DE68915544T2 - Zweipunkt-stromversorgungssperrwandler. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung:
• Die vorliegende Erfindung betrifft Energieversorgungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Energieversorgungen, welche Rücklauf-Transformatoren haben.
Beschreibung des Standes der Technik:
• Übliche Ionen- und Plasmaquellen beinhalten typischerweise eine mit einer Gleichspannung betriebene Gasentladungskammer. Anfänglich wird eine hohe Spannung an die Gaskammer angelegt, um eine Elektronen-(Plasma-)Entladung von dem Gas hierin zu bewirken. Vor der Plasma-Entladung zieht die Kammer einen minimalen Strom und stellt sich im wesentlichen als offener Schaltkreis dar. Der Plasma-Entladung nachfolgend nimmt die Spannung über die Kammer erheblich ab und die Kammer zieht einen relativ hohen Strom. Hieraus folgt, daß Gasentladungskammern in herkömmlichen Ionen- und Plasmaquellen zwei unterschiedliche Sätze von elektrischen Eigenschaften während des Betriebes zeigen.
• Die Unvereinbarkeit in den elektrischen Parametern der Kammer vor und nach der ersten Plasma-Entladung macht für gewöhnlich die Verwendung eines Paars von individuellen Energieversorgungen notwendig. Genauer gesagt, sowohl eine Versorgung mit hoher Spannung/geringem Strom als auch eine Versorgung mit geringer Spannung/hohem Strom werden zu Beginn für die Kammer vorgesehen. Jede der Versorgungen kann beispielsweise durch eine übliche impulsbreitenmodulierte Rücklauf-Inverterversorgung realisiert werden. Das Wicklungsverhältnis eines Transformators in jedem der Rücklauf- Inverter wird geeignet eingestellt, um die gewünschte elektrische Eigenschaft zu erhalten. Die Versorgung mit hoher Spannung ist verantwortlich zur Erzeugung der hohen Spannung, die zum Auslösen der Erstentladung von Elektronen innerhalb des Gases notwendig ist. Der Plasma-Entladung folgend, wird die Versorgung mit hoher Spannung abgetrennt und es verbleibt die Versorgung mit niedriger Spannung/hohem Strom, um die Kammer während des stabilen Betriebszustandes mit Energie zu versorgen. Auf diese Weise werden während des Betriebs der Kammer voneinander getrennte Energieversorgungen, von denen jede so ausgelegt ist, daß sie die Energieanforderungen der Gaskammer während eines bestimmten Intervalls erfüllt, sequentiell verwendet.
• Unglücklicherweise ist das Bereitstellen eines Paares von Energieversorgungen für jede Entladungskammer gewöhnlich kostenaufwendig. Weiterhin sind zusätzlich Schaltkreise mit beachtlicher Komplexität notwendig, um die voneinander getrennten Energieversorgungen abhängig von den sich ändernden elektrischen Charakteristiken in der Entladungskammer anzulegen und abzutrennen. Weiterhin fließt während der Zeitdauer zwischen der Elektronenentladung innerhalb der Kammer und der Deaktivierung der Versorgung mit hoher Spannung ein potentiell hoher Strom durch die Kammer. Der hohe Strom während dieses Übergangsintervalls kommt von dem Abnehmen der Impedanz in der Gaskammer nach der Plasma- Entladung. Infolgedessen steigt während des Übergangsintervalls der Energieverbrauch der Kammer typischerweise ganz erheblich an. Dieser zusätzliche Energieverbrauch belastet auch die Entladungskammer und die hierzu gehörigen Bauteile. Somit macht die Verwendung eines Paares von individuellen Energieversorgungen zum Betrieb einer einzelnen Gasentladungskammer zusätzliche Steuerschaltkreise notwendig und ist für gewöhnlich teuer und uneffizient.
• Andere Beispiele sind aus der FR-A-2 582 166 und der US-A-4 146 832 bekannt.
• Es besteht demnach eine Notwendigkeit für eine einzelne Energieversorgung, welche in der Lage ist, automatisch zwischen Betriebsmoden abhängig von Änderungen in der Impedanz einer hieran angeschlossenen Last umzuschalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
