DE4322608A1

DE4322608A1 - Device for power modulation during plasma excitation, preferably during use of gas lasers

Info

Publication number: DE4322608A1
Application number: DE19934322608
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Ing Rettich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1993-07-07
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2013-07-08
Also published as: DE4322608C2

Abstract

The device has electrodes for coupling power into the plasma, which electrodes are connected to a voltage source. Because of the high costs of radio-frequency transmitters, further plasma applications and the use of CO2 lasers are limited since, although the laser is an ideal tool for a large number of areas of use, it is, however, very expensive. In order that the device allows rapid power modulation but has an extremely cost-effective design using cost-effective components, the device has an output stage at whose output a square-wave output voltage is present which can be applied to at least one downstream tuned circuit at a frequency which is at least close to the resonant frequency. It is possible to produce a high-frequency high voltage by combining a fast-action power output stage operating in the switching mode with a high-frequency tuned circuit. Using the device, fast power modulation is possible, as in the case of a radio-frequency transmitter. The device is thus distinguished by fast-action power control and cost-effective design.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Leistungsmodu lation bei einer Plasmaanregung, vorzugsweise beim Einsatz von Gaslasern, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for achievement mod lation with a plasma excitation, preferably during use of gas lasers, according to the preamble of claim 1.

Die Plasmaanregung mit einer schnellen Leistungsmodulation ist insbesondere notwendig beim Einsatz von Gaslasern, wie CO₂-Lasern, um die Laserleistung zu pulsen und an die Er fordernisse der Bearbeitungsprozesse beim Schneiden oder Schweißen anzupassen. Andere Anwendungen zum Beispiel in der Dünnschichttechnik sind das Abscheiden oder das Plas maätzen.Plasma excitation with fast power modulation is particularly necessary when using gas lasers, such as CO₂ lasers to pulse the laser power and to the Er requirements of the machining processes when cutting or Adapt welding. Other applications for example in of thin-film technology are deposition or plas Maatzen.

Bei den Plasmen handelt es sich um Niederdruckglimmentla dungen, die Brennspannungen von einigen Kilovolt erfor dern. Die Leistungen liegen im Bereich von mehreren Kilo watt. The plasmas are low-pressure glow glass applications that require burning voltages of a few kilovolts other. The services are in the range of several kilos watt.

Zur Plasmaanregung für die genannten Anwendungen sind zwei Verfahren bekannt: Die direkte Leistungseinkopplung mit Gleichspannung oder niederfrequenter Wechselspannung und die elektrodenlose Leistungseinkoppelung durch ein Dielek trikum mit hochfrequenter Spannung.There are two for plasma excitation for the applications mentioned Method known: The direct power coupling with DC voltage or low frequency AC voltage and Electrodeless power coupling through a Dielek trikum with high-frequency voltage.

Die direkte Leistungskoppelung in das Plasma erfolgt über Metallelektroden, die mit einer Hochspannungsquelle ver bunden sind. Sie kann ein einfaches Gleichspannungs-Netz teil oder ein getaktetes Schaltnetzteil sein. Für einen stabilen Betrieb der meisten Niederdruckplasmen ist wegen der negativen Spannungs-Strom-Kennlinie ein Vorwiderstand oder eine aktive Stromregelung bei Schaltnetzteilen not wendig. Der Vorwiderstand verursacht allerdings hohe Ver luste. Bei getakteten Netzteilen erfolgt die Erzeugung der Hochspannung über einen Übertrager bei Schaltfrequenzen von 10 bis 50 kHz. Hierbei werden Ausgangsleistungen von mehreren Kilowatt erreicht. Durch den notwendigen direkten Kontakt zwischen Elektroden und Plasma treten die soge nannten Sputtereffekte auf, welche die Lebensdauer der Elektroden verringern und eine Verunreinigung des Plasmas durch Elektrodenabbrand verursachen. Zusätzlich ist bei dieser Anregungstechnik die Pulsfähigkeit durch die gerin ge Taktfrequenz, die in der Größenordnung von 0,1 bis 10 ms liegt, stark eingeschränkt.The direct power coupling into the plasma takes place via Metal electrodes ver. With a high voltage source are bound. It can be a simple DC network be part or a clocked switching power supply. For one stable operation of most low pressure plasmas is because the negative voltage-current characteristic is a series resistor or an active current control for switching power supplies agile. The series resistor causes high ver lust. In the case of clocked power supplies, the High voltage via a transformer at switching frequencies from 10 to 50 kHz. Output powers of reached several kilowatts. Through the necessary direct So-called contact between electrodes and plasma occur called sputtering effects, which extend the lifespan of the Reduce electrodes and contaminate the plasma caused by electrode erosion. In addition, at this excitation technique the pulse ability by the gerin clock frequency, which is of the order of 0.1 to 10 ms lies, strongly restricted.

