KR20040025856A - 바이폴러 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법 - Google Patents

바이폴러 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법 Download PDF

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Abstract

펄스 모드의 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법이 제공되며, 이온화 시스템은 양 및 음의 전원을 갖는다. 양 및 음의 전원의 출력의 듀티 사이클 및 오버랩이 제어되고, 원하는 오프셋 전압을 달성하는 오버랩이 결정된다. 오프셋 전압 및 대응하는 오버랩은 메모리에 저장된다. 양 및 음의 전원의 듀티 사이클 및 오버랩은 저장된 오프셋 전압 비교에 기초하여 원하는 오프셋 전압을 달성하도록 제어된다.

Description

바이폴러 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법{METHOD OF OFFSET VOLTAGE CONTROL FOR BIPOLAR IONIZATION SYSTEMS}
본 출원은 "바이폴러 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법(Method of Offset Voltage Control for Bipolar Ionization Systems}"의 명칭으로 2002년 9월 20일에 출원된 미국 가출원 60/412,237의 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 바이폴러 이온화 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 바이폴러 펄스 모드의 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법에 관한 것이다.
공기 이온화는 비전도 물질 및 절연 전도체 상에서 정전하를 제거하기 위한 가장 효과적인 방법이다. 공기 이온화기(ionizer)는 공기에서 전하의 이동 캐리어의 역할을 하는 주변 대기에 대량의 양이온 및 음이온을 생성한다. 이온이 공기에 흐를 때, 이온은 반대의 대전 입자 및 표면에 끌려진다. 정전기적으로 대전된 표면의 중성화는 상기 과정을 통해 빠르게 달성될 수 있다.
공기 이온화는 코로나 방전(corona discharge)으로 알려진 과정으로 이온을 생성하는 전기 이온화기를 사용하여 수행될 수 있다. 전기 이온화기는 주변 공기의 절연 내력(dielectric strength)을 극복할 때까지 사프 포인트(sharp point) 주위에 전기장을 강화시킴으로써 이러한 과정을 통해 공기 이온을 생성한다. 전자가 전극으로부터 주변 공기로 흐를 때 음의 코로나가 발생한다. 전자가 공기 분자로부터 전극으로 흐르게 되는 결과, 양의 코로나가 발생한다.
주어진 출력의 이온화기로부터 정전하에서의 최대로 가능한 감소를 달성하기 위해, 이온화기는 동일한 양의 양이온 및 음이온을 발생시켜야 한다. 즉, 이온화기의 출력은 "균형(balanced)"을 이루어야 한다. 이온화기가 균형을 이루지 않으면, 절연 전도체 및 절연체는 대전될 수 있어서, 이온화기는 해결한 것보다 더 많은 문제를 발생시킨다. 이온화기는 전원 드리프트(power supply drift), 하나의 극성의 전원 고장, 전극의 오염, 또는 전극의 열화로 인해 균형을 이루지 않을 수 있다. 더욱이, 이온화기의 출력은 균형을 이룰 수 있지만, 총 이온 출력은 시스템 성분의 열화로 인해 원하는 레벨 아래로 떨어질 수 있다.
전하 플레이트 모니터(charge plate monitor)는 일반적으로 전기 이온화기의 실제 균형을 교정하고 주기적으로 측정하는데 사용되는데, 그 이유는 작업 공간에서의 실제 균형이 이온화기의 센서에 의해 검출된 균형과 다를 수 있기 때문이다.전하 플레이트 모니터는 정전하 감쇠 시간(decay time)을 주기적으로 측정하는데 또한 사용된다. 감쇠 시간이 너무 느리거나 너무 빠르면, 이온 출력은 미리 설정된 이온 전류값을 증가시키거나 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 이러한 조정은 일반적으로 2개의 트림 전위차계(trim potentiometer)(하나는 양이온 생성을 위한 것이고, 다른 하나는 음이온 생성을 위한 것이다)를 조정하여, 또는 이온 전류 기준값을 표시하는 소프트웨어에 저장된 값을 조정함으로써 수행된다. 주기적인 감쇠 시간 측정이 필요한데, 그 이유는 작업 공간에서의 실제 이온 출력이 이온화기에서 설정된 이온 출력 전류값에 대해 예측된 이온 출력과 반드시 동일할 필요가 없기 때문이다.
