JP5371978B2 - 高周波電流供給装置、とりわけプラズマ給電装置および高周波電流供給装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は高周波電流供給装置、とりわけプラズマ給電装置に関するものであり、この装置は５００Ｗ以上の出力電力を３ＭＨｚ以上の出力周波数で形成し、ＤＣ電流供給部に接続された少なくとも１つのインバータと少なくとも１つの出力電源網を備える。前記インバータは少なくとも１つのスイッチング素子を有し、このスイッチング素子の基準電位は、とりわけ基本周波数の領域にある高周波数のクロックで変化する。

この種の高周波電流供給装置はプラズマ給電装置とも称され、プラズマ電流供給のために、すなわちプラズマプロセスの電流供給のために使用される。プラズマ給電装置は、これがプラズマ電流供給部として使用される場合には目標値からわずかしか異なってはならない基本周波数で動作する。典型的な基本周波数は、３．３９ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６２ＭＨｚである。少なくとも１つのスイッチング素子を有するインバータは、ＤＣ電流供給部のＤＣ信号から交流信号を発生する。この交流信号は基本周波数の周期でその符合を変化する。このために少なくとも１つのスイッチング素子が基本周波数のクロックで、導通状態と非導通状態との間を反復して切り換えられる。出力電源網は、インバータにより形成された交流信号から正弦波状の出力信号を、実質的に所定の基本周波数で発生する。

プラズマは、ガスから形成される特別の励起状態である。いずれのガスも基本的に原子および／または分子からなる。プラズマではこのガスの大部分がイオン化される。このことは、エネルギ供給によって原子ないし分子が正と負の電荷担体、すなわちイオンと電子に分裂されることを意味する。プラズマはワークピースを加工するのに適する。なぜなら荷電された粒子は化学的に高度に反応性であり、とりわけ電界により調整できるからである。荷電粒子は電界によってワークピースに加速され、そこで荷電粒子が衝突する際に個々の原子がワークピースから溶出することができる。溶出された原子はガス流を介して排出されるか（エッチング）、または別のワークピースに層として析出される（薄膜の作製）。プラズマによるこのような加工はとりわけ、数原子層の領域の極端な薄膜を加工処理すべき場合に使用される。典型的な適用例は、半導体技術（被覆、エッチング等）、フラットパネル（半導体技術に類似）、太陽電池（半導体技術に類似）、建築ガラス被膜（熱保護、眩惑保護等）、記憶媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、ハードディスク）、装飾層（カラーガラス等）および工具の硬化である。これらの適用は精度およびプロセス安定性に高い要求を課す。

さらにプラズマをレーザ、とりわけガスレーザの励起のために用いることができる。

ガスからプラズマを生成するためには、ガスにエネルギを供給しなければならない。このことは種々のやり方で、例えば光、熱、または電気エネルギを介して行うことができる。ワークピースを加工処理するためのプラズマは典型的にはプラズマチャンバで点弧され、維持される。このために通例、希ガス、例えばアルゴンが低圧でプラズマチャンバに導入される。電極および／またはアンテナを介して、ガスが電界に曝される。プラズマは、複数の条件が満たされるときに発生ないし点弧される。まず小数の自由電荷担体が存在しなければならない。このとき非常にわずかだけ存在する自由電子が常に使用される。自由電荷担体は電界によって強力に加速され、これが希ガスの原子または分子と衝突する際に別の電子を溶出する。これにより正に荷電されたイオンと負に荷電された別の電子が発生する。さらなる自由電荷担体も加速され、衝突の際にさらなるイオンと電子を形成する。このようにして雪崩現象が始まる。イオンと電子を常時形成することにより、自然の再結合に対抗作用する。すなわち電子はイオンにより引き付けられ、電気的に中性の原子ないし分子に再結合する。したがって点弧されたプラズマにはエネルギを常時供給し、これを維持しなければならない。

プラズマ電流供給部は、適用時にこれをプラズマ放電の近傍に配置することができるようにするため、できるだけ小さな寸法を有するべきである。プラズマ電流供給部はできるだけ再現精度が高く、正確に動作すべきであり、高い効率を実現するために損失はできるだけ小さくすべきである。さらなる要求は製造コストができるだけ低く、保守サービス性が高いことである。さらに可能であれば、プラズマ電流供給部には機械的に駆動される構成部材が内容にすべきである。とりわけ送風機はその寿命が制限されており、汚染の恐れもあるので不所望である。さらにプラズマ電流供給部は同時にできるだけ信頼性があるべきであり、過熱せず、長い運転持続時間を有するべきである。

出力電源網は、インバータ側に少なくとも１つの端子と負荷側に少なくとも１つの端子を有する。インバータ側の端子はプラズマ端子と、負荷側の端子は二次端子とも称される。同じ側の一方の端子から他方の端子までの線路列は、出力電源網線路と称される。この第２の端子は高周波的にはアースに接続されている。例えば交流信号を出力するインバータの出力端は、出力電源網の第１のインバータ側端子に接続することができる。そこから線路列は出力電源網内を直接、または別の構成素子を介して、出力トランスの一次巻線の端部に至る。一次巻線の他方の端部からは別の線路列が直接、または別の構成素子を介して、出力電源網の第２のインバータ側端子に至ることができる。第１のインバータ側端子から一次巻線を介して出力電源網の第２のインバータ側端子に至るこの線路は、本発明では出力電源網線路である。