• Die Notwendigkeit im Stand der Technik nach einer einzigen Energieversorgung, welche in der Lage ist, automatisch zwischen den Betriebsmoden in Antwort auf Änderungen in der Impedanz einer hieran angeschlossenen Last umzuschalten, wird durch die Rücklauf-Energieversorgung mit zwei Betriebsarten gemäß der Erfindung erfüllt.
• In einer Form beinhaltet die Energieversorgung mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung eine Eingangsspannungsquelle zur Bereitstellung einer Eingangsspannung und eines Stromes. Die Energieversorgung weist auch einen ersten Transformator mit Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen auf zur Zufuhr eines ersten Stromes an eine Last, welche betriebsmäßig mit der zweiten Wicklung verbunden ist. Die Primärwicklung ist mit der Eingangsspannungsquelle verbunden. Ein Rückkopplungsschaltkreis erzeugt ein ersten Signal in Antwort auf den Strom durch die Last und ein zweites Signal in Antwort auf die Lastspannung, welche einen Schwellenwert übersteigt. Die Energieversorgung der vorliegenden Erfindung weist weiterhin einen Schalter zur Steuerung des Eingangsstromes durch die Primärwicklung des ersten Transformators in Antwort auf die ersten und zweiten Signale auf. Ein zweiter Transformator mit einer Primärwicklung, welche betriebsmäßig mit der Tertiärwicklung des ersten Transformators verbunden ist, liefert einen zweiten Strom an die Last in Antwort auf den Strom durch die Tertiärwicklung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Fig. 1 zeigt eine teilweise schematische, teilweise blockdiagrammartige Darstellung einer herkömmlichen impulsbreitenmodulierten Rücklauf-Inverter-Energieversorgung.
• Fig. 2 zeigt eine teilweise schematische, teilweise blockdiagrammartige Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Rücklauf-Energieversorgung mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 ist eine graphische Darstellung von Strom und Spannung als Funktion der Zeit durch eine Gasentladungskammer, welche mit einer bevorzugten Ausführungsform der Energieversorgung der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Um die Verbesserungen, welche durch die Rücklauf-Energieversorgung in zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, besser verstehen zu können, wird die Arbeitsweise einer herkömmlichen Rücklauf-Inverter-Energieversorgung kurz beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine teilweise schematische, teilweise blockdiagrammartige Darstellung einer herkömmlichen impulsbreitenmodulierten Rücklauf-Inverter-Energieversorgung 10'. Die herkömmmliche Rücklaufversorgung 10' wird von einer Spannungsquelle 15' betrieben, welche eine Eingangsspannung Vin liefert. Die innerhalb eines Transformators 20' gespeicherte Energie, der mit der Quelle 15' verbunden ist, wird durch ein periodisches Pulsen eines Transistorschalters 30' eingestellt. Durch Verändern der innerhalb des Transformators 20' gespeicherten Energie während eines jeden Zyklus wird die einer Last RL zugef ührte Energie gesteuert und reguliert.
