JP2000152657A

JP2000152657A - Ｒｆ電圧を外部負荷に供給するデバイス

Info

Publication number: JP2000152657A
Application number: JP11311114A
Authority: JP
Inventors: Frank Vanerson Eric; フランクヴァナーソンエリック; Keith Baker William; キースベイカーウィリアム; Sotos M Theodoulou; マイケルセオドールソトズ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2000-05-30
Also published as: CA2283072C; EP1005168A1; DE69906666T2; CA2283072A1; EP1005168B1; US6163328A; DE69906666D1

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波数、高圧のＲＦ信号を提供するＲＦド
ライバの提供。【解決手段】駆動周波数ｆ_vcoを有する駆動信号（１
８）を生成するための電圧制御発振器（１４）を含み、
変圧器の１次側と変圧器の２次側を有する昇圧変圧器
（３８_i）を含み、変圧器の２次側が外部負荷（１２_i）
と接続されており、変圧器の１次側に接続された電力ド
ライバ（３６_i）を含み、電力ドライバ（３６_i）が駆動
信号（１８）に応答して変圧器の１次側を通じて電流を
引き込む、ＲＦ電圧を外部負荷に供給するデバイスによ
り、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波数、高圧のＲ
Ｆ信号を生成するためのデバイスに係り、更に詳しく
は、良く定義されたエンベロープ及び制御された振幅を
有する高周波数、高圧のＲＦ信号を提供するためのＲＦ
ドライバに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子ビ
ームによる画像形成及びイオン付着印刷（プリント）の
ためのシステムでは、画像形成媒体上に電荷を付着させ
るために、多数の重複し交差する電極（フィンガとよ
ぶ）を有する数個の近接して離間されたＲＦ電極を有す
るプリントヘッドが一般的に用いられている。高圧のＲ
Ｆ信号を用いてＲＦ電極を励磁する（作動させる）こと
により、ＲＦ電極とフィンガとの交点にプラズマが形成
される。フィンガの電位により、電荷が画像形成媒体上
に付着したか否かが判断される。高圧ＲＦ信号の印加を
フィンガと電位と共に制御することにより、特定の電荷
パターンを画像形成媒体上に付着させることができる。

【０００３】電荷パターンが画像形成媒体に付着される
際の正確性及び速度は、タイミングの正確性、電極を作
動させるＲＦ信号の持続時間及び振幅にある程度依存す
る。電荷の適切な付着を確実にするため、ＲＦドライバ
は特定範囲内の振幅を有するＲＦ信号を特定のイオン化
期間にわたり生成しなければならない。振幅が全振幅よ
りも小さいか、または持続時間が該イオン化期間よりも
短いＲＦ信号では、それらが寄与するイオン化（イオン
化がなされる場合）の量は不明確となる。従って、ＲＦ
信号の全振幅よりも小さい部分、即ち所望の振幅へと上
昇及び所望の振幅から下降する部分は削除または最小化
されなければならない。更に、所望の電圧への上昇及び
所望の電圧からの下降に対するＲＦ信号のバーストを厳
密に定義することにより、バーストがより迅速に連続し
て印加されることができる。

【０００４】電子ビームによる画像形成及びイオン付着
印刷のための現存するシステムでは、ＲＦ信号のバース
トを生成するために用いられるドライバは典型的には昇
圧（逓昇）変圧器の二次インダクタンス及びプリントヘ
ッドのＲＦラインの負荷キャパシタンスから形成される
共振回路である。変圧器の１次側は、２次側上の出力容
量を帯電させるため、まず任意の広域電流パルスで駆動
される。２次側上の出力キャパシタンスが帯電される
と、第２の共振タンク回路の振動リンギングが生成す
る。このタイプのドライバでは、最初の駆動パルスはス
タートアップ時にスクエアエンベロープにより境界づけ
られた出力を提供するために大きくなくてはならない。
次いで、後続の駆動パルスを変圧器の１次側に提供する
ために２次電圧（あるいは変換（反射）された１次電
圧）のフィードバックが用いられる。これらの駆動パル
スは共振周波数で生成し、発振を持続させるために２次
電圧との間に正確な位相関係を有する。