当業者には周知のハーフブリッジ回路としてインバータの構成は２つのスイッチング素子、例えば２つのＭＯＳＦＥＴを必要とする。それらの一方はＤＣ電流供給部のプラスと、他方はマイナスと接続されている。２つのトランジスタは基本周波数により相補的に駆動制御される。したがって交流信号はＤＣ電流供給部の正電位と負電位を交互に有する。

第２の一次端子はコンデンサを介してＤＣ電流供給部の少なくとも１つの極と接続することができ、したがって高周波的にアースである。これとは択一的に、インバータは第２のハーフブリッジ回路を有することができる。この第２のハーフブリッジ回路は第２の一次端子に接続され、第１の一次端子にあるハーフブリッジ回路とプッシュプルで駆動される。それぞれ１つのハーフブリッジ回路を２つの一次端子のそれぞれに使用する場合をフルブリッジ回路と呼ぶ。

ＭＯＳＦＥＴの制御はゲート・ソース電圧を介して行われる。ソース端子は電圧的にはこの構成部材の基準点と見なすことができる。

ＮチャネルＭＯＳＦＥＴはＰチャネルＭＯＳＦＥＴに対して利点を有するから、有利にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴをハーフブリッジ回路の両方のスイッチング素子に対して使用する。

ＤＣ電流供給部の負端子と接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ボトムスイッチ）のソース端子は静的な負電位にある。なぜならこのＮチャネルＭＯＳＦＥＴではドレイン端子がプラズマ電流供給装置の基本周波数である交流信号を有しており、出力電源網のそれぞれの一次端子に接続されているからであり、一方、ソース端子はＤＣ電流供給部のマイナス極と直接接続されているからである。

しかしＤＣ電流供給部の正端子と接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（トップスイッチ）は、それぞれのドレイン端子がＤＣ電流供給部のプラス極と接続されるように接続しなければならない。これによりソース端子は出力電源網の出力電源線路に接続され、交流信号を導く。このトランジスタでも制御は、高速に変化する高電位差を有するソース端子に対して行わなければならないから、このトランジスタのゲート制御、および場合によりこのゲート制御のために必要なドライバとしての構成部材、ならびにそのドライバ電流供給もこの高周波基準電位に対して行わなければならない。高速の電位変化に起因する不適切なゲート・ソース電圧はハーフブリッジ回路の不安定性を容易に引き起こし、構成素子の破壊を引き起こし得る。監視のための電気測定値、例えばＭＯＳＦＥＴの内部温度センサの電気測定値またはそのドライバ段もソース端子を基準電位として有し、したがって同様に強い高周波電位を有する。

本発明の課題は、プラズマ電流供給部に対する前記の要求を満たし、基準点が高速の電位変化を受けるようなスイッチング素子またはその他の構成部材であっても確実なエネルギ供給、制御または監視を保証する高周波電流供給装置を提供することである。

本発明によればこの課題は、冒頭に述べた形式の高周波電流供給装置において、付随線路が、基準電位が時間的に大きく変化する電気構成部材を入口点に接続し、この入口点ではとりわけ基本周波数で電圧電位が時間的に変化しないか、少なくともほぼ変化しないようにして解決される。この電気構成部材はインバータの構成部材、またはインバータと接続された構成部材とすることができ、例えばドライバまたは測定装置である。

付随線路は、基準点が出力電源網の出力電源網線路の電位にあって時間的に強く変化する、例えばインバータの電気的構成部材を、電位が時間的にほぼ変化しない入口点と接続する。この入口点は、出力電源網の出力電源網線路の、高周波ノイズの小さいポイントの空間的近傍領域内に存在することができる。出力電源網の出力電源網線路が構成部材に接続されており、これによりその構成部材の基準点がＤＣ電流供給部または機器アースに対して大きく変化する電位を有する個所では、付随線路もこの大きく変化する電位を有する。出力電源網の出力電源網線路の高周波ノイズが小さい個所では、付随線路も小さな高周波電位を有するか、または高周波電位を有さない。高周波電位の強度は、付随線路の区間全体にわたり、出力電源網線路への誘導性結合および容量性結合によって減衰する。

本発明の利点は、基準点が時間的に常に変化する基準電位を有する構成部材に、高周波ノイズの比較的小さい入口点から付随線路を介して給電することができ、この構成部材を制御または監視できることである。

付随線路は、出力電源網の出力電源網線路の空間的近傍に配置することができる。このことは、２つの線路が相互に離間しており、結合領域では２つの線路間のキャパシタンスにより容量的に、そして線路のインダクタンスにより誘導的に相互に結合されていることを意味する。したがって付随線路は出力電源網線路の領域に存在する。この付随線路は少なくとも部分的に出力電源網線路に沿って延在する。

