KR20110136805A - 반응성 가스 생성기에서 플라즈마를 점화 및 유지하기 위한 전력을 공급하는 방법 및 장치 - Google Patents

반응성 가스 생성기에서 플라즈마를 점화 및 유지하기 위한 전력을 공급하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

반응 가스 생성기에서의 플라즈마를 점화 및/또는 유지하기 위한, 컴퓨터 프로그램 제품을 비롯한 방법 및 장치를 설명한다. 전력은 점화 전원으로부터 플라즈마 점화 회로에 공급된다. 플라즈마 점화 회로의 조기 점화 신호가 측정된다. 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력은 측정된 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호에 기초하여 조절된다. 조절가능한 조기 점화 제어 신호는 소정의 기간이 경과한 후에 조절된다.

Description

반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 및 유지를 위한 전력 공급 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF PROVIDING POWER TO IGNITE AND SUSTAIN A PLASMA IN A REACTIVE GAS GENERATOR}
본 발명은 일반적으로 이온, 유리기, 원자 및 분자를 함유하는 반응 가스를 생성하는 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마를 점화 및/또는 유지하기 위한 전력을 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 가스를 여기하여 이온, 유리기, 원자, 분자를 함유하는 반응 가스를 생성하는 데 사용될 수 있다. 반응 가스는 반도체 웨이퍼 등의 고체 재료, 파우더, 기타 가스를 처리하는 것을 비롯한 많은 산업적 적용 및 과학적 적용을 위해 사용된다.
반응 가스의 일례는 원자 불소가 있으며, 이는 기판 표면 상에 박막을 증착하기 위한 화학적 기상 증착(CVD) 챔버를 세척하는 데 사용될 수 있다. CVD 챔버는 정기적으로 세척하여 기판 표면이 아닌 챔버 부품들의 표면 상에 쌓이는 증착물을 제거할 필요가 있다. 챔버를 습식 세척하는 것은 노동 집약적이며 작업자에게는 위험한 것인 반면, 챔버를 플라즈마원에 의해 생성되는 원자 불소로 세척하면 챔버를 대기에 노출하지 않고 증착물을 제거할 수 있어서, 툴(tool) 생산성 및 작업 여건을 개선할 수 있다. 원자 불소에 대한 통상적인 소스 가스로는, NF3, CF4, CHF3, C2F6, C4F8 등의 과불화화합물이 있다.
반응 가스의 다른 예로는 원자 산소가 있으며, 이는 초소형 전자 장치(microelectronics) 제조에 있어서 포토레지스트 제거를 위해 사용될 수 있다. 패턴 생성 후에, 웨이퍼 표면을 플라즈마원에 의해 생성되는 원자 산소에 노출함으로써 포토레지스트를 제거한다. 원자 산소는 포토레지스트와 빠르게 그리고 선택적으로 반응하여, 공정을 진공에서 그리고 비교적 저온에서 수행할 수 있게 한다.
플라즈마는 플라즈마로 변환될 수 있는 가스 내에 공급되는 전원으로부터의 에너지의 유도 결합을 통해 생성될 수 있다. 플라즈마를 점화하기 위한 알려져 있는 기술들은 스파크 갭에 고 전압 또는 전류를 인가하여 조기 이온화 가스(pre-ionized gas)의 초기 항복을 생성하는 것을 포함한다. 플라즈마 점화를 검출하고 플라즈마를 유지하기 위한 알려져 있는 피드백 기술들은 플라즈마 전류를 피드백 신호로서 사용하는 것을 포함한다. 또한, 플라즈마를 점화하고 유지하기 위한 알려져 있는 기술들은 다중 전력 트레인 시스템들을 제어하는 데 하나의 전력 트레인을 사용하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 기술들은 일반적으로 다음과 같은 이유들로 인해 신뢰할 수 없다. 즉, 점화 윈도우 밖에서의 아크 발생이 흔하며, 높은 루프 및/또는 스파크 전압으로 인해 펀치스루가 종종 발생하며, 제어 및 감시용으로 하나의 전력 트레인을 사용함으로 인해 동작에 신뢰성이 없으며, 임피던스들 간에 부정합이 크기 때문이다.
본 발명은 전력을 공급하여 반응 가스 생성기 내의 플라즈마를 점화하고 유지하는 방법 및 전원을 특징으로 한다. 후술하는 구체적인 실시예들 중 어떠한 것도 다음에 따르는 이점들 중 하나 이상을 실현할 수 있다. 실시예들은 복잡도는 덜하면서 더욱 큰 점화 공간(예를 들어, 점화할 수 있는 압력 및/또는 가스 흐름의 더욱 넓은 범위)을 제공할 수 있다. 또한, 실시예들은 더욱 높은 dQ/dt를 제공할 수 있으며, 이는 가스 흐름율을 크게 변경할 수 있게 한다. 실시예들은 양극산화 항복 및 펀치스루의 위험성을 제거하거나 최소화할 수 있다. 실시예들은 신뢰성 있는 점화 및 동작을 제공할 수 있다. 실시예들은 블록 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 실시예들은 모든 가스 상태 하에서 안전한 드롭아웃(drop-out)을 제공할 수 있다.
일 양태에 따르면, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마를 점화하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 점화 전원으로부터의 전력을 플라즈마 점화 회로에 공급하는 단계와, 플라즈마 점화 회로의 조기 점화 신호(pre-ignition signal)를 측정하는 단계와, 측정된 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호에 기초하여 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계와, 소정의 기간이 경과한 후에 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계를 포함한다.
다른 일 양태에 따르면, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마의 점화를 제어하는 시스템을 제공한다. 이 시스템은, 플라즈마 점화 회로에 결합되고 조기 점화 신호를 생성하도록 구성된 측정 장치를 포함한다. 시스템은 또한 제어기를 포함한다. 제어기는, 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호에 기초하여 점화 전원 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단과, 점화 전원에 점화 전원 제어 신호를 출력하기 위한 출력 수단과, 소정의 기간이 경과한 후에 상술한 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단을 포함한다.
