▶ エーイーエス グローバル ホールディングス， プライベート リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-26
(54)【発明の名称】電力回収を伴う入力インピーダンスネットワーク
(51)【国際特許分類】
H03H 2/00 20060101AFI20230519BHJP
H04L 25/03 20060101ALI20230519BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20230519BHJP
H03H 7/38 20060101ALI20230519BHJP
H05H 1/46 20060101ALN20230519BHJP
【ＦＩ】
H03H2/00
H04L25/03 Z
H02M7/48 Z
H03H7/38 Z
H05H1/46 R
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022562311
(86)(22)【出願日】2021-04-13
(85)【翻訳文提出日】2022-12-02
(86)【国際出願番号】 US2021027081
(87)【国際公開番号】W WO2021211582
(87)【国際公開日】2021-10-21
(31)【優先権主張番号】63/009,049
(32)【優先日】2020-04-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519027693
【氏名又は名称】エーイーエス グローバル ホールディングス， プライベート リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】バン ジル， ギデオン
【テーマコード（参考）】
2G084
5H770
5K029
【Ｆターム（参考）】
2G084BB36
2G084DD51
2G084DD53
2G084DD55
2G084EE12
2G084EE21
2G084EE25
2G084HH05
2G084HH21
2G084HH22
2G084HH43
5H770DA03
5H770DA10
5H770HA02Z
5H770HA03Z
5H770KA03W
5H770LA08Z
5K029AA13
5K029LL06
(57)【要約】
入力インピーダンスネットワークおよび関連付けられる方法が、開示される。入力インピーダンスネットワークは、電源に結合するように構成される、ソース／端子対と、電力シンクに結合するように構成される、回収電力／端子対と、Ｍ個の区分を備える、ソース／端子対に結合される、伝送ラインと、Ｎ個のクランプ回路とを備える。Ｎ個のクランプ回路はそれぞれ、Ｍ個の区分のうちの１つの中の電圧または電流のうちの少なくとも一方をクランプするように構成され、電力回収回路は、Ｎ個のクランプ回路に結合され、回収されたエネルギーが回収電力／端子対に印加されることを可能にする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力インピーダンスネットワークであって、電源に結合するように構成されるソース／端子対と、
電力シンクに結合するように構成される回収電力／端子対と、
前記ソース／端子対に結合される伝送ラインであって、前記伝送ラインは、Ｍ個の区分を備える、伝送ラインと、
Ｎ個のクランプ回路であって、前記Ｎ個のクランプ回路はそれぞれ、前記Ｍ個の区分のうちの１つの中の電圧または電流のうちの少なくとも一方をクランプするように構成される、Ｎ個のクランプ回路と、
前記Ｎ個のクランプ回路に結合される電力回収回路であって、前記電力回収回路は、前記クランプ回路から回収されたエネルギーを使用し、電力を前記回収電力／端子対に印加する、電力回収回路と
を備える、入力インピーダンスネットワーク。
【請求項2】
前記Ｎ個のクランプ回路は、前記ソース／端子対における電圧または電流のレベルに基づいて、前記電圧または電流のうちの少なくとも一方をクランプするように構成される、請求項１に記載の入力インピーダンスネットワーク。
【請求項3】
前記伝送ラインに結合される負荷／端子対をさらに備える、請求項１に記載の入力インピーダンスネットワーク。
【請求項4】
短絡負荷／端子対を備える、請求項３に記載の入力インピーダンスネットワーク。
【請求項5】
開路負荷／端子対を備える、請求項３に記載の入力インピーダンスネットワーク。
【請求項6】
前記負荷／端子対は、負荷に結合するように構成される、請求項３に記載の入力インピーダンスネットワーク。
【請求項7】
電力システムであって、電源と、
前記電源に結合される入力インピーダンスネットワークであって、前記入力インピーダンスネットワークは、
Ｍ個の区分を備える伝送ラインと、
前記Ｍ個の区分のうちのＮ個の区分内の電圧または電流のうちの少なくとも一方をクランプするように構成される分散型クランプ回路と、
前記分散型クランプ回路から回収されたエネルギーを使用して、電力を電力シンクに印加するための電力回収回路と
を備える、入力インピーダンスネットワークと
を備える、電力システム。
【請求項8】
前記電源は、サーキュレータの絶縁ポートを備える、請求項７に記載の電力システム。
【請求項9】
前記電源は、ジェネレータを備える、請求項７に記載の電力システム。
【請求項10】
前記ジェネレータは、１００ＭＨｚ未満の周波数において動作するように構成される、請求項９に記載の電力システム。
【請求項11】
前記電力シンクは、前記電力システムを備える、請求項７に記載の電力システム。
【請求項12】
前記電力システムの前記電力回収回路とＡＣ入力との間に結合され、回収されたＤＣ電力を前記電力システムのＡＣ入力に印加されるＡＣ電力に転換するインバータを備える、請求項１１に記載の電力システム。
【請求項13】
前記電力回収回路は、前記電力システムのＤＣバスに結合され、回収されたＤＣ電力を前記電力システムのＤＣバスに印加する、請求項１１に記載の電力システム。
【請求項14】
前記電力シンクは、ダンプレジスタを備える、請求項１１に記載の電力システム。
【請求項15】
前記入力インピーダンスネットワークは、前記電源によって印加される電力の周波数において、少なくとも１／４波長長である伝送ラインを備える、請求項７に記載の電力システム。
【請求項16】
前記分散型クランプ回路は、前記入力インピーダンスネットワークのＮ個の区分を前記電源の電圧および電流にクランプするように構成される、請求項７に記載の電力システム。
【請求項17】
前記分散型クランプ回路は、前記入力インピーダンスネットワークのＮ個の区分を固定電圧および固定電流にクランプするように構成される、請求項７に記載の電力システム。
【請求項18】
電圧振幅測定回路または電流振幅測定回路のうちの少なくとも一方を備え、前記分散型クランプ回路の制御を可能にする、請求項７に記載の電力システム。
【請求項19】
指向性結合器またはＶＩセンサベースの測定システムのうちの少なくとも一方を備え、前記分散型クランプ回路の制御を可能にする、請求項７に記載の電力システム。
【請求項20】
電力システムであって、電源と、
前記電源に結合される入力インピーダンスネットワークであって、前記入力インピーダンスネットワークは、
実質的に一定のインピーダンスを前記電源に提供するための手段と、
前記電源に結合され、前記実質的に一定のインピーダンスを提供するための手段から回収されたエネルギーを使用して、電力を電力シンクに印加する電力回収回路と
を備える、入力インピーダンスネットワークと
を備える、電力システム。
【請求項21】
前記電源は、サーキュレータの絶縁ポートを備える、請求項２０に記載の電力システム。
【請求項22】
前記電源は、ジェネレータを備える、請求項２０に記載の電力システム。
【請求項23】
前記ジェネレータは、１００ＭＨｚ未満の周波数において動作するように構成される、請求項２２に記載の電力システム。
【請求項24】
前記電力シンクは、前記電力システムを備える、請求項２０に記載の電力システム。
【請求項25】
前記電力回収回路と前記電力システムのＡＣ入力との間に結合され、回収されたＤＣ電力を、前記電力システムのＡＣ入力に印加されるＡＣ電力に転換するインバータを備える、請求項２４に記載の電力システム。