【０００５】現存するドライバは良く定義されたエンベ
ロープ及び制御された振幅を有するＲＦ信号を提供する
が、これらのドライバは概して、それらが用いられ得る
用途を制限する１つまたは複数の欠点を有する。このよ
うな欠点の１つは、ドライバの動作周波数が昇圧変圧器
の２次側のインダクタンス及びＲＦ電極のキャパシタン
スにのみならず、フィードバックネットワーク及び関連
する制御ロジックを通じた信号遅延にも依存する点であ
る。フィードバックネットワーク及び制御ロジックを通
じた、しばしば大きい累積遅延により、特により高い周
波数で動作する設計の場合、共振付近での確実な動作が
困難となる。

【０００６】現存するＲＦドライバに関連したもう一つ
の欠点は、昇圧変圧器の設計である。昇圧変圧器は、所
望の動作周波数での共振を確実にするために選択される
（典型的には小さい）２次インダクタンスを維持する一
方で高圧出力信号を提供するよう設計される。２次イン
ダクタンスを設定するために変圧器のコアに必要とされ
る大きな空隙のために、大きな漏れ（リーク）インダク
タンスが生じる。この漏れインダクタンスは１次電流が
切り換えられる際にドライバ内の寄生発振を増加させ、
ＥＭＩの問題を起こし、フィードバック回路の設計を複
雑化する。この欠点は、より大きい容量性負荷、より高
い動作周波数という要求（傾向）により増大される。よ
り大きい容量性負荷により、従来の変圧器の設計が困難
になる。

【０００７】米国特許第４，８４１，３１３号は、ＲＦ
電力を外部負荷に供給するためのＲＦ駆動ネットワーク
を開示している。このＲＦ駆動ネットワークは、駆動ラ
インからゼロクロスのフィードバック信号を発信する電
力のワンショットにより供給される電流増幅器への電圧
を開示している。

【０００８】米国特許第５，１４２，２４８号は、ＲＦ
電圧を容量性負荷に供給するための多数の個別にアドレ
ス可能な発振器のステージを有する発振回路を開示して
いる。各ステージには電力ドライバ、変圧器及びクエン
チ回路が含まれる。ステージはＡＣ電流の初期パルスを
変圧器の１次側を通じて供給することにより活性化され
る。変圧器の各々に接続された共通のフィードバック回
路は、変圧器の１次側を通じて電流の負のゼロクロスオ
ーバーを検出し、ドライバの動作を維持する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
ると、外部負荷にＲＦ信号を供給するためのＲＦドライ
バが提供される。このデバイスは、発振器の制御信号に
より制御される周波数ｆ_vcoを有する駆動信号を生成す
るために電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いる。駆動パル
スは外部負荷と接続されたＲＦドライバのステージに向
けられる。ＲＦドライバのステージは、受け取った駆動
信号に応答してＲＦ信号バーストを生成する。ＲＦドラ
イバのステージと外部負荷との間に接続された変流器
は、ＲＦドライバのステージ内の電流を検出し、検出し
た電流と同じ位相の基準電流を生成する。位相検出器は
基準電流を駆動信号とともに受け取り、駆動信号に対す
るＲＦドライバのステージ内の電流の位相の規準（メジ
ャー）を提供する位相検出信号を生成する。位相検出信
号はコントローラへ接続され（コントローラにインプッ
トされ）フィードバック信号として用いられ発振器の周
波数を駆動する発振器の制御信号は所望の値に調整され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明に従っ
た多出力、高周波数のＲＦドライバ５のブロック図が示
されている。多出力ＲＦドライバでは、各々の出力に対
して独特な回路素子をＲＦドライバのステージとよぶ。
ＲＦドライバ５は、１０₁から１０_NまでのＮ個の独立し
たＲＦドライバのステージ１０を有してなる。本明細書
を通じて、ＲＦドライバのステージ１０_iとして識別さ
れる各ＲＦドライバのステージはそれぞれ関連する外部
の容量性負荷１２_iと接続されており、イネーブル（可
能状態）の場合にその負荷にＲＦ信号バーストを供給す
る。

【００１１】ＲＦドライバ５は、デコーダ２０への駆動
信号１８を生成するためにパルス幅変調器（ＰＷＭ）１
６と接続された電圧制御発振器１４を用いる。コントロ
ーラ２２は特定のＲＦドライバのステージ１０_iを選択
し、デコーダ２０と接続された（デコーダ２０にインプ
ットする（以下、同様な表現をする場合がある））アド
レス信号２４を生成することにより、ＲＦバーストが生
成される。アドレス信号２４及びイネーブル信号(enabl
e signal)２６に応答して、デコーダ２０はアドレスが
アドレス信号２４と対応するＲＦドライバのステージ１
０_iに駆動信号１８を接続する。デコーダ２０からの駆
動信号１８に応答して、ＲＦドライバのステージ１０_i
はＲＦ信号バーストをその関連する負荷１２_iに供給す
る。変流器２８、位相検出器３０及び積分器３２を含ん
でなる共有フィードバックネットワークは、発振器１４
の周波数とイネーブルのＲＦドライバのステージ１０_i
及びそれに関連する負荷１２_iによって定義される回路
の共鳴周波数との差の規準（メジャー）をコントローラ
２２に提供する。コントローラ２２は周波数の差を用い
て、発振器の周波数が共振周波数と等しくなるように発
振器１４を駆動する。

