KR101061303B1 - 전원의 동작을 제어하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

전원의 동작을 제어하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

전원(104)을 제어하기 위한 방법 및 장치. 시스템(100)은 전원(104) 및 전원의 동작을 조정하도록 명령 신호를 출력하기 위한 제어기(116)를 포함한다. 제어기는 선택 표준에 기초하여 복수의 에러 신호로부터 선택된 적어도 하나의 에러 신호에 기초하여 명령 신호를 결정한다.
Figure R1020067003285
전원, 에러 신호, 전원의 동작 영역, 동작 모드의 전환, 제어기의 속성

Description

전원의 동작을 제어하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING THE OPERATION OF A POWER SUPPLY}
<관련 출원>
본 출원은 2003년 8월 18일자로 "다수의 레벨링 모드를 갖는 전원 제어 루프"로 표제되어 출원된 미국 예비 출원 일련 번호 60/495,719를 우선권 주장하고 있다.
본 발명은 전원 제어의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마 챔버의 전원을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 전원 어플리케이션에서는 전원이 여러 전기적 제한치 (예를 들어, 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스)로 경계되는 잘 정의된 동작 영역 내에서 동작할 필요가 있다. 전원 동작은 전원을 보호하고, 부하를 보호하거나 그 외 바람직한 제어 효과를 위해 동작 영역 내에서 동작하도록 제한되고 있다. 어플리케이션에 따라, 전원은 예를 들어, 특정 전류 제한치를 초과하지 않는 일정 파워 출력을 제공 (즉, 레벨 온)할 필요가 있다.
또한, 어떤 전원 어플리케이션에서는 전원이 동작 모드 간에서 효율적으로 전환 (예를 들어, 전류와 전압 제한된 일정 파워 출력의 제공에서 파워와 전류가 제한된 일정 전압 제공으로 전환)될 수 있어야만 한다.
따라서 전원의 동작 모드 간에 전환을 가능하게 하는 전원의 동작을 제어하기 위한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 일 형태는 전원의 동작을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전원의 동작과 관련되는 복수의 에러 신호를 수신하는 단계와 이 에러 신호 중 어느 것이 적어도 하나의 선택 표준을 만족하는지를 판정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 적어도 하나의 선택 표준을 만족하는 에러 신호에 기초하여 제어기의 속성을 결정하는 단계와 제어기로 전원의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예에서는, 이들 단계 중 일부나 모두가 반복될 수 있다. 어떤 실시예에서, 이 방법은 전원의 동작과 관련되는 복수의 에러 신호를 수신하는 단계와 이 에러 신호 중 어느 것이 복수의 선택 표준을 만족하는지를 판정하는 단계를 포함한다. 어떤 실시예에서는, 이 방버은 적어도 하나의 선택 표준을 만족하는 복수의 에러 신호에 기초하여 제어기의 속성을 결정하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예에서, 에러 신호는 각각 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 전원 동작 파라미터에 기초한다. 어떤 실시예에서, 이 방법은 에러 신호를 표준화하는 단계를 포함한다. 어떤 실시예에서는 에러 신호를 표준화하는 단계가 제어기를 안정화시킨다. 에러 신호는 예를 들어, 전원 동작 파라미터 (예를 들어, 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스 중 하나 이상)으로 표준화될 수 있다. 어떤 실시예에서, 제어기는 제어 알고리즘 (예를 들어, 비례 적분 미분, 비례 적분, 비례 미분, 상태 공간, 퍼지 논리)을 구현한다. 어떤 실시예에서, 에러 신호 중 어느 것이 선택 표준을 만족하는지를 판정하는 단계는 아날로그 회로 및 디지털 신호 프로세스 중 적어도 하나에 의해 구현된다.