Alternativ sind Hochfrequenz-Sender zur Plasmaanregung einsetzbar, die eine elektrodenlose Leistungseinkopplung ermöglichen, zum Beispiel bei einer Niederdruckglimmentla dung vorzugsweise mit einer kapazitiven Einkoppelung bei Anregungsfrequenzen von 13 oder 27 MHz. Infolge der elek trodenlosen Einkopplung tritt eine Verunreinigung des Plasmas nicht auf. Gleichzeitig wird beim Einsatz von Hochfrequenzsendern eine schnelle Steuerung der Leistung durch Amplitudenmodulation der Hochfrequenzspannung im Be reich von wenigen Mikrosekunden (τ = 3 bis 10 µs) möglich.Alternatively, there are high-frequency transmitters for plasma excitation can be used, which is an electrodeless power coupling enable, for example with a low-pressure glow glass tion preferably with a capacitive coupling Excitation frequencies of 13 or 27 MHz. As a result of the elec anodized coupling occurs Plasmas not on. At the same time when using Radio frequency transmitters quickly control the power by amplitude modulation of the high-frequency voltage in the Be range of a few microseconds (τ = 3 to 10 µs) possible.

Die Erzeugung der Hochfrequenzleistung erfolgt mit Röhren endstufen oder auch mit transistorisierten Leistungsend stufen, die teure Bauteile erforderlich machen, wie eine Hochleistungssenderöhre mit zusätzlicher Hochspannungsver sorgung oder bei Transistorsendern teure Hochfrequenz- GaAs-Transistoren mit zusätzlicher Niedervoltversorgung. Darüberhinaus ist eine Anpassung des Generatorinnenwider standes an die Gasentladung durch ein Anpaßnetzwerk not wendig.The high-frequency power is generated using tubes output stages or also with transistorized power end stages that require expensive components, such as one High performance transmitter tube with additional high voltage ver supply or expensive high-frequency transistors GaAs transistors with additional low voltage supply. In addition, an adjustment of the internal generator is against due to the gas discharge through a matching network agile.

Wegen der hohen Kosten der Hochfrequenzsender werden wei tere Plasmaanwendungen und insbesondere der Einsatz von CO₂-Lasern eingeschränkt, da für viele Einsatzbereiche der Laser zwar als ein ideales, aber sehr teures Werkzeug gilt.Because of the high cost of radio frequency transmitters, white tere plasma applications and in particular the use of CO₂ lasers limited because the for many applications Laser as an ideal, but very expensive tool applies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsge mäße Einrichtung so auszubilden, daß sie eine schnelle Leistungsmodulation erlaubt, jedoch einen äußerst kosten günstigen Aufbau mit kostengünstigen Bauteilen aufweist.The invention is based, the genus to form appropriate facility so that it is a fast Power modulation allowed, but extremely costly has favorable construction with inexpensive components.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung er findungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des An spruches 1 gelöst.This task is he in the generic establishment according to the invention with the characteristic features of the An Proverb 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird durch Kombina tion einer schnellen Leistungsendstufe im Schaltbetrieb mit einem Hochfrequenzschwingkreis die Erzeugung einer hochfrequenten Hochspannung möglich. Diese hochfrequente Wechselspannung wird mit dem Schwingkreis erzeugt, der mit einer zumindest nahe an der Resonanzfrequenz des Schwing kreises liegenden Frequenz angeregt wird. Mit der erfin dungsgemäßen Einrichtung ist eine schnelle Leistungsmodu lation wie bei einem Hochfrequenzsender möglich. Anderer seits kann die Endstufe aus kostengünstigen Bauteilen her gestellt werden. Darum zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung durch eine schnelle Leistungssteuerung und ei ne kostengünstige Ausbildung aus.In the device according to the invention, Kombina tion of a fast power stage in switching operation with a high-frequency resonant circuit, the generation of a high-frequency high voltage possible. This high frequency AC voltage is generated with the resonant circuit that with one at least close to the resonance frequency of the oscillation circular frequency is excited. With the inventor The device according to the invention is a fast power module lation as possible with a radio frequency transmitter. Other On the one hand, the output stage can be made from inexpensive components be put. That is why the invention is distinguished Setup through quick power control and egg ne inexpensive training.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite ren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Further features of the invention emerge from the expanse ren claims, the description and the drawings.

Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen darge stellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated by two in the drawings presented embodiments explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Einrichtung zur Plasmaanregung, Fig. 1 shows a first embodiment of a erfindungsge MAESSEN means for exciting the plasma,

Fig. 2 eine Halbbrückenendstufe mit Serienresonanz kreis der Einrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a half-bridge output stage having series resonant circuit of the device according to Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaltungseinrichtung zur Aufbereitung von Schaltsignalen für Transistoren der Halbbrücken endstufe gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a circuit device for processing of switching signals for the transistors of the half-bridge output stage of FIG. 2,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Einrichtung. Fig. 4 shows a second embodiment of a device according to the invention.

Die Einrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 dient zur Plasmaan regung mit einer schnellen Leistungsmodulation. Diese Ein richtung ist insbesondere beim Einsatz von Gaslasern, wie CO₂-Lasern, vorteilhaft einsetzbar, um die Laserleistung zu pulsen und an den jeweiligen Einsatzfall des Gaslasers an zupassen. Mit solchen Gaslasern werden beispielsweise Schneid- oder Schweißarbeiten durchgeführt. Andere Anwen dungen der Einrichtung zum Beispiel in der Dünnschicht technik sind das Abscheiden (PVD/CVD-Verfahren) oder das Plasmaätzen.The device according to FIGS. 1 to 3 is used for plasma excitation with fast power modulation. This A device is particularly useful when using gas lasers, such as CO₂ lasers, to pulse the laser power and to adapt to the particular application of the gas laser. Such gas lasers are used, for example, for cutting or welding work. Other applications of the device, for example in thin-film technology, are deposition (PVD / CVD process) or plasma etching.

Die Einrichtung hat eine Leistungsendstufe 1, der ein Hochfrequenzschwingkreis 2 nachgeschaltet ist. An ihn sind zwei Elektroden 3 und 4 angeschlossen, die im dargestell ten Ausführungsbeispiel an der Außenwandung eines Entla dungsrohres 5 angebracht sind, in dem sich das jeweilige Medium, bei einem Gaslaser ein Gas, befindet. Die Span nungsversorgung der Endstufe 1 kann durch direkte Gleich richtung der Netzspannung erfolgen, so daß ein Netztrans formator nicht erforderlich ist.The device has a power output stage 1 , which is followed by a high-frequency resonant circuit 2 . Two electrodes 3 and 4 are connected to it, which are attached to the outer wall of a discharge tube 5 in the embodiment shown in the embodiment, in which the respective medium, in the case of a gas laser, is a gas. The voltage supply to the output stage 1 can be done by direct rectification of the mains voltage, so that a mains transformer is not required.

Die Leistungsendstufe liefert eine rechteckförmige Aus gangsspannung U_S mit der Amplitude U_B. Beispielhaft kann die Amplitude im Bereich zwischen etwa 300 bis 600 V lie gen. Mit dem nachgeschalteten Schwingkreis wird eine hoch frequente Wechselspannung erzeugt, die in der Größenord nung von beispielsweise etwa 2 bis 5 kV liegt. In Fig. 1 ist die Entladungsspannung U_E in Abhängigkeit von der Zeit t angegeben. Die hochfrequente Wechselspannung wird mit einem Serienschwingkreis erzeugt, der mit der Resonanzfre quenz oder in deren Nähe mit der Rechteckspannung U_S aus der Leistungsendstufe angeregt wird.The power output stage supplies a rectangular output voltage U _S with the amplitude U _B. For example, the amplitude can lie in the range between approximately 300 to 600 V. A high-frequency alternating voltage is generated with the subsequent resonant circuit, which is in the order of magnitude of approximately 2 to 5 kV, for example. In Fig. 1 the discharge voltage U _E is t specified in function of time. The high-frequency AC voltage is generated with a series resonant circuit, which is excited with the resonance frequency or in the vicinity with the square-wave voltage U _S from the power output stage.

