KR20050113244A - 가스 방전 처리의 전력 공급 유닛 - Google Patents

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Abstract

가스 방전 처리 전압 공급 유닛(1)의 출력 DC 전압을 생성하기 위한 방법에서는, 제 1 전압 변환 단(2)에서, 제 1 DC 전압이 소정 전압 범위의 제 2 DC 전압으로 변환되며, 출력 DC 전압이 제 2 전압 변환 단(3)의 제 2 DC 전압으로부터 생성되며, 하나 이상의 승압 변환기(20)의 스위칭 소자(23)가 제 2 전압 변환 단에서, 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭되어 출력 DC 전압을 생성한다. 이러한 방법에 의해, 플라즈마 처리의 스트라이크 및 유지를 가능하게 할 수 있다.

Description

가스 방전 처리의 전력 공급 유닛{POWER SUPPLY UNIT FOR A GAS DISCHARGE PROCESS}
본 발명은 가스 방전 처리의 전력 공급 유닛의 출력 DC 전압을 생성하는 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것으로, 제 1 전압 변환 단에서는, 제 1 DC 전압이 소정 전압 범위의 제 2 DC 전압으로 변환되고, 제 2 전압 변환단에서는, 출력 DC 전압이 제 2 DC 전압으로부터 생성된다.
이러한 유형의 방법 및 대응하는 장치는 예를 들어, DE 196 27 497 A1에 개시되어 있다.
가스 방전 처리는 처리시 너무 상이한 요건과 시스템 기술의 특수화에 의해 상이한 임피던스를 갖게 된다. 이는 요구되는 특정 전력 변환을 획득하는데 상이한 방전 전압이 제공되어야 함을 의미한다. 또한, 가스 방전 처리를 스트라이크하는데 요구되는 전압은 종종 가스 방전 처리를 유지하는데 요구되는 전압보다 높게 된다.
DE 196 27 497 A1에는, 스트라이크 강화 회로를 가진 플라즈마 생성기가 개시되어 있다. 스트라이크 강화 회로는 고 임피던스에서 고 전압을 생성하여, 플라즈마 또는 스퍼터 챔버에서 플라즈마를 개시시킨다. 스트라이크 강화 회로는 전파(full wave) 정류기로서 기능하는 복수의 다이오드 브리지를 갖고 있다. 전력 공급부의 부차적인 변압기는 분리 커패시터들을 통하여 각각의 다이오드 브리지의 교류(AC) 입력에 접속된다. 다이오드 브리지의 직류(DC) 접속부들은 직렬로 접속되어 있고, 추가 전압은 입력 접속부들을 통하여 플라즈마 챔버로 공급된다. 또한, 각각의 다이오드 브리지는 양과 음의 DC 접속부들과 접속하는 축적 커패시터를 포함한다. 변압기 2차 파형의 양과 음의 전압 피크는 축적 커패시터에 저장된다. 전압은 DC 출력에서 제공되는데, 이는 플라즈마 방전을 개시하기에 충분할 정도로 크다. 플라즈마가 존재하는 경우, 분리 커패시터의 임피던스는 스트라이크 회로가 고 스트라이크 전압을 공급하는 것을 막는다. 종래의 장치와 관련 방법은 광범위한 전압 범위에 걸쳐 플라즈마 생성기의 출력에서의 DC 전압을 제어하는데 적합하지 못하다.
이하, 개략도는 상세한 설명부에서 설명되는 본 발명의 가스 방전 처리 전압 공급 유닛의 실시형태를 나타낸다.
도 1 은 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛의 회로도의 형태를 나타내는 제 1 실시형태를 나타낸다.
도 2 는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛의 제 2 실시형태를 나타낸다.