【００１２】更に詳細には、電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１４はコントローラ２２により生成された制御信号３４
に応答して発振器出力を生成する。発振器の出力周波数
（ｆ _vco）は制御信号３４の値により決定され、発振器
に接続された制御信号３４の値を調整することにより正
確に制御されることができる。発振器の出力は、発振器
の出力のデューティサイクルを変化させてＶＣＯ１４の
出力周波数（ｆ_vco）に依存しない正確に制御されるパ
ルス幅を有する駆動信号を生成するパルス幅変調器１６
に接続される。即ち、変調器１６は、変調器１６により
決定される制御されたパルス幅を有する発振器の出力と
等しい周波数（ｆ_vco）を有する一連の駆動パルスから
なる駆動信号１８を生成する。

【００１３】当業者には、変調器１６は、ＶＣＯ１４の
出力のデューティサイクルを変化させ、周波数
（ｆ_vco）に依存しない制御されたパルス幅を有する駆
動信号を生成するが、変調器は所望の動作周波数の範囲
に合わせて調整されるべきであることを認識されたい。
変調器１６は一定のパルス幅を有する駆動信号を生成す
るように前もって設定されることができ、あるいは外部
からの制御信号に応答してパルス幅を動的に変えること
ができる。パルス幅変調器１６により生成される駆動信
号１８はデコーダ２０に接続され、また位相検出器３０
及びコントローラ２２にも接続される。

【００１４】アドレスデコーダ２０は変調器１６から駆
動信号１８を受け取り、コントローラ２２からのアドレ
ス信号２４及びイネーブル信号２６に応答して、選択さ
れたＲＦドライバのステージ１０_iに駆動信号を伝える
よう動作する。デコーダ２０に供給されるアドレス信号
２４はＮ個のＲＦドライバのステージの各々を個別に識
別するのに十分なビット数を有する。デコーダ２０はア
ドレス信号２４に応答し、駆動信号１８を選択された
（即ち、アドレスされた）ＲＦドライバのステージに接
続する。デコーダ２０はイネーブル信号２６に応答し、
イネーブル信号が活性化されているとき（アクティブな
とき）、デコーダが駆動信号を選択されたＲＦドライバ
のステージにのみ伝えるよう駆動信号１８をゲートする
（コントロールする）。

【００１５】ＲＦドライバのステージ１０_iは駆動信号
１８に応答してＲＦ信号バーストをその関連する外部負
荷１２_iに供給する。ＲＦ信号バーストを生成するため
に、各ＲＦドライバのステージ１０_iは電力ドライバ３
６_i、昇圧変圧器３８_i及び共振インダクタ４０_iを用い
る。昇圧変圧器３８_iの１次側と接続された電力ドライ
バ３６_iは制御された電流パスを変圧器を通じて提供す
る。変圧器３８_iの２次側と接続された共振インダクタ
４０_iは、所望の動作周波数で外部負荷１２_iと共振する
制御されたインダクタンスを２次側において提供する。
更に変圧器３８_iの２次側と接続された外部負荷１２
_iは、負荷キャパシタンス及び変圧器の２次側及び共振
インダクタの並列の等価インダクタンスによって定義さ
れる共振周波数ｆ_resを有する回路を形成する。共振イ
ンダクタ４０_iが含まれることにより、昇圧変圧器３８_i
が、所望の動作周波数で外部負荷と発振することを確実
とする制御されたインダクタンスを維持しながら、漏れ
が少なく、高度に磁化したインダクタンス変圧器を含む
ことが可能となる。

【００１６】駆動信号が電力ドライバまたは２次側のフ
ィードバック信号から得られる従来技術の自己発振式ド
ライバとは異なり、本発明は自励発振器の出力である駆
動信号１８を用いる。前述したように、駆動信号１８は
一連の駆動パルスを含んでなる。電力ドライバ３６_iは
これらの駆動パルスに応答し、受け取った駆動パルス毎
に昇圧変圧器３８_iの１次側を通じて電流を引き込む。
有効な動作のため、駆動パルス（駆動信号１８）の周波
数ｆ_vcoは、変圧器３８_iの１次側を通じて引き込まれた
電流が共振回路の固有振動を強化するよう、共振周波数
ｆ_resと整合されなくてはならない。