• Der Transformator 20' der herkömmlichen Versorgung 10' umfaßt Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen N1, N2 und N3. Der Strom durch die primäre N1 und damit auch der durch die sekundäre N2 wird durch den Transistorschalter 30' gesteuert. Die sekundäre N2 liefert einen Strom an einen Kondensator 40' und an die Last RL durch eine Diode 35' während der Intervalle, in welchen der Schalter 30' nicht leitend ist. Bei Anwendungsfällen, welche das Anlegen einer konstanten Lastspannung nötig machen, fühlt ein Spannungssensor (beispielsweise ein Potentiometer) 50' die Spannung über RL und signalisiert entsprechend an einen Impulsbreitenmodulator 60'. Der Impulsbreitenmodulator 60' erzeugt eine interne Referenzspannung, welche mit dem Ausgang des Spannungssensors 50' verglichen wird. In Antwort auf diesen Vergleich wird die Periode (Breite) des "Ein"- Pulses für den Transistor 30' eingestellt, um den Strom durch die Wicklung N1 und damit durch die Wicklung N2 geeignet zu regulieren. Auf diese Weise arbeitet die Versorgung 10', um eine relativ konstante Spannung über der Last RL aufrecht zu erhalten, abhängig von Anderungen in deren Impedanz.
• Unglücklicherweise wird unter Umständen, in welchen die Impedanz der Last RL ausreichend hoch wird, die Spannung über RL höher als gewünscht. Dieser vorübergehende Lastspannungsanstieg tritt bei Hochimpedanzlasten trotz der Rückkopplungswirkung über den Impulsbreitenmodulator 60' auf. Die Wicklung N3 und die Diode 65' sind vorgesehen, Lastspannungsrückschläge durch den Transformator 20' daran zu hindern, den Transistorschalter 30' zu beschädigen. Genauer, wenn die Spannung über N3 den Wert von Vin überschreitet, leitet die Diode 65' den Strom zurück zur Eingangsspannungsquelle 15'. Dies begrenzt effektiv die Maximalspannung über der Last auf einen Wert, der durch das Wicklungsverhältnis von N2 zu N3 bestimmt ist. Somit wird die maximal mögliche Spannung über der Last RL durch die Wicklung N3 und die Diode 65' begrenzt.
• Wie in "Hintergrund der Erfindung" erwähnt, benötigen Gasentladungskammern innerhalb herkömmlicher Ionenquellen stark unterschiedliche Spannungs- und Stromwerte nach der anfänglichen Plasma-Entladung. Diese divergierenden Energieversorgunganforderungen, welche durch die unterschiedlichen Zustände der Entladungskammer hervorgerufen werden, wurden üblicherweise durch Anschließen eines Paares von Versorgungen 10' parallel zu der Entladungskammer erfüllt. Die Entladungskammer ist in Fig. 1 symbolisch durch RL veranschaulicht. Jede der Versorgungen 10' ist so eingestellt, daß die Betriebsanforderungen in einem der Zustände der Entladungskammer erfüllt sind. Die Referenzspannung innerhalb des Modulators 60' und das Wicklungsverhältnis des Transformators 20' werden eingestellt, so daß die Versorgungen 10' auf geeignete Weise so angepaßt sind, daß sie die Kammer entweder vor oder nach der ersten Plasma-Entladung versorgen können. Nichtsdestotrotz ist diese Verdoppelung der Versorgungen 10' - wie eingangs erläutert - typischerweise teuer und macht eine relativ komplexe Steuerschaltung notwendig, um die geeignete Versorgung 10' in Antwort auf Änderungen in der elektrischen Charakteristik der Gasentladungskammer anzuwählen.
• Die Rücklauf-Energieversorgung mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung löst die oben erwähnten Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Zuführung von Energie an eine Gasentladungskammer in einer herkömmlichen Ionen- oder Plasmaquelle im wesentlichen. Fig. 2 zeigt eine teilweise schematische, teilweise blockdiagrammartige Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Rücklauf-Energieversorgung 10 mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Energieversorgung 10 der vorliegenden Erfindung umfaßt einen ersten Transformator 20 und einen zweiten Transformator 25, der hieran gekoppelt ist.