일반적으로 룸(room) 이온화 시스템은 단일 제어기에 연결된 복수의 전기 이온화기를 포함한다. 종래의 룸 이온화 시스템은 단일 라인에 의해 연쇄(daisy-chain) 방식으로 마스터 제어기에 연결된 복수의 천장형(ceiling-mounted) 이미터 모듈{또한, "포드(pod)"로 언급됨}을 포함할 수 있다.
전형적으로, 센서는 이온화 시스템의 안정 상태 직류 전류(DC) 동작에 의해 생성된 오프셋 전압을 제어하기 위해 룸 시스템 또는 소형 환경(mini environment) 이온화기와 연계하여 사용된다. 안정 상태 DC 동작은 독립적인 양의 핀(pin) 및 음의 핀으로부터 양쪽 극성의 이온의 일정한 생성을 수반한다. 이러한 경우에, 오프셋 전압은 이온화 시스템의 존재시 절연 전도체 상에 전개하는 전압이다. 전하 플레이트 모니터는 이온화 시스템의 오프셋 전압을 결정하는데 사용된다. 이러한 유형의 응용에 사용된 센서는 본질적으로 무한한 입력 임피던스를 갖도록 시도하여,오프셋 전압의 음의 피드백 제어를 위한 오프셋 전압을 정밀히 측정한다. 대안적으로, 센서는 이온화기에 의해 생성된 전류를 샘플링한다(sample). 일반적으로, 최종 사용자는 특정한 과정 또는 과정들의 성공을 위해 결정적인 몇몇 임계치 내까지 오프셋 전압을 제어하도록 시도한다.
주어진 환경에서 오프셋 전압을 제어하는 것은 점점 더 중요하게 되고 있다. 많은 현재의 반도체 디바이스/웨이퍼 및 디스크 드라이브 헤드(자이언트 자기 저항 즉 GMR 헤드) 등은 더 낮은 전압 전위에서 정전기 방전(ESD)의 영향을 받기 쉽다. 예를 들어, 그러한 디바이스는 약 100V의 전압에 의해 손상을 입을 수 있어서, 제품 손상 및 오동작을 피하기 위해 50V 또는 그 이하로 제어하는 것에 관심을 가질 수 있다.
펄싱 시스템(pulsing system)은 전하 중성화의 속도 측정치인 양호한 전하 감쇠 시간을 제공하고, 불량하거나 부적당한 기류를 갖는 환경에 유용하다. 그러나, 종래의 대부분의 펄싱 시스템은 펄스 모드 동작 동안 오프셋 전압을 한정시키려는 시도를 하지 않는다. 그 결과, 펄스 시간 및 출력 레벨은 과도한 오프셋 전압 변동(swing) 레벨을 발생시키지 않고도 원하는 전하 감쇠 시간을 달성하도록 조심스럽게 선택되어야 한다. 도 1a에 도시된 그러한 종래의 하나의 시스템에서, 매우 큰 오프셋 전압 변동을 발생시키기 때문에 긴 펄스 시간을 이용하는 것이 매우 어렵다. 오프셋 전압은 디바이스 손상이 발생하지 않도록 허용가능한 한계 내에 유지되어야 한다. 펄스 모드 시스템에서 생성된 원하지 않는 오프셋 전압 변동은, 양의 펄스 및 음의 펄스 동안, 하나의 이온화 극성만이 제공되도록 이루어진다. 그 결과로서 생기는 이온화의 스트림은 절연 전도체 상에서 측정될 수 있는 오프셋 전압 변동을 생성한다. 이 변동을 한정시키기 위해, 최종 사용자는 펄스 이온화 시스템의 출력을 더 낮은 레벨로 조정하거나, 동일한 결과를 달성하는 펄스 시간을 선택해야 한다. 어느 경우에나, 전하 감쇠 기간은 더 길어질 수 있는데, 이것은 바람직스럽지 않은 부작용이다.
도 1b는, 종래의 몇몇 시스템이 오프셋 전압 변동을 한정하기 위해 교호 극성(alternate polarity)의 펄스 사이에서 "오프-시간"을 이용하는 것을 도시한다. 사실상, 이러한 기술은 몇몇 단점을 갖는다. 일반적으로 이온화를 제공하는데 사용된 고전압 전원은 연관된 긴 시간 상수를 갖는데, 이것은 빠른 차단(shut down) 또는 실행된 턴 오프를 달성하는 것을 어렵게 만든다. "오프-시간" 기술에서, 고전압 전원으로의 입력이 감소하지만, 출력은 이온화를 계속해서 발생시키고, 그 결과, 오프셋 전압에서 여전히 대응하는 증가가 일어난다. 더욱이, 시스템이 사용하는 "오프-시간"의 지속기간은 "오프-시간"을 사용하는 그러한 시스템의 전체 이온 출력을 또한 감소시킨다. 궁극적으로, 이온화 시스템은 이온을 발생시키도록 설치되므로, 이것은 명백한 결점이다. 따라서, 도 1b에 도시된 기술은 상기 환경에서 더 낮은 전체 이온 밀도를 발생시키는 고유한 단점을 갖는다.
