Die Erfindung betrifft eine Plasmaleistungsversorgung zur Erzeugung eines HF- Signals mit einer Frequenz > 3MHz und einer Leistung > 500W , umfassend eine HF- Leistungsverstärkeranordnung mit einer DC-Leistungsstromversorgung und einer daran angeschlossenen Schaltbrücke, die zwei zumindest mittelbar in Serie geschaltete Schaltelemente enthält und deren Mittelpunkt den Schaltbrückenausgang bildet, wobei das erste Schaltelement über einen aktiven Ansteuersignalgenerator angesteuert ist.

Es sind Leistungsverstärker zur Anregung von Plasmaprozessen (z.B. zum RF- Sputtern, Ätzen oder zur Anregung von Gaslasern) in einem Frequenzbereich von 1 bis 50 MHz insbesondere bei den Industriefrequenzen 13,56, 27,12 und 40,68 MHz allgemein bekannt. Solche Leistungsverstärker gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen von ca. 1 kW bis zu mehreren 100 kW. Bei den kleineren Leistungen im Bereich von 1 bis 20 kW werden bevorzugt Verstärker basierend auf Halbleitermodulen (Halbleiterverstärker) eingesetzt. Bei größeren Leistungen werden häufig Röhrenverstärker eingesetzt. Die Röhrenverstärker besitzen eine Verstärkerröhre, die ihrerseits von einem Leistungsverstärker angetrieben wird, der wiederum auf Halbleitemodulen basiert, also den Verstärkern bei kleinen Leistungen entspricht. Da Röhren einen erhöhten Platzbedarf haben, ist es erstrebenswert, auch Leistungsverstärker für größere Leistungen aus auf Halbleitermodulen basierenden Verstärkern aufzubauen. Dazu werden Halbleiterverstärker geringerer Leistung mit geeigneten Leistungskopplern zusammengeschaltet.

Ein wichtiger Aspekt bei den Leistungsverstärkern basierend auf Halbleitermodulen ist die Minimierung der Verlustleistung, vor allem in den Halbleitermodulen selbst. Daher werden zur Anregung von Plasmaprozessen vor allem HF-Generatoren mit solchen Leistungsverstärkern eingesetzt, die ein oder mehrere schaltende Elemente aufweisen und im Klasse-D- oder Klasse-E-Betrieb betrieben werden.

Für den Klasse-D-Betrieb werden üblicherweise zwei in Serie geschaltete schaltende Elemente, z. B. MOSFETs, verwendet. Diese Schaltungsanordnung wird als Schaltbrücke oder Halbbrücke bezeichnet. MOSFETs haben zwei Leistungsanschlüsse (Drain und Source) und einen Steueranschluss (Gate). Die Ansteuerung der MOSFETs erfolgt über die Gate-Source-Spannung, wobei der Source-Anschluss als der spannungsmäßige Bezugspunkt dieses Bauteils angesehen werden kann. Bevorzugt werden n-Kanal-MOSFETs verwendet, da sie schneller ein- und ausgeschaltet werden können und weniger Verlustleistung erzeugen als p-Kanal-MOSFETs.

Die übliche Schaltung sieht wie folgt aus: Der obere MOSFET (High Side Switch HSS) ist mit seinem ersten Leistungsanschluss (Drain-Anschluss bei n-Kanal- MOSFETs) an die positive DC-Versorgungsspannung angeschlossen und mit seinem zweiten Leistungsanschluss (Source-Anschluss bei n-Kanal-MOSFETs) an den Drain-Anschluss des unteren MOSFETs (Low Side Switch LSS, üblicherweise ein n- Kanal-MOSFET). Der Source-Anschluss des unteren MOSFETs ist an die negative DC-Versorgungsspannung angeschlossen. Das Ausgangssignal der Halbbrücke wird zwischen den beiden schaltenden Elementen (MOSFETs) (Mittelpunkt der Schaltbrücke) abgegriffen. Angesteuert werden beide MOSFETs jeweils über ihren Gate-Anschluss (Steueranschluss). Der Source-Anschluss des LSS liegt auf dem ruhigen negativen Potential der DC- Versorgungsspannung, während bei der Verwendung eines n-Kanal-MOSFETs auch für den HSS dessen Source-Anschluss das HF-Ausgangssignal führt. Daher muss auch die Steuerspannung (Gate-Source-Spannung) des HSS relativ zu dem HF- Ausgangssignal mit seinem schnell wechselnden (floatenden) hohen Potentialunterschied liegen, was bei einem Ansteuersignalgenerator, die auf einem ruhigen Potential liegt, eine komplizierte Potentialtrennung bei der Übertragung der Steuerspannung erfordert und durch die verglichen mit der HF-Ausgangsspannung kleine Steuerspannung die Gefahr einer falschen Ansteuerung des HSS birgt.

