JP5214145B2 - 電源の動作を制御する方法及びシステム - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、「Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｏｏｐ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ Ｍｏｄｅｓ」と題され、２００３年８月１８日に出願された、米国仮出願番号第６０／４９５，７１９号の優先権を主張する。

本発明は、電源制御の分野に関する。より詳細には、本発明は、プラズマチャンバの電源を制御する方法およびシステムに関する。

通常、電源の応用は、様々な電気的リミットによって限定される、規定された動作領域内にて動作するための電源を要求する（例えば、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンス）。電源動作は、一部の所望される制御効果のために、電源を保護または負荷を保護するための動作領域内にて動作するよう制限される。その応用に依存し、電源は、例えば、特定の電流制限を超過しない、一定の電力出力を提供する（すなわち、一定に保つ）よう要求される。

さらに、一部の電源の応用は、電源が効果的に動作モード間を切り替えることが出来るように要求する（例えば、電流および電圧制限を有する一定の電力出力を提供することから、電力および電流制限を有する一定の電圧を提供することへの切り替えなど）。

それゆえ、電源の動作モード間を切り替えることを可能にする電源の動作を制御することが必要とされる。

本発明は、一局面において、電源の動作を制御する方法に関する。本方法は、電源の動作に関連する、複数のエラー（ｅｒｒｏｒ）信号を受信すること、および、どのエラー信号が、少なくとも一つの選択基準を満たすのかを決定することとを含む。本方法はまた、少なくとも一つの選択基準を満たすエラー信号に基づいて、コントローラのための特性（ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を決定すること、および、そのコントローラを用いて電源の動作を制御することとを含む。

一部の実施形態において、これらのステップの一部または全てが繰り返され得る。一部の実施形態において、本方法は、電源の動作に関する、複数のエラー信号を受信すること、および、どのエラー信号が複数の選択基準を満たすのかを決定することとを含む。一部の実施形態において、本方法は、少なくとも一つの選択基準を満たす、複数のエラー信号に基づいて、コントローラのための特性を決定することを含む。

一部の実施形態において、エラー信号は、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスからなる群から選択される、電源動作パラメータにそれぞれ基づく。一部の実施形態において、エラー信号を規格化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）することを含む。一部の実施形態において、エラー信号を規格化することが、コントローラを安定させる。エラー信号は、例えば、電源動作パラメータ（例えば、一つ以上の電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンス）によって規格化され得る。一部の実施形態において、どのエラー信号が選択基準を満たすのかを決定することは、アナログ回路およびデジタル信号プロセッサのうちの少なくとも一つによってインプリメントされる。

一部の実施形態において、本方法は、エラー信号における変化を最小化することを含む。一部の実施形態において、最小エラー信号は選択基準を満たす。一部の実施形態において、最大エラー信号は選択基準を満たす。一部の実施形態において、本方法は、どのエラー信号が選択基準を満たすのかを決定するために、複数のエラー信号を継続的に監視することを含む。本方法はまた、エラー信号の一つが特定の閾値を超える場合、電源の動作パラメータ（例えば、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンス）の少なくとも一つの値を下げることを含み得る。本方法はまた、例えば、電力変換器またはプラズマチャンバなどのような複素インピーダンス負荷に、電源を用いて、電力を供給することを含み得る。電源は、例えば、ＤＣ電源、ＲＦ電源、または、マイクロ波電源などであり得る。

他の局面において、本発明は、電源の動作を制御するする方法に関し、その方法は、第１の電気的パラメータの計測された値と、第１の電気的パラメータの特定の値とを比較することによって、電源の動作に関する第１のエラー信号を決定すること、および、第２の電気的パラメータの計測された値と、第２の電気的パラメータの特定の値とを比較することによって、電源の動作に関する第２のエラー信号を決定することとを含む。本方法はまた、どのエラー信号が選択基準を満たすかを識別すること、および、選択基準を満たすエラー信号に基づいて、コントローラの性質を決定することとを含む。

他の局面において、本発明は、電源を含み、および、電流供給の動作を調整するために、コマンド信号を出力するコントローラを含むシステムである。コントローラは、少なくとも一つのエラー信号に基づいて、コマンド信号を決定する。少なくとも一つのエラー信号は、選択基準に基づいて、複数のエラー信号から選択される。