사용자 지정 한계 내에서 펄스 모드 이온화로 생성되는 한편, 더 적당하거나 보다 더 적당한 전하 감쇠 시간을 갖는 오프셋 전압을 제어하는 방법이 필요하지만, 종래의 이온화 시스템에 의해서는 제공되지 않는다. 더욱이, 양의 셋포인트(setpoint) 및 음의 셋포인트에 대해 번갈아 센서를 추적함으로써 센서와연계하여 연속적인 이온화 시스템을 제어하는 방법이 필요하지만, 종래의 이온화 시스템에 의해서는 제공되지 않는다.
간단히 말해서, 본 시스템은 펄스 모드의 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법을 포함하며, 여기서 이온화 시스템은 양 및 음의 전원을 갖는다. 상기 방법은 양 및 음의 전원 출력의 오버랩(overlap)을 제어하는 것과, 원하는 오프셋 전압을 달성하는 오버랩을 결정하는 것을 포함한다. 상기 방법은 오프셋 전압 및 대응하는 오버랩을 메모리에 저장하는 것을 또한 포함한다. 상기 방법은 저장된 오프셋 전압 비교에 기초하여 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 양 및 음의 전원의 출력의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하는 것을 또한 포함한다.
본 발명은 또한 바이폴러 이온화 장치를 포함하는데, 상기 바이폴러 이온화 장치는, 연결된 적어도 하나의 양이온 방출 전극을 갖는 출력을 구비하고 양이온을 생성하도록 구성된 양의 고전압 전원과, 연결된 적어도 하나의 음이온 방출 전극을 갖는 출력을 구비하고 음이온을 생성하도록 구성된 음의 고전압 전원을 포함한다. 바이폴러 이온화 장치는, 양 및 음의 고전압 전원의 출력이 0을 초과하여 선택된 시간의 양만큼 오버랩하도록 함으로써 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 양 및 음의 고전압 전원의 출력의 듀티 사이클을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
이전의 요약 뿐 아니라 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명은 첨부 도면과 연계하여 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 도면의 예시를 목적으로, 현재 바람직한 실시예가 도면에 도시된다. 그러나, 본 발명이 도시된 정밀한 장치(arrangement) 및 수단에 한정되지 않는 것을 이해해야 한다.
도 1a는 종래의 펄스 모드 이온화 시스템의 이온 생성 대 시간 대 제어된 펄스 모드의 전압 오프셋 볼트에 대한 그래프.
도 1b는 종래의 오프-시간 유형의 펄스 모드의 이온화 시스템의 결과로서 생기는 전압 오프셋을 도시한 그래프 및 타이밍 차트(timing chart).
도 2는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 제어된 펄스 모드의 전압 오프셋 볼트를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 제어된 펄스 모드의 전압 오프셋 볼트를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 제 3 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 제어된 펄스 모드의 전압 오프셋 볼트를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 제 4 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 제어된 펄스 모드의 전압 오프셋 볼트를 도시한 그래프.
도 6a는 본 발명에 따라 다양한 펄스 시간 동안 전하 플레이트 모니터에서의 전압 변동 대 퍼센트 오버랩을 비교한 그래프.
