JPH06162985A

JPH06162985A - 電源装置

Info

Publication number: JPH06162985A
Application number: JP3284058A
Authority: JP
Inventors: Reiner Schleiff; シュライフライナー; Tomas Baumecker; バウメッケルトマス; Vladimir Ibl; イブルブラジミール
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1994-06-10
Also published as: US5138232A; DE4031286C2; DE4031286A1

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的小型の変成器を有する電子銃に対する
高電圧保護兼短絡防止電源装置を提供するものである。【構成】トランスミッタ（１９）を設け、その２次巻
線によりパルス幅変調され、且つ制御されたヒータ電流
（Ｉ_HC）を供給する。このヒータ電流（Ｉ_HC）の制御は
外部からヒータ電流規格値（Ｉ_HCnominal）を導入する
ことにより直接行うか、または熱電子放出陰極（１）か
ら放出された電流（Ｉ_EC）をモニタし、コントローラ
（４）にガルバニック減結合して供給するようにして行
う。この場合ガルバニック減結合の接続はパルス幅変調
された光学信号（１４）によって達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱電子放出陰極用の電源
装置、特に熱電子放出陰極の電源装置特に電子蒸着プラ
ントの電子源装置であって、熱電子放出陰極をトランス
ミッタの２次巻線に接続し、その１次巻線に制御器によ
り制御可能なほぼ２５ｋＨｚパルス幅変調された媒体周
波数電圧を印加するようにした電源装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電子銃は種々の分野に用いられる。その
用途の１分野には、固体材料、例えば金属を電子の衝突
により溶融し、次いで蒸発させる蒸発技術がある。電子
ビームを発生させる装置としては種々のものがある。か
かる装置の１つには、エジソン効果を用いて電子を放出
するいわゆる熱電子放出陰極がある。電流を流すことに
よって加熱された金属フィラメントはそれ自体によって
直熱型熱電子放出陰極を形成するとともにその熱を熱電
子放出陰極に供給するとともにトリウムタングステン陰
極に供給する。熱容量をできるだけ低く保持する必要が
ある場合には直熱型アルカリ土類酸化物陰極を用いる。
電子蒸着プラントに用いられる直熱型熱電子放出陰極に
対する電源には特定の問題が存在する。少なくとも多数
の要求、例えば、高電圧保護、短絡防止、ダイナミック
制御、連続デューティ、小型、軽量、僅少保守およびサ
ービス良好等を同時に満足させる必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱電子放出陰極用の電
源装置はドイツ国特許第２９２８３０１号明細書に記載
されているが、その設計は詳細に述べられていない。こ
のドイツ国特許第２９２８３０１号明細書には、パルス
化変成器が設けられているが、この変成器はウエネルト
電圧制御として用いられている。

【０００４】また、変成器および位相−角度制御電気調
整素子を具える真空室内の電子銃の陰極用の電源装置は
既知である（ドイツ国公開特許願第２６５６３１４号明
細書参照）。この変成器はほぼ２０ｋＨｚ以上の周波数
に対する中間周波変成器である。この中間周波数は変成
器の１次巻線に供給するとともにパルス幅制御トランジ
スタによって直流電圧から発生させるようにしている。
かように中間周波数を用いることによってトランジスタ
を比較的小型とすることができる。その理由は変成器の
容量が周波数にほぼ逆比例するからである。しかし、こ
の既知の電源装置はヒータの電流だけでなく熱電子放出
電流をも検出する手段は具えていない。

【０００５】電子ビームを発生するフィラメント電流回
路によって加熱し得る熱電子放出陰極およびフィラメン
ト電流回路に設けられた電源装置を具える他の既知の電
子銃では、分離変成器の両端の整流器に交流電圧を印加
し、これによりこの整流器を熱電子放出陰極に接続し得
るようにする（ドイツ国公開特許願第３２３９３３７号
明細書参照）。２次巻線が整流器に接続された電流変成
器の１次巻線を前記分離変成器の１次巻線の出力側に接
続する。整流器の出力電流は前記陰極の加熱電流の規準
にあり、制御のために可変である補助巻線として作動す
る。熱電子放出電流は他の装置によって検出する。この
場合実際の測定値をヒータの電流で重畳し、両電流を非
グラバニック経路、例えば光学伝送路または音響伝送路
を経て電子銃のウエネルト電圧を制御する熱電子放出電
流制御装置に供給する。しかし、既知の装置によれば、
熱電子放出電流の値に応答し得るウエネルト電圧のみを
制御することができるだけである。