【請求項26】
前記電力回収回路は、前記電力システムのＤＣバスに結合され、回収されたＤＣ電力を前記電力システムのＤＣバスに印加する、請求項２４に記載の電力システム。
【請求項27】
前記電力シンクは、ダンプレジスタを備える、請求項２４に記載の電力システム。
【請求項28】
前記入力インピーダンスネットワークは、前記電源によって印加される電力の周波数において、少なくとも１／４波長長である伝送ラインを備える、請求項２０に記載の電力システム。
【請求項29】
前記実質的に一定のインピーダンスを提供するための手段は、電圧振幅測定回路または電流振幅測定回路のうちの少なくとも一方を備える、請求項２０に記載の電力システム。
【請求項30】
指向性結合器またはＶＩセンサベースの測定システムのうちの一方を備え、前記実質的に一定のインピーダンスを提供するための手段の制御を可能にする、請求項２０に記載の電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９のもとでの優先権の主張）
本特許のための出願は、本願の譲受人に譲渡され、参照することによって本明細書に明示的に組み込まれる、２０２０年４月１３日に出願され、「Ｉｎｐｕｔ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」と題された、仮出願第６３／００９，０４９号の優先権を主張する。
本特許のための出願は、本願の譲受人に譲渡され、参照することによって本明細書に明示的に組み込まれる、２０２０年４月１３日に出願され、「Ｉｎｐｕｔ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」と題された、仮出願第６３／００９，０４９号の優先権を主張する。
【0002】
本開示される実施形態は、概して、電力に関し、より具体的には、入力インピーダンスネットワークに関する。
【背景技術】
【0003】
既知の負荷（例えば、５０Ω）内に電力を送達するための電源を設計することは、比較的に容易である。プラズマ負荷の文脈において、プラズマ負荷インピーダンスは、印加される電力、ガス性質等に基づいて変化し得る。したがって、（例えば、プラズマを発火させ、持続させるために）電力をプラズマ負荷に印加するジェネレータ（例えば、ＲＦジェネレータ）は、電力を種々のインピーダンスに送達する必要がある。
【0004】
加えて、ジェネレータ／プラズマシステムの不安定性が、プラズマシステムの中への変化する電力に起因する、変化するプラズマインピーダンスにより、結果として生じ得る。また、他のソースによるプラズマ負荷の変調が、有意な電力を、ジェネレータに戻るように反射させる。これは、ジェネレータが、本問題を取り扱うために有意に過剰に設計される必要があることをもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
ある側面は、電源に結合するように構成される、ソース／端子対と、電力シンクに結合するように構成される、回収電力／端子対と、Ｍ個の区分と、Ｍ個の区分のうちの１つの中の電圧または電流のうちの少なくとも一方をクランプするように構成される、Ｎ個のクランプ回路とを備える、ソース／端子対に結合される、伝送ラインとを備える、入力インピーダンスネットワークとして特徴付けられ得る。入力インピーダンスネットワークはまた、Ｎ個のクランプ回路に結合される、電力回収回路であって、クランプ回路から回収されたエネルギーを使用し、電力を回収電力／端子対に印加する、電力回収回路を備える。
【0006】
別の側面は、電源と、電源に結合される入力インピーダンスネットワークとを備える、電力システムとして特徴付けられ得る。入力インピーダンスネットワークは、Ｍ個の区分を備える、伝送ラインと、Ｍ個の区分のうちのＮ個の中の電圧または電流のうちの少なくとも一方をクランプするように構成される、分散型クランプ回路とを備える。電力システムはまた、分散型クランプ回路から回収されたエネルギーを使用して、電力を電力シンクに印加するための、電力回収回路を含む。
【0007】
さらに別の側面は、電源と、電源に結合される入力インピーダンスネットワークとを備える、電力システムとして特徴付けられ得る。入力インピーダンスネットワークは、実質的に一定のインピーダンスを電源に提供するための、手段と、電源に結合され、実質的に一定のインピーダンスを提供するための手段から回収されたエネルギーを使用して、電力を電力シンクに印加する、電力回収回路とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【発明を実施するための形態】
【0035】
詳細な説明
上記に列挙される問題の全てが、ジェネレータとプラズマとの間にサーキュレータを設置することによって解決されるか、または深刻度が有意に低減されることができる。しかしながら、低周波数（例えば、６０ＭＨｚ未満）におけるサーキュレータは、嵩張り、高価であり、概して構築することが困難である。加えて、サーキュレータが使用されると、反射電力が、典型的には、ダンプ負荷内で熱として消散される。
上記に列挙される問題の全てが、ジェネレータとプラズマとの間にサーキュレータを設置することによって解決されるか、または深刻度が有意に低減されることができる。しかしながら、低周波数（例えば、６０ＭＨｚ未満）におけるサーキュレータは、嵩張り、高価であり、概して構築することが困難である。加えて、サーキュレータが使用されると、反射電力が、典型的には、ダンプ負荷内で熱として消散される。
【0036】
ローレンツ相互作用は、サーキュレータの性質を伴う回路を構築するために、（直流（ＤＣ）磁場またはプラズマを受けるフェライト等の）非等方性媒体が必要とされるか、非線形構成要素が必要とされるか、および／または時変構成要素が必要とされるかのいずれかであることを明確にする。
【0037】
サーキュレータ様の性質を伴う等方性の（したがって、非線形構成要素または時変構成要素を含有する）媒体のみから構築される、種々の回路が、提案済みであるが、これらの回路は、有意な入射電力が負荷から戻るように反射される、低周波数高電力用途のためには好適ではない。
【0038】
本明細書に説明される多くの回路変形例の中でも、本開示は、ソースが、負荷インピーダンスに関係なくほぼ一定のインピーダンスを被り、負荷に送達されない、回路に送達される実質的に全ての電力が、回収される、サーキュレータ様の性質を有するクラスの回路を説明する。本開示における用語「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、本明細書では、「ある実施例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するために使用される。本明細書において「例示的」であるものとして説明されるいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態より好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。
【0039】
本明細書に説明される種々の回路をより深く理解するために、伝送ラインを用いてソースからの電力を負荷に結合させることに関わる問題を理解することが、役立つ。伝送ラインが、ＲＦ電力源と負荷との間に接続される、無損失伝送ライン（またはその集中要素相当）である場合、および負荷インピーダンスが、伝送ラインの特性インピーダンスに合致される場合、ラインに沿った電圧および電流の振幅は、一定である。但し、負荷インピーダンスが、伝送ラインの特性インピーダンスと異なる場合、定在波が、伝送ラインの長さに沿って形成され、電圧および電流の振幅が、伝送ラインの長さに沿って変化する。
【0040】
