JP2023528912A - 改良されたガルバニック絶縁を有するｒｆ電源 - Google Patents

Abstract

ＲＦ（高周波数）電源であって、電力供給装置であって、電力供給装置入力におけるＡＣ（交流）電圧を電力供給装置出力で第２の電圧に変換するように構成された、電力供給装置と、ＲＦ発生器であって、ＲＦ発生器入力で第２の電圧を受け取るとともにＲＦ発生器出力で出力ＲＦ信号を生成するために第２の電圧を使用するように構成されたＲＦ発生器と、を備えるＲＦ電源を開示する。本開示の実施形態によれば、電力供給装置は、電力供給装置入力と電力供給装置出力との間のガルバニック絶縁を行うことなく電圧変換を行い、これによって、複雑さ及びコストを削減しながらエネルギー効率を向上させることができる。代わりに、ＲＦ発生器は、ＲＦ発生器入力とＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を行い、これは、安全上の理由から、電力供給装置入力とＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を達成するのに十分となることができる。

Description

関連出願
本願は、２０２０年６月４日に出願された米国仮特許出願第６３／０３４，６４７号の優先権を主張し、その開示全体は参照により組み込まれる。

本開示は、エレクトロニクスに関し、更に詳しくは、ＲＦ（高周波）電源に関する。

ＲＦ電源は、低周波又はＤＣ（直流）電源からの、通常は、ＡＣ（交流）送電網からのエネルギーをＲＦエネルギーに変換する装置である。多くのあり得る応用がある。送信機の場合、ＲＦエネルギーを通信に使用することができる。ＲＦ発電機の場合、ＲＦエネルギーを、加熱、乾燥又はプラズマ生成のような他の目的に使用することができる。

安全上の理由から、ＡＣ会社（ｕｔｉｌｉｔｙ）の主電源（すなわち、建物内の電気エネルギー源である配線）に直接接続された導体又はコンポーネントを、ＡＣ接続するように設計されていないユーザ又は他の機器から絶縁する必要がある。ガルバニック絶縁とは、過酷な条件下でＡＣ電源からユーザ又は他の機器に電流が流れないようにする高水準の電気絶縁を指す。しかしながら、ガルバニック絶縁は、電力の非効率性をもたらすことがある。

ＲＦ電源は，安全上の理由からガルバニック絶縁が必要である。しかしながら、ＲＦ電源は、特に、高電力応用に使用される場合、運用コスト及び環境への害を減らすために、可能な限りエネルギー効率を高くする必要もある。安全上の理由からガルバニック絶縁を実現しながらエネルギー効率を向上させたＲＦ電源を提供することが望まれている。

電力供給装置であって、電力供給装置入力におけるＡＣ電圧を電力供給装置出力で第２の電圧に変換するように構成された、電力供給装置と、ＲＦ発生器であって、ＲＦ発生器入力で第２の電圧を受け取るとともにＲＦ発生器出力で出力ＲＦ信号を生成するために第２の電圧を使用するように構成されたＲＦ発生器と、を備えるＲＦ電源を開示する。いくつかの実装では、第２の電圧は直流電圧である。

本開示の実施形態によれば、電力供給装置は、電力供給装置入力と電力供給装置出力との間のガルバニック絶縁を行うことなく電圧変換を行い、これによって、複雑さ及びコストを削減しながらエネルギー効率を向上させることができる。代わりに、ＲＦ発生器は、ＲＦ発生器入力とＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を行い、これは、安全上の理由から、電力供給装置入力とＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を達成するのに十分となることができる。

いくつかの実装では、ＲＦ電源は、非絶縁型電力供給装置を有するＲＦ電源アーキテクチャの利用を通じて、複雑さ及びコストを低減しながらエネルギー効率を向上させることが可能である。電力供給装置入力と電力供給装置出力との間のガルバニック絶縁に関連するエネルギー非効率、複雑さ及びコストを回避又は軽減することができる。ＲＦ発生器入力とＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁は、エネルギー効率を低下させることがあるが、そのような低下は、比較的小さく、電力供給装置入力と電力供給装置出力との間のガルバニック絶縁を省略することによるエネルギー効率の比較的大きな利得が上回る。このようにして、ＲＦ電源は、安全上の理由からガルバニック絶縁を行いながらエネルギー効率を向上させることができる。

いくつかの実装では、ＲＦ発生器は、各々が個々のＲＦ信号を生成するために第２の電圧を使用するように構成された複数のＲＦ電力増幅器と、出力ＲＦ信号を生成するために個々のＲＦ信号を結合するように構成された電力結合器と、を有する。このようにして、非絶縁型電源の前述の利点を実現しながら高電力応用に適した複数のＲＦ電力増幅器を介して高電力出力を達成することができる。

いくつかの実装では、ＡＣ電圧は、三相ＡＣ電圧であり、第２の電圧は、ＤＣ電圧であり、電力供給装置は、三相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するための整流回路を有する。整流回路は、例えば、６パルス整流器を有することができる。このようにして、ＲＦ発生器を介して安全上の理由からガルバニック絶縁を実現しながら電力供給装置の高いエネルギー効率を提供することができる。

本開示の他の態様及び特徴は、本開示の様々な実施形態の後の説明を検討することによって当業者に明らかになる。
実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。