본 발명의 목적은 광범위한 출력 전압을 소정의 공칭 출력 전압으로 설정하는 것을 가능하게 하는 방법 및 그러한 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 제 2 전압 변환 단에서 출력 DC 전압을 생성하는 상술한 방법에서는, 하나 이상의 승압(boost) 변환기의 스위칭 소자가 제어된 펄스 충격 계수(duty factor)를 가지고 스위칭된다. 제 1 전압 변환 단은 특히 가스 방전 처리의 정상 동작에 적합한, 즉, 보다 자세하게는, 가스 방전 처리를 유지시키는데 적합한 제 1 DC 전압을 생성한다. 이에 의해, 가스 방전 처리의 공급 전압은 제 1 전압 변환 단을 통하여 조정될 수 있다. 출력 전압은 특히, 가스 방전 처리를 스트라이크하기 위하여, 제 2 전압 변환 단에서 상승할 수 있다. 가스 방전 처리가 스트라이크될 경우, 가스 방전 처리가 유지되면서, 출력 전압이 제 2 전압 변환 단을 통하여 제어될 수 있다. 특히, 상위 출력 전압 범위에서의 전력은 제 2 전압 변환 단을 통하여 조정될 수 있다. 이러한 동작에서, 승압 변환기의 활성 소자만이 최대 허용가능 출력 전압에 의존하여 선택되어야 한다. 제 1 전압 변환 단의 구성요소들은 최대 허용가능 출력 전압에 의존하지 않는다. 승압 변환기의 스위칭 소자를 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭하는 것은, 승압 변환기가 회로 동작이 끊기는 것을 방지한다는 점에서 이점을 가진다. 이에 의해, 매 사이클 마다, 인덕턴스로부터 승압 변환기의 필터 커패시터로 에너지가 펌핑되는 것을 방지할 수 있고, 따라서, 구성 요소들을 파괴할 수 있는, 언로딩 상태에서의 출력 DC 전압의 상승을 방지할 수 있다. 또한, 출력 DC 전압은 펄스 충격 계수의 제어를 통하여 조정될 수 있다. 자세하게는, 펄스 충격 계수는 출력 DC 전압이 제 2 DC 전압에 일치하도록 제로로 설정될 수 있다.
특히 바람직하게 변형된 방법에서는, 제 2 전류 변환 단에서의 제 2 DC 전압이 상승된다. 특히, 제 2 DC 전압의 상승에 의해, 추가 스트라이크 강화 회로들을 필요로 하지 않고 가스 방전 처리를 스트라이크시킬 수 있다.
변형된 일 방법에서는, 2 이상의 승압 변환기의 스위칭 소자를 시간적인 오프셋 방식으로, 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭시켜, 제 2 DC 전압으로부터 출력 DC 전압을 생성할 수 있다. 이것은 스위칭 소자들이 최적의 기능을 스위칭 소자들에 제공하는 하위 주파수에서 동작할 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한, 제 2 전압 변환 단의 출력에서의 필터 커패시터는 전압 공급 유닛에 고속의 접속 해제를 제공하는 보다 작은 용량을 제공할 수 있다. 특히, 소위 아크가 플라즈마 처리에서 발생하는 경우 고속의 스위칭이 요구된다. 이들 아크는 플라즈마 처리에서의 불안정성을 발생시키고, 플라즈마 챔버에서의 캐소드나 그 외의 소자들을 파괴할 수 있다. 이러한 아크가 발생하는 경우, 전압 공급부는 신속하게 오프로 스위칭되어야 한다. 접속 해제후에는, 작은 잔여 에너지만이 전체 시스템에, 즉, 전류 공급부 및 플라즈마 시스템에 남아 있게 된다. 또 다른 이점으로는, 시간적인 오프셋 방식으로, 제어된 펄스 충격 게수를 가지고 스위칭하는 2 개의 승압 변환기를 이용하여, 평활한 (큰 리플(ripple)이 없는) DC 전압을 전압 공급 유닛의 출력에서 생성할 수 있다는 점이다.