例えば付随線路は出力電源網線路に対して平行に案内することができ、この出力電源網線路と捩るか、または二本巻きで配置することができる。ここで出力電源網線路の周囲に、これに流れる電流に基づき形成される磁界の磁界線は、できるだけ完全に付随線を包囲すべきであり、これにより高い磁気結合が達成される。

付随線路は出力電源網線路により空間的にまたは平坦に包囲または取り囲むことができる。例えば出力電源網線路は偏平に構成することができ、付随線路は出力電源網線路の中央に配置することができる。択一的に付随線路を、パイプ状の出力電源網線路により包囲することができる。

付随線路は、出力電源網線路よりも格段に小さい寸法を有する。

出力電源網線路の高周波電位の大部分は出力トランスの一次巻線で低下する。この一次巻線は出力電源網線路の主機能部材である。付随線路は付随巻線として構成することができる。付随巻線と一次巻線は正確に同じ幾何形状を取るから、これらは同じ高周波の磁気影響を受ける。

付随線路は、高周波電位が時間的にほとんど変化しない、出力電源網線路の個所の近傍に基準点を有することができる。インバータが、出力トランスの一次巻線をプッシュプルで駆動する２つのハーフブリッジ回路を有する場合、付随線路の入口点は一次巻線の中点の近傍でも良い。一次巻線の中点を所定のようにブロックし、これにより高周波的に安定させるために、この中点にタップを設け、インバータのＤＣ電流供給部の中点と接続することができる。インバータは２つのコンデンサにより形成されており、コンデンサはＤＣ電流供給部の端子に直列に接続されている。

その基準点が強く変化する電位を有する各ハーフブリッジ回路のスイッチング素子のために、一次巻線の中点タップの近傍にある入口点から、それぞれ１つの固有の付随線路が発することができる。この付随線路は一次巻線の経過に沿って配向される。

出力電力網線路が完全にまたは部分的に偏平な構造として導体路基板上に構成されていれば、付随線路は出力電力網線路から絶縁して構造体の中央に案内することができる。ここで付随線路を出力電力網線路により包囲することができる。付随線路は、多層導体路板の別の層に、出力電力網線路に平行に配置することができる。

出力電力網線路と付随線路は、それらの固有キャパシタンスを越えて容量的に相互に結合することができる。このことは少なくとも１つの離散的コンデンサを介して行うことができる。コンデンサは誘導アームに接続することができる。それぞれコンデンサを複数の個所に配置すると、容量結合を高めることができる。このことは、一次巻線の中点タップにある高周波ノイズの小さいポイントの近傍、例えばＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子の近傍で行うことができる。または共通の経路の全広がり中、出力電力網線路と付随線路とが、ないしは一次巻線と付随巻線とが同じ区間長を有する任意の個所で行うことができる。

さらに付随線路は、磁界を高める出力トランスの少なくとも１つの構成部材を通して案内することができる。これによりとくに良好な磁気結合が達成される。付随線路は出力電力網線路とともに、磁界を高める素子を通して案内することができる。

構成部材の給電部、制御部、または監視部が複数の端子を必要とするならば、相応に複数の付随線路を前記のように出力電力網線路に沿って案内することができる。特定の回路および特定の信号、例えば構成部材の電流供給部では、第２の付随線路とは択一的にこの目的のために出力電力網線路をともに使用することができる。

構成部材が例えばトップス一致ＭＯＳＦＥＴ用のドライバであれば、ドライバ電流供給源の第１の極を付随線路の入口点に、第２の極を出力電力網線路の中間タップに接続することができる。このようにして、一方の極に対するドライバ電流供給を付随線路により、第２の極に対しては出力電力網線路を介して行うことができる。この場合、ドライバ電流供給源は高周波ノイズの小さい電位に留まる。ドライバ電流供給源とドライバとの間のコモンモードチョーク自体を、この回路構成では省略することができる。

このようなハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路が複数、１つのプラズマ供給装置に設けられている場合、すべてのトップスイッチドライバを共通のドライバ電流源群として給電することができる。なぜなら、付随線路のすべての入口点が高周波ノイズの少ない電位に接続されているからである。コモンモードチョークもすべてのドライバ電流供給線路で省略することができるから、同様にボトムスイッチドライバ群も１つの共通のドライバ電流供給源により給電することができる。このドライバ電流供給源は、対称性であるから同様に所要のコモンモードチョークを省略することができる。これによりコストとスペースが節約される。これまで各ドライバに対しては、導電分離部を備える固有のドライバ電流供給回路が設けられていた。

このような付随線路は制御信号も、ドライバからスイッチング素子に導くことができる。この変形実施例では、所属のドライバが高周波ノイズの少ない電位に留まることができる。一方、所属のスイッチング素子の基準電位は強く変化する電位にある。この変形回路でも、ドライバ電流供給源は前記群に１つで十分である。

本発明の別の改善形態では、高周波的に変化する電位にある構成部材、例えばトップスイッチドライバまたは所属のスイッチング素子から発する測定信号が高周波ノイズの小さい個所に導かれる。このようにして温度測定の電気信号または所定の状態の電気信号を、アース電位にある回路、または少なくとも高周波ノイズの少ない電位にある回路により評価することができる。