어떤 실시예에서, 이 방법은 에러 신호의 변경을 최소화하는 단계를 포함한다. 어떤 실시예에서, 최소 에러 신호는 선택 표준을 만족한다. 다른 실시예에서, 최대 에러 신호는 선택 표준을 만족한다. 어떤 실시예에서, 이 방법은 복수의 에러 신호를 계속하여 모니터링하여 어느 에러 신호가 선택 표준을 만족하는지를 판정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 에러 신호 중 하나가 특정 임계치를 초과하는 경우 전원의 적어도 하나의 동작 파라미터 (예를 들어, 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스)를 감소시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 전원으로 파워를 복합 임피던스 부하, 예를 들어, 파워 컨버터 또는 플라즈마 챔버에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 전원은 예를 들어, DC 전원, RF 전원 및 마이크로파 전원일 수 있다.
다른 형태에서, 본 발명은 제1 전기적 파라미터의 측정치를 제1 전기적 파라미터의 특정치와 비교함으로써 전원의 동작과 관련된 제1 에러 신호를 결정하는 단계와 제2 전기적 파라미터의 측정치를 제2 전기적 파라미터의 특정치와 비교함으로써 전원의 동작과 관련된 제2 에러 신호를 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 에러 신호 중 어느 것이 선택 표준을 만족하는지를 식별하는 단계와 선택 표준을 만족하는 에러 신호에 기초하여 제어기의 속성을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 형태에서, 본 발명은 전원 및 전원의 동작을 조정하도록 명령 신호를 출력하기 위한 제어기 - 제어기는 적어도 하나의 에러 신호에 기초하여 명령 신호를 결정하고, 적어도 하나의 에러 신호는 선택 표준에 기초하여 복수의 에러 신호로부터 선택됨 - 를 포함하는 시스템이다. 제어기는 적어도 하나의 에러 신호에 기초하여 명령 신호를 결정한다. 적어도 하나의 에러 신호는 선택 표준에 기초하여 복수의 에러 신호로부터 선택된다.
제어기는 아날로그 회로 및 디지털 신호 프로세서 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 제어기는 전원의 적어도 하나의 동작 파라미터 (예를 들어, 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스)를 조정할 수 있다. 제어기는 에러 신호의 변경을 최소화할 수 있다. 제어기는 에러 신호를 표준화할 수 있다. 에러 신호는 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스와 같은 전원 동작 파라미터로 표준화될 수 있다. 에러 신호를 표준화하는 단계는 제어기를 안정화시킬 수 있다. 전원은 파워 컨버터 또는 플라즈마 챔버 등의 복합 임피던스 부하에 파워를 전달할 수 있다. 전원은 예를 들어, DC 전원, RF 전원 또는 마이크로파 전원일 수 있다.
다른 형태에서, 본 발명은 전원 및 복수의 에러 신호 중 어느 것이 선택 표준을 만족하지를 판정하기 위한 수단을 포함하는 시스템이다. 이 시스템은 또한 선택 표준을 만족하는 에러 신호에 기초하여 제어기의 속성을 결정하기 위한 수단 및 이 제어기로 전원의 동작을 제어하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 상기 및 그 외 목적, 형태, 특성 및 장점은 다음의 상세 설명 및 청구범위로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
본 발명 자체뿐만 아니라 본 발명의 다음 및 그 외 목적, 특성 및 장점은 첨부한 도면을 참조한 다음의 상세한 본 발명의 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명을 구현하는 전원의 동작을 제어하기 위한 시스템의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 설명적 실시예에 따른 전원의 동작을 제어하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전원을 제어하기 위한 시스템을 이용한 전원 동작 영역의 그래픽 표현도이다.
도 4는 본 발명의 설명적 실시예에 따른 아날로그 회로를 이용한 전원의 동작을 제어하기 위한 시스템의 블럭도이다.
도 1은 전원(104) 등의 장치의 동작을 제어하는 데에 이용할 시스템(100)을 도시한다. 전원(104)은 전원 출력(112) 등의 전기 신호를 전기 부하(108)에 출력한다. 부하(108)는 예를 들어, 파워 컨버터 또는 플라즈마 챔버와 같은 복잡한 임피던스 부하이다. 다른 예시로서, 전원은 DC 전원, RF 전원 또는 마이크로파 전원일 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전원(104)이 반도체 스퍼터링 프로세스에서 이용되는 플라즈마 챔버에 출력(112)을 제공한다.
