專(zhuān)利名稱(chēng)：具有感性箝位電路的e類(lèi)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于供應(yīng)交流電的電源，更特別地，涉及用于電源的開(kāi)關(guān)部分的保護(hù)電路，其中該電源的開(kāi)關(guān)部分由E類(lèi)放大器實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
射頻(RF)能量通過(guò)感應(yīng)加熱、電介質(zhì)加熱和等離子體激發(fā)(excite)，在各種工業(yè)領(lǐng)域中用于材料處理。等離子體激發(fā)可采用感性(inductive)、容性(capacitive)的方式，或采用精確的電磁(EM)波、微波、耦合。提供這種RF能量的發(fā)生器可采用多種電路布局，這些電路布局涵蓋了從提供幾十瓦的單個(gè)A類(lèi)晶體管放大器到提供幾千瓦的自振蕩管發(fā)生器的范圍。
半導(dǎo)體制造業(yè)使用RF等離子體來(lái)沉積和蝕刻微米尺寸和次微米尺寸的膜。針對(duì)這種應(yīng)用的典型電源可包含行變頻器/整流器/電容器DC電源和高頻(HF)線(xiàn)性功率放大器。典型的功率值和頻率值可以是，頻率值在400KHz～60.0MHz的范圍之內(nèi)而功率值達(dá)到10KW。線(xiàn)性功率放大器使用具有高功率消耗性能的高頻/超高頻(HF/VHF)RF功率晶體管。這種電源或發(fā)生器可在100∶1的輸出負(fù)載范圍內(nèi)將功率控制在1％或2％的精度。通常該發(fā)生器被具體地配置為輸出到預(yù)定負(fù)載，例如50歐姆的負(fù)載，但其實(shí)該發(fā)生器可驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載，即使配置失當(dāng)也不會(huì)出現(xiàn)故障。典型的保護(hù)措施是降低功率。例如，降低對(duì)線(xiàn)性放大器的驅(qū)動(dòng)電平以相應(yīng)地降低電流或功率消耗。在50歐姆系統(tǒng)中，從典型的50歐姆上的偏離可被測(cè)量為反射功率。降低驅(qū)動(dòng)電平以限制反射功率。
圖1示出了典型的具有由反相的正弦波驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)器或晶體管S1、S2的變壓器耦合推挽RF功率放大器。五元諧波抑制濾波器包含電感器L1、L2以及電容器C1、C2和C4。該諧波抑制濾波器典型地確保得到高純度或一致的正弦波輸出。圖中未示出的偏壓電路可以是AB類(lèi)或B類(lèi)。典型地使用雙級(jí)結(jié)晶體管(BJT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。變壓器T1的變壓比通常選擇為使所需功率匹配到給定的DC電源電壓，該給定的DC電源電壓通常為28V或50V。詳細(xì)的電路遵循用于通信的寬帶HF/VHF功率放大器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)慣例。
圖1的放大器有一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)，但是也有幾個(gè)缺點(diǎn)。其主要的優(yōu)點(diǎn)是在在寬帶設(shè)計(jì)中，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)頻率或輸入頻率可輕松地改變輸出頻率。對(duì)于給定的輸出頻率而言，只需改變輸出濾波器。如果放大器的基本線(xiàn)性/純度足夠好，則同時(shí)執(zhí)行這些過(guò)程。圖1的電路的缺點(diǎn)在于效率較低以及晶體管的功率消耗較大。效率在理論上不會(huì)超過(guò)70％，但典型地不會(huì)超過(guò)50％。為解決高功率消耗問(wèn)題，許多應(yīng)用使用通常采用了鈹氧化物(BEo)低熱阻技術(shù)的昂貴的、特制的RF晶體管。它們需要巨大的空冷散熱器或水冷散熱器。有關(guān)RF線(xiàn)性放大器的設(shè)計(jì)已經(jīng)出版了大量的文獻(xiàn)。任何想要設(shè)計(jì)該發(fā)生器的電源制造商，都可放心地使用晶體管制造商的應(yīng)用電路。
如圖2所示，圖2的電路采用了一種可提高效率并降低功率消耗的不同工作模式。圖2電路中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)固定為方波，這樣晶體管就處于開(kāi)關(guān)工作模式而不是線(xiàn)性工作模式。即圖1的開(kāi)關(guān)或晶體管S1、S2在位于全關(guān)和全開(kāi)之間的區(qū)域上進(jìn)行工作。圖2的開(kāi)關(guān)或晶體管S1、S2通過(guò)從全開(kāi)切換到全關(guān)進(jìn)行工作。變壓器T1的輸出現(xiàn)在是方波。包含電感器L1、L2和電容器C1、C2的四元濾波器濾除所需基本頻率以產(chǎn)生正弦曲線(xiàn)輸出。為抑制諧波電流，去除電容器C4以使該濾波器提供感性輸入。雖然晶體管電壓和變壓器電壓為方形，但是電流為正弦曲線(xiàn)。效率現(xiàn)在為100％，并且典型地落在80％～90％的范圍內(nèi)。這種電路通常稱(chēng)為諧振轉(zhuǎn)換器或逆變器，而非放大器。
圖2的電路因一些缺點(diǎn)而受損。由于針對(duì)特定的輸出頻率對(duì)濾波器進(jìn)行充分地選擇，所以?xún)H能實(shí)現(xiàn)固定的或窄的工作頻率范圍或頻段。此外，無(wú)法直接控制輸出功率。不像圖1，圖2的電路無(wú)法直接連接到線(xiàn)電壓或輸出口電壓。相反地，需要利用附加的功率轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入到圖2的DC進(jìn)行調(diào)整，典型地利用開(kāi)關(guān)模式逆變器實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，負(fù)載失當(dāng)會(huì)導(dǎo)致濾波器和晶體管之間的高環(huán)流。環(huán)流無(wú)法通過(guò)限制DC輸入電流進(jìn)行必要地限制。
特別是對(duì)于E類(lèi)放大器來(lái)說(shuō)，E類(lèi)放大器采用提供高效率的開(kāi)關(guān)模式放大器布局。由于該布局，E類(lèi)放大器的開(kāi)關(guān)元件，典型地為晶體管，在出現(xiàn)最大功率消耗的作用區(qū)消耗很短時(shí)間或者不消耗時(shí)間。在這種架構(gòu)下，E類(lèi)放大器的開(kāi)關(guān)元件在工作中更象是開(kāi)關(guān)而非晶體管。亦即，開(kāi)關(guān)元件將其大部分時(shí)間消耗在截至區(qū)或飽和區(qū)。
設(shè)計(jì)者進(jìn)一步利用已知的稱(chēng)為零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)的開(kāi)關(guān)模式技術(shù)來(lái)提高E類(lèi)放大器的效率。ZVS防止E類(lèi)放大器的開(kāi)關(guān)元件在轉(zhuǎn)換期間通過(guò)作用區(qū)。通過(guò)在開(kāi)關(guān)元件的輸出端施加感性負(fù)載，開(kāi)關(guān)元件的輸出端的寄生電容和擴(kuò)程電容在開(kāi)關(guān)元件試圖從截至區(qū)轉(zhuǎn)換到飽和區(qū)之前被放電至零伏特。電感器和電容器協(xié)作以形成串聯(lián)諧振電路，并在開(kāi)關(guān)元件的輸出端提供感性負(fù)載。該諧振電路的頻率低于放大器的工作頻率。此時(shí)，該諧振電路的電感器支配該諧振電路，并在晶體管上產(chǎn)生感性負(fù)載。
為實(shí)現(xiàn)ZVS，開(kāi)關(guān)元件必須設(shè)計(jì)為允許負(fù)的漏級(jí)-源級(jí)電流通過(guò)自身，即器件溝道處于截至區(qū)。該要求暗示出MOSFET是E類(lèi)放大器布局的開(kāi)關(guān)元件的優(yōu)選選擇，這是因?yàn)镸OSFET在連接到源極的襯底上具有固有的本體二極管。也可選擇其他的晶體管，例如雙級(jí)結(jié)晶體管(BJT)或集成柵雙級(jí)晶體管(IGBT)，但是在這些架構(gòu)下需要在發(fā)射極-集電極結(jié)上配置快速二極管。
E類(lèi)放大器的主要優(yōu)點(diǎn)是，相對(duì)于其他布局而言，用于E類(lèi)布局中的相同的晶體管可實(shí)現(xiàn)更高的RF功率，這主要是因?yàn)榻档土似骷纳?。另一方面，E類(lèi)放大器也產(chǎn)生了必須從RF輸出中濾除的大量二次諧波能量。這種布局典型地要求在RF功率遞送到負(fù)載之前具有至少一個(gè)附加的濾波級(jí)。
如前所述，包括電感器和電容器的串聯(lián)諧振電路具有低于放大器工作頻率的諧振頻率。盡管負(fù)載可以是電容器、電感器和電阻的任意組合，但是如果負(fù)載僅為具有使得諧振電路和負(fù)載的串聯(lián)組合的諧振頻率等于放大器的工作頻率的值的電容器，則通過(guò)開(kāi)關(guān)元件的電流將接近無(wú)限大。這將導(dǎo)致晶體管的損壞。然而，對(duì)于典型的E類(lèi)放大器應(yīng)用來(lái)說(shuō)，利用對(duì)放大器輸出反射功率進(jìn)行箝位的外部控制環(huán)，可避免損壞晶體管。只要該控制環(huán)感知反射功率超過(guò)預(yù)定限制，則該控制環(huán)上降低DC軌上的電壓，直至反射功率匹配預(yù)定限制。該控制環(huán)必須迅速反應(yīng)，以避免影響晶體管。通過(guò)將RF放大器輸入功率降低至零，可避免影響晶體管。但是，在等離子體處理應(yīng)用中，這樣的動(dòng)作將引起不希望的結(jié)果，即等離子體消失。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，具有DC輸入的電源電路向負(fù)載提供交流電。逆變器產(chǎn)生交流輸出，而輸出電路直接接收該交流輸出并將該交流輸出饋給負(fù)載。該輸出電路包括連接到該輸出電路中點(diǎn)上的第一整流器和第二整流器，以便在該逆變器試圖驅(qū)使該點(diǎn)達(dá)到超出預(yù)定正電壓或預(yù)定負(fù)電壓的電壓時(shí)，該第一整流器或該第二整流器中的一個(gè)導(dǎo)電以使電壓和/或電流返回到DC電壓電源。電壓和/或電流被反饋到逆變器。這可通過(guò)例如將第一整流器連接在地或DC輸入的負(fù)輸入端與該點(diǎn)之間并且將該第二整流器連接在該電和DC電壓的正輸入端之間來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)理解，當(dāng)整流器之一導(dǎo)電時(shí)，其將該點(diǎn)箝位到DC輸入的相應(yīng)輸入端的電壓。該整流器可由二極管實(shí)現(xiàn)。
在一可替代配置中，該整流器可連接到單獨(dú)的電壓電源或電源，對(duì)由電源確定的電壓進(jìn)行箝位。本發(fā)明還包括恒壓器，例如，第一整流器和第二整流器利用齊納二極管實(shí)現(xiàn)。齊納二極管可消耗至少部分電壓和/或電流，同時(shí)還可具有相連的晶體管，通過(guò)該晶體管可消耗更高級(jí)別的能量。這各種情況下，消耗通過(guò)發(fā)熱實(shí)現(xiàn)。齊納二極管可背靠背地連接，以使其中一個(gè)二極管對(duì)另一個(gè)二極管進(jìn)行整流?？蛇x地，還可使用合適、單獨(dú)的整流二極管或整流電路與各個(gè)齊納二極管串聯(lián)。在第一二極管和第二二極管連接在該點(diǎn)兩側(cè)的結(jié)構(gòu)中，各個(gè)二極管通過(guò)形成二極管鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如肖特基二極管，并且這些二極管可配置在單陶瓷襯底上。