絶縁型電力供給装置及びＲＦ発生器を有するＲＦ電源のブロック図である。 非絶縁型電力供給装置及び絶縁型ＲＦ発生器を有するＲＦ電源のブロック図である。 非絶縁型電力供給装置及び絶縁型ＲＦ発生器を有する他のＲＦ電源の回路図である。 非絶縁型電力供給装置及び絶縁型ＲＦ発生器を有する他のＲＦ電源の回路図である。 入出力間を絶縁していないＲＦ電力増幅器の例を示す回路図である。 入出力間を絶縁したＲＦ電力増幅器の例を示す回路図である。 入出力間を絶縁した他の例のＲＦ電力増幅器の回路図である。 ＲＦ電源を有する誘電加熱装置の一例を示すブロック図である。 製品の加熱及び／又は乾燥を行う方法の一例を示すフローチャートである。 ＲＦ電源を有する送信装置の一例を示すブロック図である。 無線通信の方法の一例を示すフローチャートである。

本開示の一つ以上の実施形態の例示的な実装を後に提供するが、現在知られているか又は存在するかに関係なく任意の数の技術を使用して開示したシステム及び／又は方法を実装してもことが冒頭で理解すべきである。本開示を、ここに図示及び説明した例示的な設計及び実装を含む後に示す例示的な実装、図面及び技術に限定すべきではなく、その全等価物の範囲と共に添付の特許請求の範囲内で変更してもよい。

序文
先ず、図１を参照すると、絶縁型電力供給装置１１０及びＲＦ発生器１２０を有するＲＦ電源１００のブロック図が示されている。いくつかの実装では、図示の例に示すように、ＲＦ発生器１２０は、一つ以上のＲＦ電力増幅器１３０と、電力結合器１４０と、を有し、特に示さない他の構成要素を有していてもよい。

いくつかの実装では、ＲＦ電力増幅器１３０は、ＤＣ電圧を使用する。電力は、一般に、ＡＣ電力を使用する電力会社によって分配されるので、絶縁型電力供給装置１１０は、電力供給装置入力１５１におけるＡＣ電圧を電力供給装置出力１５２でＤＣ電圧に変換する。その際に、絶縁型電力供給装置１１０は、電力供給装置入力１５１と電力供給装置出力１５２との間のガルバニック絶縁を行う。このガルバニック絶縁は、例えば、電力供給装置入力１５１における電圧スパイクがＲＦ電源１００を介して伝播することを回避又は軽減するために安全上の理由から行われる。いくつかの実装では、絶縁型電力供給装置１１０は、インバータ、トランス及び整流器を有する三つの段（図示せず）を有し、ガルバニック絶縁は、トランスによって行われる。

ＲＦ発生器１２０は、ＲＦ発生器入力１５２でＤＣ電圧を受け取るとともにＲＦ発生器出力１５４で出力ＲＦ信号を生成するためにＤＣ電圧を使用する。いくつかの実装では、ＲＦ発生器１２０は、複数のＲＦ電力増幅器１３０を有する。高電力ＲＦ応用では、ＲＦ電力増幅器１３０は、最大電力能力の点で制限されており、したがって、複数のＲＦ電力増幅器１３０を、更に多くの電力を生成するために使用することができる。複数のＲＦ電力増幅器１３０のＲＦ電力出力１５３を、電力結合器１４０を使用して単一の出力１５４を生成するために結合することができる。

ガルバニック絶縁は、直接の伝導経路を許容しないように電流の流れを制限するために電気システムの機能部分を分離する原理である。電源入力と電源出力の間のガルバニック絶縁を行う方法は数多くある。一部の実装では、電気エネルギーが直接伝導経路を介さずに誘導によって個々のコイル間で伝達されるように、トランス（図示せず）によってガルバニック絶縁を行う。しかしながら、他の実装も可能である。一般に、ガルバニック絶縁を、電界を使用した静電容量、磁界を使用した誘導又は光学的な手段、音響的な手段若しくは機械的な手段によって行うことができる。使用可能な絶縁型電源の種類及び形態が数多く存在する。しかしながら、（例えば、トランスを使用する）ガルバニック絶縁は、複雑さ及びコストの増加に加えて著しいエネルギー非効率を導入する傾向がある。したがって、図１のＲＦ電源１００は、多くの要望を残している。

上述したように、電力供給装置出力１５２と電力供給装置入力１５１との間のガルバニック絶縁を行う。したがって、ＲＦ発生器入力１５２とＲＦ発生器出力１５４との間のガルバニック絶縁は不要である。この点で、ＲＦ発生器１２０を形成するＲＦ電力増幅器１３０及び電力結合器１４０は、ガルバニック絶縁を行う必要がない又は経度の絶縁のみを行ってもよい。

改良されたＲＦ電源
図２を参照すると、非絶縁型電力供給装置２１０と、絶縁型ＲＦ発生器２２０と、を有するＲＦ電源２２０のブロック図が示されている。動作中、非絶縁型電源２１０は、電力供給装置入力２５１におけるＡＣ電圧を、電源出力２５２で第２の電圧に変換する。いくつかの実装では、第２の電圧が直流電圧であるが、第２の電圧が低周波電圧である他の実装も可能である。ＲＦ発生器２２０は、ＲＦ発生器入力２５２で第２の電圧を受け取るとともにＲＦ発生器出力２５４で出力ＲＦ信号を生成するために第２の電圧を使用する。