시스템(100)은 또한 제어 알고리즘을 구현하는 제어기(116)를 포함한다. 제어기(116)는 에러 신호(122)를 수신한다. 제어기(116)는 에러 신호(122)에 기초하 는 제어 신호(120)를 출력하여 원하는 방식으로 전원(104)의 동작을 제어한다. 이에만 제한되는 것은 아니지만 비례 미분 적분 제어 알고리즘, 비례 미분 알고리즘, 비례 적분 알고리즘, 상태 공간 제어 알고리즘 및 퍼지 로직 알고리즘을 포함하는 각종 제어 알고리즘 중 어느 것이라도 제어기(116)에 의해 구현될 수 있다. 이 실시예에서, 제어기(116)는 디지털 신호 프로세서 등의 디지털 회로를 포함한다. 몇 실시예에서, 제어기(116)는 하나 이상의 에러 신호를 수신하고 복수의 에러 신호에 기초하여 하나 이상의 출력 신호를 연산하여 출력한다.
예시로, 제어기(116)는 모토롤라 DSP56300 디지털 신호 프로세서 (모토롤라, Schaumberg, IL)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 시스템(100)의 제어기(116) 및 그 외 구성 요소가 아날로그 회로 및 아날로그와 디지털 회로의 조합으로 구현될 수 있다.
이 실시예에서, 시스템(100)은 제한치의 세트, 즉 전원(104)의 동작 파라미터인 파워 세트포인트(124), 전압 세트포인트(128), 전류 세트포인트(132) 및 컨덕턴스 세트포인트(136)를 포함한다. 세트포인트(124, 128, 132 및 136)는 동작 파라미터 (파워, 전압, 전류 및 컨덕턴스) 각각에 대한 특정 제한치이다. 세트포인트 값은 전원(104)과 부하(108)가 전기적으로 보호되는 것을 확실히 하기 위해 전원(104)이 그 내에서 동작하게 되는 동작 영역을 정의하는 최대 값으로 미리 정의되어 있다. 어떤 실시예에서는, 세트포인트(124, 128, 132)가 예를 들어, 시스템(100)의 동작 동안 조작자나 개별의 제어기에 의해 수정될 수 있다.
시스템(100)은 또한 전원(104)의 동작과 관련되는 복수의 에러 신호(140, 144, 148 및 152)를 입력으로 수신하는 모듈(156)을 포함한다. 모듈(156)은 하나 이상의 선택 표준에 기초하여 에러 신호(140, 144, 148 및 152) 중 적어도 하나를 선택하여 제어기(116)에 선택된 에러 신호(122)를 출력한다. 제어기(116)는 적어도 하나의 선택된 에러 신호(122)에 기초하여 제어 알고리즘의 속성을 결정한다. 제어기는 다음에 원하는 방식으로, 전원(104)의 동작을 제어하도록 제어 신호(120)를 출력한다.
이 실시예에서, 모듈(156)은 최소의 값을 갖는 에러 신호를 선택하는 선택 표준을 이용한다. 음의 에러 신호는 양의 에러 신호보다 작다. 선택된 에러 신호는 여기에서 상술된 바와 같이 제어기(116)에 출력된다. 다른 다수의 선택 표준을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 모듈(156)은 최대값을 갖는 에러 신호를 선택하는 선택 표준을 이용할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 모듈(156)이 수학식을 만족하는 에러 신호(122)를 선택하는 선택 표준을 이용할 수 있다.