Wie Fig. 2 zeigt, hat die Leistungsendstufe 1 eine Tran sistorhalbbrücke 7 mit zwei Transistoren T₁ und T₂. Beide Transistoren T₁ und T₂ sind im dargestellten Ausführungs beispiel MOSFET-Transistoren. An ihren Gate-Elektroden liegt die Spannung U_GS1 bzw. U_GS2 an, die durch eine Ver stärkerstufe 8 von der Eingangsspannung U_S1 bzw. U_S2 ver stärkt worden ist. Die Transistoren T₁ und T₂ werden ge genphasig angesteuert. Die Transistorhalbbrücke 7 erzeugt dadurch die rechteckförmige Ausgangsspannung U_S mit der Amplitude U_B. Diese Schaltspannung wird an den Serienreso nanzkreis 2 gelegt. Er besteht aus der Schwingkreisinduk tivität L_S und der Schwingkreiskapazität C_S. Parallel zur Kapazität C_S liegt die Gasentladung mit dem Entladungsrohr 5 und den Elektroden 3, 4. Diese Gasentladung stellt bei kapazitiver Kopplung neben dem Entladungswiderstand R_E ei ne Kapazität C_E dar. Wenn die Frequenz des Rechtecksignals U_S mit der Resonanzfrequenz ω₀² = 1/L_S·C_ges des Serien schwingkreises übereinstimmt, kompensieren sich gerade die Blindanteile der Induktivität L und der Kapazität C, so daß der Schwingkreis als rein reelle Last wirkt. Die Span nungsüberhöhung an der Gasentladung ist dann proportional zur Güte Q des Schwingkreises:As shown in Fig. 2, the power output stage 1 has a transistor half-bridge 7 with two transistors T 1 and T 2. Both transistors T₁ and T₂ are example MOSFET transistors in the illustrated embodiment. At their gate electrodes, the voltage U _GS1 or U _{GS2 is present} , which has been amplified by an amplifier stage 8 from the input voltage U _S1 or U _S2 . The transistors T₁ and T₂ are driven in ge-phase. The transistor half bridge 7 thereby generates the rectangular output voltage U _S with the amplitude U _B. This switching voltage is applied to the series resonance circuit 2 . It consists of the resonant circuit inductance L _S and the resonant circuit capacitance C _S. The gas discharge with the discharge tube 5 and the electrodes 3 , 4 is parallel to the capacitance C _S. In the case of capacitive coupling, this gas discharge, in addition to the discharge resistor R _{E, represents a} capacitance C _E. If the frequency of the square-wave signal U _S matches the resonance frequency ω₀² = 1 / L _S · C _{ges of} the series resonant circuit, the reactive components of the inductance L compensate and the capacitance C, so that the resonant circuit acts as a purely real load. The voltage increase at the gas discharge is then proportional to the quality Q of the resonant circuit:

U_E = Q · U_B.U _E = Q · U _B.

Der Strom durch den Schwingkreis ist sinusförmig. Auch die Spannung an der Entladung ist sinusförmig, nur in der Pha se um 90° (oder je nach Plasmawiderstand weniger) gegen über dem Strom verschoben.The current through the resonant circuit is sinusoidal. Also the Voltage at the discharge is sinusoidal, only in the pha se by 90 ° (or less depending on the plasma resistance) moved across the stream.

Wird der Schwingkreis 2 mit einer Frequenz f größer als die Resonanzfrequenz f₀ angeregt, wird der Blindanteil in duktiv. In diesem Falle gilt die BedingungIf the resonant circuit 2 is excited with a frequency f greater than the resonance frequency f₀, the reactive component becomes inductive. In this case the condition applies

Im{Z} < 0.Im {Z} <0.

Wird der Schwingkreis 2 hingegen mit einer Frequenz f an geregt, die kleiner als die Resonanzfrequenz f₀ ist, dann wird der Blindanteil kapazitiv. In diesem Falle gilt die BeziehungIf, however, the resonant circuit 2 is excited with a frequency f that is lower than the resonance frequency f,, then the reactive component becomes capacitive. In this case the relationship applies

Im{Z} < 0.Im {Z} <0.