コントローラは、アナログ回路およびデジタル信号プロセッサのうちの少なくとも一つを用いてインプリメントされ得る。コントローラは、電源の、少なくとも一つの動作パラメータ（例えば、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンス）を調整し得る。コントローラは、エラー信号における変化を最小にし得る。コントローラはエラー信号を規格化し得る。エラー信号は、例えば、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスなどの電源動作パラメータを用いて、規格化され得る。エラー信号を規格化することは、コントローラを安定化し得る。電源は、電力変換器またはプラズマチャンバなどの、複素インピーダンス負荷へ電力を提供し得る。電源は、例えば、ＤＣ電源、ＲＦ電源、またはマイクロ波電源であり得る。

他の局面において、本発明は、電源を含み、どのエラー信号が選択基準を満たすのかを決定する手段を含むシステムである。システムはまた、選択基準を満たすエラー信号に基づいて、コントローラのための特性を決定する手段と、コントローラを用いて電源の動作を制御する手段を含む。

本発明の先行するおよび他の対象物、特質、および利点、ならびに本発明自体は、以下の記載および上記の請求項からさらに明らかにある。

本発明の先行するおよび他の対象物、特質、および利点、ならびに本発明自体は、必ずしも縮尺通りではない添付された図面と共に読む場合、その図示された記載から、さらに十分に理解される。

図１は、電源１０４などのような装置の動作を制御することに使用されるシステム１００を表す。電源１０４は、電気的負荷１０８への電源出力１１２などのような、電気信号を出力する。例えば負荷１０８は、電力変換器またはプラズマチャンバなどのような複素インピーダンス負荷である。さらなる例示によって、電源はＤＣ電源、ＲＦ電源、または、マイクロ波電源であり得る。一部の実施形態において、電源１０４は、半導体スパッタリングプロセスにおいて使用されるプラズマチャンバへの出力１１２を提供する。

システム１００はまた、制御アルゴリズムをインプリメントするコントローラ１１６を含む。コントローラ１１６は、エラー信号１２２を受信する。コントローラ１１６は、所望される方法にて、電源１０４の動作を制御するために、エラー信号１２２に基づいて、制御信号１２０を計算および出力する。様々な制御アルゴリズムのうちの任意の一つは、コントローラ１１６によってインプリメントされ得、比例積分微分制御アルゴリズム、比例微分アルゴリズム、比例積分アルゴリズム、状態空間（ｓｔａｔｅ ｓｐａｃｅ）制御、およびファジー論理アルゴリズムを含むが、それらに限定されるわけではない。この実施形態において、コントローラ１１６は、デジタル信号プロセッサなどのようなデジタル回路を含む。一部の実施形態において、コントローラ１１６は、一つ以上のエラー信号を受信し、複数のエラー信号に基づく一つ以上の出力信号を計算および出力する。

例示から、コントローラ１１６は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＤＳＰ５６３００デジタル信号プロセッサ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ、 Ｓｃｈａｕｍｂｅｒｇ，ＩＬ）を含む。一部の実施形態において、システム１００のコントローラ１１６および他の構成要素は、アナログ回路または、アナログ回路およびデジタル回路の組み合わせを用いてインプリメントされ得る。

この実施形態において、システム１００は、電源１０４の動作パラメータである、電力セットポイント１２４、電圧セットポイント１２８、電流セットポイント１３２、およびコンダクタンスセットポイント１３６などの制限のセットを含み得る。セットポイント１２４、１２８、１３２、および１３６は、動作パラメータ（個々に、電力、電圧、電流およびコンダクタンス）のそれぞれの、特定の制限である。セットポイント値は、電源１０４および負荷１０８が電気的に保護されることを保証するために、電源１０４が動作する動作領域を規定する、所定の最大値である。一部の実施形態において、セットポイント１２４、１２８、１３２、および１３６は、例えば、システム１００の動作間に、オペレータまたは遠隔コントローラによって修正され得る。

システム１００はまた、電源１０４の動作に関連する、複数のエラー信号１４０、１４４、１４８、および１５２を入力として受信する、モジュール１５６を含む。

モジュール１５６は、一つ以上の選択基準に基づいて、エラー信号１４０、１４４、１４８、および１５２のうちの少なくとも一つを選択し、選択されたエラー信号１２２をコントローラ１１６に出力する。コントローラ１１６は、少なくとも一つの選択されたエラー信号１２２に基づいて、制御アルゴリズムの特性を決定する。コントローラは、次いで、所望される方法にて、電源１０４の動作を制御するために、制御信号１２０を出力する。