【００１７】ドライバネットワーク５は各々の外部負荷
から変流器２８を介してそれぞれのＲＦドライバのステ
ージへの共通のリターン経路を含む。変流器２８は共振
２次側内の全ての共振電流を検出し、共振電流と位相を
同じくする基準電流を生成する。共振インダクタ４０_i
及び変圧器３８_iの２次側内の電流は実質上同じ位相で
あり（共振インダクタ４０_i及び変圧器３８_iの２次側の
有限抵抗要素によって小さい位相差しか生じない）、ま
た全共振電流の大部分が値の小さい共振インダクタを通
じて流れることを認識されたい。従って、変流器２８に
よって生成された基準電流は共振インダクタ４０_iにお
いて正確な規準の電流を供給する。

【００１８】位相検出器３０は変流器２８により生成さ
れた基準電流を連続した駆動パルス１８とともに受け取
り、共振インダクタ４０_i内の電流のための位相検出信
号を生成する。位相検出信号は、駆動パルスがＲＦドラ
イバのステージ１０_iに与えられる間、共振インダクタ
４０_i内の電流の位相の規準を提供する。位相検出信号
は積分器３２と接続され、ここで検出信号が積分されデ
ジタル位相誤差値に変換される。デジタル位相誤差値は
コントローラ２２に送られ、コントローラ２２はこの値
を制御信号３４の値を調整するためのフィードバック信
号として用いて、ＶＣＯ周波数ｆ_vcoを共振周波数ｆ_res
と等しくなるようにする。

【００１９】コントローラ２２は、アドレス信号２４と
イネーブル信号２６とともに、発振器の制御信号３４を
ＶＣＯ１４に向け、外部負荷への高圧ＲＦ信号のバース
トの印加を制御できるようにする。例えば、電子ビーム
画像形成において、ドライバネットワーク５は、プリン
トヘッド内の各ＲＦ電極が１つの外部負荷１２_iを有す
るように、プリントヘッドと接続される。この構成で
は、コントローラ２２は、特定の電荷が画像形成媒体上
に付着されるよう、ＲＦ電極への高圧ＲＦ信号のバース
トの印加を制御する。特定のＲＦドライバのステージ１
０_iのための個別のアドレス信号を正確な時間に適切な
期間繰り返し生成することにより、所望の潜像を形成す
るための特定の電荷パターンを生成することができる。

【００２０】生成されるべき各ＲＦ信号のバースト毎
に、コントローラ２２は、特定のＲＦドライバのステー
ジ１０_i毎のアドレス信号２４及びイネーブル信号２６
を生成し、更に電圧制御発振器１４に制御信号３４を供
給する。コントローラ２２は、生成された新しいアドレ
ス信号２４毎に、アドレスされた特定のＲＦドライバの
ステージ１０_iと関連された基準制御信号値に制御信号
３４をリセットする。コントローラ２２は、リセットさ
れた制御信号３４をＶＣＯ１４に、アドレス信号２４を
デコーダ２０に供給する。次いでコントローラ２２はイ
ネーブル信号２６を活性化させ、デコーダ２０を通過す
る駆動パルス数の計数を開始する。イネーブル信号２６
は、電荷を画像形成媒体上に付着させるのに必要な駆動
パルス数の計数中は、活性化された状態にある。

【００２１】イネーブル信号２６をデコーダ２０に与え
る間、制御信号３４の値は積分器３２からの位相誤差値
に応答してｆ_vcoがｆ_resと等しくなるようにコントロー
ラ２２により制御される。画像形成媒体上に電荷を付着
させるのに必要な数の駆動パルスがデコーダ２０を通過
すると、コントローラ２２がイネーブル信号２６を除去
（不活性化）する。アドレスデコーダ２０からイネーブ
ル信号２６を除去する際、コントローラ２２は、ＶＣＯ
１４を駆動する制御信号３４の現在の値を用いて、現在
アドレスされているＲＦドライバのステージ１０_iと関
連された基準制御信号値を更新する。基準制御信号値を
前述した方法で維持することにより、コントローラ２２
はＶＣＯ周波数ｆ_vcoが電極の共振周波数ｆ_resと等しい
かもしくはＶＣＯ周波数ｆ_vcoが即座に共振周波数ｆ_res
と等しくされることを確実とし、これにより有効な動作
を維持し、所望の動作電圧への急速な上昇を提供する。

