KR102373911B1 - 발전기의 피상 소스 임피던스를 변경하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

발전기의 피상 소스 임피던스를 변경하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 제 1 측정 값 (M1) 을 획득하는 것을 수반하는, 부하에 접속된 발전기를 제어하기 위한 방법. 방법은 M1 이 제 1 설정치를 향하도록 발전기의 출력을 조정하는 것을 수반한다. 방법은 발전기 출력의 종래 측정의 제 2 측정 값 (M2) 을 제 2 설정치를 향하여 조정하기 위해 제 1 설정치를 조정하는 것을 더 수반하며, 여기서 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력은
Figure 112020046320326-pct00084
와 같고, 식중 v 는 기준 지점에서의 전력이고, 이는 발전기와 부하 입력 사이일 수도 있으며, i 는 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류이다 (예를 들어, 부하로 향하는 전류 또는 발전기를 향하는 전류의 음의 값).

Description

발전기의 피상 소스 임피던스를 변경하기 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 PCT (Patent Cooperation Treaty) 출원은 "METHOD AND APPARATUS FOR CHANGING THE APPARENT SOURCE IMPEDANCE OF A GENERATOR" 라는 명칭으로 2017 년 10 월 11 일 출원된 미국 특허 출원 제 62/570,693 호와 관련되고 이로부터의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로 통합된다.
기술분야
본 개시의 양태들은 발전기를 위한 전력 제어 시스템을 수반하며, 특히 플라즈마 부하에 전력을 제공하는 발전기의 피상 소스 임피던스를 변경할 수도 있는 제어 시스템을 수반할 수도 있다.
플라즈마 프로세싱 시스템은 재료의 표면 특성을 개질하기 위해 다양한 산업에서 널리 사용된다. 예를 들어, 최신 집적 회로의 제조는 일반적으로 서브마이크로미터 피처를 에칭하거나, 또는 원자적으로 박층의 재료를 성막 (depositing) 하기 위해 플라즈마를 사용하는 많은 프로세싱 단계들을 수반한다. 통상의 플라즈마 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버 및 이 챔버 내부에서 플라즈마를 생성 및 유지하는 전력 전달 시스템을 포함한다. 전기적으로, 플라즈마는 전력 전달 시스템에 비선형 부하를 제시한다. 플라즈마에 의해 전력 전달 시스템에 제시되는 임피던스는 일반적으로 일정하지 않지만, 플라즈마에 전달된 전력, 가스 압력 및 케미스트리 및 다른 프로세스 조건들 또는 다른 변수들에 의존하여 달라질 수도 있다.
문헌에 의해 충분히 입증된 바와 같이 (예를 들어, 미국 특허 제 9,741,544 호 ('544 특허) 참조), 발전기와 비선형 부하 (예를 들어, 플라즈마 부하) 사이의 상호 작용은 불안정성을 유도할 수 있다. '544 특허에 설명된 바와 같이, 발전기에 제시된 플라즈마 시스템 임피던스에 매칭된 소스 임피던스를 갖는 발전기가 항상 플라즈마 안정성에 대해 최적인 것은 아니다. 고감도 플라즈마 시스템에 대해 (플라즈마 시스템에 의해 발전기에 제시된 임피던스가 인가된 전력의 함수로서 급격히 변화하는 경우), 발전기 소스 임피던스를 오프셋하면 우수한 안정성을 야기한다. `544 특허는 플라즈마 시스템 임피던스로부터인 경우, 발전기 소스 임피던스를 오프셋으로 변경하기 위한 방법을 기재한다. 일 예에서, 상이한 길이의 케이블이 발전기 소스 임피던스를 변경하는데 사용된다.
특히, 이들 관찰을 고려하여, 본 개시의 양태들이 구상되고 개발되었다는 것이다.
본 개시의 양태들은 플라즈마 챔버 및 연관된 플라즈마 부하와 같은, 부하에 접속된 발전기를 제어하기 위한 방법, 시스템, 장치 등을 수반할 수도 있다. 시스템 및 장치에 적용가능하더라도 특히 방법과 관련하여, 이는 기준 임피던스 (Z c ) 에 대해 계산된 순방향 전력과 관련된 제 1 측정 값 (M1) 이 M1 에 대한 제 1 설정치 (S1) 로 향하도록 발전기의 출력을 조정하는 것을 수반한다. 방법은 발전기 출력의 종래 측정의 제 2 측정 값 (M2) 을 M2 에 대한 제 2 설정치 (S2) 를 향해 조정하기 위해 S1 을 조정하는 것을 더 수반한다. 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력은 다음과 같으며,
Figure 112021118155468-pct00089
식중 v 는 기준 지점에서의 전압이고, i 는 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류이다. 방법은 제어기, 제어기들, 발전기, 임피던스 매칭 네트워크, 및 전력 전달 시스템의 다른 컴포넌트들에 의해 구현될 수도 있다.
본 개시의 양태들은 추가로 플라즈마 챔버 및 연관된 플라즈마 부하와 같은, 부하에 커플링된 발전기를 제어하기 위한 방법, 장치, 시스템 등을 수반한다. 방법 (뿐만 아니라 시스템 등) 은 발전기 출력의 종래 측정에 대한 설정치를 수신하는 것, 및 발전기로부터의 전력 출력을 제어하여: 발전기 출력의 종래 측정이 부하가 발전기에 제시하는 임피던스에서의 느린 변화들에 대한 그리고 설정치에서의 느린 변화들에 대한 설정치로 향하고, 부하가 발전기에 제시하는 임피던스에서의 빠른 변화들에 대해, 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력이 일정하게 유지되는 경향이 있도록 하는 것을 수반한다. 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력은 다음과 같으며,
Figure 112021118155468-pct00090
식중 v 는 기준 지점에서의 전압이고, i 는 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류이다.
다른 양태에서, 부하에 접속된 발전기를 제어하는 방법은 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 부하에 전달된 순방향 전력과 관련된 측정 값을 계산하는 것을 수반한다. 제 1 제어기는 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 상기 값에 대한 설정치를 수신하고, 제 1 제어기는 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 부하로 전달된 순방향 전력과 관련된 측정 값이 설정치로 향하도록 발전기의 출력을 조정한다. 방법은 종래 전력 설정치를 향해 종래 전력 값의 측정치를 조정하기 위해서 제 1 제어기에 대한 설정치를 조정하는, 제 1 제어기와 동일한 제어 유닛으로 구현될 수도 있는, 제 2 제어기에 의해 종래 전력 값의 측정치 및 종래 전력 설정치를 수신하는 것을 더 수반한다. Z c 에 대한 순방향 전력은 기준 지점에서의 전압 플러스 기준 지점에서 발전기로부터 부하로 또는 부하로부터 발전기로 흐르는 전류의 Z c 곱의 제곱된 크기의 스칼라 곱과 동일하다.
본 명세서에 기술된 본 개시의 다양한 피처들 및 장점들은 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 그러한 발명의 개념들의 특정 실시형태들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면들은 반드시 스케일링할 필요는 없지만, 대신 발명의 개념들의 원리들을 도시하는데 있어서 강조가 취해진다는 것을 유의해야 한다. 본 명세서에 개시된 실시형태들 및 도면들은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 고려되고자 한다.
도 1 은 발전기의 피상 소스 임피던스를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함하는, 플라즈마 부하에 전력을 공급하는 발전기를 도시하는 개략적 다이어그램이다.
도 2 는 발전기의 피상 소스 임피던스를 제어하기 위한 제어 시스템의 구현 및 연관된 동작들을 나타낸다.
도 3 은 전자 디바이스, 예컨대 제어기, 발전기, 임피던스 매칭 네트워크 또는 도 2 에서 제시된 기능들을 수행하도록 구성된 컴퓨팅 모듈들을 갖는 다른 전력 시스템 컴포넌트의 다이어그램이다.
도 4 는 도 2 에서 제시된 동작들을 수행하도록 구성된 컴퓨터 판독가능 명령들을 포함하는 메모리를 갖는 컴퓨터 시스템의 다이어그램이다.