이 실시예에서, 에러 신호(140, 144, 148, 및 152)는 에러 신호 각각이 전기 파워 신호 (예를 들어, 와트)와 동일한 측정 단위를 갖도록 적당한 스케일링 팩터로 각각 표준화된다. 그 결과, 각 에러 신호의 루프 이득은 각 에러 신호가 동일한 측정 단위를 갖도록 표준화되어 있기 때문에 거의 동일하게 된다. 이런 식으로, 제어기의 성능이 안정화되어 예를 들어, 시스템(100)의 성능이 시스템(100)의 동작 모드 간에 전환할 때 크게 변하지 않게 된다. 예를 들어, 시스템(100)의 성능은 전원이 최대 전압, 전류 및 컨덕턴스 세트포인트 값으로 제한된 최대 파워값에서의 레벨링에서 최대 파워, 전류 및 컨덕턴트 세트포인트 값으로 제한된 최대 전압 값에서의 레벨링으로 변경될 때 크게 변하지 않게 된다. 다르게, 에러 신호(140, 144, 148 및 152)는 에러 신호가 동일한 측정 단위를 갖도록 임의의 파라미터로 표준화될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 에러 신호(140, 144, 148 및 152)가 만족스런 성능을 취득하도록 표준화될 필요가 없다.
에러 신호(140)는 파워 세트포인트(124)와 파워 감지 신호(158) 간의 크기차이다. 파워 감지 신호(158)는 전압 신호(160)와 전류 신호(162)의 수학적 곱이다. 전압 신호(160)와 전류 신호(162)의 곱은 파워의 단위를 갖는다 (파워=전압*전류). 전압 감지 모듈(164)은 전원 출력(112)의 전압에 대응하는 신호(170)을 측정하여 출력한다. 이 실시예에서, 모듈(172)은 전압 신호(168)를 특정한 최소 전압 (Min_V)과 비교한다. 전압 신호(168)와 최소 전압 (Min_V) 중 더 큰 것이 전압 신호(160)로서 모듈(172)에 의해 출력된다. 제어기(116)가 안정적이도록 하기 위해 최소 전압 (Min_V)은 0 보다 크게 특정된다.
유사하게, 전류 감지 모듈(166)은 전원 출력(112)의 전류를 측정하여 전류 신호(170)를 출력한다. 모듈(174)은 전류 신호(170)를 특정 최소 전류 (Min_I)와 비교한다. 전류 신호(170)와 최소 전류 (Min_I) 중 더 큰 것이 전류 신호(162)로서 모듈(174)에 의해 출력된다. 제어기(116)가 안정적이도록 하기 위해 최소 전류 (Min_I)는 0 보다 크게 특정된다.
에러 신호(144)는 전압 신호(176)와 전류 신호(162)의 수학적 곱이다. 전압 신호(176)와 전류 신호(162)의 수학적 곱은 파워의 단위를 갖는다 (파워=전압*전류). 전압 신호(176)는 전압 세트포인트(128)의 값과 전압 신호(160) 간의 차이 다.
에러 신호(148)는 전류 신호(178)와 전압 신호(160)의 수학적 곱이다. 전류 신호(178)와 전압 신호(160)의 수학적 곱은 파워의 단위를 갖는다 (파워=전류*전압). 전압 신호(178)는 전류 세트포인트(132)의 값과 전류 신호(162) 간의 차이다.
에러 신호(152)는 전류 신호(182)와 전압 신호(160)의 수학적 곱이다. 전류 신호(182)와 전압 신호(160)의 수학적 곱은 파워의 단위를 갖는다 (파워=전류*전압). 전류 신호(182)는 전류 신호(180)와 전류 신호(162) 간의 차이다. 전류 신호(180)는 컨덕턴스 세트포인트(136)와 전압 신호(160)의 수학적 곱이다. 컨덕턴스는 (1/저항)과 동일하며 단위는 Mhos이다.