【００２２】当業者には自明であるように、制御信号３
４の値を調整するために他の方法も用いられ得る。例え
ば、コントローラ２２はＲＦバーストの毎サイクル後で
なくｘサイクル後に制御信号３４を更新してもよい。ま
た、コントローラ２２は制御信号３４を全く更新せず、
ＲＦバーストの後に、そのドライバにより生成される次
のＲＦバーストがより最適な周波数となるよう、基準制
御信号値のみを更新してもよい。

【００２３】コントローラ２２などの、一般的なまたは
汎用マイクロプロセッサのためのソフトウエアの指示に
従って画像形成制御機能及びロジックをプログラムし実
行することはよく知られている。このような制御は種々
の既知の特許及び商業製品より明らかである。当然なが
らプログラミングまたはソフトウエアは、特定の機能、
ソフトウエアのタイプ及びマイクロプロセッサまたは用
いられる他のコンピュータシステムに大いに依存する
が、ソフトウエアとコンピュータ技術における一般的な
知識とともに、機能上の記述、一般的な機能の従来の知
識に利用することができ、また不都合な実験を行うこと
なくそれらから容易にプログラムされ得る。あるいは、
開示されるシステムは、標準的なロジック回路を用い
て、もしくはフィールドプログラマブルゲートアレイ
（ＦＰＧＡｓ）またはカスタムＶＬＳＩ設計を用いる単
一のチップを用いて、部分的にあるいは全体的にハード
ウエアで実行されてもよい。

【００２４】図２を参照すると、本発明での使用に適し
たＲＦドライバのステージ１０_iの一実施形態の略図が
示されている。図２のＲＦドライバのステージでは、電
力ドライバ３６_iはＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯ
ＳＦＥＴ:metal oxide semiconductor FET)４２と結合
された共通ソースのゲートに接続されたＭＯＳＦＥＴド
ライバ４１を含む。ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインは変圧
器３８_iの１次側に接続され、変圧器３８_iの１次側にダ
イオード４４ならびに過渡電圧抑制器４６及び４８が接
続されている。ＭＯＳＦＥＴドライバ４１は、増幅器入
力で受け取った駆動パルス１８に応答して、ＭＯＳＦＥ
Ｔ４２のゲートを制御するのに十分な出力電圧を生成す
るレベル転移器（トランスレータ）として動作する。受
け取った各駆動パルス毎に、ＭＯＳＦＥＴドライバ４１
は電流のシンクとして動作するＭＯＳＦＥＴ４２をオン
にし、変圧器３８_iの１次側を通じて電流を引き込む。
過渡電圧抑制器４６及び４８は、変圧器の漏れインダク
タンスの応答または過渡（電圧）によってＭＯＳＦＥＴ
４２のドレインにおいて大電圧が生成した場合に過電圧
保護を提供する。ダイオード４４は過渡電圧抑制器４６
及び４８に直列に追加され、ＭＯＳＦＥＴ４２が導通し
ている際過渡電圧抑制器４６及び４８を通じて直接流れ
る電流を阻止し、一方、ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインの
電圧が供給電圧を超えて正常に上昇した場合、最初の波
形(primary waveform)のデッドビート(deadbeat portio
n)の間過電圧保護を提供する。ＭＯＳＦＥＴ４２のスプ
リアス発振を防止するために抵抗器５０が含まれる。ト
ランスコンダクタンスをステージする正常化ステージを
促進する抵抗器５２がＭＯＳＦＥＴ４２のソースに接続
される。

【００２５】上述したように、共振インダクタ４０_iは
変圧器３８_iの２次側と接続されており、所望の動作周
波数で外部負荷１２_iと共振するよう選択されたインダ
クタンスを有する。共振インダクタ４０_iはＲＦドライ
バのステージの適切な動作に対し必須のものではない
が、共振インダクタ４０_iを使用することにより、ＲＦ
ドライバのステージは昇圧変圧器３８_iの設計に重大な
制約を課すことなく所望の周波数での共振を確実にする
ために必要なインダクタンスを得ることができる。特
に、共振インダクタ４０_iを含むことにより、小さい共
振インダクタンスと２次側の１次側に対する大きい巻数
比との２つのデザインゴールを結びつける必要はない。
変圧器３８_iは、小さい漏れインダクタンス要求に適応
する、大きい２次側のインダクタンスを有し大きい巻数
比を有するよう設計されている。従って、共振インダク
タ４０_iは、共振インダクタと変圧器の２次側との並列
インダクタンスが所要の共振インダクタンスと等しくな
るよう十分に小さくなっている。

