DE2950359A1

DE2950359A1 - Hochspannungs-stromversorgungsgeraet fuer ein leistungsmagnetron

Info

Publication number: DE2950359A1
Application number: DE19792950359
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.rer.nat. Beerwald; Günter Dr.rer.nat. Böhm; Günter Dr.rer.nat. 4630 Bochum Glomski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1981-06-19

Description

Hochspannungs-Stromversorgungsgerät fUr
ein Leistungsmagnetron Die Erfindung betrifft ein mit Halbleiterbauelementen stromgeregeltes Hochspannungsversorgungsgerät fUr ein Leistungsmagnetron.
Die typischen Betriebsspannungen von Leistungsmagnetrons liegen bei etwa 4 kV. Die typischen Betriebsspannungen von zur Stromregelung geeigneten Hochspannungs-Halbleiterbauelementen wie Transistoren und Thyristoren liegen z. Zt. bei etwa 1 kV.
Die Reihenschaltung solcher Bauelemente führt bekanntlich zu erheblichen Schwierigkeiten wegen der Streuung der charakteristischen Daten und der erforderlichen hohen Anforderungen an die Präzision der simultanen Ansteuerung.
Wegen der fUr Magnetrons typischen Strom-Spannungs-Charakteristik führt eine relativ geringe Spannungsänderung zu einer drastischen Änderung des Stromes. Deshalb ist bekanntlich eine Spannungsänderung von einigen 100 Volt für die nahezu vollständige Strom- und Leistungsregelung von 100% bis herab zu weniger als l w°h ausreichend. Deshalb ist auch der Spannungsbereich der zur Verfügung stehenden Halbleiterbauelemente für die Stromregelung der Magnetrons ausreichend. Jedoch ist während des Betriebes die Gefatr^^vono auftretenden Uberspannungen vorhanden und es kommt oft zum Ausfall der Falbleiterbauelemente.
Zum Stand der Technik gehört ein weiterer eg, der die Konfrontierung der regelnden Malbleiterbauelemente mit der hohen Magnetronspannung ganz vermeidet und die Regelschaltung auf die Primärseite des Hochspannungstransformators legt. Bei Netzfrequenztransformatoren werden Thyristor- oder Triac-Schaltungen benutzt; bei Schaltnetzteilen wird durch ßnderung von Frequenz oder Tastverhältnis geregelt. Dieser Weg setzt jedoch Grenzen bezüglich der Schnelligkeit der Stromregelung beim Magnetron, die weit unter der Grenze liegen, die durch die Grenzfrequenz der Hochspannungstransistoren gegeben ist.
Bei manchen Anwendungen von Mikrowellenleistung, im besonderen bei der Plasmaerzeugung mit Nikrowellen, z. B. bei plasmachemischen Verfahren wie fitzung, Veraschung und Beschichtung, kann eine schnelle Regelung oder Modulation im Mikrosekundenbereich gefordert sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltanordnung für den Magnetronstromkreis zu finden, die die Regelung des Magnetron stromes, wenn gefordert, auch sehr schnell ermöglicht und bei der die Gefahr von Uberspannungen, die z. B. durch Iastschwankungen oder Netzspannungsschwankungen herrühren können, ausgeschlossen sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen vor.
Besonders wichtig ist der Schutz der geregelten Stromversorgungsteile niedrigerer Spannung durch die Gleichrichterdioden in Sperrichtung an den Ausgängen, die verhindern, daß vom Hochspannungsteil herrührende Uberspannungen an den regelnden Bauelementen der Stromversorgungsteile niedrigerer Spannung auftreten können.
Fiir den Fall, daß Regelzeiten von mehreren Periodendauern der Frequenz der aufwärtstransformierten Spannung ausreichend sind, genügt die Hinzunahme eines thyristorgeregelten Stromversorgungsteils gemäß Anspruch 2. Diese Thyristorregelng kann durch eine externe Spannung, die z. 3. von der Temperaturmessung im Plasmareaktor herrührt, oder zur Stromkonstanthaltung intern gemäß Anspruch 3 gesteuert werden.
Für schnellere Regelung wird man einen Transistor wählen. Die ochspannungstransistoren haben jedoch die Eigenschaft, daß die zulässige Verlustleistung bei Emitter-Kollektor-Spannungen UCE oberhalb von etwa 25 - 50 Volt mit wachsender Spannung UcE abnimmt.
Mit Hilfe der Thyristorregelung läßt sich die Spannung UcE niedrig halten, so daß der Bereich hoher zulässiger Verlustleistung ausgenutzt werden kann (Ansprüche 4, 5, 7 und 8).
Bei Pulsmodulation des Magnetrons wird man zur Erzielung eines hohen tTodulationsgrades ein besonaeres Stromversorgungsteil für den Schalttransistor wählen, um die volle Sperrspannung des Transistors auszunutzen (Anspruch 6).