시간적인 오프셋 방식으로, 제어된 펄스 충격 계수을 가지고 2 이상의 승압 변환기의 스위칭 소자들을 변환하여 입력 DC 전압으로부터 출력 DC 전압을 생성하는 것은 입력 DC 전압의 생성 방법에 의존하지 않고 독립적인 발명으로 기술된다. 특히 바람직한 방식으로는, 승압 변환기들이 병렬로 접속되어 있고 입력 DC 전압들이 출력 DC 전압으로 상승된다.
특히 우선적으로, 예를 들어, 변환기에서 여기된 오실레이션이 18 ㎑ 이상인 주파수에서는 가청가능하지 않기 때문에 스위칭 소자들이 18 ㎑ 이상인 주파수에서 구동된다. 또한, 예를 들어, 변압기와 같은 수동 소자들이 보다 소형의 크기를 가질 수 있다.
스위칭 소자들은 동일 주파수 또는 소정의 기본 주파수의 배수에서 바람직하게 구동되기 때문에, 비트(beat)를 방지할 수 있다. 이러한 비트는, 예를 들어, 스위칭 소자가 상이한 구동 주파수에서 구동되는 경우에 발생될 수 있다. 예를 들어, 이는 가변 주파수 제어 방식으로, 제어되는 경우이다. 스위칭 소자들을 동일 주파수에서 또는 소정의 기본 주파수의 배수에서 구동시키는 것은, 개선된 전자기 호환성(EMC)을 이루게 한다. 이에 의해, 스위칭 소자들에 의한 상호 영향 및 그 외의 구성 요소나 외부 장치에 의한 영향이 크게 방지될 수 있다.
바람직한 변형 방법에서는, 초기에, 제 1 DC 전압을 AC 전압으로 변환한 다음 그 AC 전압을 제 2 DC 전압으로 정류한다. 이에 의해, 제 2 전류 변환 단의 입력 전압이 조정될 수 있다. 또한, 제 1 전류 변환 단의 입력 및 출력의 전위들이 제 1 전류 변환 단 내에서 분리될 수 있다. AC 전압의 진폭이 AC 전압의 파형과 함께 조정될 수 있다.
보다 바람직한 개선된 방법에서는, 스위칭 소자들의 브리지 회로에 의해 AC 전압을 생성하는데, 여기서, 스위칭 소자들은 펄스 폭 변조 방식 또는 위상 시프트 방식으로 구동될 수 있어, 한편에서는 로우 부하 전압에 대한 전력 제어를 가능하게 하면서 다른 한편에서는 제 1 전압 변환 단의 입력 전압의 변환을 가능하게 한다. 또한, AC 전압의 파형을 자유자재로 조정할 수 있다. 브리지 회로는 준 브리지 또는 완전 브리지로서 구현될 수 있다.
특히 바람직한 방식으로는, 브리지 회로의 스위칭 소자와 부스트 변환기(들)의 스위칭 소자가 동일 주파수에서 또는 소정의 기본 주파수의 배수에서 구동된다. 이에 의해 비트 상태가 제거된다. 스위칭 소자들의 공통 제어는 전자기 호환성에 바람직한 영향을 준다. 제 1 및 제 2 전압 변환 단이 서로 영향을 주지 않는다.
특히 우선적으로, AC 전압은 정류 전에 변환된다. 변환은 전위 분리를 가능하게 한다. 또한, 제 2 전압 변환 단의 입력 전압을 조정할 수 있고, 제 2 전압 변환 단에서의 전압이 상승하지 않을 경우, 또한, 전압 공급 유닛의 출력 전압을 조정할 수 있다.
제 1 DC 전압은 메인 전압으로부터 정류를 통하여 바람직하게 생성된다. 이는 전체 전력 공급 장치를 대부분의 어떠한 메인 전압에서도 동작될 수 있게 하는 이점을 가진다. 플라즈마 시스템은 가장 상이한 메인 전압에서도, 그리고, 실제적으로 동일한 전압 공급 장치에서의 가장 상이한 출력 DC 전압에서도 동작될 수 있다.