다른 예들에서는, 전술한 양태들 중 어떠한 양태도 다음에 따르는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 점화 전원은 스위칭 전원을 포함할 수 있다. 점화 전원은 하프 브리지(half-bridge) 인버터 또는 풀 브리지(full-bridge) 인버터를 포함할 수 있다. 조기 점화 신호는, 플라즈마 점화 회로의, 전압, 전류, 또는 전력, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 조기 점화 신호는 점화 전원과 플라즈마 점화 회로 간의 전류를 포함할 수 있다. 조기 점화 신호를 측정하는 단계는 소정의 기간 동안에 조기 점화 신호의 피크를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 점화 전원의 듀티 사이클 및/또는 주파수 값을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 측정된 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호 간의 차에 기초할 수 있다. 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는, 측정된 조기 점화 신호가 조절가능한 조기 점화 제어 신호보다 크면 플라즈마 점화 회로에 전력을 덜 공급하는 단계와, 측정된 조기 점화 신호가 조절가능한 조기 점화 제어 신호보다 작으면 플라즈마 점화 회로에 전력을 더 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계는 소정의 기간이 경과한 후에 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 조절가능한 조기 점화 제어 신호는 시간에 대하여 선형 증가할 수 있다. 조절가능한 조기 점화 제어 신호의 증가는 소정의 최대 제어 신호에 의해 한정될 수 있다. 상술한 방법은 무효화 신호에 기초하여 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력의 조절을 무효화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 무효화 신호는 소정의 최대 제어 신호 및 측정된 조기 점화 신호에 기초할 수 있다. 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력의 조절을 무효화하는 단계는 제2 기간 동안 플라즈마 점화 회로에 전력을 공급하지 않는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 점화 기간이 경과한 후에, 상술한 방법은, 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 리셋 값으로 조절하는 단계와, 대기 기간 동안 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 리셋 값에서 유지하는 단계와, 대기 기간이 경과한 후에 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 점화 회로는 변압기 및 변압기의 일차 권선에 결합된 공진 회로를 포함할 수 있다. 조기 점화 신호는 일차 권선의 전압을 포함할 수 있다. 공진 회로는 하나 이상의 인덕터 및 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 플라즈마 점화 회로는 변압기의 이차 권선에 결합된 하나 이상의 점화 전극을 더 포함할 수 있다. 이차 권선은 접지된 중심 탭을 포함할 수 있다. 변압기는 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 전력을 공급하도록 플라즈마 챔버에 전자기적으로 결합될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상술한 방법은, 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하는지를 판정하는 단계와, 플라즈마 점화 회로를 사용하여 점화 전원으로부터의 전력을 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 공급하는 단계와, 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하는 것으로 판정되면, 플라즈마 제어 신호에 기초하여 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 점화 전원의 듀티 사이클 및/또는 주파수 값을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 측정된 조기 점화 신호 및 플라즈마 제어 신호 간의 차에 기초할 수 있다. 상술한 방법은 플라즈마 신호를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있고, 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 측정된 플라즈마 신호 및 플라즈마 제어 신호 간의 차에 기초한다. 플라즈마 신호는, 일차 권선의 전류, 전원 신호, 플라즈마 챔버 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상술한 시스템은, 점화 전원 및 점화 전원에 결합된 플라즈마 점화 회로를 더 포함할 수 있다. 측정 장치는, 또한, 플라즈마 점화 회로의, 전압 측정, 전류 측정, 전력 측정, 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여 조기 점화 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 측정 장치는 소정의 기간 동안 상술한 측정의 피크를 측정하기 위한 피크 검출 유닛을 더 포함할 수 있다. 점화 전원 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단은 조기 점화 신호와 조절가능한 조기 점화 제어 신호 간의 차에 기초하여 점화 전원 제어 신호를 조절하도록 구성될 수 있다. 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단은 소정의 기간이 경과한 후에 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 증가시키도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상술한 시스템은, 플라즈마 챔버 내의 플라즈마의 존재를 검출하기 위한 플라즈마 검출 유닛과, 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에 존재하는 것으로 판정되면, 플라즈마 제어 신호에 기초하여 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하기 위한 계산 수단을 구비하는 전력 제어기를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 제어 신호는 소정의 플라즈마 제어 값, 일차 권선의 전류, 전원 신호, 플라즈마 챔버 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 측정 장치는, 또한, 하나 이상의 다른 플라즈마 점화 회로에 결합될 수 있고, 상술한 하나 이상의 다른 플라즈마 점화 회로로부터의 측정에 기초하여 조기 점화 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 점화 전원 제어 신호를 출력하기 위한 출력 수단은, 하나 이상의 다른 플라즈마 점화 회로에 연관된 하나 이상의 다른 점화 전원에 점화 전원 제어 신호를 출력하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.
다른 예들에서는, 상술한 방법에 관한 전술한 특징들 중 임의의 특징을, 상술한 방법을 수행하기 위한 수단을 구비하거나 그 수단을 갖도록 구성된 시스템, 및/또는 그 시스템의 제어기에 의해 수행할 수 있다. 또한, 방법에 관한 전술한 특징들 중 임의의 특징을, 데이터 처리 장치가 상술한 방법을 수행하게 할 수 있는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 수행할 수 있다.
본발명은 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 및/또는 유지를 위한 전력을 공급하는 장치 및 방법을 제공한다.
전술한 본 발명의 이점들은, 추가 이점들과 함께, 다음에 따르는 상세한 설명을 첨부 도면과 함께 참조함으로써, 더욱 이해할 수 있다. 도면은, 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니며, 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 나타내도록 강조되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있는 반응 가스 생성기를 도시하는 도.
도 2는 전력 트레인을 위한 최고위 제어 시스템을 도시하는 블록도.
도 3은 반응 가스 생성기에서의 플라즈마를 점화하고 유지하기 위한 전원 시스템의 제어를 도시하는 흐름도.
도 4a와 도 4b는 서로 다른 실시예들에 따른 전원 및 블록 점화 회로를 도시하는 회로도.
도 5는 일 실시예에 따른 단일 전력 트레인을 위한 제어 시스템을 도시하는 블록도.
도 6a 내지 도 6c는 서로 다른 점화 상황들에 따른 인버터 및 일차 전류 값들을 도시하는 타이밍도.
도 7은 두 개의 전력 트레인을 위한 최고위 제어 시스템을 도시하는 블록도.