本出願人は、（印加される電力の周波数において）１／４波長長である伝送ラインが、区分に分割される場合、各区分の界面において、ピーク電圧規模を伝送ラインのソース側において生産される電圧の振幅にクランプする、電圧クランプと、上記に説明される問題の一部とを含む、分散型電圧クランプ回路が、十分な数の区分が使用されることを前提として、本質的には解決されることを見出している。より具体的には、そのような分散型電圧クランプ回路は、負荷インピーダンスが抵抗性であり、伝送ラインの特性インピーダンスの実数部より大きい場合、ジェネレータにほぼ一定のインピーダンスを提供する。（損失的な伝送ラインの特性インピーダンスは、複雑であり得るが、低損失的な伝送ラインに関して、実数部は、概して、虚数部の規模より有意に大きく、虚数部は、概して、無視されることができる。）電圧クランプから得られる電力は、本場合では、負荷に送達されない、ソースによって供給される電力の一部に実質的に等しく、そのため、その意味において、分散型電圧クランプ回路は、実質的に無損失的である。伝送ラインが、例えば、負荷側において開路されている場合、分散型電圧クランプ回路が、伝送ラインの特性インピーダンスに実質的に等しい、インピーダンスをソースに提供することができる。同様に、負荷が、抵抗性であり、伝送ラインの特性インピーダンスの実数部より小さい場合、半波長長の伝送ラインが、ジェネレータにほぼ一定のインピーダンスを提供する。半波長長のラインが、例えば、負荷側において短絡されている場合、分散型電圧クランプ回路は、伝送ラインの特性インピーダンスに実質的に等しい、インピーダンスをソースに提供することができる。
【0041】
しかしながら、分散型電圧クランプ回路は、例えば、ラインが１／４波長長である、負荷が抵抗性である、および負荷抵抗が伝送ラインの特性インピーダンスの実数部より小さい場合、同一の方法において稼働を停止する。より具体的には、電圧振幅は、ソースにおいて最大であり、伝送ラインに沿った他のどの場所においても、より小さくなるであろう。本場合には、上記に説明される分散型電圧クランプ回路は、実質的に何も行わず、ソースによって被られるインピーダンスは、伝送ラインによって変換される負荷インピーダンスに等しい。同様に、半波長長の電圧クランプされた伝送ラインは、負荷が抵抗性であり、負荷抵抗が伝送ラインの特性インピーダンスの実数部より大きい場合、ソースに実質的に一定のインピーダンスを提供し損なう。本場合には、電圧は、伝送ラインのソース端部および負荷端部において最高であり、電圧クランプ回路は、実質的に何も行わない。
【0042】
負荷が抵抗性であり、負荷抵抗が伝送ラインの特性インピーダンスの実数部より小さい、１／４波長長の伝送ラインの場合に続いて、電流は、伝送ラインのソース端部において最小であり、伝送ラインの長さに沿った他のどの場所においてもより高い。本場合には、ラインの長さに沿った定在波は、ラインの長さに沿った電流をラインのソース側における電流に限定することによって、抑制されることができる。例えば、伝送ラインは、区分に分割されてもよく、各区分の界面において、電流クランプを含む、分散型電流クランプ回路が、使用されてもよい。各電流クランプは、ピーク電流規模を伝送ラインのソース側における電流の振幅にクランプしてもよい。有益なこととして、多くの実装では、伝送ラインのソース端部では、何も行われる必要はない。
【0043】
分散型電圧クランプ技法および分散型電流クランプ技法（概して、分散型クランプ回路と称される）が両方とも、組み合わせられる場合、ソースが被るインピーダンスは、負荷インピーダンスに関係なく、ラインの特性インピーダンスからの非常に小さい逸脱に限定され得る。また、加えて、本明細書に開示されるいくつかのクランプ回路は、負荷に送達されない、ソースによって送達されるいかなる電力も、クランプ回路から回収され、実質的に無損失的回路をもたらすことを可能にする。
【0044】
ＲＦ電力源（例えば、ＲＦジェネレータの電力増幅器（ＰＡ））にほぼ一定のインピーダンスを提供することに加えて、（ソースが一定の電力を送達するときの）負荷反射係数規模の関数として負荷に送達される電力の割合は、（１－ｘ）に非常に近接する（ｘは、負荷反射係数規模である）。ほぼ０．５であるｘの値に関して、これは、半導体用途において使用される産業用ジェネレータの要求される、標準的電力プロファイルに合致する。ｘの低い値に関して、負荷への電力は、ｘがほぼ０．２になるまで、およそ一定のままである代わりに、即座に減少する。これは、電圧および電流を回路のソース側における値をわずかに上回るようにクランプすることによって是正されることができるが、これは、ソースによって被られるインピーダンスのより大きい変化を可能にする。
【0045】
本明細書に説明される回路変形例の全てではないが、多くのもののある側面は、電力源（例えば、ＲＦ電力）に対する実質的に一定のインピーダンス、および負荷に送達されない、ソースによって送達される電力の実質的な割合にわたる電力回収の両方を提供するための能力である。回路が無損失的構成要素（例えば、ゼロ電圧降下を伴うダイオード、無損失型スイッチ、および無損失型受動構成要素）から構築され、無数の伝送ライン区分が使用される、理想的な場合では、回路は、実際に無損失的であり、ソースに実質的に一定のインピーダンスを提供する。実世界では、負荷に送達されない、ソースによって送達される電力の全てではないが、実質的部分が、回収され、ソースによって被られるインピーダンスは、負荷インピーダンスが変化された場合、若干変化する。以下において、ここで説明されるタイプの回路は、低損失入力インピーダンスネットワーク（ＬＬＩＩＮ）と称される。
【0046】
最初に図１Ａおよび１Ｂを参照すると、示され得るものは、ＬＬＩＩＮ１００のいくつかの実装が利用され得る、電力システムを備える、例示的環境である。示されるように、ＬＬＩＩＮ１００は、ソース１０４に結合するように構成される、ソース／端子対１０２と、電力シンク（図１Ａおよび１Ｂに図示せず）に結合するように構成される、回収電力／端子対１０６と、随意の負荷１１０に結合し得る、随意の負荷／端子対１０８とを含む。ＬＬＩＩＮ１００が、ソース１０４、随意の負荷１１０、および電力シンクと明確に異なる、別個の装置として作製および販売され得ることを認識されたい。ＬＬＩＩＮ１００が、随意に、ソースおよび電力シンクと統合され、本明細書においてさらに議論されるような単一デバイスを形成し得ることもまた、考えられる。図１Ｂに示されるように、随意の負荷１１０は、プラズマ１１６を含有するように構成される、プラズマチャンバ１１４に結合される、整合ネットワーク１１２を含んでもよい。
【0047】
ＬＬＩＩＮ１００の多くの変形例は、ソース１０４にほぼ一定の負荷インピーダンスを提供するように動作しながら、電力を回収電力／端子対１０６に印加し、エネルギーが、（例えば、ダンプレジスタを介して）熱として消散されることと対照的に、回収される（例えば、作用する）ことを可能にする。ＬＬＩＩＮ１００のいくつかの変形例は、ソース１０４によって被られるインピーダンスが変動することを可能にしながら、高電圧および／または高電流条件等の有害な電力条件からソースを保護し、これらの変形例では、電力はまた、回収され、回収電力／端子対１０６に印加され得る。
【0048】
ＬＬＩＩＮ１００は、Ｍ個の区分に分割される、伝送ラインを含んでもよく、分散型電圧クランプ回路および／または分散型電流クランプ回路が、各区分の界面において電圧および／または電流をクランプしてもよい。多くの実装では、伝送ラインの全長は、伝送ラインに印加される電力の４分の１波長または半波長である。ソース１０４が、ある範囲の周波数（故に、ある範囲の波長）を提供することが可能である場合、伝送ラインの全長は、少なくとも、ソース１０４によって印加される電力の最低周波数の４分の１波長であり得る。伝送ラインの分割の区分は、等しい長さであってもよいが、これは、要求されておらず、いくつかの実装では、各区分の長さは、同一ではない。
【0049】
分散型電圧クランプ回路が、利用される場合、多くの実装では、各区分における電圧が、ソースによって印加される電圧にクランプされてもよい。但し、各区分における電圧が、固定電圧にクランプされ得ることもまた、考えられる。分散型電流クランプ回路が、利用される場合、多くの実装では、各区分における電流が、ソースによって提供される電流レベルにクランプされてもよい。但し、各区分における電流が、固定電流にクランプされ得ることもまた、考えられる。
【0050】
