用于产生输出DC电压的方法和等离子处理DC电压供电电源技术

在用于产生气体放电电压供电单元（１）的输出ＤＣ电压的方法中，其中在第一电压转换级（２）中，将第一ＤＣ电压转换为预定电压范围的第二ＤＣ电压，并且在第二电压转换级（３）中，从该第二ＤＣ电压产生输出ＤＣ电压，在第二电压转换级中使用受控的脉冲占空因数切换至少一个增压转换器（２０）的切换元件（２３），以产生输出ＤＣ电压。该方法能够发动并维持该等离子处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于产生用于气体放电处理的供电电源的输出DC电压的方法，其中在第一电压转换级，将第一DC电压转换为预定电压范围的第二DC电压，并且在第二电压转换级，从该第二DC电压产生输出DC电压，以及一种用于执行该方法的装置。
技术介绍
例如在DE19627497A1中公开了这种类型的方法和对应的装置。由于在该处理中大多数不同的要求和系统技术的特性，气体放电处理具有不同的阻抗。这就意味着必须提供不同的放电电压，以得到所要求的特定功率变换。而且，启动气体放电处理所要求的电压通常高于维持该气体放电处理的电压。DE19627497A1中公开了一种具有发动(strike)增强电路的等离子发生器。发动增强电路在高阻抗时产生高电压，以启动等离子或喷溅(sputter)室中的等离子。发动增强电路具有多个用作全波整流器的二极管桥。供电电源的变压器次级通过隔离电容器与每一二极管桥的交流电(AC)输入连接。二极管桥的直流(DC)连接被并联，并且所增加的电压通过输入连接提供到等离子室。每一二极管桥还包括存储电容器，其连接着正和负DC连接。变压器次级波形的正和负电压峰值被存储在存储电容器中。足够大以启动等离子放电的电压被提供给DC输出。如果存在等离子，则隔离电容器的阻抗防止发动电路提供高的发动电压。常规装置以及相关方法不适合于在宽的电压范围上控制等离子发生器的输出端上的DC电压。
技术实现思路
本专利技术的潜在目的是提供一种方法以及用于执行该方法装置，其允许设置具有预定标称输出功率的较宽范围的输出电压。根据本专利技术实现该目的，其中在用于在第二电压转换级中产生输出DC电压的上述方法中，使用受控的脉冲占空因数切换至少一个增压转换器的切换元件。第一电压转换级产生第一DC电压，其特别适合于气体放电处理的普通操作，即其特别适合于维持气体放电处理。因此可以通过第一电压转换级调节气体放电处理的供电电源。在第二电压转换级可以增加输出电压，特别用于发动气体放电过程。当气体放电过程已经被发动时，可以通过第二电压转换级控制输出电压，同时维持气体放电过程。特别地，可以通过第二电压转换级调节上输出电压范围中的功率。通过这种操作，根据最大可容许的输出电压，只有增压转换器的有源元件必须被选择。第一电压转换级的组件与此无关。使用受控的脉冲占空因数切换增压转换器的切换元件的优点在于，增压转换器对开路操作具有阻抗。从而可能防止每一周期能量从电感被吸取到增压转换器的滤波电容器中，从而防止了在空载状态下输出DC电压的增加，其可能毁坏组件。而且，可以通过控制脉冲占空因数调节输出DC电压。特别地，可以将脉冲占空因数设置为零，使得输出DC电压对应于第二DC电压的输出。在特别优选的方法变体中，增加第二电流转换级中的第二DC电压。第二DC电压的增加特别允许发动气体放电处理，而不需要另外的发动增加电路。在一个方法变体中，可以通过以临时偏移的方式，使用受控的脉冲占空因数切换至少两个增压转换器的切换元件，来从第二DC电压中产生输出DC电压。这样的优点在于，可以以较低的频率操作切换元件，提供切换元件的最优功能。而且，第二电压转换级的输出上的滤波电容器可以具有更小的电容，这样就快速地断开电压供电单元。特别地，如果在等离子处理中出现所谓的弧，就需要快速切换。这些弧在等离子处理中产生不稳定性，并且可以毁坏等离子室中的阴极或其它元件。如果出现这种弧，必须迅速地关闭电压供电。在断开连接之后，只有少量剩余能量残留在整个系统中，即在电流供应和等离子系统中。另一个优点在于，通过使用利用受控的脉冲占空因数以临时偏移的方式切换的两个增压转换器，在电压供电单元的输出上可以产生平滑的(很大程度上无波纹的)DC电压。