본 발명은 전력을 공급하여 반응 가스 생성기 내의 플라즈마를 점화하고 유지하는 방법 및 전원을 특징으로 한다. 후술하는 구체적인 실시예들 중 어떠한 것도 다음에 따르는 이점들 중 하나 이상을 실현할 수 있다. 실시예들은 복잡도는 덜하면서 더욱 큰 점화 공간(예를 들어, 점화할 수 있는 압력 및/또는 가스 흐름의 더욱 넓은 범위)을 제공할 수 있다. 또한, 실시예들은 더욱 높은 dQ/dt를 제공할 수 있으며, 이는 가스 흐름율을 크게 변경할 수 있게 한다. 실시예들은 플라즈마 챔버 내에서의 양극산화 항복 및 펀치스루의 위험성을 제거하거나 최소화할 수 있다. 실시예들은 신뢰성 있는 점화 및 동작을 제공할 수 있다. 실시예들은 블록 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 실시예들은 모든 가스 상태 하에서 안전한 드롭아웃을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있는 반응 가스 생성기(100)를 도시한다. 도시한 바와 같이, 반응 가스 생성기(100)는 전원(110) 및 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 플라즈마 챔버(120)는 플라즈마(예를 들어, Ar+)로의 변환을 위한 가스(예를 들어, 아르곤)를 수용하기 위한 입구(140)를 포함한다. 일단 플라즈마가 생성되면, 플라즈마는, 직접 사용될 수 있으며, 또는 하나 이상의 다른 소스 가스를, 반응 가스 생성기의 출구(142)로부터 출력되는 대응하는 반응 가스들 내로 그리고 예를 들어 공정 챔버(145) 내로 여기하는 데 사용될 수 있다.
플라즈마를 점화 및/또는 유지하기 위해, 전원(110)은 변압기(130)를 포함한다. 변압기는 자기 코어(134)의 일부 주위로 감긴 일차 권선(132)을 포함한다. 전원(110)으로부터의 에너지는 변압기의 일차 권선을 통해 챔버(120)를 통해 이동하는 가스에 유도 결합되어 플라즈마를 점화, 생성, 및/또는 유지한다. 플라즈마 챔버(120) 내에서 점화된 플라즈마는 변압기의 이차 권선으로서 기능을 한다. 구체적으로, 전원(110)은 변압기의 일차 권선(132)에 걸쳐 고 여기 전압을 인가한다. 이러한 고 여기 전압은 일차 권선(132)에 고 전류를 유도하며, 이에 따라 가스의 경로에 걸쳐 자기 코어(134)를 통해 교류 자계를 생성한다. 그 결과, 전계가 가스 내에 유도되어, 플라즈마로의 점화를 야기하고 그리고/또는 플라즈마를 유지하기 위한 전류를 공급하게 된다. 일단 플라즈마가 생성되면, 플라즈마는 다른 소스 가스를 여기하는 데 사용될 수 있어서, 특정한 적용을 위해 필요로 하는 반응 가스를 생성할 수 있다. 플라즈마 챔버(120)의 내면은 플라즈마 가스를 플라즈마 챔버(120) 자체로부터 전기적으로 분리하도록 양극산화층(anodization layer)(예를 들어, 유전 재료)으로 피복될 수 있으며 그리고/또는 양극산화층을 포함할 수 있다.
도 2는 전력 트레인을 위한 최고위 제어 시스템(200)을 도시하는 블록도이다. 시스템(200)은, DC 전원(210), 브리지 인버터(220), 공진 탱크(230), 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240), 플라즈마 검출 유닛(250), 및/또는 안전 및 감시 유닛(260)을 포함할 수 있다. DC 전원(210)은 DC 전력을 브리지 인버터(220)에 공급할 수 있다. 이어서, 브리지 인버터(220)는 전력을 공진 탱크(230)에 공급할 수 있다. 브리지 인버터(220)는 당업계에 알려져 있듯이 하프 브리지 또는 풀 브리지 전력 인버터일 수 있다. 대안으로, DC 전원(210)과 브리지 인버터(220) 대신에 교류 또는 전압의 임의의 조절가능한 전원을 사용할 수 있다. 브리지 인버터(220)는, 공진 회로를 포함할 수 있는 공진 탱크(230)의 공진 주파수와 동일한 주파수 또는 이러한 공진 주파수와 대략 동일한 주파수를 갖는 교류 소스 신호를 공급할 수 있다. 공진 회로는 하나 이상의 인덕터 및 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 공진 탱크(230)는 변압기(232)를 통해 플라즈마 부하(도시하지 않음) 및/또는 플라즈마 점화 유닛(도시하지 않음)에 유도 결합될 수 있다. 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)은, 브리지 인버터(220)와 DC 전원(210)에 의해 공급되는 소스 신호의 주파수, 듀티 사이클, 및/또는 진폭을 제어할 수 있다. 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)에 의해 주파수 및/또는 듀티 사이클을 제어하는 것은, DC 전원(210), 브리지 인버터(220), 공진 탱크(230), 플라즈마 검출 유닛(250), 소정의 설정점(들)(242; setpoint), 및/또는 이들의 임의의 조합으로부터 측정되거나 공급되는 하나 이상의 신호에 기초할 수 있다. 플라즈마 검출 회로(250)는, 공진 탱크(230)로부터의 하나 이상의 신호(예를 들어, 인버터 전류 및/또는 일차 전류) 및/또는 시스템에서의 다른 유닛들로부터의 하나 이상의 다른 신호(예를 들어, 플라즈마 전류, 또는 DC 전원(210)으로부터의 전력 신호)에 기초하여 플라즈마의 존재를 검출할 수 있다. 안전 및 감시 유닛(260)은 하나 이상의 안전 및 감시 기능들을 도 2의 최고위 제어 시스템(200)의 유닛들 중 하나 이상에 제공할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 안전 및 감시 유닛(260)은 브리지 인버터(220)에 무효화 신호를 공급하여 공진 탱크(230)에서의 추가 에너지의 증가를 방지할 수 있다.
도 3은 반응 가스 생성기 내의 플라즈마를 점화하고 유지하기 위한 전원 시스템의 제어를 도시하는 흐름도(300)이다. 흐름도(300)의 요소들은 도 2의 예시적인 블록도(200)를 이용하여 설명한다. 전원 시스템(210)의 제어는, 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)에 의해 조기 점화 신호를 측정하는 단계(310), 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)에 의해 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계(320), 브리지 인버터(220)에 의해 공진 탱크(230)에 공급되는 전력을 조절하는 단계(330), 및/또는 검출 유닛(250)에 의해 플라즈마의 존재를 판정하는 단계(340)를 포함한다.
조기 점화 신호는, 예를 들어, 공진 탱크(230)의 전압, 전류, 및/또는 전력을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조기 점화 신호는 브리지 인버터(220)와 공진 탱크(230) 간의 전류(예를 들어, 인버터 전류)이다. 대체 실시예에서, 조기 점화 신호는 전압(예를 들어, 변압기의 일차 권선의 전압)이다. 조기 점화 신호를 측정하는 단계(310)는 소정의 기간 동안(예를 들어, 교류 전원(220)의 시간 사이클에 기초하는 기간마다) 조기 점화 신호의 피크를 판정하는 단계를 포함한다. 보조 실시예나 대체 실시예에서, 조기 점화 신호를 측정하는 단계(310)는 측정된 신호의 평균을 취하는 단계와, 측정된 신호를 필터링하는 단계와, 그리고/또는 다른 신호 처리 기능들을 포함할 수 있다.