【０００６】本発明の目的は比較的小型の変成器を有す
る電子銃に対する高電圧保護兼短絡防止電源装置を提供
し、従って熱電子放出陰極の熱電子放出電流を検出し、
ガルバニックに減結合せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、熱電子放出陰極の電源装置特に電子蒸着
プラントの電子源装置であって、熱電子放出陰極をトラ
ンスミッタの２次巻線に接続し、その１次巻線に制御器
により制御可能なほぼ２５ｋＨｚパルス幅変調された媒
体周波数電圧を印加するようにした電源装置において、
ａ）スイッチオン・オフ可能な陰極ヒータ電流コントロ
ーラと、スイッチオン・オフ可能な熱電子放出電流コン
トローラとを有し、陰極ヒータ電流規格値（Ｉ
_HCnominal）および陰極ヒータ電流実測値
（Ｉ_HCactual）の差の値を前記陰極ヒータ電流コントロ
ーラに供給し、前記熱電子放出電流コントローラには熱
電子放出電流規格値（Ｉ_ECnominal）および熱電子放出
電流実測値（Ｉ_ECactual）の差の値を供給するコントロ
ーラと；ｂ）熱電子放出陰極の前記熱電子放出電流規格
値（Ｉ_ECnominal）を検出してこれをパルス幅変調器に
供給し、このパルス幅変調器によってパルス幅変調され
た熱電子放出電流実測値（Ｉ_ECactual）を、前記コント
ローラにアナログ信号（Ｉ_ECactual）を供給するパルス
幅復調器に対し電位に関連しない経路を経て供給する装
置と；ｃ）前記コントローラから供給された前記アナロ
グヒータ電流（Ｉ_HCactual）を変調して前記ヒータ電流
を電力増幅器を経て前記トランスミッタの１次側に供給
するパルス幅変調器と；ｄ）前記コントローラから供給
されたパルス幅復調ヒータ電流（Ｉ_HCactual）を検出し
てこのヒータ電流を前記コントローラに実測値として供
給する装置とを備えることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、特に陰極の加熱、即ち、陰極
の供給電力はヒータ電流を経て、または熱電子放出電流
を経て制御し得るようにする利点がある。供給電力が小
さい場合には１つまたは数個の電子ビームに対し熱電子
放出電流のガルバニックな減結合のモニタを確実に行い
得るようにする。この際トランスミッタを有する媒体周
波数制御されたパルス幅変調電力増幅器を用いることに
よって寸法を縮小することができる。負荷回路および制
御回路のガルバニック減結合は赤外線トランスミッタに
よって行うことができ、この赤外線トランスミッタによ
って迅速且つ直接的な短絡回路のモニタリングをも行う
ことができる。また、赤外線トランスミッタによれば他
の利点を得ることもできる。即モニタされた短絡電
流およびその比例電流への変換を、電力トランジスタを
非導通状態とする次の制御ユニットで迅速に処理するこ
とができ、従って短絡回路の遮断を確実に行い、真空タ
ンク内でのアーク放電を防止することができる。これに
加え、能動短絡電流の制限はフェライトコアより成る設
計された他の受動制限装置とし、これらフェライトコア
を高電圧電力伝送ラインを経て熱電子放出陰極に並列に
切り換え得るようにする。

【０００９】

【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。図１
は１５ｋＶの直流電圧２が印加されている加熱すべき本
発明による熱電子放出陰極１を示す。この高電圧は熱電
子放出陰極から放出された電子に対する加速電圧であ
る。

【００１０】本発明電源装置はコントローラ４を備え、
これによりヒータ電流Ｉ_HCおよび熱電子放出電流をモニ
タし、且つ制御する。コントローラ４の第１入力端子５
はヒータ電流の能動化を示し、これによりヒータ電流が
実際に流れ得るようにする。ここに云うヒータ電流の能
動化とはコントローラ４におけるヒータ電流コントロー
ラの能動化を意味するものとする。熱電子放出陰極１は
真空状態の下、即ち、ｐ＜１×１０^-3ｍｂａｒでのみ作
動し得るため、即ち、雰囲気が存在すると酸化により極
めて短期間で熱電子放出陰極が破壊されるため、連動に
よって発生した真空を用いて熱電子放出陰極を加熱し得
るようにする。電源装置は圧力がほぼ１×１０^-3ｍｂａ
ｒに到達するまでスイッチオフまたは遮断状態にする必
要がある。これと同時に第２入力端子６を設けて熱電子
放出電流を能動化する。ここに云う熱電子放出電流の能
動化とは、コントローラ４における熱電子放出電流コン
トローラの能動化を意味するものとする。この熱電子放
出電流コントローラの能動化は、連動が安全に行われ、
真空チャンバのドアが閉成されて圧力がｐ＜１×１０^-3
ｍｂａｒとなり、冷却水が利用できる際にのみ行うこと
ができる。更に、電子−光学ビームの偏向は完全に作動
させるとともに、蒸発材料を適正位置とする必要があ
る。高電圧を用いる場合には熱電子放出電流のダイナミ
ック制御を行うことができ、即ち、ヒータ電流制御から
熱電子放出電流制御への自動切換えを行うことができ
る。