この実施形態において、モジュール１５６は、最小値を有するエラー信号を選択する選択基準を用いる。ネガティブのエラー信号は、ポジティブのエラー信号よりも少ない。選択されたエラー信号は、前記されたように、コントローラ１１６への出力である。代替的な選択基準および／または多数の選択基準が用いられ得る。例えば、モジュール１５６は、最大値を有するエラー信号を選択する選択基準を用いることができる。一部の実施形態において、モジュール１５６は、数学的な方程式を満たすエラー信号１２２を選択する、選択基準を用いることができる。

この実施形態において、エラー信号１４０、１４４、１４８、および１５２は、エラー信号のそれぞれが、一つの電力信号（たとえばワット）として、同じ計測単位を有するように、適切なスケーリングの要因によって、それぞれ規格化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）される。結果として、それぞれのエラー信号のループゲインは、ほぼ等しい。なぜならば、それぞれのエラー信号は、同じ計測単位を用いて規格化されるからである。この方法において、コントローラの性能は、例えば、システム１００の性能がシステム１００の動作モード間を切り替える場合に、それほど変化しないので、安定する。例えば、最大電圧、最大電流および最大コンダクタンスのセットポイント値によって制限される最大電力値のレベルを一定に保つことから、最大電力、最大電流、および最大コンダクタンスのセットアップ値によって制限される最大電圧値のレベルを一定に保つことへ、変化する場合に、システム１００の性能は、それほど変化しない。代替的には、エラー信号１４０、１４４、１４８、および１５２は、エラー信号が同じ計測単位を用いるように、任意のパラメータによって規格化され得る。一部の実施形態において、エラー信号１４０、１４４、１４８、および１５２は、申し分のない性能を達成するように規格化される必要がない。

エラー信号１４０は、電力セットアップ１２４と電力センス信号１５８との間の、大きさにおける差異である。電力センス信号１５８は、電圧信号１６０および電流信号１６２の数学的な積である。電圧信号１６０および電流信号１６２の積は電力単位（Ｐｏｗｅｒ＝Ｖｏｌｔａｇｅ^＊Ｃｕｒｒｅｎｔ）を用いる。電圧センスモジュール１６４は、電源出力１１２の電圧に対応する信号１７０を計測し、出力する。この実施形態において、モジュール１７２は、電圧信号１６８と特定の最小電圧（Ｍｉｎ＿Ｖ）とを比較する。電圧信号１６８および最小電圧（Ｍｉｎ＿Ｖ）の、より大きいほうが、電圧信号１６０として、モジュール１７２によって出力される。コントローラ１１６が安定した最小電圧（Ｍｉｎ＿Ｖ）であることを保証するのは、ゼロより大きい場合だけである。

同様に、電流センスモジュール１６６は、電源出力１１２の電流を計測し、電流信号１７０を出力する。モジュール１７４は、電流信号１７０と、特定の最小電流（Ｍｉｎ＿Ｉ）とを比較する。電流信号１７０および最小電流（Ｍｉｎ＿Ｉ）の、より大きいほうが、電流信号１６２として、モジュール１７４によって出力される。コントローラ１１６が安定した最小電流（Ｍｉｎ＿Ｉ）であることを保証するのは、ゼロより大きい場合だけである。

エラー信号１４４は、電圧信号１７６および電流信号１６２の積である。電圧信号１７６および電流信号１６２の積は、電力単位（Ｐｏｗｅｒ＝Ｖｏｌｔａｇｅ^＊Ｃｕｒｒｅｎｔ）を用いる。電圧信号１７６は、電圧セットポイント１２８および電圧信号１６０の値の間の差異である。

エラー信号１４８は、電流信号１７８および電圧信号１６０の積である。電流信号１７８および電圧信号１６０の積は、電力単位（Ｐｏｗｅｒ＝Ｖｏｌｔａｇｅ^＊Ｃｕｒｒｅｎｔ）を用いる。電流信号１７８は、電流セットポイント１３２および電流信号１６２の値の間の差異である。