Aufgrund der unterschiedlichen Anregung des Schwingkreises 2 mit der Frequenz f, die größer oder kleiner als die Re sonanzfrequenz f₀ sein kann, besteht die Möglichkeit einer schnellen Leistungsmodulation in der Entladung, da bei ei ner Variation der Anregungsfrequenz f, von der Resonanz frequenz f₀ ausgehend, die Spannungsüberhöhung U_E und da mit auch die in das Plasma eingekoppelte Leistung abnimmt.Due to the different excitation of the resonant circuit 2 with the frequency f, which can be greater or smaller than the resonance frequency f₀, there is the possibility of rapid power modulation in the discharge, since with a variation of the excitation frequency f, starting from the resonance frequency f₀, the voltage increase U _E and since the power coupled into the plasma also decreases.

Durch den reinen Schaltbetrieb der Endstufe 1 und beim Einsatz von schnellen Hochleistungs-Schalttransistoren T₁, T₂ mit hoher Betriebsspannung und geringen Durchlaßverlu sten ist ein verlustarmer Betrieb der Endstufe 2 gewähr leistet. Für solche Schalttransistoren sind bevorzugt MOSFET-Transistoren geeignet, deren Durchlaßspannung U_DS etwa zwischen 500 und 1000 V und deren Durchlaßstrom I_D zwischen etwa 5 und 15 A liegt. Für das schnelle Umschal ten der Transistoren T₁, T₂ werden leistungsstarke Treiber 8 herangezogen, welche die Gate-Kapazität der MOSFET- Transistoren innerhalb weniger Nanosekunden umladen kön nen. Sind die Umschaltzeiten größer, nimmt die Verlustlei stung stark zu.The pure switching operation of the output stage 1 and when using fast high-performance switching transistors T₁, T₂ with high operating voltage and low Durchlaßverlu most low-loss operation of the output stage 2 is guaranteed. For such switching transistors, MOSFET transistors are preferably suitable whose forward voltage U _{DS is} approximately between 500 and 1000 V and whose forward current I _{D is} between approximately 5 and 15 A. Powerful drivers 8 are used for the rapid switching of the transistors T 1, T 2, which can charge the gate capacitance of the MOSFET transistors within a few nanoseconds. If the switchover times are longer, the power loss increases significantly.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Lei stungseinkopplung in das im Entladungsrohr 5 befindliche Plasma durch die flächig ausgebildeten Elektroden 3 und 4, die auf dem Entladungsrohr 5 aufliegen oder einen geringen Abstand von ihm aufweisen. Das Entladungsrohr kann bei spielsweise aus Quarz mit einer Wandstärke von etwa 0,5 bis 2 mm bestehen. Bei dieser transversalen, kapazitiven Anregung sind bei einem CO₂-Laser mit einer Entladungslei stung von 1 bis 2 kW und einer Anregungsfrequenz von 2 bis 3 MHz Spannungen von 2 bis 5 kV an den Elektroden notwen dig. Selbstverständlich kann die Leistungseinkopplung in das Plasma auch auf jede andere geeignete Weise erfolgen. In the illustrated embodiment, the Lei coupling into the plasma located in the discharge tube 5 is carried out by the flat electrodes 3 and 4 which rest on the discharge tube 5 or are a short distance from it. The discharge tube can, for example, consist of quartz with a wall thickness of approximately 0.5 to 2 mm. With this transverse, capacitive excitation, voltages of 2 to 5 kV at the electrodes are necessary in a CO₂ laser with a discharge power of 1 to 2 kW and an excitation frequency of 2 to 3 MHz. Of course, the power can also be coupled into the plasma in any other suitable way.

Im Resonanzfall entspricht die Schaltfrequenz der Reso nanzfrequenz des Schwingkreises 2. Wird die Schaltfrequenz erhöht, verringert sich die in das Plasma eingekoppelte Leistung bzw. die Laserleistung. Eine Variation der Schaltfrequenz von 100 kHz reicht hier aus, um die Entla dungsleistung um 50% zu verringern. Die dynamische Varia tion der Entladungsleistung ist innerhalb von 2 bis 4 µs über die Veränderung der Schaltfrequenz möglich.In the event of resonance, the switching frequency corresponds to the resonance frequency of the resonant circuit 2 . If the switching frequency is increased, the power coupled into the plasma or the laser power decreases. A variation of the switching frequency of 100 kHz is sufficient here to reduce the discharge power by 50%. The dynamic variation of the discharge power is possible within 2 to 4 µs by changing the switching frequency.