발전기의 피상 소스 임피던스를 변경함으로써 전기 발전기와 비선형 부하 사이의 상호작용들을 수정하기 위한 새롭고 매우 효과적인 방법이 본 명세서에서 설명된다. 일 예에서, 본 명세서에 설명된 시스템들 및 방법들은 제어 수단 외에는, 본 명세서에 참조로 통합되는 `544 특허에 논의된 바와 같은 물리적 시스템과 동일하거나, 유사하거나 또는 이 시스템보다 더 이로운 효과를 달성할 수도 있다. 물론, 본 명세서에서 논의된 제어 시스템들 및 방법들은 '544 특허에서 논의된 물리적 방법들 및 시스템들과 조합하여 사용될 수도 있다. 단독으로 또는 물리적 수단과 조합으로, 제어를 통해 이를 행하면, 전체 시스템 성능을 개선하는데, 이는 발전기 소스 임피던스를 물리적으로만 오프셋하는 것은 일반적으로 일부 상황들에서 전력을 전달하기 위한 발전기의 능력을 방해할 수도 있고 미스매치된 부하들에 적응하기 위한 능력을 방해할 수도 있기 때문이다.
일반적으로 말하면, 발전기는 원하는 레벨의 순방향 또는 전달된 전력을 부하에 전달하도록 설계된 제어 시스템을 포함한다. 발전기는 가변 또는 비선형 부하 (예를 들어, 플라즈마 부하) 에 전력을 전달하도록 설계되고 플라즈마 부하로의 순방향 또는 전달된 전력을 제어한다. 제어 시스템은 또한 부하로부터 반사된 최대 전력을 제한할 수도 있다. 예를 들어, 50 Ω 시스템 (발전기에 제시된 공칭 임피던스가 예를 들어 50 Ω 임) 에서 v 는 기준 지점에서의 전압이고, i 는 동일한 기준 지점에서의 부하를 향하는 전류이고 발전기의 관점으로부터의 순방향 신호 a 는:
Figure 112020046320326-pct00003
이고,
반사된 신호 b 는:
Figure 112020046320326-pct00004
이다.
이러한 정의들로, 부하 P del 에 전달된 실제 전력은:
P del = |a|2 - |b|2 이다.
순방향 전력, P fwd 는 다음과 같이 정의된다:
P fwd
Figure 112020046320326-pct00005
|a|2
반사된 전력, P rfl 는 다음과 같이 정의된다:
P rfl
Figure 112020046320326-pct00006
|b|2
전달된 전력을 순방향 및 반사된 전력으로 분할하는데 사용된 기준 임피던스를 결정하기 위한 중요한 파라미터는 위의 a 및 b 의 정의에서 i 의 승수이다. 팩터
Figure 112020046320326-pct00007
는 식 P del = |a|2 - |b|2 에서 전력을 계산할 때 어떠한 스케일 팩터도 적용될 필요가 없도록 편의성이 고려될 수 있다.
통상적으로 a 및 b 는 커플러 또는 전압-전류 (vi) 센서로부터 획득된 신호들로부터 결정된다. 발전기의 교정의 일부로서, 매트릭스는 센서로부터 획득된 페이저들 v f 및 v r 로, 다음을 갖도록 결정되며:
Figure 112020046320326-pct00008
식중 M c 는 발전기의 교정을 통해 획득된 매트릭스이다. a 및 b 를 알아낼 수 있는 측정 시스템을 어떻게 구현하는지에 대한 상세들은, 예를 들어 참조로 본 명세서에 통합되는, 미국 특허 제 7,970,562 호에서 알 수 있다.
본 개시의 양태들에 따라, 상이한 기준 임피던스, Zc 에 대하여 순방향 및 반사된 신호들의 세트가 계산된다. 빠른 내부 루프는 산출된 기준 임피던스 (Zc) 에 대하여 계산된 순방향 전력을 제어한다. 임의적인 Zc 에 대하여 계산된 순방향 전력은 임의의 순방향 전력의 인식가능한 개념에 순응하지 않기 때문에 (Zc 에 대하여 단순히 순방향 전력을 재계산함으로써, 순방향 전력이 실제 전달된 전력으로부터
Figure 112020046320326-pct00009
로 변경되고 0 으로부터
Figure 112020046320326-pct00010
로 Zc 의 적절한 선정을 통해 반사될 수 있음), 50Ω 또는 75Ω과 같은 종래 기준 임피던스에 대하여 순방향 전력 또는 (Zc 를 변화시키는 것이 순향향 및 반사된 전력 사이에서 전달된 전력이 분할되는 방법을 어떻게 변경하는지에 관계없이 정확하게 유지되는) 전달된 전력과 같은, 전력의 인식가능한 개념에 대하여 제어하는 외부 루프가 실행된다.
이러한 개념들을 설명하기 위해, 임피던스가 52 + j5 Ω (여기서
Figure 112020046320326-pct00011
) 인 부하에 500 W 순방향 전력을 전달하는 발전기를 고려한다. 그러면 다음을 갖는다:
Figure 112020046320326-pct00012
페이즈를 위한 참조가 되도록 i 를 선정할 수 있으며, 그러면;
Figure 112020046320326-pct00013
이로부터:
Figure 112020046320326-pct00014
그리고
Figure 112020046320326-pct00015
식중 x* 는 x 의 복소 콘주게이트 (complex conjugate) 를 의미한다.
또한 반사된 전력을 다음과 같이 계산할 수 있고:
Figure 112020046320326-pct00016
예상된 바와 같이 이것은 다음과 매칭한다:
Figure 112020046320326-pct00017
임의적인 임피던스, Z c 에 대하여, 입사 신호
Figure 112020046320326-pct00018
는:
Figure 112020046320326-pct00019
이고,
Z c 에 대하여 반사된 신호는
Figure 112020046320326-pct00020
는:
Figure 112020046320326-pct00021
이고,
Z c 에 대하여 순방향 전력,
Figure 112020046320326-pct00022
는:
Figure 112020046320326-pct00023
이며,
Z c 에 대하여 반사된 전력 P rfl Zc 는:
Figure 112020046320326-pct00024
이다.
이러한 정의들로 여전히 다음을 갖는다는 것아 보여질 수 있다:
Figure 112020046320326-pct00025
설명을 위해,
Figure 112020046320326-pct00026
라 하고,
이전과 같이, 즉 50Ω 에 대하여 계산된 500W 순방향 전력을 52 + j5 의 부하 임피던스로 전달하는 발전기에 대해, 동일한 조건들 하에서 순방향 및 반사된 전력을 계산한다. 다음을 알아낼 수 있다:
Figure 112020046320326-pct00027
Z c , b Z c 에 대하여 반사된 신호는
Figure 112020046320326-pct00028
Figure 112020046320326-pct00029
및
Figure 112020046320326-pct00030
이다.
예상된 바와 같이, 여전히 다음을 갖는다:
Figure 112020046320326-pct00031
이러한 Z c = 62 + j83 의 임의적인 선정에 대하여, 498.61 W 의 전달된 전력은 대략 801.89 W 의 순방향 전력 및 303.28 W 의 반사된 전력으로 분할된다. 이는 일부 실시형태들에서, 인식가능한 양에 대하여 외부 루프가 왜 필요한지를 예시한다. 다르게 말하면, 50 옴에 대하여 500 와트의 순방향 전력이 이해되는 관례인 반면, 예를 들어 62 + j83 에 대하여 800 W 순방향 전력을 수반하는 본 명세서에 제시된 개념은 완전히 새로운 개념이며, 외부 루프의 사용은 사용자 또는 시스템 제어기가 이해된 관례들에 관하여 발전기 출력을 특정할 수 있도록 한다. 요지를 추가로 설명하기 위해, 다음을 검증할 수 있다:
1) Z c = Z L * = 52 - j5 에 대하여, 순방향 전력은 전달된 전력 (
Figure 112020046320326-pct00032
W) 과 동일하고 반사된 전력은 0 이며,
2) 예시를 위해 임의적으로 선정된 설정치, 106 Ω 에 대하여, 순방향 전력은 대략 2397411.07 W 이고, 반사된 전력은 대략 2396912.46 W 이며, 예상된 바와 같이 그 차이는 여전히 실제 전달된 전력 또는 대략 498.61 W 이다.