エラー信号１５２は、電流信号１８２および電圧信号１６０の数学的積である。電流信号１８２および電圧信号１６０の積は、電力単位（Ｐｏｗｅｒ＝Ｖｏｌｔａｇｅ^＊Ｃｕｒｒｅｎｔ）を用いる。電流信号１８２は、電流信号１８０および電流信号１６２の間の差異である。電流信号１８０は、コンダクタンスセットポイント１３６と電圧信号１６０の積である。コンダクタンスは、（１／Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）と等しく、Ｍｈｏｓ単位を用いる。

通常は、システム１００は、どのエラー信号が選択基準を満たすかを決定するために、複数のエラー信号を継続的に監視する。システム１００は、電源１０４の所望される動作を継続的に保証し、システムの動作モードが変化した場合でも、コントローラ１１６が安定していることを継続的に保証するために、本発明の方法のそれぞれのステップを繰り返すことができる。例示によって、システム１００の動作モードが、電流、電圧、およびコンダクタンスのセットポイントによって制限される、特定の電力出力をコマンドすることから、電力、電流、およびコンダクタンスのセットポイントによって制限される、特定の電圧出力をコマンドすることへ、切り替えられる場合に、電源１０４およびコントローラ１１６の安定にとって適切に動作することを保証するために、本方法のそれぞれのステップは、繰り返され得る。

図２は、本発明の図示的な実施形態に従い、電源を制御するための方法を表す。方法２００は、図１のシステム１００のように、電源制御システムによってインプリメントされ得る。方法２００は、コントローラ１１６によって指示されるように、オペレータによって、または自動的に、繰り返され得（ステップ２２４）、または、終了し得る（ステップ２２８）。方法２００のそれぞれの繰り返しは、方法の反復として規定される。図２の図示的な方法において、四つのエラー信号（Ｖ＿ＰＷＲ＿Ｌｉｍｉｔ、Ｉ＿ＰＷＲ＿Ｌｉｍｉｔ、Ｐ＿Ｅｒｒｏｒ、およびＧ＿ＰＷＲ＿Ｌｉｍｉｔ）が計測される（ステップ２０４）。例示によって、エラー信号は、図１の、個々に、エラー信号１４４、１４８、１４０、および１５２であり得る。

最小エラー信号は、四つのエラー信号（Ｖ＿ＰＷＲ＿Ｌｉｍｉｔ、Ｉ＿ＰＷＲ＿Ｌｉｍｉｔ、Ｐ＿Ｅｒｒｏｒ、およびＧ＿ＰＷＲ＿Ｌｉｍｉｔ）において選択される（ステップ２０８）。この実施形態において、選択基準は、最小エラー信号を選択する。しかしながら、代替的な選択信号は、他の実施形態において、使用され得る。

ステップ２１２において、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎは、ステップ２０８において選択された最小のエラー信号と等しい値に割り当てられる。コントローラ（図１のコントローラ１１６のように）における制御アルゴリズムのパラメータの値は、以下の式によって計算され得る（ステップ２１６）。

Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ＝ＤＴｅｒｍ^＊［Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ−Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ３＋（Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ１−Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ２）］ 式１
Ｉｎｔｅｇｒａｌ＝ＩＴｅｒｍ^＊Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ＋Ｉｎｔｅｇｒａｌ＿Ｎ１ 式２
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ＝ＰＴｅｒｍ^＊Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ 式３

ＤＴｅｒｍ、ＩＴｅｒｍ、およびＰＴｅｒｍは、例えば、電源１０４およびコントローラ１１６の開始動作に先立って決定される、比例積分微分制御アルゴリズムのための制御定数である。Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ１は、方法２００の直前の先行する反復からのエラー信号Ｅｒｒｏｒ＿Ｎと等しい。Ｅｒｒｏｒ＿２は、方法２００の直前の先行する反復からのエラー信号Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ１と等しい。Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ３は、方法２００の直前の先行する反復からのエラー信号Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ２と等しい。システムのスタートアップにて、エラー、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ１、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ２、およびＥｒｒｏｒ＿Ｎ３、はゼロである。なぜならば、ステップ２０８は、まだエラーを選択していないからである（ステップ２０８）。他の実施形態において、たとえば、オペレータは、一部かまたは全てのエラーの初期値を特定する（Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ１、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ２、およびＥｒｒｏｒ＿Ｎ３）。Ｉｎｔｅｇｒａｌ＿Ｎ１は、方法２００の直前の先行する反復からのＩｎｔｅｇｒａｌの値と等しい。システムのスタートアップにて、Ｉｎｔｅｇｒａｌの値はゼロである。なぜならば、ステップ２１６は、まだ値を決定していないからである（ステップ２１６）。他の実施形態において、オペレータは、たとえば、Ｉｎｔｅｇｒａｌの初期値を特定し得る。