【００１１】例えばアークオーバの場合に高電圧がもは
や利用できない場合にはヒータ電流制御への切換えを行
う。ヒータ電流コントローラによって熱電子放出陰極に
供給される電力は所望の熱電子放出電流に対し比例する
ように調整して電子が熱電子放出陰極から放出され得る
ようにする。これがため、ヒータ電流は熱電子放出電流
に正比例するようになる。ヒータ電流の規格値の電流は
入力端子７を経てコントローラ４に供給するが、熱電子
放出電流の規格値の電流はコントローラ４の前記入力端
子８に供給する。

【００１２】ヒータ電流および熱電子放出電流の規格値
のほかに、コントローラ４には入力端子９および１０を
経てヒータ電流および熱電子放出電流の実測値の電流を
も供給する。

【００１３】熱電子放出電流モニタ装置１１によって熱
電子放出電流をモニタし、装置１２に供給する。この装
置１２は熱電子放出電流Ｉ_HCのパルス幅変調信号を搬送
し、これにより変調された電流と相俟って赤外線トラン
スミッタ１３を制御する。変調された信号１４は復調器
１６に接続された赤外線受光器１５に向けるようにす
る。この復調器によってパルス幅変調信号からアナログ
信号を再生し、この信号を入力端子１０を経てコントロ
ーラ４に伝送する。分離変成器とは反対側にガルバニッ
ク減結合されて接続された赤外線トランスミッタによれ
ば重量および大きさを著しく減少し得る利点がある。更
に、赤外線トランスミッタのダイオードは殆ど熱を発生
することなく作動する。

【００１４】コントローラ４から熱電子放出陰極１に供
給された電流は変調器１７で変調され、実測値電流モニ
タ１８によりモニタされ、コントローラ４に再結合され
る。パルス幅変調されたヒータ電流はトランスミッタ１
９の１次側に供給するとともにその２次側を熱電子放出
陰極１に接続する。このトランスミッタ１９は２５ｋＨ
ｚの周波数でパルス化されるフェライト変成器とするの
が好適である。従って、電力量を改善し、重量を著しく
減少する。

【００１５】図２は図１の電源装置を詳細に示し、図１
のブロックに対応するブロックにはこれを図２において
点線で囲んで示す。

【００１６】全体の回路配置に対する電源電圧は２３０
Ｖ、４８〜６３Ｈｚの交流幹線電源Ｕ_Eから供給する。
この交流電圧はサージプロテクタ１００を経て電子電力
部に供給する。このサージプロテクタ１００の目的は電
子電力部から幹線電源に干渉が導入されるのを防止する
ことにある。この電力サージャー１００を経て供給され
た交流幹線電圧は電力ブリッジ整流器（制御不可）であ
る整流器によって整流する。次いでこの整流された電圧
はライン２１を経て電力増幅器１０２を有する前置増幅
器に供給するとともにガルバニック減結合された接続部
（図示せず）に供給する。パルス幅変調器１０４に直接
影響を与える時間積分電圧制御器は符号１０３で示す。

【００１７】パルス発生器１０４は電力増幅器１０２に
直列に接続し、ここでコントローラ４からの制御信号を
パルスに変換する。電力増幅器１０２によって供給され
たパルスはガルバニック減結合された接続部および高電
圧分離並びにガルバニック減結合されたヒータ電流モニ
タを有するトランスミッタ１９の１次側に供給する。モ
ニタされたヒータ電流Ｉ_HCactualはライン１０５を経て
増幅器として形成された実効値発生器１０６に供給す
る。実効値ヒータ電流Ｉ_HCactualは整流器１０７内で処
理するとともに０Ｖ・・・１０Ｖとして出力する。ヒー
タ電流Ｉ_HCactualはコントローラ４で実測値／規格値比
較器１０８に供給し、またこのコントローラ４にはヒー
タ電流規格値Ｉ_HCnominalをも供給する。

【００１８】規格値および実測値の差の値が熱電子放出
陰極ヒータコントローラ１０９に到達し、これによって
ヒータ電流を電子放出電力レベル以下に調整する。ヒー
タ電流能動化部５はＰＩコントローラである熱電子放出
陰極加熱コントローラ１０９に接続する。

