[發明專利]用于為臭氧生產單元提供能量的緊湊的、可配置電源

有效

• 申請號: 201380022479.2
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN104321273A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 肯·特蘭;田豐;陳星;李國華
• 申請（專利權）人: MKS儀器股份有限公司
• 主分類號: C01B13/11
• 分類號: C01B13/11;H02M7/537;H02M3/335;H02M1/36;H02M7/48;H02M7/538
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;楊莘

技術領域

本申請主要涉及功率轉換且特別涉及用于在活性氣體發生器中點燃等離子體的功率轉換。

背景技術

臭氧對許多需要高水平氧化的應用來說是有用的。例如，臭氧可用于飲用水的消毒并且早自19世紀初就已經被用于水處理。近來，臭氧已被應用于半導體器件處理。臭氧在半導體器件處理中的一種應用是通過在晶片上生長絕緣膜或氧化薄膜以在半導體晶片上形成絕緣層，例如，高質量SiO2的高沉積率化學氣相沉積能夠使用TEOS/臭氧處理器來完成。

臭氧在半導體器件處理中的另一種應用是用于清潔半導體晶片及設備。臭氧對于從半導體晶片表面或處理室移除碳氫化合物來說特別有用。利用臭氧來進行清潔是有優勢的，因為它避免了對需要昂貴處理的危險化學品的使用。相反，臭氧不存在有毒廢物處理問題，因為臭氧可分解為氧氣而無殘留。

臭氧生成器包括一個或多個獨立的臭氧生成部件，又稱為臭氧生產單元。每一臭氧生產單元通常包括相對的電極板及電介質阻隔件。電介質阻隔件可抵靠電極板之一放置，從而在電介質阻隔件及相對的電極板間形成通道。在操作中，氧氣(O₂)被提供至生產單元并被允許穿過該通道，于是，氧氣被電極板之間的放電激活，從而導致至少部分氧原子分解并重組成臭氧(O₃)分子。

為引起放電或熔解(即點燃等離子體)，高電壓AC功率被施加到每一臭氧生產單元的相對電極板之間。已確定施加約8千伏、峰到峰(peak-to-peak)在約30kHz到約40kHz之間的相對高頻率的AC負載電壓對于至少某些這種臭氧生產單元的操作來說是優選的。因為大部分應用從設施主功率獲得這種單元驅動電壓，故臭氧單元功率系統有必要將來自于設施功率水平的電壓水平(例如，208伏AC或480伏AC三相功率)增加或者以其他方式升高。另外，功率系統有必要將設施供給功率的相對低值的頻率(例如50/60Hz)增加到操作的優選頻率的相對高值。

臭氧生產單元可被建模為電阻器及兩極瞬態電壓抑制器的串聯組合與電容器的并聯。電功率的應用可能被產生于臭氧單元的電容器的較大無功負載阻抗所限制。具有這種較無功成分的電負載易導致大量熱損失或者以其他方式對電源元件造成壓力。工作在增加的功率水平下的這種元件有必要向負載傳輸適當的可用功率(即非無功功率)。

發明內容

希望提供一種被配置為有效地向一個或多個臭氧生產單元供電的緊湊的功率系統配置。另外，在每一實例中，希望在具有普遍這種緊湊功率系統的同時實現靈活性，該緊湊功率系統易于調節或者能夠以其他方式被配置為用于需要不同功率需求的臭氧生產應用。更進一步，希望在初始化時給這種功率系統提供增強的保護措施以保護其免受可能由不受控制的浪涌電流造成的損壞。

文中描述的是設備和技術，用于實現減少為一個或多個臭氧生產單元供電的一個或多個電源系統的尺寸，為調整針對不同額定功率的這種功率系統提供靈活性，并提供浪涌電流保護。

在一方面中，文中描述的至少一個實施方式提供了向至少一個臭氧生產單元供電的方法。該方法包括接收未調節的DC電壓，以第一切換頻率對未調節的DC電壓進行切換，將被切換的DC電壓轉換為經調節的DC高壓，其中經調節的DC高壓遠大于所述未調節的DC電壓。該方法還包括以至少一個臭氧生產單元的優選操作頻率范圍內的第二切換頻率對DC高壓進行切換以及通過串聯電感將被切換的DC高壓耦合至至少一個臭氧生產單元。該串聯電感與至少一個臭氧生產單元的內部電容共同形成臭氧生產單元的優選操作頻率范圍內的諧振，該諧振適于使至少一個臭氧生產單元經受窄帶、AC高壓。

在另一方面中，文中描述的至少一個實施方式提供了用于為至少一個臭氧生產單元提供能量的功率轉換器。該功率轉換器包括DC到DC轉換器，DC到DC轉換器具有被配置為接收未調節的DC電壓的輸入以及被配置為提供由未調節的DC電壓得出的經調節的DC高壓的輸出。具體地，DC高壓的幅度遠大于未調節的DC電壓的幅度。該功率轉換器還包括高頻功率逆變器，高頻功率逆變器具有與DC到DC轉換器的輸出通信的輸入。高頻功率逆變器被配置為在輸出處提供由DC高壓得出的高頻AC電壓。串聯電感耦合在高頻功率逆變器的輸出與至少一個臭氧生產單元之間。串聯電感與至少一個臭氧生產單元的內部電容在高頻AC電壓下共同形成諧振，該諧振出現在至少一個臭氧生產單元的優選操作頻率范圍內。