インバータもハーフブリッジ回路として構成することができる。電位が時間的にほぼ変化しない付随線路の入口点は、出力電力網線路の高周波ノイズの小さい端部の近傍にすることができる。一次端子が直接、またはコンデンサを介してアースまたはＤＣ電流供給部の一方の極に接続されていれば、これにより高周波ノイズが小さくなる。付随線路の入口点はその一次端子の近傍にすることができる。

本発明には多数の実施形態がある。そのうちのいくつかを図面に基づき詳細に説明する。

中点給電部を有する高周波電流供給装置を示す。 スイッチングトランジスタの制御部ならびに従来技術によるドライバ電流供給部を示す。 中点給電部を備える、スイッチングトランジスタのドライバ制御部の実施例を示す。 図３の出力電力網を示す。 フルブリッジ回路に中点給電部を備える、スイッチングトランジスタのためのドライバ制御部の実施例を示す。 フルブリッジ回路に中点給電部を備える、スイッチングトランジスタのためのゲート制御部の実施例を示す。 ハーフブリッジ回路のスイッチングトランジスタのためのドライバ制御部の実施例を示す。 ハーフブリッジ回路のスイッチングトランジスタのためのゲート制御部の実施例を示す。 中点給電部と、二本巻きで案内されたドライバ電流供給線路を備える多層導体路基板の層を示す。

同じ構成部材には同じ参照符合が付してある。

図１には、プラズマプロセスのための電流供給に用いられる高周波電流供給装置が示されている。ここでは５００Ｗ以上の出力電力が＞３ＭＨｚの周波数で形成される。高周波電流供給装置は制御部１を有し、この制御部は信号トランス２に至る。信号トランス２は制御信号を高電圧から導電分離する。この信号トランス２はフルブリッジ回路３と接続されており、フルブリッジ回路３には２つのハーフブリッジ回路５と６の他に、ハーフブリッジトランジスタ１１，１２，１３，１４用のドライバ７，８，９，１０が組み込まれている。インバータとして動作するフルブリッジモジュール３は出力電源網１５に接続されている。この出力電源網１５はさらに測定装置１７と出力端子２８を介して図示しない外部の負荷と接続されている。

制御部１は信号トランス２の４つの一次巻線を、例えば３．３９ＭＨｚの基本周波数で制御する。二次巻線はドライバ７，８，９，１０の入力端に接続されている。信号トランス２の第１の分岐路は一次巻線１８と二次巻線１９からなり、二次巻線１９はドライバ７の入力端に接続されている。

信号トランスは、光信号により動作するように実現することもできる。

各ハーフブリッジ回路５，６は、ＭＯＳＦＥＴとして構成された２つのトランジスタ１１，１２ないし１３，１４を有する。トランジスタ１１と１３（トップスイッチ）は正の直流電圧２０と、トランジスタ１２と１４（ボトムスイッチ）は負の直流電圧２１と接続されている。各トランジスタ１１，１２ないし１３，１４のゲートはドライバ７，８，９，１０ｂの出力端とそれぞれ接続されている。

ドライバ９はトランジスタ１３を、制御部１からの基本周波数に依存してスイッチングする。同じことがトランジスタ１４を備えるドライバ１０により行われる。ここでは常に、ハーフブリッジ回路６の少なくとも一方のトランジスタ１３，１４は導通し、他方は遮断される。この動作は位相シフトされて、ハーフブリッジ回路５のドライバ７と８およびトランジスタ１１，１２に対しても当てはまる。

したがって直流電圧から高周波の交流信号が形成され、この交流信号は基本周波数により周期的に符合を変化する。この交流信号はハーフブリッジ回路５から第１のインダクタンス２６を介して出力トランス２３，２４の一次巻線２３に導かれる。第２のハーフブリッジ回路６の出力信号も第２のインダクタンス２２を介して同様に、出力電源網１５の出力トランス２３，２４の一次巻線２３に導かれる。出力トランス２３，２４の二次巻線２４は高周波信号をインピーダンス整合素子を介して、外部負荷と接続された出力端子２８に出力する。インピーダンス整合素子はコンデンサ５４、５５とインダクタンス２７を有する。

出力トランス２３、２４の二次巻線２４にある電流測定部２９と測定装置１７は制御部１と接続されている。

出力トランス２３、２４の一次巻線２３は中間タップ３０を有し、これにより一次巻線２３は２つの一次巻線部分２３ａと２３ｂに分けられる。中間タップ３０は第３のインダクタンス３１を介して容量性分圧器３３，３４の中点３２に接続されている。容量性分圧器は、正の直流電圧端子２０と負の直流電圧端子２１との間に配置されている。分圧器の２つのコンデンサ３３，３４はハーフブリッジ回路５と６に対するバイパスコンデンサとして動作する。このバイパスコンデンサ３３，３４により、トランジスタ１１，１２，１３，１４のスイッチング時の電流ピークが補償される。したがって同時に、端子２０，２１を備えるＤＣ電流供給部での電圧降下が阻止される。