通过利用受控的脉冲占空因数以临时偏移的方式切换至少两个增压转换器的切换元件而从输入DC电压产生输出DC电压，其表示独立的专利技术，与如何产生输入DC电压无关。通过特别优选的方式，并行连接增压转换器，并且将输入DC电压增加到输出DC电压。特别优选地，以大于等于18kHz的频率驱动切换元件，因为例如在变压器中激励的振荡在这些频率不是可听的。而且，诸如变压器的无源组件可以具有更小的尺寸。优选地使用相同的频率，或者使用预定的基频的倍数驱动切换元件，从而防止跳动(beat)。例如，如果使用不同的驱动频率来驱动切换元件，就可能产生跳动。这可能是例如使用变频控制进行控制的情况。以相同的频率或预定的基频的倍数驱动切换元件使得提高电磁兼容性(EMC)。从而很大程度上防止了切换元件的相互影响以及其它组件或外部装置的影响。在优选的方法变体中，第一DC电压最初被转换为AC电压，其随后被整流到第二DC电压。从而可以调节第二电流转换级的输入电压。而且，在第一电流转换级中，可以分离第一电流转换级的输入和输出的电势。可以调节AC电压的幅度以及AC电压的波形。在方法的优选的进一步发展中，通过切换元件的桥电路产生AC电压，其中可以通过脉冲宽度调制或移相的方式驱动切换元件，一方面允许用于低负载电压的功率调节，并且另一方面允许第一电压转换级的输入电压的转换。而且，可以自由地调节AC电压的波形。桥电路可以实施为半桥或全桥。通过特别优选的方式，在相同的频率或者在预定的基频的倍数处，驱动桥电路的切换元件和增压转换器的切换元件。从而消除了跳动。切换元件的共同控制对电磁兼容性具有正面影响。第一和第二电压转换级彼此不影响。特别优选地，在整流之前转换AC电压。转换允许电势分离。而且，可以调节第二电压转换级的输入电压，并且如果第二电压转换级中的电压不增加，也可以调节电压供电单元的输出电压。优选地，通过整流从电源电压(mains voltage)产生第一DC电压。这样的优点是，整个供电电源机构几乎可以工作于任何电源电压。等离子系统使用完全相同的电压供电机构可以工作于大多数不同的电源电压，并且用于大多数不同的输出DC电压。通过特别优选的方式，从第一DC电压产生电压小于650V的第二DC电压，优选为在50至650V之间的范围中，并且从第二DC电压产生电压大于600V的输出DC电压，其优选为在600至2000V之间的范围中。第一电压转换级从而产生相对低的输出DC电压，特别用于维持气体放电处理或用于低负载阻抗和高输出电流，并且第二电压转换级产生更高的输出电压，特别用于发动气体放电处理或用于上输出电压范围中的功率调节，即高负载阻抗以及相应地高输出DC电压。因此，如果在第一电压转换级产生小电压，并且在第二电压转换级产生大电压，那么只有第二电压转换级需要使用为高电压所设计的组件。由于电压减少了，第一电压转换级的元件之间的安全距离可以更小。根据本专利技术，也可以使用等离子处理DC电压供电单元实现这一目的，第一电压转换级用于将第一DC电压转换为第二DC电压，并且第二电压转换级用于将第二DC电压转换为输出DC电压。为了产生输出DC电压，第二电压转换级具有至少一个增压转换器，其具有使用受控的脉冲占空因数驱动的切换元件。这种类型的DC电压供电单元可以用于宽输入电压范围上和所需要的输出DC电压范围。第一电压转换级可以是任何DC/DC转换器，例如降压转换器、增压转换器或其组合。第一DC电压在第一电压转换级中可以增加或降低。优选地提供控制单元来控制第一和第二电压转换级。在第二电压转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生气体放电处理电压供电单元（１）的输出ＤＣ电压的方法，其中在第一电压转换级（２）中，将第一ＤＣ电压转换为预定电压范围的第二ＤＣ电压，并且在第二电压转换级（３）中，从所述第二ＤＣ电压产生输出ＤＣ电压，其特征在于：为了在所述第二电压转换级中产生输出ＤＣ电压，使用受控的脉冲占空因数切换至少一个增压转换器（２０）的切换元件（２３）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得韦蒂姆斯，斯蒂芬舍梅尔，马库斯维特哈尔特，
申请(专利权)人：许廷格电子有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]