Bei spannungsgespeisten Halbbrücken ist es wesentlich, dass sich niemals beide schaltenden Elemente gleichzeitig im leitenden Zustand befinden, weil sonst die Versorgungsspannung kurzgeschlossen würde. Dies ist bei steigender Frequenz immer schwieriger sicherzustellen. Zeitverzögerungen beim Ein- und Ausschalten der schaltenden Elemente ergeben sich hierbei vor allem aus der induktiven Wirkung der Zuleitungen und aus Umladevorgängen der inneren Kapazitäten der schaltenden Elemente, die darüber hinaus bei den einzelnen schaltenden Elementen unterschiedlich lang dauern können.

Beim Klasse-E-Verstärker ist der HSS durch eine Drossel ersetzt, die einen DC- Stromfluss zum Ausgang der Schaltung (entspricht Mittelpunkt beim Klasse-D- Verstärker) bereitstellt. Ein geschlossenes Schaltelement (entspricht LSS beim Klasse-D-Verstärker) bewirkt eine niedrige Spannung am Ausgang der Schaltung, was einen Stromfluss durch die Drossel auslöst; dieser Stromfluss bleibt nach Öffnen des Schaltelements durch die Selbstinduktion der Drossel erhalten, was eine hohe Spannung am Mittelpunkt erzeugt.

Der Klasse-D-Betrieb bietet gegenüber dem Klasse-E-Betrieb den Vorteil, dass die Spannungen an den als Transistoren ausgebildeten schaltenden Elementen auf die DC-Versorgungsspannung begrenzt sind, während beim Klasse-E-Betrieb die Sperrspannungen an den Transistoren auf über das Dreifache der Versorgungsspannungen ansteigen können. Der Klasse-D-Betrieb weist allerdings gegenüber dem Klasse-E-Betrieb den Nachteil auf, dass eine sehr präzise Synchronisation der zusammenwirkenden schaltenden Elemente notwendig ist, die bei steigender Schaltfrequenz zunehmend schwierig wird, und dass der Bezugspunkt für die Ansteuerung des HSS relativ zu einem schnell wechselnden Potential erfolgen muss.