【００２６】図３では、電力ドライバ３６_i、昇圧変圧
器３８_i、変圧器６０及びクエンチング回路６５を含ん
でなるＲＦドライバのステージの第２の実施形態の略図
が示されている。図３のＲＦドライバのステージでは、
電力ドライバ３６_i及び昇圧変圧器３８_iは図２に示した
ＲＦドライバのステージのものと同様であり、変圧器６
０は共振インダクタとして機能する。変圧器６０の巻数
比は変圧器３８_iの巻数比と略逆であるが、変圧器３８_i
と異なり、変圧器６０は主エネルギー伝達要素として用
いられないため、漏れインダクタンスを綿密に制御する
必要がない。変圧器６０の１次側６２は昇圧変圧器３８
_iの２次側と接続され、共振インダクタとして機能し、
制御されたインダクタンスを昇圧変圧器３８_iの２次側
に提供する。１次側６２のインダクタンスは所望の動作
周波数で外部負荷１２_iと共振するよう選択される。

【００２７】変圧器６０の２次側６４はクエンチング回
路６５と接続されている。クエンチング回路６５はＭＯ
ＳＦＥＴ６６、ダイオード６８及び抵抗器７０、７２に
接続された共通ソースを含む。ＭＯＳＦＥＴ６６のドレ
インは変圧器６０の２次側６４にダイオード６８及び抵
抗器７０と直列に接続されている。クエンチ信号７４は
抵抗器７２を介してＭＯＳＦＥＴ６６のゲートに供給さ
れる。ＲＦドライバのステージが駆動パルス１８を受け
取っている間はクエンチ信号７４は存在せず、ＭＯＳＦ
ＥＴ６６はオフである。ダイオード６８はＭＯＳＦＥＴ
６６の内的ダイオードを通じた電流の伝導を阻止する。
ＭＯＳＦＥＴ６６がオフであるとき、電圧は２次側６４
で形成されることができ、１次側６２がインダクタとし
て機能する。ＲＦドライバのステージが駆動信号１８を
受け取っていない場合、クエンチ信号７４はＭＯＳＦＥ
Ｔ６６のゲートに存在し、ＭＯＳＦＥＴをオンにする。
クエンチ信号７４がＭＯＳＦＥＴ６６をオンにすると、
グランドへの経路が２次側に形成され、この経路が１次
側６２が電圧の電位を維持することを防ぐ。従ってクエ
ンチング回路６５は、ダイオード６８が導電するハーフ
サイクルの間、変圧器６０のＲＦ信号が抵抗器７０内で
のエネルギー放散により急速に減衰することに備える。
これはＲＦ信号バーストの急速な終結につながる。更に
クエンチング回路６５は、他の駆動負荷との容量結合に
より共振タンクに導入されたあらゆるエネルギーを放散
させることにより負荷間の混信の影響を減じる。

【００２８】図４を参照すると、変流器２８、位相検出
器３０及びの積分器３２の機能が１つのフィードバック
回路に組み込まれたゲート積分器７６の略図が示されて
いる。上述したように、ＲＦドライバのステージに与え
られる連続した駆動パルス１８は共振インダクタ４０_i
（または変圧器の１次側６２）の位相と相関していなく
てはならない。駆動パルスの周波数ｆ_vcoが共振周波数
ｆ_resと整合している場合、駆動パルスをＲＦドライバ
のステージに与える間、共振インダクタ４０_i内の電流
はゼロを通過する。ＲＦドライバのステージを駆動する
パルスは共振インダクタ４０_i内の電流のゼロクロスに
関し対称的であることが理想的である。電流がゼロを通
過した時期を確認することにより、ｆ_vcoをｆ_resに対し
て駆動することのできる位相誤差が得られる。ゲート積
分器７６は共振電流を監視し、駆動パルスを与える間共
振インダクタ中の電流がゼロを通過した点に対応する出
力値を生成する。

