專利名稱：使用單電源為多個磁控管供電的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用和/或控制由單電源供電的多個磁控管。
背景技術(shù)：
微波加熱是用于包括熱能供應(yīng)在內(nèi)的多種過程的技術(shù)，并有著巨大的優(yōu)點。一個優(yōu)點是能在沒有任何慣性的情況下控制加熱功率。
但是，微波加熱的一個缺點是微波設(shè)備往往比常規(guī)的替代設(shè)備更貴。這種加熱設(shè)備的磁控管用帶有相關(guān)控制系統(tǒng)的電源單元驅(qū)動，電源占據(jù)了設(shè)備的大部分成本。由于磁控管的輸出功率有限，加熱設(shè)備為達到指定的加熱要求，可能需要相當數(shù)量的磁控管及相關(guān)的電源和控制系統(tǒng)。
磁控管可用于產(chǎn)生射頻(RF)能量。這種RF能量可用于不同的用途諸如加熱物品(即微波加熱)，也可用于產(chǎn)生等離子體。等離子體又可用于許多不同的過程，如薄膜淀積、金剛石淀積和半導(dǎo)體制造過程。RF能量也可用于在產(chǎn)生紫外光(或可見光)的石英外殼的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體。在這方面，直流電源轉(zhuǎn)換為RF能量的高效率性和磁控管的幾何結(jié)構(gòu)是決定性的特性。一個缺點是所需產(chǎn)生指定功率輸出的電壓隨磁控管的不同而不同。此電壓主要由磁控管的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)和諧振腔中的磁場強度決定。
為提供所需的RF能量，一些應(yīng)用會要求兩個或更多的磁控管。在這種情況下，每個磁控管需要有獨立的電源。兩個或更多的磁控管可被并聯(lián)連接到電源?？墒牵瑑蓚€設(shè)計相同的磁控管并沒有相同的電壓-電流特性。兩個設(shè)計相同的磁控管間的正常制造容差和溫度差異會導(dǎo)致不同的電壓-電流特性。那么，每個磁控管的電壓就會略有不同。例如，磁控管會有彼此不同的工作曲線，這樣，一個磁控管就會產(chǎn)生比其它磁控管更高的功率輸出。具有更高功率輸出的磁控管變得比其它磁控管更熱，工作曲線下降并且電源將被固定或限制在較低的輸出電壓。這會導(dǎo)致產(chǎn)生更高輸出的磁控管的功率輸出進一步降低直到僅有一個磁控管由于不能達到其它磁控管的拐點電壓而產(chǎn)生所有功率。在使用多個磁控管時希望能沒有這些問題。
發(fā)明的公開本發(fā)明實施例給出的系統(tǒng)包括供給電流的電源裝置，由電源裝置供電的至少三個磁控管裝置，以及為每個磁控管裝置分配電流量的控制電路。
控制電路包括連接在電源裝置和第一磁控管裝置之間的第一霍爾效應(yīng)傳感器，連接在電源裝置和第二磁控管裝置之間的第二霍爾效應(yīng)傳感器，連接在電源裝置和第三磁控管裝置之間的第三霍爾效應(yīng)傳感器。
第三磁控管裝置可以為主磁控管裝置，第二磁控管裝置為從磁控管裝置，第三磁控管裝置為從磁控管裝置。
第一霍爾效應(yīng)傳感器可檢測第一磁控管裝置的電流，第二霍爾效應(yīng)傳感器可檢測第二磁控管裝置的電流，第三霍爾效應(yīng)傳感器可檢測第三磁控管裝置的電流?？刂齐娐愤€包括第一比較裝置，用于比較第一霍爾效應(yīng)傳感器的輸出和第二霍爾效應(yīng)傳感器的輸出?？刂齐娐愤€包括第二比較裝置，用于比較第一霍爾效應(yīng)傳感器的輸出和第三霍爾效應(yīng)傳感器的輸出。
本發(fā)明實施例可進一步包括一系統(tǒng)，它包括電源裝置，由電源裝置供電的第一磁控管裝置和由電源裝置供電的第二磁控管裝置。第一傳感器裝置檢測通過第一磁控管裝置的電流，第二傳感器裝置檢測通過第二磁控管裝置的電流。第一比較裝置比較第一傳感器裝置的輸出和第二傳感器裝置的輸出?；诘谝槐容^裝置的比較，第一機構(gòu)可調(diào)節(jié)到第二磁控管裝置的電流。該系統(tǒng)還包括由電源裝置供電的第三磁控管裝置，第三傳感器檢測通過該第三磁控管裝置的電流。第二比較裝置可以比較第一傳感器裝置的輸出和第三傳感器裝置的輸出?；诘诙容^裝置的比較，第二機構(gòu)可調(diào)節(jié)到第三磁控管裝置的電流。