第１，第２および第３のインダクタンス２６，２２，３１はトランジスタのスイッチング特性のためにだけ設けられており、トランジスタの構成に応じて直接接続に置換することができる。

ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路としての前記インバータ構成では、浮遊する（フローティングされた）基準電位を有するスイッチング素子が存在する。このことは、基準電位がＤＣ電流供給部５０の両方の電位に対して常に時間的に一定ではないことを意味する。図１に示された回路でこのことはトランジスタ１１と１３、ならびに所属のドライバ７，９の基準電位に当てはまる。これらのトランジスタのソース端子は高周波ノイズの大きいポイントに接続されており、基準電位は高周波電流供給部のアースに対して比較的に高い電位の間、しばしば数百ボルトの間を基本周波数で往復してジャンプする。ドライバが正常に機能するためには、ドライバ７ないし９でのドライバ電流供給線路の電位が、それぞれ接続されたトップスイッチトランジスタ１１ないし１３の基準電位に対して時間的に変化しないことが必要である。

図２にはそれ自体公知であり、トップスイッチドライバ７のドライバ電流供給のためだけの回路が示されている。さらにフルブリッジトランジスタ１１，１２，１３，１４と、出力電源網１５の出力トランス２３，２４の一次巻線２３と二次巻線２４だけが示されている。したがって本発明の理解に必要な主要素子だけが示されている。

整流器とコモンモードチョークの第１の半分４ａを介して、ドライバ電流供給源５１にあるトランスの二次巻線５３はドライバ７のパワーイン端子４３と接続されている。ドライバ電流供給源５１の二次巻線５３の第２端子は、コモンモードチョークの第２の半分４ｂを介してパワーアース端子４９と接続されている。

２つの半分４ａと４ｂを有するコモンモードチョークが必要であるのは、ドライバ７に動作電圧を供給するトランス５２，５３の寄生容量結合が任意に小さくはなく、高周波電位にあるドライバ７からトランス５２，５３を介して一巻線５２の給電回路に高周波電流が流れるのを回避すべきだからである。

図３を用いて、フルブリッジ回路モデル３での付随線路の原理について説明する。各ハーフブリッジ回路５、６に対して、ドライバ７，９を給電するための付随線路３５，３６が設けられている。付随線路３５、ならびに高周波ノイズの少ない一次巻線２３の中間タップに接続された出力電源網線路は、トップスイッチトランジスタ１１のドライバ７に動作電圧を導くために用いられる。第２のトップスイッチトランジスタ１３のドライバ９にも、このようにして動作電圧を供給することができる。

ハーフブリッジ回路５に対しては、この付随線路３５はドライバ電流供給源の端子から、中間タップ３０の近傍で入口点３０ａに至る。そして出力トランス２３，２４の一次巻線２３の上半分２３ａのコイルの幾何形状および第１のインダクタンス２６の幾何形状にしたがい、ドライバ７に至る。ノード点４７では付随線路３５がドライバ７のパワーイン端子４３に接続されている。

付随線路３５と一次巻線２３の上半分２３ａとは平行に、または二本巻きで案内することができる。これにより両方の線路は磁気的に相互に結合される。

第２のハーフブリッジ回路６のドライバ９は同じドライバ電流供給源を使用する。付随線路３６は入口点３０ａまで付随線路３５と同じである。しかしそれから出力トランス２３，２４の一次巻線２３の下半分２３ｂのコイルの幾何形状にしたがい、ドライバ９に至る。ノード点４８では付随線路３６がドライバ９のパワーイン端子４４に接続されている。

第２の付随線路３６は、一次巻線２３の下半分２３ｂの出力電源網線路３８にしたがう。付随線路３６と一次巻線２３の下半分２３ｂとは平行に、または二本巻きで案内することができる。これにより両方の線路は磁気的に相互に結合される。

各付随線路３５，３６はそれぞれ連行する出力電源網線路３７，３８と、複数のコンデンサを介して接続されている。したがって付随線路３５と高周波線路３７はコンデンサ３９と４０を介して接続されている。付随線路３６と高周波線路３８はコンデンサ４１と４２を介して接続されている。

ドライバ電流供給源の第２の電位は中点３２に接続されており、そこから第３のインダクタンス３１を介して一次巻線２３の中間タップ３０に至る。しかしこの電位は一次巻線２３の両端部では、それぞれそこにある高周波電位だけずらされている。ソース端子を備えるトランジスタ１２ないし１３もこの高周波電位になる。

図４には出力電源網１５の出力トランス２３，２４の正確な配線が再度示されている。スイッチング素子は図示されていない。一次巻線の半分２３ａを含む高周波出力電力網線路３７、ならびに同様に一次巻線半分２３ｂを含む高周波出力電力網線路３８は、第１のハーフブリッジ回路の交流信号用の一次端子５６ａから一次巻線２３を介して、そしてこの一次巻線２３から第２のハーフブリッジ回路の交流信号用の一次端子５６ｂに伸長している。