Gemäß Anspruch 7 kann man den Schalttransistor selbst auch zur Regelung der Amplitude des Strompulses benutzen.
Ein Ausführungsbeispiel der rfindung ist als Schaltbild in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben, Das Gerät besteht aus einem uneregeltem Toochspannungs-Str.-Vers.-Teil (1), einem thyristorgeregelten Str.-Vers.-Teil (2) und einem transistorgeregelten Str,-Vers.-Teil (3). .s kann sowohl mit einer Gleichspannung als auch mit SlDannungspulsen gesteuert werden.
Der Netztransformator (4) besitzt drei voneinander getrennte Wicklungen: 2200 V für das ungeregelte Str.-Vers.-Teil (1) und Je 500 V für das thyristorgeregelte (2) und das transistorgeregelte Str.-Vers.-Teil (3). Die drei Str.-Vers.-Teile besitzen Brückengleichrichter und Ladekondensatoren; sie sind ausgangsseitig in Reihe geschaltet; die Ausgänge der Str.-Vers.-Teile niedrigerer Spannung (2) und (3) sind durch Dioden vom Typ Ru285 auch dann vor Hochspannung geschützt, wenn eines der Str.-Vers.-Teile völlig zugeregelt ist. Der Spannungsabfall Ucw am Transistor (5) abzüglich 60 V Zenerdiodenspannung wird der Thyristorsteuerschaltung (6) zugeführt. Der Gleichrichter (7) sorgt dafür, daß nur ein negatives Steuersignal durchgelassen wird, so daß die Steuerschaltung (6) nur dann ein Signal erhält, wenn die Spannung am Transistor kleiner ist als 60 V. Die Schaltung (6) bewirkt, daß mit größer werdendem Betrag des negativen Signals das Thyristor-Str.-Vers.-Teil (2) mehr Spannung liefert.
Die Ausgangsimpulse der Zündstufe TCA 280 in (6) werden über einen Trennübertrager dem Thyristor 700V/3A in (2) zugeführt.
Die Steuerspannung für das Gesamtgerät wird der Basis des Transistors (5) zugeführt. Sie kann konstante oder langsam veränderliche Gleichspannung sein oder auch ein Puls. Durch sie wird der Magnetron8trom bestimmt. Im dargestellten Beispiel ist ein Magnetron vom Typ 2M172 verwendet worden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Hochspannungs-Stromversorgungsgerät für ein Leistungsmag - ron mit Stromregelung mittels Halbleiterbauelementen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - Das Hochspannungs-Stromversorgungsgerät ist zusammengesetzt aus einem ungeregel ten Hochspannungs-Stromversorgungsteil und einem oder mehreren geregelten Stromversorgungsteilen niedrigerer Spannung, - die Spannung des ungeregelten Stromversorgungsteils liegt unterhalb der Nindestspannung, die für den Betrieb des Magnetrons benötigt wird, - die Ausgänge der Stromversorgungsteile sind in Reihe geschaltet, - die Ausgänge der geregelten Stromversorgungsteile werden mit Gleichrichterdioden in Sperrichtung überbrückt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung eines Stromversorgungsteils durch eine Thyristorschaltung geregelt wird.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Thyristorschaltung durch den Spannungsabfall an einem Widerstand im Stromkreis des Magnetrons erfolgt.
4. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen stromregelnden Längstransistor im thyristorgeregelten Stromversorgungsteil, wobei die Emitter-Kollektor-Spannung am Transistor die Thyristorschaltung steuert.
5. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein weiteres Stromversorgungsteil mit einem stromregelnden Längstransistor, wobei die Emitter-Nollektor-~pannung am Transistor das thyristorgergelte Stromversorgungsteil steuert.
6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein weiteres Stromversorgungsteil mit einem Hochspannungs-Schalttransistor in der Zuleitung zu einer Ausgangsklemme.
7. Gerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Pulsmodulation des Transistor-Stromversorgungs teils mittels des Basisstromes, wobei nur die während der Impulsdauer anliegende Emitter-Kollektorspannung das Thyristor-Stromversorgungsteil steuert.
8. Gerät nach Ansprüchen 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Spannung am Transistor mindestens so hoch ist, daß die schnellen Stromschwankungen ausgeregelt werden können, aber andererseits so begrenzt wird, daß die zulässige mittlere Verlustleistung des Transistors nicht Uberschritten wird.