該逆變器可包括至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件。該電源電路也可包括連接到這兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件之間的點(diǎn)上的電感，以使器件和任何相連的電容通過(guò)感性電流來(lái)充電和放電。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，電源電路包括DC輸入并向負(fù)載提供交流電。逆變器產(chǎn)生交流輸出，并且輸出電路直接接收交流輸出并饋給到負(fù)載。該輸出電路進(jìn)一步包括恒壓器，以便在逆變器試圖驅(qū)動(dòng)電路中的預(yù)定點(diǎn)達(dá)到預(yù)定電壓段之外的電壓時(shí)消耗電壓和/或電流的在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，電源電路包括功率輸出和如上所述的第一電源電路和第二電源電路。第一電源電路的輸出和第二電源電路的輸出并聯(lián)地連接到功率輸出。交流信號(hào)源分別開(kāi)關(guān)第一電源電路和第二電源電路的逆變器并控制用于改變信號(hào)源的相對(duì)相位的電路，以調(diào)整功率輸出的功率。電源電路可串聯(lián)地也可并聯(lián)地連接。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面中，電源向負(fù)載提供交流電流。第一電源電路和第二電源電路分別包括逆變器。交流信號(hào)源提供交流信號(hào)以開(kāi)關(guān)逆變器并到相應(yīng)的功率輸出。功率輸出通過(guò)諧波濾波器并聯(lián)地或串聯(lián)地連接到功率輸出。控制電路改變交流信號(hào)的相對(duì)相位以調(diào)整功率輸出上的功率。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，電壓逆變器的輸入電路包括至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件。該電路包括連接到這些器件之間的電上的電感，以使該器件和相連的電容通過(guò)感性電流進(jìn)行充電和放電。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，電源電路向負(fù)載供應(yīng)交流電。電源電路包括DC電壓電源和E類(lèi)放大器。E類(lèi)放大器接收DC輸入電壓并產(chǎn)生交流AC輸出信號(hào)。電源電路該包括位于放大器輸出端上的第一諧波濾波器。第一諧波濾波器過(guò)濾掉AC信號(hào)中的預(yù)定諧波成分以產(chǎn)生經(jīng)濾波的AC信號(hào)。位于第一諧波濾波器輸出端上的輸出電路接收經(jīng)濾波的AC信號(hào)并向負(fù)載饋給經(jīng)濾波的AC信號(hào)。輸出電路包括連接到該輸出電路中的點(diǎn)上的整流器，以便在該點(diǎn)處的電壓超出預(yù)定閾值時(shí)，該整流器導(dǎo)電以使電壓和電流中的至少一個(gè)返回到DC電壓電源并將該點(diǎn)箝位到預(yù)定電壓。
要更好地理解本發(fā)明、其目的和效果，應(yīng)參考說(shuō)明書(shū)和附圖。
通過(guò)下述說(shuō)明，將使本發(fā)明在各種領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用更加清楚。需要指出的是本發(fā)明對(duì)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明和說(shuō)明僅僅是示意性的，其并不對(duì)本發(fā)明的范圍作出任何限定。


通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本發(fā)明將變得更加易于理解，其中可以各種方式執(zhí)行本發(fā)明，并且將通過(guò)實(shí)例參考附圖來(lái)說(shuō)明特定的相關(guān)發(fā)明，其中如上所述，圖1和圖2是現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的電路布局；圖3是根據(jù)本發(fā)明原理配置的電源電路；圖4是將電路串聯(lián)地連接以產(chǎn)生組合輸出的相關(guān)發(fā)明；圖5是將電路并聯(lián)地連接以產(chǎn)生組合功率輸出的相關(guān)發(fā)明；圖6是由單個(gè)箝位二極管對(duì)來(lái)保護(hù)開(kāi)關(guān)電橋的每一半部的相關(guān)發(fā)明；圖7是由諧振電路和單個(gè)開(kāi)關(guān)提供輸出且由單個(gè)箝位二極管對(duì)來(lái)保護(hù)電路的相關(guān)發(fā)明；圖8是圖7的電路的三級(jí)實(shí)現(xiàn)；圖9是示出半橋逆變器和保護(hù)電路的相關(guān)發(fā)明；圖10～圖12示出了根據(jù)特定開(kāi)關(guān)器件的用于開(kāi)關(guān)器件的可替代架構(gòu)；圖13是具有與箝位二極管之一并聯(lián)的電容器的電路；圖14是具有各個(gè)箝位二極管并聯(lián)的電容器的電路；圖15是電壓分配到串聯(lián)的電容器和串聯(lián)的二極管上的電路；圖16是示出了保護(hù)電路中的電感和RC電路的電路；圖17是示出用于改進(jìn)濾波器網(wǎng)絡(luò)的工作的MOSFET電路；圖18是用于解決器件電容的逆變器的可替代的輸入電路；圖19示出了利用多個(gè)FET實(shí)現(xiàn)的用于解決器件電容的逆變器電路；圖20是對(duì)圖18的輸入電路的改進(jìn)；圖21示出了具有附加的LC串聯(lián)電路的逆變器；
圖22示出了用于改變箝位電壓的電源電路；圖23～圖26示出了與圖22的逆變器共同使用的可替代的恒壓器；圖27a～圖27m是從包含保護(hù)電路的示例性半橋逆變器提取的波形；圖28a～圖28f從不含保護(hù)電路的示例性半橋逆變器提取的對(duì)比波形；圖29是用于電源的控制電路的框圖；圖30是利用保護(hù)電路的等離子體系統(tǒng)的框圖；圖31是用于圖30的控制電路的匹配網(wǎng)絡(luò)；圖32是示出按照本發(fā)明原理配置的單端放大器的電路；圖33是示出用于根據(jù)本發(fā)明原理配置的單端放大器的第二架構(gòu)的電路；圖34～圖36是示出圖33的電路的工作的波形；圖37是示出按照推挽架構(gòu)配置的單端放大器對(duì)的電路；圖38是示出按照推挽架構(gòu)配置的單端放大器對(duì)并包括用于平衡負(fù)載的附加電路的電路；圖39是示出按照并聯(lián)架構(gòu)配置的單端放大器對(duì)的電路；圖40是示出按照并聯(lián)、推挽架構(gòu)配置的單端放大器的電路；以及圖41是示出按照并聯(lián)配置的單端放大器對(duì)并具有位于輸出端上的附加濾波器的電路。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)僅為示意性的，絕非用以限制本發(fā)明及其應(yīng)用或用途。
參見(jiàn)圖3，電壓逆變器電路通常標(biāo)記在10，其具有位于11的直流(DC)電壓電源輸入和位于12的交流(AC)輸出。需要從一開(kāi)始就指出的是，在說(shuō)明附圖時(shí)通常用S加上數(shù)字來(lái)表示開(kāi)關(guān)；用C加上數(shù)字來(lái)表示電容器；用L加上數(shù)字來(lái)表示電感器；用D加上數(shù)字來(lái)表示二極管；用T加上數(shù)字來(lái)表示變壓器。進(jìn)一步，在具有通常地對(duì)稱(chēng)的布局的電路中，可在上述附圖標(biāo)記中的每一個(gè)標(biāo)記之后加上字母后綴以表示通常類(lèi)似、對(duì)稱(chēng)的元件。
開(kāi)關(guān)S1、S2分別從信號(hào)源或發(fā)生器13接收作為輸入的反相方波信號(hào)。方波信號(hào)以這樣一種方式選通開(kāi)關(guān)S1、S2，即使得無(wú)論是選通開(kāi)關(guān)S1還是選通開(kāi)關(guān)S2，電感器L1兩側(cè)的電壓極性都被反轉(zhuǎn)。當(dāng)信號(hào)源13以這樣一種方式驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)S1、S2時(shí)，開(kāi)關(guān)S1、S2和電容器C3一起將DC輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為施加到電感器L1上的AC信號(hào)。這將在12產(chǎn)生交流輸出，而該交流輸出的DC成分被電容器C4所阻塞。位于12的輸出信號(hào)的頻率取決于由信號(hào)源13輸出的信號(hào)的頻率。四元諧波濾波器包括通常如上所述進(jìn)行工作的電感器L1、L2和電容器C1、C2。電感器L1和電容器C1形成諧波濾波器的第一階，電感器L2和電容器C2形成諧波濾波器的第二階。該輸出濾波器濾除輸入到電感器L1的信號(hào)的諧波成分，以提高輸出信號(hào)波形的純度，并且使針對(duì)給定輸入電壓的所需輸出功率與輸出阻抗相匹配，該輸出阻抗通常為50歐姆。
如上所述，圖1和圖2的電路極易受由負(fù)載失配導(dǎo)致的高環(huán)流的影響。一對(duì)插入到諧波濾波器第一階和諧波濾波器第二階間的箝位二極管或整流器D1和D2，將減輕環(huán)流帶來(lái)的潛在危害。二極管D2從DC輸入源11的負(fù)軌(rail)延伸到節(jié)點(diǎn)X。二極管D1從節(jié)點(diǎn)X延伸到DC輸入源11的正軌。在工作中，如果該電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)X在一個(gè)方向上或者在另一方向上越過(guò)軌電壓，則與該軌相連的二極管被選通且變?yōu)閷?dǎo)電。當(dāng)該二極管選通時(shí)，二極管將節(jié)點(diǎn)X箝位到軌電壓，并將過(guò)大的電壓和/或電流反饋至該逆變器，特別是輸入源11和電容器C3。更特別地，如果電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)X高于在DC輸入11的正軌上的電壓，則二極管D1選通，提供包括從開(kāi)關(guān)S2的本體二極管返回DC輸入電壓電源11和電容器C3的電流通路。類(lèi)似地，如果該電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)X低于DC源11的負(fù)軌上的電壓，則二極管D2變?yōu)閷?dǎo)電，提供包括從開(kāi)關(guān)S1的本體二極管返回至DC輸入源11和電容器C3的電流通路。由于負(fù)載失配的影響隨著頻率增大，所以圖3的電路可使逆變器用在以前難以實(shí)現(xiàn)的頻率中。
圖4示出了兩個(gè)電源電路的輸出串聯(lián)地布置的相關(guān)發(fā)明。圖4包括按照全橋架構(gòu)配置的兩個(gè)半部A和B。通過(guò)改變施加在半部A和半部B中每一個(gè)上的開(kāi)關(guān)信號(hào)之間的相位，圖4的電路能夠調(diào)節(jié)輸出端12處的功率。
圖4的第一半部包括一對(duì)開(kāi)關(guān)S1A、S2A，這對(duì)開(kāi)關(guān)接收由信號(hào)源13A輸出的一對(duì)AC信號(hào)。開(kāi)關(guān)S1A、S2A串聯(lián)連接在DC電源11的正電壓軌和負(fù)電壓軌之間。來(lái)自開(kāi)關(guān)S1A、S2A的輸出被施加到電感器L1A上，電感器L1A與電感器L2A和電容器C1A、C2A共同組成一個(gè)兩階的四元諧波濾波器。第一箝位二極管D1A具有連接到DC輸入源11的正軌上的負(fù)端子或陰極，和連接到電感器L1A和電感器L2A之間的正端子或陽(yáng)極。第二箝位二極管D2A具有連接到DC源11的負(fù)端子上的正端子或陽(yáng)極，和連接到箝位二極管D1A的正端子上的負(fù)端子或陰極。該諧波濾波器的輸出連接到變壓器T1的第一端(end tap)上。