• Ein Transistorschalter 30 ist mit dem ersten Transformator 20 verbunden, wohingegen die beiden Transformatoren 20 und 25 mit einem Ausgangsschaltkreis 32 verbunden sind. Der Ausgangsschaltkreis 32 und der Schalter 30 sind über einen Rückkopplungsschaltkreis 50 verbunden. In der Ausführungsform von Fig. 2 betreibt die Energieversorgung 10 eine Last, welche eine Gasentladungskammer 12 innerhalb des Ausgangsschaltkreises 32 beinhaltet. Wie eingangs erläutert, verhält sich die Kammer 12 vor dem Auftreten einer Plasma- Entladung hierin effektiv wie ein offener Schaltkreis. Die Zufuhr 10 der vorliegenden Erfindung legt eine regulierte Entladungsspannung an die Kammer 12 an, welche ausreichend hoch ist, um eine Plasma-Entladung zu bewirken, indem ein Kondensator 40 aufgeladen wird. Nach der Plasma-Entladung ist die Impedanz der Kammer 12 erheblich verringert. Demzufolge liefert die Versorgung 10 einen regulierten Strom sowohl an den Kondensator 40 als auch die Kammer 12, um eine relativ konstante Betriebsspannung an die Kammer 12 im stabilen Zustand aufrechtzuerhalten. Somit arbeitet die Rücklauf-Energieversorgung 10 mit zwei Betriebsarten der vorliegenden Erfindung primär entweder in einem Hochspannungs - oder einem Konstantstrommodus abhängig von der Impedanz der Kammer 12.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Energieversorgung 10 der vorliegenden Erfindung von einer Spannungsquelle 15 betrieben. Die Spannungsquelle 15 liefert eine Konstantspannung Vin an die Versorgung 10 und stellt hierdurch den benötigten Strom bereit. Die Spannungsquelle 15 ist direkt mit dem ersten Transformator 20 gekoppelt. Der Transformator 20 umfaßt Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen N1, N2 und N3. Die Primärwicklung N1 ist bezüglich der Sekundär- und Tertiärwicklungen N2 und N3 entgegengesetzt gewickelt. Obgleich in Fig. 2 das Wicklungsverhält nis N1:N2:N3 als 1:1:1 ausgeführt ist, kann das Wicklungs verhältnis wie benötigt eingestellt werden, wenn andere Lasten anstelle der Gasentladungskammer 12 vorgesehen sind.
• Der Transformator 20 ist weiterhin mit einem zweiten Transformator 25, mit einem Transistorschalter 30 und mit einem Ausgangsschaltkreis 32 gekoppelt. Bei Ausführungsformen wie derjenigen in Fig. 2 kann der Transformator 20 beispielsweise von einem 60 Watt #62936-Rücklauftransformator realisiert werden, wie er von Pulse Engineering erhältlich ist.
• Der Strom durch die Primärwicklung N1 und damit auch durch die Sekundärwicklung N2 im ersten Transfonnator 20 wird von dem Transistorschalter 30 gesteuert. Der Schalter 30 wird periodisch auf "Ein" durch den Rückkopplungs schaltkreis gepulst. Während der Schalter 30 eingeschaltet ist, wird Energie innerhalb des Transformators 20 aufgrund des Stromflusses durch die Primärwicklung N1 gespeichert. Eine Diode 35 verhindert einen Stromf luß durch die Sekundärwicklung N2, während der Schalter 30 eingeschaltet ist. Nachdem der Schalter 30 eingeschaltet ist, ist der Stromfluß durch N1 beendet und Energie wird dem Ausgangsschaltkreis 32 über eine Umleitung durch N2 übertragen. Auf diese Weise wird die vom ersten Transformator 20 dem Ausgangsschaltkreis 32 übertragene Energie durch Einstellungen der Intervalle gesteuert, während denen der Schalter 30 eingeschaltet ist. In der Ausführungsform von Fig. 2 ist ein bipolarer Transistor, beispielsweise vom Typ 2N6547-bipolar, in der Versorgung 10 als Schalter eingebaut. Es versteht sich jedoch, daß der Schalter 30 mit anderen, ähnlich eingestuften bipolaren Transistoren und auch mit MOSFETs, beispielsweise einem IRF2250 realisiert werden kann.