조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계(320)는 소정의 조기 점화 제어 신호 프로파일에 기초할 수 있다. 일 실시예에서, 소정의 조기 점화 제어 신호 프로파일은 클램프 부분(clamped portion)이 뒤따르는 램프업 부분(ramp-up portion)을 포함할 수 있다. 램프업 부분은, 예를 들어, 시간의 임의의 단조 증가 함수(F(t))(예를 들어, F(t) = at, 여기서 a > 0 은 선택된 경사값임)에 기초할 수 있으며, 이 경우, 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계는 소정의 시간에서 함수(F)를 평가하는 단계를 포함한다. 보조 실시예에서, 소정의 조기 점화 제어 신호 프로파일은 클램프 부분을 뒤따르는 지연 기간을 포함할 수 있다.
공진 탱크(230)에 공급되는 전력을 조절하는 단계(330)는 측정된 조기 점화 신호 및 조절된 조기 점화 제어 신호에 기초할 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)은 브리지 인버터(220)에 의해 공급되는 교류 소스 신호의 주파수 및/또는 듀티 사이클을 제어할 수 있다. 보조 실시예 또는 대체 실시예에서, 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)은, 또한, 예를 들어 DC 전원(210)을 이용하여 전력 신호의 진폭을 제어할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 전력을 조절하는 단계(330)는 측정된 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호 간의 차에 기초할 수 있으며, 측정된 조기 점화 신호가 조절가능한 조기 점화 제어 신호보다 크면, 전력을 덜 공급할 수 있고, 측정된 조기 점화 신호가 조절가능한 조기 점화 제어 신호보다 작으면, 전력을 더 공급할 수 있다.
검출 유닛(250)에 의해 플라즈마의 존재를 판정하는 단계(340)는, 예를 들어, 공진 탱크(230)에 의해 변압기에 공급되는 일차 전류에 기초할 수 있다. 대체 실시예 또는 보조 실시예에서, 플라즈마의 존재는 DC 전원(210)으로부터의 전력 신호 또는 공진 탱크(230)로부터의 RF 신호에 기초할 수 있다. 플라즈마가 검출되지 않으면, 공정은 단계(310)와 단계(320)로 되돌아갈 수 있다. 플라즈마가 검출되면, 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(240)은 플라즈마 유지가능 상태로 진입할 수 있으며, 이 경우, 플라즈마를 유지하도록 공급되는 전력을 조절하여 소정의 동작 기준을 충족할 수 있다. 일 실시예에서, 블록도(200)의 하나 이상의 요소들은, 또한, 플라즈마가 존재하는 경우 플라즈마 챔버를 동작시키고 플라즈마 챔버에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.
도 4a는 점화 전극을 통해 점화가 발생하는 일 실시예에 따른 전원 및 블록 점화 회로를 도시하는 회로도(400)이다. 회로도(400)는 두 개의 모듈형 전력 트레인을 포함하고 있지만, 임의의 개수의 모듈형 전력 트레인을 갖는 다른 구성도 가능하다. 각 전력 트레인은 전원(420a, 420b)(예를 들어, H-브리지) 및 공진 회로(430a, 430b)를 포함한다. 전원들(420a, 420b)은, 예를 들어, DC 전원들(422a, 422b)(예를 들어, 360VDC)에 각각 결합될 수 있다. 회로도(400)에서, 공진 회로들(430a, 430b)은 세 개의 인덕터(L1, L2, L3) 및 두 개의 커패시터(Ca, Cb)를 포함하지만, 다른 공진 구성도 이용할 수 있다. 일 실시예에서, 인덕터들(L1, L2, L3)의 값들은 각각 1.7uH, 1.7uH, 1.05uH일 수 있으며, 커패시터들(Ca, Cb)의 값들은 각각 55.6nF 및 37.6uF일 수 있다. 공진 회로들(430a, 430b)은 자기 코어(425)에 결합된다.
자기 코어(425)는 이차 플라즈마(도시하지 않음)에 결합되며 변압기의 자기 코어(425)의 일부 주위로 감긴 권선(432)에 결합된다. 전원들(420a, 420b)이 일차 권선에 걸쳐 여기 전압을 제공하는 경우, 권선비에 따라 권선(432) 내에 전류가 유도된다. 권선(432)은 중심 접지 탭을 포함할 수 있으며, 그 결과 권선으로부터 연장되는 리드들이 이극성으로 되며, 이에 따라 양과 음의 점화 전극들을 생성할 수 있다. 권선(432)의 리드들은 스위치들(435a, 435b)을 통해 하나 이상의 점화 전극들(440a/440b 및 450a/450b)에 각각 스위칭 가능하게 접속된다. 또한, 하나 이상의 커패시터들(C7)은 권선(432)과 점화 전극들(440a/440b 및 450a/450b) 사이에 배치될 수 있다. 커패시터들(C7)은 예를 들어 200pF의 값을 가질 수 있다. 일반적으로, 커패시터들(C7)의 값은, 점화 전극들(440a/440b 및 450a/450b)으로의 전류를 제한하여 유전체 상에 증가하는 전하가 소정의 레벨 미만으로 유지되도록 선택될 수 있다.
하나 이상의 점화 전극들(440a/440b 및 450a/450b)은 플라즈마 챔버(120) 주위에 또는 내부에 배치될 수 있다. 양의 점화 전극들과 음의 점화 전극들을 플라즈마 챔버(120) 내에 서로 대향하도록 배치함으로써, 플라즈마 챔버 또는 채널에 걸쳐 전속량(amount of electric flux)을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 가스를 점화하기 위한 필수 전속량을 생성하는 데 요구되는 대지 전압이 저감될 수 있다. 일 실시예에서, 전극들은 플라즈마 챔버(120)의 채널에 걸쳐 전계가 생성되도록 구성될 수 있다. 스위치들(435a, 435b)이 점화 전극들(440a/440b 및 450a/450b)에 접속되면, 점화 전극들(440a/440b, 450a/450b) 및/또는 접지 전극들(460a, 460b) 간에 전계가 생성되며, 이는 챔버 내에 존재하는 가스의 항복을 개시하여 플라즈마를 점화할 수 있다.