통상적으로, 시스템(100)은 복수의 에러 신호를 연속하여 모니터하여 어느 에러 신호가 선택 표준에 만족하는지를 결정한다. 시스템(100)은 전원(104)의 바람직한 동작을 계속하여 확실하게 하며 시스템의 동작 모드가 변할 때에도 제어기(116)가 안정적인 것을 확실히 하기 위해 본 발명의 방법의 각 단계를 반복할 수 있다. 예시로, 본 방법의 각 단계는 시스템(100)의 동작 모드가 전류, 전압 및 컨덕턴스 세트포인트에 의해 제한된 특정 파워 출력의 명령으로부터 파워, 전류 및 컨덕턴스 세트포인트로 제한된 특정 전압 출력의 명령으로 전환될 때, 전원(104)과 제어기(116)의 적당한 동작을 확실히 하도록 반복될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시의 실시예에 따른 전원을 제어하는 방법을 도시한다. 이 방법(200)은 도 1의 시스템(100)과 같은 전원 제어 시스템에 의해 구현될 수 있 다. 이 방법(200)은 제어기(116)에 의해 나타내는 바와 같이 조작자에 의해 또는 자동으로 반복되거나 (단계 224) 종료될 수 있다 (단계 228). 이 방법(200)의 각 반복을 방법의 반복으로 정의한다. 도 2의 방법에서, 네 개의 에러 신호가 측정된다 (단계 204): V_PWR_Limit, I_PWR_Limit, P_Error 및 G_PWR_Limit. 예시로, 에러 신호는 각각 도 1의 에러 신호(144, 148, 140 및 152)일 수 있다.
네 개의 에러 신호 (V_PWR_Limit, I_PWR_Limit, P_Error 및 G_PWR_Limit) 중에서 최소의 에러 신호가 선택된다 (단계 208). 이 실시예에서, 선택 표준은 최소한의 에러 신호를 선택하지만; 다른 선택 표준은 다른 실시예에서 이용될 수 있다.
단계 212에서, Error_N에는 단계 208에서 선택된 최소의 에러 신호와 동일한 값이 할당된다. 제어기 (도 1의 제어기(116) 등)에서 제어 알고리즘의 파라미터의 값은 다음 수학식으로 연산된다 (단계 216):
Derivative = DTerm*[Error_N-Error_N3+(Error_N1-Error_N2)]
Integral=ITerm*Error_N+Integral_N1
Proportional=PTerm*Error_N
이 때 DTerm, ITerm 및 PTerm은 예를 들어, 전원(104)과 제어기(116)의 동작 시작 이전에 결정된 비례 적분 미분 (PID) 제어 알고리즘의 제어기 상수이다. Error_N1은 방법(200)의 바로 이전의 반복으로부터의 에러 신호 Error_N와 동일하다. Error_N2는 방법(200)의 바로 이전의 반복으로부터의 에러 신호 Error_N1와 동일하다. Error_N3는 방법(200)의 바로 이전의 반복으로부터의 에러 신호 Error_N2와 동일하다. 시스템의 기동시, 에러 Error_N1, Error_N2 및 Error_N3은 단계 208이 에러를 아직 선택하지 않았기 때문에 제로이다 (단계 208). 다른 실시예에서, 조작자는 예를 들어, 에러 (Error_N1, Error_N2 및 Error_N3) 중 약간이나 모두에 대한 초기치를 특정할 수 있다. Integral_N1은 방법(200)의 바로 이전 반복으로부터의 Integral의 값과 동일하다. 시스템의 기동시, Integral의 값은 제로인데 왜냐면 단계 216이 아직 값을 결정하지 않았기 때문이다 (단계 216). 다른 실시예에서, 조작자는 예를 들어, Integral의 초기치를 특정할 수 있다.
도 1의 출력 신호(112)와 같은 구동 신호는 다음의 수학식으로 연산된다 (단계 216):
Drive=Proportional+Integral+Derivative
출력 신호(112)는 전원(104)에 전달되어 전원(104)의 동작을 원하는 방식으로 제어하도록 한다. 다음에 Error_N3에는 Error_N2와 동일한 값이 지정되고 (인크리멘트되고); 다음에 Error_N2에는 Error_N1와 동일한 값이 지정되고; 다음에 Error_N1에는 Error_N와 동일한 값이 지정된다 (단계 220). 각 단계 (단계 204, 208, 212, 126 및 220)는 다음에 반복되거나 (단계 224) 종료된다 (단계 228). 어떤 실시예에서는, 여러 제어기 상수 DTem, ITem 및 PTem은 예를 들어, 특정한 방법(200)의 반복 동안 어느 에러 신호가 최소값으로 선택되는지에 기초하여 제어기에 의해 구 현될 수 있다.