箝位二極管D1A、D2A為圖4中電路的左半部提供保護(hù)。當(dāng)電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XA處的電壓高于DC源11的正軌電壓時(shí)，二極管D1A變?yōu)閷?dǎo)電，從而將節(jié)點(diǎn)XA處的電壓箝位至接近DC輸入源11的正軌電壓，并提供返回DC輸入源11和電容器C3的通路。類(lèi)似地，當(dāng)該電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XA處的電壓低于DC輸入源11的負(fù)軌電壓時(shí)，二極管D2A選通，將節(jié)點(diǎn)XA處的電壓箝位至接近DC輸入源11的負(fù)軌電壓，并提供返回DC輸入源11和電容器C3的電路通路，從而保護(hù)圖4中電路的左半部。
圖4的電路還包括第二半部B，即半部B，其包括開(kāi)關(guān)S1B、S2B。信號(hào)源13B輸出一對(duì)AC信號(hào)至開(kāi)關(guān)S1B、S2B。需要指出的是，信號(hào)源13A、13B可組合成一個(gè)單元。半部B還包括四元兩階諧波濾波器，該濾波器包括電感器L1B、L2B和電容器C1B、C2B。半部B還包括一對(duì)箝位二極管D1B、D2B，這對(duì)箝位二極管如半部A中所述那樣地布置在半部B中。來(lái)自電路半部B的輸出連接到變壓器T1的端。電路半部B按照針對(duì)電路半部A的說(shuō)明進(jìn)行工作。變壓器T1將電路半部A和電路半部B與輸出端12隔離開(kāi)。電路半部A和電路半部B通過(guò)變壓器T1的輸入線(xiàn)圈串聯(lián)連接。
電路半部A和電路半部B的電路串聯(lián)地組合在一起，以改變控制各個(gè)半部的開(kāi)關(guān)信號(hào)之間的相位，從而改變?cè)谳敵龆?2處的功率。特別地，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1A和開(kāi)關(guān)S1B同時(shí)被啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，表示開(kāi)關(guān)S1A和S1B同相地或按照0度相位進(jìn)行工作。相反地，如果在開(kāi)關(guān)S1B選通時(shí)開(kāi)關(guān)S1A關(guān)斷，而開(kāi)關(guān)S1B關(guān)斷時(shí)開(kāi)關(guān)S1A選通，則表示這些開(kāi)關(guān)反相地或按照180度相位進(jìn)行工作。類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)可用在開(kāi)關(guān)S2A和S2B上。電路半部A和電路半部B之間的相位由相位控制器14決定，該相位控制器14提供輸出信號(hào)到各個(gè)信號(hào)源13A和13B，以便改變各個(gè)電路半部之間的相對(duì)相位。當(dāng)電路半部A和電路半部B反相地或以180度相位進(jìn)行工作時(shí)，在輸出12處產(chǎn)生最大功率。當(dāng)電路半部A和電路半部B同相地或以0度相位進(jìn)行工作時(shí)，在輸出12處產(chǎn)生最小功率。當(dāng)相位為零時(shí)，無(wú)論負(fù)載阻抗怎樣，每一半部都可看成開(kāi)路。變壓器T1在串聯(lián)中將輸出有效地組合在一起，并且輸出12之前無(wú)需阻塞電容器。在電路半部A和電路半部B中形成諧波濾波器的電路元件必須匹配或者相等，以確保0度相位時(shí)產(chǎn)生零輸出。例如，L1A、L2A、C1A和C2A的值需與L1B、L2B、C1B和C2B的值相等。
圖5示出了第一電路半部A和第二電路半部B并聯(lián)地組合的相關(guān)發(fā)明。電路半部A包括一對(duì)開(kāi)關(guān)S1A、S2A，這對(duì)開(kāi)關(guān)從信號(hào)發(fā)生器13A接收各自的AC輸入信號(hào)，信號(hào)發(fā)生器13A可與信號(hào)源13B組合在一起形成一個(gè)單元。開(kāi)關(guān)S1A、S2A串聯(lián)地連接在DC輸入源11的正軌和負(fù)軌之間。來(lái)自開(kāi)關(guān)S1A、S2A的輸出施加到包含電感器L1A、L2A和電容器C1A、C2A在內(nèi)的四元兩階諧波濾波器。
一對(duì)箝位二極管D1A、D2A串聯(lián)地布置在DC輸入源11的正軌和負(fù)軌之間。二極管D1A的負(fù)端子或陰極連接到DC源的正軌上，二極管D1A的正端阻或陽(yáng)極連接到節(jié)點(diǎn)XA上。二極管D2A的負(fù)端子或陰極連接到節(jié)點(diǎn)XA上，二極管D2A的正端子或陽(yáng)極連接到DC電源11的負(fù)軌上。電路半部A的輸出根據(jù)DC輸入源11的負(fù)軌和四元濾波器的輸出之間的電壓決定。來(lái)自濾波器的輸出施加到阻塞電容器C4上，該電容器可阻塞輸出信號(hào)的任何DC成分。電容器C4也連接到輸出12上。在工作中，通過(guò)在該電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XA超出由DC源11的正軌和負(fù)軌分別限定的預(yù)定閾值時(shí)，提供到DC輸入源11和電容器C3的電路通路，箝位二極管D1A、D2A保護(hù)電路半部A的電路元件。
電路半部B按照與電路半部A相同的方式布置和工作。在如圖5所示并聯(lián)連接的電路半部A和電路半部B中，改變電路半部A和電路半部B之間的工作相位，可改變輸出12處的功率。特別地，當(dāng)電路半部A和電路半部B同相地或以0度相位工作時(shí)，在輸出12處產(chǎn)生最大功率。相反地，當(dāng)電路半部A和電路半部B反相地或以180度相位工作時(shí)，出現(xiàn)短路，并在輸出12處出現(xiàn)最小功率。相位控制器14向各個(gè)信號(hào)發(fā)生器13A、13B提供控制信號(hào)，以控制電路半部A和電路半部B之間的相對(duì)相位。當(dāng)相位為180度時(shí)，無(wú)論負(fù)載阻抗怎樣，每一電路半部都可看成短路。注意，由于電容器C2A和C2B并聯(lián)，所以它們可組合為一個(gè)元件。在電路半部A和電路半部B中形成諧波濾波器的電路元件必須匹配或相等，以確保在180度相位時(shí)產(chǎn)生零輸出。例如，L1A、L2A、C1A和C2A的值需與L1B、L2B、C1B和C2B的值相等。
圖6示出了包括電路半部A和電路半部B的電路，其中電路半部A和電路半部B協(xié)作以施加信號(hào)到輸出12之前的公用元件。電路半部A包括一對(duì)并聯(lián)地布置在DC輸入源11的正電壓軌和負(fù)電壓軌之間的開(kāi)關(guān)S1A、S2A。來(lái)自開(kāi)關(guān)S1A、S2A的輸出輸入到電感器L1A。信號(hào)源或發(fā)生器13A輸出控制開(kāi)關(guān)S1A、S2B的啟動(dòng)的AC信號(hào)。電路半部B包含一對(duì)串聯(lián)地布置在DC輸入源11的正電壓軌和負(fù)電壓軌之間的開(kāi)關(guān)S1B、S2B。來(lái)自開(kāi)關(guān)S1B、S2B的輸出輸入到電感器L1B?？膳c信號(hào)源13A組合為一個(gè)單元的信號(hào)源或發(fā)生器13B，可提供AC信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)S1B、S2B各自的啟動(dòng)和關(guān)閉。
一對(duì)箝位二極管D1、D2與開(kāi)關(guān)對(duì)S1A、S2A以及開(kāi)關(guān)對(duì)S1B、S2B并聯(lián)地布置。箝位二極管D1、D2在電路半部A或電路半部B試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XY超出由DC輸入源11的正電壓軌和負(fù)電壓軌各自限定的預(yù)定電壓時(shí)，提供返回DC輸入源11和電容器C3的電路通路。
電容器C1布置在DC源11的負(fù)電壓軌和節(jié)點(diǎn)XY之間。DC源11的負(fù)電壓軌和節(jié)點(diǎn)XY之間的電壓，為由電感器L2和電容器C2限定的濾波器限定了輸入電壓，其中由電感器L2和電容器C2限定的濾波器形成了由電感器L1A、L2B、L2和電容器C1、C2共同形成的諧波濾波器的第二階。電容器C1分別與電感器L1A、L2B組合以提供該諧波濾波器的第一階。阻塞電容器C4在輸出12處的輸出之前濾除信號(hào)中的DC成分。
箝位二極管D1、D2在電路半部A或電路半部B試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XY高于DC源11的正電壓軌或低于DC源11的負(fù)電壓軌時(shí)，提供返回DC輸入源11和電容器C3的電路通路。因此，無(wú)論是電路半部A還是電路半部B驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XY超出上述預(yù)定閾值，箝位二極管D1、D2通過(guò)提供返回DC源11和電容器C3的電路通路來(lái)工作以保護(hù)圖6的電路。
圖6的電路還包括相位控制器14，該相位控制器14通過(guò)產(chǎn)生到各個(gè)信號(hào)源13A、13B的控制信號(hào)，來(lái)控制電路半部A和電路半部B之間的相對(duì)相位的。在圖6中，當(dāng)電路半部A、電路半部B同相地或以0度相位工作時(shí)在輸出12處提供最大功率，而當(dāng)電路半部A、電路半部B反相地或以180度相位工作時(shí)在輸出12處提供最小功率。在圖6所示電路中，電感器L1A和電感器L1B必須匹配以確保在180度相位時(shí)的零輸出。
圖7示出了包括電路半部A和電路半部B的電路，其中電路半部A和電路半部B并聯(lián)地組合以便在輸出端12處提供AC信號(hào)。參照電路半部A，開(kāi)關(guān)S1A接收來(lái)自信號(hào)源13A的AC信號(hào)。開(kāi)關(guān)S1A與換向電感器L3A串聯(lián)地布置在DC電源11的正電壓軌和負(fù)電壓軌之間。電容器C6A與開(kāi)關(guān)S1A并聯(lián)地布置。換向電感器L3A和電容器C6A組合以形成儲(chǔ)能電路，從而使電路半部A具有單端逆變器功能。該儲(chǔ)能電路輸出半整流的正弦波。阻塞電容器C7A從來(lái)自開(kāi)關(guān)S1A和換向電感器L3A的信號(hào)輸出中濾除DC成分。電容器C7A將AC耦合在一起并確保相同的AC電壓經(jīng)過(guò)各個(gè)器件，正如圖8中將要說(shuō)明的。需要指出的是L3A和L3B可交叉耦合以提高均等分配。電感器L3A與電感器L1A的比例決定了開(kāi)關(guān)S1A上的應(yīng)力(stress)變化。如果通過(guò)電感器L3A的電流相比通過(guò)電感器L1A的電流來(lái)說(shuō)更大，則由通過(guò)電感器L1A的負(fù)載所引起的變化，將對(duì)開(kāi)關(guān)S1A上的應(yīng)力施加有限的影響。圖7的電路的缺點(diǎn)在于，即便產(chǎn)生諧波，C7A上的DC電壓仍部分地取決于負(fù)載。這意味著在某些負(fù)載變化下會(huì)有瞬時(shí)充電電流流動(dòng)。阻塞電容器C7A的輸出被輸入到電感器L1A。
第二電路半部B包括開(kāi)關(guān)S1B，開(kāi)關(guān)S1B由從信號(hào)源13B輸出的AC信號(hào)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)關(guān)S1B與換向電感器L3B串聯(lián)地連接在DC輸入源11的負(fù)電壓軌和正電源軌之間。電容器C6B與開(kāi)關(guān)S1B并聯(lián)地布置。換向電感器L3B和電容器C6B形成儲(chǔ)能電路。開(kāi)關(guān)S1B和電感器L3B的輸出施加到阻塞電容器C7B上，該阻塞電容器可從該信號(hào)中濾除DC成分。電感器L1B連接到電容器C7B。
電感器L1A和電感器L1B在節(jié)點(diǎn)XZ處相連，并向電感器L2和電容器C2提供輸出。電容器C2的另一端連接到DC電壓電源11的負(fù)軌。電容器C1連接在DC電壓電源11的負(fù)對(duì)和節(jié)點(diǎn)XZ之間。因此，電感器L1A、L2和電容器C1、C2形成用于電路半部A的輸出的兩階諧波濾波器。類(lèi)似地，電感器L1B、L2和電容器C1、C2形成用于電路半部B的輸出的兩階諧波濾波器。阻塞電容器C4從提供在輸出12處的信號(hào)中濾除DC成分。