ソース１０４は、概して、例えば、より大きいシステムの一部である、ジェネレータまたはサーキュレータの絶縁ポートによって実現され得る、電源である。ジェネレータによって実現されるとき、ジェネレータは、ある範囲の周波数を印加することが可能であり得る。多くの実装では、ジェネレータは、１００ｋＨｚを上回る周波数を伴う電力を印加してもよく、さらに他の実装では、ＬＬＩＩＮは、特に、サーキュレータが実装することが困難である、１００ＭＨｚ未満の周波数において有用である。但し、（５ｋＨｚ等の）はるかにより低い周波数または（５ＧＨｚ等の）はるかにより高い周波数において動作する、ジェネレータが利用され得ることもまた、考えられる。
【0051】
いくつかの用途では、ＬＬＩＩＮ１００は、負荷に全く結合されない（例えば、負荷／端子対は、ＬＬＩＩＮに内蔵される負荷／端子対を短絡させることによって除去される）。図２、３、および４を参照して説明されるもの等の他の用途では、ＬＬＩＩＮは、固定または動的な、非線形の負荷、例えば、（図１Ｂに示されるような）プラズマ負荷に結合されてもよい。
【0052】
図２を参照すると、示されるものは、ソースからの電力を負荷２１０に結合するように位置付けられる、（ＬＬＩＩＮ１００を実現するために使用され得る）ＬＬＩＩＮ２００であり、ここでは、ソースは、ジェネレータ２０４である。有益なこととして、ＬＬＩＩＮ２００もまた、実質的に無損失的な様式において、ジェネレータ２０４から負荷２１０への電力の印加を可能にする。より具体的には、事実上、負荷２１０に印加されない、ジェネレータ２０４からの電力が、ＬＬＩＩＮ２００によって回収される。図２に描写される実装では、負荷２１０に印加さない電力が、インバータ２２０に印加される直流（ＤＣ）電力として回収され、これは、ひいては、ＤＣ電力を、ジェネレータ２０４のＡＣ入力に結合する、ＡＣメインに印加される、ＡＣ電力に転換する。図２では、インバータ２２０が、別個の構成要素として描写されるが、インバータ２２０は、（例えば、ＬＬＩＩＮ２００と同一の筐体および／または同一の回路基板内に）ＬＬＩＩＮ２００の一部として含まれてもよい。
【0053】
図３に示されるように、（ＬＬＩＩＮ１００を実現するために使用され得る）ＬＬＩＩＮ３００が、（ジェネレータ３０４内の）ＤＣ供給部３２８からのＤＣ電力を電力増幅器３３０（例えば、ジェネレータ３０４内のＲＦ電力増幅器３３０）に結合する、ＤＣバス３２６に、ＤＣ電力を印加するように構成されてもよい。動作時、ＬＬＩＩＮ３００は、回収された電力を、ＤＣバス３２６を横断して印加される、レベルに転換する。図３に描写されるＬＬＩＩＮ３００は、図２内のＬＬＩＩＮ２００によって出力される、回収されたＤＣ電力が、ＤＣバス３２６を横断して印加される電圧レベルに合致するＤＣ電圧レベルを印加する必要がないことを除いて、図２のＬＬＩＩＮ２００と同一であり得る。図２および３に描写される実装では、ＬＬＩＩＮ２００、３００は、（ジェネレータとして実装される）ソースを負荷に結合する、伝送ラインを含む。
【0054】
図４を参照すると、示されるものは、図２および３に描写されるＬＬＩＩＮ２００、３００を実現するために実装され得る、例示的ＬＬＩＩＮである。示されるように、ＬＬＩＩＮ４００は、ソースに結合するように構成される、ソース／端子対４０２と、負荷に結合するように構成される、負荷／端子対４０８とを含む、伝送ラインを含む。負荷／端子対が、短絡される、またはいくつかの用途では、開路された状態に残され得るともまた、考えられる。
【0055】
描写されるように、伝送ラインは、Ｍ個の区分に区分され、Ｍは、２に等しい、またはそれを上回り、Ｍ個の区分はそれぞれ、電圧クランプ回路４３２によって電圧クランプされ、電流クランプ回路４３４によって電流クランプされる。伝送ラインは、特性インピーダンス（Ｚ０１～Ｚ０Ｍ）および電気的遅延（ｔｄ１～ｔｄＭ）によって特徴付けられる。電気的長さは、１／４波長の電気的長さがＲＦ電力の周期（１／ｆ）の４分の１に等しい遅延に対応するような、周波数ｆにおけるＲＦ電力のための電気的遅延に関連する。集合的に、（分散型電圧クランプ回路を形成する）Ｍ個の電圧クランプ回路４３２および（分散型電流クランプ回路を形成する）Ｍ個の電流クランプ回路４３４が、存在する。いくつかの用途では、電流クランプ回路より多くの電圧クランプ回路、または電圧クランプ回路４３２より多くの電流クランプ回路４３４が、存在し得る。電流振幅測定回路４４０が、ジェネレータ側（ソース／端子対側）における伝送ラインの導体のうちの１つに沿って位置付けられ、電圧振幅測定回路４４２が、ソース／端子対４０２を横断して位置付けられる。代替として、電流振幅測定回路４４０および電圧振幅測定回路４４２を使用するのではなく、電圧および電流の振幅が、連結器（例えば、指向性結合器）またはＶＩセンサベースの測定システムを通して取得され、分散型クランプ回路の制御を可能にしてもよい。いくつかの用途では、電流クランプ回路４３４は、各区分内のピーク電流規模を、電流振幅測定回路４４０によって測定されるような、伝送ラインのジェネレータ側における電流の振幅に等しい、またはそれに比例するある値に等しい電力のレベルにクランプする。いくつかの用途では、電圧クランプ回路４３２は、各区分内のピーク電圧規模を、電圧振幅測定回路によって測定されるような、伝送ラインのジェネレータ側における電圧の振幅に等しい、またはそれに比例するある値に等しい電圧のレベルにクランプする。伝送ラインは、例えば、同軸伝送ラインまたは等価集中回路の区分であってもよい。
【0056】
Ｍ個の区分はそれぞれ、各区分のインピーダンスおよび遅延が同一であり得るように、等しい長さであってもよい。但し、各区分のインピーダンスおよび遅延が同一である必要はないことも、考えられる。多くの実装では、Ｍ個の区分の総遅延は、ジェネレータの最低周波数の周期の４分の１を上回る、またはそれに等しい。
【0057】
区分のそれぞれの長さが、ジェネレータによって印加される電力の周波数のために好適であるように適合されることができる。例示的実装では、各区分が、（印加された電力の周期の４分の１の総遅延にわたる）印加された電力の周期の１／３２、または（印加された電力の周期の２分の１の総遅延にわたる）印加された電力の周期の１／１６のいずれかに等しい、電気的遅延を有する、８つ（Ｍ＝８）の区分が、ＬＬＩＩＮ４００の許容可能な性能をもたらしたことが、見出された。所望のインピーダンスは、５０オームであり得るが、他のインピーダンス値も、各区分に関して所望され得ることが、考えられる。
【0058】
動作時、電流振幅測定回路４４０は、伝送ラインのソース側における電流のレベルを示す、出力を提供し、電圧振幅測定回路４４２は、伝送ラインのソース側におけるソース／端子対を横断する電圧のレベルを示す、出力を提供する。測定された電流および電圧に応答して、電流クランプ回路４３４はそれぞれ、Ｍ個の区分間の界面における電流のレベルを伝送ラインのソース側における電流のレベルにクランプするように制御されてもよく、電圧クランプ回路４３２はそれぞれ、Ｍ個の区分のそれぞれを横断する電圧のレベルを伝送ラインのソース側におけるソース／端子対４０２を横断する電圧のレベルにクランプするように制御されてもよい。
【0059】
このように動作されると、ＬＬＩＩＮ４００は、ジェネレータが被るインピーダンスを、負荷インピーダンスに関係なく、伝送ラインの特性インピーダンスからの非常に小さい逸脱に限定し、さらに、負荷に送達されない、ジェネレータによって送達される電力が、電力回収回路４４４を伴う電圧クランプ回路４３２および／または電流クランプ回路４３４から回収されることができる。電力回収回路４４４は、Ｍ個のクランプ回路に結合され、電力回収回路４４４は、クランプ回路から回収されたエネルギーを使用し、電力を回収電力／端子対４０６に印加するように構成される。
【0060】
図５を参照すると、示されるものは、図４に描写される電流振幅測定回路４４０を実現するために使用され得る、例示的な電流振幅測定回路５４０である。示されるように、電流振幅測定回路は、フルダイオードブリッジのノード間の抵抗性要素および誘導性要素の直列配列を備える、感知された電流Ｉｓｅｎｓｅのための電流経路を備えてもよい。また、図６は、図４に描写される電圧振幅測定回路４４２を実現するために使用され得る、例示的な電圧振幅測定回路５４２である。示されるように、電位差Ｖｓｅｎｓｅが、抵抗要素と並列に配列されるコンデンサを横断して設定され、コンデンサおよび抵抗要素の並列の組み合わせが、ダイオードブリッジの２つのノード間に位置付けられる。