本發(fā)明實施例還提供了一種給至少三個磁控管供電的方法。該方法包括提供沿著到第一磁控管裝置的第一信號線的第一電流，提供沿著到第二磁控管裝置的第二信號線的第二電流，以及提供沿著到第三磁控管裝置的第三信號線的第三電流。可以將電流分配給第一，第二，第三磁控管裝置中的每一個。
通過本發(fā)明優(yōu)選實施例公開的詳細描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的目的，優(yōu)點和顯著特征將變得更加明顯。
附圖的簡要說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和具體實施方式
將結(jié)合下面的附圖進行說明，附圖中相同的元件具有相同的參考數(shù)字

圖1是一個示例結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2是另一個示例結(jié)構(gòu)的電路圖；圖3是本發(fā)明一個具體實施方式
的電路圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和實施例所給出的系統(tǒng)包括固態(tài)電源和用于操作兩個或更多磁控管的控制裝置。特別是，本發(fā)明實施例可允許單電源(即普通電源)給兩個或更多的磁控管供電。用單電源為多個磁控管供電的結(jié)構(gòu)在2001年5月10日提出申請的第09/852,015號美國專利申請中已有描述，其主題在此引用作為參考。
圖1是依照示例結(jié)構(gòu)用單電源為兩個磁控管(或兩個磁控管裝置)供電的電路圖。還可采用其它結(jié)構(gòu)和配置。特別是，圖1示出了諸如高電壓低紋波直流電源的電源10。更具體地說，電源10可以是在4.6KV時能夠輸出1.68安培的固態(tài)高電壓電源。電源10設(shè)計為提供恒電流輸出(或近似于恒電流輸出)。其它電流和功率量也是可以的。電源10與霍爾效應(yīng)電流變壓器20相連接，第一信號線12以第一方向(即順時針方向)環(huán)繞于霍爾效應(yīng)電流變壓器20上，第二信號線14以與第一方向相反的第二方向(即逆時針方向)環(huán)繞于霍爾效應(yīng)電流變壓器20上。如下面將要描述的那樣，霍爾效應(yīng)電流變壓器20可以檢測通過連線12和14的電流及調(diào)節(jié)到某一個磁控管的電流，這樣的結(jié)果是兩個磁控管具有相等的電流(或?qū)嵸|(zhì)上相等的電流)。所以霍爾效應(yīng)電流傳感器20能為兩個磁控管分配電流量。換而言之，電源10提供了可被霍爾效應(yīng)電流變壓器20檢測的恒電流輸出。如公知的現(xiàn)有技術(shù)，霍爾效應(yīng)電流傳感器(如霍爾效應(yīng)電流變壓器20)利用霍爾效應(yīng)檢測磁場并輸出與之成正比例的電壓。霍爾效應(yīng)電流變壓器20的輸出與連線12和14的電流差成比例。
如圖1所示，信號線12與磁控管40的陰極相連接，信號線14與磁控管30的陰極相連接。在此結(jié)構(gòu)中，與燈絲連接的變壓器為燈絲加熱提供了必需的電流。燈絲變壓器22和24的初級由連接信號線16和18的交流電源供電(如100到200V)。陰極端子也可和一個燈絲端子共享。對此結(jié)構(gòu)而言這點是明確的其它結(jié)構(gòu)可有相似或不同的接線方式。