圖7還包括一對(duì)箝位二極管D1、D2，它們串聯(lián)地布置在電壓電源11的正軌和負(fù)軌之間。二極管D1的負(fù)端子或陰極連接到DC源11的正軌，且二極管D1的正端子或陽(yáng)極與節(jié)點(diǎn)XZ相連。二極管D2的負(fù)端子或陰極連接到節(jié)點(diǎn)XZ，二極管D2的正端子或陽(yáng)極連接到DC源11的負(fù)軌。
當(dāng)電路半部A或電路半部B試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XZ處的電壓超出預(yù)定閾值時(shí)，箝位二極管D1、D2中的一個(gè)選通，從而提供從節(jié)點(diǎn)XZ返回至DC源11和電容器C3的電路通路。例如，當(dāng)圖7的電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XZ處的電壓高于DC源11的正軌電壓時(shí)，二極管D1變?yōu)閷?dǎo)電，從而為過(guò)量的電壓和電流提供返回DC輸入源11和電容器C3的電路通路。類(lèi)似地，當(dāng)該電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XZ處的電壓低于DC輸入源11的負(fù)軌電壓時(shí)，二極管D2變?yōu)閷?dǎo)電，從而提供返回至DC輸入源11和電容器C3的電路通路。
圖7的電路半部A和電路半部B電路按照并聯(lián)結(jié)構(gòu)配置。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)S1A和開(kāi)關(guān)S1B的控制信號(hào)的相對(duì)相位為同相或?yàn)?度時(shí)，輸出端12接收最大功率。相反地，當(dāng)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)S1A和開(kāi)關(guān)S1B的信號(hào)之間的相位為反相或?yàn)?80度時(shí)，輸出端12接收最小功率。相位控制器14通過(guò)向各個(gè)信號(hào)源13A、13B提供輸入信號(hào)來(lái)改變電路半部A和電路半部B之間的相對(duì)相位。電路半部A和電路半部B中形成諧波濾波器的電路元件必須匹配或相等以確保180度的輸出相位。例如，L1A、L2A、C1A和C2B必須與L1B、L2B、C1B和C2B的值相等。
圖7的電路的特別優(yōu)勢(shì)是，在高頻工作期間在同一電路通路中交替地驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)變得更加困難。通過(guò)利用由電感器L3和相連的電容器C6形成的儲(chǔ)能電路，在特定的電路半部上進(jìn)行開(kāi)關(guān)通常需要較低的精度。
圖8示出了圖7的單端逆變器電路的三級(jí)實(shí)現(xiàn)。圖8包括一對(duì)電路半部，即電路半部A和電路半部B，其中每一電路半部都包括由分號(hào)(′)、妙號(hào)(″)和1/10秒號(hào)()標(biāo)識(shí)的三級(jí)。參見(jiàn)電路半部A，每一級(jí)都包括接收來(lái)自信號(hào)源13A的AC信號(hào)的開(kāi)關(guān)S1A。開(kāi)關(guān)S1A連接到電感器L3A并與電容器C6A并聯(lián)地布置。電感器L3A和電容器C6A組合以形成儲(chǔ)能電路。來(lái)自電感器L3A和開(kāi)關(guān)S1A的輸出被輸入至阻塞電容器C7A，阻塞電容器C7A從電感器L3A和開(kāi)關(guān)S1A的輸出中濾除DC成分。電容器C5A與開(kāi)關(guān)S1A和電感器L3A的串聯(lián)連接并聯(lián)地布置。各個(gè)開(kāi)關(guān)S1A′、S1A″、S1A均從信號(hào)源13A接收模擬信號(hào)。
電容器C5A′、C5A″、C5A為這三級(jí)去耦。各個(gè)電容器C5A′、C5A″、C5A流過(guò)電流并阻塞AC，從而為每一級(jí)中的DC部分提供電流回路。電容器C7A′、C7A″、C7A將各級(jí)的輸出耦合到一起，并且在感興趣的頻率下具有可忽略不計(jì)的阻抗。因此，每一級(jí)的電壓近似相等。例如，如果由DC輸入源11輸出的電壓為300伏，則各個(gè)電容器上的電壓為100伏。因此，電路半部A的各級(jí)僅需處理由DC源輸出的電壓的1/3。
類(lèi)似地，電路半部B包括三級(jí)，每級(jí)都具有與電感器L3B串聯(lián)地連接的開(kāi)關(guān)S1B。如上所述，開(kāi)關(guān)S1B也與電容器C6B并聯(lián)地連接，而電容器C6B與電感器L3B形成儲(chǔ)能電路。阻塞電容器C7B濾除來(lái)自電感器L3B和開(kāi)關(guān)S1B的輸出中的DC成分。每一級(jí)都與電容器C5B并聯(lián)地連接。這些元件按照針對(duì)電路半部A的說(shuō)明進(jìn)行工作。各個(gè)開(kāi)關(guān)S1B′、S1B″、S1B從信號(hào)發(fā)生器13B接收AC信號(hào)。
來(lái)自電路半部A的三個(gè)級(jí)的輸出被組合并輸入到電感器L1A。電感器L1A與電感器L2以及電容器C1、C2協(xié)作形成兩階諧波濾波器，以濾除從電路半部A輸出的諧波成分。類(lèi)似地，電路半部B的每一級(jí)的輸出被組合并輸入到電感器L1B，電感器L1B也與電感器L2以及電容器C1、C2協(xié)作形成兩階諧波濾波器，以濾除從B電路半部B輸出的AC信號(hào)中的諧波成分。阻塞電容器C4連接在諧波濾波器的輸出上，以濾除提供給輸出12的信號(hào)中的DC成分。
圖8還包括一對(duì)箝位二極管D1，D2，它們串聯(lián)地布置在DC輸入源11的正電壓軌和負(fù)電壓軌之間。箝位二極管D1，D2協(xié)作以便在任一電路半部試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XZ超出由DC輸入源11的負(fù)軌和正軌電壓分別限定的閾值時(shí)，提供返回DC源11和電容器C3的電路通路。在工作中，當(dāng)任一電路半部試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XZ處的電壓高于DC輸入源11的正軌電壓時(shí)，二極管D1選通，產(chǎn)生返回DC輸入源11和電容器C3的電路通路。類(lèi)似地，當(dāng)電路半部A或電路半部B試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)XZ處的電壓低于DC輸入源11的負(fù)軌電壓時(shí)，二極管D2選通，產(chǎn)生返回DC輸入源11和電容器C3的電路通路。
在工作中，電路半部A和電路半部B之間的相對(duì)相位決定了提供給輸出端12的功率。當(dāng)電路半部A和電路半部B之間的相對(duì)相位為0度或?yàn)橥鄷r(shí)，輸出端12接收到最大功率。相反地，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路半部A和電路半部B的開(kāi)關(guān)的AC信號(hào)之間的相對(duì)相位為180度或反相時(shí)，輸出12接收最小功率。
圖8的電路的特別優(yōu)勢(shì)是，通過(guò)將三個(gè)電路串聯(lián)地布置在電壓電源11的負(fù)軌和正軌之間，各級(jí)都僅需處理DC源11的負(fù)軌和正軌之間總電壓的三分之一。這使得可將400～500伏的器件用于具有接近300伏的DC輸入的電源，這是因?yàn)槊恳患?jí)僅處理輸入電壓的三分之一，而不是在一級(jí)執(zhí)行中處理全部電壓。這種400～500伏的器件很常見(jiàn)，并且為300伏的輸入系統(tǒng)提供了最佳特性。
圖9示出了具有保護(hù)電路的逆變器的電路圖。300伏的DC電壓施加到圖9的電路的電壓軌。第一電容器C3-1由400伏電容的2.2微法(μF)電容器實(shí)現(xiàn)，第二電容器C3-2由具有380伏電容的220μF電容器實(shí)現(xiàn)，該第一電容器C3-1和該第二電容器C3-2并聯(lián)地布置在電壓軌之間。第一AC信號(hào)由信號(hào)源(未示出)施加到隔離變壓器T3的端子上。來(lái)自信號(hào)源(未示出)的第二AC信號(hào)施加到變壓器T4的輸入端。
來(lái)自變壓器T3的輸出通過(guò)22歐姆(Ω)的電阻輸入到一對(duì)開(kāi)關(guān)S1-1、S1-2。類(lèi)似地，來(lái)自變壓器T4的輸出也通過(guò)22歐姆(Ω)的電阻輸入到一對(duì)開(kāi)關(guān)S2-1、S2-2。這些開(kāi)關(guān)從IRF740標(biāo)準(zhǔn)件中選擇。開(kāi)關(guān)對(duì)S1-1和S1-2并聯(lián)地布置，開(kāi)關(guān)對(duì)S2-1和S2-2同樣并聯(lián)地布置。這種單開(kāi)關(guān)對(duì)的雙開(kāi)關(guān)的并聯(lián)布置，降低了各個(gè)開(kāi)關(guān)的電流處理要求。來(lái)自開(kāi)關(guān)對(duì)S1、S2的輸出被輸入到10.3微亨(μH)的電感器L1，該電感器與13.2μH的電感器L2以及30納法(ηF)的電容器C1和10ηF的電容器C2協(xié)作，以提供用于濾除來(lái)自開(kāi)關(guān)S1、S2的輸出中的諧波的四元諧波濾波器。阻塞電容器C4具體為具有400伏的電容的2.2μF電容器。
箝位二極管D1和D2串聯(lián)地布置在DC源11的正軌和負(fù)軌之間。箝位二極管D1、D2優(yōu)選地從HFAT660標(biāo)準(zhǔn)件中選擇。
上述電路典型地在有限的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行工作。由于LC網(wǎng)絡(luò)通常是低通濾波器，所以其最大功率通過(guò)量與頻率成反比。此外，隨著頻率降低，諧波中的失真開(kāi)始出現(xiàn)。已知在30％的帶寬內(nèi)工作是滿(mǎn)意的。
存在其他具有饋給多LC網(wǎng)絡(luò)的電壓電源逆變器的電路，其中箝位二極管可連接在網(wǎng)絡(luò)和DC電壓電源之間。雖然僅示出了半橋逆變器電路，但是應(yīng)理解也包括全橋逆變器和單端逆變器。這里所述的LC網(wǎng)絡(luò)值和箝位點(diǎn)，優(yōu)選地使過(guò)大的環(huán)流能量能被返回至電源，避免形成過(guò)大的電流和電壓，從而保護(hù)器件。另外這種選擇可確保在電源逆變器看來(lái)電流總是感性的，解決二極管恢復(fù)考慮的事項(xiàng)。變壓器可包括在這種網(wǎng)絡(luò)中以協(xié)助匹配輸出、箝位點(diǎn)和逆變器晶體管，或者提供隔離。
進(jìn)一步，可將兩個(gè)電壓電源逆變器連接到所述網(wǎng)絡(luò)，以使功率級(jí)可由相位關(guān)系進(jìn)行控制。除了這里說(shuō)明的相位關(guān)系之外，非對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致更復(fù)雜的相位關(guān)系。對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于最大功率相位和最小功率相位與頻率無(wú)關(guān)。
上述類(lèi)型的相位調(diào)制電路提出了三個(gè)潛在的設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)。
首先，在特定的有限條件下，DC電源從一個(gè)橋側(cè)環(huán)流到另一橋側(cè)。在出現(xiàn)這種情況時(shí)，盡管FET仍可看作被感性地關(guān)斷，但是在整個(gè)周期內(nèi)平均來(lái)看的話(huà)，F(xiàn)ET并不在整流。即，更多電荷沿反向而非正向流經(jīng)FET。因此，如果電流在反相足夠高以至選通本體二極管，則當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，本體二極管不能完全恢復(fù)，這將導(dǎo)致高功率消耗。隨著器件加熱，這種效果通過(guò)本體二極管電壓降的負(fù)溫度系數(shù)得以擴(kuò)大，潛在地導(dǎo)致熱耗散。