本開示の実施形態によれば、非絶縁型電源２１０は、電源入力２５１と電源出力２５２との間のガルバニック絶縁を行うことなく電圧変換を行い、これによって、複雑さ及びコストを削減しながらエネルギー効率を向上させることができる。代わりに、ＲＦ発生器２２０は、ＲＦ発生器入力２５２とＲＦ発生器出力２５４との間のガルバニック絶縁を行い、これは、安全上の理由から、電源入力２５１とＲＦ発生器出力２５４との間のガルバニック絶縁を達成するのに十分となることができる。非絶縁型電源２１０がそのＡＣ入力端子及びＤＣ出力端子（＋及び－）を他の回路及び表面からガルバニック絶縁してもよいことに留意されたい。しかしながら、そのＡＣ入力端子とＤＣ出力端子は、互いにガルバニック絶縁されない。

いくつかの実装では、ＲＦ電源２２０は、非絶縁型電力供給装置２１０を有するＲＦ電力アーキテクチャの利用を通じて、複雑さ及びコストを低減しながらエネルギー効率を向上させることが可能である。電源入力２５１と電源出力２５２との間のガルバニック絶縁に関連するエネルギー非効率性、複雑性及びコストを回避又は軽減することができる。ＲＦ電源入力２５２とＲＦ電源出力２５４との間のガルバニック絶縁は、エネルギー効率を低下させることがあるが、そのような低下は、比較的小さく、電力供給装置入力２５１と電力供給装置出力２５２との間のガルバニック絶縁を省略することによるエネルギー効率の比較的大きな利得が上回る。このようにして、図２のＲＦ電源２２０は、安全上の理由からガルバニック絶縁を行いながら図１のＲＦ電源１００と比べて向上したエネルギー効率を有することができる。

ＲＦエネルギーがトランスを介した伝送に既に適していることに留意されたい。したがって、いくつかの実装では、ＲＦ発生器入力２５２とＲＦ発生器出力２５４との間のガルバニック絶縁は、ＲＦトランス（図示せず）によって行われ、これによって、特に絶縁型電力供給装置のトランスによるエネルギーの伝送と比べてＲＦエネルギーの伝送を効率的に実行することができる。直流電圧及び他の低周波電圧がトランスではうまく伝送されないことに留意されたい。したがって、上述したように、絶縁型電力供給装置は、三つの段（すなわち、インバータ、トランス及び整流器）を有してもよく、ＡＣ電圧がＤＣ電圧に整流される前の段階でトランスがガルバニック絶縁を行うことができるようにする。

ＲＦ発生器２２０の多くの実現性がある。いくつかの実装では、図示の例に示すように、ＲＦ発生器２２０は、一つ以上のＲＦ電力増幅器２３０と、ガルバニック絶縁を行う電力結合器２４０と、を有し、具体的に示さない他の構成要素を有していてもよい。いくつかの実装では、ＲＦ発生器２２０は、各々がＲＦ電力出力２５３で個々のＲＦ信号を生成するために電源出力２５２からの第２の電圧を使用するように構成された複数のＲＦ電力増幅器を有し、電力結合器２４０は、ＲＦ発生器出力２５４に出力ＲＦ信号を生成するために個々のＲＦ信号を結合する。このようにして、非絶縁型電源２１０の利点を実現しながら高電力応用に適した複数のＲＦ電力増幅器２３０を介して高電力出力を達成することができる。

特に、電源出力と電源入力との間のガルバニック絶縁を必要としないため、電源の多くの実現性がある。いくつかの実装では、ＡＣ電圧は、３相ＡＣ電圧であり、第２の電圧は、ＤＣ電圧であり、電源は、３相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するための整流回路を有する。整流回路は、例えば、６パルス整流器を有することができる。このようにして、ＲＦ発生器２２０を介して安全上の理由によるガルバニック絶縁を実現しながら電力供給装置の高いエネルギー効率を実現することができる。電源装置２００の更なる例の詳細を、図３及び図４を参照して後に説明する。

安全上の理由から、ＡＣ主電源に接続されるデバイスを、人が接触する可能性のある導電性の機器及び表面から絶縁する必要がある。さらに、そのようなデバイスの出力、潜在的に電源、を、ＡＣ主電源に接続された入力から絶縁してもよい。出力が入力から絶縁される場合、下流の機器は絶縁を必要としない又は経度の絶縁しか必要としない。これは、「絶縁型電源」と呼ばれる。代わりに、ＡＣ主電源に接続される「非絶縁型電源」は、接地面から絶縁されるが、その出力はその入力から絶縁されない。非絶縁型電源を使用するとき、下流の機器を高水準で絶縁する必要があり、入出力間を絶縁する必要がある。