この回路構成では、付随線路３５，３６がすでに端子４５，４６から別個に案内されている。両方の端子４５，４６は、この図面に図示されていないドライバ電流供給源の共通の極に接続することができる。コンデンサ５８，５９はドライバ電流供給端子４５，４６を、ドライバ電流供給源の他方の極に接続することのできる中点３２に対してブロックする。

付随線路３５は端子４５から中間タップ３０の近傍に案内され、さらに一次巻線２３の上半分２３ａの２本巻付随線路として、ハーフブリッジ回路５のドライバ７のパワーイン端子４７に至る。同様に付随線路３６は端子４６から中間タップ３０の近傍に案内され、さらに一次巻線２３の下半分２３ｂの２本巻付随線路として、第２のハーフブリッジ回路６のドライバ９のパワーイン端子４８に至る。

出力電源網線路３７，３８と、ドライバ電流供給部の２つの付随線路３５，３６との間には、種々異なる個所で容量結合が組み込まれている。例えば第１のハーフブリッジ回路５のドライバ７のパワーイン端子４７近傍では、コンデンサ３９が付随線路３５と、第１のハーフブリッジ回路５の出力信号を供給する一次端子５６ａとの間に接続されている。少なくとも１つの別のコンデンサ４２が、ハーフブリッジ回路６のドライバ９のパワーイン端子４８と、第２のハーフブリッジ回路６に出力信号を供給する一次端子５６ａとの間に配置されている。キャパシタンス５４，５５とインダクタンス２７は、二次巻線２４と出力端２３８との間のインピーダンス整合素子の構成部材である（図１）。

さらなるコンデンサ４０，４１がそれぞれの中間タップ３０と近傍に延在する付随線路３５，３６との間に設けられており、これによりこの個所でのこの３つの線路では高周波ノイズが同じように少なくなる。

図５には、トップスイッチドライバ７と９を、ただ１つのドライバ電流供給源５１によりどのように駆動できるかが示されている。

共通のドライバ電流供給源５１の一方の端子は、後で分岐される線路３５，３６の共通の線路として、入口点３０ａに至り、そこで分岐する。ドライバ電流供給のための第１の付随線路３５は、入口点３０ａから巻線２３ａの幾何形状にしたがいドライバ７のパワーイン端子４３に至る。ドライバ電流供給のための第２の付随線路３６は、入口点３０ａから巻線２３ｂの幾何形状にしたがいドライバ９のパワーイン端子４４に至る。

共通のドライバ電流供給源５１の他方の端子は、コンデンサ３３，３４を備える中点３２を介して出力トランス２３，２４の一次巻線２３の中間タップ３０に至り、一次巻線２３の両半分２３ａ、２３ｂと出力電力網線路３７，３８の別の経路とを介して、２つのトップスイッチトランジスタ１１と１３のソース端子に、およびドライバ７と９のパワーアース端子に至る。この回路により、トップスイッチトランジスタ１１と１３のゲートの電圧供給が格段に簡単になる。なぜなら１つのドライバ電流供給源５１がすべてのトップスイッチドライバ７，９に対して必要なだけだからである。

ドライバ電流供給源５７は、高周波ノイズの小さいボトムスイッチドライバ８，１０に従来のように給電する。ドライバ電流供給線路ではトップスイッチドライバ７，９がコモンモードチョークを含んでいないから、対称性の理由から通常は必要である、ボトムスイッチドライバ用のコモンモードチョークもドライバ電流供給線路から省略されている。

図６の変形回路では、ドライバ７，９が高周波ノイズの少ない電位にあり、所属のトップスイッチトランジスタ１，１３は強く変化する電位にある。付随線路６０，６１はここではドライバ電流供給には使用されず、トップスイッチトランジスタ１１，１３のゲート制御に使用される。

付随線路６１はドライバ７の出力端から発し、付随巻線として一次巻線２３の上半分２３ａの空間的構造にしたがい、トランジスタ１１のゲート端子に至る。同じように付随線路６０はドライバ９の出力端から発し、巻線の下半分２３ｂの空間的構造にし難い、トランジスタ１３のゲート端子に至る。ドライバ７，９のアース線路は中点３２を介して一次巻線２３の中間タップ３０に接続されている。トップスイッチトランジスタ１１，１３のソース端子は一次巻線の半分２３ａ、２３ｂのそれぞれの端部に接続されている。

以下では１つのハーフブリッジ回路だけを使用する場合において、ドライバ電流供給部３５またはゲート制御線路６１としての付随線路の経過を詳細に説明する。

図７では、ドライバ７用のドライバ電流供給源５１の一方の出力端がドライバ電流供給のための付随線路３５を介してドライバ７のパワーイン端子と直接接続されている。このドライバ７はトランジスタ１１のゲートＧを制御する。ドライバ電流供給源５１の他方の端子はポイント３０ｂに接続されている。このポイント３０ｂでは一次巻線２３がコンデンサ３３，３４を介してＤＣ給電部の中点を形成しており、したがって高周波的にはアースされている。一次巻線２３の他方の端子は出力電源網線路３７を介してトランジスタ１１のソース端子Ｓと接続されており、さらにドライバ７のパワーアース端子と接続されている。トランジスタ１１のドレイン端子ＤにはＤＣ電流供給部のプラス極２０が接続されている。マイナス極はボトムスイッチドライバ１２のソースＳおよびトランジスタ１２を制御するドライバ８のパワーイン端子に接続されている。付随線路３５と出力電源網線路３７は導電的に分離されているが、近くを一緒に案内されている。このことは、付随線路３５が付随巻線として構成されている、一次巻線２３の領域で当てはまる。