該第一事項(xiàng)在低頻下可通過(guò)接受損失或使用反向隔離二極管來(lái)解決。在較高頻下，應(yīng)選擇使FET具有足夠低的電阻，以使反向電流總是由溝道來(lái)處理。采用低壓器件比較容易解決，這是因?yàn)閷?dǎo)通電阻與提高到功率的2.5th的電壓成正比，而二極管壓降與電壓無(wú)關(guān)。
第二，當(dāng)LC網(wǎng)絡(luò)在低相位下變得諧振且在達(dá)到振幅之前未被箝位時(shí)，出現(xiàn)高增益狀態(tài)，并因此使得輸出的正向功率相對(duì)較高時(shí)。這種狀態(tài)不會(huì)損壞器件，但是會(huì)影響控制精度。
該第二事項(xiàng)可利用以下方法來(lái)解決，即使用非常精確穩(wěn)定的相位控制器或調(diào)制器設(shè)計(jì)或在輸出網(wǎng)絡(luò)中置入可降低Q并可擴(kuò)寬相位特性的電阻?？瓷先H要求50歐姆功率的1％或2％的電阻就已足夠。該事項(xiàng)僅在負(fù)載不消耗功率時(shí)出現(xiàn)，例如在負(fù)載的輕度人工條件為純抗性期間出現(xiàn)。通常等離子體腔、電纜和匹配網(wǎng)絡(luò)可有效地降低Q。
第三，在各種較差的匹配條件下，相位的功率控制特性顯現(xiàn)出變形或改變。例如，隨著相位從零平滑地變化到最大值，功率從零增大、稍微減小、而后繼續(xù)增大。這將導(dǎo)致結(jié)上的振蕩具有非線(xiàn)性等離子體阻抗/功率功能。
該事項(xiàng)本質(zhì)上僅為理論性的，并且無(wú)需實(shí)際考慮?？刂扑惴珊?jiǎn)單的跳過(guò)變形，這典型地在匹配優(yōu)于3∶1電壓駐波比(VSWR)時(shí)消失。此外，在無(wú)限的VSWR環(huán)的至少一半中，功率控制特性不會(huì)有變形，所以可利用電纜長(zhǎng)度、派形網(wǎng)絡(luò)等將負(fù)載放置在VSWR環(huán)中的某個(gè)位置。實(shí)際中，圖6的電路優(yōu)于圖4的電路，這是因?yàn)樽冃尾惶黠@且出現(xiàn)在實(shí)際中典型地不會(huì)用到的最大功率附近。
這里所述的電路使用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在感興趣的頻率超過(guò)1兆赫(MHz)的情況下，MOSFET通常優(yōu)于雙極結(jié)晶體管(BJT)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
圖10～圖12示出了利用MOSFET、BJT或IGBT晶體管之一在上述電路中實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的架構(gòu)。圖10示出了用在上述電路中的MOSFET。該MOSFET包括在MOSFET的設(shè)計(jì)中固有的阻塞二極管。圖11示出了BJT 20和反平行二極管22。在上述電路中，當(dāng)利用BJT 20實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)時(shí)，必須包括反平行二極管22以便在箝位二極管D1、D2啟動(dòng)時(shí)提供電路通路。
類(lèi)似地，圖12示出了利用IGBT實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)時(shí)的優(yōu)選架構(gòu)。圖12示出了IGBT 24和反平行二極管26，該反平行二極管26提供了與圖11中的反平行二極管22類(lèi)似的功能。應(yīng)指出，在不改變發(fā)明原理的前提下，其它提供了合適的開(kāi)關(guān)和電路通路功能的開(kāi)關(guān)器件或電路組合可代替MOSFET使用。
圖13～圖15示出了所述與D1、D2相關(guān)的可替換的二極管箝位電路。圖13示出了包括二極管D1、D2和電容器C1的二極管箝位電路。該電路已在前文進(jìn)行了說(shuō)明。圖14和圖15示出了利用二極管D1、D2和電容器C1的可替換架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。在各個(gè)電路中，電容器C1可由布置在各個(gè)二極管上的兩個(gè)半值的相同電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖14所示。電容器C1/2通過(guò)去耦電容器C3(未在圖14中示出)有效地并聯(lián)耦合。去耦電容器C3相對(duì)工作頻率來(lái)說(shuō)較大，使其阻抗可忽略，從而有助于電路實(shí)際布置和部件功率分配。
如圖15所示，在較高的頻率下，使用兩個(gè)串聯(lián)的二極管可能優(yōu)于使用單個(gè)二極管D1、D2。通常較低電壓的二極管具有較低的反向恢復(fù)負(fù)荷。兩個(gè)二極管串聯(lián)時(shí)，相同的電荷流經(jīng)每個(gè)二極管。將C1分割為在各個(gè)二極管上，可確保AC電壓的平均分配。
如圖16所示，在箝位電路的進(jìn)一步變體中，電感器L6與濾波器電容器C1相串聯(lián)地布置在箝位二極管D1、D2的交叉點(diǎn)與濾波器電容器C1之間。電感器L6優(yōu)選具有較小的值。這能夠使二極管的選通和關(guān)斷變得和緩，從而提高整流的效率。在二極管D1、D2關(guān)斷時(shí)，需要由電容器C7和電阻R1形成的緩沖電路來(lái)抑制高頻振鈴。選擇得當(dāng)?shù)脑?huà)，有助于在LC網(wǎng)絡(luò)在低功功率輸出下變得諧振時(shí)降低高Q系數(shù)的情況，例如在兩個(gè)并聯(lián)的橋電路之間存在低相位角。
如上所述，如果LC濾波器網(wǎng)絡(luò)在低相位時(shí)變得諧振且在達(dá)到幅度之前未被箝位，則功率控制精度因高增益狀態(tài)的出現(xiàn)而受損，并且使得相位的輸出功率增大。這可通過(guò)非常精確穩(wěn)定的相位調(diào)制器設(shè)計(jì)或通過(guò)連接在輸出網(wǎng)絡(luò)上且其值足以降低Q和擴(kuò)寬相位特性的電阻來(lái)解決?？瓷先ハ?0歐姆功率的約1～2％就足以解決這一事項(xiàng)。這通常僅發(fā)生在負(fù)載消耗低功率的情況下，例如在處于時(shí)延條件下的純抗性負(fù)載的人工條件下。實(shí)際中，電纜、匹配網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載足以降低Q。在較大的相位偏移下，箝位二極管避免了諧振。
可替換地，僅在相位為低時(shí)，才可通過(guò)開(kāi)關(guān)箝位點(diǎn)上的晶體管來(lái)選擇性地降低Q系數(shù)。這可利用基于相位調(diào)制器需求的、設(shè)置為較低值的比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可在隨后驅(qū)動(dòng)繼電器，該繼電器可采用在相位差相對(duì)較小，例如低功率需求時(shí)被啟動(dòng)的MOSFET開(kāi)關(guān)的形式。圖17示出了在箝位點(diǎn)選擇性地置入電阻的電路圖。如圖17所示，由于箝位二極管限制了電壓擺動(dòng)且MOSFET在兩個(gè)方向上都能導(dǎo)電，所以可有利地使用MOSFET SR。偏壓電阻R3、R4可將電壓擺動(dòng)集中到SR的范圍之內(nèi)。選擇電阻R2以提供足夠的抑制，并且C8阻塞DC流經(jīng)R2和MOSFET SR。到SR的輸入典型地通過(guò)控制電路來(lái)提供。來(lái)自C8的輸出被連接到二極管D1、D2的連接處。
隨著工作頻率的增大，典型地實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的FET的電容對(duì)于電路工作具有更顯著的影響。圖18示出了對(duì)半橋電路的改進(jìn)。
在圖18中，電容器C5與電容器C3(未示出)并聯(lián)地布置。電感器L3置入電容器C5的互接處與開(kāi)關(guān)S1、S2的輸出的互接處之間。電感器L3確保總有足夠的感性電流流過(guò)，以便對(duì)輸出和FET S1、S2的密勒電容器進(jìn)行充電和放電。如果輸出和箝位網(wǎng)絡(luò)允許容性負(fù)載電流流過(guò)的話(huà)，電感器L3還確保電流顯示為感性。
如上所述，DC功率在特定條件下可從橋一側(cè)循環(huán)到橋另一側(cè)。因此，盡管FET S1、S2仍顯示為感性關(guān)斷，但是在整個(gè)周期內(nèi)平均時(shí)，F(xiàn)ET S1、S2并非在整流。即，更多的電荷反向流動(dòng)而非正向流動(dòng)。因此，如果電流高到足以反轉(zhuǎn)并選通FET中包含的本體二極管，則當(dāng)FET的二極管關(guān)斷時(shí)FET的開(kāi)關(guān)不會(huì)完全地恢復(fù)，并將產(chǎn)生高功率消耗。隨著FET器件溫度上升，這種效果在本體二極管的壓降的負(fù)溫度系數(shù)作用下變得夸大，并有可能導(dǎo)致熱耗散。
如上所述，在低頻下這種情況可通過(guò)接受損失或使用反向隔離二極管來(lái)解決。在較高頻下，應(yīng)選擇FET使得導(dǎo)通電阻具有足夠低的電阻，以使反向電流總是由溝道來(lái)處理。采用低壓器件比較容易解決，這是因?yàn)閷?dǎo)通電阻與提高到功率的2.5th的電壓成正比，而二極管壓降與電壓無(wú)關(guān)。
如圖19所示，兩個(gè)較低電壓FET S1-1、S1-2和S2-1、S2-2可串聯(lián)地連接。與并聯(lián)的兩個(gè)FET器件相比，這些FET典型地具有導(dǎo)通電阻的四分之一，并降低電壓的一半。因此，用于二極管架構(gòu)的閾值電流將變?yōu)閮杀?。在圖19中，電容器C6可與各個(gè)開(kāi)關(guān)S1-1、S1-2、S2-1、S2-2并聯(lián)地放置。電容器C6需確保均等的電壓分配，但增加到有效的器件電容。電容器C7進(jìn)一步促進(jìn)均等的電壓分配并僅通過(guò)不均衡的電流。在這種架構(gòu)中，快速恢復(fù)外延型二極管(FREDFET)開(kāi)關(guān)憑借其降低的反向恢復(fù)電荷可擁有更多優(yōu)勢(shì)。
圖20示出了圖18電路的另一種改進(jìn)。兩個(gè)箝位二極管D11、D12與各個(gè)電容器C5并聯(lián)地置入。選擇二極管D11、D12以調(diào)整在用于返回到電源的結(jié)點(diǎn)上的電流或電壓。這使得如圖18所示的感性電流循環(huán)以轉(zhuǎn)換FET S1、S2的電容，并從FET S1、S2中吸收DC且將DC返回至電源軌。這還可處理任何從橋一側(cè)流到橋另一側(cè)的DC，并以此解決FET本體二極管恢復(fù)問(wèn)題。電容器C5和二極管D11、D12可與主箝位配置類(lèi)似地按照串聯(lián)和并聯(lián)組合進(jìn)行架構(gòu)，但通常需要低功率處理能力。如果需要工作頻率的變化，圖20的電路還具有另外的優(yōu)勢(shì)，即關(guān)斷電流基本保持相同而與頻率無(wú)關(guān)，只要選擇L3和C5以使二極管D11、D12總是導(dǎo)電。
圖21示出了圖20電路的改進(jìn)，包括含有電感器L5和電容器C5的附加LC串聯(lián)電路。通過(guò)適當(dāng)選擇電感器L5和電容器C5的值以使諧振頻率在電源的主頻率和其三次諧波之間，從而使流經(jīng)電感器L3的電流隨著頻率增大且使DC電流幾乎維持恒定。
雖然負(fù)軌和正軌為箝位到對(duì)失配作用敏感的預(yù)定點(diǎn)提供了方便的基準(zhǔn)電壓，且還允許將電壓和/或電流反饋到逆變器，還可能將箝位二極管跨接到其它的預(yù)定電壓電源上以產(chǎn)生箝位。由于該電路有時(shí)需要消耗過(guò)大的電壓和電流，所以以可替代的電壓電源為基準(zhǔn)優(yōu)選地包括以恒定電壓接收器為基準(zhǔn)。
圖22示出了除負(fù)電壓軌和正電壓軌之外的基準(zhǔn)電壓電路。阻塞電容器C4置入電感器L1和逆變器開(kāi)關(guān)S1、S2之間，以使齊納二極管Z1、Z2設(shè)置用于箝位的高電壓基準(zhǔn)和低電壓基準(zhǔn)。齊納二極管Z1、Z2背對(duì)背地串聯(lián)在點(diǎn)A和點(diǎn)B之間，以便在點(diǎn)X處的電壓被驅(qū)動(dòng)為正時(shí)，其中一個(gè)齊納二極管導(dǎo)電并通過(guò)發(fā)熱消耗能量，并在點(diǎn)X處的電壓被驅(qū)動(dòng)為負(fù)時(shí)，其中另一個(gè)齊納二極管導(dǎo)通并消耗能量。其中一個(gè)二極管工作在整流模式而另一二極管工作在齊納模式。