ＲＦ発生器入力２５２とＲＦ発生器出力２５４との間のガルバニック絶縁を行う。いくつかの実装では、ガルバニック絶縁を、絶縁型結合器である電力結合器２４０によって行う（すなわち、電力結合器入力端子２５３が電力結合器出力端子２５４からガルバニック絶縁される）。例を、図３及び図４を参照して後に説明する。他の実施態様では、ガルバニック絶縁を、絶縁型ＲＦ電力増幅器であるＲＦ電力増幅器２３０の各々によって行う。絶縁型ＲＦ電力増幅器の例を、図６及び図７を参照して後に説明する。他の実装では、ガルバニック絶縁を、（ｉ）絶縁型結合器である電力結合器２４０及び（ｉｉ）絶縁ＲＦ電力増幅器である各ＲＦ電力増幅器２３０の各々の両方によって行われる。

ＲＦ発生器入力２５２とＲＦ発生器出力２５４との間のガルバニック絶縁が絶縁型結合器である電力結合器２４０によって行われる実装のために、ＲＦ電力増幅器２３０の各々がそのＤＣ入力端子２５２とＲＦ出力端子２５３との間のガルバニック絶縁を行う必要がない。それにもかかわらず、ＲＦ電力増幅器２３０の各々は、制御及び監視接続を含む他の表面及び接続からガルバニック絶縁されたＤＣ入力端子２５２（＋及び－）及びＲＦ出力端子２５３を有してもよい。

ここで説明する例は、複数のＲＦ電力増幅器２３０に焦点を当てている。しかしながら、他の実装では、ＲＦ発生器２２０は、単一のＲＦ電力増幅器２３０を有する。いくつかの実装では、ＲＦ発生器入力２５２とＲＦ発生器出力２５４との間のガルバニック絶縁を、絶縁型ＲＦ電力増幅器である単一のＲＦ電力増幅器２３０によって行うことができる。単一の絶縁型ＲＦ電力増幅器２３０を含む実装の場合、電力結合器２４０は不要であってもよい。したがって、電力結合器２４０を省略してもよい又は電力結合器２４０が非絶縁型であってもよい。

ＲＦ電力増幅器２３０の多くの実現性がある。いくつかの実装では、ＲＦ電力増幅器２３０は、高い電力効率に適したＤ級増幅器である。しかしながら、他の増幅器も可能である。例えば、他の実装では、一つ以上の絶縁型ＲＦ電力増幅器２３０は、Ｅ級増幅器又はＦ級増幅器である。例示的なＲＦ電力増幅器を、図５～７を参照して後に説明する。

ＲＦ電源の例
次に図３を参照すると、非絶縁型電力供給装置３１０と、絶縁型ＲＦ発生器３２０と、を有する別のＲＦ電源３００の回路図が示されている。ＲＦ発生器３２０は、ＲＦ電力増幅器３３０と、ＲＦ電力増幅器３３０からの個々のＲＦ信号を結合する電力結合器３４０と、を有する。図示した例では、ＲＦ電力増幅器３３０は、三つのＲＦ電力増幅器３３１～３３３を有するが、任意の適切な数のＲＦ電力増幅器を使用することができる。

電力結合器３４０の多くの実現性がある。いくつかの実装では、電力結合器３４０は、ＲＦ電力増幅器３３１～３３３の電力を結合するためにＲＦトランス３４１～３４３を利用する。具体的な実装では、図示の例に示すように、絶縁型結合器３４０は、ＲＦ電力増幅器３３１～３３３の各々について、出力ＲＦ信号３５４を発生するためにＲＦトランス３４１～３４３の直列接続が入力端子３５３ａ～３５３ｃからの個々のＲＦ信号を結合するように、ＲＦ電力増幅器３３１～３３３から個々のＲＦ信号を受信するための入力端子３５３ａ～３５３ｃを有する対応するＲＦトランス３４１～３４３を有する。他の実施態様も可能である。ＲＦトランス３４１～３４３は、電源出力３５２ａ～３５２ｂと電源入力３５１との間のガルバニック絶縁が必要とならないように、ＲＦ発生器入力３５２ａ～３５２ｂとＲＦ発生器出力３５４との間のガルバニック絶縁を行う。電力結合器３４０の入力端子３５３ａ～３５３ｃも同様に接地面からガルバニック絶縁すべきであることに留意されたい。

ＲＦ発生器入力３５２ａ～３５２ｂとＲＦ発生器出力３５４の間のガルバニック絶縁を、ＲＦ発生器３２０の機能のために行う。図３の電力結合器３４０を例として使用すると、ＲＦトランス３４１～３４３は、適切に機能するために本質的に絶縁を有する。この場合の絶縁を実現するために使用される絶縁は、「機能的絶縁」と呼ばれる。しかしながら、ＲＦ発生器３２０によって提供されるガルバニック絶縁がＲＦ電源３００に接触する可能性のあるユーザの保護を目的としているので、ガルバニック絶縁を達成するために使用される絶縁は、更に高い基準に従うべきであり、「保護絶縁」とみなされる。ユーザを保護するための絶縁の標準は、応用によって異なり、強化絶縁、補足絶縁又は二重絶縁を含む異なる等級である場合がある。しかしながら、これら全ての等級において、その基準は機能的絶縁に用いられる基準より高い。