【００２９】図３及び図４を参照すると、変流器２８
は、共振インダクタ４０_i（変圧器の１次側６２）と昇
圧変圧器３８_iの２次側と直列に、ＲＦドライバのステ
ージ１０_iと接続されている。変流器２８は共振インダ
クタ４０_i内の電流を検出し、共振インダクタ内の電流
と位相を同じくする基準電流を生成する。抵抗器８０は
変圧器２８と接続され、抵抗器８２及びダイオード８
４、８６とともに動作して、ＭＯＳＦＥＴ８８のソース
で基準電流の位相とつりあった位相検出電圧を生成す
る。

【００３０】ＭＯＳＦＥＴ８８は、増幅器９０への入力
におけるスイッチとして機能し、位相検出電圧の増幅器
への印加を制御する。駆動パルス１８はＭＯＳＦＥＴ８
８のゲートに接続されている。駆動パルス１８に応答し
てＭＯＳＦＥＴ８８をオンにすることにより、ＭＯＳＦ
ＥＴ８８のソースにおける電圧は増幅器９０に接続され
る。駆動パルスがＭＯＳＦＥＴ８８のゲートから除去さ
れると、ＭＯＳＦＥＴがオフとなり、位相検出電圧は増
幅器９０への入力から取り除かれる。

【００３１】駆動パルスによりＭＯＳＦＥＴ８８を活性
化させることにより、駆動パルスをＲＦドライバのステ
ージに与えている間のみ共振インダクタ内の電流の位相
が「サンプル」されるよう位相検出電圧が供給される。
ＭＯＳＦＥＴ８８のゲートを制御する駆動パルス１８が
変調器１６（図１参照）の出力から直接とり出される
と、アドレスデコーダ２０及び電力ドライバ３６_iと関
連された伝搬遅延を考慮しなければならない。伝搬遅延
は、変圧器３８_iへのパルスの到着及び共振インダクタ
を通過する電流を遅らせる。これに対する対策として、
ＭＯＳＦＥＴ８８のゲートを制御する駆動パルスをＭＯ
ＳＦＥＴドライバ４１（図２または図３参照）の出力か
らとることができる。更に、ＭＯＳＦＥＴドライバ４１
からの駆動パルスを用いてＭＯＳＦＥＴ８８のゲートを
制御することにより、ＭＯＳＦＥＴ８８をオンにするの
に必要とされる適切な電圧の存在を確実にする。

【００３２】増幅器９０及びコンデンサ９１は組み合わ
され、受け取った位相検出電圧信号を積分して入力電圧
の積分値と比例する出力電圧を供給する積分器を形成す
る。サンプルされた電流に応答して生成された位相検出
電圧信号を積分することにより、駆動パルスを与えてい
るとき共振インダクタ４０_i（１次側６２）中の電流が
ゼロを通過した時期を示す値が得られる。例えば、駆動
パルスは共振インダクタ４０_iの電流のゼロクロスの近
傍に集中していることが理想的であることを想起する
と、インダクタ電流が予測通りにゼロを通過する場合、
位相検出電圧の積分値はゼロとなる。しかしながら、電
流が予測よりも早くゼロを通過すると、フィードバック
電圧を積分することによって、予測したゼロクロスから
のオフセットの程度に比例した大きさの負の値が生成さ
れる。

【００３３】増幅器９０の出力は、アナログ出力をコン
トローラ２２と接続されたデジタル位相誤差値に変換す
るアナログ/デジタル変換器（Ａ/Ｄ）９２と接続され
る。ＭＯＳＦＥＴ９４及びＦＥＴ９６を含むリセット回
路は、増幅器９０と接続され、増幅器リセットパルス９
８を受け取ると増幅器入力における電圧信号を各駆動パ
ルス１８の前にゼロにリセットする。

【００３４】ＲＦドライバのステージが図３に示した実
施形態を含み、また変流器２８、位相検出器３０及び積
分器３２の機能が図４のゲート積分器に組み込まれてい
ると仮定すると、図１のドライバネットワーク５の動作
は例えばＲＦドライバのステージ１０₂のような特定の
ＲＦドライバのステージのためのアドレス信号２４を生
成し、ＲＦドライバのステージ１０₂と関連された最初
の制御信号３４を電圧制御発振器１４に供給することに
より開始される。図３に示した実施形態を含むＲＦドラ
イバのステージでは、コントローラ２２は更にこれらの
ドライバにおける混信を抑制するために残りのＲＦドラ
イバのステージの各々に与えられるクエンチ信号（図示
せず）を生成する。次いでコントローラ２２はイネーブ
ル信号２６をアドレスデコーダ２０に供給する。