實(shí)際中，齊納二極管Z1、Z2在高速下開(kāi)關(guān)不良?？赏ㄟ^(guò)以圖23所示架構(gòu)代替齊納二極管D1、D2來(lái)補(bǔ)償這種狀況。圖23包括分別與與傳統(tǒng)二極管DZ1、DZ2背靠背地串聯(lián)布置的齊納二極管Z1、Z2。隨后將齊納/傳統(tǒng)二極管的串聯(lián)連接并聯(lián)地布置。在這種架構(gòu)中，齊納二極管Z1、Z2無(wú)需工作在整流模式下。
更進(jìn)一步考慮，穩(wěn)壓二極管并非立即可用，尤其是在高的額定功率下。現(xiàn)有齊納二極管的最大額定功率約為70瓦。進(jìn)一步，具有相對(duì)高功率的齊納二極管通常昂貴。然而，晶體管相對(duì)便宜且便于得到極高額定功率的?？朔R納二極管的限制的方法之一是使用如圖24所示的主動(dòng)齊納電路。在圖24中，齊納二極管ZA主要起到選通晶體管TA的作用，晶體管TA被配置為在約為齊納二極管ZA的100倍的高功率級(jí)別下耗散。晶體管TA的功率消耗使主動(dòng)齊納電路的增益的函數(shù)。
參見(jiàn)圖24，當(dāng)二極管ZA處于齊納模式下時(shí)，下式成立V＝V2+VBE，其中VBE≈0.6VI＝I2+IQ，其中IQ≈HFE×I2，HFE＝100從而IQ＞＞I2，PQ＞＞P2。
由上式可知，流過(guò)晶體管TA的電流遠(yuǎn)大于流經(jīng)齊納二極管ZA的電流，晶體管TA的功率消耗也遠(yuǎn)大于齊納二極管ZA的功率消耗。
圖25示出了除逆變器的負(fù)軌和正軌之外用于設(shè)置電壓基準(zhǔn)的其它可替代設(shè)置。特別地，圖25示出了包含DB1A、DB2A、DB1B、DB2B的二極管橋。齊納二極管ZB跨接二極管橋的兩個(gè)半部。因此，不管是負(fù)波還是正波，當(dāng)電壓超出閾值電壓時(shí)齊納二極管ZB進(jìn)入齊納模式。圖26示出了類(lèi)似于圖25的二極管橋配置，但其包含與圖24類(lèi)似的晶體管TA和齊納二極管ZA，從而提供了增大的功率消耗。
圖24～圖26的二極管橋電路擁有多種優(yōu)勢(shì)。首先，該設(shè)計(jì)降低了成本，因?yàn)閮H需用到一個(gè)齊納二極管而不是兩個(gè)齊納二極管。其次，因?yàn)閮H用到一個(gè)齊納二極管，所以可獲得恒定箝位電壓，而非使用兩個(gè)齊納二極管時(shí)可能產(chǎn)生的不恒定箝位電壓。第三，傳統(tǒng)二極管比齊納二極管更易匹配。
圖27示出了具有保護(hù)電路的示例性電路配置的波形。在匹配和失配條件下記錄300伏DC輸入的工作波形和功率級(jí)別。利用開(kāi)路、短路和既為感抗性又為容抗性的12、25、50、100和200歐姆的匹配到50歐姆和失配的負(fù)載阻抗。參見(jiàn)圖27a～圖27m，各個(gè)附圖都包含四個(gè)波形，各個(gè)圖中都標(biāo)識(shí)為1～4。波形1表示MOSFET的漏極電壓，例如電感器L1的輸出輸入，其中每分刻線(xiàn)為200伏特。波形2表示經(jīng)過(guò)L1的電流，其中每分刻線(xiàn)為10安培。波形3表示箝位電壓或二極管D1、D2之間的節(jié)點(diǎn)處的電壓，其中每分刻線(xiàn)為200伏特。波形4為箝位二極管電流，其中每分刻線(xiàn)為10安培。這些規(guī)則同樣適用于圖27和圖28中的各條輸出波形。所選擇的值在無(wú)限VSWR上提供了12個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)，以確?？砂l(fā)現(xiàn)最差的工作狀態(tài)。下表列出關(guān)鍵參數(shù)

隨著負(fù)載感性地從開(kāi)路變到短路，然后再容性地返回，F(xiàn)ET電流保持在容性并比50歐姆的值低40％。DC電流消耗僅為50歐姆值的六分之一?？梢钥闯?，箝位二極管D1、D2在50歐姆負(fù)載下輕微地導(dǎo)電，這可通過(guò)稍微地返回到網(wǎng)絡(luò)來(lái)消除。然而這對(duì)于效率或有效保護(hù)來(lái)說(shuō)并非關(guān)鍵。
通過(guò)對(duì)比，圖28示出了在沒(méi)有箝位電路情況下實(shí)現(xiàn)的用于375KHz半橋逆變器的輸出波形。在測(cè)試期間，通過(guò)人工降低供電電壓來(lái)保護(hù)測(cè)試器件，以免器件破壞。下表列出了關(guān)鍵參數(shù)。此時(shí)通過(guò)降低供電電壓實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

隨著感性負(fù)載阻抗降低，F(xiàn)ET電流變大。如果在12歐姆上供電維持在300伏，則正向功率將達(dá)到750瓦，比50歐姆時(shí)更高。在短路中，僅42伏產(chǎn)生750瓦，而L1與網(wǎng)絡(luò)的其他部分諧振。在300伏，正向RF功率將會(huì)是38千瓦，DC功率為4.6千瓦，峰值晶體管電流為100安。
隨著負(fù)載擺動(dòng)電容和阻抗開(kāi)始上升，F(xiàn)ET顯示為容性負(fù)載。這種狀況比在諧振之前看到高感性電流還難以解決，這是因?yàn)榧词闺娏魅詾楹线m，F(xiàn)ET也會(huì)受到受損于高二極管恢復(fù)損耗。進(jìn)一步，還存在轉(zhuǎn)換dv/dt失敗的風(fēng)險(xiǎn)。需要指出的是在最后三個(gè)圖中為顯示清楚起見(jiàn)更改了刻度。
圖29示出了功率發(fā)生器的控制電路?？刂齐娐?0包括接收輸入電壓的濾波器軟啟動(dòng)整流器22。整流器22可包含用于過(guò)電壓保護(hù)的電路斷路器。附加功率感知單元(PSU)24產(chǎn)生用于供應(yīng)控制電路的較低電壓信號(hào)。降溫扇26為發(fā)生器電路降溫。
來(lái)自濾波器軟啟動(dòng)整流器22的輸出施加到可選的DC開(kāi)關(guān)28，該開(kāi)關(guān)控制DC電壓向多個(gè)功率放大器30a、30b、30c、30d的施加。并行地使用這四個(gè)功率放大器30a～30d，以便將功率處理分配給這四個(gè)放大器，而非要求一個(gè)放大器處理全部功率。可選地，一個(gè)或多個(gè)功率放大器可實(shí)現(xiàn)功率放大器30a～30d的功能。驅(qū)動(dòng)電路32產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制功率放大器30a～30d中每一個(gè)功率放大器的開(kāi)關(guān)。
來(lái)自功率放大器30a～30d的輸出被輸入到組合和隔離變壓器34，該變壓器將來(lái)自功率放大器30a～30d的各個(gè)輸出組合為一個(gè)信號(hào)。組合電路34可包括隔離變壓器，以便將功率放大器與輸出相隔離。組合隔離變壓器34輸出組合的信號(hào)到濾波器和功率感知電路36，該電路在產(chǎn)生輸出之前過(guò)濾功率信號(hào)。電路36的功率感知部分提供反饋信號(hào)到控制相位調(diào)制器保護(hù)電路38。
控制相位調(diào)制器電路38可利用模擬電子組件或數(shù)字電子組件實(shí)現(xiàn)。電路38輸出控制信號(hào)到DC開(kāi)關(guān)28、驅(qū)動(dòng)器32和面板控制40。通過(guò)改變各個(gè)功率放大器30a～30d中的開(kāi)關(guān)的相位，可相應(yīng)地改變輸出功率。因此，控制相位調(diào)制器電路38根據(jù)來(lái)自濾波器和功率感知電路36的輸入來(lái)改變功率放大器的相位。面板控制電路40提供信息到工作器并確保預(yù)期相位的改變和隨后的輸出功率。
圖30示出了一控制系統(tǒng)，其中所述選擇的電源可用在用于控制等離子體腔的系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)50包括等離子體腔52，舉例來(lái)說(shuō)，該等離子體腔52可用于制作集成電路。等離子體腔52包括一個(gè)或多個(gè)氣體入口54以及一個(gè)或多個(gè)氣體出口56。氣體入口54和氣體出口56使得氣體能夠?qū)氲入x子體腔52內(nèi)并從等離子體腔52內(nèi)排出。等離子體腔52中的溫度可通過(guò)施加到等離子體腔52的熱控制信號(hào)58進(jìn)行控制。等離子體控制器60接收來(lái)自等離子體腔的輸入，這些輸入中包括表示腔內(nèi)的真空級(jí)別的真空信號(hào)62、電壓信號(hào)64以及表示輸入氣體和輸出氣體之間的流速比的信號(hào)66。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，等離子體控制器60還可接收/產(chǎn)生其他輸入/輸出。等離子體控制器60通過(guò)電壓發(fā)生器68確定待施加到等離子體腔的預(yù)期輸入功率。電壓發(fā)生器68包括微處理器70或其他類(lèi)似的控制器，該控制器從等離子體控制器60接收輸入信號(hào)。微處理器70產(chǎn)生控制信號(hào)給電源72，電源以預(yù)定的頻率和額定功率輸出電壓信號(hào)。來(lái)自電源72的電壓輸出被輸入到匹配網(wǎng)絡(luò)74，該匹配網(wǎng)絡(luò)匹配電源72和等離子體腔52之間的阻抗。
圖31示出了匹配網(wǎng)絡(luò)80的電路，例如可實(shí)施為用于圖30的匹配網(wǎng)絡(luò)74。匹配網(wǎng)絡(luò)80理想地將50歐姆的輸入阻抗匹配到由負(fù)載82提供的輸出阻抗。匹配網(wǎng)絡(luò)80被配置為Pi形濾波器布局，包括第一可變電容器84、第二可變電容器86和電感器88。電容器84、86可由可變電容器實(shí)現(xiàn)，以改變?yōu)V波器網(wǎng)絡(luò)的電容，從而適當(dāng)?shù)仄ヅ?0歐姆輸入的阻抗和負(fù)載82的阻抗。控制器88接收根據(jù)匹配的阻抗而變化的反饋信號(hào)，并產(chǎn)生改變電容器84和86的電容的控制信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道也可實(shí)施其他匹配網(wǎng)絡(luò)配置，例如變壓器或固定網(wǎng)絡(luò)。
參照附圖32，圖32示出了根據(jù)本發(fā)明原理配置的單端放大器，更特別地說(shuō)，E類(lèi)放大器。應(yīng)注意，說(shuō)明書(shū)中所使用的類(lèi)似附圖標(biāo)記表示執(zhí)行類(lèi)似工作的元件。圖32示出了與電感器L3串聯(lián)地布置在DC電源11的一對(duì)電軌V+和V-之間的開(kāi)關(guān)或晶體管S1。開(kāi)關(guān)S1從信號(hào)源或發(fā)生器13接收控制信號(hào)。開(kāi)關(guān)S1與電容器C6并聯(lián)地布置，電容器C6與電感器L3形成并聯(lián)諧振電路。在組合中，開(kāi)關(guān)S1、電感器L3和電容器C6協(xié)作以形成單端放大器。在該放大器的輸出端，電感器L1和箝位二極管D1協(xié)作以形成感性箝位電路。該感性箝位電路置于開(kāi)關(guān)S1的輸出與負(fù)載90之間，并按照與上述針對(duì)圖1～圖31的說(shuō)明那樣工作。調(diào)協(xié)電感器L1和電容器C4，以便在開(kāi)關(guān)S1的輸出端形成諧波濾波器，并向負(fù)載90提供經(jīng)濾波的信號(hào)。
箝位二極管D1置于負(fù)軌V-和節(jié)點(diǎn)X間。箝位二極管D1的陽(yáng)極連接到負(fù)電壓軌V-，且箝位二極管D1的陰極連接到節(jié)點(diǎn)X。當(dāng)圖32的電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)X超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，二極管D1選通，從而將節(jié)點(diǎn)X處的電壓箝位至預(yù)定值，該值典型地為2V，其中V是軌電壓。