在圖1結(jié)構(gòu)中，利用了反饋回路調(diào)節(jié)磁控管40的電流(或分配電流)。更具體而言，霍爾效應(yīng)電流變壓器20經(jīng)信號線26連接到電阻28以及到誤差信號放大器50，誤差信號放大器50的輸入端和輸出端之間由電阻34連接。誤差信號放大器50的輸出端沿信號線36連接到電阻38，電阻38再連接到線圈驅(qū)動器60的輸入端，電阻62連接于驅(qū)動器60的輸入端和輸出端之間。誤差信號放大器50、線圈驅(qū)動器60和電阻28、34、38的配置及操作僅僅作為提供其各自功能的一個例子。也可采用電阻和放大器的其它組合及配置方式。線圈驅(qū)動器60的輸出沿信號線64應(yīng)用于與磁控管40相關(guān)的電磁體42的起始端。如圖1所示電磁體42的末端接地。
調(diào)制輸入70沿信號線72經(jīng)過電阻35與誤差信號放大器50的輸入端相連。輸入70讓磁控管間的電流(功率)分布是時變函數(shù)。這模擬了常規(guī)的經(jīng)過整流未經(jīng)濾波的電源裝置操作的磁控管。這種工作形式有利于某些類型的紫外線(UV)燈泡。
圖2是另一種示例電路結(jié)構(gòu)的電路圖，它利用了單電源10和兩個磁控管30和40。也可采用其它的結(jié)構(gòu)和配置。這種結(jié)構(gòu)和圖1的結(jié)構(gòu)相似，但它還包含連接電磁體42終端和與磁控管30相關(guān)的電磁體32的終端的信號線66。如圖2所示，電磁體32的起始端接地。對指定的電流方向，這種形式的連接增大了磁控管40內(nèi)的磁場并且減小了磁控管30內(nèi)的磁場。這種結(jié)構(gòu)中，還可利用反饋來調(diào)節(jié)磁控管30和40的電流。
電源10可以被設(shè)計成提供恒電流，其輸出電流由兩個磁控管30和40共享?？梢岳没魻栃?yīng)電流變壓器20來進行該共享?；魻栃?yīng)電流變壓器20可檢測流經(jīng)連線12和14的電流，監(jiān)控磁控管30和40的陽極電流及調(diào)節(jié)電磁體的電流，這樣磁控管30和40能具有相等的電流。這可以通過利用上述的反饋回路使霍爾效應(yīng)電流變壓器20的輸出為零來完成，反饋回路包括誤差信號放大器50和線圈驅(qū)動器60。該電路為磁控管30和40提供電流鏡像。此外，在圖2的結(jié)構(gòu)中，使用電磁體42和電磁體32可以讓其中一個磁控管中的磁通量在另一磁控管中的磁通量降低時得到增加。
總之，此結(jié)構(gòu)提供了一個含有可為至少兩個磁控管供電的單電源的系統(tǒng)。這可以通過使用圖示中的霍爾效應(yīng)電流變壓器20檢測施加到磁控管30和40的陽極上的電流實現(xiàn)。該方案適合具有一個以上的磁控管的系統(tǒng)或過程。
如上所述，本結(jié)構(gòu)包括與兩個磁控管中的一個相關(guān)的電磁體線圈。在圖2的結(jié)構(gòu)中，電磁線圈位于每個磁控管上，線圈被串聯(lián)驅(qū)動。在圖1的結(jié)構(gòu)中，通過帶線圈的磁控管的電流可被調(diào)節(jié)到期望量，可用電流的剩余部分將流向不帶線圈的磁控管。換而言之，來自電源的電流在兩個磁控管間進行分配。例如，流經(jīng)第二磁控管的電流可被調(diào)節(jié)到與流經(jīng)不帶線圈的磁控管的電流相等。
本發(fā)明的實施例可用于多于兩個磁控管的情形。例如，一個磁控管不帶線圈，同時其它兩個磁控管(或多于兩個磁控管)均帶有電磁線圈。不帶線圈的磁控管稱為主磁控管，帶電磁線圈的磁控管稱為從磁控管。在從磁控管中，相對于主磁控管調(diào)節(jié)電流。
圖3是本發(fā)明依照示例實施例的電路圖。相對于主磁控管，該電路可調(diào)節(jié)從磁控管的電流(或分配電流)。其它實施例和配置也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，圖3僅示出了三個磁控管，其它數(shù)量的磁控管也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖3示出了一個主磁控管100和兩個從磁控管200和300。如圖所示，霍爾效應(yīng)傳感器105(也稱為霍爾效應(yīng)電流變壓器)連接于電源10和主磁控管100之間。此外，霍爾效應(yīng)傳感器205連接于電源10和從磁控管200之間，霍爾效應(yīng)傳感器305連接于電源10和從磁控管300之間。電流檢測裝置(如霍爾效應(yīng)傳感器)可以檢測到極性相反的每個磁控管的電流，這樣，當磁控管電流相等時，霍爾效應(yīng)傳感器的輸出近似為零。