도 6b는 50V의 변동 동안의 퍼센트 오버랩 대 이온 전류를 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 듀티 사이클의 타이밍도 및 계산을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 일반적인 바이폴러 이온화 시스템의 개략도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 이온화 시스템 12: 양의 고전압 전원
16: 음의 고전압 전원 14: 양 전극
18: 음 전극 20: 센서
22: 전하 플레이트 모니터
도면에서, 유사한 참조 번호는 도면 전체에 유사한 요소를 나타내는데 사용된다. 도면을 구체적으로 언급하면, 도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 일반적인 바이폴러 또는 이중 극성 이온화 시스템(10)의 개략도를 도시한다. 이온화 시스템(10)은 제어기(U1)와, 연결된 적어도 하나의 양 전극(14)을 갖는 출력을 구비하고 양이온을 생성하도록 구성된 제 1 즉, 양의 고전압 전원(P.HVPS)(12)과, 연결된 적어도 하나의 음 전극(18)을 갖는 출력을 구비하고 음이온을 생성하도록 구성된 제 2 즉, 음의 고전압 전원(N.HVPS)(16)을 포함한다. 제어기(U1)는 온/오프 방식으로 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)을 번갈아 실행하는 펄스 모드, 또는 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)의 입력 및 출력 레벨이 피드백 또는 조정에 기초하여 변경되는 연속 모드로 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)를 제어한다. 제어기(U1)는, 양 및 음의 고전압 전원{P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)}의 출력이 0을 초과하여 선택된 시간의 양만큼 오버랩하도록 함으로써 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 양 및 음의 고전압 전원{P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)}의 출력을 제어하도록 구성된다. 피드백은 각 전원, 즉 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)로부터, 또는 공통 센서(20)로부터 측정된 복귀 전류의 형태일 수 있다.
종래의 시스템에서, 제어기(U1)는, 도 1a의 그래프에 도시된 바와 같이 거의 오버랩되지 않거나 전혀 오버랩되지 않는 교대 방식으로, N.HVPS(16)를 오프 상태로 유지하는 동안 P.HVPS(12)를 턴 온하고, 그 다음에 P.HVPS(12)를 스위치 오프하고 N.HVPS(16)를 턴 온한다. 도 1a는 이온 생성 대 시간, 및 볼트 단위의 제어 펄스 모드(CPM) 전압 오프셋(VOFFSET) 대 시간의 그래프이다. 도 1a는 CPM VOFFSET변동이 상대적으로 크다는 것을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간, 및 볼트 단위의 CPM VOFFSET대 시간의 그래프이다. P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)의 출력의 오버랩을 제어함으로써, 오프셋 전압은 사용자 규격 또는 사용자 셋포인트 내에 유지될 수 있고, 전하 감쇠 시간은 향상된다. 상기 방법은 원하는 오프셋 전압을 달성하는 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)의 출력의 오버랩을 결정하는 것과, 오프셋 전압 및 이에 대응하는 오버랩을 메모리에 저장하는 것을 또한 포함한다. 상기 방법은 저장된 오프셋 전압 비교에 기초하여 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)의 출력의 듀티 사이클을 제어하는 것을 더 포함한다.
본 발명은 실제 전압 전위와 원하는 오프셋 전압의 비교를 이용하는 알고리즘에 기초하여 오버랩을 제어하는 것을 또한 포함한다. 이온화기 시스템(10) 주변 영역에서의 실제 전압 전위는 센서(20)를 사용하여 측정되고, 그 다음에 실제 전압 전위는 사용자가 원하는 오프셋 전압과 비교된다. 실제 오프셋 전압과 원하는 오프셋 전압의 비교는 오버랩을 제어하기 위해 시간 비율 조정(time proportioning), 비례/적분/미분(PID), PI, P, 에러 비율 조정 등과 같은 알고리즘을 통해 사용된다.
반대 극성의 펄스는 도 2에 도시된 바와 같이 오버랩된다. 도 2에 도시된 예에서, 펄스는 약 33%만큼 오버랩되어, 도 1a에 도시된 종래 시스템보다 적은 결과로서 생기는 오프셋 전압을 갖는다. 이온화 시스템으로부터의 전하 운반은, 전하 플레이트 모니터(22)(도 8)에 의해 측정된 오프셋 전압이 한정되도록 조정될 수 있다. CPM에서의 오프셋 전압은 기본적으로 이온 전류를 적분한 것이다. 도 2는, 반대 극성의 펄스의 오버래핑이 오버랩의 지속기간 동안 0의 적분으로 기인한다는 것을 도시한다. 그 결과, 오프셋 전압은 오버랩 동안 안정 상태를 유지하고, 최종 사용자에 의해 허용가능한 것으로 간주된 레벨에 한정될 수 있다. 오프셋 전압을 안정 상태로 유지하고 허용가능한 레벨에 있는 것은 도 1a에 도시된 것과 같은 종래의 시스템에 가능하지 않는 전하 감쇠 시간을 달성할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 전하 플레이트 모니터(22)에 의해 측정된 다양한 오프셋 전압은 퍼센트 오버랩 또는 오버랩의 지속기간을 변경시킴으로써 달성될 수 있다. 제 2 내지 제 4 바람직한 실시예는 제 1 바람직한 실시예에 비교된 퍼센트 오버랩의 다른 변형을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 볼트 단위의 CPM VOFFSET의 그래프이다. 제 2 바람직한 실시예에서, 반대 극성의 펄스는 약 40%만큼 오버랩되어, 제 1 바람직한 실시예보다 적은 결과로서 생기는 오프셋 전압을 갖는다.