在一種架構(gòu)中，以使二極管D1在負(fù)載未正確匹配時(shí)不導(dǎo)電的方式來(lái)選擇電容器C6、電感器L1和電容器C4的值。這種值的選擇方法可降低非預(yù)期諧波的產(chǎn)生。但是，在一種可替代架構(gòu)中，如果諧波的存在被認(rèn)為是可接受的，則以即便負(fù)載匹配二極管D1也導(dǎo)電的方式來(lái)選擇這些值。
圖32的二極管D1在電感器L1和電容器C4的連接點(diǎn)與地之間引入寄生電容。如果該電容變得過(guò)大，則傳送到負(fù)載90的功率將損失。但是，通過(guò)對(duì)圖32的電路稍微地進(jìn)行調(diào)整，也可有利地利用箝位二極管D1的寄生電容。
參見(jiàn)圖33，電容器C1與二極管D1并聯(lián)地布置，并且電容器C4的功能稍微發(fā)生改變。在這種修改下，圖33的電容器C1起到圖32的電容器C4的作用。圖33的電容器C4現(xiàn)在提供DC阻塞電容，并且相應(yīng)地具有相對(duì)較高的電容值。圖33的電路擁有一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)是電感器L1和電容器C1的諧振頻率可與放大器的工作頻率相同。在這種架構(gòu)下，電感器L1和電容器C2協(xié)作以便在開(kāi)關(guān)S1的輸出端形成諧波濾波器。參照對(duì)圖32的說(shuō)明，圖33的箝位二極管D1相互連接在電源負(fù)極V-和節(jié)點(diǎn)X之間。當(dāng)圖33的電路試圖驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)X使之低于預(yù)定的閾值時(shí)，二極管D1選通，從而將節(jié)點(diǎn)X的電壓箝位至預(yù)定值，通常為2V。
圖34～圖36示出了說(shuō)明圖33的電路的工作的波形。圖34示出了圖33的節(jié)點(diǎn)A處的預(yù)期波形，而圖35示出了圖33的節(jié)點(diǎn)X處的預(yù)期波形?？梢钥闯?，節(jié)點(diǎn)X處的預(yù)期波形為半波整流正弦波。如果流經(jīng)電感器L3的DC電流是恒定的，則節(jié)點(diǎn)A處的峰值電壓將為DC軌電壓的π倍(π×V)。優(yōu)選地，選擇電感器L1和電容器C1的值，以使負(fù)載匹配時(shí)二極管D1陰極(節(jié)點(diǎn)X)上的電壓接近于地。由于節(jié)點(diǎn)A處的電壓波形的基本成分是π×V/2，所以電感器L1和電容器C2的特征阻抗為匹配負(fù)載阻抗的π/2倍。這個(gè)關(guān)系在圖34和圖35的波形中可以體現(xiàn)出來(lái)。在工作中，實(shí)二次(偶次)諧波成分嵌入在節(jié)點(diǎn)A處顯示的波形中。該二次諧波成分的一部分進(jìn)入節(jié)點(diǎn)X處的波形中。圖36示出了通過(guò)仿真確定的節(jié)點(diǎn)A處和節(jié)點(diǎn)X處的電壓波形圖。
圖37示出了用于解決如圖36的仿真波形所討論的E類(lèi)放大器的輸出的偶次諧波的架構(gòu)。特別地，圖37示出了按照推挽架構(gòu)設(shè)置的一對(duì)如圖33所示的E類(lèi)放大器。需要再次指出類(lèi)似的附圖標(biāo)記代表類(lèi)似的組件，且附圖標(biāo)記可包括諸如A或B之類(lèi)的附加標(biāo)識(shí)，以指代并聯(lián)架構(gòu)的相應(yīng)半部中的相關(guān)組件。
圖37示出了具有電路半部A和電路半部B的電路，電路半部A和電路半部B并聯(lián)的組合以便向負(fù)載90提供AC信號(hào)。電路半部A和電路半部B通常都包括圖34中所示出的E類(lèi)放大器結(jié)構(gòu)。變壓器T2在電容器C4的輸出端連接兩個(gè)電路半部，以便組合來(lái)自電路半部A的輸出和來(lái)自電路半部B的輸出從而提供給負(fù)載90。開(kāi)關(guān)S1A和S1B根據(jù)由相位控制器14輸出到信號(hào)發(fā)生器13A、13B的信號(hào)成180度地反相驅(qū)動(dòng)。電容器C4A的輸出和電容器C4B的輸出通過(guò)變壓器T2匯合。優(yōu)選地，變壓器T2使各個(gè)電路半部的最大程度地耦合。這種最大耦合使得二極管D1A和D1B各自的陰極(負(fù)端子)上的峰值電壓得到控制，使使之上的電壓被箝位至DC軌電壓的兩倍。
優(yōu)選地，由變壓器T2提供的耦合確保各個(gè)電路半部的均衡負(fù)載，并以此確保各個(gè)放大器的平衡負(fù)載。圖37的匹配負(fù)載90通常為兩個(gè)放大器之一的匹配阻抗的一半。設(shè)計(jì)者通常偏好高輸出阻抗而非低輸出阻抗?？稍趫D37電路中加入可選的不平衡變壓器，以便通過(guò)因子4增大匹配負(fù)載阻抗。
圖38示出了對(duì)圖37的修改以提供更大的輸出阻抗。參見(jiàn)圖38，圖38與圖37類(lèi)似地配置，但是增加了配置在各個(gè)電路半部的輸出端上的變壓器T3。因此，圖38的變壓器T2已經(jīng)施加到其磁化電流、偶次諧波電流和二極管電流。圖38的變壓器T2不接收任何負(fù)載電流。因此，圖38的變壓器T2可比圖37的變壓器T2采用更小的封裝。更進(jìn)一步，圖38的電路無(wú)需變壓器T2即可工作，但變壓器T2縮小了跨越二極管D1A和D1B的峰值電壓。
設(shè)計(jì)者通常在使用頻率或相位調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)選擇E類(lèi)放大器架構(gòu)。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，幅度調(diào)制對(duì)于E類(lèi)放大器而言是一種挑戰(zhàn)，因?yàn)榉糯笃鞯妮斎氡仨毐３趾愣?。?shí)現(xiàn)幅度調(diào)制和輸出功率控制的一種方法是改變DC軌電壓。而改變DC軌電壓經(jīng)驗(yàn)證在任何放大器中都是有效的，但這里說(shuō)明的感形箝位電路使得另一種控制方法得以實(shí)現(xiàn)。
所述包括感性箝位電路的放大器事實(shí)上可在任何負(fù)載下工作，而不會(huì)損壞開(kāi)關(guān)。因此可以并聯(lián)和/或串聯(lián)推挽架構(gòu)來(lái)組合兩個(gè)或多個(gè)這種放大器。則輸出功率可通過(guò)改變這些放大器之間的相位差來(lái)控制。
圖39示出了按照并聯(lián)架構(gòu)的一對(duì)本發(fā)明的E類(lèi)放大器。圖39的架構(gòu)特別地針對(duì)提供最大功率。對(duì)于圖37和圖38，為獲得最大輸出功率，開(kāi)關(guān)S1A和S1B按照180度的反相工作。為在圖37和圖38中獲得最小輸出功率，開(kāi)關(guān)S1A和S1B同相地工作。然而，在圖39的設(shè)計(jì)中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1′和S1″同相工作時(shí)獲得最大輸出功率，當(dāng)S1′和S1″以180度反相工作時(shí)獲得最小功率。
圖40示出了本發(fā)明的單端放大器的并聯(lián)、推挽實(shí)現(xiàn)。特別地，第一對(duì)放大器指定了推挽架構(gòu)的第一半部。放大器包括與L3A′和L3A″串聯(lián)地位于一對(duì)電壓軌之間的晶體S1A′和S2A″。各個(gè)開(kāi)關(guān)S1A′和S2A″分別與電容器C6A′和C6A″并聯(lián)。電感器L1A′、L1A″分別布置在開(kāi)關(guān)S1A′和S2A″的輸出端，且提供給濾波電容器C1A的第一端子。C1A的另一端子連接到地。箝位二極管D1A與電容器C1A并聯(lián)地布置，并且阻塞電容器C4A與負(fù)載90串聯(lián)地布置，阻塞電容器C4A與負(fù)載90的組合與二極管D1A并聯(lián)。推挽架構(gòu)的第二半部類(lèi)似地配置。推挽架構(gòu)的各個(gè)半部由晶體管T2連接，按照針對(duì)圖37和圖38的說(shuō)明那樣工作。
相位控制器14產(chǎn)生輸出信號(hào)給各個(gè)信號(hào)發(fā)生器13A′、13A″、13B′和13B″。優(yōu)選地，相位控制器14使推挽架構(gòu)的各個(gè)半部A、B以180度反相工作。在各個(gè)半部中，相位控制器14可改變發(fā)送到信號(hào)發(fā)生器13A′、13A″、13B′和13B″的控制信號(hào)。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器13A′和13A″同相工作時(shí)，推挽架構(gòu)的電路半部A輸出最大功率，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器13A′和13A″反相工作時(shí)，電路半部A不輸出功率?？刂菩盘?hào)發(fā)生器13B′和13B″也進(jìn)行類(lèi)似的工作?？晒ぷ鲌D40的電路以從單逆變器架構(gòu)的輸出中消除偶次諧波。
圖41示出了圖39的電路，但進(jìn)行了修改，包括與負(fù)載90并聯(lián)的附加電感器L4。這一架構(gòu)在所需負(fù)載阻抗大于功率放大器輸出阻抗大時(shí)有用。這一架構(gòu)進(jìn)一步有志于消除偶次諧波。由于在圖39中增加了感性濾波器L4，所以圖41的架構(gòu)工作緩慢。
當(dāng)負(fù)載90包含抗性成分時(shí)，需要進(jìn)行特別考慮。當(dāng)使用移相控制時(shí)，開(kāi)關(guān)S1′或S1″中的一個(gè)可能會(huì)經(jīng)歷負(fù)的實(shí)阻抗。由于該電路試圖通過(guò)開(kāi)關(guān)S1′或S2″將由DC軌傳遞到自身的能量反射回DC軌，所以產(chǎn)生了負(fù)的實(shí)阻抗。由于固有的本體二極管中的反向恢復(fù)狀態(tài)，所以這種狀態(tài)可能損壞開(kāi)關(guān)。這個(gè)問(wèn)題可利用具有快速本體二極管的MOSFET，或諸如肖特基整流器之類(lèi)的快速二極管來(lái)解決，低正向電壓降加在MOSFET上。
至于特別部件的值而言，就圖33的E類(lèi)放大器來(lái)說(shuō)，通常理想地二極管D1很少被啟動(dòng)，但是在負(fù)載90匹配適當(dāng)時(shí)不導(dǎo)電。電容器C4是DC阻塞電容器，應(yīng)包含遠(yuǎn)小于負(fù)載90的阻抗的抗性阻抗。開(kāi)關(guān)S1的擊穿電壓至少是正DC軌電壓V+的五倍。電容器C6的擊穿電壓至少是DC軌電壓V+的至少五倍。電感器L1和L2的電感相等，電容器C6和C1的電容值相等。傳遞到負(fù)載90的功率P可由等式(1)確定P=V22R---(1)]]>其中V是施加到電軌11的電壓；且R是負(fù)載90的阻抗。
電容器C6和C1的電容C可由等式(2)確定C=1π×FOP×R---(2)]]>其中FOP是放大器的工作頻率；且R是負(fù)載90的阻抗。
電感器L1和L3的電感L可由等式(3)確定L=R4×F---(3)]]>其中FOP是E類(lèi)放大器的工作頻率；且R是負(fù)載90的阻抗。
電感器L1和L3的電感值無(wú)需相等，且電容器C6和C1的電容值也無(wú)需相等。更進(jìn)一步，電感器L3和電容器C6可被調(diào)整以改變圖36所示的Vds電壓波形。例如，可通過(guò)調(diào)整電感器L1和電容器C1的值來(lái)降低峰值電壓并提高圖36的偽波形的對(duì)稱(chēng)性。然而這種調(diào)整對(duì)ZVS開(kāi)關(guān)具有反作用。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，針對(duì)圖1～圖31討論的電路變體和替換可應(yīng)用到圖32～圖41中適當(dāng)?shù)牡胤健?br> 雖然以當(dāng)前優(yōu)選的形式說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本發(fā)明可以有各種應(yīng)用和實(shí)施。因此，可在不脫離本發(fā)明精神的情況下以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修飾和改動(dòng)。