図１における出力信号１１２のような、駆動信号は、以下の式で計算される（ステップ２１６）。

Ｄｒｉｖｅ＝Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ＋Ｉｎｔｅｇｒａｌ＋Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ 式４

出力信号１１２は、次いで、電源１０４の動作の所望される方法において制御するために、電源１０４に供給される。Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ３は、次いで、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ２と等しい値を割り当てられる（増加させられる）。すなわち、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ２はＥｒｒｏｒ＿Ｎ１と等しい値を割り当てられ、Ｅｒｒｏｒ＿Ｎ１はＥｒｒｏｒ＿Ｎと等しい値を割り当てられる（ステップ２２０）。それぞれのステップ（ステップ２０４、２０８、２１２、２１６および２２０）は、次いで、繰り返され（ステップ２２４）、または終了される（ステップ２２８）。一部の実施形態において、異なる制御定数ＤＴｅｒｍ、ＩＴｅｒｍ、およびＰＴｅｒｍは、例えば、方法２００の特定の反復の間、どのエラー信号が最小として選択されるのかに基づいて、コントローラによってインプリメントされ得る。

図示において、本発明の実施形態の電源のための動作領域３０２は、図３のグラフ表示３００において示される。本発明に従い、図１のシステム１００などのようなシステムは、電源の動作を調整し、電源の動作パラメータ（個々に、電力、電圧、電流およびコンダクタンス）のためのセットポイント（動作リミット３０４、３０８、３１２、および３１６）を特定する。リミット３０４は、電源の出力を、最大電力１２，５００ワットに制限する。リミット３０８は、電源の出力を、最大電圧８００ボルトに制限する。リミット３１２は、電源の出力を、最大電流２５アンペアに制限する。リミット３１６は、電源の出力を、最大コンダクタンス０．１Ｍｈｏｓ（ジーメンス（ｓｉｅｍｅｎｓ）とも呼ばれる）に制限する。この実施形態において、電源は、動作領域３０２（リミット３０４、３０８、３１２、および３１６によって規定される）の境界線に沿って動作する。他の実施形態においては、ユーザは、新しい動作領域をセットすることが可能であり、電源が動作する境界線を効果的に変化させることができる。例えば、ユーザは、一つ以上のリミット３０４、３０８、３１２、および３１６を変化させることによって、元々の動作領域内にて、新しい動作領域をセットすることが可能である。

前記したように、図１のシステム１００の最小エラー信号１２２は、コントローラ１１６によって受信される。コントローラ１１６は、電源１０４の出力を制御するのに適した出力信号１２０を計算する。この方法において、最小エラー信号１２２は、電源１０４の動作を統制するために使用される。さらなる例示によって、電圧エラー信号１４４が最小エラー信号１２２であると決定される場合、電源１０４は、動作領域３０２における、動作リミット３０８に近接する位置にて動作する。電流エラー信号１４８が最小エラー信号１２２であると決定される場合、電源１０４は、動作領域３０２における、動作リミット３１２に近接する位置にて動作する。この方法において、電源１０４の動作位置（例えば、電力、電圧、電流、およびコンダクタンスの特定の値によって指示される）が、例えば、負荷１０８の電気的性質における変化などのために、変化すると、システムは最小値を有するエラー信号を選択する。

図４に図示される他の実施形態において、電源１０４の動作を制御するシステム４００は、電力エラー信号１４０、電圧エラー信号１４４、および電流エラー信号１４８を生成するアナログ回路を含む。オペアンプ回路４０８ａは、電力セットポイント１２４および電力信号１５８に基づいて、電力エラー信号１４０を生成する。電力信号１５８は、前記したのと同様に、電流信号１６２および電圧信号１６０の積である。オペアンプ回路４０８ｂは、電流セットポイント１３２および電流信号１６２に基づいて、電流エラー信号１４８を生成する。オペアンプ回路４０８ｃは、電圧セットポイント１２８および電力信号１６０に基づいて、電圧エラー信号１４４を生成する。