플라즈마 점화 동안, 계전기들(435a, 435b) 중 하나 또는 모두는 닫히며 이에 따라 리드들로부터의 전압이 하나 이상의 점화 전극들(440a/440b, 450a/450b)에 인가될 수 있다. 일단 플라즈마가 점화되면, 계전기들(435a, 435b)이 개방되어, 용량 방전을 비활성화한다. 점화 전극들은, 통상적으로, 플라즈마 챔버 또는 플라즈마 챔버 내의 채널의 단면 주위에 위치하도록 배치된다. 구체적으로, 점화 전극들(440a/440b, 450a/450b)은 플라즈마 챔버(120)의 대향측들 상에 위치할 수 있으며, 권선(432)의 리드들에 스위칭 가능하게 접속되어, 이러한 전극들 모두가 동일한 극성을 갖게 된다. 접지 전극들(460a, 460b)도 점화 전극들(440a/440b, 450a/450b) 사이에서 떨어져 플라즈마 챔버 또는 채널의 대향측들 상에 위치할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 챔버 전체에 걸쳐 임의의 개수의 점화 전극들을 배치할 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 챔버(120)의 블록들은 점화 및 접지 전극들로서 기능을 할 수 있다.
도 4b는 점화 전극들(440a/440b, 450a/450b)을 권선(432)의 리드들에 결합하기 위한 다른 구성을 도시하는 회로도(401)이다. 구체적으로, 점화 전압들은 회로도(401)에서 플라즈마 채널을 따라 교대로 인가된다. 일반적으로, 점화 전압들 및/또는 접지 전극들은 플라즈마 채널을 따라 하나 이상의 점화 전극들에 임의의 구성으로 인가(부착)될 수 있다. 그 구성에 기초하여, 인가된 전계에 의해 점유되는 플라즈마 챔버의 체적을 최대화하면서 점화 전극들의 전압을 접지 전압으로 한정할 수 있다.
전극들 각각 간의 유전적 분리는 하나 이상의 커패시터(Cdieiec; 465)로서 표현될 수 있다. 권선(432)의 리드들 중 하나의 리드에서의 (Vspark로 표기된) 전압은 아래와 같이 점화 전극들 중 하나에서의 (Vdielec으로 표기된) 전압에 관련될 수 있다.
Figure pct00001
여기서,
Figure pct00002
이고,
Figure pct00003
이다.
도 5는 일 실시예에 따른 단일 전력 트레인에 대한 제어 시스템(500)을 도시하는 블록도이다. 제어 시스템(500)의 요소들은, 예를 들어, 도 4의 회로(400)를 이용하여 구현될 수 있다. 제어 시스템(500)은, DC 전원(510), 브리지 인버터(520)(예를 들어, 하프 브리지 또는 풀 브리지), 공진 회로(530), 및 제어 구성요소들을 포함한다. 공진 회로(530)는 자기 코어(532)에 결합되고, 자기 코어는 가스 또는 플라즈마(533)에 결합된다. 또한, 자기 코어(532)는, 도 4에 도시한 바와 같이 하나 이상의 점화 전극들의 회로에 그리고/또는 다른 점화 회로들에 결합될 수 있다. 또한, 제어 시스템은 검출 유닛들(540a, 540b)을 포함한다. 검출 유닛(540a)은 피크 인버터 전류(535a)를 측정할 수 있고, 필요시 추가 신호 처리(예를 들어, 필터링, 평균화, 및/또는 평활화)를 수행할 수 있다. 검출 유닛(540b)은 피크 일차 전류(535)를 측정할 수 있고, 또한, 필요시 추가 신호 처리를 수행할 수 있다. 검출 유닛(540b)으로부터의 출력은 플라즈마 검출 유닛(545)에 공급된다. 플라즈마 검출 유닛(545)은, 예를 들어, 측정된 일차 전류가 소정의 임계값보다 큰지에 기초하여, 플라즈마(533)가 점화되었는지를 판정할 수 있다.
플라즈마 검출 유닛(545)은 스위치(550)를 제어한다. 플라즈마가 없는 경우(예를 들어, 조기 점화 동안), 스위치(550)는 조기 점화 제어 유닛(555)으로 래칭된다. 조기 점화 제어 유닛(555)의 동작은 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 후술한다. 플라즈마가 존재하는 경우, 스위치(550)는 후기 점화(post-ignition) 제어 유닛(560)으로 래칭된다. 먼저, 제어 시스템이 조기 점화 상태에 있을 때((즉, 스위치(550)가 조기 점화 제어 유닛(555)으로 래칭되어 있을 때)의 제어 시스템(500)의 동작을 설명한다.
검출 유닛(540a)과 조기 점화 제어 유닛(555)으로부터의 출력들은 비교기(565)에 공급되며, 비교기는 이러한 인가된 두 개의 신호 간의 차를 취할 수 있다. 이어서, 이 차는 전원 제어 유닛(570)에 공급된다. 일 실시예에서, 전원 제어 유닛(570)은 PID 제어 유닛 및 제어 칩을 포함할 수 있다. 전원 제어 유닛(570)은, 주파수, 듀티 사이클, 및/또는 브리지 인버터(520)에 의해 공급되는 교류 신호의 다른 특성들에 대한 조절을 판정할 수 있다. 예를 들어, 측정된 조기 점화 신호가 조기 점화 제어 유닛(555)으로부터의 조기 점화 제어 신호보다 크다고 비교기(565)가 판정하면, 듀티 사이클을 감소시킬 수 있고 그리고/또는 주파수를 공진 회로(530)의 공진 주파수로부터 편이시킬 수 있다. 마찬가지로, 측정된 조기 점화 신호가 조기 점화 제어 유닛(555)으로부터의 조기 점화 제어 신호보다 작다고 비교기(565)가 판정하면, 듀티 사이클을 증가시킬 수 있고 그리고/또는 주파수를 공진 회로(530)의 공진 주파수를 향하여 편이시킬 수 있다. 보조 실시예에서, 전원 제어 유닛(570)은 하드웨어 소프트-기동 소스(hardware soft-start source; 580)에 결합되거나, 이러한 하드웨어 소프트-기동 소스를 포함할 수 있다.
