[发明专利]缓冲器系统、装置和方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及电源。具体地，但不以限制的方式，本公开涉及用于限制电源中的电压尖脉冲和电流尖脉冲的系统、方法和装置。

背景技术

图1图示了用于等离子体处理的典型电源系统100的一个范例。电源系统100包括DC电源102，所述DC电源102为开关电路104提供DC电力，所述开关电路104将DC电力转换成脉冲DC并为等离子体负载106提供脉冲DC。当切换时，节点C与D之间的电势经过零的电势，并且在该转变之后的短时间内，等离子体能够消亡或能够暗淡到它变得高电阻并且像未流通的电感器或断路一样起作用的程度。紧接在该转变之后，DC电源102继续为开关电路104提供电力，但是该电力的大部分能够不再被递送到等离子体负载106。替代地，电力主要经过开关电路104，这潜在地对开关电路104造成损坏。

缓冲器108能够用于通过在开关电路104转变通过0V之后的时期期间吸收来自DC电源102的电力来减轻对开关电路104的损坏。然而，现有缓冲器通常是耗能缓冲器和/或消耗显著电力。

对已知电源系统的额外挑战包括缓慢的处理吞吐量和由于电力消耗的进一步低效率。例如并且如在图2A中所见，虽然节点C与D之间的电压能够以可忽略的斜坡时间切换，但是电流以缓慢得多的速度斜坡变化，因此提供比来自DC电源102的电力输出显著更低的平均电力。这导致更长的处理时期和降低的吞吐量，这是因为许多处理只能够在预定的总电力已经被递送时结束。

还存在对增加向等离子体负载106提供的DC脉冲频率的期望，这是因为这会减少电弧发生。然而，以上提及的问题在更高的频率下变得更加严重，如在图2B中所图示的。此外，由于每个脉冲在更高的频率下更短，因此在高频率下的电流可以比在更低的频率下最终变得更大(在电力调整的系统中)。由于电力消耗与I²成比例，因此这些更大的电流导致更大的电力损耗。额外地，在切换的时刻处与电流成比例的切换损耗在更高的频率下被加重，这是因为切换电流更大。

发明内容

下面总结在附图中示出的本发明的示例性实施例。这些实施例和其他实施例在具体实施方式章节中被更加详细地描述。然而，应当理解，不存在将本发明限制于该发明内容中或在具体实施方式中描述的形式的意图。本领域技术人员能够认识到，存在落在本发明的如在权利要求中所表述的精神和范围之内的许多修改、等价方案或备选方案。

本公开的一些实施例能够被表征为一种电力系统，所述电力系统包括DC电源、开关电路、以及缓冲器电路。所述DC电源能够向第一轨道和第二轨道供应DC电力，所述第一轨道和所述第二轨道在所述第一轨道与所述第二轨道之间具有电压。所述开关电路能够经由所述第一轨道和所述第二轨道接收所述DC电力，并且将所述DC电力转换为脉冲DC电压，所述脉冲DC电压被配置为施加到等离子体负载。所述缓冲器电路能够耦合到所述第一轨道和所述第二轨道，使得在所述第一轨道与所述第二轨道之间的电压落在所述缓冲器电路两端。此外，所述缓冲器电路能够包括第一单向开关、电压倍增器、电气节点、以及电流限制器。所述第一单向开关能够被配置为允许来自所述第一轨道的电流通过。所述电压倍增器能够耦合在所述第一单向开关与所述第二轨道之间。所述电压倍增器能够被配置为当所述开关电路观察到的阻抗增加时经由所述第一单向开关吸收并存储来自所述DC电源的能量。所述电压倍增器还能够被配置为借助于吸收并存储来自所述DC电源的所述能量来升高在所述第一轨道与所述第二轨道之间的电压。所述电压倍增器能够被进一步配置为然后当所述开关电路观察到的阻抗降低时将存储的能量的至少部分施加到所述开关电路，并且从而降低在所述第一轨道与所述第二轨道之间的电压。所述电气节点能够被布置在所述第一单向开关与所述电压倍增器之间。所述电流限制器能够耦合在所述电气节点与所述第一轨道之间，并且能够对所述电压倍增器释放到所述开关电路的电流的上升进行限制。