この実施形態において、エラー信号１４４および１４８は、電力エラー信号１４０（例えばワット）の計測単位と等しい計測単位を有するように規格化されない。従って、オペアンプ回路のループゲインは、コントローラ１１６がシステム４００の動作間に安定するのを保証するために、それぞれ調整される。一部の実施形態において、電圧エラー信号１４４および電流エラー信号１４８を規格化することなしに、コントローラ１１６の係数（例えば、ＰＩＤコントローラの係数ＤＴｅｒｍ、ＩＴｅｒｍ、およびＰＴｅｒｍ）は、どのエラー信号がコントローラ１１６に提供されるかに依存し、異なる。

ダイオード４０４ａ、４０４ｂ、および４０４ｃは、最小エラー信号（例えば、最小のエラー１４０、１４４、および１４８）が選択され、コントローラ１１６へ提供されるように、構成される。コントローラは、次いで、前記したように、最小のエラー信号に基づいて、例えば、ＰＩＤコントローラをインプリメントする。コントローラ１１６は、次いで、信号１２０を電源１０４に出力し、次いで、電源出力信号１１２を、複素インピーダンス負荷などの負荷へ供給する。

図示から、１オームの負荷１０８にとって、１ボルトで１アンプの電源出力１１２では、電力出力は１ワットになる。１００Ｗの電力セットポイントおよび１ＷのＩ＿Ｓｅｎｓｅ^＊Ｖ＿Ｓｅｎｓｅでは、Ｕ１のオペアンプのポジティブ入力が優勢であり、Ｕ１の出力（エラー信号１４０）をポジティブレールにする。１ボルトの電源出力１１２および５ボルトの電圧セットポイントでは、Ｕ３のオペアンプ入力が優勢であり、Ｕ３の出力（エラー信号１４４）をポジティブレールにする。１アンプの電源出力１１２および１Ａの電流セットポイントでは、Ｕ２のオペアンプのポジティブおよびネガティブ入力は等しく、オペアンプ（エラー信号１４８）の出力は、ゼロよりも低い一つのダイオード電圧降下（ダイオードＤ２）である。その結果、信号１２２にてゼロボルトになる。なぜならば、最小エラー信号はエラー信号１４８であり、ダイオードＤ２（４０４ｂ）は順方向バイアスである唯一のダイオードであり、それゆえ、電流エラー１４８は、コントローラ１１６に提供される。

ここに記載されたものについての変更、修正、および他の実施は、請求される本発明の趣旨および範囲から逸れることなく、当業者によってなされる。従って、本発明は、例示的な記載によって限定されるものではなく、その代わり、請求項の趣旨および範囲によって限定されるものである。

本発明の実施する、電源の動作を制御するシステムのブロック図である。 本発明の例示的な実施形態に従う、電源の動作を制御する方法のフロー図である。 本発明に従う、電源を制御するシステムを用いた、電源動作領域のグラフ図である。 本発明の例示的な実施形態に従う、アナログ回路を用いて電源の動作を制御するシステムのブロック図である。

Claims (33)