【0061】
図７は、図４に描写されるＬＬＩＩＮ４００を実装するために使用され得る、ＬＬＩＩＮ７００の一部を描写する。特に、図７は、電流クランプ回路７３４および電圧クランプ回路７３２に関する特定の実装を描写する。示されるように、各電流クランプ回路７３４は、電力回収回路４４４を通して給電する、フルダイオードブリッジのノード間に電流通路ＩｃｌａｍｐＭを含み、これは、各電流クランプ回路７３４を通した電流が制御されることを可能にする。また、各電圧クランプ回路７３２は、フルダイオードブリッジのノード間に位置付けられる、コンデンサを含み、電圧ＶｃｌａｍｐＭが電力回収回路４４４によって制御されることを可能にする。結果として、Ｍ個の区分のそれぞれの電圧が、制御され得る。より具体的には、伝送ラインの区分の電圧振幅は、電圧ＶｃｌａｍｐＭおよび２つのダイオード電圧降下である。Ｍ個のクランプ回路が、利用され、Ｍ個の伝送ライン区分の電圧および／または電流をクランプするが、Ｎ個のクランプ回路が、利用され得ること（Ｎは、Ｍ未満である）もまた、考えられる。例えば、Ｍ個の区分の全てを下回るものが、クランプされている状態で、実行可能な入力インピーダンスネットワークが、構築され得る。実施例として、Ｎは、Ｍ－１に等しくてもよい、またはＮは、Ｍ－２に等しくてもよいが、これらは、実施例にすぎない。
【0062】
図８を参照すると、示されるものは、ＬＬＩＩＮ８００のソース／端子対８０２がサーキュレータ８０４に結合され、典型的には、サーキュレータ８０４のダンプポート（絶縁ポート）に結合されるであろう、ダンプレジスタを置き換える、ＬＬＩＩＮ８００である。通常、ダンプレジスタ内で熱として消散されるであろう、電力が、代わりに、ＬＬＩＩＮ８００の回収電力／端子対８０６においてＤＣ電力として回収され、インバータ２２０に給電され、これは、ひいては、ＤＣ電力を、ＡＣメインに印加されるＡＣ電力に転換する。ＤＣ／ＡＣインバータもまた、ＬＬＩＩＮ８００の一部であり得る。
【0063】
図９に示されるように、（ＬＬＩＩＮ１００を実現するために使用され得る）ＬＬＩＩＮ９００が、（ジェネレータ３０４内の）ＤＣ供給部３２８からのＤＣ電力を、電力増幅器３３０（例えば、ジェネレータ内のＲＦ電力増幅器３３０）に結合する、ＤＣバス３２６にＤＣ電力を印加するように構成されてもよい。動作時、ＬＬＩＩＮ９００は、サーキュレータ８０４から回収された電力を、ＤＣバス３２６を横断して印加される、レベルに転換する。図９に描写されるＬＬＩＩＮ９００は、図８内のＬＬＩＩＮ８００によって出力される、回収されたＤＣ電力が、ＤＣバスを横断して印加される電圧レベルに合致するＤＣ電圧レベルを印加する必要がないことを除いて、図８のＬＬＩＩＮ８００と同一であり得る。
【0064】
次に図１０を参照すると、示されるものは、図８のＬＬＩＩＮ８００および図９のＬＬＩＩＮ９００を実現するために使用され得る、例示的なＬＬＩＩＮ１０００である。ＬＬＩＩＮ１０００は、負荷／端子対１００８の端子が短絡され、電流クランプ回路が採用されていないことを除いて、ＬＬＩＩＮ４００に類似する。負荷／端子対１００８の端子を短絡させることは、負荷端子に対する伝送ラインの特性インピーダンスの実数部より小さい抵抗（０Ω）を提示し、したがって、各区分の電圧を伝送ラインのソース側において生産されるピーク電圧にクランプする、分散型電圧クランプ回路が、総電気的遅延が、印加される電力の周期の２分の１に等しい場合、電流クランプ回路の使用を伴うことなく、実質的に一定のインピーダンスをサーキュレータ８０４に提供する。代替として、負荷／端子対は、開路されてもよく、印加される電力の周期の４分の１に等しい総電気的遅延が、使用されてもよい。結果として、図１０のＬＬＩＩＮ１０００は、図４を参照して説明される、ＬＬＩＩＮ４００より実装することがより単純である。
【0065】
次に図１１Ａ－１１Ｆを参照すると、示されるものは、シミュレーションを使用してＬＬＩＩＮの性能を検証するために使用される、回路の概略図である。図１１Ａ－１１Ｆは、明確化のために、複数のページを横断して描写される、単一の回路を描写する。図１１Ａ－１１Ｆでは、同一の標識を有するノードは、同一のノードである。例えば、図１１Ａ内で「ｎ１ａ」および「ｎ１」と標識されるノードは、図１１Ｃの「ｎ１ａ」および「ｎ１」と同一のノードである。図１１Ａ－１１Ｆを参照する間、同時に、そのための負荷抵抗が、集中要素相当伝送ライン区分の特性インピーダンスの実数部より小さい抵抗負荷を伴う、図１１Ａ－１１Ｆの回路に関するシミュレーション結果を描写する、図１２も、参照される。下記の表１は、図１１Ａ－１１Ｆに描写される回路の動作設定についての付加的な詳細を提供する。図１２の結果は、負荷（図１１ＡのＲ２）を異なるインピーダンスに差し替え、ソース（図１１ＡのＶ１）によって被られるインピーダンス、およびソースによって送達される電力、負荷に送達される電力、および電圧および電流クランプによって回収される電力（図１１ＥのＢ１～Ｂ８および図１１ＢのＢＩ２～ＢＩ９に戻される電力）を計算することによって、取得される。図１２の左のスミス図表は、さらに負荷インピーダンスがスミス図表の負の実軸に沿って変動されるにつれて、ソースによって被られるインピーダンスが、殆ど変化しないことを示す。図１２の右のチャートは、ソースによって送達され、負荷に送達されない電力が、ＤＣ電力として回収されることを示す。図１２の結果は、ピーク電圧規模およびピーク電流規模が、それぞれ、ソースにおける、電圧および電流の振幅にクランプされた状態で取得され、すなわち、電流および電圧（下記の表内のパラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌ）は両方とも、１．０に等しく設定される。ソースＢ１～Ｂ８およびＢＩ２～ＢＩ９は、それぞれ、図２０Ａ－２０Ｂおよび図２３Ａおよび２３Ｂに示されるもの等の回路によって、それぞれ、電圧および電流クランプに提供される、定電圧および定電流を表す。
【0066】
【表1-1】
【表1-2】
【0067】
次に図１３を参照すると、示されるものは、そのための負荷抵抗が集中要素相当伝送ライン区分の特性インピーダンスの実数部より大きい抵抗負荷を伴う、図１１Ａ－１１Ｆの回路のシミュレーション結果である。図１３の結果は、負荷（図１１ＡのＲ２）を異なるインピーダンスに差し替え、ソース（図１１ＡのＶ１）によって被られるインピーダンス、およびソースによって送達される電力、負荷に送達される電力、および電圧および電流クランプによって回収される電力（Ｂ１～Ｂ８およびＢＩ２～ＢＩ９に戻される電力）を計算することによって、取得される。図１３の左のスミス図表は、さらに負荷インピーダンスがスミス図表の正の実軸に沿って変動されるにつれて、ソースによって被られるインピーダンスが、殆ど変化しないことを示す。図１３の右のチャートは、ソースによって送達され、負荷に送達されない電力が、ＤＣ電力として回収されることを示す。図１３の結果は、ピーク電圧規模およびピーク電流規模が、それぞれ、ソースにおける、電圧および電流の振幅にクランプされた状態で取得され、すなわち、パラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．０に等しく設定される。
【0068】
次に図１４を参照すると、示されるものは、そのための負荷リアクタンスが正である無効負荷を伴う、図１１の回路に関するシミュレーション結果である。図１４の結果は、負荷（図１１ＡのＲ２）を異なるインピーダンスに差し替え、ソース（図１１ＡのＶ１）によって被られるインピーダンス、およびソースによって送達される電力、負荷に送達される電力、および電圧および電流クランプによって回収される電力（Ｂ１～Ｂ８およびＢＩ２～ＢＩ９に戻される電力）を計算することによって、取得される。図１４の左のスミス図表は、さらに負荷インピーダンスがスミス図表の正の虚軸に沿って変動されるにつれて、ソースによって被られるインピーダンスが、殆ど変化しないことを示す。図１４の右のチャートは、ソースによって送達され、負荷に送達されない電力が、ＤＣ電力として回収されることを示す。図１４の結果は、ピーク電圧規模およびピーク電流規模が、それぞれ、ソースにおける、電圧および電流の振幅にクランプされた状態で取得され、すなわち、パラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．０に等しく設定される。