Eine Verringerung der Schaltfrequenz unterhalb der Reso nanzfrequenz des Schwingkreises 2 ist nur bedingt möglich, weil dann der Serienschwingkreis eine kapazitive Last dar stellt und das Verhalten der Endstufe 1 instabil werden kann.A reduction in the switching frequency below the resonance frequency of the resonant circuit 2 is only possible to a limited extent because then the series resonant circuit represents a capacitive load and the behavior of the output stage 1 can become unstable.

Wesentlich für den sicheren Betrieb der Einrichtung ist die Erzeugung von präzisen Steuersignalen für die Schalt transistoren T₁ und T₂ die die Ein- und Ausschaltverzöge rungen der Endstufentransistoren berücksichtigen und so Querströme verhindern. Um ein gleichzeitiges Schalten der beiden Transistoren T₁, T₂ der Halbbrücke 7 zu verhindern, wird zwischen den Schaltzeiten eine bestimmte Totzeit ein gehalten, die von einer Steuerung gemäß Fig. 3 erzeugt wird. Diese Steuerung bereitet die Transistorschaltsignale auf. Sie erzeugt die Spannungen U_S1 und U_S2, die der Ver stärkerstufe 8 (Fig. 2) zugeführt werden. Die beiden Steu erspannungen U_S1 und U_S2 sind zeitlich versetzt, wie durch die Rechteckimpulse in Fig. 3 angedeutet ist. Der Steuer baustein 9 erhält ein Taktsignal 10, das in Verbindung mit der in den Steuerbaustein eingebbaren gewünschten Totzeit T₀ die entsprechenden, um diese Totzeit gegeneinander ver setzten Impulse erzeugt. Die an die Verstärkerstufe 8 an gelegten Spannungen U_S1 und U_S2 sind somit um diese Tot zeit T₀ gegeneinander versetzt. Dadurch werden die Tran sistoren T₁ und T₂ der Halbbrücke 7 im gewünschten Maße ge genphasig angesteuert.Essential for the safe operation of the device is the generation of precise control signals for the switching transistors T₁ and T₂ which take the on and off delays of the output stage transistors into account and thus prevent cross currents. In order to prevent simultaneous switching of the two transistors T 1, T 2 of the half-bridge 7 , a certain dead time is kept between the switching times, which is generated by a controller according to FIG. 3. This controller processes the transistor switching signals. It generates the voltages U _S1 and U _S2 , which are fed to the amplifier stage 8 ( FIG. 2). The two control voltages U _S1 and U _S2 are staggered in time, as indicated by the rectangular pulses in FIG. 3. The control module 9 receives a clock signal 10 which, in conjunction with the desired dead time T 'which can be input into the control module, generates the corresponding pulses which are offset by this dead time. The voltages U _S1 and U _{S2 applied} to the amplifier stage 8 are thus offset from one another by this dead time T₀. As a result, the transistors T₁ and T₂ of the half-bridge 7 are driven in phase opposition to the desired extent.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Aus gangsleistung im Vergleich zur Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 wesentlich erhöht ist. Hierbei ist die Halb brückenschaltung 7 zu einer Vollbrückenschaltung 11 erwei tert worden. Sie besteht aus zwei Halbbrücken 11a und 11b, die jeweils gegenphasig angesteuert werden. Auf diese Wei se kann die Ausgangsleistung der Einrichtung bis zum Vier fachen der Leistung einer einzigen Halbbrücke erhöht wer den. Die Möglichkeit der schnellen Leistungsmodulation ist bei der Vollbrücke 11 in gleicher Weise vorhanden wie bei der Transistorhalbbrücke 7 gemäß dem vorigen Ausführungs beispiel. Fig. 4 shows an embodiment in which the output power is significantly increased compared to the embodiment of FIGS . 1 to 3. Here, the half bridge circuit 7 has been expanded to a full bridge circuit 11 . It consists of two half bridges 11 a and 11 b, which are each driven in opposite phase. In this way, the output power of the device can be increased up to four times the power of a single half-bridge. The possibility of fast power modulation is present in the full bridge 11 in the same way as in the transistor half bridge 7 according to the previous embodiment, for example.