특히 바람직한 방식으로는, 650 V 이하인 전압, 바람직하게는 50 내지 650V 범위의 전압인 제 2 DC 전압이 제 1 DC 전압으로부터 생성되고, 600 V 이상인 전압, 바람직하게는 600 내지 2000V 범위의 전압인 출력 DC 전압이 제 2 DC 전압으로부터 생성된다. 이에 의해, 제 1 전압 변환 단이, 특히 가스 방전 처리를 유지하기 위해, 또는 낮은 부하 임피던스 및 고 출력 전류를 위하여 비교적 낮은 출력 DC 전압을 생성하고 제 2 전압 변환 단은 가스 방전 처리를 스트라이크하기 위해 또는, 상위 출력 전압 범위에서의 전력 조정, 즉, 고 부하 임피던스와 그에 따른 고 출력 DC 전압을 위하여 보다 높은 출력 전압을 생성한다. 따라서, 작은 전압이 제 1 전압 변환 단에서 생성되고 고 전압이 제 2 전압 변환 단에서 생성되는 경, 제 2 전압 변환 단만이 고전압 용으로 설계된 구성요소들의 이용에 필요하다. 제 1 전압 변환 단의 소자들 간의 안전 거리는, 감소된 전압으로 인해 보다 작아질 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛과, 제 1 DC 전압을 제 2 DC 전압으로 변환하기 위한 제 1 전압 변환 단과, 제 2 DC 전압을 출력 DC 전압으로 변환하기 위한 제 2 전압 변환 단을 포함한다. 출력 DC 전압을 생성하기 위하여, 제 2 전압 변환 단은 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 동작되는 스위칭 소자들을 가진 하나 이상의 승압 변환기를 포함한다. 이러한 유형의 DC 전압 공급 유닛은 넓은 입력 전압 범위와 필요한 출력 DC 전압 범위에 걸쳐 이용될 수 있다. 제 1 전압 변환 단은 어떠한 DC/DC 컨버터일 수도 있으며, 예를 들어, 버크(buck) 변환기, 승압 변환기 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 제 1 DC 전압은 제 1 전압 변환 단에서 상승될 수도 있고 감소될 수도 있다.
제어 유닛은 제 1 전압 변환 단과 제 2 전압 변환 단을 제어하는데 바람직하게 제공된다. 제 2 전압 변환 단에서의 승압 변환기의 이용과 결합한 제어 유닛에 의한 제 1 전압 변환 단과 제 2 전압 변환 단의 공통 제어는 가스 방전 처리의 신뢰성있는 스트라이크를 가능하게 하고 또한, 플라즈마 처리 요건에 따른 출력 DC 전압의 연속적인 조정을 가능하게 한다. 또한, 자신의 제어 유닛을 각각의 전압 변환 단에 제공하는 것을 용이하게 한다.
바람직한 실시형태에서, 병렬로 접속되어 있는 2 이상의 승압 변환기가 제 2 전압 변환 단에 제공되어, 제 2 전압 변환 단에서의 구성 요소들을 보호한다. 특히, 스위칭 소자들은 승압 변환기 하나만을 이용할 때에 비하여, 하위 주파수에서 동작될 수 있다. 또한, 병렬로 접속되어 있는 2 이상의 승압 변환기를 포함하는 제 2 전압 변환 단은 본 발명의 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛으로서 독립적으로 간주될 수도 있다. 승압 변환기는 공통 DC 전압 공급부에 접속될 수 있거나, 또는 각각의 승압 변환기가 자신의 DC 전압 공급부를 가질 수도 있다.
특히 바람직한 방식으로는, 승압 변환기는 공통 필터 커패시터를 갖고 있다. 초소 용량을 갖는 필터 커패시터를 커패시터의 고속 방전을 가능하게 하는 소정의 최대 출력 DC 전압용으로 이용할 수도 있는데, 이에 의해, 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 기능에 의해 기판과 타겟과 같은 플라즈마 처리의 요소들을 보호한다.