도 4는 본 발명의 제 3 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 볼트단위의 CPM VOFFSET의 그래프이다. 제 3 바람직한 실시예에서, 반대 극성의 펄스는 약 50%만큼 오버랩되어, 제 2 바람직한 실시예보다 적은 결과로서 생기는 오프셋 전압을 갖는다.
도 5는 본 발명의 제 4 바람직한 실시예에 따라 이온 생성 대 시간 대 볼트 단위의 CPM VOFFSET의 그래프이다. 제 4 바람직한 실시예에서, 반대 극성의 펄스는 약 67%만큼 오버랩되어, 제 3 바람직한 실시예보다 적은 결과로서 생기는 오프셋 전압을 갖는다.
오프셋 전압 제어 방법을 이용하는 다른 실시예는 본 명세서에서 넓은 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 시간 또는 퍼센트로 표시된 오버랩의 양을 변경하는 것을 통해 사용될 수 있다. 더욱이, 오버랩은, 전원의 연관된 전류 진폭이 고정될 때 구형파가 되도록 또한 제어될 수 있다. 더욱이, 오버랩은 진폭이 가변적일 때 사인파, 구형파, 톱니파 및 클립형(clipped) 파 중 하나가 되도록 또한 제어될 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따라 전하 플레이트 모니터(22)에서의 전압 변동 대 다양한 펄스 시간 동안 퍼센트 오버랩을 비교한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 더 긴 펄스 시간(예를 들어 10초)은 오프셋 전압 변동을 제어하기 위해 대응하여 더 길거나 증가하는 오버랩의 양을 필요로 한다. 상대적으로 더 짧은 펄스 시간(예를 들어, 1초보다 적은)은 낮은 오프셋 전압 변동을 유지하기 위해 임의의 오버랩을 필요로 하지 않는다.
도 6b는 50V 변동 동안의 퍼센트 오버랩 대 이온 전류를 비교한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 특정 오프셋 전압 한계, 이 예에서는 50V를 유지하기 위해, 이온 전류가 증가할 때, 온-시간 오버랩의 퍼센트에서의 대응하는 증가가 발생해야 한다. 이온 전류와 퍼센트 오버랩에서의 증가 사이의 관계는 주어진 펄스 시간 동안 비선형적이고 변경된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 듀티 사이클의 타이밍 도를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 퍼센트 오버랩은 한 사이클 동안의 총시간(Ttot)에 비교된, 양쪽 전원이 턴온되는 시간(Tboth)의 퍼센트에 대한 것이다. 이러한 목적을 위해, 듀티 사이클은 파가 총 기간(T)으로 나누어진 0이 아닌 시간으로 정의된다. 우리는 온 시간의 퍼센트를 확인할 수 있으며, 오버랩은 유사한 계산에 의해 발생한다. 그러나, 더 중요한 정보는 총 사이클 시간 동안의 퍼센트 오버랩인데, 그 이유는, 오프셋 전압을 감소시키기 위해 퍼센트 오버랩을 증가시키는 것이 전체 사이클 시간(Ttot)을 변화시키지 않기 때문이다.
유사한 최종 결과(오버랩의 양)를 얻는 다른 제어 접근법은, 다른 극성의 전원이 약 Tboth/2의 기간 동안 턴 온될 때 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16) 중 어느 하나인 제 1 극성 전원을 턴 오프하지 않는 것이다. 그 다음에, 본래 제 1 극성은 다시 턴 온되기 전에 TLow의 기간{로우 시간(low time)} 동안 오프 상태 또는 로우 상태로 유지된다. 그 다음에 메모리에 저장되도록 요구된 데이터만이 TLow및 Ttot이고, 다른값은 그로부터 계산될 수 있다고 생각된다. 이렇게 생각된 실시예에서, 듀티 사이클은 P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16)의 퍼센트 오버랩에 좌우된다. 물론, 다른 수학적 또는 제어 논리 구현은 본 발명의 넓은 범주에서 벗어나지 않고도 이용될 수 있다.