Jeder Halbbrücke 11a und 11b ist jeweils eine Verstärker stufe 8a und 8b vorgeschaltet, mit der die beiden Tran sistoren T₁, T₂ und T₃, T₄ der Halbbrücken 11a, 11b ange steuert werden. Die beiden Verstärkerstufen 8a, 8b sind Bestandteil der Leistungsendstufe 1a, die in Fig. 4 nur schematisch dargestellt ist.Each half-bridge 11 a and 11 b is an amplifier stage 8 a and 8 b upstream, with which the two transistors T₁, T₂ and T₃, T₄ of the half-bridges 11 a, 11 b are controlled. The two amplifier stages 8 a, 8 b are part of the power output stage 1 a, which is shown only schematically in FIG. 4.

Der Leistungsendstufe 1a mit den Verstärkerstufen 8a, 8b und den Transistoren T₁ bis T₄ ist ein symmetrisch zur Gas entladung angeordneter Serienschwingkreis nachgeschaltet. Er hat die beiden Induktivitäten L_S/2 sowie die Schwing kreiskapazität C_S. Parallel zu ihr liegt die Gasentladung mit dem Entladungsrohr 5, auf dem die Elektroden 3, 4 vor gesehen sind. Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet in glei cher Weise wie die Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3, so daß auf die obigen Ausführungen hingewiesen werden kann. The power output stage 1 a with the amplifier stages 8 a, 8 b and the transistors T₁ to T₄ is followed by a series resonant circuit arranged symmetrically to the gas discharge. It has the two inductors L _S / 2 and the resonant circuit capacitance C _S. Parallel to it is the gas discharge with the discharge tube 5 , on which the electrodes 3 , 4 are seen before. This embodiment works in the same manner as the embodiment according to FIGS. 1 to 3, so that reference can be made to the above statements.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist eine schnelle Lei stungsendstufe 1, 1a im Schaltbetrieb mit einem Hochfre quenzschwingkreis 2, 2a zur Erzeugung einer hochfrequenten Hochspannung gekoppelt. Die hochfrequente Wechselspannung wird mit dem Serienschwingkreis 2, 2a erzeugt, der mit der Resonanzfrequenz oder in deren Nähe mit der Rechteckspan nung aus der Leistungsendstufe 1, 1a angeregt wird.In both embodiments, a fast Lei output stage 1 , 1 a is coupled in switching operation with a high-frequency resonant circuit 2 , 2 a for generating a high-frequency high voltage. The high-frequency AC voltage is generated with the series resonant circuit 2 , 2 a, which is excited with the resonance frequency or in the vicinity with the square-wave voltage from the power output stage 1 , 1 a.

Claims

1. Device for power modulation in a plasma excitation, preferably when using gas lasers, with electrodes for coupling power into the plasma, which are connected to a voltage source, characterized in that the device has at least one output stage ( 1 , 1 a), at the Output a rectangular output voltage (U _S ) is present, which can be applied to at least one resonant circuit ( 2 , 2 a) with a frequency (f) lying at least close to the resonance frequency (f₀).

2. Device according to claim 1, characterized in that a modulation of the Lei coupling into a plasma by varying the switching frequency of the output stage ( 1 , 1 a).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the output stage ( 1 ) has a transistor half-bridge ( 7 ), the transistors (T₁, T₂) can be controlled in phase opposition.

4. Device according to claim 3, characterized in that the transistors (T₁, T₂) Are MOSFET transistors.

5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the output stage ( 1 a) has a full transistor bridge ( 11 ), which consists of two half bridges ( 11 a, 11 b).

6. Device according to claim 5, characterized in that the two half bridges ( 11 a, 11 b) can be controlled in opposite phases.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the output stage ( 1 , 1 a) we at least one amplifier stage ( 8 , 8 a, 8 b), the upstream of a controller ( 9 ) for processing the transistor switching signals is.

8. Device according to claim 7, characterized in that the controller ( 9 ) processes the transistor switching signals with a time delay.

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that in the controller ( 9 ) the time offset (T₀) between the transistor switching signals can be entered.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the frequency (f) of the rectangular output voltage (U _S ) of the output stage ( 1 , 1 a) with the resonance frequency (f₀) of the oscillating circuit ( 2 , 2 a) matches.

11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the resonant circuit ( 2 a) is arranged sym metrically for gas discharge.