예시로, 본 발명의 실시예의 전원에 대한 동작 영역(302)은 도 3의 그래픽 표현도에서 나타내었다. 본 발명에 따르면, 도 1의 시스템(100)과 같은 시스템은 전원의 동작을 규정하여 전원 동작 파라미터 (파워, 전압, 전류 및 컨덕턴스 각각)에 대한 세트포인트 (동작 제한치(304, 308, 312 및 316))를 특정한다. 제한치(304)는 전원의 출력을 12,500와트인 최대 파워로 제한한다. 제한치(308)는 800볼트인 최대 전압으로 전원의 출력을 제한한다. 제한치(312)는 25amps인 최대 전류로 전원의 출력을 제한한다. 제한치(316)는 0.1Mhos (또한 siemens로 언급)인 최대 컨덕턴스로 전원의 출력을 제한한다. 이 실시예에서, 전원은 (제한치(304, 308, 312 및 316으로 정의되는) 동작 영역(302)의 주변을 따라 동작하게 된다. 다른 실시예에서, 유저는 새로운 동작 영역을 설정할 수 있거나 전원이 동작하는 주변을 효율적으로 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 유저는 제한치(304, 308, 312 및 316) 중 하나 이상을 변경시켜 원래의 동작 영역 내에 있는 새로운 동작 영역을 설정할 수 있다.
이전에 기술된 바와 같이, 도 1의 시스템(100)의 최소의 에러 신호(122)가 제어기(116)에 의해 수신된다. 제어기(116)는 전원(104)의 출력을 제어하는 데에 적합한 출력 신호(12)를 연산한다. 이런 식으로, 최소의 에러 신호(1222)가 전원(104)의 동작을 조정하는 데에 이용된다. 다른 예시로, 전압 에러 신호(144)가 최소 에러 신호(122)인 것으로 판정되면, 전원(104)은 동작 제한치(308)에 가까운 동작 영역(302)의 위치에서 동작하고 있게 된다. 대신에 전류 에러 신호(148)는 최 소 에러 신호(122)인 것으로 판정되면, 전원(104)은 동작 제한치(312)에 가까운 동작 영역(302)의 위치에서 동작하고 있는다. 이런 식으로, (즉, 파워, 전압, 전류 및 컨덕턴스의 특정 값으로 나타낸) 전원(104)의 동작 영역이 예를 들어, 부하(108)의 전기적 특성의 변경으로 인해 변경되게 되면, 시스템은 최소값을 갖는 에러 신호를 선택하게 된다.
도 4에 나타낸 다른 실시예에서, 전원(104)의 동작을 제어하기 위한 시스템(400)은 파워 에러 신호(140), 전압 에러 신호(144) 및 전류 에러 신호(148)를 형성하기 위한 아날로그 회로를 포함한다. Op-amp 회로(408a)는 파워 세트포인트(124)와 파워 신호(158)에 기초하여 파워 에러 신호(140)를 형성한다. 파워 신호(158)는 여기에서 상술된 바와 같이 유사하게, 전류 신호(162)와 전압 신호(160)의 수학적 곱이다. Op-amp 회로(408b)는 전류 세트포인트(132)와 전류 신호(162)에 기초하여 전류 에러 신호(148)를 형성한다. Op-amp 회로(408c)는 전압 세트포인트(128)와 파워 신호(160)에 기초하여 전압 에러 신호(144)를 형성한다.