펄스 모드 제어의 본 방법을 이용함으로써, 기존의 제어기-기반의 이온화 시스템(10)은 제어 프로그램을 제어 또는 제공하는 펌웨어를 다운로딩하거나 대체하거나, 제어 프로그램을 시스템 제어기(U1)에 공급함으로써 갱신될 수 있다. 본 방법이, 개별적인 전원 제어 회로에서의 조정 능력(adjustability)을 허용하여, 출력의 오버래핑을 제공함으로써 제어기를 갖지 않는 다른 회로에 사용될 수 있다고 생각된다.
본 발명의 제 5 실시예에서, P.HVPS(12) 및 N.HVPS(16) 양쪽 모두는 연속적으로, 즉 펄싱 효과 또는 준-펄싱(quasi-pulsing) 효과가 양쪽 전원(12, 16)이 차단되지 않을지라도 달성되도록, 양 및 음의 셋포인트를 교대 방식으로 추적할 수 있는 공통 피드백 센서(20)와 연계하여 양이온 및 음이온의 일정한 공급을 생성하는 안정 상태의 DC 동작으로 실행될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 이온화의 파는 음 및 양의 내용물(content)을 번갈아 실행하는 고정된 바이어스(bias)로 이온의 양쪽 극성을 제공한다. 예를 들어, 센서(20)가 양의 셋포인트를 추적하고 있을 때, 이온화는 미리 결정된 레벨에 도달하기 위해 더 많은 양이온을 제공하도록 양으로 바이어스되어, 양의 전원(12)은 램프 업(ramp up)하는 경향이 있고, 음의 전원(16)은 양의 셋포인트를 달성하려고 하기 위해 램프 다운하는 경향이 있다. 이와 유사하게, 센서가 음의 셋포인트를 추적하고 있을 때, 이온화는 미리 결정된 레벨에 도달하기 위해 더 많은 음이온을 제공하도록 음으로 바이어스되어, 양의 전원(12)은 램프 다운하는 경향이 있고, 음의 전원(16)은 음의 셋포인트를 달성하려고 하기 위해 램프 업하는 경향이 있다. 제 5 바람직한 실시예에서, 센서(20)의 양 및 음의 셋포인트는, 사용자에 의해 규정된 미리 결정된 레벨, 예를 들어 +50V(양의 셋포인트) 및 -50V(음의 셋포인트)를 초과하는 것을 피하도록 선택되거나 교정된다. 센서(20)는 대응하는 오프셋 전압을 결정하기 위해 이온 전류를 측정할 수 있거나, 가변적인 과정으로서 사용하기 위해 직접 오프셋 전압을 측정하는 균형 센서 또는 전하 플레이트 모니터일 수 있다.
사실상, 제 5 바람직한 실시예는 사이클 시간에 기초한 2개의 셋포인트 사이에서 번갈아 실행하는 이중 셋포인트의 이중 출력 제어기이다. 제 1 셋포인트(예를 들어, 양의 셋포인트)는 미리 결정된 시간 기간 동안 선택되고, 제어 알고리즘은 제 1 셋포인트에 도달하려고 하는 한편, PID, PI, P, 시간 비율 조정, 에러 비율 조정 등과 같은 당업계에 알려진 제어 기술을 이용하여 센서(20)를 측정하려고 한다. 이와 유사하게, 제 2 셋포인트(예를 들어, 음의 셋포인트)는 유사하게 미리 결정된 시간 기간 동안 선택되고, 제어 알고리즘은 제 2 셋포인트에 도달하려고 하는 한편, 유사한 제어 기술을 이용하여 센서(20)를 측정하려고 한다. 물론, 다른 제어 기술 및 알고리즘은 본 발명에서 벗어나지 않고도 이용될 수 있다.
전술한 설명으로부터, 본 발명이 오프셋 전압을 한정 또는 제어하기 위해 양 및 음의 출력의 오버랩을 사용하여 펄스 모드의 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법을 포함한다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 넓은 개념에서 벗어나지 않고도 전술한 실시예에 대해 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다. 그러므로, 본 발명이 개시된 특정 실시예에 한정되지 않지만, 첨부된 청구항에 의해 한정된 본 발명의 사상 및 범주 내에서 변형을 커버하고자 하는 것이 이해된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 바이폴러 이온화 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 바이폴러 펄스 모드의 이온화 시스템을 위한 오프셋 전압 제어 방법 등에 효과적이다.