【0069】
次に図１５を参照すると、示されるものは、そのための負荷リアクタンスが負である無効負荷を伴う、図１１の回路に関するシミュレーション結果である。図１５の結果は、負荷（図１１のＲ２）を異なるインピーダンスに差し替え、ソース（図１１のＶ１）によって被られるインピーダンス、およびソースによって送達される電力、負荷に送達される電力、および電圧および電流クランプによって回収される電力（図１１のＢ１～Ｂ８およびＢＩ２～ＢＩ９に戻される電力）を計算することによって、取得される。図１５の左のスミス図表は、さらに負荷インピーダンスがスミス図表の負の虚軸に沿って変動されるにつれて、ソースによって被られるインピーダンスが、殆ど変化しないことを示す。図１５の右のチャートは、ソースによって送達され、負荷に送達されない電力が、ＤＣ電力として回収されることを示す。図１５の結果は、ピーク電圧規模およびピーク電流規模が、それぞれ、ソースにおける、電圧および電流の振幅にクランプされた状態で取得され、すなわち、図１１の概略図上に示されるパラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．０に等しく設定される。
【0070】
次に図１６で参照されるものは、そのための負荷抵抗が、電圧および電流クランピングのための２つの異なるレベルに関する集中要素相当伝送ライン区分の特性インピーダンスの実数部より小さい抵抗負荷を伴う、図１１の回路に関するシミュレーション結果である。図１６の最上列内の２つのグラフは、いくつかのより多くのデータ点を伴う、図１２に示される結果の繰り返しである。図１６の最下列内の２つのグラフは、それぞれ、回路のソース側における、電圧および電流の１．２倍の振幅における、ピーク電圧および電流規模をクランプする効果を示す（すなわち、図１１の概略図上に示されるパラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．２に等しく設定される）。これは、図１６が図示する２つの右側グラフの比較として、ソース電力のより多くの割合が、負荷反射係数規模の小さい値のための負荷を進行することを可能にするような、ある用途において、望ましい。図１６の左の２つのグラフは、これが、ソースに提示されるインピーダンスのより多くの変形例を犠牲にして行われることを示す。
【0071】
次に図１７を参照すると、示されるものは、そのための負荷抵抗が、電圧および電流クランピングのための２つの異なるレベルに関する集中要素相当伝送ライン区分の特性インピーダンスの実数部より大きい抵抗負荷を伴う、図１１の回路に関するシミュレーション結果である。図１７の最上列内の２つのグラフは、いくつかのより多くのデータ点を伴う、図１３に示される結果の繰り返しである。図１７の最下列内の２つのグラフは、それぞれ、回路のソース側における、電圧および電流の１．２倍の振幅における、ピーク電圧および電流規模をクランプする効果を示す（すなわち、図１１の概略図上に示されるパラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．２に等しく設定される）。これは、図１７が図示する２つの右側グラフの比較として、ソース電力のより多くの割合が、負荷反射係数規模の小さい値のための負荷を進行することを可能にするような、ある用途において、望ましい。図１７の左の２つのグラフは、これが、ソースに提示されるインピーダンスのより多くの変形例を犠牲にして行われることを示す。
【0072】
次に図１８を参照すると、示されるものは、そのための負荷リアクタンスが、電圧および電流クランピングのための２つの異なるレベルに関して正である無効負荷を伴う、図１１の回路に関するシミュレーション結果である。図１８の最上列内の２つのグラフは、いくつかのより多くのデータ点を伴う、図１４に示される結果の繰り返しである。図１８の最下列内の２つのグラフは、それぞれ、回路のソース側における、電圧および電流の１．２倍の振幅における、ピーク電圧および電流規模をクランプする効果を示す（すなわち、図１１の概略図上に示されるパラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．２に等しく設定される）。これは、図１８が図示する２つの右側グラフの比較として、ソース電力のより多くの割合が、負荷反射係数規模の小さい値のための負荷を進行することを可能にするような、ある用途において、望ましい。図１８の左の２つのグラフは、これが、ソースに提示されるインピーダンスのより多くの変形例を犠牲にして行われることを示す。
【0073】
次に図１９で参照されるものは、そのための負荷リアクタンスが、電圧および電流クランピングのための２つの異なるレベルに関して負である無効負荷を伴う、図１１の回路に関するシミュレーション結果である。図１９の最上列内の２つのグラフは、いくつかのより多くのデータ点を伴う、図１５に示される結果の繰り返しである。図１９の最下列内の２つのグラフは、それぞれ、回路のソース側における、電圧および電流の１．２倍の振幅における、ピーク電圧および電流規模をクランプする効果を示す（すなわち、図１１の概略図上に示されるパラメータＩｓｃｌおよびＶｓｃｌは両方とも、１．２に等しく設定される）。これは、図１９が図示する２つの右側グラフの比較として、ソース電力のより多くの割合が、負荷反射係数規模の小さい値のための負荷を進行することを可能にするような、ある用途において、望ましい。図１９の左の２つのグラフは、これが、ソースに提示されるインピーダンスのより多くの変形例を犠牲にして行われることを示す。
【0074】
次に図２０Ａおよび２０Ｂを参照すると、示されるものは、１００Ｖに維持されるＤＣ電力シンクへの電力回収（図２０Ａおよび２０ＢのＶｄｃ１）を伴う、電圧クランプの性能を検証するために使用される、回路の概略図である。同一の標識を有する、図２０Ａおよび２０Ｂのノードは、同一のノードである。例えば、図２０Ａ内で「ｄｅｃｒ＿ｖ」および「ｉｎｃｒ＿ｖ」と標識するノードは、図２０Ｂの「ｄｅｃｒ＿ｖ」および「ｉｎｃｒ＿ｖ」と同一のノードである。動作時、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、およびＳ８によって形成される上部ブリッジおよびＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１、およびＳ１２によって形成される底部ブリッジが、交代で動作する。上部ブリッジが、動作可能であるとき、これは、最初にＳ５およびＳ６がオンになり、次いで、Ｓ７およびＳ８がオンになる、サイクルを完了させる。上部ブリッジの本動作の結果は、結合されたインダクタＬ３およびＬ４によって形成された変圧器の巻線を横断して電圧を生成することである。本サイクルの間に、Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧より大きい場合、電力が、底部ダイオードＤ１７、Ｄ１８、Ｄ１９、およびＤ２０の整流作用を通して、Ｃ２からＶｄｃ１に伝達される。Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧より小さい場合、いかなる電力も、本サイクルの間、回路の上半分と下半分との間で伝達されない。回路の上半分は、直接、または他の回路要素を通してＬ３に接続される、半体である。回路の下半分は、直接、または他の回路要素を通してＬ４に接続される、半体である。底部ブリッジが、動作可能であるとき、これは、最初にＳ９およびＳ１０が、次いで、Ｓ１１およびＳ１２がオンになる、サイクルを完了させる。底部ブリッジの本動作の結果は、結合されたインダクタＬ３およびＬ４によって形成された変圧器の巻線を横断して電圧を生成することである。Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧未満である場合、電力が、上部ダイオードＤ９、Ｄ１０、Ｄ１１、およびＤ１２の整流作用を通して、Ｖｄｃ１からＣ２に伝達される。Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧より大きい場合、いかなる電力も、本サイクルの間、回路の上半分と下半分との間で伝達されない。両方のサイクルが、ともに、本関係を維持するために、Ｃ２とＶｄｃ１との間の双方向電力流動を用いて、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧に実質的に等しい、Ｃ２にわたる電圧を維持する。