図８の択一的回路構成では、ドライバ７が高周波ノイズの少ない電位にあり、そのドライバ電流供給源５１に直接接続されている。ドライバ７のパワーアース端子は一次巻線２３の端子３０ｂと直接接続されており、この端子３０ｂはコンデンサ３３，３４により高周波的にアースされている。ここではゲート制御に用いられる付随線路６１は、ドライバ７の制御出力端から出力トランス２３，２４の一次巻線２３の空間的近傍を通り、トランジスタ１１のゲート端子Ｇに至る。

一次巻線２３の他方の端子は、出力電源網線路３７を介してトランジスタ１１のソース端子Ｓに至り、したがって高い高周波電位にある。

図９には、多層導体路基板の種々の層が示されている。すなわち下層６４、第１の中間層６５、第２の中間層６６および上層６７である。この多層導体路基板は出力電源網を形成し、平坦に構成されたトランスとインダクタンスを支持する。トランジスタとして構成されたスイッチング素子１１，１２，１３，１４と、それらのドライバ７，８，９，１０は導体路基板の外に配置されている。

出力電源網線路３７，３８，２３ａ、２３ｂは、貫通接続端子５６ａからまずフェライト６８を通って案内される。これにより第１のインダクタンス２６が形成される。フェライト６８の周囲で出力電源網線路は一次巻線２３の第１の半分２３ａを形成する。間津接続部フィールドから形成された中間タップ３０を通過した後、出力電源網線路は一次巻線２３の別の半分２３ｂを層６５で形成する。出力電源網線路３８は最後にフェライト６９を去り、フェライト７０を通過する際に第２のインダクタンス２２を形成する。それから出力電源網線路は貫通接続した一次端子５６ｂとともに層６４に戻る。

貫通接続部により形成された中間タップ３０には同様に線路３１が層６６上で接続されている。この線路はＤＣ電流供給部３２の中点に至る。この中間タップ３０は貫通接続された導体路基板端子により形成される。この実施例で線路３１は第３のインダクタンスとしては構成されていない。

出力トランス２３，２４の二次巻線２４は、層６７上で孔部７６内のアース端子から始まり、導体路７４として同様にフェライト６９を通過する。そして貫通接続部フィールド７１でまず層６４へ導体路７２とともに、層６６へ導体路７３とともに変化し、貫通接続部フィールド７５で最終的に層６６へ変化し、再びフェライト６９を通過し、貫通接続部フィールド７８で終端する。ここでは層６４と６７の上で平行な線路７９と８０がフェライト７７によってインダクタンス２７結合される。これら２つの導体路は、孔部により形成される出力端子２８に終端する。貫通接続部フィールド７８によりコンデンサ５４が、そして孔部２８にある導体路の端部によりコンデンサ５５がそれぞれアースに接続されている。コンデンサ５４，５５とインダクタンス２７は、インピーダンス整合回路網を形成する。フェライトはそれぞれ高周波磁界を増強する。

このプレーナ型の構成では、付随線路３５，３６がトップスイッチドライバ７，９に対するドライバ電流供給線路として、出力電源網線路３７，３８、２３ａ、２３ｂの中央に案内されている。

トップスイッチドライバ７に対するドライバ電流供給のための付随線路３５は層６７の端子４５で始まる。この端子４５には図示しない外部のドライバ電流供給源５１が接続されている。付随線路３５はまず層６７で、線路３１に対して高さ的に平行に入口点８１に案内される。この入口点は貫通接続部によって中点タップ３０の空間的近傍に形成される。そこで付随線路は層６４に変化し、付随線路として出力電源網線路３７の中央を絶縁されて延在する。とりわけフェライト６９の領域では一次巻線半分２３ａの付随線路となり、一次端子５６ａの近傍に至る。貫通接続部８２は付随線路３５を層６６に導く。ここから貫通接続部８３は端子４７を形成し、この端子４７には導体路基板の外にあるトップスイッチドライバ７のパワーイン端子が接続される。

トップスイッチドライバ９に対するドライバ電流供給のための付随線路３６も同様に層６７の端子４６で始まる。この端子４６にも外部のドライバ電流供給源５１が接続されている。付随線路３６は、線路３１に対して高さ的に平行に入口点８４に案内される。この入口点は貫通接続部によって中点タップ３０の空間的近傍に形成される。そこで付随線路は層６５に変化し、付随線路３６として出力電源網線路３８の中央を絶縁されて延在する。とりわけフェライト６９の領域では一次巻線半分２３ｂの付随線路となり、一次端子５６ｂの近傍に至る。貫通接続部８５は付随線路３６を層６６に導く。ここから貫通接続部８６は端子４８を形成し、この端子４８には導体路基板の外にあるトップスイッチドライバ９が接続される。