【００１９】コントローラ４には熱電子放出陰極ヒータ
コントローラ１０９に対応する熱電子放出電流コントロ
ーラ１１０を設け、これに熱電子放出電流規格値（Ｉ
_ECnominal）および熱電子放出電流実測値
（Ｉ_ECactual）の差の値を供給する。熱電子放出電流コ
ントローラ１１０はアクチベータ６にも接続する。

【００２０】コントローラ１０９，１１０の出力信号は
パルス発生器１０４に供給するとともに熱電子放出陰極
誤作動確認装置１１１に供給してこの装置１１１はこれ
に時間積分電圧モニタを設けて制御信号の最大値に反応
し得るようにする。

【００２１】加速電圧は熱電子放出電流モニタ１１を経
てトランスミッタ１９の２次巻線により供給する。熱電
子放出電流（Ｉ_ECactual）は熱電子放出電流モニタ１１
からパルス幅変調器１２に流れ、これにより交流電流と
して存在する熱電子放出電流のパルス幅変調を行うとと
もにこの電流を赤外線トランスミッタ１３に供給する。

【００２２】熱電子放出電流は赤外線トランスミッタ１
３から赤外線受光器１５に光学信号１４として供給し、
これらパルス幅変調された出力信号を復調器１６に供給
し、これによってかかる信号を直流信号に再変換すると
同時に増幅する。この場合に処理された信号は装置１１
２に供給し、これにより特定の限流値を蒸発器に設定す
る。熱電子放出電流（Ｉ_ECactual）が所定限流値以上に
なると、これは装置１１２を経てパルス幅変調されて直
接干渉されるようになる。熱電子放出電流
（Ｉ_ECactual）は整流回路１１３を経てライン１０に供
給する。

【００２３】図３はコントローラ４の入力部５〜８、コ
ントローラ４自体およびパルス幅変調器１７を詳細に示
す。

【００２４】熱電子放出電流の規格値（Ｉ_ECnominal）
はコントローラ４の入力部８を経、且つ抵抗２００を経
て演算増幅器２０１の非反転入力端子に供給し、この演
算増幅器の非反転入力端子はコンデンサ２０２およびツ
ェナーダイオード２０３を経て接地する。演算増幅器２
０１の出力はその反転入力端子に帰還するとともに抵抗
２０４を経て演算増幅器２０５の反転入力端子に供給
し、この演算増幅器２０５の反転入力端子は接地する。
この演算増幅器２０５の出力は抵抗２０６を経てその非
反転入力端子に帰還する。

【００２５】更に、演算増幅器２０５の出力端子は抵抗
２０７を経て演算増幅器の反転入力端子に接続し、その
非反転入力端子を接地し、その出力端子をダイオード２
０９の陰極に接地するとともにダイオード２１０の陽極
に接続する。ダイオード２０９の陽極は抵抗２０７およ
び追加の抵抗２１１間の接続点に接続する。追加の抵抗
２１１およびダイオード２１０の陽極間にはコンデンサ
２１２を設ける。

【００２６】熱電子放出電流（Ｉ_ECactual）は増幅器２
１４の出力部から抵抗２１５を経て出力部に流れる。ツ
ェナーダイオード２１３はその陽極を接地するとともに
出力部１０に位置させる。増幅器２１４の反転入力端子
およびコンデンサ２１６はツェナーダイオード２１３の
陰極に位置させる。コンデンサ２１６の他側は増幅器２
１４の出力側に位置させる。

【００２７】ヒータ電流（Ｉ_HCactual）は増幅器２３６
の出力側から抵抗２３４を経て出力部９に流れる。ツェ
ナーダイオードはその陽極を接地するとともに出力部９
に位置させる。増幅器２３６の反転入力端子およびコン
デンサ２３５ははツェナーダイオード２３３の陰極に位
置させる。コンデンサ２３５の他側は増幅器２３６の出
力側に位置させる。

【００２８】熱電子放出電流（Ｉ_ECactual）は演算増幅
器２１４の非反転入力端子および抵抗２１７に存在す
る。また演算増幅器２０８の反転入力端子にも熱電子放
出電流（Ｉ_ECactual）が存在する。これがため、演算増
幅器２０８は実測値／規格値の比較を行うとともに信号
を抵抗２１８を経てパルス幅変調器に供給し、且つ集積
化変調素子２１９に供給する。

【００２９】ヒータ電流は熱電子放出電流Ｉ_Eが変調器
素子２１９に到達する際この集積化変調素子２１９に同
様に供給する。ヒータ電流Ｉ_HCnominalの規格値をコン
トローラ４の入力側７に供給するとともにここから回路
素子２２０〜２２７を経て配線素子２２９〜２３２を有
する比較器演算増幅器２２８に供給する。従ってヒータ
電流Ｉ_HCactualの実測値は同様に抵抗２３７を経て配線
素子２４０〜２４３を有する演算増幅器２３９に到達す
る。ダイオード２４３の陽極は回路素子２１９に位置す
る。