위의 첫번째 결과는 우연이 아닌데, 이는 Z c * 의 부하로 전력을 전달할 때, v = Z c *i 이고 따라서 Z c 에 대하여 반사된 신호는 0 이기 때문임을 유의한다:
Figure 112020046320326-pct00033
이 예는 전달된 전력이 부하로 전달된 실제 전력과 동일한 값으로부터
Figure 112020046320326-pct00034
까지 순방향 전력으로 분할되고 어느 순방향 및 전달된 전력이 계산되는지에 대하여 단순히 기준 임피던스를 변경함으로써 0 부터
Figure 112020046320326-pct00035
까지 범위로 반사될 수 있음을 예시한다.
Z c 에 대하여 계산된 순방향 전력이 일정하게 유지되도록 순방향 전력을 제어하는 효과는 다음과 같다:
1) Z c * 의 부하로, 반사된 전력은 0 이고 따라서 Z c * 의 부하로, 전달전 전력은 Z c 에 대하여 계산된 순방향 전력과 동일하고,
2) Z c * 이외의 임의의 부하로, 전달된 전력은 Z c * 로 전달된 전력 미만이다.
Z c 에 대하여 계산된 순방향 전력을 제어 시스템으로 일정하게 유지하는 효과는, 제어 시스템 대역폭 내부에서, 발전기가 Z c 의 소스 임피던스를 갖는 것처럼 나타난다는 것이다.
따라서, Z c 에 대하여 순방향 전력을 제어하는 제어 시스템의 대역폭 내에서, Z c 의 소스 임피던스를 갖는 것으로 나타나는 발전기를 갖는다. 발전기가 비선형 부하와 상호작용하는 방법을 변경하기 위한 소스 임피던스를 제어하는 장점들은 `544 특허에 설명되어 있으며, 특히 가변 및/또는 비선형 부하의 존재에서 발전기 안정성을 개선하는 것을 포함한다.
임의적인 기준 임피던스에 대하여 순방향 전력을 제어하는 제어 시스템을 구현하기 위해,
Figure 112020046320326-pct00036
이고, 또한 정의에 의해,
Figure 112020046320326-pct00037
이며,
Figure 112020046320326-pct00038
이기 때문에,
Figure 112020046320326-pct00039
을 가짐을 알아낸다.
식중 이제 M c 는 v f 및 v r 로부터 a 및 b 를 계산하고
Figure 112020046320326-pct00040
c 는 v f 및 v r 로부터
Figure 112020046320326-pct00041
및
Figure 112020046320326-pct00042
를 계산한다.
따라서, 교정 매트릭스 M c 및 기준 임피던스 Z c 가 주어지면, 새로운 교정 매트릭스
Figure 112020046320326-pct00043
c 를 쉽게 계산할 수 있으며, 이로부터 Z c 에 대하여 입사 및 반사된 신호들을 그리고 이에 따라 Z c 에 대하여 순방향 전력을 알아내어 본 발명의 양태들을 구현한다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 발전기의 피상 소스 임피던스를 변경하면 발전기-비선형 부하 (플라즈마) 상호작용들을 변화시키며, 이는 안정적인 시스템을 달성하는데 유용하다. 이는 또한 발전기가 부하 임피던스의 변화에 대해 반응하는 방법을 변경하고 따라서 전력을 비선형 부하로 펄싱 또는 턴온할 때 펄스 형상에 영향을 미치는데 또한 사용될 수 있다. 이러한 변화들은 예를 들어, 플라즈마 점화에 유리할 수 있다.
도 1 은 다양한 산업 또는 반도체 제조 프로세스들을 위해 플라즈마 (120) 가 점화되고 유지될 수 있는 플라즈마 챔버 (110) 에 커플링된 전력 발전기 (100) 의 개략적인 다이어그램이다. 일 예에서, 시스템은 플라즈마 부하와 발전기 사이의 임피던스를 매칭하는데 사용되는 매칭 네트워크 (150) 를 포함할 수도 있다. 부하로 출력되는 무선 주파수 (RF) 전력을 생성할 수도 있는 전력 발전기는 도 2 와 관련하여 더 상세하게 논의된 제어기 (130) 를 포함할 수도 있다. 일반적으로 말하면, 다른 기능들 중에서, 제어기는 발전기의 피상 소스 임피던스를 제어한다. 제어기는 또한 종래의 (예를 들어 50 Ω 에 대하여) 순방향 및 반사된 전력의 정의들에 기초하여 플라즈마 부하로 전달되는 전력을 제어할 수도 있다. 제어기는 구현에 의존하여 발전기 또는 임피던스 매칭 네트워크의 일부일 수도 있다. 피상 소스 임피던스 수정 및 종래의 제어 기능들은 하나의 제어기에 통합되거나 별도일 수도 있다. 제어기 또는 제어기(들)은 독립형 디바이스(들) 이거나 또는 그렇지 않으면 전력 시스템의 다른 컴포넌트들에 통합되는 것이 또한 가능하다. 전력 발전기는 또한 DC 전원, RF 증폭기, 및 기준 지점에서 부하에 전달되는 전력의 다양한 속성들을 측정하기 위한 센서 (140) 를 포함하는 다양한 센서들을 포함할 수도 있고, 기준 지점은 그러한 임피던스 매칭 네트워크가 존재하거나 또는 심지어 발전기 및 부하를 너머 확장하는 상상 송신 라인의 상정된 특성 임피던스 및 측정치들의 수학적 조작을 통해 발전기가 부하로부터 있는 것보다 부하로부터 더 먼 또는 부하가 발전기로부터 있는 것보다 발전기로부터 더 먼 지점에 있는 경우 매칭 네트워크 (150) 양 측 상의 부하와 발전기 사이에 있을 수도 있다.
도 2 는 발전기의 피상 소스 임피던스를 제어하고 추가로 발전기의 원하는 피상 소스 임피던스에 대하여 계산된 순방향 전력에 기초하여 전원 (발전기, 전력 증폭기, 변환기, 인버터)(200) 에 제어 신호를 제공하기 위한 제어 시스템의 일 예를 도시한다. 시스템 다이어그램은 또한 피상 소스 임피던스를 제어하기 위한 방법을 도시한다. 위에 논의된 바와 같이, 시스템은 미국 특허 제 7,970,562 호에서 논의된 것과 같은, 센서 (240) 및 연관된 측정 시스템 (250) 을 포함할 수도 있다. 센서 및 측정 시스템은 기준 지점 (255) 에서 부하 (220) 로 전달되는 전력의 양태들을 검출하고 측정한다.
시스템 및 연관된 방법은 부하로 전달된, 기준 임피던스 (예를 들어, Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력 (예를 들어,
Figure 112020046320326-pct00044
) 과 관련된 값 (261) 을 획득하는 것을 수반한다. Z c 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 값은 |v+ Z c i|2 에 비례하거나 의존하는 임의의 값일 수도 있으며, 식중 v 는 기준 지점 (255) 에서의 전압 (예를 들어, 발전기에서 부하로의 출력 또는 입력) 이고 i 는 기준 지점에서 발전기 또는 부하를 향하여 흐르는 전류이다. 잘 알려진 수학적 변환들 (예를 들어 부하 또는 발전기를 향하여 부하 반사 계수의 회전 또는 스미스 차트 (Smith chart) 를 사용) 은 임의의 원하는 위치로, 심지어 발전기보다 부하로부터 더 먼 지점으로 또는 부하보다 발전기로부터 더 먼 지점으로 기준 지점을 이동할 수 있다.