이 실시예에서, 에러 신호(144 및 148)는 파워 에러 신호(140)의 측정 단위 (예를 들어, 와트)와 동일한 측정 단위를 갖도록 표준화되어 있지 않다. 따라서, Op-amp 회로의 루프 이득이 개별적으로 조정되어 제어기(116)가 시스템(400)의 동작 동안 안정적인 것을 확실히 한다. 어떤 실시예에서는, 전압 에러 신호(144) 및 전류 에러 신호(148)를 표준화지 않는 몇 실시예에서는, 제어기(116)의 계수 (예를 들어, PID 제어기의 계수 DTem, ITerm 및 PTerm)는 어느 에러 신호가 제어기(116)에 제공되었는지에 따라 다르다.
다이오드(404a, 404b, 및 404c)는 최소의 에러 신호 (즉, 에러(140, 144 및 148) 중 최소값)가 선택되어 제어기(116)로 보내지도록 구성된다. 다음에 제어기(116)는 예를 들어, 상술된 바와 같이 최소의 에러 신호에 기초하여 PID 제어기를 구현한다. 제어기(116)는 전원(104)에 신호(120)를 출력하고 다음에 여기에서 전원 출력 신호(112)를 복합 임피던스 부하와 같은 부하에 전달한다.
예시로, 1volt에서 1amp의 전원 출력(112)을 갖는 1ohm의 부하(108)에 대해서, 파워 출력은 1와트이다. POWER Setpoint가 100W이고 I_Sense*V_Sense가 1W이면 U1 op-amp 양의 입력이 우세하게 되어, U1의 출력 (에러 신호(140))을 양측 레일로 가게 한다. 1volt의 전원 출력(112)과 VOLTAGE Setpoint가 5볼트인 경우, U3 op-amp 양의 입력이 우세하게 되어, U3의 출력 (에러 신호(144))을 양측 레일로 가게 한다. 전원 출력(112)이 1amp이고 CURRENT Setpoint가 1A인 경우, U2 op-amp의 양 및 음의 입력은 동일하게 되고 op-amp의 출력 (에러 신호(148))은 0 이하인 일 다이오드 드롭 (다이오드 D2)이 될 것이다. 이것은 신호(122)가 0볼트가 되는 결과를 가져온다. 최소의 에러 신호가 에러 신호(148)이기 때문에, 다이오드 D2(404b)는 정 바이어스된 유일한 다이오드이므로, 전류 에러(148)는 제어기(116)에 제공되게 된다.
당업자라면 본 발명의 정신 및 영역에서 벗어나지 않고 여기 기재된 것의 변형, 수정 및 그 외 구현들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 상술한 상세 설명에 의해서가 아니고 첨부한 청구범위의 정신 및 영역에 의해서만 제한되는 것이다.

Claims (34)

  1. 전원의 동작을 제어하기 위한 방법에 있어서:
    (a) 전원의 동작과 관련되는 복수의 에러 신호들을 수신하는 단계 -상기 에러 신호들은 전원 동작 파라미터의 측정치 및 상기 전원 동작 파라미터에 대한 세트포인트에 기초하여 형성됨- 와,
    (b) 적어도 하나의 선택 표준에 따라 상기 에러 신호들 중 하나의 에러 신호를 선택하는 단계와,
    (c) 선택된 상기 에러 신호에 기초하여 제어기의 속성을 결정하는 단계 -상기 속성은 비례 적분 미분, 비례 적분, 비례 미분으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제어 알고리즘을 이용하여 결정됨- 와,
    (d) 상기 제어기로 상기 전원의 상기 동작을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a), (b), (c) 및 (d)를 반복하는 단계 (e)를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전원 동작 파라미터는 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에러 신호를 표준화하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 에러 신호는 전원 동작 파라미터로 표준화되는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전원 동작 파라미터는 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 에러 신호는 상기 제어기를 안정화하도록 표준화되는 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 에러 신호의 변경을 최소화하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 에러 신호 중 최소값을 갖는 에러 신호가 상기 선택 표준을 만족하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 에러 신호 중 최대값을 갖는 에러 신호가 상기 선택 표준을 만족하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 에러 신호 중 어느 것이 상기 선택 표준을 만족하는지를 판정하는 단계는 아날로그 회로 및 디지털 신호 프로세스 중 적어도 하나에 의 해 구현되는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 어느 에러 신호가 상기 선택 표준을 만족하는지를 판정하기 위해 상기 복수의 에러 신호를 연속하여 