對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明本質(zhì)上僅僅是示意性的，不脫離本發(fā)明精神的改動(dòng)都應(yīng)包括在本發(fā)明的范疇內(nèi)。這種改動(dòng)不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明精神和范疇的脫離。
權(quán)利要求
1.一種用于向負(fù)載供應(yīng)交流電的電源電路，包括直流DC電壓電源；E類(lèi)放大器，其接收DC輸入電壓并產(chǎn)生交流AC輸出信號(hào)；位于該放大器的輸出端上的第一諧波濾波器，其用于濾除AC信號(hào)的預(yù)定諧波成分以產(chǎn)生經(jīng)濾波的AC信號(hào)；以及位于該第一諧波濾波器的輸出端上的輸出電路，其用于接收經(jīng)濾波的AC信號(hào)并將經(jīng)濾波的AC信號(hào)饋給到負(fù)載，其中該輸出電路包括相對(duì)于該輸出電路中的點(diǎn)連接的整流器，以便在該點(diǎn)處的電壓超出預(yù)定閾值時(shí)，該整流器導(dǎo)電以使電壓和電流中的至少一個(gè)返回到DC電壓電源并將該點(diǎn)箝位到預(yù)定電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輸出電路包括與所述負(fù)載并聯(lián)地連接的整流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一諧波濾波器包括串聯(lián)的電感器和電容器，并且所述第一諧波濾波器與所述放大器的開(kāi)關(guān)并聯(lián)地布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一諧波濾波器包括電感器和電容器，并且該電感器布置在所述放大器的開(kāi)關(guān)的輸出端和所述整流器的端子之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述整流器進(jìn)一步包括二極管，并且所述第一諧波濾波器包括電感器和電容器，并且該電感器布置在所述放大器的輸出端和該二極管的陰極之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括多個(gè)并聯(lián)地配置的放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述負(fù)載并聯(lián)地配置的第二諧波濾波器，該第二諧波濾波器進(jìn)一步從所述經(jīng)濾波的AC信號(hào)中濾除預(yù)定諧波成分。
8.一種用于向負(fù)載供應(yīng)交流電的電源電路，包括DC電壓電源；一對(duì)以推挽架構(gòu)配置的E類(lèi)放大器，用于接收DC輸入電壓并用于產(chǎn)生AC輸出信號(hào)；位于各個(gè)放大器的輸出端上的第一諧波濾波器，其濾除AC信號(hào)的預(yù)定諧波成分以產(chǎn)生經(jīng)濾波的AC信號(hào)；以及位于各個(gè)第一諧波濾波器的輸出端上的輸出電路，其用于接收經(jīng)濾波的AC信號(hào)并將經(jīng)濾波的AC信號(hào)饋給到負(fù)載，其中該輸出電路包括相對(duì)于該輸出電路中的點(diǎn)連接的整流器，以便在該點(diǎn)處的電壓超出預(yù)定閾值時(shí)，該整流器導(dǎo)電以使電壓和電流中的至少一個(gè)返回到DC電壓電源并將該點(diǎn)箝位到預(yù)定電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述各個(gè)放大器包括連接到所述DC電壓電源的第一軌的開(kāi)關(guān)；以及連接在所述DC電壓電源的第一電壓軌和第二電壓軌之間的諧振電路，其中該開(kāi)關(guān)的工作激勵(lì)該諧振電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述諧振電路進(jìn)一步包括連接在所述開(kāi)關(guān)和所述DC電壓電源的第二軌之間的電感器；以及與所述開(kāi)關(guān)并聯(lián)的電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括位于所述第一諧波濾波器的輸出端上的第二諧波濾波器，該第二諧波濾波器從所述經(jīng)濾波的AC信號(hào)中濾除諧波成分以產(chǎn)生輸出信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第二諧波濾波器包括與所述負(fù)載并聯(lián)地配置的電感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，進(jìn)一步包括位于所述第二諧波濾波器的輸出端上的阻塞電容器，該阻塞電容器用于從所述第二諧波濾波器的輸出中去除DC成分。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一諧波濾波器包括串聯(lián)的電感器和電容器，并且所述第一諧波濾波器與所述放大器的開(kāi)關(guān)并聯(lián)地配置。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一諧波濾波器包括電感器和電容器，并且該電感器配置在所述開(kāi)關(guān)的輸出端和所述整流器的端子之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述第二諧波濾波器包括電感器，并且該電感器與所述負(fù)載并聯(lián)地配置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述放大器進(jìn)一步包括多個(gè)與所述負(fù)載并聯(lián)地配置的放大器。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述各個(gè)放大器形成電路半部并且各個(gè)電路半部由變壓器相互連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中第二變壓器將所述各個(gè)電路半部的輸出與所述負(fù)載相互連接，從而提供平衡的負(fù)載。
20.一種用于向負(fù)載供應(yīng)交流電的電源電路，包括DC電壓電源；一對(duì)并聯(lián)地配置的E類(lèi)放大器，用于接收DC輸入電壓并用于產(chǎn)生AC輸出信號(hào)；位于放大器的輸出端上的第一諧波濾波器，其濾除AC信號(hào)的預(yù)定諧波成分以產(chǎn)生經(jīng)濾波的AC信號(hào)；以及位于各個(gè)第一諧波濾波器的輸出端上的輸出電路，其用于接收經(jīng)濾波的AC信號(hào)并將經(jīng)濾波的AC信號(hào)饋給到負(fù)載，其中該輸出電路包括相對(duì)于該輸出電路中的點(diǎn)連接的整流器，以便在該點(diǎn)處的電壓超出預(yù)定閾值時(shí)，該整流器導(dǎo)電以使電壓和電流中的至少一個(gè)返回到DC電壓電源并將該點(diǎn)箝位到預(yù)定電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述各個(gè)放大器進(jìn)一步包括連接到所述DC電壓電源的第一軌的開(kāi)關(guān)；以及連接在所述DC電壓電源的第一電壓軌和第二電壓軌之間的諧振電路，其中該開(kāi)關(guān)的工作激勵(lì)該諧振電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述諧振電路進(jìn)一步包括連接在所述開(kāi)關(guān)和所述DC電壓電源的第二軌之間的電感器；以及與所述開(kāi)關(guān)并聯(lián)的電容器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，進(jìn)一步包括位于所述第一諧波濾波器的輸出端上的第二諧波濾波器，該第二諧波濾波器從所述經(jīng)濾波的AC信號(hào)中濾除諧波成分以產(chǎn)生輸出信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述第二諧波濾波器包括與所述負(fù)載并聯(lián)地配置的電感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，進(jìn)一步包括位于所述第二諧波濾波器的輸出端上的阻塞電容器，該阻塞電容器用于從所述第二諧波濾波器的輸出中去除DC成分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述第一諧波濾波器包括串聯(lián)的電感器和電容器，并且所述第一諧波濾波器與所述放大器的開(kāi)關(guān)并聯(lián)地配置。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述第一諧波濾波器包括電感器和電容器，并且該電感器配置在所述開(kāi)關(guān)的輸出端和所述整流器的端子之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述第二諧波濾波器包括電感器，并且該電感器與所述負(fù)載并聯(lián)地配置。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，進(jìn)一步包括第二對(duì)E類(lèi)放大器，該第二對(duì)E類(lèi)放大器中的各個(gè)放大器與所述第一對(duì)E類(lèi)放大器并聯(lián)地配置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述各對(duì)放大器形成電路半部并且各個(gè)電路半部由變壓器相互連接。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，進(jìn)一步包括第二變壓器，該第二變壓器將所述各個(gè)電路半部的輸出與所述負(fù)載相互連接，從而提供平衡的負(fù)載。
32.一種等離子體控制系統(tǒng)，包括由射頻RF信號(hào)激發(fā)的等離子體腔；等離子體控制器，其用于測(cè)量等離子體腔的工作狀態(tài)并產(chǎn)生用以改變等離子體腔內(nèi)的狀態(tài)的控制信號(hào)；以及RF發(fā)生器，用于產(chǎn)生RF信號(hào)給等離子體腔，該RF發(fā)生器包括RF控制器，其從等離子體控制器接收控制信號(hào)并產(chǎn)生電源控制信號(hào)，以及電源，其用于接收電源控制信號(hào)并根據(jù)電源控制信號(hào)產(chǎn)生RF信號(hào)，該電源包括DC電壓電源；E類(lèi)放大器，其接收DC輸入電壓并產(chǎn)生AC輸出信號(hào)；以及位于該放大器的輸出端上的第一諧波濾波器，其用于濾除AC信號(hào)的預(yù)定諧波成分以產(chǎn)生經(jīng)濾波的AC信號(hào)；其中，該電源包括保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)連接的整流器，以便在該點(diǎn)處的電壓超出預(yù)定閾值時(shí)，該整流器導(dǎo)電以便將該點(diǎn)處的電壓箝位到預(yù)定電壓。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述輸出電路將電壓和電流中的至少一個(gè)返回到所述放大器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電源，包括用于從DC輸入源(11)接收DC輸入信號(hào)的逆變器。該逆變器由單端逆變器實(shí)現(xiàn)。各個(gè)逆變器均由信號(hào)源(13A，13B)驅(qū)動(dòng)并輸出AC信號(hào)。各個(gè)逆變器的輸出進(jìn)入第一階諧波濾波器。該電源包括輸出電路，該輸出電路包括配置在點(diǎn)上的整流器(D1)，該整流器在逆變器試圖驅(qū)動(dòng)該點(diǎn)超過(guò)預(yù)定電壓時(shí)導(dǎo)電，以使電壓和電流中的至少一個(gè)返回到DC輸入源。第一諧波濾波器(L1A，C1；L1B，C1)的輸出進(jìn)入第二諧波濾波器(L2，C2)最后從該電源輸出。
文檔編號(hào)H03F3/217GK101061615SQ200480034926
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者丹尼爾·林肯, 保羅·班尼特 申請(qǐng)人:Mks儀器有限公司