【００３０】演算増幅器２４５の出力信号は変調器素子
２１９の他方の入力端子に供給する。演算増幅器２４５
の反転入力端子は抵抗２４６に位置し、この抵抗２４６
をダイオード２１０の陰極に接続する。演算増幅器の出
力端子は抵抗２４７およびダイオード２４を経て変調器
素子２１９に接続するとともに抵抗２４９およびダイオ
ード２５０を経て光電子カプラ２５１にも接続し、その
出力端子をダイアフラム２５２に並列に接続し且つ抵抗
２５３に直列に接続する。ダイオード２４８の陰極を他
のダイオード２５４の陰極に接続し、その陽極を接地す
る。前述したように、ダイオード２４８の陽極を変調器
素子２１９に接続するとともにコンデンサ２５５にも接
続し、このコンデンサを接地する。演算増幅器２４５の
帰還支路にはコンデンサ２５６を設け、このコンデンサ
を抵抗２４６に接続する。

【００３１】変調器素子２１９は更に入力端子を有し、
その１つを抵抗２５７を経て接地し、他の入力端子を抵
抗２５８を経て接地し、さらに他の入力端子を抵抗２５
９を経て接地し、かつ更に他の入力端子を抵抗２６０を
経て接地する。更に他の３つの入力端子を抵抗２６１を
経て相互接続し、かつ電解コンデンサ２６２を経て更に
他の入力端子を接地する。

【００３２】熱電子放出を能動化する入力端子６は抵抗
２７０を経て光電子カプラ２７１に接続し、その入力側
に並列接続の抵抗２７２およびダイオード２７３を接続
する。光電子カプラ２７１の出力側はそのコレクタが＋
１５Ｖにあるトランジスタ２７４のエミッタに接続し、
且つ抵抗２７７およびアナログスイッチ２７６にも接続
し、その入力側を抵抗２７７およびコンデンサ２７８に
並列に接続する。トランジスタ２７４のベースは接地コ
ンデンサ２７９に接続し、且つダイオード２８０の陽極
にも接地し、その陰極をコントローラ２８１の入力端子
に接続する。このコントローラ２８１の第２入力端子を
光電子カプラ２８２の出力端子に接続し、この光電子カ
プラ２８２に抵抗２８３およびコンデンサ２８４を並列
に接続する。光電子カプラ２８２の入力側には抵抗２８
５およびダイオード２８６を並列に接続する。ダイオー
ド２８６の陰極は抵抗２８７を経て入力部５に接続し、
ダイオード２８６の陽極は入力端子２８８に接続する。

【００３３】コントローラ２７６，２８１の供給電圧は
電源（図示せず）により供給し、この電源は抵抗２８９
を経てこれらコントローラ２７６，２８１に接続する。
演算増幅器２３６の非反転入力端子を演算増幅器２９０
の出力端子に接続し、その帰還支路にはコンデンサ２９
１と直列接続の２つの抵抗２９２，２９３との並列接続
部を設ける。演算増幅器２９０の反転入力端子を抵抗２
９４を経て他の演算増幅器２９５の出力端子に接続し、
その帰還支路を４つの抵抗２９６〜２９９およびこれに
並列に接続されたコンデンサ３００に接続する。演算増
幅器２９５はその非反転入力端子を接地し、反転入力端
子は抵抗３０１、ダイオード３０２および抵抗３０３を
経て演算増幅器３０４の出力端子および反転入力端子に
接続し、演算増幅器３０４の非反転入力端子を抵抗３０
５およびダイオード３０６を経て接地する。直列接続の
抵抗３０５およびダイオード３０６に並列にコンデンサ
３０７を接続し、このコンデンサ３０７はその１端を接
地し、他端を抵抗３０８を経てポテンショメータ３０９
に接続する。演算増幅器３０４の出力側の抵抗３０３は
分圧器の１部分とし、その他の抵抗部分を３１０で示
す。この分圧器に並列に直列接続の抵抗３１１およびポ
テンショメータ３１２と、直列接続の２つのコンデンサ
３１３および３１４とを接続し、これらコンデンサの中
間接続点を接地する。各抵抗３１０，３１１およびコン
デンサ３１４の１端を互いに相互接続するとともにダイ
オード３１５の陽極に接続し、その陰極を電源に接続す
るとともに抵抗３１６を経て他のダイオード３１７の陽
極に接続する。