• Der Ausgangsschaltkreis 32 beinhaltet die Diode 35, den Kondensator 40 und die Gasentladungskammer 12. Wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann eine Plasma-Entladung innerhalb der Kammer 12 durch das Anlegen einer hohen Entladungsspannung hieran bewirkt werden, typischerweise im Bereich von 300 - 1000 V. Vor der Plasma-Entladung leitet die Kammer 12 im wesentlichen keinen Strom. Im Ergebnis wird die Entladungsspannung durch Aufladen des Kondensators 40 mit Strom von den ersten und zweiten Transformatoren 20 und 25 erzielt. Der Wert des Kondensators 40 wird eingestellt derart, daß die Rate, mit der die Spannung über die Kammer 12 angelegt wird, so gesteuert wird, daß sie zu der gewünschten Entladungsspannung ansteigt. Nach der Plasma-Entladung wird die Impedanz der Kammer 12 wesentlich verringert und ein stabiler Betriebszustand beginnt, während dem Strom sowohl dem Kondensator 40 als auch der Kammer 12 durch den ersten Transformator 20 zugeführt wird, während die Diode 35 leitet. Wenn die Diode 35 sperrt, werden die Stromanforderungen seitens der Kammer 12 von dem Kondensator 40 erfüllt. In der Ausführungsform von Fig. 2 wird die Diode 35 so ausgewählt, daß sie eine Stromverträglichkeit hat, die vergleichbar mit derjenigen einer Hochstromdiode vom Typ 1N 5816 ist. Der Ausgangsschaltkreis 32 hat somit den zweifachen Zweck des Anlegens einer hohen Entladungsspannung an die Kammer 12 und im stabilen Zustand des Zuführens eines relativ konstanten Stromes hieran.
• Der Rückkopplungsschaltkreis 50 beinhaltet einen Schwellenwertdetektor 60, einen Stromsensor 70 und einen Impulsbreitenmodulator 80. Der Schwellenwertdetektor 60 ist parallel mit der Entladungskammer 12 geschaltet und begrenzt im Betrieb die Spannung an der Kammer 12 vor dem Auftreten der ersten Plasma-Entladung hierin. In der bevorzugten Ausführungsform würde der Schwellenwertdetektor 60 eine Zenerdiode (nicht dargestellt) mit einer Durchbruchspannung annähernd gleich der Spannung (typischerweise 300 - 1000 V) beinhalten, welche benötigt ist, eine Plasma-Entladung innerhalb der Kammer 12 auszulösen. Die Zenerdiode würde die Spannung an der Kammer 12 beschränken durch Leiten von Strom, wenn die Entladungsspannung überschritten wird. Ein Strom/Spannungs-Wandler (nicht dargestellt) wäre innerhalb des Schwellenwertdetektors 60 enthalten, um den Zenerstrom in eine Steuerspannung umzuwandeln, welche den Impulsbreitenmodulator 80 zugeführt werden würde. Ein Durchschnittsfachmann mit Zugriff auf die vorliegende Lehre ist in der Lage, einen geeigneten Schwellenwertdetektor gemäß dem obigen Schema oder abhängig von anderen bekannten Techniken zu realisieren.
• Der Stromsensor 70 beinhaltet typischerweise einen kleinen Widerstand, der in Serie mit der Kammer 12 geschaltet ist. Der Impulsbreitenmodulator 80 greift die Spannung an diesem in Serie geschalteten Widerstand ab, um den Strom durch die Kammer 12 zu bestimmen. Hierdurch wird die Spannung an der Kammer 12 vor der Entladung hierin durch den Schwellenwertdetektor 60 bei einer gewünschten Spannung gehalten. Auf ähnliche Weise erlaubt es nach der Plasma-Entladung der Stromsensor 70 dem Impulsbreitenmodulator 80, den Schalter 30 so zu steuern, daß ein relativ konstanter Strom durch die Kammer 12 fließt.
• Der Impulsbreitenmodulator 80 pulst die Basis des Transistorschalters 30 periodisch an, um den Strom durch die Primärwicklung N1 des Transformators 20 zu steuern. Der Modulator 80 stellt die "Breite" oder Dauer der Impulse an dem Schalter 30 abhängig von den Steuerspannungen ein, welche von dem Schwellenwertdetektor 60 und dem Stromsensor 70 erzeugt werden. Beispielsweise stellt der Modulator während des stabilen Betriebs nach der ersten Plasma-Entladung die Impulsbreite für den Transistor 30 in Antwort auf die Steuerspannung vom Stromsensor 70 ein. Auf diese Weise wird der Strom durch die Kammer 12 durch Steuerung des Stromflusses durch den ersten Transformator 20 reguliert. In der Ausführungsform von Fig. 1 arbeitet der Impulsbreitenmodulator 80 mit einer konstanten Frequenz von typischerweise zwischen 20 und 50 kHz. Es versteht sich, daß die Versorgung 10 der vorliegenden Erfindung nicht auf den Betrieb innerhalb dieses Frequenzbereiches beschränkt ist. Impulsbreitenmodulatoren, welche die oben erwähnten Anforderungen erfüllen, sind problemlos im Handel erhältlich.