Z c 의 적절한 값은 다양한 방식들로 획득될 수 있다. 일 예에서, `544 특허에 기재된 시스템들을 참조하면, Z c 를 변화시키고 Z c 의 다양한 값들에 대한 순방향 및 반사된 전압의 측정치들에 기초하여 발진들을 모니터링하는 것에 의해 다양한 시스템들의 안정성을 테스트하는 것이 가능하다. 특히, Z c 는 다음으로부터 계산된 임피던스이고,
Figure 112020046320326-pct00045
Figure 112020046320326-pct00046
는 고정된 크기를 갖는 복소수이고
Figure 112020046320326-pct00047
의 각도는 0 과 360 도 사이에서 변화되는 경우, 그 효과는
Figure 112020046320326-pct00048
의 크기가 충분히 큰 것이 제공되면 (예를 들어, > 0.3), '544 특허에서 설명된 바와 같이, 발전기와 비선형 부하 사이의 발전기의 출력 주파수에서 0 과 180 도 지연 (부하 반사 계수의 0 에서 360 도 회전) 사이에서 변화되는 케이블 길이들을 삽입하는 것과 유사하다. 페이즈가 변화됨에 따라, 발진들은 통상적으로 저주파수 (통상적으로 < 1 kHz) 와 고주파수 (통상적으로 > 10 kHz) 발진들 사이에서 스위칭할 것이다. 안정적인 영역 (발진들이 없음) 이 발견되었다면, 저주파수 및 고주파수 발진들 사이의 경계에서 그것을 발견할 것이 예상된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 거동은 Z c 의 가장 유리한 설정에 대해 상당히 용이한 자동 탐색을 행하여야 하며 - 설정들을 변경하고 저주파수 및 고주파 발진들 사이의 트랜지션에 근접한 설정을 선정하기 때문에 발진 주파수를 모니터링할 수 있다. 완전히 안정적인 동작이 발견되지 않으면, 트랜지션에 근접하지만 트랜지션의 고주파수 측 상의 지점을 선정하는 것이 종종 허용가능한 방식으로 시스템이 기능할 수 있도록 한다. 물론 오버슈트 및 언더슈트와 같은 파형 특징들을 검토하여 Z c 에 대한 최상의 설정을 결정할 수 있다.
Figure 112020046320326-pct00049
의 각도를 변경하는 것에 부가하여,
Figure 112020046320326-pct00050
의 크기가 또한 변경되어 전체 시스템의 안정적이거나 허용가능한 동작을 야기하는 값을 탐색할 수 있다. Z c 의 결정은 예를 들어 컴퓨터에서 구현된 알고리즘 (280) 에 의해 행해질 수 있다.
여전히 도 2 를 참조하면, 시스템은 2 개의 제어기들 (265, 270) 을 포함할 수도 있다. 제어기들은 통합될 수도 있으며 본 명세서에서는 전체 시스템에서 상이한 기능들을 제공하기 때문에 단순히 별도의 제어들로서 설명된다. 제 1 제어기 (265) 는 전원에 제어 출력을 제공한다. 제 1 제어기는 2 개의 입력들 - 제 2 제어기 (270) 로부터의 설정치 및 Z c (261) 에 대하여 측정된 순방향 전력을 수신한다. 특히, 제 1 제어기 (265) 는 제 2 제어기 (270) 로부터 설정치를 수신하며, 여기서 설정치는 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 측정된 순방향 값에 대한 것이다. 제 1 제어기 (265) 는 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 측정 값이 제어기 (270) 로부터의 제 2 설정치로 향하도록 발전기의 출력을 조정한다.
제 2 제어기는 종래 전력 제어 값들을 수신한다. 즉, 제 2 제어기는 기준 지점 (255) 에서 종래 설정치 (277) 및 종래 전력 값 (276) 의 측정치를 수신한다. 종래 전력 값은 종래 임피던스 (예를 들어, 50Ω) 에 대하여 순방향 전력, 실제 전달된 전력, 전류, 전압 등일 수도 있다. 제 2 제어기는 종래의 값들을 사용하여, 종래 전력 값의 측정치를 종래 전력 설정치를 향하여 조정하기 위해 제 1 제어기에 설정치를 제공하고 이를 조정한다. 종래의 시스템은 제 1 제어기를 갖지 않을 것이며 대신 제 2 제어기가 단순히 그 출력을 제어된 전원에 제공할 것이다. 본 시스템 및 방법에서, 제 2 제어기는 대신 그 출력을 설정치로서 제 1 제어기에 제공한다. 결국, 제 1 제어기는 제 2 제어기에 제공된 종래 전력 측정들보다는 Z c 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련되거나 이에 의존하는 값의 측정치들을 수신한다. 예를 들어, 기준 지점 (255) 에서 부하 (220) 에 의해 발전기에 제시된 임피던스가 60 + j10 Ω 이고, 종래 설정치 (277) 는 기준 지점에서 200 V RMS 이고, Z c 는 30 + j40 Ω 이며, 순방향 전력과 관련된 값은
Figure 112020046320326-pct00051
이면, 제어기가 일단 설정치에서 정상 상태에 도달하면, 제 2 제어기는 200 V RMS 의 설정치 (277) 를 수신하고 200 V RMS의 측정치 (276) 를 수신하고
Figure 112020046320326-pct00052
의 설정치 (271) 를 제 1 제어기에 제공할 것이다.
제 2 제어기에 의해 제공된 설정치로 기준 임피던스 (Zc) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 값을 이동하도록 발전기 출력을 제어하는 제 1 제어기에 설정치를 제공하는 발전기 출력의 종래의 측정들에 대하여 동작하는 제 2 제어기의 효과는 다음과 같다: 발전기가 종래 설정치 (277) 에서 느린 변화들을 따르고 플라즈마 부하에 의해 발전기에 제시된 부하 임피던스에서의 느린 변화들에 대해, 발전기 출력은 종래 설정치를 따른다. 플라즈마 부하에 의해 발전기에 제시된 부하 임피던스에서의 빠른 변화들에 대해, 발전기는 기준 임피던스 (Zc) 에 대하여 계산된 순방향 전력을 일정하게 유지하는 경향이 있다. 이러한 거동은 시스템의 장점들 중 일부를 생성한다. 이러한 거동은 제어 시스템의 상이한 구성들에 의해 달성될 수 있다. 일 예에서, 느린 변화들은 주파수 도메인에서 주파수 F1 아래에 포함된 총 에너지의 절반보다 큰 전력 밀도 스펙트럼 (예를 들어, 0Hz 와 10Hz 사이와, 0Hz 와 10kHz 사이의 F1 의 값 사이) 을 갖는 변화들로 고려될 수 있으며, 빠른 변화들은 주파수 도메인에서 F1 위에 포함된 총 에너지의 절반보다 큰 전력 밀도 스펙트럼을 갖는 변화들이다.