【0075】
図２０Ａおよび２０Ｂでは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４によって形成されるブリッジが、Ｃ５にわたって、所望のクランプ電圧－２つのダイオード電圧降下の値を維持する。ブリッジは、Ｃ５にわたる電圧が、低すぎるとき、Ｓ３およびＳ４をオンにし、電圧が高すぎるとき、Ｓ１およびＳ２をオンにすることによって、これを行う。また、ノードｒｆ１とｒｆ２との間の電圧はＣ５にわたる電圧＋ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を通した２つの電圧降下の値にクランプされる。下記の表２は、シミュレーションのために利用される設定についての付加的な詳細を提供する。
【表2-1】
【表2-2】
【0076】
次に図２１を参照すると、示されるものは、クランプされるべき電圧（図２０のＶｒｆ）がクランプ電圧（本シミュレーションでは５０Ｖ）未満であるときの図２０の回路をシミュレートした結果である。図２１の最下グラフは、電圧クランプを通したピーク電流が、電圧振幅が１０Ｖであるとき、わずか１００μＡであることを示す。最下グラフから第２のものは、電圧クランプにわたる電圧を示す。最下グラフから第３のものは、電圧クランプが、非理想的なダイオード内の喪失に起因して、ＤＣ電力シンクから４．５Ｗを得ることを示す。最上グラフは、電圧クランプに接続される電圧源から得られる電力が、ほぼ存在しないことを示す。
【0077】
次に図２２を参照すると、示されるものは、クランプされるべき電圧（図２０のＶｒｆ）がクランプ電圧（本シミュレーションでは５０Ｖ）より大きいときの図２０の回路をシミュレートした結果である。図２２の最下グラフは、電圧クランプを通したピーク電流が、ソース（図２０のＶｒｆ）の１Ω内部抵抗にわたって１０Ｖの電圧降下を達成し、電圧クランプにわたるピーク電圧を５０Ｖにクランプするために、１０Ａであることを示す。最下グラフから第２のものは、意図されるように５０Ｖにおいてクランプされる、電圧クランプにわたる電圧を示す。最下グラフから第３のものは、電圧クランプが、ＤＣ電力シンクへの１１７ワットを回収することを示す。最上グラフは、１２２ワットが、電圧クランプに接続される電圧源から得られることを示す。
【0078】
次に図２３Ａおよび２３Ｂを参照すると、示されるものは、１００Ｖに維持されるＤＣ電力シンクへの電力回収（図２３ＡのＶｄｃ１）を伴う、電圧クランプの性能を検証するために使用される、回路の概略図である。同一の標識を有する、図２３Ａおよび２３Ｂのノードは、同一のノードである。例えば、図２０Ａ内で「ｄｅｃｒ＿ｉ」および「ｉｎｃｒ＿ｉ」と標識するノードは、図２３Ｂの「ｄｅｃｒ＿ｉ」および「ｉｎｃｒ＿ｉ」と同一のノードである。図２３Ａでは、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、およびＳ８によって形成される上部ブリッジおよびＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１、およびＳ１２によって形成される底部ブリッジが、交代で動作する。上部ブリッジが、動作可能であるとき、これは、最初にＳ５およびＳ６がオンになり、次いで、Ｓ７およびＳ８がオンになる、サイクルを完了させる。上部ブリッジの本動作の結果は、結合されたインダクタＬ３およびＬ４によって形成された変圧器の巻線を横断して電圧を生成することである。本サイクルの間に、Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧より大きい場合、電力が、底部ダイオードＤ１７、Ｄ１８、Ｄ１９、およびＤ２０の整流作用を通して、Ｃ２からＶｄｃ１に伝達される。Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧より小さい場合、いかなる電力も、本サイクルの間、回路の上半分と下半分との間で伝達されない。回路の上半分は、直接、または他の回路要素を通してＬ３に接続される、半体である。回路の下半分は、直接、または他の回路要素を通してＬ４に接続される、半体である。底部ブリッジが、動作可能であるとき、これは、最初にＳ９およびＳ１０が、次いで、Ｓ１１およびＳ１２がオンになる、サイクルを完了させる。底部ブリッジの本動作の結果は、結合されたインダクタＬ３およびＬ４によって形成された変圧器の巻線を横断して電圧を生成することである。Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧未満である場合、電力が、上部ダイオードＤ９、Ｄ１０、Ｄ１１、およびＤ１２の整流作用を通して、Ｖｄｃ１からＣ２に伝達される。Ｃ２にわたる電圧が、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧より大きい場合、いかなる電力も、本サイクルの間、回路の上半分と下半分との間で伝達されない。両方のサイクルが、ともに、本関係を維持するために、Ｃ２とＶｄｃ１との間の双方向電力流動を用いて、定電圧源Ｖｄｃ１の電圧に実質的に等しい、Ｃ２にわたる電圧を維持する。図２３Ａでは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４によって形成されるブリッジが、インダクタＬ１およびＬ２を通して所望のクランプ電流を維持する。ブリッジは、Ｌ１を通した電流が、低すぎるとき、Ｓ１およびＳ２をオンにし、電流が高すぎるとき、Ｓ３およびＳ４をオンにすることによって、これを行う。図２３Ａでは、ノードｒｆ１とｒｆ２との間のダイオードブリッジを通した電流の振幅は、Ｌ１を通した電流にクランプされる。
【表3-1】
【表3-2】
【0079】
次に図２４を参照すると、示されるものは、（図２３ＡのＶｒｆによって供給される）クランプされるべき電流がクランプ電流（本シミュレーションでは５Ａ）未満であるときの図２３Ａおよび２３Ｂの回路をシミュレートした結果である。図２４の最下グラフは、電流クランプを通したピーク電流を示す。図２４の最下グラフから第２のものは、クランプにわたる電圧が、クランプを通した電流が１．８Ａであるとき、わずか１８ｍＶであることを示す。図２４の最下グラフから第３のものは、電流クランプが、非理想的なダイオード内の喪失に起因して、ＤＣ電力シンクから７．１Ｗを得ることを示す。最上グラフは、電流クランプに接続されるソース（図２３のＶｒｆ）から得られる電力が、ほぼ存在しないことを示す。
【0080】
次に図２５を参照すると、示されるものは、（図２３ＡのＶｒｆによって供給される）クランプされるべき電流がクランプ電流（本シミュレーションでは５Ａ）より大きいときの図２３Ａおよび２３Ｂの回路をシミュレートした結果である。図２２の最下グラフは、電流クランプを通したピーク電流が、意図されるように５Ａにクランプされることを示す。最下グラフから第２のものは、電流を５Ａにおいてクランプするために、９．５Ｖである、電流クランプにわたるピーク電圧を示す。最下グラフから第３のものは、電圧クランプが、ＤＣ電力シンクへの２１．２Ｗを回収することを示す。最上グラフは、２９．４Ｗが、電流クランプに接続される電圧源から得られることを示す。
【0081】