전원 제어 유닛(570)으로부터의 제어 신호는 프로그래밍가능 로직 장치(485)를 통해 브리지 인버터(520)에 결합될 수 있다. 프로그래밍가능 로직 장치(485)는 비교기(590)로부터의 임의의 무효화 신호가 없는 경우 제어 신호를 통과시키도록 프로그래밍될 수 있다. 비교기(590)는, 인버터 전류에 기초하는 측정 신호(595)가 소정의 임계값(596)보다 크다고 판정하면, 무효화 신호를 발행할 수 있다. 따라서 확립된 무효화 메커니즘은 불안전한 에너지 레벨이 공진 회로(530) 내에서 증가하는 것을 방지하기 위한 보호 기법을 시스템(500)에 유익하게 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 플라즈마가 검출되면, 스위치(550)는 후기 점화 제어 유닛(560)으로 래칭된다. 일 실시예에서, 후기 점화 제어 유닛(560)은 플라즈마 시스템의 필요 동작 조건에 기초하여 소정의 인버터 전류 제어값을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 전원 제어 유닛(570)은, 후기 점화 제어 유닛(560)에 의해 공급되는 소정의 제어 값을 측정된 인버터 전류가 추종하도록 공진 회로(530)에 대한 전력을 조절할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 후기 점화 제어 유닛(560)은, 플라즈마 시스템의 필요 동작 조건에 기초하는 소정의 일차 전류 제어값과 측정된 일차 전류(535b) 간의 차에 기초하여 신호를 출력하는 PID 제어를 포함할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 후기 점화 제어 유닛(560)은, 플라즈마 시스템의 필요 동작 조건에 기초하는 소정의 전력 제어값과 측정된 전력 신호(도시하지 않음) 간의 차에 기초하여 신호를 출력하는 PID 제어를 포함할 수 있다. 측정된 전력 신호는, 예를 들어, DC 전원(510)에 의해 또는 제어 시스템(500)의 다른 구성요소들로부터 제공될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 조기 점화 제어 유닛(555)에 의해 생성되는 특정한 조기 점화 제어 신호에 대한 서로 다른 점화 상황들에 따라 시간 경과에 따른 인버터 및 일차 전류값들을 도시하는 타이밍도이다. 구체적으로, 조기 점화 제어 유닛(555)에 의해 생성되는 소정의 조기 점화 제어 신호는 도 6a 내지 도 6c에서 동일하며, 후술하는 바와 같이 신호(610)에 상응한다. 도 6a는 점화 실패 상황을 도시하며, 이 경우 플라즈마는 점화되지 않는다. 도 6b는 클램프 임계값에 도달한 후의 플라즈마 점화를 도시한다. 도 6c는 클램프 임계값에 도달하기 전의 플라즈마 점화를 도시한다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 조기 점화 제어 신호(610)는, 일 실시예에서, 약 20ms일 수 있는 램프업 기간(614) 동안, 선형 증가한다. 시간(614)에서, 조기 점화 제어 신호(610)는 임계값(612)에서 한정된다(즉, 클램프된다). 임계값(612)은, 예를 들어, 플라즈마 챔버 내에서 펀치스루의 가능성이 있는 임의의 값 미만으로 선택될 수 있다. 펀치스루는 유전 재료, 유전 재료의 두께, 플라즈마 챔버의 형상, 및/또는 플라즈마 챔버 및/또는 점화 회로의 기타 특성들의 선택에 의존할 수 있다. 따라서, 이러한 식으로 임계값을 설정함으로써, 플라즈마 챔버 내의 양극산화층을 펀치스루로부터 보호할 수 있다. 조기 점화 제어 유닛(555)은, 일 실시예에서, 약 100ms일 수 있는 소정의 시간량(616) 동안 신호(610)를 임계값(612)에서 유지한다. 시간(616) 전에 플라즈마가 검출되지 않으면, 신호(610)는 0으로 리셋되고, 램프업 공정을 다시 시작한다. 일부 실시예들에서는, 시간(616) 후에 램프업 공정이 다시 시작하기 전 지연 기간을 삽입할 수 있다. 일 실시예에서, 지연 기간은 400ms일 수 있다. 다음에 따르는 제어값들인, 임계값(612), 램프업 시간(614), 리셋 시간(616), 및/또는 지연 기간은, 필요 동작 조건들에 기초하는(예를 들어, 서로 다른 가스 흐름율들 및/또는 가스들의 유형들에 기초하는) 동작 동안 제어 시스템에 의해 가변적으로 설정 및 조절될 수 있다.
또한, 도 6a에서의 신호(610)는 시스템으로부터 측정된 인버터 전류(535a)(또는 다른 대응하는 조기 점화 신호)를 나타낼 수 있으며, 그 이유는 조기 점화 제어 유닛(555)에 의해 제공되는 필요로 하는 조기 점화 제어 프로파일(610)을 인버터 전류(535a)가 추종하기 위해 제어 유닛(570)이 비교기(565)로부터의 피드백을 사용하기 때문이다. 조기 점화 동안, 일차 전류(535b)는 대략 0이며, 따라서 도 6a에는 도시하지 않는다.
도 6b와 도 6c의 신호들(620a/620b, 640a/640b)은 측정된 인버터 전류(535a)(또는 다른 대응하는 조기 점화 신호)를 나타낼 수 있는 반면, 신호들(630a/630b, 650a/650b)은 측정된 일차 전류(535b)를 나타낼 수 있다. 점화 전에, 일차 전류들(630a, 630b)은 대략 0이다. 도 6b에서는 점화가 시간(614) 후에 발생하는 반면, 도 6c에서는 점화가 시간(614) 전에 발생한다.
도 6b와 도 6c에 도시한 바와 같이, 플라즈마 점화가 발생하면, 인버터 전류들(620a, 640a)의 값은 초기에 강하되며, 일차 전류들(630a, 650a)은 슛업(shoot up)된다. 일 실시예에서는, 일차 전류들(630a, 650a)이 소정의 기간(618a, 618b) 동안 검출 임계값을 초과한 후에, 플라즈마가 검출된다. 플라즈마가 검출되면, 스위치(550)는 후기 점화 제어 유닛(560)으로 래칭되고, 후기 점화 제어 유닛은, 본 실시예에서, 플라즈마를 유지하기 위해 임계값(612)보다 높은 전류에 대한 제어 신호를 제공한다. 시스템은 인버터 전류들(620b, 640b)이 이 값에서 안정화되기 전에 소정의 시간량을 취한다.