非絶縁型電源装置の場合、ＲＦ発生器３２０の保護に使用される絶縁は、絶縁型電源装置の場合の純粋に機能的な目的で使用される絶縁よりも優れた性能を発揮すべきである。絶縁の性能は、通常、沿面距離及びクリアランスに関する寸法並びに特に固体絶縁の評価に使用される電圧試験中の性能の観点から検討される。固体絶縁は、気体（例えば、空気）又は液体で構成されていない絶縁である。クリアランスは、固体を通さない導体間の空間、沿面距離は、固体絶縁物の表面を横切る導体間の距離である。クリアランスの場合、絶縁が保護である場合（本開示の場合）、使用する電圧及び基準に応じて、クリアランスは、例えば、１.３ｍｍ（機能絶縁の場合）から７.１ｍｍ（保護絶縁の場合）までの増加を伴うことがある。固体絶縁の場合、保護絶縁の適性を判断するために電圧試験を行うことができる。例えば、機能絶縁の特別な試験がない場合、インパルス耐電圧５０００Ｖ及び交流試験電圧２９００Ｖの試験を行うことができる。

特に、電源出力と電源入力の間のガルバニック絶縁が必要でないので、電源３１０の多くの実現性がある。いくつかの実装では、電力供給装置３１０は、三相交流電圧を直流電圧に変換する整流回路３１１～３１６を有する。具体的な実装では、整流回路は、図示の例に示すように、６パルス整流器３１１～３１６を有する。具体的な実装では、整流回路３１１～３１６は、ダイオード整流器３１１～３１６である。そのような実装は、比較的高い効率を有しながら比較的低い複雑性及びコストを有することができる。また、そのような実装は、比較的高い信頼性を有することができ、加熱及び乾燥応用のためのＲＦ電力発生器における使用に適してもよい。絶縁型電源は、上述のように三つの段（すなわち、インバータ、変圧器及び整流器）を有してもよいが、図３に示す電源３１０は、比較的簡易であり、インバータ又はトランスが不要である。

図示の実施例に示すようなダイオード整流器３１１～３１６は、比較的簡易な設計であり、能動デバイスをオン／オフするための制御システムも必要としない。しかしながら、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）又はＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物電界効果トランジスタ）等の能動スイッチが能動制御システムと共に使用される他の実装が可能である。例えば、ダイオード３１１～３１６の一部又は全部を、適切な制御回路を有するサイリスタ又はトランジスタに置き換えることができる。また、図示の実施例は６パルスブリッジ整流器３１１～３１６に焦点を当てているが、任意の数のブリッジ整流器を使用することができることに留意されたい。例えば、別の実装では、１２パルスのブリッジ整流器を採用する。ブリッジの数は、実装に依存する。

整流回路３１１～３１６を、電源入力３５１における三相ＡＣ電圧を電源出力３５２ａ～３５２ｂでＤＣ電圧に変換するために示すが、他の実装では、単相ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するために整流回路を設ける。そのような実装の場合、電源３１０は、単相ブリッジ整流器（図示せず）を有することができる。また、整流回路３１１～３１６を全波整流器として示しているが、他の実装では、半波整流回路（図示せず）が、交流電圧（単相又は三相のいずれか）を直流電圧に変換するために設けられる。また、他の可能な実装では、三相タイプ（例えば、ウィーン整流器）及び単相タイプ（例えば、降圧及び昇圧トポロジー並びにダイオードブリッジを有するトポロジー及びダイオードブリッジを有しないトポロジー）を含むＰＦＣ（力率補正）整流器を有することができる。他の実装も可能である。

図４を参照すると、非絶縁型電力供給装置４１０と、絶縁型ＲＦ発生器３２０と、を有する別のＲＦ電源４００の回路図が示されている。図４のＲＦ電源４００は、電源出力３５２ａ～３５２ｂにおけるリップル電圧を低減するためにフィルタ４１７～４１８が電源４１０に追加されていることを除いて、図３のＲＦ電源３００と同一である。フィルタ４１７～４１８の多くの実現性がある。いくつかの実装では、図示の例に示すように、フィルタ４１７～４１８は、インダクタ４１７及びコンデンサ４１８を有するＬＣフィルタ４１７～４１８である。このような実装は、ＲＦ増幅器３３０がＰＤＭ（パルス持続時間変調）変調器を有する場合、ＰＳＭ（パルスステップ変調）又はＰＤＭを使用する高電力無線送信機にとって好ましい場合がある。例えば、米国特許第２,９０３,５１８号を参照。フィルタの他の実施態様も可能である。

図３のＲＦ電源３００と同様に、ＲＦ電力増幅器３３０の数は、実装に固有である。具体的な実装では、八つのＲＦ電力増幅器３３１～３３３がある（三つだけ示す）。しかしながら、他の実装も可能である。いくつかの実装では、ＲＦ電源４００は、ＲＦ電力増幅器３３１～３３３の各々を個別に有効又は無効にする（図示した）制御回路を有する。これを、応用に依存して電力出力を調整するために行うことができる。いくつかの実装では、制御回路は、変調を行うために種々の巻数比を有する電力結合器３４０でＲＦ電力増幅器３３１～３３３をオン／オフする変調技法を提供する。そのような実装のために、複数のＲＦ電力増幅器３３０は、１０以上のＲＦ電力増幅器３３１～３３３を有することができる。しかしながら、他の実装も可能である。