入口点８１，８４の２個所は中間タップ３０に対してコンデンサ４０，４１によりブロックされており、したがって高周波ノイズの少ない最後の個所である。それから付随線路３５，３６は、付随線路として出力電源網線路３７，３８の中央を延在する。

２つの端子４５，４６は、同じドライバ電流供給源の同じ極に接続することができる。ドライバ電流供給源の第２の極は中点３２に接続することができる。この中点は線路３１を介して中間タップ３０の貫通接続部フィールドと接続されている。コンデンサ５８，５９は付随線路３５，３６を端子４５，４６において、中点３２に対してブロックする。

Claims (12)

1. 高周波電流供給装置であって、
   当該装置は５００Ｗ超の出力電力を３ＭＨｚ超の出力周波数で形成し、
   ＤＣ電流供給部に接続された少なくとも１つのインバータと少なくとも１つの出力電源網を備え、
   前記インバータは少なくとも１つのスイッチング素子を有し、
   該スイッチング素子の基準電位は、高周波数のクロックで変化する形式の高周波電流供給装置において、
   付随線路（３５，３６；６０，６１）が、時間的に大きく変化する基準電位にある電気構成部材（７，９，１１，１３）を、電圧電位が時間的に変化しない入口点（３０ａ、４５，４６）に接続し、
   前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）の領域に配置されており、該出力電源網線路には動作時に高周波電流が流れる、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
2. 請求項１記載の高周波電流供給装置において、
   前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は、前記出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）の巻線の領域または出力電源網（１５）の出力トランス（２３，２４）の一次巻線（２３）の領域では付随巻線として構成されている、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
3. 請求項１または２記載の高周波電流供給装置において、
   ａ） 前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は前記出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）と捩られており、および／または
   ｂ） 前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は前記出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）に対して平行に配置されており、および／または
   ｃ） 前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は前記出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）に対して二本巻きで配置されており、および／または
   ｄ） 前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は前記出力電源網線路により空間的にまたは偏平に包囲または取り囲まれており、および／または
   ｅ） 前記出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）は平坦に構成されており、
   前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は前記出力電源網線路（３７，３８）の中央に形成されており、および／または
   ｆ） 前記付随線路（３５，３６；６０，６１）はパイプ状の出力電源網線路（３７，３８）により取り囲まれており、および／または
   ｇ） 前記高周波電流供給装置は多層導体路基板（６４，６５，６６，６７）上に配置されており、
   前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は、高周波線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）の領域で平行な層に配置されている、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
   前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は、磁界を増強する出力トランス（２３，２４）の構成部材（６９）を通って案内されている、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
   前記付随線路（３５，３６）はドライバ電流供給線路であり、
   該ドライバ電流供給線路は、ドライバ電流供給源（５１）のドライバ供給電流出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）に沿って、インバータ（３）のスイッチング素子（１１，１３）のドライバ（７，９）に導く、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
   前記付随線路（３５，３６，６０，６１）の入口点（３０ａ）は、前記出力電源網（１５）の出力トランス（２３，２４）の一次巻線（２３）の、電位が時間的に変化しない点（中間タップ３０，３０ｂ）の近傍にある、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
   前記インバータ（３）は２つのハーフブリッジ回路（５，６）を有し、
   前記付随線路の入口点（３０ａ、８１，８４）は前記出力トランス（２３，２４）の一次（２３）の中間タップ（３０）の領域に形成されている、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
   前記出力電源網線路（３７，３８，２３，２３ａ、２３ｂ）と前記付随線路（３５，３６；６０，６１）は相互に容量結合されている、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
9. 請求項１から８までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
   制御線路として構成された前記付随線路（６０，６１）が前記入口点（３０ａ、８１，８４）を介して前記インバータ（３）のスイッチング素子（１１，１３）の制御端子（Ｇ）に直接導かれている、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
10. 請求項１から９までのいずれか一項記載の高周波電流供給装置において、
    前記付随線路（３５，３６，６０，６１）が、時間的に大きく変化する基準電位にある電気構成部材を、前記入口点（３０ａ、８１，８４）を介して測定装置と接続し、
    該測定装置は高周波ノイズの少ない電位にある、ことを特徴とする高周波電流供給装置。
11. 高周波電流供給装置を駆動する方法であって、インバータ内にドライバのためのドライバ電流供給部を備え、
    インバータに含まれるスイッチング素子の基準電位がアースに対して高周波電位にある方法において、
    ドライバの供給電流は、出力電源網の高周波電位のない入口点へ付随線路を介して給電され、
    前記付随線路は出力電源網線路の領域に案内されている、ことを特徴とする方法。
12. 高周波電流供給装置を駆動する方法であって、インバータ内にドライバを備え、
    インバータに含まれるスイッチング素子の基準電位がアースに対して、異なる電位間で往復的に跳躍する方法において、
    スイッチング素子に対するドライバ出力信号が、出力電源網の電位が時間的に変化しない入口点に付随線路を介して供給され、
    前記付随線路は出力電源網線路の領域に案内されている、ことを特徴とする方法。

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