승압 변환기의 스위칭 소자들이 시간적인 오프셋 방식으로 구동되는 경우, 비교적 저렴한 스위칭 소자들, 특히, 트랜지스터를 이용하는 것이 가능하다. 스위칭 소자들의 시간적인 오프셋 구동에 의해, 개개의 스위칭 소자들이 하위 주파수에서 동작할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 제 1 전압 변환 단은 특히, 제어 유닛에 의해 구동되며 제 2 DC 전압으로부터 AC 전압을 생성하기 위한 인버터, 이 인버터에 접속되어 있으며 AC 전압의 전압 변환을 위한 변압기, 및 제 2 DC 전압을 생성하기 위한 정류기를 포함한다. 이 장치는 로우 출력 DC 전압에 대한 출력 DC 전압의 조정을 가능하게 한다. 이러한 변압기의 이용은 전류 공급 유닛의 입력에서의 전압과 출력에서의 전압 간, 특히, 메인 측 전압과 플라즈마 처리 전압 간의 전위 분리를 가능하게 하는데, 이는 플라즈마 처리에 종종 필요하다.
보다 바람직한 실시 형태로는, 인버터가 브리지 회로로서 구현되는데, 이는 인버터에서 생성되는 AC 전압의 진폭과 파형에 영향을 주게 한다. 브리지 회로의 스위칭 소자를 적절하게 구동시킴으로써, 입력 DC 전압의 진폭을 감소시킬 수 있다. 스위칭 소자를 구동시키는데 이용되는 구동 주파수와 펄스 충격 계수는 생성된 AC 전압의 파형에 영향을 줄 수 있다. 이에 의해, 제 1 전압 변환 단에서의 변압기의 크기들이 소형으로 유지될 수 있도록 출력 AC 전압이 조정될 수 있다. 특히, 고 주파수 AC 전압이 생성되는 경우, 예를 들어, 10 내지 100 ㎑ 범위에서의 전압이 생성되는 경우, 변압기가 초소형으로 될 수 있다. 또한, 전체적인 배치의 효율성이 향상될 수 있다. 다른 방식으로, 제 1 DC 전압은 브리지 회로를 통하여 오실레이션 회로를 구동시켜 상승시킬 수도 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 본 발명의 주요한 세부 사항을 나타내는 도면과 함께 본 발명의 실시형태의 상세한 설명부를 통하여 그리고 청구범위를 통하여 이해할 수 있다. 개개의 특징들이 개별적으로 구현될 수도 있고 본 발명의 변형예와 결합하여 구현될 수도 있다.
도 1 은 제 1 전압 변환 단(2), 및 이 단에 접속되는 제 2 전압 변환 단(3)을 가진 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛(1)을 나타낸다. 로드(5), 특히, 가스 방전부 또는 플라즈마 처리부는 제 2 전압 변환 단(3)의 출력(4)에 접속된다. 제 1 전압 변환 단(2)과 제 2 전압 변환 단(3)은 공통 제어 유닛(6)에 의해 구동된다. 제 1 DC 전압은 제 1 전압 변환 단(2)에 제공된다. 이 실시형태에서, 제 1 DC 전압은 수개의 다이오드(8)를 포함하는 정류기(7)를 이용하여 메인 공급부(9)의 메인 전압으로부터 생성된다. 에너지를 축적하기 위한 중간 회로 커패시터(10)는 정류기(7)와 제 1 전압 변환 단(2) 간에 접속되어 있다.