【００３４】ダイオード３１７の陰極は抵抗２５９の１
端に接続するとともにリード線３１８に接続する。

【００３５】図４はパルス幅変調器１０２の駆動段、即
ち、電源１００，１０１、ヒータ電流モニタ１８、およ
び制御部１０３並びにトランスミッタ１９、赤外線受光
器１５、および復調器１６を詳細に示す。符号４００お
よび４０１は図３からの変調器構成素子２１９の出力を
示し、これら出力は抵抗４０２，４０３または４０４，
４０５、およびコンデンサ４０６または４０７を経てコ
ントローラ４０８または４０９に接続する。これらコン
トローラ４０８，４０９の各々によって２組の高速パル
ス化トランジスタ４１１，４１２または４１３，４１４
を制御する。

【００３６】これらトランジスタ４１１，４１２または
４１３，４１４の２組はそのベースおよびそのエミッタ
を夫々相互接続する。これらトランジスタのエミッタの
各接続点を電界効果トランジスタ４１５または４１６の
制御電極に接続する。電界効果トランジスタ４１５は供
給ライン４００から供給された信号によって開閉し、電
界効果トランジスタ４１６は供給ライン４０１から供給
された信号によって開閉する。

【００３７】パルス化電流はトランスミッタ１９の１次
巻線４１７に供給し、その２つの２次巻線４１８，４１
９に伝達する。この１次巻線４１７に流れる電流は電流
モニタ１８として設けられた電流変成器の１次巻線４２
０にも流れる。トランスミッタ１９の２次巻線４１８，
４１９は熱電子放出陰極（図４には示さない）のヒータ
巻線に接続し、ヒータ電流モニタ１８の２次巻線４２１
はコントローラ４に接続する。

【００３８】スイッチングトランジスタ４１１，４１２
または４１３，４１４に並列接続のコンデンサ４２２ま
たは４２３およびツェナーダイオード４２４または４２
５を並列にそれぞれ接続する。また、トランジスタ４１
１または４１３のコレクタを抵抗４２６，４２７または
４２８，４２９を経て電解コンデンサ４３０に接続し、
この電解コンデンサを他の電解コンデンサ４３１に接続
するため、電流モニタ１８の１次巻線４２０は２つのコ
ンデンサ４３０および４３１間の接続ラインに接続す
る。

【００３９】直列接続の３つの抵抗４３２，４３３およ
び４３４をコンデンサ４３０，４３１に並列に設けて抵
抗４３２および４３３間の接続ラインから２つの他の抵
抗４３５および４３６への支路を設け、これから抵抗４
３６を第１トランジスタ４３７のコレクタに接続し、抵
抗４３５を第２トランジスタ４３８のコレクタに接続す
る。トランジスタ４３７および４３８のエミッタを相互
接続して、光電子カプラ４３９の一方の入力端子に接続
し、その他方の入力端子をトランジスタ４３７のコレク
タに接続する。光電子カプラ４３９はその出力端子を抵
抗４４０を経て電源に接続するとともにダイオード４４
１を経てライン４４２に接続する。トランジスタ４３７
および４３８のエミッタも可変抵抗４４３を経て４つの
ダイオード４４４〜４４７より成る整流器ユニットに接
続し、この整流器ユニットを２つの可変インダクタ（誘
導性抵抗）４４８および４４９に接続する。インダクタ
４４８はコンデンサ４５０を経て接地し、インダクタ４
４９はコンデンサ４５１を経て接地する。ライン４５２
および４５３に接続されたコンデンサ５５０はインダク
タ４４８および４４９を経て入力部に接続する。

【００４０】図１および図２に示す赤外線受光器１５は
図４において赤外線感知ダイオード４５４として示し、
その陰極を正電圧源に接続し、陽極を抵抗４５５を経て
接地する。赤外線受光器１５によって発生した電気信号
はトランジスタ４５６のベースに供給し、このトランジ
スタはそのエミッタを接地し、コレクタを２つの抵抗４
５７および４５８並びにコンデンサ４５９に接続し、従
って抵抗４５８の１端は接地抵抗４６およびトランジス
タ４６１のベースに接続する。このトランジスタ４６１
のコレクタはダイオード４６２の陰極、２つの抵抗４６
３および４６４並びにコンデンサ４６５に接続し、従っ
てこの抵抗４６５はダイオード４６５の陽極に接続され
るようになる。