일 예에서, Zc 에 대하여 순방향 전력과 관련된 값은 기준 지점에서의 전압 플러스 기준 지점에서 부하에 대해 흐르는 전류 (예를 들어, 기준 지점에서 발전기로부터 부하로 흐르는 전류 또는 발전기를 향해 흐르는 마이너스 전류) 의 Zc 곱의 제곱된 크기의 스칼라 곱과 동일하다. 예를 들어, Z c 가 10 + j20 이고, v 가 기준 지점에서의 전압이며, i 가 기준 지점에서 발전기로부터 부하로 흐르는 전류인 경우, 기준 지점에서 Z c 에 대하여 순방향 전력과 관련된 값은 5|v + (10+j20)i|2 일 수도 있다. 다른 예에서, Z c 에 대하여 순방향 전력과 관련된 값은 기준 지점에서의 전압 플러스 기준 지점에서 부하로부터 발전기로 흐르는 전류의 -Z c 곱의 크기의 스칼라 곱과 동일하다. 예를 들어, Z c 가 10 + j20 이고, v 가 기준 지점에서의 전압이며, i 가 기준 지점에서 부하로부터 발전기로 흐르는 전류인 경우, 기준 지점에서 Z c 에 대하여 순방향 전력과 관련된 값은
Figure 112020046320326-pct00053
일 수도 있다. 본 개시에서, Z c 에 대하여 순방향 전력과 관련된 값은, 임의의 값, x 이며, 이는 v 및 i 의 상이한 조합들에 대해 x 를 일정하게 유지하는 것이 전력 전달 시스템과 관련되는 v 및 i 의 그러한 조합들에 걸쳐 v 및 i 의 그러한 동일한 조합들에 대해
Figure 112020046320326-pct00054
를 일정하게 유지하는 것을 암시하도록 v 및 i 에 대한 수학적 연산들로부터 도출된다. 전력 전달 시스템과 관련될 수 있는 v 및 i 의 조합들의 예는
Figure 112020046320326-pct00055
및
Figure 112020046320326-pct00056
이며, 이는 전력 전달 시스템이 부하에 10 mA 와 100 A 사이의 전류를 전달하는 것으로 예상되고 부하 임피던스의 크기가 0.5 Ω 와 1000 Ω 사이인 것을 의미할 수도 있다. 따라서,
Figure 112020046320326-pct00057
와 관련된 값을 생성하기 위한
Figure 112020046320326-pct00058
에 대한 연산들의 예들은 거듭제곱에 대해 올리는 것 (예를 들어, 거듭제곱 0.5 에 대해 올림으로써 제곱근을 취하고), 스칼라에 의해 승산하는 것, 및 스칼라의 가산을 포함한다. 보다 일반적으로
Figure 112020046320326-pct00059
와 관련된 값은
Figure 112020046320326-pct00060
에 일-대-일 함수를 적용함으로써 획득될 수도 있다.
또한 페이즈의 개념이 없는 DC 발전기에 대해, DC 발전기와 플라즈마 부하 사이의 상호작용들을 변경하기 위해 동일한 원리들이 사용될 수 있다. 이 경우, v, i 및 Z c 는 실수이며, 즉 복소 기준 임피던스를 선정할 수 있는 대신, 기준 저항을 선정하는데 제한된다. 피상 소스 저항에서의 이러한 변경은 펄싱 동안 또는 설정치 (예를 들어, 전력, 전압 또는 전류) 를 턴온 또는 변경할 때 펄스 형상화, 안정성 강화를 위해 그리고 아크 핸들링 (부하 저항에서의 갑작스러운 변화에 발전기가 어떻게 응답하는지) 을 위해 유용할 수 있다. DC 발전기의 피상 소스 임피던스는 반응성 소스 임피던스를 에뮬레이팅함으로서 추가로 수정될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 (C) 와 병렬인 저항 (R) 및 인덕턴스 (L) 과 직렬의 조합으로 구성된 소스 임피던스는 제어 시스템으로 다음을 일정하게 유지함으로써
Figure 112020046320326-pct00061
제어 시스템 대역폭 내에서 에뮬레이팅될 수 있다.
Z c 의 값은 상이한 목표들을 달성하기 위해 변경될 수도 있다. 예를 들어, Z c 는 발전기의 출력의 시작에서 하나의 값을 가질 수도 있어서 시간의 함수로서 전력의 형상을 제어하여 점화를 강화하고 그 후 상이한 값으로 스위칭하여 플라즈마가 일단 점화되면 안정성을 달성한다. 변조된 파형들을 생성 (예를 들어, 2 개의 상이한 전력 레벨들 사이의 펄싱 또는 반복 주기로 파형을 반복) 하는 발전기들에 대해, Zc 는 변조된 파형과의 동기화에 있어서 변경될 수도 있다.
도 3 으로 돌아가면, 현재 개시된 기술의 다양한 동작들을 수행하도록 배열된 동작 유닛들 (302-308) 을 포함하는 전자 디바이스 (300) 가 나타나 있다. 디바이스 (300) 의 동작 유닛들 (302-308) 은 본 개시의 원리들을 수행하기 위해 하드웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해 구현된다. 당업자는 도 3 에 설명된 동작 유닛들 (302-308) 이 본 개시의 원리들을 구현하기 위해 서브-블록들로 조합 또는 분리될 수도 있으며, 모든 유닛들이 구현에 포함되는 것은 아님을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서의 설명은 동작 유닛들 (302-308) 의 임의의 가능한 조합 또는 분리 또는 추가 정의를 지원한다.
일 구현에서, 전자 디바이스 (300) 는 그래픽 사용자 인터페이스와 같은 정보를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 유닛 (302), 및 디스플레이 유닛 (302) 과 통신하는 프로세싱 유닛 (304), 및 하나 이상의 입력 디바이스들 또는 시스템들로부터 데이터를 수신하도록 구성된 입력 유닛 (306) 을 포함한다. 본 명세서에 설명된 다양한 동작들은 디스플레이 유닛 (302) 을 사용하여 디스플레이하기 위한 정보를 출력하기 위해 입력 유닛 (306) 에 의해 수신된 데이터를 사용하여 프로세싱 유닛 (304) 에 의해 구현될 수도 있다. 제어기가 디스플레이 유닛을 포함하지 않을 수도 있다.
또한, 일 구현에서, 전자 디바이스 (300) 는 도 2 와 관련하여 설명된 동작들을 구현하는 유닛들을 포함한다. 예를 들어, 동작들 (260 및 270) 은 측정 유닛 (508) 에 의해 구현될 수도 있는 산출에 의해 수행될 수도 있고 동작들 (406-412) 은 유닛 (308) 으로 구현될 수도 있다. 일부 구현들에서, 산출 유닛 (308) 은 Zc 의 값을 결정 또는 조정하기 위한 다양한 동작들을 추가로 구현한다.
도 4 를 참조하여, 본 명세서에서 논의된 다양한 시스템들 및 방법들을 구현할 수도 있는 하나 이상의 컴퓨팅 유닛들을 갖는 일 예의 컴퓨팅 시스템 (400) 의 상세한 설명이 제공된다. 컴퓨팅 시스템 (400) 은 제어기 또는 제어기들, 측정 시스템, 도 2 의 동일하거나 모든 기능들을 통합하는 임피던스 매칭 시스템, 산출 유닛, 도 2 의 시스템 및 방법과 관련된 다른 컴퓨팅 또는 디바이스들에 적용가능할 수도 있다. 이들 디바이스들의 특정 구현들은 본 명세서에서 구체적으로 전부 논의되지는 않지만 당업자에 의해 이해될 상이한 가능한 특정 컴퓨팅 아키텍처들일 수도 있음을 알 것이다.
컴퓨터 시스템 (400) 은 컴퓨터 프로세서를 실행하기 위해 컴퓨터 프로그램 제품을 실행할 수 있는 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 데이터 및 프로그램 파일들은 컴퓨터 시스템 (400) 에 입력될 수도 있으며, 이는 파일들을 판독하고 그 내부의 프로그램들을 실행한다. 하나 이상의 하드웨어 프로세서들 (402), 하나 이상의 데이터 저장 디바이스들 (404), 하나 이상의 메모리 디바이스들 (408) 및/또는 하나 이상의 포트들 (408-410) 을 포함하는 컴퓨터 시스템 (400) 의 일부 엘리먼트들이 도 4 에 나타나 있다. 부가적으로, 당업자에 의해 인식될 다른 엘리먼트들은 컴퓨팅 시스템 (400) 에 포함될 수도 있지만 도 4 에 명시적으로 도시되거나 본 명세서에서 추가로 논의되지 않는다. 컴퓨터 시스템 (400) 의 다양한 엘리먼트들은 하나 이상의 통신 버스들, 포인트-투-포인트 통신 경로들, 또는 도 4 에 명시적으로 도시되지 않은 다른 통신 수단을 통해 서로 통신할 수도 있다.
프로세서 (402) 는 예를 들어, 중앙 프로세싱 유닛 (CPU), 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 및/또는 하나 이상의 내부 레벨들의 캐시를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 프로세서들 (402) 이 있을 수도 있어서, 프로세서 (402) 는 단일 중앙 프로세싱 유닛, 또는 병렬 프로세싱 환경으로서 보통 지칭되는, 명령들을 실행하고 서로 병렬로 동작들을 수행할 수 있는 복수의 프로세싱 유닛들을 포함한다.