• Der zweite Transformator 25 ermöglicht es der Versorgung 10, eine Spannung über die Entladungskammer 12 zu erzeugen, welche ausreichende Größe hat, um eine Plasma-Entladung hierin auszulösen. Beispielsweise verhält sich, wie oben erwähnt, die Kammer 12 anfänglich im wesentlichen wie ein offener Schaltkreis vor dem Auftreten einer Plasma-Entladung. Strom von dem ersten Transformator 20 lädt den Kondensator 40 auf, der bewirkt, daß die Spannung an der Kammer 12 anwächst. Schließlich übersteigt die Spannung an der Tertiärwicklung N3 des ersten Transformators 20 den Wert von Vin und die hieran angeschlossene Diode 65 leitet Strom zu der Primärwicklung des zweiten Transformators 25. Der Strom durch die Primärwicklung des Transformators 25 induziert einen Stromfluß in der zweiten Wicklung hiervon. Der durch die zweite Wicklung fließende Strom wird durch eine dritte Diode 67 dem Kondensator 40 zugeführt. Auf diese Weise steigt die Spannung an der Kammer 12 an, bis die Schwellenwertspannung des Schwellenwertdetektors 60 überschritten ist. Wie oben erläutert, wirken der Schwellenwertdetektor 60, der Impulsbreitenmodulator 80 und der Schalter 30 dann dahingehend, die Spannung an der Kammer 12 um die Schwellenwertspannung herum zu regulieren, bis die ersten Plasma-Entladung auftritt. Die Spannung an der Kammer 12 sinkt dann erheblich ab auf eine Betriebsspannung im stabilen Zustand nach der ersten Plasma-Entladung. Die Eingangsspannung Vin wird für gewöhnlich so gewählt, daß sie größer ist als die Spannung im stabilen Betrieb der Kammer, um die Diode 65 rückwärts vorzuspannen und um Stromfluß innerhalb des zweiten Transformators 25 zu verhindern. Auf diese Weise ist der zweite Transformator 25 automatisch wirksam von dem Rest der Versorgung 10 nach der Plasma-Entladung innerhalb der Kammer 12 entkoppelt. Das Wicklungsverhältnis für den zweiten Transformator 25 ändert sich abhängig von der Entladungsspannung der Kammer 12. Beispielsweise kann in der speziellen Ausführungsform von Fig. 2 der Transformator 25 durch einen Ferrit-Inverter step-up Transformator #6185 mit einem Wicklungsverhältnis von 18:1 von Pulse Engineering Co. realisiert werden.
• Es ist demnach ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß automatisch entweder eine spannungsregulierte Energieversorgung für eine Last oder eine stromregulierte Energieversorgung an eine Last in Antwort auf eine Anderung der Impedanz hiervon automatisch geschaltet und bereitgestellt wird. Bei der oben beschriebenen Anwendungsform, bei der die Last die Entladungskammer 12 beinhaltet, macht es dieses Merkmal der Energieversorgung 10 möglich, unabhängig die Energieanforderungen von jedem Betriebsmodus der Kammer 12 zu befriedigen. Wie in "Hintergrund der Erfindung" erläutert worden ist, ist eine separate, von außen gesteuerte herkömmliche Energieversorgung typischerweise für jeden Betriebsmodus - hier typischerweise zwei Moden - der Gasentladungskammern notwendig. Durch Weglassen der Notwendigkeit einer Energieversorgungs-Verdopplung und externer Steuerschaltkreise bietet somit die Energieversorgung 10 mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung Vorteile gegenüber herkömmlichen Energieversorgungen bei gewissen variablen Lastanwendungsfällen.