別の実装では、ＲＦ電源４００は、ＲＦ増幅器３３０の前に、降圧トポロジータイプのＤＣ－ＤＣコンバータ（すなわち変調器）を追加した２段増幅器（図示せず）を有する。更に大きい電力出力を達成するために、複数段の増幅器を利用することができる。

ＲＦパワーアンプの例
図５を参照すると、入出力間を絶縁していない例示的なＲＦ電力増幅器５００の回路図が示されている。図示の例では、ＲＦ電力増幅器５００は、フルブリッジＤ級増幅器であり、これは、他の増幅器のように線形利得デバイスとしてではなく電子スイッチとして動作する電力トランジスタ５０１～５０４（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を有する。電力トランジスタ５０１～５０４は、ＲＦ出力３５３を生成するために制御回路５１１～５１４によって制御される。アイソレーション回路は、パワートランジスタ５０１～５０４のゲート接続と接地電位で動作する制御回路との間の保護的なガルバニック絶縁を行うために使用される。電力端子（ＤＣ入力３５２ａ～３５２ｂ及びＲＦ出力５５３）が接地及び制御回路の接続から完全に絶縁されていることに留意されたい。しかしながら、ＲＦ電力増幅器５００は、ＤＣ入力３５２ａ～３５２ｂとＲＦ出力５５３との間のガルバニック絶縁を有しない。

図５に示すＲＦ電力増幅器５００は、制御回路５１１～５１４と電力トランジスタ５０１～５０４の四つ全ての間のガルバニック絶縁を有する。このガルバニック絶縁は、ＲＦＡＣ入力端子とＤＣ出力端子とが互いにガルバニック絶縁されていない非絶縁型電源と組み合わせて電力増幅器５００を使用できるように行われる。絶縁型電力供給装置において電力供給装置のＤＣ－電位が通常接地電位であるとともに接地された電力供給装置接続（例えば、図５の場合のＤＣ－接続３５２ｂ）に（ＭＯＳＦＥＴの場合の）ソース端子を接続したトランジスタのゲート端子を制御するために非絶縁型駆動回路を使用できることに留意されたい。

制御回路５１１～５１４とパワートランジスタ５０１～５０４の四つ全てとの間のガルバニック絶縁は、ＲＦ電力増幅器５００の機能のために行われる。一例としての図５のＲＦ電力増幅器５００を使用することによって、ＤＣ＋端子３５２ａに接続された二つのトランジスタ５０１～５０２は、適切に機能するために本来絶縁されている。その理由は、これらのＲＦ電力トランジスタ５０１～５０２のソース端子がＲＦ出力３５３の電位にあるとともに制御システムによって通常使用される接地電位ではないからである。この場合に使用される絶縁を行うために使用される絶縁は、「機能的絶縁」と呼ばれる。しかしながら、使用される絶縁がＲＦ電源に接触する可能性のあるユーザの保護を目的としているので、絶縁は、「保護絶縁」と呼ばれる更に高い基準にアップグレードする必要がある。ユーザの保護のための絶縁の基準は、応用によって異なり、強化絶縁、補助絶縁又は二重絶縁を含む様々な等級がある。しかしながら、これら全ての等級において、図３及び図４のＲＦ発生器３２０について上述したのと同様に、その基準は、機能的絶縁に用いられる基準より高い。

ＤＣ入力３５２ａ～３５２ｂとＲＦ出力３５３との間のガルバニック絶縁を導入する方法は数多くある。いくつかの実装では、ＤＣ入力３５２ａ～３５２ｂとＲＦ出力３５３との間のガルバニック絶縁は、内部出力トランスを介して導入される。この例を、入出力間を絶縁した例示的なＲＦ電力増幅器６００の回路図である図６に示す。内部出力トランス６３１は、非絶縁型電源と最終出力との間の絶縁を行う。したがって、ＲＦ電力増幅器６００を、絶縁が組み込まれているために絶縁型結合器を使用することなく使用してもよい。図５のＲＦ電力増幅器５００と同様に、図６のＲＦ電力増幅器６００は、ＲＦ電力増幅器６００と通常接地電位にある制御回路との間の絶縁を行う絶縁型駆動回路５１１～５１４を有する。

図７を参照すると、入出力間を絶縁した別の例のＲＦ電力増幅器７００の回路図が示されている。図示した例では、ＲＦ電力増幅器７００は、同調されたリアクティブネットワーク７２１～７２４を駆動するとともにＲＦ出力３５３を生成するために制御回路７１１によって制御される電力トランジスタ７０１（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を有するＥ級増幅器である。同調されたリアクティブネットワーク７２１～７２４は、インダクタ７２１～７２２及び／又はコンデンサ７２３～７２４の任意の適切な組合せを有することができる。通常、Ｅ級増幅器は、ゲート端子への絶縁接続を使用しない。その理由は、ＭＯＳＦＥＴソース接続は接地電位であるからである。アイソレーション回路は、図５のＲＦ電力増幅器５００について上述したのと同様に、パワートランジスタ７０１のゲート接続と接地電位で動作する制御回路７１１との間の保護ガルバニック絶縁を行うために使用される。電力端子（ＤＣ入力３５２ａ～３５２ｂ及びＲＦ出力５３５）が接地及び制御回路接続から完全に絶縁されていることに留意されたい。通常、ＤＣ－接続部３５２ｂは接地電位である。さらに、ＲＦ電力増幅器７００は、内部出力トランス７３１を介したＤＣ入力３５２ａ～３５２ｂとＲＦ出力３５３との間のガルバニック絶縁を有する。したがって、ＲＦ電力増幅器７００を、絶縁が組み込まれているために絶縁型結合器を使用することなく使用してもよい。