当業者はさらに、本明細書に開示される実施形態に関連して説明される種々の例証的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装され得ることを理解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアの本互換性を明確に例証するために、種々の例証的構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能性の観点から上記に説明されている。そのような機能性がハードウェアまたはソフトウェアとして実装されているかどうかは、システム全体に課される特定の用途および設計制約に依存する。当業者は、特定の用途毎に種々の方法で説明される機能性を実装し得るが、そのような実装決定は、本発明の範囲からの逸脱をもたらすものとして解釈されるべきではない。
【0082】
本明細書に開示される実施形態に関連して説明される種々の例証的な論理ブロック、モジュール、および回路は、本明細書に説明される機能を実施するように設計される、汎用目的プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、またはそれらの任意の組み合わせを用いて実装または実施されてもよい。汎用目的プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替として、プロセッサは、任意の従来型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併せた１つまたはそれを上回るマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成の組み合わせとして実装されてもよい。
【0083】
図２６を参照すると、示されるものは、本明細書に開示されるインピーダンスネットワークの１つまたはそれを上回る側面を実現するために利用され得る、物理的構成要素を描写する、ブロック図である。示されるように、本実施形態では、ディスプレイ１４１２および不揮発性メモリ１４２０が、また、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１４２４、（Ｎ個の処理構成要素を含む）処理部分１４２６、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１４２７、およびＮ個の送受信機を含む、送受信機構成要素１４２８にも結合される、バス１４２２に結合される。図２６に描写される構成要素は、物理的構成要素を表すが、図２６は、詳述されたハードウェア図であることを意図しておらず、したがって、図２６に描写される構成要素の多くは、一般的な構築物によって実現される、または付加的な物理的構成要素の中に分散され得る。また、他の既存の、および未開発の物理的構成要素およびアーキテクチャも、図２６を参照して説明される機能構成要素を実装するために利用され得ることが、考えられる。
【0084】
ディスプレイ１４１２は、概して、ユーザのためのユーザインターフェースを提供するように動作し、いくつかの実装では、ディスプレイ１４１２は、タッチスクリーンディスプレイによって実現される。例えば、ディスプレイ１４１２は、本明細書に説明される構成要素を制御し、それと相互作用するために使用されることができる。一般に、不揮発性メモリ１４２０は、データおよび機械可読（例えば、プロセッサ実行可能）コード（本明細書に説明される方法を果たすことと関連付けられる、実行可能コードを含む）を記憶する（例えば、持続的に記憶する）ように機能する、非一過性メモリである。いくつかの実施形態では、例えば、不揮発性メモリ１４２０は、本明細書に説明される方法の実行を促進するための、ブートローダコード、オペレーティングシステムコード、ファイルシステムコード、および非一過性プロセッサ実行可能コードを含む。
【0085】
多くの実装では、不揮発性メモリ１４２０は、フラッシュメモリ（例えば、ＮＡＮＤまたはＯＮＥＮＡＮＤメモリ）によって実現されるが、他のメモリタイプも、同様に利用され得ることが考えられる。不揮発性メモリ１４２０からのコードを実行することが、可能性として考えられ得るが、不揮発性メモリ内の実行可能コードは、典型的には、ＲＡＭ１４２４の中にロードされ、処理部分１４２６内のＮ個の処理構成要素のうちの１つまたはそれを上回るものによって実行される。
【0086】
動作時、ＲＡＭ１４２４に関連するＮ個の処理構成要素が、概して、不揮発性メモリ１４２０内に記憶される命令を実行し、本明細書に説明される電力回収回路の機能性を実現するように動作してもよい。例えば、本明細書に説明される方法を果たすための非一過性プロセッサ実行可能命令が、不揮発性メモリ１４２０内に持続的に記憶され、ＲＡＭ１４２４に関連するＮ個の処理構成要素によって実行されてもよい。当業者が理解するであろうように、処理部分１４２６は、ビデオプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、および他の処理構成要素を含んでもよい。
【0087】
加えて、または代替として、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１４２７は、本明細書に説明される方法論の１つまたはそれを上回る側面を果たすように構成されてもよい。例えば、非一過性ＦＰＧＡ構成命令が、不揮発性メモリ１４２０内に持続的に記憶され、（例えば、ブートアップの間に）ＦＰＧＡ１４２７によってアクセスされ、ＦＰＧＡ１４２７を構成してもよい。
【0088】
入力構成要素が、（例えば、電圧振幅測定回路４４２および／または電流振幅測定回路４４０から）電圧および／または電流を示す信号を受信するように動作してもよい。出力構成要素が、概して、電力回収回路の動作側面を果たすように、（例えば、電力回収回路４４４の降圧コンバータ内のスイッチへの駆動信号をプロンプトするために）１つまたはそれを上回るアナログまたはデジタル信号を提供するように動作する。
【0089】
描写される送受信機構成要素１４２８は、無線または有線ネットワークを介して外部デバイス（例えば、外部コントローラ）と通信するために使用され得る、Ｎ個の送受信機チェーンを含む。Ｎ個の送受信機チェーンはそれぞれ、特定の通信スキーム（例えば、ＷｉＦｉ、イーサネット（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等）と関連付けられる、送受信機を表し得る。
【0090】
本明細書で使用されるように、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」の列挙は、「Ａ、Ｂ、Ｃのいずれか、またはＡ、Ｂ、およびＣの任意の組み合わせ」を意味することを意図する。開示される実施形態の上記の説明は、いかなる当業者も、本開示を作製または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の修正は、当業者に容易に明白になり、本明細書に定義される一般的な原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図しておらず、本明細書に開示される原理および新規の特徴に一貫した、最も幅広い範囲と調和されるべきである。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4-1】
【図4-2】
【図5】
【図6】
【図7-1】
【図7-2】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A-1】
【図11A-2】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図11F】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16-1】
【図16-2】
【図17-1】
【図17-2】
【図18-1】
【図18-2】
【図19-1】
【図19-2】
【図20A-1】
【図20A-2】
【図20B】
【図21-1】
【図21-2】
【図21-3】
【図22-1】
【図22-2】
【図22-3】
【図23A-1】
【図23A-2】
【図23B】
【図24】
【図24-1】
【図24-2】
【図25-1】
【図25-2】
【図25-3】
【図26】
【国際調査報告】