컴퓨터 시스템 (400) 은 종래의 컴퓨터, 분산 컴퓨터, 또는 클라우드 컴퓨팅 아키텍처를 통해 이용가능한 하나 이상의 외부 컴퓨터들과 같은 임의의 다른 타입의 컴퓨터일 수도 있다. 현재 설명된 기술은 옵션으로 데이터 저장 디바이스(들)(404) 에 저장되고, 메모리 디바이스(들)(406) 에 저장되고, 및/또는 하나 이상의 포트들 (408-410) 을 통해 통신되는 소프트웨어에서 구현됨으로써, 도 4 의 컴퓨터 시스템 (400) 을 본 명세서에 설명된 동작들을 구현하기 위한 특수 목적 머신으로 변환한다.
하나 이상의 데이터 저장 디바이스들 (404) 은 컴퓨팅 시스템 (400) 의 다양한 컴포넌트들을 관리하는 오퍼레이팅 시스템 (OS) 및 애플리케이션 프로그램들 양자 모두의 명령들을 포함할 수도 있는, 컴퓨터 프로세스를 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령들과 같은, 컴퓨팅 시스템 (400) 내에서 생성되거나 채용된 데이터를 저장할 수 있는 임의의 비휘발성 데이터 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 데이터 저장 디바이스 (404) 는 자기 디스크 드라이브들, 광학 디스크 드라이브들, 고체 상태 드라이브들 (SSD들), 플래시 드라이브들 등을 제한 없이 포함할 수도 있다. 데이터 저장 디바이스들 (404) 은 하나 이상의 데이터베이스 관리 제품들, 웹 서버 제품들, 애플리케이션 서버 제품들, 및/또는 다른 부가 소프트웨어 컴포넌트들을 포함하는, 그러한 컴퓨터 프로그램 제품들로 유선 또는 무선 네트워크 아키텍처를 통해 이용가능하게 되는 탈착식 데이터 저장 매체들, 비탈착식 데이터 저장 매체들, 및/또는 외부 저장 디바이스들을 포함할 수도 있다. 탈착식 데이터 저장 매체들의 예들은 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리 (Compact Disc Read-Only Memory; CD-ROM), 디지털 다기능 디스크 판독 전용 메모리 (Digital Versatile Disc Read-Only Memory; DVD-ROM), 자기-광학 디스크들, 플래시 드라이브들 등을 포함한다. 비탈착식 데이터 저장 매체들의 예들은 내부 자기 하드 디스크들, SSD들 등을 포함한다. 하나 이상의 메모리 디바이스들 (406) 은 휘발성 메모리 (예를 들어, 동적 랜덤 액세스 메모리 (DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리 (SRAM) 등) 및/또는 비휘발성 메모리 (예를 들어, 판독 전용 메모리 (ROM), 플래시 메모리 등) 를 포함할 수도 있다.
현재 설명된 기술에 따라 시스템들 및 방법을 실시하기 위한 메커니즘을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품들은 머신 판독가능 매체들로 지칭될 수도 있는 데이터 저장 디바이스들 (404) 및/또는 메모리 디바이스들 (406) 에 상주할 수도 있다. 머신-판독가능 매체들은 머신에 의한 실행을 위해 본 개시의 동작들 중 임의의 하나 이상의 동작들을 수행하기 위한 명령들을 저장 또는 인코딩할 수 있거나 또는 그러한 명령들에 의해 활용되거나 또는 이 명령들과 연관된 데이터 구조들 및/또는 모듈들을 저장 또는 인코딩할 수 있는 임의의 유형의 비일시적 매체를 포함할 수도 있다. 머신 판독가능 매체들은 하나 이상의 실행가능 명령들 또는 데이터 구조들을 저장하는 단일 매체 또는 다중 매체들 (예를 들어, 중앙집중형 또는 분산형 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들) 을 포함할 수도 있다.
일부 구현들에서, 컴퓨터 시스템 (400) 은 다른 컴퓨팅, 네트워크 또는 차량 디바이스들과 통신하기 위한 입력/출력 (I/O) 포트 (408) 및 통신 포트 (410) 와 같은 하나 이상의 포트들을 포함한다. 포트들 (408-410) 은 결합되거나 분리될 수도 있고 더 많거나 더 적은 포트들이 컴퓨터 시스템 (400) 에 포함될 수도 있음을 알 것이다.
I/O 포트 (408) 는 정보가 컴퓨팅 시스템 (400) 에 입력되거나 이로부터 출력되는 I/O 디바이스 또는 다른 디바이스에 접속될 수도 있다. 이러한 I/O 디바이스들은 하나 이상의 입력 디바이스들, 출력 디바이스들, 및/또는 환경 트랜스듀서 디바이스들을 제한없이 포함할 수도 있다.
일 구현에서, 입력 디바이스들은 인간 음성, 물리적 움직임, 물리적 터치 또는 가압 등과 같은 인간-생성 신호를 I/O 포트 (408) 를 통해 컴퓨팅 시스템 (400) 으로의 입력 데이터로서 전기 신호들로 변환한다. 유사하게, 출력 디바이스들은 I/O 포트 (408) 를 통해 컴퓨팅 시스템 (400) 으로부터 수신된 전기 신호들을 사운드, 광, 및/또는 터치와 같은 인간에 의한 출력으로서 센싱될 수도 있는 신호들로 변환할 수도 있다. 입력 디바이스는 정보 및/또는 커맨드 선택들을 I/O 포트 (408) 를 통해 프로세서 (402) 에 통신하기 위한 영숫자 및/또는 다른 키들을 포함하는, 영숫자 입력 디바이스일 수도 있다.
일 구현에서, 통신 포트 (410) 는 컴퓨터 시스템 (400) 이 본 명세서에서 제시된 방법들 및 시스템을 실행할 뿐만 아니라 정보 및 이에 의해 결정된 네트워크 구성 변화들을 송신하는데 유용한 네트워크 데이터를 수신할 수도 있다. 다르게 말하면, 통신 포트 (410) 는 컴퓨터 시스템 (400) 을 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 네트워크들 또는 접속들에 의해 컴퓨팅 시스템 (400) 과 다른 디바이스들 사이에서 정보를 송신 및/또는 수신하도록 구성된 하나 이상의 통신 인터페이스 디바이스들에 접속시킨다. 이러한 네트워크들 또는 접속들의 예들은 USB (Universal Serial Bus), 이더넷, Wi-Fi, Bluetooth®, NFC (Near Field Communication), LTE (Long-Term Evolution) 등을 제한 없이 포함한다. 하나 이상의 이러한 통신 인터페이스 디바이스들은, 직접 포인트-투-포인트 통신 경로를 통해, 광역 네트워크 (WAN)(예를 들어, 인터넷) 을 통해, 로컬 영역 네트워크 (LAN) 를 통해, 셀룰러 (예를 들어, 3 세대 (3G) 또는 4 세대 (4G)) 네트워크를 통해, 또는 다른 통신 수단을 통해, 하나 이상의 다른 머신들과 통신하도록 통신 포트 (410) 를 경유하여 활용될 수도 있다. 또한, 통신 포트 (410) 는 전자기 신호 송신 및/또는 수신을 위해 안테나 또는 다른 링크와 통신할 수도 있다.
예시의 구현에서, 건강 데이터, 공기 필터 데이터, 및 소프트웨어 및 다른 모듈들 및 서비스들은 데이터 저장 디바이스들 (404) 및/또는 메모리 디바이스들 (406) 에 저장되고 프로세서 (402) 에 의해 실행되는 명령들에 의해 구현될 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (400) 은 도 2 에 나타낸 시스템과 통합되거나 그렇지 않으면 그 부분을 형성할 수도 있다.
도 4 에 기술된 시스템은 본 개시의 양태들에 따라 채용되거나 구성될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 가능한 예일 뿐이다. 컴퓨팅 시스템 상에서 현재 개시된 기술을 구현하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령들을 저장하는 다른 비일시적인 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체들이 활용될 수도 있음을 알 것이다.