Beispiele für Klasse D- und Klasse-E-Verstärker finden sich in der US 7,180,758 B2.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung bereit zu stellen, die die genannten Nachteile des Klasse-D- bzw. Klasse-E-Betriebs reduziert oder vermeidet und die Vorteile kombiniert.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Plasmaleistungsversorgung der eingangs genannten Art, wobei eine Hilfsschaltung zur Erzeugung eines Ansteuersignals für das zweite Schaltelement in Folge einer Betriebszustandsänderung des ersten Schaltelements vorgesehen ist. Die Begriffe „Schaltelement" und „schaltendes Element" sind gleichbedeutend und austauschbar. Das zweite Schaltelement wird erfindungsgemäß selbsttätig, passiv, nicht aktiv, also ohne eine, bzw. unabhängig von einer Gerätesteuerung, angesteuert. Im Vergleich zum konventionellen Klasse-E-Verstärker treten keine großen Spannungsüberschwünge auf. Da keine aktive Ansteuerung (und somit kein aktiver Ansteuersignalgenerator) des zweiten Schaltelements notwendig ist, können Bauteile eingespart werden, sodass die Anordnung kostengünstiger aufgebaut werden kann. Zudem ist für das zweite Schaltelement weder ein Treiber noch eine Treiberansteuerung notwendig. Probleme, die im Stand der Technik auftreten, da der Treiber bzw. die Treiberansteuerung auf einem floatenden Potenzial des zweiten Schaltelements liegen, werden vermieden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung erfolgt weiterhin eine selbsttätige Synchronisation der beiden schaltenden Elemente. Dadurch besteht im Gegensatz zum klassischen Klasse-D-Verfahren nicht die Gefahr, dass beide schaltenden Elemente gleichzeitig einschalten und ein Kurzschluss entsteht. Zusammenfassend enthält die HF-Leistungsverstärkeranordnung wie ein Verstärker der Klasse E nur ein aktiv angesteuertes schaltendes Element, begrenzt aber wie ein Verstärker der Klasse D dessen Betriebsspannung im Wesentlichen auf die Versorgungsspannung. Das erste und/oder zweite Schaltelement kann als Bipolartransistor, Feldeffekttransistor, insbesondere MOSFET, oder IGBT ausgebildet sein. Besondere Vorteile bietet die Ausgestaltung als MOSFET ₁ da diese Bauelemente kostengünstig sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Die Hilfsschaltung kann eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweisen, die mittelbar oder unmittelbar mit dem Mittelpunkt der Schaltbrücke verbunden ist. Durch die Signalverarbeitungseinrichtung kann das Ansteuersignal für das zweite Schaltelement aufgrund von Signalen generiert werden, die mit dem Strom oder der Spannung im Mittelpunkt in Beziehung stehen. Die Signalverarbeitungseinrichtung muss nicht durch eine externe Steuerung oder einen externen Signalgenerator angesteuert werden.

In einer besonders einfachen Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung lediglich einen Leiterabschnitt aufweisen, wobei der Leiterabschnitt den Steueranschluss des zweiten Schaltelements mit dem Mittelpunkt verbinden kann.

Die Hilfsschaltung kann einen Kondensator umfassen, der zwischen das zweite Schaltelement und den Mittelpunkt der Schaltbrücke oder das zweite Schaltelement und ein Potenzial, insbesondere das positive Potenzial, der DC-Leistungsstrom- versorgung geschaltet ist. Am Ende einer leitenden Phase des ersten Schaltelements sperrt dieses und leitet ein Umschwingen der Ausgangsspannung (Spannung am Mittelpunkt) ein. Sobald die Ausgangsspannung über die positive DC- Leistungsstromversorgungsspannung steigt, wird die Body-Diode des zweiten Schaltelements leitend. Der Rückwärtsstrom durch die Body-Diode des zweiten Schaltelements lädt nun den in Reihe mit diesem liegenden Kondensator auf. Die Spannung dieses Kondensators ist gleichzeitig die Gate-Ansteuerspannung des zweiten Schaltelements, sodass dieses nun leitend wird und so lange leitend bleibt, bis nach Stromkommutierung der Kondensator wieder auf weniger als die zum Einschalten benötigte Schwellspannung entladen ist. Das zweite Schaltelement ist also selbstschaltend und somit automatisch mit dem ersten Schaltelement synchronisiert. Die Kapazität des Kondensators kann mindestens doppelt so groß, insbesondere mindestens fünfmal so groß, vorzugsweise mindestens zehnmal so groß sein, wie die Kapazität zwischen den Leistungsanschlüssen (Drain und Source) des ersten Schaltelements. Eine überhöhte Spannung am Mittelpunkt wird dadurch durch das zweite Schaltelement zuverlässig zum positiven Anschluss der DC-Leistungs- stromversorgung abgeleitet.