本發(fā)明的實施例采用了獨立的電流傳感器(如霍爾效應(yīng)傳感器105，205和305)以及通過利用比較裝置來比較它們的輸出。例如，圖3示出了比較裝置210，用于比較霍爾效應(yīng)傳感器105(連接到主磁控管100)和霍爾效應(yīng)傳感器205(連接到從磁控管200)的輸出。圖3也示出了比較裝置310，用于比較霍爾效應(yīng)傳感器105(連接到主磁控管100)和霍爾效應(yīng)傳感器305(連接到從磁控管300)的輸出。兩個霍爾效應(yīng)傳感器和一個比較裝置也應(yīng)用于由單電源供電的兩個磁控管。即，先前描述的結(jié)構(gòu)可采用近似于圖3的方式修改以包括兩個霍爾效應(yīng)傳感器和一個比較裝置。
比較裝置210輸出信號到從磁控管200的第一反饋回路，調(diào)節(jié)流向從磁控管200的電流。類似地，比較裝置310輸出信號到從磁控管200的第二反饋回路，調(diào)節(jié)流向從磁控管300的電流。
從磁控管200的第一反饋回路與上述圖1中的反饋回路相類似。例如，比較裝置210經(jīng)信號線226連接到電阻228還連接到誤差信號放大器250，誤差信號放大器250的輸入端和輸出端之間由電阻234連接。誤差信號放大器250的輸出端沿信號線236連接到電阻238，電阻238再連接到線圈驅(qū)動器260的輸入端，電阻262連接于驅(qū)動器260的輸入端和輸出端之間。誤差信號放大器250、線圈驅(qū)動器260和電阻228、234、238的配置及操作僅僅作為提供其各自功能的一個例子。也可采用電阻和放大器的其它組合及配置方式。線圈驅(qū)動器260的輸出沿信號線264應(yīng)用于與磁控管200相關(guān)的電磁體242的起始端。如圖3所示，電磁體242的末端接地。調(diào)制輸入270沿信號線272經(jīng)過電阻235應(yīng)用于誤差信號放大器250的輸入端。輸入270讓磁控管間的電流(功率)分配服從時變函數(shù)。
從磁控管300的第二反饋回路與上述圖1中的反饋回路相類似。例如，比較裝置310經(jīng)信號線326連接到電阻328還連接到誤差信號放大器350，誤差信號放大器350的輸入端和輸出端之間由電阻334連接。誤差信號放大器350的輸出端沿信號線336連接到電阻338，電阻338再連接到線圈驅(qū)動器360的輸入端，電阻362連接于驅(qū)動器360的輸入端和輸出端之間。誤差信號放大器350、線圈驅(qū)動器360和電阻328、334、338的配置及操作僅僅作為提供其各自功能的一個例子。也可采用電阻和放大器的其它組合及配置方式。線圈驅(qū)動器360的輸出沿信號線364應(yīng)用于與磁控管300相關(guān)的電磁體342的起始端。如圖3所示，電磁體342的末端接地。調(diào)制輸入370沿信號線372經(jīng)過電阻335應(yīng)用于誤差信號放大器350的輸入端。輸入370讓磁控管間的電流(功率)分配服從時變函數(shù)。
圖3示出了第一反饋回路和第二反饋回路，但其它類型的反饋回路也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，比較裝置210應(yīng)被認為是第一反饋回路的一部分，比較裝置310應(yīng)被認為是第二反饋回路的一部分。此外，如果采用了多于兩個的從磁控管，那么也可利用與從磁控管200和300相同的方式采用附加的比較裝置和反饋回路。
本發(fā)明參照了具體的實施方式進行描述，對具體實施方式