입력 DC 전압은 제 1 전압 변환 단(2)의 인버터(11)에 의해 AC 전압으로 변환된다. 인버터(11)는 스위칭 소자 12 내지 15에 의해 형성되는 브리지 회로를 갖고 있으며, 여기서, 스위칭 소자 12 내지 15는 트랜지스터로 구현되어 제어 유닛(6)에 의해 구동된다. AC 전압은 스위칭 소자 12 내지 15의 적절한 구동을 통하여 인버터(11)의 출력에서 생성될 수 있으며, 이 실시형태에서는, AC 전압의 진폭이 입력에 존재하는 제 1 DC 전압과 최대로 동일하게 된다. 그러나, 이 진폭은 스위칭 소자 12 내지 15의 구동을 통하여 감소될 수 있다. 구동은 예를 들어, PWM(펄스 폭 변조) 방법이나 위상 시프트 방법에 따라서 영향을 받을 수 있다. 양 방법 모두, 고정 주파수(f)에서 그에 따라, 고정된 주기(T=1/f)로 동작한다. 단락 회로를 방지하기 위해, 스위칭 소자(12, 15)가 온으로 스위칭 되는 경우, 스위칭 소자(13, 14)는 오프로 스위칭 되며, 그 역의 경우도 마찬가지다. 이에 의해, 대칭성 구동을 위한 최대 턴온 시간은 T/2로 제한된다. PWM 방법에서, 대각선 형상으로 배열되는 스위칭 소자(12, 15)와 함께, 대각선 형상으로 배열되는 스위칭 소자(13, 14)는 동시에 온 및 오프로 스위칭된다. 각각의 경우, 턴온 시간은 0 내지 T/2 사이에서 제어된다. 위상 시프트 방법에서는, 턴온 시간이 항상 T/2이다. 스위칭 소자(13, 15)와 함께 서로 아래에 배치되는 스위칭 소자(12, 14)는 정확하게 T/2의 오프셋을 갖고 온 및 오프로 스위칭된다. 제어를 위하여, 스위칭 소자(13)가 온으로 스위칭되는 순간은 스위칭 소자(12)가 온으로 스위칭되는 순간에 대하여 시프트되며, 여기서, 시간 시프트는 0 내지 T/2 사이에 있다. 이는 위상 위치가 시프트되었음을 의미한다.
또한, AC 전압의 파형도 브리지 회로에 의해 영향을 받을 수 있다. 인버터(11)의 출력에서의 AC 전압은 이 실시형태에서 전기(galvanic) 분리를 수행하는 변압기(16)에 제공된다. 이 실시형태에서, 1 차 권선측(17) 상의 권선 수는 2차 권선측(18) 상의 권선 수와 일치하며, 이에 의해 전압 변환이 수행되지 않는다. 그러나, 이는 변압기(16)에 의해 1 차 권선측의 AC 전압을 보다 높은 값 또는 보다 낮은 값으로 변환하는 것을 용이하게 한다. 변압기(16)의 2 차 권선측에서의 AC 전압은 정류기(19)에 의해 제 2 DC 전압으로 변환된다. 제 1 전압 변환 단(2)의 출력에서는, 비교적 작은 출력 전압이 바람직하며, 이는 예를 들어, 650 V에서 사전 결정될 수 있다. 보다 높은 제 2 DC 전압이 요구되는 경우, 정류기(19)의 다이오드들과 스위칭 소자(12 내지 15)의 다이오드들은 대응하여 설계되어야 한다. 이러한 형태의 구성요소들은 비교적 고가로 되고 그 외의 다른 단점을 가진다. 소정의 제 1 DC 전압이 보다 작은 경우, 제 1 전압 변환 단의 구성요소들이 보다 작어질 수 있다. 또한, 절연체의 절연 강도나 전류 저항의 변형에 대한 수개의 요건이 요구된다. 내부 아킹을 방지하는 것은 용이하게 구현된다. 구성요소들 간의 안전 거리가 보다 작아지는데, 이는 전체 구성을 보다 소형으로 형성한다. 오직 제 2 전압 변환 단(3)의 구성요소들은 특히, 플라즈마 처리를 스트라이크하는데 요구되는 보다 높은 전압을 견디도록 설계되어야 한다.