본 개시에서, 개시된 방법들은 디바이스에 의해 판독가능한 소프트웨어 또는 명령들의 세트들로서 구현될 수도 있다. 또한, 개시된 방법들에 있어서 단계들의 특정 순서 또는 계위는 예시의 접근법들의 예들임이 이해된다. 설계 선호도들에 기초하여, 방법에서의 단계들의 특정 순서 또는 계위는 개시된 청구물 내의 여전히 있으면서 재배열될 수도 있음이 이해된다. 첨부의 방법 청구항들은 다양한 단계들의 엘리먼트들을 샘플 순서로 제시하며, 반드시 제시된 특정 순서 또는 계위에 제한되는 것으로 의미되지는 않는다.
설명된 개시는 본 개시에 따른 프로세스를 수행하기 위해 컴퓨터 시스템 (또는 다른 전자 디바이스들) 을 프로그램하는데 사용될 수도 있는 명령들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공될 수도 있다. 머신 판독가능 매체는 머신 (예를 들어, 컴퓨터) 에 의해 판독가능한 형태 (예를 들어, 소프트웨어, 프로세싱 애플리케이션) 로 정보를 저장하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 머신 판독가능 매체는 자기 저장 매체, 광학 저장 매체; 자기-광학 저장 매체, 판독전용 메모리 (ROM); 랜덤 액세스 메모리 (RAM); 소거가능 프로그램가능 메모리 (예를 들어, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 다른 타입의 매체를 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 개시가 다양한 구현들을 참조하여 설명되었지만, 이들 구현들은 예시적인 것이며 본 개시의 범위가 이들로 제한되는 것은 아님을 이해할 것이다. 다양한 변형들, 수정들, 부가들 및 개선들이 가능하다. 보다 일반적으로, 본 개시에 따른 실시형태들은 특정 구현들의 맥락에서 설명되었다. 기능성은 본 개시의 다양한 실시형태들에서 상이하게 블록들로 분리되거나 결합될 수도 있고 또는 상이한 용어로 설명될 수도 있다. 이들 및 다른 변형들, 수정들, 부가들 및 개선들은 개시물이 범위 내에 있을 수도 있다.

Claims (61)

  1. 부하에 접속된 발전기를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 발전기의 출력을 조정하는 단계로서, 상기 출력을 조정하는 단계에 응답하여, 기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 제 1 측정 값 (M1) 이 M1 에 대한 제 1 설정치 (S1) 로 향하는, 상기 발전기의 출력을 조정하는 단계; 및
    발전기 출력의 종래 측정의 제 2 측정 값 (M2) 을 M2 에 대한 제 2 설정치 (S2) 를 향해 조정하기 위해 S1 을 조정하는 단계를 포함하는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 상기 순방향 전력은 다음과 같고,
    Figure 112021118155468-pct00091

    식중 v 는 기준 지점에서의 전압이고 i 는 상기 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 상기 제 1 측정 값 (M1) 은 임의의 값 x 이며, x 는 v 및 i 의 상이한 조합들에 대해 x 를 일정하게 유지하는 것이, 상기 부하로의 전력 전달과 관련되는 v 및 i 의 모든 조합들에 대한 v 및 i 의 그러한 동일한 조합들에 대해 |v+ Z c i| 를 일정하게 유지하는 것을 암시하도록 v 및 i 에 대한 수학적 연산들로부터 도출되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 상기 제 1 측정 값 (M1) 은
    Figure 112020046320326-pct00063
    와 동일하고, 식중 f 는 임의의 일-대-일 함수인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    발전기 출력의 종래 측정의 상기 제 2 측정 값 (M2) 은 50Ω 또는 75Ω 에 대하여 계산된 전압, 전류, 전달된 전력, 또는 순방향 전력 중 하나인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하와 상기 발전기의 출력 사이에 있는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하가 상기 발전기로부터 있는 것보다 상기 발전기로부터 더 멀리 있거나 또는 상기 발전기가 상기 부하로부터 있는 것보다 상기 부하로부터 더 멀리 있도록 수학적으로 확장되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    Z c 는 조정가능한, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    Z c 는 안정성을 개선하기 위해 조정되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    Z c 는 다음과 같은 Z c 를 설정함으로써 확립되고,
    Figure 112020046320326-pct00064

    식중
    Figure 112020046320326-pct00065
    는 0 과 1 사이의 크기를 갖는 복소수이고,
    Figure 112020046320326-pct00066
    의 각도는 0°에서 360°까지 변화되며, Z c 는 상기 부하로의 전력 전달에서의 임의의 발진들의 주파수에 기초하여 그리고 발진 주파수에서 급격한 변화가 있는 동작의 안정적인 영역들에 기초하여 확립되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 부하는 플라즈마 부하이고 Z c 는 플라즈마 점화를 개선하기 위해 조정되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전기는 무선 주파수 발전기이고 Z c 는 복소 값들을 취할 수 있는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전기는 직류 발전기이고 Z c 는 실수 값들로 한정되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    Figure 112020046320326-pct00067
    이고, 식중 Z 0 는 전력을 전도하는데 사용된 동축 케이블들의 특성 임피던스인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    Z 0 = 50 인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  16. 부하와 커플링된 발전기를 제어하기 위한 방법으로서,
    발전기 출력의 종래 측정에 대한 설정치를 수신하는 단계;
    상기 발전기의 전력 출력을 제어하여:
    발전기 출력의 종래 측정이 상기 설정치에서의 느린 변화들에 대해 그리고 상기 부하가 상기 발전기에 제시하는 임피던스에서의 느린 변화들에 대해 상기 설정치로 향하고, 그리고
    상기 부하가 상기 발전기에 제시하는 상기 임피던스에서의 빠른 변화들에 대해, 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력이 일정하게 유지되는 경향이 있도록 하는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 순방향 전력은 다음과 같고,
    Figure 112021118155468-pct00092

    식중 v 는 기준 지점에서의 전압이고 i 는 상기 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 느린 변화들은 주파수 도메인에서 주파수 F1 아래에 포함된 총 에너지의 절반보다 큰 전력 밀도 스펙트럼을 갖는 변화들이고 상기 빠른 변화들은 주파수 도메인에서 F1 위에 포함된 총 에너지의 절반보다 큰 전력 밀도 스펙트럼을 갖는 변화들인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    F1 은 10Hz 와 10kHz 사이의 값인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 발전기 출력의 종래 측정은 50Ω 또는 75Ω 에 대하여 계산된 전압, 전류, 전달된 전력, 또는 순방향 전력 중 하나인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하와 상기 발전기의 출력 사이에 있는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하가 상기 발전기로부터 있는 것보다 상기 발전기로부터 더 멀리 있거나 또는 상기 발전기가 상기 부하로부터 있는 것보다 상기 부하로부터 더 멀리 있도록 수학적으로 확장되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  23. 제 16 항에 있어서,
    Z c 는 조정가능한, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    Z c 는 안정성을 개선하기 위해 조정되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    Z c 는 다음과 같은 Z c 를 설정함으로써 확립되고,
    Figure 112020046320326-pct00069

    식중
    Figure 112020046320326-pct00070
    는 0 과 1 사이의 크기를 갖는 복소수이고,
    Figure 112020046320326-pct00071
    의 각도는 0°에서 360°까지 변화되며, Z c 는 상기 부하로의 전력 전달에서의 임의의 발진들의 주파수에 기초하여 그리고 발진 주파수에서 급격한 변화가 있는 동작의 안정적인 영역들에 기초하여 확립되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 부하는 플라즈마 부하이고 Z c 는 플라즈마 점화를 개선하기 위해 조정되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 발전기는 무선 주파수 발전기이고 Z c 는 복소 값들을 취할 수 있는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 발전기는 직류 발전기이고 Z c 는 실수 값들로 한정되는, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  29. 제 16 항에 있어서,
    Figure 112020046320326-pct00072
    이고, 식중 Z 0 는 전력을 전도하는데 사용된 동축 케이블들의 특성 임피던스인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    Z 0 = 50 인, 발전기를 제어하기 위한 방법.