的描述僅僅是說明性的而不能視為對本發(fā)明范圍的限制。換言之，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以不背離本發(fā)明的精神和范圍對本發(fā)明作出各種其它的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，其特征在于，包括供給電流的電源裝置；由電源裝置供電的至少三個磁控管裝置；和為所述三個磁控管裝置的每一個分配電流量的控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述控制電路控制到達所述磁控管裝置中第一個磁控管的電流量，并控制到達所述磁控管裝置中第二個磁控管的電流量。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述電源裝置供應(yīng)近似為恒電流的電流。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述控制電路包括連接于所述電源裝置和所述磁控管裝置中第一個磁控管之間的第一霍爾效應(yīng)傳感器；連接于所述電源裝置和所述磁控管裝置中第二個磁控管之間的第二霍爾效應(yīng)傳感器；連接于所述電源裝置和所述磁控管裝置中第三個磁控管之間的第三霍爾效應(yīng)傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述磁控管裝置中所述的第一個磁控管由主磁控管裝置構(gòu)成；所述磁控管裝置中所述的第二個磁控管由從磁控管裝置構(gòu)成；所述磁控管裝置中所述的第三個磁控管由從磁控管裝置構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述第一霍爾效應(yīng)傳感器檢測所述磁控管裝置中所述的第一個磁控管的電流；所述第二霍爾效應(yīng)傳感器檢測所述磁控管裝置中所述的第二個磁控管的電流；所述第三霍爾效應(yīng)傳感器檢測所述磁控管裝置中所述的第三個磁控管的電流。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述控制電路還包括第一比較裝置，用于比較所述第一霍爾效應(yīng)傳感器的輸出和所述第二霍爾效應(yīng)傳感器的輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，所述控制電路還包括第二比較裝置，用于比較所述第一霍爾效應(yīng)傳感器的輸出和所述第三霍爾效應(yīng)傳感器的輸出。
9.一種系統(tǒng)，其特征在于，包括給至少三個磁控管裝置供電的電源裝置；和為所述的至少三個磁控管裝置的每一個分配電流量的控制裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，所述控制裝置控制到達所述磁控管裝置中第一個磁控管的電流量，并控制到達所述磁控管裝置中第二個磁控管的電流量。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，所述電源裝置供應(yīng)近似恒電流。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，所述控制裝置包括連接于所述電源裝置和所述磁控管裝置中第一個磁控管之間的第一霍爾效應(yīng)傳感器；連接于所述電源裝置和所述磁控管裝置中第二個磁控管之間的第二霍爾效應(yīng)傳感器；連接于所述電源裝置和所述磁控管裝置中第三個磁控管之間的第三霍爾效應(yīng)傳感器。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，所述磁控管裝置中所述的第一個磁控管由主磁控管裝置構(gòu)成；所述磁控管裝置中所述的第二個磁控管由從磁控管裝置構(gòu)成；所述磁控管裝置中所述的第三個磁控管由從磁控管裝置構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，所述第一霍爾效應(yīng)傳感器檢測所述磁控管裝置中所述的第一個磁控管的電流；所述第二霍爾效應(yīng)傳感器檢測所述磁控管裝置中所述的第二個磁控管的電流；所述第三霍爾效應(yīng)傳感器檢測所述磁控管裝置中所述的第三個磁控管的電流。