도 7은 단일 전력 트레인 시스템에 대한 전술한 특징들 중 임의의 것을 구현하는 두 개의 전력 트레인에 대한 최고위 제어 시스템(700)을 도시하는 블록도이다. 도 7에서는 두 개의 전력 트레인을 도시하고 있지만, 임의의 개수의 전력 트레인을 갖는 다른 구성도 가능하다. 최고위 제어 시스템(700)은, 두 개의 DC 전원(711, 712), 두 개의 브리지 인버터(721, 722), 두 개의 공진 탱크(731, 732), 한 개의 주파수 및 듀티 사이클 제어 유닛(740), 한 개의 플라즈마 검출 유닛(750), 및/또는 안전 및 감시 유닛(도시하지 않음)을 포함한다. 제어 유닛(740)은 다중-입력-단일-출력(MISO) 제어 유닛이다. 예를 들어, 브리지 인버터들(721, 722)로의 출력 제어 신호들은 동일하다. 일 실시예에서, 출력 제어 신호들은 브리지 인버터들(721, 722)에 주파수 및/또는 듀티 사이클 값들을 제공한다. 제어 유닛(740)에 공급되는 입력들은, 예를 들어, 공진 탱크들(731, 732)로부터의 인버터 전류들(또는 다른 조기 점화 신호들)의 중간값(mean), 평균값, 또는 rms 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출 유닛(540a)은 하나 이상의 전력 트레인들로부터의 하나 이상의 인버터 전류들을 나타내는 비교기(565)에 조기 점화 제어 신호를 출력할 수 있다. MISO 제어 유닛을 제공함으로써, 다중 전력 트레인 시스템들에 요구되는 제어 회로의 복잡성을 유익하게 감소시킬 수 있다. 또한, 단일 출력 제어를 제공함으로써, 전체 시스템(700)의 더욱 큰 제어 및 안정성을 유익하게 제공할 수 있다.
전술한 기술들은, 디지털 및/또는 아날로그 전자 회로에서, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 그 구현은, 컴퓨터 프로그램 제품으로서 가능하며, 즉, 프로그래밍가능 프로세서, 컴퓨터, 및/또는 다수의 컴퓨터 등의 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 또는 이러한 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해 기계 판독가능 저장 장치에서 유형으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 가능하다. 컴퓨터 프로그램은, 소스 코드, 컴파일 코드, 해석 코드 및/또는 기계 코드를 포함하는 컴퓨터 또는 프로그래밍 언어의 임의의 형태로 기입될 수 있고, 그 컴퓨터 프로그램은 독립형 프로그램의 형태 또는 서브루틴, 요소, 또는 계산 환경에서의 사용에 적합한 다른 단위의 형태를 비롯한 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 하나의 컴퓨터 상에서 또는 하나 이상의 지역에서의 다수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
입력 데이터를 연산함으로써 및/또는 출력 데이터를 생성함으로써 본 발명의 기능들을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 메소드 단계들을 수행할 수 있다. 또한, 메소드 단계들은, 예를 들어, FPGA(필드 프로그래밍가능 게이트 어레이), FPAA(필드 프로그래밍가능 아날로그 어레이), CPLD(컴플렉스 프로그래밍가능 로직 장치), PSoC(프로그래밍가능 시스템-온-칩), ASIP (주문형 명령어-세트 프로세서), 또는 ASIC (주문형 집적 회로) 등의 전용 로직 회로에 의해 수행될 수 있고, 장치는 이러한 예로서 구현될 수 있다. 서브루틴은 하나 이상의 함수를 구현하는 프로세서/특정 회로 및/또는 컴퓨터 프로그램의 일부를 가리킬 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서로는, 예를 들어, 범용 및 전용 마이크로프로세서들, 및 임의의 종류의 디지털 또는 아날로그 컴퓨터의 하나 이상의 임의의 프로세서가 있다. 일반적으로, 프로세서는 ROM 또는 RAM으로부터 또는 둘 다로부터 데이터 및 명령어를 수신한다. 컴퓨터의 필수 요소들은 명령어들을 실행하기 위한 프로세서 및 명령어 및/또는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치들이다. 캐시 등의 메모리 장치들은 데이터를 일시 저장하는 데 사용될 수 있다. 또한, 메모리 장치들은 장기간 데이터 저장을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는, 또한, 자기 디스크, 광자기 디스크, 또는 광 디스크 등의, 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 장치를 포함하거나, 대용량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 대용량 저장 장치에 데이터를 전달하거나, 수신 및 전달 모두를 행하도록 대용량 저장 장치에 동작가능하게 결합된다. 또한, 컴퓨터는, 통신 네트워크로부터 명령어 및/또는 데이터를 수신하기 위해 그리고/또는 그 통신 네트워크에 명령어 및/또는 데이터를 전달하기 위해 그 통신 네트워크에 동작가능하게 결합될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 구체화하는 데 적합한 정보 캐리어는, 예를 들어, DRAM, SRAM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 장치 등의 반도체 메모리 장치와, 내부 하드 디스크 또는 탈착가능 디스크 등의 자기 디스크와, 광자기 디스크와, CD, DVD, HD-DVD, 블루레이 디스크 등의 광 디스크를 포함하는 휘발성 및 비휘발성 메모리의 모든 형태를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 전용 로직 회로에 의해 보조될 수 있고 그리고/또는 전용 로직 회로 내에 통합될 수 있다.
사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 전술한 기술들은, 예를 들어, CRT(음극선관), 플라즈마 또는 LCD(액정 표시) 모니터 등의 사용자에게 정보를 표시하기 위한 표시 장치, 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있게 하는(예를 들어, 사용자 인터페이스 요소와 상호작용하게 할 수 있는), 키보드, 마우스, 트랙볼, 터치패드 또는 모션 센서 등의 포인팅 장치와 통신하는 컴퓨터 상에서 구현될 수 있다. 다른 종류의 장치를 사용하여 사용자와의 상호 작용을 제공할 수도 있으며, 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은, 가시적 피드백, 청각적 피드백, 또는 촉각적 피드백 등의 임의의 형태의 센서 피드백일 수 있으며, 사용자로부터의 입력은 음향, 음성, 및/또는 촉각적 입력을 비롯한 임의의 형태로 수신될 수 있다.
전술한 기술들은 백엔드 컴포넌트를 포함하는 분산형 계산 시스템에서 구현될 수 있다. 분산형 계산 시스템의 컴포넌트들은 디지털 데이터 통신이나 아날로그 데이터 통신의 임의의 형태나 매체(예를 들어, 통신 네트워크)를 포함할 수 있는 송신 매체에 의해 상호 접속될 수 있다. 송신 매체는 하나 이상의 패킷 기반 네트워크 및/또는 하나 이상의 회로 기반 네트워크를 임의의 구성으로 포함할 수 있다. 패킷 기반 네트워크 및/또는 회로 기반 네트워크는 유선 네트워크 및/또는 무선 네트워크를 포함할 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상이나 필수적인 특징으로부터 벗어나지 않고 본 발명을 다른 특정한 형태로 실시할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 전술한 실시예들은 모든 관점에서 볼 때 본 명세서에서 설명한 본 발명을 한정하기보다는 예시하는 것으로 고려해야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 설명이라기보다는 청구범위에 의해 정해지며, 따라서 청구범위의 균등물의 의미와 범위 내에 해당하는 모든 변경을 이러한 청구범위에 포함하려는 것이다.