応用の例
ここに記載したＲＦ電源の多くの可能な応用がある。第１の例として、ＲＦ電源を、図８及び図９を参照して後に更に詳しく説明するように、製品の加熱及び／又は乾燥を行うために使用することができる。第２の例として、ＲＦ電源を、図１０及び図１１を参照して後に更に詳しく説明するように、無線通信のために使用することができる。しかしながら、例えば、プラズマの生成のような他の応用も可能であることが理解される。ここで説明するＲＦ電源を、多くの種々の応用及び多くの種々の産業において適用することができる。

ここで図８を参照すると、ＲＦ電源８１０を有する例示的な誘電加熱装置８００のブロック図が示されている。ＲＦ電源８１０は、ここに記載されているように、出力ＲＦ信号を生成するように構成される。誘電加熱装置８００は、出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から交番電界８３０に変換するための一対の電極８２１～８２２を有する。動作中、交流電界８３０は、製品の加熱及び／又は乾燥を行うために製品（図示せず）に印加される。いくつかの実装では、図示の例に示すように、製品は、コンベヤベルト８４０を介して電極８２１～８２２の間を移動し、それによって、製品が電極８２１～８２２の間を移動する間に製品を交流電界８３０にさらす。しかしながら、製品を交流電界８３０にさらすための他の手段も可能である。

誘電加熱装置８００を、工業的な場面で使用することができる。例えば、誘電加熱装置８００を、製造業、特に、製品の均一性が重要なバルク商品におけるプロセス加熱に使用することができる。具体的な例として、誘電加熱装置８００を、木製品の乾燥に使用することができる。他の具体例として、誘電加熱装置を、食品を加熱するために使用することができる。誘電加熱装置８００の他の応用も可能であり、それは、本開示の範囲内である。

図９を参照すると、製品の加熱及び／又は乾燥を行う例示的な方法のフローチャートが示されている。この方法は、誘電加熱装置、例えば、図８に示す誘電加熱装置８００又は任意の他の適切に構成された誘電加熱装置によって実施することができる。ステップ９－１において、誘電加熱装置は、出力ＲＦ信号を生成する。これを、ここに記載されるようなＲＦ電源を使用することによって行うことができる。ステップ９－２において、誘電体加熱装置は、出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から交流電界に変換する。これを、例えば電極を使用することによって行うことができる。最後に、ステップ９－３において、誘電加熱装置は、製品の加熱及び／又は乾燥を行うために交流電界を製品に印加する。

図１０を参照すると、ＲＦ電源１０１０を有する例示的な送信装置１０００のブロック図が示されている。ＲＦ電源１０１０は、ここに記載されているように、出力ＲＦ信号１０５４を生成するように構成される。送信装置１０００は、出力ＲＦ信号１０５４を電圧及び電流信号から無線チャネルを介して送信するための電磁波に変換するためにＲＦ電力源１０１０に結合されたアンテナ１０２０を有する。いくつかの実装では、図示の例に示すように、アンテナ１０２０は、伝送線１０３０を介してＲＦ電力源１０１０に結合される。ある程度の反射信号１０５５が可能である。ほとんどの関連する高電力実装では、アンテナ１０２０とＲＦ電源１０１０は物理的に分離されており、したがって、伝送線１０３０は、アンテナ１０２０をＲＦ電源１０１０に接続するために利用される。しかしながら、他の実装では、伝送線路１０３０は存在しない。

図１１を参照すると、無線通信の例示的な方法のフローチャートが示されている。この方法を、送信装置、例えば、図１０に示す送信装置１０００又は他の適切に構成された送信装置によって実施することができる。ステップ１１－１において、送信装置は、出力ＲＦ信号を生成する。これを、ここに記載されているようなＲＦ電源を使用することによって行うことができる。ステップ１１－２において、送信装置は、出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から無線チャネルを介して送信するための電磁波に変換する。これを、例えば、アンテナを使用することによって行うことができる。いくつかの実装では、ＲＦ電源は、電磁波を生成するために、アンテナで終端された伝送線路に接続される。

本開示の多数の変更及び変形は、上記の教示に照らして可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内で本開示をここに具体的に記載されたものとは別に実施してもよいことが理解される。

Claims (24)