• Der Zwei-Betriebsarten-Betrieb in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2 wird weiter unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Genauer, Fig. 3 ist eine graphische Darstellung von Strom und Spannung in der Entladungskammer 12 als eine Funktion der Zeit. Zu einer Zeit to wird die Quelle 15 aktiviert und liefert eine Spannung Vin von annähernd 28 V an die Versorgung 10. Zur Zeit to umfaßt der Stromsensor 70 keinen Stromfluß durch die Kammer 12 und demzufolge wird dem Impulsbreitenmodulator 80 angezeigt, die Breite der an den Schalter 30 angelegten Pulse zu erhöhen. Der sich daraus ergebende Beginn von Stromfluß durch den ersten Transformator 20 und das nachfolgende Laden des Kondensators 40 induzieren die Spannung VCH an der Kammer 12 anzusteigen, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Spannung an der Wicklung N3 übersteigt schließlich Vin als Ergebnis der anwachsenden Spannung an der Kammer 12, so daß ein Stromfluß durch den zweiten Transformator 25 bewirkt wird. Der Transformator 25 liefert dann einen Strom durch die Diode 67 an den Kondensator 40, bis die Schwellenwertspannung des Detektors 60 zu einer Zeit t&sub1; erreicht ist (typischerweise 300 - 1000 V). Wie oben beschrieben, beschränkt der Detektor 60 die Spannung in der Kammer 12 und signalisiert dem Modulator 80, daß die gewünschte Kammerentladungsspannung erreicht worden ist. In Antwort hierauf steuert der Modulator 80 den Strom an den Kondensator 40 und den Detektor 60 von den Transformatoren 20 und 25 durch Steuerung der Breite der an den Schalter 30 angelegten Impulse. Auf diese Weise stellt die Energieversorgung 10 eine regulierte Entladungsspannung an der Kammer 12 ein.
• Zu einer Zeit t&sub2; erfolgt eine Plasma-Entladung innerhalb der Kammer 12, was zu einer Verringerung der Impedanz hiervon führt. Demzufolge wird, wie in Fig. 3 gezeigt, die Spannung an der Kammer 12 abnehmen, während der Strom hierdurch anwächst. Wenn die Spannung an der Kammer 12 abnimmt, wird schließlich die Spannung an der Wicklung N3 kleiner als Vin. Zu dieser Zeit wird die Diode 65 in Umkehrrichtung vorgespannt und verhindert einen Stromfluß durch den Transformator 25. Zusätzlich wird der Strom 1CH durch die Kammer 12 nach der Zeit t&sub3; durch die Rückkopplungswirkung des Sensors 70, des Impulsbreitenmodulators 80 und des Transistorschalters 30 auf einen Stabilzustand-Wert einreguliert. Hieraus ergibt sich, daß die Energieversorgung 10 der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, automatisch zwischen Spannungs- und Stromregulationsmoden in Antwort auf Änderungen der Impedanz der Kammer 12 umzuschalten.
• Die vorliegende Erfindung wurde somit unter Bezug auf eine spezielle Ausführungsform in Verbindung mit einer speziellen Anwendungsform beschrieben. Einem Durchschnittsfachmann mit Zugriff auf die Lehre der vorliegenden Erfindung ergeben sich zusätzliche Modifikationen und Anwendungsfälle innerhalb des Umfanges hiervon. Beispielsweise können die Wicklungsverhältnisse der Transformatoren und der Rückkopplungsschaltkreis abgeändert werden, um eine Energie an Lasten zu liefern, welche Impedanzcharakteristiken haben, welche sich von denjenigen einer Gasentladungskammer unterscheiden. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die spezielle Spannungs- und Stromsensoranordnung beschränkt, welche innerhalb des Rückkopplungsschaltkreises gemäß der Offenbarung verwendet wurde. Dem Durchschnittsfachmann ergibt sich, daß die Prinzipien der Erfindung auf andere Schaltkreise oder Vorrichtungen angewendet werden können zur Erfassung von Spannung, Strom oder Leistung an hieran angekoppelte Lasten. Weiterhin können andere Verfahren als eine Impulsbreitenmodulation verwendet werden, um den Strom durch die Transformatoren abhängig von Impedanzvariationen der Last zu steuern, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß den Ansprüchen abzuweichen.