제 1 전압 변환 단(2)의 출력에서의 제 2 DC 전압은 제 2 전압 변환 단(3)의 입력에 제공된다. 제 2 전압 변환 단(3)은 코일(21), 다이오드(22), 스위칭 소자(23), 및 필터 커패시터(24)를 포함하는 승압 변환기(20)를 갖고 있다. 스위칭 소자(23)를 제어 유닛(16)에 의해 스위칭하는 방법에 의존하여, 입력 DC 전압이 로드(5)를 통하여 접속되거나, 또는 보다 높은 전압으로 변환된다. 스위칭 소자(23)의 턴온 단계 동안, 입력 전압은 인덕턴스(21)에서 드롭된다. 인덕턴스(21)를 통한 전류는 선형으로 증가한다. 스위칭 소자(23)가 턴 오프로 되면, 전류는 다이오드(22)를 통하여 계속 흐르고 필터 커패시터(24)를 충전시킨다. 이는 턴온 단계에서 에너지가 인덕턴스(21)로 충전됨을 의미한다. 이것은 스위칭 소자(23)의 블록킹 단계 동안에 필터 커패시터(24)로 이동된다. 트랜지스터로 구현되는 스위칭 소자(23)가 클록되지 않는 경우, 즉, 어떤 펄스 충격 계수를 가지고 구동되지 않는 경우, 필터 커패시터(24)는 인덕턴스(21)를 통하여 충전되고 다이오드(22)는 제 2 DC 전압으로 충전된다. 스위칭 소자(23)가 클록되는 경우, 출력(4)에서의 출력 전압이 제 2 DC 전압보다 높은 값으로 승압한다. 연속 동작시, 출력(4)에서의 출력 전압은 단지 펄스 충격 계수와 제 2 DC 전압, 즉, 제 2 전압 변환 단(3)의 입력 전압에만 의존한다. 출력 전압은 로드에는 의존하지 않는다.
제어되지 않은 동작 상태에서, 특히, 고정된 펄스 충격 계수로 구동되는 경우에서, 회로 동작이 끊기는 것을 승압 변환기(20)가 방지하지 못하기 때문에, 스위칭 소자(23)의 펄스 충격 계수가 제어된다. 에너지가 매 사이클마다 인덕턴스(21)로부터 필터 커패시터(24)로 펌핑된다. 이러한 이유로, 출력 전압은 회로 동작이 끊기는 동안, 구성요소들이 파괴될 때까지 연속으로 상승한다. 펄스 충격 계수는 제어 유닛(6)에 의해 조정된다.
도 2의 실시형태에서, 제 2 전압 변환 단(30)은 병렬로 접속되어 있는 2 개의 승압 변환기를 포함한다. 제 1 승압 변환기는 인덕턴스(31), 다이오드(32), 스위칭 소자(33) 및 필터 커패시터(34)를 포함한다. 이 제 1 승압 변환기에 병렬로 접속되어 있는 제 2 승압 변환기는 인덕턴스(35), 다이오드(36), 스위칭 소자(37) 및 필터 커패시터(34)를 포함한다. 2개의 승압 변환기는 공통 필터 커패시터(34)를 갖고 있다. 스위칭 소자(33, 37)는 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 시간적인 오프셋 방식으로, 제어 수단(6)에 의해 구동된다. 시간적인 오프셋 구동은, 각각의 스위칭 소자(33, 37)가 비교적 낮은 주파수에서 동작할 수 있는 효과를 갖는다. 다른 방법으로는, 필터 커패시터(34)가 2 개의 승압 변환기에 의해 에너지를 공급받아, 출력 전압을 생성한다. 이러한 동작 모드는 특히 구성요소들에 대하여 적합하며, 비교적 저렴하고 상업적으로 이용가능한 구성요소들을 이용할 수 있다. 제 2 전압 변환 단(30)의 입력 DC 전압은 스위칭 소자(33, 37)를 적절하게 구동시켜, 출력 (4)을 통하여 접속될 수 있다.