1. ＲＦ（高周波数）電源であって、
   電力供給装置であって、電力供給装置入力と電力供給装置出力との間のガルバニック絶縁を行うことなく、前記電力供給装置入力におけるＡＣ（交流）電圧を前記電力供給装置出力で第２の電圧に変換するように構成された、電力供給装置と、
   ＲＦ発生器であって、ＲＦ発生器入力で前記第２の電圧を受け取るとともにＲＦ発生器出力で出力ＲＦ信号を生成するために前記第２の電圧を使用するように構成されたＲＦ発生器であって、前記ＲＦ発生器入力と前記ＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を行う、ＲＦ発生器と、
   を備え、前記ＲＦ発生器は、各々が個々のＲＦ信号を生成するために前記第２の電圧を使用するように構成された複数のＲＦ電力増幅器と、前記出力ＲＦ信号を生成するために前記個々のＲＦ信号を結合するように構成された電力結合器と、を備える、ＲＦ電源。
2. 前記ＡＣ電圧は、三相交流電圧を含み、前記第２の電圧は、ＤＣ（直流）電圧を含み、前記電力供給装置は、前記三相交流電圧を前記ＤＣ電圧に変換する整流回路を備える、請求項１に記載のＲＦ電源。
3. 前記整流回路は、６パルス整流器を備える、請求項２に記載のＲＦ電源。
4. 前記整流回路は、ダイオード整流器を備える、請求項２又は３に記載のＲＦ電源。
5. 前記電力供給装置は、リップル電圧を低減するように構成されたフィルタを更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
6. 前記ＲＦ発生器入力と前記ＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を、絶縁型結合器を備える電力結合器によって行う、請求項１～５のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
7. 前記絶縁型結合器は、前記ＲＦ発生器入力と前記ＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を行いながら前記ＲＦ電力増幅器の電力を結合する複数のＲＦトランスを備える、請求項６に記載のＲＦ電源。
8. 前記複数のＲＦトランスの直列接続が、前記出力ＲＦ信号を生成するために前記個々のＲＦ信号を結合するように、前記絶縁型結合器は、前記ＲＦ電力増幅器の各々に対して、前記ＲＦ電力増幅器から前記個々のＲＦ信号を受信するための前記複数のＲＦトランスのうちの対応するＲＦトランスを備える、請求項７に記載のＲＦ電源。
9. 前記絶縁型結合器は、機能絶縁を超える保護絶縁を行う、請求項６～８のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
10. 前記ＲＦ発生器入力と前記ＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を、各々が絶縁型ＲＦ電力増幅器を備える前記ＲＦ電力増幅器によって行う、請求項１～５のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
11. 前記絶縁型ＲＦ電力増幅器は、前記ガルバニック絶縁を行うための内部出力トランスを有するフルブリッジＤ級増幅器を備える、請求項１０に記載のＲＦ電源。
12. 前記絶縁型ＲＦ電力増幅器は、前記ガルバニック絶縁を行うための内部出力トランスを有するＥ級増幅器を備える、請求項１０に記載のＲＦ電源。
13. 前記絶縁型ＲＦ電力増幅器の各々は、機能絶縁を超える保護絶縁を行う、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
14. 前記ＲＦ発生器入力と前記ＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を、（ｉ）絶縁型結合器を備える前記電力結合器と、（ｉｉ）絶縁ＲＦ電力増幅器を備えるＲＦ電力増幅器の各々の両方によって行われる、請求項１～５のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
15. 前記複数のＲＦ電力増幅器は、八つのＲＦ電力増幅器を備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
16. 前記ＲＦ電力増幅器の各々を個別に有効又は無効する制御回路を備える、請求項１～１５のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
17. ＲＦ（高周波数）電源であって、
    電力供給装置であって、電力供給装置入力と電力供給装置出力との間のガルバニック絶縁を行うことなく、前記電力供給装置入力における三相ＡＣ（交流）電圧を前記電力供給装置出力でＤＣ（直流）電圧に変換するように構成された整流回路を有する、電力供給装置と、
    ＲＦ発生器であって、ＲＦ発生器入力で前記ＤＣ電圧を受け取るとともにＲＦ発生器出力で出力ＲＦ信号を生成するために前記ＤＣ電圧を使用するように構成されたＲＦ発生器であって、前記ＲＦ発生器入力と前記ＲＦ発生器出力との間のガルバニック絶縁を行う、ＲＦ発生器と、
    を備える、ＲＦ電源。
18. 前記整流回路は、６パルス整流器を備える、請求項１７に記載のＲＦ電源。
19. 前記整流回路は、ダイオード整流器を備える、請求項１７又は請求項１８に記載のＲＦ電源。
20. 前記電力供給装置は、リップル電圧を低減するように構成されたフィルタを更に備える、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のＲＦ電源。
21. 前記出力ＲＦ信号を生成するための請求項１～２０のいずれか一項に記載のＲＦ電源と、前記出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から交流電界に変換するために前記ＲＦ電源に結合された一対の電極と、を備える誘電体加熱装置。
22. 製品の加熱及び／又は乾燥を行う方法であって、
    請求項１～２０のいずれか一項に記載のＲＦ電源を使用して前記出力ＲＦ信号を生成することと、
    前記出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から交流電界に変換することと、
    前記製品の加熱する及び／又は乾燥を行うために前記交流電界を前記製品に印加することと、
    を備える方法。
23. 前記出力ＲＦ信号を生成するための請求項１～２０のいずれか一項に記載のＲＦ電源と、前記出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から無線チャネルを介して送信するための電磁波に変換するために前記ＲＦ電源に結合されたアンテナと、を備える送信装置。
24. 無線通信の方法であって、
    請求項１～２０のいずれか一項に記載のＲＦ電源を使用して前記出力ＲＦ信号を生成することと、
    前記出力ＲＦ信号を電圧及び電流信号から無線チャネルを介して送信するための電磁波に変換することと、
    を備える方法。

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