Claims (9)

1. Rücklauf-Energieversorgung mit zwei Betriebsarten, mit:

einer Eingangsspannungsquelleneinrichtung (15) zum Bereitstellen einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroms,

einer ersten Transformatoreinrichtung (20), die einen Transformator mit primärer (N1), sekundärer (N2) und tertiärer (N3) Wicklung enthält und zum Zuführen eines ersten Stroms zu einer betriebsmäßig mit der zweiten Wicklung gekoppelten Last (12) dient, wobei die primäre Wicklung mit der Eingangsspannungsquelleneinrichtung gekoppelt ist,

einer Rückkopplungsschaltungseinrichtung (50) zum Bereitstellen eines Signals als Reaktion auf die an der Last auftretende Spannung,

einer Schalteinrichtung zum Steuern des Eingangsstroms durch die primäre Wicklung als Reaktion auf das Signal von der Rückkopplungsschaltungseinrichtung, gekennzeichnet durch

eine zweite, mit der tertiären Wicklung (N3) gekoppelte Transformatoreinrichtung (25) zum Zuführen eines zweiten Stroms zu der Last als Reaktion auf den durch die tertiäre Wicklung fließenden Strom, sowie weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltungseinrichtung (50) ein erstes Signal in Reaktion auf den durch die Last fließenden Strom erzeugt und zum Erzeugen eines zweiten Signals als Reaktion auf das Überschreiten einer Schwellwertspannung durch die Lastspannung dient, wobei die Schalteinrichtung (30) auf die ersten und zweiten Signale anspricht.

2. Energieversorgung nach Anspruch 1, bei der die Rückkopplungsschaltungseinrichtung (50) eine Stromerfassungseinrichtung (70) zum Erzeugen des ersten Signals in Reaktion auf den durch die Last fließenden Strom aufweist.

3. Energieversorgung nach Anspruch 2, bei der die Rückkopplungsschaltungseinrichtung (50) eine Schwellwertdetektoreinrichtung (60) zum Erzeugen des zweiten Signals als Reaktion auf das Überschreiten der Schwellwertspannung durch die entlang der Last auftretende Spannung und zum Verhindern des Überschreitens der Schwellwertspannung durch die Lastspannung aufweist.

4. Energieversorgung nach Anspruch 3, bei der die Rückkopplungsschaltungseinrichtung (50) weiterhin eine Impulsbreitenmodulatoreinrichtung (80) zum pulsförmigen Betreiben der Schalteinrichtung als Reaktion auf die ersten und zweiten Signale enthält.

5. Energieversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Transformatoreinrichtung (25) einen zweiten Transformator mit primärer und sekundärer Wicklung enthält, wobei die primäre Wicklung des zweiten Transformators betriebsmäßig mit der tertiären Wicklung (N3) des ersten Transformators gekoppelt ist und die sekundäre Wicklung des zweiten Transformators betriebsmäßig mit der Last (12) gekoppelt ist.

6. Energieversorgung nach Anspruch 5, die weiterhin eine erste Diode (67) enthält, die die Last (12) mit der sekundären Wicklung (N2) der ersten Transformatoreinrichtung koppelt.

7. Energieversorgung nach Anspruch 6, die weiterhin eine Kapazität (40) enthält, die parallel zu der Last (12) geschaltet ist.

8. Energieversorgung mit zwei Betriebsarten gemäß Anspruch 7, bei der die primäre Wicklung (Nl) des ersten Transformators in einer ersten Richtung gewickelt ist und die sekundäre (N2) und tertiäre (N3) Wicklung in einer zweiten Richtung gewickelt sind, und bei der der zweite Transformator (25) entgegengesetzt gewickelte primäre und sekundäre Wicklungen besitzt, wobei die Schalteinrichtung (30) einen mit der primären Wicklung (N1) des ersten Transformators gekoppelten Transistorschalter aufweist, und bei der die tertiäre Wicklung (N3) des ersten Transformators über eine zweite Diode (65) mit der primären Wicklung des zweiten Transformators (25) gekoppelt ist.

9. Verfahren zum Zuführen von Energie zu einer Last (12), mit den Schritten:

a) Bereitstellen einer Eingangsspannung (Vin) und eines Eingangsstroms,

b) Zuführen eines ersten Stroms zu einer Ausgangsschaltung (32) als Reaktion auf den Eingangsstrom, wobei die Ausgangsschaltung die Last (12) enthält,

c) Erzeugen eines ersten Signals als Reaktion auf ein Überschreiten einer Schwellwertspannung durch die an der Last (12) auftretende Spannung,

d) Erzeugen eines zweiten Signals als Reaktion auf den durch die Last (12) fließenden Strom,

e) Steuern des Eingangsstroms als Reaktion auf die ersten und zweiten Signale, und gekennzeichnet durch:

f) Zuführen eines zweiten Stroms zu der Ausgangsschaltung (32) als Reaktion auf den Eingangsstrom und die an der Last auftretende Spannung.