Claims (44)

  1. 반응 가스 생성기에서의 플라즈마를 점화하는 방법으로서,
    점화 전원으로부터의 전력을 플라즈마 점화 회로에 공급하는 단계와,
    상기 플라즈마 점화 회로의 조기 점화 신호(pre-ignition signal)를 측정하는 단계와,
    측정된 상기 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호에 기초하여 상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계와,
    소정의 기간이 경과한 후에 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점화 전원은 스위칭 전원을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 점화 전원은 하프 브리지 인버터 또는 풀 브리지 인버터를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조기 점화 신호는, 상기 플라즈마 점화 회로의 전압, 전류 또는 전력, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조기 점화 신호는 상기 점화 전원과 상기 플라즈마 점화 회로 간의 전류를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조기 점화 신호를 측정하는 단계는 상기 기간 동안 상기 조기 점화 신호의 피크를 측정하는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 상기 점화 전원의 듀티 사이클 및/또는 주파수 값을 조절하는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 측정된 상기 조기 점화 신호와 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호 간의 차에 기초하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는,
    측정된 상기 조기 점화 신호가 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호보다 크면 상기 플라즈마 점화 회로에 전력을 덜 공급하는 단계와,
    측정된 상기 조기 점화 신호가 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호보다 작으면 상기 플라즈마 점화 회로에 전력을 더 공급하는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계는 상기 기간이 경과한 후에 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 증가시키는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호는 시간에 대하여 선형 증가하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 조절가능한 조기 점화 신호의 증가는 소정의 최대 제어 신호에 의해 한정되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    무효화 신호(override signal)에 기초하여 상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력의 조절을 무효화하는 단계를 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무효화 신호는 소정의 최대 제어 신호 및 측정된 상기 조기 점화 신호에 기초하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력의 조절을 무효화하는 단계는 제2 기간 동안 상기 플라즈마 점화 회로에 전력을 공급하지 않는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    점화 기간이 경과한 후,
    상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 리셋 값으로 조절하는 단계와,
    대기 기간 동안 상기 리셋 값에서 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 유지하는 단계와,
    상기 대기 기간이 경과한 후에 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하는 단계를 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로는 변압기 및 상기 변압기의 일차 권선에 결합된 공진 회로를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 조기 점화 신호는 상기 일차 권선의 전압을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 공진 회로는 하나 이상의 인덕터 및 하나 이상의 커패시터를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로는 상기 변압기의 이차 권선에 결합된 하나 이상의 점화 전극을 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 이차 권선은 접지된 중심 탭을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 변압기는 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 전력을 공급하도록 상기 플라즈마 챔버에 전자기적으로 결합되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는지를 판정하는 단계와,
    상기 플라즈마 점화 회로를 사용하여 상기 점화 전원으로부터의 전력을 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 공급하는 단계와,
    상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 것으로 판정되면, 플라즈마 제어 신호에 기초하여 상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 상기 점화 전원의 듀티 사이클 및/또는 주파수 값을 조절하는 단계를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 측정된 상기 조기 점화 신호와 상기 플라즈마 제어 신호 간의 차에 기초하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    플라즈마 신호를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하는 단계는 측정된 플라즈마 신호와 상기 플라즈마 제어 신호 간의 차에 기초하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 플라즈마 신호는 상기 일차 권선의 전류, 전원 신호, 플라즈마 챔버 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 방법.
  28. 반응 가스 생성기에서의 플라즈마의 점화를 제어하는 시스템으로서,
    플라즈마 점화 회로에 결합되고, 조기 점화 신호를 생성하도록 구성된 측정 장치와,
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    (i) 상기 조기 점화 신호 및 조절가능한 조기 점화 제어 신호에 기초하여 점화 전원 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단과,
    (ii) 상기 점화 전원 제어 신호를 점화 전원에 출력하기 위한 출력 수단과,
    (iii) 소정의 기간이 경과한 후에 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 점화 전원과,
    상기 점화 전원에 결합된 상기 플라즈마 점화 회로를 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 점화 전원은 하프 브리지 인버터 또는 풀 브리지 인버터를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 측정 장치는, 또한, 상기 플라즈마 점화 회로의 전압 측정, 전류 측정, 전력 측정, 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여 상기 조기 점화 신호를 생성하도록 구성되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 측정 장치는 상기 기간 동안 상기 측정의 피크를 측정하기 위한 피크 검출 유닛을 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 점화 전원 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단은 상기 조기 점화 신호와 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호 간의 차에 기초하여 상기 점화 전원 제어 신호를 조절하도록 구성되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  34. 제28항에 있어서,
    상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 조절하기 위한 계산 수단은 상기 기간이 경과한 후에 상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호를 증가시키도록 구성되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 조절가능한 조기 점화 제어 신호의 증가는 소정의 최대 제어 신호에 의해 한정되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로는 변압기 및 상기 변압기의 일차 권선에 결합된 공진 회로를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 공진 회로는 하나 이상의 인덕터 및 하나 이상의 커패시터를 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 플라즈마 점화 회로는 상기 변압기의 이차 권선에 결합된 하나 이상의 점화 전극을 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 이차 권선은 접지된 중심 탭을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 변압기는 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 전력을 공급하도록 상기 플라즈마 챔버에 전자기적으로 결합되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  41. 제28항에 있어서,
    플라즈마 챔버 내의 플라즈마의 존재를 검출하기 위한 플라즈마 검출 유닛과,
    상기 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버 내에 존재하는 것으로 판정되면, 플라즈마 제어 신호에 기초하여 상기 플라즈마 점화 회로에 공급되는 전력을 조절하기 위한 계산 수단을 구비하는 전력 제어기를 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 플라즈마 제어 신호는 소정의 플라즈마 제어 값, 일차 권선의 전류, 전원 신호, 플라즈마 챔버 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  43. 제28항에 있어서,
    상기 측정 장치는, 또한, 하나 이상의 다른 플라즈마 점화 회로에 결합되고, 상기 하나 이상의 다른 플라즈마 점화 회로로부터의 측정에 기초하여 상기 조기 점화 신호를 생성하도록 구성되는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 점화 전원 제어 신호를 출력하기 위한 출력 수단은, 상기 하나 이상의 다른 플라즈마 점화 회로에 연관된 하나 이상의 다른 점화 전원에 상기 점화 전원 제어 신호를 출력하기 위한 수단을 더 포함하는, 반응 가스 생성기에서의 플라즈마 점화 제어 시스템.
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