【００４１】ダイオード４６２の陽極は接地コンデンサ
４６６に接続するとともに抵抗４６７およびダイオード
４６８の陽極に接続し、このダイオードの陰極をライン
４６９に接続する。抵抗４６４のダイオード４６２と対
抗する端子を演算増幅器４７０の反転入力端子に接続
し、その非反転入力端子を接地する。また、演算増幅器
４７０の反転入力端子を抵抗４７１を経てポテンショメ
ータ４７２に接続し、これを経て演算増幅器４７０を給
電する。更に、演算増幅器４７０はその出力を抵抗４７
３に並列に接続されたコンデンサ４７４を経てその反転
入力端子に帰還する。

【００４２】演算増幅器４７０はその出力側を口だしタ
ップがコンデンサ４７４および抵抗４７３に接続された
ポテンショメータ４７５を経て他の抵抗４７６に接続
し、この抵抗４７６を演算増幅器４７７の反転入力端子
に接続する。この演算増幅器４７７の出力端子をライン
４７８に接続し、このラインをコンデンサ４７９および
４つの抵抗４８０〜４８３にも接続して、抵抗４８０が
演算増幅器４７７の反転入力端子に接続され、抵抗４８
１がコントローラ４８４の入力側に接続され、且つ２つ
の他の抵抗４８２および４８３が他のコントローラ４８
５の入力側に接続されるようにする。

【００４３】アナログスイッチ４８４または４８５は抵
抗４８６または４８７およびコンデンサ４８８または４
８９より成る並列スイッチを経て接地する。これら素子
は光電子カプラ４９０または４９１の出力側にも接続
し、これら光電子カプラ４９０または４９１の入力端子
は抵抗４９５または４９６と各々が１つの抵抗４９７ま
たは４９８および１つのダイオード４９９または５００
より成る並列スイッチとを経てライン４９２，４９３ま
たは４９４，４９３に接続する。

【００４４】図５は熱電子放出電流をモニタする装置１
１を詳細に示す。この装置は１５ｋＶのライン６０１の
接続された抵抗６００とするのが好適である。このライ
ンを経て流れる電流は熱電子放出電流に相当し、これに
より抵抗６００で減少する電流は熱電子放出電流に比例
するようになる。この電圧をパルス幅変調器素子６０２
に供給する。このパルス幅変調器素子６０２は数個の抵
抗６０３〜６１３、コンデンサ６１４〜６１８、および
ダイオード６１９に接続されている。パルス幅変調器素
子６０２の供給電圧は構成素子６３６〜６４７による縦
続接続部６３５によって供給する。並列接続の電圧調整
器６２３およびコンデンサ６２４は抵抗６２５を経てト
ランジスタ６２７のベースに接続するとともに他の抵抗
６２６を経てトランジスタ６２７のエミッタに接続す
る。またトランジスタ６２７のベースを抵抗６２８を経
てパルス幅変調器素子６０２の入力側に接続する。トラ
ンジスタ６２７のコレクタをダイオード６２９の陰極に
接続するとともに限流ダイオード６２２の陰極に接続す
る。ダイオード６２９の陽極はトランジスタ６３０のコ
レクタに接続し、トランスミッタ６３０はそのベースを
ダイオード６３２の陽極に接続し、そのエミッタを抵抗
６３３を経てダイオード６３４の陽極に接続する。これ
と同時に、このダイオードの陽極はツェナーダイオード
６２１の陽極に接続する。この場合高電圧を抵抗６００
と、ダイオード６４８および６４９と、インダクタ６５
０および６５１とを経て熱電子放出陰極１の端子６２５
および６５３にそれぞれ供給する。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱電子放出陰極ヒータの１例の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示す熱電子放出陰極ヒータの詳細な構成
を示す回路図である。