【００３５】制御信号３４に応答して、ＶＣＯ１４は周
波数ｆ_vcoを有する発振信号を生成する。発振信号はパ
ルス幅変調器１６に送られ、パルス幅変調器１６は制御
されたデューティサイクルを有する連続した駆動パルス
を含む駆動信号１８を生成する。デコーダ２０は変調器
１６から駆動信号１８を受け取り、イネーブル信号２６
が活性である間に連続した駆動パルスをアドレスされた
ＲＦドライバのステージ１０₂に向ける。

【００３６】ＲＦドライバのステージ１０₂はＭＯＳＦ
ＥＴドライバ４１の入力において駆動パルス１８を受け
取る。受け取った駆動パルス毎に、ＭＯＳＦＥＴドライ
バ４１はＭＯＳＦＥＴ４２をオンにする出力電圧を生成
する。ＭＯＳＦＥＴ４２は駆動パルスの持続時間と等し
い時間にわたりオンにされる。オンにされている間、Ｍ
ＯＳＦＥＴ４２は変圧器３８₂の１次側を通じて電流を
引き込み、外部負荷１２₂は所望の動作周波数で変圧器
６０の１次側６２と共振を開始する。

【００３７】ＲＦドライバのステージは電荷の付着に必
要な数のパルスがデコーダにより受け取られるまでデコ
ーダ２０からの駆動パルスの受取りを続ける。この時間
において、ゲート積分器７６はｆ_vcoがｆ_resと等しくな
るように制御信号３４を制御するために用いられるデジ
タル位相誤差値をコントローラ２２に供給する。ゲート
積分器は１次側６２内の電流をサンプルし、１次側６２
中の共振電流の位相とつりあう位相検出電圧信号を生成
する。電力ドライバ３６₂により受け取られた各駆動パ
ルス毎に、ゲート積分器は位相検出電圧信号を積分し、
入力電圧信号の積分値に比例する出力電圧を供給する。
出力電圧は、アナログ出力電圧をコントローラ２２と接
続されたデジタル位相誤差値に変換するためのアナログ
/デジタル変換器に接続される。

【００３８】電荷の付着に必要とされる時間の経過（駆
動パルス数の計数により決定される）後、コントローラ
２２はイネーブル信号をデコーダ２０から除去し、ＲＦ
信号を直ちに放散させるクエンチ信号をＲＦドライバの
ステージ１０₂に与える。イネーブル信号２６をアドレ
スデコーダ２０から除去すると、コントローラ２２はＶ
ＣＯ１４を駆動する制御信号３４の電流値を用いて、Ｒ
Ｆドライバのステージ１０₂と関連する基準制御信号値
を更新する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った多出力、高周波数のＲＦドライ
バネットワークを示すブロック図である。

【図２】本発明での使用に適したＲＦドライバのステー
ジの一実施形態を示す図である。

【図３】本発明での使用に適したＲＦドライバのステー
ジの第２の実施形態の略図である。

【図４】本発明での使用に適したゲート積分器のフィー
ドバック回路の一実施形態を示す図である。

【符号の説明】５高周波数ＲＦドライバ１０ＲＦドライバのステージ１８駆動信号２２コントローラ２４アドレス信号２６イネーブル信号

フロントページの続き (72)発明者ウィリアムキースベイカーカナダ国エル０エヌ１ビー０オンタリオ州ベルファウンテンミシソーガロード 17241 (72)発明者ソトズマイケルセオドールカナダ国エル６エス１シー３オンタリオ州ブラメーラグリーンマウントロード 23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＲＦ電圧を外部負荷に供給するデバイス
であって、駆動周波数を有する駆動信号を生成する電圧制御発振器
と、変圧器の１次側と変圧器の２次側を有する昇圧変圧器で
あり、変圧器の２次側が前記外部負荷と接続されている
昇圧変圧器と、前記変圧器の１次側に接続された電力ドライバであり、
前記電力ドライバが前記駆動信号に応答して変圧器の１
次側を通じて電流を引き込む、電力ドライバと、を含む
ことを特徴とする、ＲＦ電圧を外部負荷に供給するデバイス。
【請求項２】変圧器の２次側に接続された共振インダ
クタンスを更に含み、前記共振インダクタンス、外部負
荷及び変圧器の２次側が共振回路を形成することを特徴
とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】前記共振回路に接続された変流器であ
り、前記共振回路内の電流をサンプルする変流器と、前記変流器に接続された位相検出器であり、サンプルさ
れた電流の位相とつりあった位相検出電圧を生成する位
相検出器と、を更に含むことを特徴とする、請求項２記
載のデバイス。