모니터링하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 에러 신호 중 하나가 특정 임계치를 초과하는 경우 상기 전원의 적어도 하나의 동작 파라미터의 값을 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 동작 파라미터는 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 전원으로 파워를 복합 임피던스 부하에 전달하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복합 임피던스 부하는 파워 컨버터인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 복합 임피던스 부하는 플라즈마 챔버인 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 전원은 DC 전원, RF 전원 및 마이크로파 전원으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  20. 전원의 동작을 제어하기 위한 방법에 있어서:
    (a) 제1 전기적 파라미터의 측정치를 상기 제1 전기적 파라미터의 특정치와 비교함으로써 전원의 동작과 관련된 제1 에러 신호를 결정하는 단계;
    (b) 제2 전기적 파라미터의 측정치를 상기 제2 전기적 파라미터의 특정치와 비교함으로써 상기 전원의 동작과 관련된 제2 에러 신호를 결정하는 단계;
    (c) 상기 에러 신호 중 어느 것이 선택 표준을 만족하는지를 식별하는 단계; 및
    (d) 상기 선택 표준을 만족하는 상기 에러 신호에 기초하여 제어기의 속성을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  21. 시스템에 있어서:
    (a) 전원; 및
    (b) 상기 전원의 동작을 조정하도록 명령 신호를 출력하기 위한 제어기
    를 포함하며,
    상기 제어기는,
    (1) 전원 동작 파라미터의 측정치 및 상기 전원 동작 파라미터에 대한 세트포인트에 기초하여 형성되는 복수의 에러 신호들 중 선택 표준에 기초하여 선택된 적어도 하나의 에러 신호와,
    (2) 비례 적분 미분, 비례 적분, 비례 미분으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제어 알고리즘에 기초하여 상기 명령 신호를 결정하는, 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제어기는 아날로그 회로 및 디지털 신호 프로세서 중 적어도 하나로 구현되는 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제어기는 상기 전원의 적어도 하나의 동작 파라미터를 조정하는 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 동작 파라미터는 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 시스템.
  25. 제21항에 있어서, 상기 전원은 복합 임피던스 부하에 파워를 전달하는 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 복합 임피던스 부하는 파워 컨버터인 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 복합 임피던스 부하는 플라즈마 챔버인 시스템.
  28. 제21항에 있어서, 상기 전원은 DC 전원, RF 전원 및 마이크로파 전원으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 시스템.
  29. 제21항에 있어서, 상기 제어기는 상기 에러 신호의 변경을 최소화하는 시스 템.
  30. 제21항에 있어서, 상기 제어기는 상기 에러 신호를 표준화하는 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제어기는 전원 동작 파라미터로 상기 에러 신호를 표준화하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 전원 동작 파라미터는 전압, 전류, 파워, 저항 및 컨덕턴스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 시스템.
  33. 제30항에 있어서, 상기 에러 신호를 표준화하는 단계는 상기 제어기를 안정화하는 시스템.
  34. 시스템에 있어서:
    (a) 전원과,
    (b) 전원 동작 파라미터의 측정치 및 상기 전원 동작 파라미터에 대한 세트포인트에 기초하여 형성되는 복수의 에러 신호들 중 선택 표준에 기초하여 하나의 에러 신호를 선택하기 위한 수단과,
    (c) 선택된 상기 에러 신호와,
    비례 적분 미분, 비례 적분, 비례 미분으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 제어 알고리즘에 기초하여 상기 제어기의 속성을 결정하기 위한 수단과,
    (d) 상기 제어기로 상기 전원의 상기 동작을 제어하기 위한 수단
    을 포함하는 시스템.
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