Spitzensperrspannung der Diodengleichrichter für die Brücke 32 festgelegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Gleichrichterarme 15,16,27 und 28 jeweilsIn Fig. 6 are graphical operating characteristics of a typical glow discharge pump with a Power supply shown in Fig.3. In a typical example, the short-circuit DC current becomes too 1.2 A is selected to determine the transformer's internal shunt design. The no-load DC voltage the power supply is chosen to be 7.5 kV, and this increases the turns ratio of the Transformer and the nominal value of the peak reverse voltage of the diode rectifiers for bridge 32 set. In a preferred embodiment, rectifier arms 15, 16, 27 and 28 each include

eine Reihenschaltung von wenigstens zehn Dioden 1000 PRV₁ damit jede Diode unterhalb ihrer Nenn-Spitzensperrspannung arbeiten kann. Die Kondensatoren 17 und 18 werden mit einer Kapazität von 0,1 Mikrofarad und einer Nennspannung von 10 kV gewählt.a series connection of at least ten diodes 1000 PRV ₁ so that each diode can operate below its nominal peak reverse voltage. The capacitors 17 and 18 are chosen with a capacitance of 0.1 microfarads and a nominal voltage of 10 kV.

Wie aus der graphischen Darstellung in Fig.6 ersichtlich ist, fällt die Ausgangsspannung der Stromversorgung 31 mit wachsendem Druck, während der abgegebene Strom mit wachsendem Druck steigt. Die zur Pumpe gelieferte Leistung erreicht ihren Maximalwert gut im Hochdruckbereich, so daß die Pumpe über den größten Teil des Betriebsbereiches auf der linken Seite des Leistungsmaximums arbeitet. Auf diese Weise liefert die Stromversorgung mehr Leistung an die Pumpe, wenn in dieser ein Gasstoß auftritt, durch den der Druck im Innern der Pumpe momentan ansteigt. Wenn statt dessen das Maximum der gelieferten Leistung weit im Niede'rdruckbereich läge und die Pumpe auf der rechten Seite des Leistungsmaximums arbeiten würde, würde bei einem solchen Gasstoß die Stromversorgung weniger Leistung liefern und dadurch kann die Pumpe unter Umständen überschwemmt werden.As can be seen from the graph in Fig. 6 As can be seen, the output voltage of the power supply 31 falls with increasing pressure, during the delivered current increases with increasing pressure. The power delivered to the pump reaches its maximum value good in the high pressure range, so the pump is on the left for most of the operating range Side of maximum performance is working. In this way, the power supply delivers more power to the Pump when a gas surge occurs in it, which momentarily increases the pressure inside the pump. If instead the maximum of the power delivered were far in the low pressure range and the The pump would work on the right-hand side of the maximum output if the gas surge would occur Power supply deliver less power and this can flood the pump under certain circumstances will.

Wenn auch die Stromversorgung nach Fig.3 in Verbindung mit einer mehrzelligen Glimmentladungs-Even if the power supply according to Fig. 3 in connection with a multi-cell glow discharge

Vakuumpumpe nach Penning geschrieben worden ist, so ist sie doch auch bei anderen Glimmcntladungs-Vakuumpumpcn anwendbar, die einen Hochdruck-Bctriebsbcrcich mit niedriger Impedanz und hohem Strom und einen Nicderdruck-Hetricbsbcrcich mit hoher ImpedanzVacuum pump was written after Penning, it is also used in other glow discharge vacuum pumps applicable to high-pressure, low-impedance, high-current and high-pressure operation a high-impedance Nicderdruck thermal circuit

und niedrigem Strom aufweisen.and have low current.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Power supply circuit for a getter ion pump, in which a secondary current-dependent stray field transformer is used to build up a glow discharge between the pump electrodes, to the secondary winding of which a full-wave rectifier is connected, characterized in that parallel to the DC voltage output of the full-wave rectifier (15, 16; 27, 28) a series circuit of capacitors (17, 18) is connected, one tap of which is connected to an alternating current connection (12) of the full-wave rectifier, in such a way that a voltage multiplier circuit is formed with two bridge arms (15, 16) and that the capacitances (17,18) are dimensioned so that the voltage multiplication is ineffective at least at pressures above 10- ⁴ Torr.

2. Power supply circuit according to claim 1, characterized in that the leakage field transformer (22) contains a magnetic shunt (25) which carries part of the magnetic flux of the Primary winding (7) bypasses the secondary winding (8).

3. Power supply circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage multiplier circuit is a voltage doubler circuit.

4. Power supply circuit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the capacitances (17, 18) are dimensioned so that the voltage multiplication is ^{ineffective at pressures above 10 ~ 5} Torr.

5. Power supply circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Capacities (17,18) have values in the range of 0.01 to 1 microfarad.

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