【図３】熱電子放出陰極ヒータのヒータ電流および熱電
子放出電流用のコントローラおよびパルス幅変調回路の
詳細な構成を示す回路図である。

【図４】熱電子放出陰極ヒータに直列に接続されたパル
ス幅変調回路および変成器の構成を詳細に示す回路図で
ある。

【図５】同じくパルス幅変調回路、赤外線トランスミッ
タおよび熱電子放出電流をモニタする装置の構成を詳細
に示す回路図である。

【符号の説明】

４コントローラ１１熱電子放出電流モニタ１２パルス幅変調１３ＩＲトランスミッタ１５ＩＲレシーバ１６復調器１７パルス幅変調１８ヒータ電流モニタ１９トランスミッタ１００サージプロテクタ１０１整流回路１０２電力増幅器１０３時間積分電圧制御１０４パルス幅変調器１０６実効値発生器１０７整流器１０８測定値／実効値比較器１０９熱電子放出陰極ヒータコントローラ１１０熱電子放出電流コントローラ１１１陰極誤動作確認装置１１２限流値特定設定装置１１３整流回路１３０測定値／実効値比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者トマスバウメッケルドイツ連邦共和国デー−6450 ブリュックケーベルウィルヘルムブッシュリング９ (72)発明者ブラジミールイブルドイツ連邦共和国デー−6380 バッドホンブルグアンデルライメンカウト 19 イブルメスウントレーゲルテクニック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電子放出陰極の電源装置特に電子蒸着
プラントの電子源装置であって、熱電子放出陰極（１）
をトランスミッタ（１９）の２次巻線（４１８）に接続
し、その１次巻線（４１８）に制御器により制御可能な
ほぼ２５ｋＨｚパルス幅変調された媒体周波数電圧を印
加するようにした電源装置において、ａ）スイッチオン・オフ可能な陰極ヒータ電流コントロ
ーラ（１０９）と、スイッチオン・オフ可能な熱電子放
出電流コントローラ（１１０）とを有し、陰極ヒータ電
流規格値（Ｉ_HCnominl ）および陰極ヒータ電流実測値
（Ｉ_HCactual）の差の値を前記陰極ヒータ電流コントロ
ーラ（１０９）に供給し、前記熱電子放出電流コントロ
ーラ（１１０）には熱電子放出電流規格値（Ｉ
_ECnominal）および熱電子放出電流実測値
（Ｉ_ECactual）の差の値を供給するコントローラ（４）
と；ｂ）熱電子放出陰極（１）の前記熱電子放出電流規格値
（Ｉ_ECnominal）を検出してこれをパルス幅変調器（１
２）に供給し、このパルス幅変調器によってパルス幅変
調された熱電子放出電流実測値（Ｉ_ECactual）を、前記
コントローラ（４）にアナログ信号（Ｉ_ECactual）を供
給するパルス幅復調器（１６）に対し電位に関連しない
経路（１４）を経て供給する装置（１１）と；ｃ）前記コントローラから供給された前記アナログヒー
タ電流（Ｉ_HCactual）を変調して前記ヒータ電流を電力
増幅器（１０２）を経て前記トランスミッタ（１９）の
１次側に供給するパルス幅変調器（１７）と；ｄ）前記
コントローラ（４）から供給されたパルス幅復調ヒータ
電流（Ｉ_HCactual）を検出してこのヒータ電流を前記コ
ントローラ（４）に実測値として供給する装置（１８）
とを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】前記熱電子放出陰極（１）の前記熱電子
放出電流実測値（Ｉ_ECactual）を検出する装置（１１）
によって前記熱電子放出電流実測値（Ｉ_ECactual）をパ
ルス幅変調信号（１４）に変換し、このパルス幅変調信
号を受光器（１５）に供給し、この受光器によってパル
ス幅変調信号（Ｉ_ECactual）を復調器（１６）に供給
し、この復調器によって前記信号を電流（Ｉ_ECactual）
に再変換するようにしたことを特徴とする請求項１に記
載の電源装置。
【請求項３】前記トランスミッタ（１９）で口だしタ
ップされたヒータ電流（Ｉ_HCnominal）を実効値発生器
（１０６）に供給するようにしたことを特徴とする請求
項１に記載の電源装置。
【請求項４】前記熱電子放出電流実測値
（Ｉ_ECactual）を限流値装置（１１２）に供給し、前記
熱電子放出電流実測値（Ｉ_ECactual）が限流値以上とな
る際に、この限流値装置によって前記パルス幅変調器
（１０４）を能動装置（６）を経て直接影響せしめるよ
うにしたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】前記実効値発生器（１０６）によって前
記パルス幅変調器（１０４）を直接影響せしめるように
したことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】フェライトコアを含む受動限流装置（７
００）を熱電子放出陰極に直列に設けるようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】前記トランスミッタ（１９）を２５ｋＨ
ｚでパルス化されたフェライト変成器としたことを特徴
とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】前記加熱電流制御から前記熱電子放出電
流制御への制御を自動的に切換えるようにしたことを特
徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】前記ヒータ電流制御中、外部規格値（Ｉ
_HCnominal）を前記トランスミッタ（１９）で口だしタ
ップされた内部１次実測値と比較するようにしたことを
特徴とする請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】前記熱電子放出電流制御中、熱電子放
出電流の所定値を制御して、この値が外部規格値によっ
て決まるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の
電源装置。
【請求項１１】前記熱電子放出電流実測値は光学値ト
ランスミッタを経て間接的に口だしタップするとともに
高電圧側から直接口だしタップし、外部に表示用アナロ
グ信号として供給するようにしたことを特徴とする請求
項１０に記載の電源装置。
【請求項１２】前記熱電子放出電流の実測値は２つの
外部デジタル信号により４つの増幅段に切換えるように
したことを特徴とする請求項１１に記載の電源装置。