1. 電源の動作を制御する方法であって、該方法は、
   （ａ）電源の動作に関連する複数のエラー信号を受信するステップであって、該エラー信号が、それぞれ、電源動作パラメータの測定値と該電源動作パラメータについての関連するセットポイント制限とに基づくものである、ステップと、
   （ｂ）少なくとも一つの選択基準に基づいて、前記複数のエラー信号の中から、１つのエラー信号を選択するステップと、
   （ｃ）前記選択されたエラー信号に基づいて、コントローラのための特性を決定するステップであって、該特性は、比例積分微分、比例積分、比例微分、状態空間、ファジー論理からなる制御手法の群から選択された制御アルゴリズムを使用することによって決定されるステップと、
   （ｄ）該コントローラを用いて、該電源の該動作を制御するステップと
   を包含する、方法。
2. ステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）を繰り返す、ステップ（ｅ）を包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記電源動作パラメータが、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記エラー信号を規格化するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
5. 前記エラー信号が、電源動作パラメータによって規格化される、請求項４に記載の方法。
6. 前記電源動作パラメータが、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスの群から選択される、請求項５に記載の方法。
7. 前記複数のエラー信号が同一の計測単位を有するように、全ての前記エラー信号が規格化される、請求項４に記載の方法。
8. 前記コントローラは前記エラー信号における変化を最小にすることを包含する、請求項２に記載の方法。
9. 前記選択されたエラー信号が、前記エラー信号の中からの最小エラー信号である、請求項１に記載の方法。
10. 前記選択されたエラー信号が、前記エラー信号の中からの最大エラー信号である、請求項１に記載の方法。
11. どの前記エラー信号が前記選択基準を満たすのかを決定するステップが、アナログ回路およびデジタル信号プロセッサのうちの少なくとも一つによって実行される、請求項１に記載の方法。
12. どのエラー信号が前記選択基準を満たすのかを決定するために、前記複数のエラー信号を継続的に監視するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
13. エラー信号のうちの一つが特定の閾値を超える場合、前記電源のうちの少なくとも一つの動作パラメータの値を下げるステップを包含する、請求項１に記載の方法。
14. 前記動作パラメータが、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
15. 前記電源を用いて、電力を複素インピーダンス負荷に供給するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
16. 前記複素インピーダンス負荷が電力変換器である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記複素インピーダンス負荷がプラズマチャンバである、請求項１５に記載の方法。
18. 前記電源が、ＤＣ電源、ＲＦ電源、およびマイクロ波電源からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
19. 電源の動作を制御する方法であって、該方法は、
    （ａ）第１の電気的パラメータの計測された値と、該第１の電気的パラメータの特定の値とを比較することによって、電源の動作に関連する第１のエラー信号を決定するステップと、
    （ｂ）第２の電気的パラメータの計測された値と、該第２の電気的パラメータの特定の値とを比較することによって、該電源の動作に関連する第２のエラー信号を決定するステップと、
    （ｃ）どの該エラー信号が選択基準を満たすのかを識別するステップと、
    （ｄ）該選択基準を満たす該エラー信号に基づいて、コントローラのための特性を決定するステップであって、該特性は、比例積分微分、比例積分、比例微分、状態空間、ファジー論理からなる制御手法を構成する群から選択された制御アルゴリズムを使用することによって決定されるステップと
    を包含する、方法。
20. （ａ）電源と、
    （ｂ）該電源の動作を調整するために、コマンド信号を出力するコントローラであって、
    該コントローラは、
    （１）選択基準に基づいて複数のエラー信号から選択される少なくとも一つのエラー信号であって、該複数のエラー信号が、それぞれ、電源動作パラメータに基づくものであり、該電源動作パラメータについての関連するセットポイント制限に基づいて算出される、少なくとも一つのエラー信号、
    （２）比例積分微分、比例積分、比例微分、状態空間、ファジー論理からなる制御手法の群から選択された制御アルゴリズム
    に基づいて、該コマンド信号を決定するコントローラと
    を備える、システム。
21. 前記コントローラが、アナログ回路およびデジタル信号プロセッサのうちの少なくとも一つを用いて実行される、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記コントローラが、前記電源の少なくとも一つの動作パラメータを調整する、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記少なくとも一つの動作パラメータが、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスからなる群から選択される、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記電源が、電力を複素インピーダンス負荷に供給する、請求項２０に記載のシステム。
25. 前記複素インピーダンス負荷が電力変換器である、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記複素インピーダンス負荷がプラズマチャンバである、請求項２４に記載のシステム。
27. 前記電源が、ＤＣ電源、ＲＦ電源、およびマイクロ波電源からなる群から選択される、請求項２０に記載のシステム。
28. 前記コントローラが、前記エラー信号における変化を最小にする、請求項２０に記載のシステム。
29. 前記コントローラが前記エラー信号を規格化する、請求項２０に記載のシステム。
30. 前記コントローラが、電源動作パラメータを用いてエラー信号を規格化する、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記電源動作パラメータが、電圧、電流、電力、抵抗、およびコンダクタンスからなる群から選択される、請求項３０に記載のシステム。
32. 第１のエラー信号が第２のエラー信号と同一の計測単位を有するように、前記エラー信号が規格化される、請求項２９に記載のシステム。
33. （ａ）電源と、
    （ｂ）選択基準に基づいて複数のエラー信号から１つのエラー信号を選択する手段であって、該複数のエラー信号が、それぞれ、電源動作パラメータに基づくものであり、該電源動作パラメータについての関連するセットポイント制限に基づいて算出される、手段と、（ｃ）（１）選択されたエラー信号、及び
    （２）比例積分微分、比例積分、比例微分、状態空間、ファジー論理からなる制御手
    法の群から選択された制御アルゴリズム
    に基づいて、コントローラのための特性を決定する手段と、
    （ｄ）該コントローラを用いて、該電源の動作を制御する手段と
    を備えるシステム。

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