  31. 부하에 커플링된 전력 공급기로서,
    발전기;
    기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 값의 제 1 설정치 (S1) 및 상기 기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 상기 순방향 전력과 관련된 값의 측정치 (M1) 를 사용하는 제 1 제어기로서, 상기 제 1 제어기는 M1 이 S1 을 향하도록 상기 발전기의 출력을 조정하는, 상기 제 1 제어기; 및
    발전기 출력의 종래 측정에 대한 제 2 설정치 (S2) 및 상기 발전기 출력의 종래 측정의 측정치 (M2) 를 사용하는 제 2 제어기로서, 상기 제 2 제어기는 S2 를 향하여 M2 를 조정하기 위해 상기 제 1 제어기에 대한 상기 제 1 설정치 (S1) 를 조정하는, 상기 제 2 제어기를 포함하는, 전력 공급기.
  32. 제 31 항에 있어서,
    기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 상기 순방향 전력은 다음과 같고,
    Figure 112021118155468-pct00093

    식중 v 는 기준 지점에서의 전압이고 i 는 상기 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류인, 전력 공급기.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 측정치 (M1), 및 상기 발전기 출력의 종래 측정의 측정치 (M2) 를 제공하는 측정 시스템을 더 포함하는, 전력 공급기.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 값은 임의의 값, x 이고, x 는 v 및 i 의 상이한 조합들에 대해 x 를 일정하게 유지하는 것이, 상기 부하로의 전력 전달과 관련되는 v 및 i 의 모든 조합들에 대한 v 및 i 의 그러한 동일한 조합들에 대해 |v+ Z c i| 를 일정하게 유지하는 것을 암시하도록 v 및 i 에 대한 수학적 연산들로부터 도출되는, 전력 공급기.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력과 관련된 값은
    Figure 112020046320326-pct00074
    와 동일하고, 식중 f 는 임의의 일-대-일 함수인, 전력 공급기.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 발전기 출력의 종래 측정은 50Ω 또는 75Ω 에 대하여 계산된 전압, 전류, 전달된 전력, 또는 순방향 전력 중 하나인, 전력 공급기.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하와 상기 발전기의 출력 사이에 있는, 전력 공급기.
  38. 제 32 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하가 상기 발전기로부터 있는 것보다 상기 발전기로부터 더 멀리 있거나 또는 상기 발전기가 상기 부하로부터 있는 것보다 상기 부하로부터 더 멀리 있도록 수학적으로 확장되는, 전력 공급기.
  39. 제 31 항에 있어서,
    Z c 는 조정가능한, 전력 공급기.
  40. 제 39 항에 있어서,
    Z c 는 안정성을 개선하기 위해 조정되는, 전력 공급기.
  41. 제 40 항에 있어서,
    Z c 는 다음과 동일한 Z c 를 설정함으로써 확립되고,
    Figure 112020046320326-pct00075

    식중
    Figure 112020046320326-pct00076
    는 0 과 1 사이의 크기를 갖는 복소수이고,
    Figure 112020046320326-pct00077
    의 각도는 0°에서 360°까지 변화되고, Z c 는 상기 부하로의 전력 전달에서의 임의의 발진들의 주파수에 기초하여 그리고 발진 주파수에서 급격한 변화가 있는 동작의 안정적인 영역들에 기초하여 확립되는, 전력 공급기.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 부하는 플라즈마 부하이고 Z c 는 플라즈마 점화를 개선하기 위해 조정되는, 전력 공급기.
  43. 제 31 항에 있어서,
    상기 발전기는 무선 주파수 발전기이고 Z c 는 복소 값들을 취할 수 있는, 전력 공급기.
  44. 제 31 항에 있어서,
    상기 발전기는 직류 발전기이고 Z c 는 실수 값들로 한정되는, 전력 공급기.
  45. 제 31 항에 있어서,
    Figure 112020046320326-pct00078
    이고, 식중 Z 0 는 전력을 전도하는데 사용된 동축 케이블들의 특성 임피던스인, 전력 공급기.
  46. 제 45 항에 있어서,
    Z 0 = 50 인, 전력 공급기.
  47. 부하에 커플링된 전력 공급기로서,
    발전기;
    상기 발전기를 제어하기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 발전기 출력의 종래 측정에 대한 설정치를 수신하고 상기 발전기로부터의 전력 출력을 제어하여:
    발전기 출력의 종래 측정이 상기 설정치에서의 느린 변화들에 대해 그리고 상기 부하가 상기 발전기에 제시하는 임피던스에서의 느린 변화들에 대해 상기 설정치로 향하고, 그리고
    상기 부하가 상기 발전기에 제시하는 상기 임피던스에서의 빠른 변화들에 대해, 기준 임피던스 (Z c ) 에 대하여 계산된 순방향 전력이 일정하게 유지되는 경향이 있도록 하는, 전력 공급기.
  48. 제 47 항에 있어서,
    기준 임피던스 (Zc ) 에 대하여 계산된 상기 순방향 전력은 다음과 같고,
    Figure 112021118155468-pct00094

    식중 v 는 기준 지점에서의 전압이고 i 는 상기 기준 지점에서의 부하에 대해 흐르는 전류인, 전력 공급기.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 느린 변화들은 주파수 도메인에서 주파수 F1 아래에 포함된 총 에너지의 절반보다 큰 전력 밀도 스펙트럼을 갖는 변화들이고 상기 빠른 변화들은 주파수 도메인에서 F1 위에 포함된 총 에너지의 절반보다 큰 전력 밀도 스펙트럼을 갖는 변화들인, 전력 공급기.
  50. 제 49 항에 있어서,
    F1 은 10Hz 와 10kHz 사이의 값인, 전력 공급기.
  51. 제 47 항에 있어서,
    상기 발전기 출력의 종래 측정은 50Ω 또는 75Ω 에 대하여 계산된 전압, 전류, 전달된 전력, 또는 순방향 전력 중 하나인, 전력 공급기.
  52. 제 48 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하와 상기 발전기의 출력 사이에 있는, 전력 공급기.
  53. 제 48 항에 있어서,
    상기 기준 지점은 상기 부하가 상기 발전기로부터 있는 것보다 상기 발전기로부터 더 멀리 있거나 또는 상기 발전기가 상기 부하로부터 있는 것보다 상기 부하로부터 더 멀리 있도록 수학적으로 확장되는, 전력 공급기.
  54. 제 47 항에 있어서,
    Z c 는 조정가능한, 전력 공급기.
  55. 제 54 항에 있어서,
    Z c 는 안정성을 개선하기 위해 조정되는, 전력 공급기.
  56. 제 55 항에 있어서,
    Z c 는 다음과 같은 Z c 를 설정함으로써 확립되고,
    Figure 112020046320326-pct00080

    식중
    Figure 112020046320326-pct00081
    는 0 과 1 사이의 크기를 갖는 복소수이고,
    Figure 112020046320326-pct00082
    의 각도는 0°에서 360°까지 변화되고, Z c 는 상기 부하로의 전력 전달에서의 임의의 발진들의 주파수에 기초하여 그리고 발진 주파수에서 급격한 변화가 있는 동작의 안정적인 영역들에 기초하여 확립되는, 전력 공급기.
  57. 제 54 항에 있어서,
    상기 부하는 플라즈마 부하이고 Z c 는 플라즈마 점화를 개선하기 위해 조정되는, 전력 공급기.
  58. 제 47 항에 있어서,
    상기 발전기는 무선 주파수 발전기이고 Z c 는 복소 값들을 취할 수 있는, 전력 공급기.
  59. 제 47 항에 있어서,
    상기 발전기는 직류 발전기이고 Z c 는 실수 값들로 한정되는, 전력 공급기.
  60. 제 47 항에 있어서,
    Figure 112020046320326-pct00083
    이고,
    식중 Z 0 는 전력을 전도하는데 사용된 동축 케이블들의 특성 임피던스인, 전력 공급기.
  61. 제 60 항에 있어서,
    Z 0 = 50 인, 전력 공급기.
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