가스 방전 전력 공급 유닛(1)의 출력 DC 전압을 생성하기 위한 방법에서는, 제 1 전압 변환 단(2)에서, 제 1 DC 전압이 소정 전압 범위의 제 2 DC 전압으로 변환되며, 출력 DC 전압이 제 2 전압 변환 단(3)의 제 2 DC 전압으로부터 생성되며, 하나 이상의 승압 변환기(20)의 스위칭 소자(23)가 제 2 전압 변환 단에서, 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭되어 출력 DC 전압을 생성한다. 이러한 방법에 의해, 플라즈마 처리의 스트라이크 및 유지를 가능하게 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 제 1 전압 변환 단(2)에서, 제 1 DC 전압이 소정 전압 범위의 제 2 DC 전압으로 변환되며, 제 2 전압 변환 단(3)에서, 출력 DC 전압이 제 2 DC 전압으로부터 생성되는 가스 방전 처리 전압 공급 유닛(1)의 출력 DC 전압을 생성하는 방법으로서,
    제 2 전압 변환 단에서, 출력 DC 전압을 생성하기 위하여, 하나 이상의 승압 변환기(20)의 스위칭 소자(23)가 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 DC 전압은 제 2 전압 변환 단(3)에서 상승하는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 출력 DC 전압은 2 이상의 승압 변환기의 스위칭 소자(33, 37)를 시간적인 오프셋 방식으로, 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭하여, 상기 제 2 DC 전압으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  4. 가스 방전 처리 전압 공급 유닛의 출력 DC 전압을 생성하는 방법으로서,
    승압 변환기들의 스위칭 소자(33, 37)를 시간적인 오프셋 방식으로, 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 스위칭하여, 병렬로 접속되어 있는 2 이상의 승압 변환기에 의해 DC 전압으로부터 특히 높은 DC 전압을 생성하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 18 ㎑ 이상인 주파수에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 소자(33, 37)는 동일 주파수 또는 소정의 기본 주파수의 배수에서 제어되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 DC 전압은 초기에 AC 전압으로 변환되고 후속하여 제 2 DC 전압으로 정류되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 AC 전압은 스위칭 소자(12 내지 15)의 브리지 회로에 의해 생성되며, 상기 스위칭 소자(12 내지 15)는 펄스 폭 변조 방식 또는 위상 시프트 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 브리지 회로의 스위칭 소자(12 내지 15) 및 상기 승압 변환기(들)(20)의 스위칭 소자(23, 33, 37)는 동일 주파수 또는 소정의 기본 주파수의 배수에서 제어되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 AC 전압은 정류되기 전에 변환되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 DC 전압이 메인 전압으로부터 정류를 통하여 생성되는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 650 V 보다 작은 전압, 바람직하게는 50 V 내지 650 V 인 범위의 전압을 가진 제 2 DC 전압을 제 1 DC 전압으로부터 생성하고,
    600 V 보다 큰 전압, 바람직하게는 600 V 내지 2000 V 인 범위의 전압을 가진 출력 전압을 제 2 DC 전압으로부터 생성하는 것을 특징으로 하는 출력 DC 전압의 생성 방법.
  13. 제 1 DC 전압을 제 2 DC 전압으로 변환하는 제 1 전압 변환 단(2), 및 제 2 DC 전압을 출력 DC 전압으로 변환하는 제 2 전압 변환 단(3)을 포함하며, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛(1)으로서,
    출력 전압을 생성하기 위하여, 상기 제 2 전압 변환 단(3)은 제어된 펄스 충격 계수를 가지고 구동되는 스위칭 소자(23)를 가진 하나 이상의 승압 변환기(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 전압 변환 단(2) 및 제 2 전압 변환 단(3)을 제어하는 제어 유닛(6)이 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 병렬로 접속되어 있는 2 이상의 승압 변환기가 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 승압 변환기는 공통 필터 커패시터(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 승압 변환기의 스위칭 소자(33, 37)는 시간적인 오프셋 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 전압 변환 단(2)은 제 1 DC 전압으로부터 AC 전압을 생성하는 인버터(11), 인버터에 접속되어, AC 전압의 전압 변환을 수행하는 변압기(16), 및 제 2 DC 전압을 생성하는 정류기(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 인버터(11)는 브리지 회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 DC 전압 공급 유닛.
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