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，所述控制裝置還包括第一比較裝置，用于比較所述第一霍爾效應(yīng)傳感器的輸出和所述第二霍爾效應(yīng)傳感器的輸出。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，所述控制裝置還包括第二比較裝置，用于比較所述第一霍爾效應(yīng)傳感器的輸出和所述第三霍爾效應(yīng)傳感器的輸出。
17.一種系統(tǒng)，包括電源裝置；由電源裝置供電的第一磁控管裝置和由電源裝置供電的第二磁控管裝置；檢測通過所述第一磁控管裝置的電流的第一傳感器裝置；檢測通過所述第二磁控管裝置的電流的第二傳感器裝置；用于比較所述第一傳感器裝置的輸出和所述第二傳感器裝置的輸出的第一比較裝置；基于所述第一比較裝置的比較，調(diào)節(jié)到所述第二磁控管裝置的電流的第一機構(gòu)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括由電源裝置供電的第三磁控管裝置；檢測通過所述第三磁控管裝置的電流的第三傳感器裝置；用于比較所述第三傳感器裝置的輸出和所述第一傳感器裝置的輸出的第二比較裝置；基于所述第二比較裝置的比較，調(diào)節(jié)到所述第三磁控管的電流的第二機構(gòu)。
19.一種至少給三個磁控管裝置供電的方法，所述方法包括沿著第一信號線將第一電流提供到第一磁控管裝置；沿著第二信號線將第二電流提供到第二磁控管裝置；沿著第三信號線將第三電流提供到第三磁控管裝置；將一電流量分配到所述第二磁控管裝置和所述第三磁控管裝置中的每一個。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，所述分配包括檢測所述的第一電流，檢測所述的第二電流和檢測所述的第三電流；及調(diào)節(jié)到所述第二磁控管裝置的所述第二電流，調(diào)節(jié)到所述第三磁控管裝置的所述第三電流。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，所述分配還包括比較所述檢測到的第一電流和所述檢測到的第二電流。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，所述分配還包括比較所述檢測到的第一電流和所述檢測到的第三電流。
23.一種方法，包括給第一磁控管裝置供電；給第二磁控管裝置供電；檢測通過所述第一磁控管裝置的電流；檢測通過所述第二磁控管裝置的電流；比較所述檢測到的通過第一磁控管裝置的電流和所述檢測到的通過所述第二磁控管裝置的電流；基于檢測到的通過所述第一磁控管裝置的電流和檢測到的通過所述第二磁控管裝置的電流的比較，調(diào)節(jié)到所述第二磁控管裝置的電流。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，進一步包括給第三磁控管裝置供電；檢測通過第三磁控管裝置的電流；比較檢測到的通過第一磁控管裝置的電流和檢測到的通過第三磁控管裝置的電流；基于檢測到的通過第一磁控管裝置的電流和檢測到的通過第三磁控管裝置的電流的比較，調(diào)節(jié)到所述第三磁控管裝置的電流。
全文摘要
提供一種系統(tǒng)和方法用于給多個磁控管裝置供電。該系統(tǒng)可包括給第一磁控管裝置、第二磁控管裝置和第三磁控管裝置供電的電源裝置?？刂蒲b置可控制(或分配)到第二和第三磁控管裝置中的每一個的電流量。
文檔編號H05B6/66GK1679217SQ03820624
公開日2005年10月5日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者J·D·百利, T·H·耶, M·J·阿曼 申請人:熔融Uv體系股份有限公司