Claims (12)

  1. 바이폴러 이온화 장치(bipolar ionization apparatus)로서,
    연결된 적어도 하나의 양이온 방출 전극을 갖는 출력을 구비하고 양이온을 생성하도록 구성된 양의 고전압 전원과;
    연결된 적어도 하나의 음이온 방출 전극을 갖는 출력을 구비하고 음이온을 생성하도록 구성된 음의 고전압 전원과;
    상기 양 및 음의 고전압 전원의 출력이 0을 초과하여 선택된 시간의 양만큼 오버랩(overlap)하도록 함으로써 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 상기 양 및 음의 고전압 전원의 출력의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하도록 구성된 제어기를
    포함하는, 바이폴러 이온화 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 양 및 음의 고전압 전원의 출력의 제어는 사용자가 원하는 형태의 출력파를 얻기 위해 펄스 지속기간 변조를 이용하여 변경되는, 바이폴러 이온화 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오버랩은 상기 전원의 연관된 전류 진폭이 고정될 때 구형파가 되는, 바이폴러 이온화 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 오버랩은 상기 진폭이 가변적일 때 사인파, 구형파, 톱니파, 및 클립형(clipped) 파 중 하나가 되는, 바이폴러 이온화 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 원하는 오프셋 전압은 사용자에 의해 조정가능한, 바이폴러 이온화 장치.
  6. 바이폴러 이온화 장치로서,
    연결된 적어도 하나의 양이온 방출 전극을 갖는 가변 출력을 구비하고 양이온을 생성하도록 구성된 양의 고전압 전원과;
    연결된 적어도 하나의 음이온 방출 전극을 갖는 가변 출력을 구비하고 음이온을 생성하도록 구성된 음의 고전압 전원과;
    제어기로서, 양이온 및 음이온 모두 연속적으로 출력하는 동안 미리 결정된 시간 기간 동안 양의 셋포인트(setpoint)로 제어하고 그 다음에 또 다른 미리 결정된 시간 기간 동안 음의 셋포인트로 번갈아 제어하기 위해 양 및 음의 고전압 전원의 출력을 변경시킴으로써, 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 상기 양 및 음의 고전압 전원의 출력을 연속적으로 제어하도록 구성된, 제어기를
    포함하는, 바이폴러 이온화 장치.
  7. 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법으로서, 상기 이온화 시스템은 양 및 음의 고전압 전원을 포함하고, 상기 전원 각각은 이온을 생성하기 위해 연결된 적어도 하나의 이온 방출 전극을 갖는 각 출력을 구비하는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법으로서,
    상기 양 및 음의 고전압 전원이 0을 초과하여 선택된 시간의 양만큼 오버랩하도록 함으로써 원하는 오프셋 전압을 달성하기 위해 상기 양 및 음의 고전압 전원의 출력의 듀티 사이클을 제어하는 단계를
    포함하는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 듀티 사이클은 사용자가 원하는 형태의 출력파를 달성하기 위해 펄스 지속기간 변조를 이용하여 변경되는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 오버랩은 상기 전원의 연관된 전류 진폭이 고정될 때 구형파가 되는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 오버랩은 상기 진폭이 가변적일 때 사인파, 구형파, 톱니파 및 클립형 파 중 하나가 되는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    특정 오프셋 전압을 달성하는 상기 양 및 음의 고전압 전원의 출력의 특정 오버랩을 결정하는 단계와;
    상기 특정 오프셋 전압 및 대응하는 특정 오버랩을 메모리에 저장하는 단계와;
    상기 원하는 오프셋 전압이 상기 저장된 오프셋 전압과 대략 동일할 때 상기 저장된 오프셋 전압 및 상기 저장된 대응하는 오버랩에 기초하여 상기 듀티 사이클 및 오버랩을 제어하는 단계를
    더 포함하는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 이온화기 주변 영역에서 실제 전압 전위를 측정하는 단계와;
    상기 실제 전압 전위와 상기 원하는 오프셋 전압을 비교하는 단계와;
    상기 실제 전압 전위와 상기 원하는 오프셋 전압의 비교를 이용한 알고리즘에 기초하여 상기 오버랩을 제어하는 단계를
    더 포함하는, 이온화 시스템의 오프셋 전압 제어 방법.
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