Es kann eine Drossel parallel zum zweiten Schaltelement vorgesehen sein. Insbesondere wird ein DC-Stromfluss auch bei ausgeschaltetem zweitem Schaltelement sichergestellt. Die Drossel kann derart ausgelegt sein, dass sich der Strom durch die Drossel während einer Periode der Grundfrequenz um weniger als 20 % ändert. Dadurch kann ein Schaltverhalten ähnlich dem Klasse-E-Prinzip realisiert werden. Die Ladung des Induktionsstroms der Drossel kann in einem Kondensator, der in Serie zum zweiten Schaltelement angeordnet ist, gespeichert werden.

Die Hilfsschaltung kann eine Spule oder einen Spulenabschnitt umfassen, deren/dessen eines Ende mit dem Mittelpunkt und deren anderes Ende mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist. Durch eine solche Spule kann beim Ausschalten des ersten Schaltelements eine Spannung erzeugt werden, die ausreicht, um das zweite Schaltelement einzuschalten. Die Spule kann als separate Spule in Serie zu einer Primärwicklung eines Ausgangsübertragers vorgesehen und mit dieser magnetisch gekoppelt sein oder als Spulenabschnitt Bestandteil einer Primärwicklung eines Ausgangsübertragers sein, wobei der Mittelpunkt mit einer Anzapfung der Primärwicklung verbunden ist. Dies bedeutet, dass die Primärwicklung des Ausgangsübertragers gegenüber der herkömmlichen Ausführung verlängert ist und eine Anzapfung aufweist.

Alternativ kann die Spule als Spulenabschnitt Bestandteil einer Drossel sein, die parallel zum zweiten Schaltelement geschaltet ist, wobei der Mittelpunkt mit einer Anzapfung der Drossel verbunden ist. Die Spule könnte jedoch, genauso wie sie in Serie zu einer Primärwicklung des Ausgangsübertragers angeordnet sein könnte, als separate Spule in Serie zu der Drossel angeordnet und mit dieser magnetisch gekoppelt sein. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann einen Filter, insbesondere einen Hoch-, Tief- oder Bandpassfilter, oder einen Resonanzkreis umfassen. Dadurch kann die Signalform des Ansteuersignals des zweiten Schaltelements eingestellt werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann auch aktive Bauteile enthalten. Sie braucht jedoch nicht an eine Steuerung, insbesondere einen aktiven Signalgenerator, angeschlossen sein, die ein Signal vorgibt.

Alternativ oder zusätzlich kann weiterhin die Signalverarbeitungseinrichtung einen Spannungsteiler und/oder ein Dämpfungsglied umfassen. Der Spannungsteiler kann durch eine Verstärkeranordnung realisiert werden, die einen Verstärkungsfaktor < 1 hat. Ein Dämpfungsglied, wie beispielsweise ein gedämpfter Serienresonanzkreis, kann zur Formung des Ansteuersignals des zweiten Schaltelements dienen.

Die Signalverarbeitungseinrichtung kann einen oder mehrere Verstärker umfassen. Insbesondere können Eingangssignale der Signalverarbeitungseinrichtung verstärkt werden.

Wenn die Signalverarbeitungseinrichtung einen Übertrager aufweist, kann eine galvanische Trennung in der Signalverarbeitungseinrichtung erfolgen.

Die Signalverarbeitungseinrichtung kann mit mehreren Elementen der Hilfsschaltung verbunden sein. Dies bedeutet, dass das Ansteuersignal für das zweite Schaltelement unter Berücksichtigung mehrerer Signale der Hilfsschaltung generiert wird. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann daher mehrere Eingänge umfassen, beispielsweise für einen Messwert der Mittelpunktsspannung oder einen Strom oder eine Spannung die an einem Ende einer Spule anliegen.

Parallel zum ersten Schaltelement kann ein Kondensator geschaltet sein. Durch diesen Kondensator kann das Einschalten des zweiten Schaltelements nach dem Abschalten des ersten Schaltelements verzögert werden.

Es kann ein Ausgangsnetwerk vorgesehen sein, das an den Mittelpunkt angeschlossen ist und an dessen Ausgangsanschluss ein HF-Ausgangssignal abgreifbar ist. Durch das Ausgangsnetzwerk können Strom und Spannung zueinander verschoben werden, um am Mittelpunkt eine geeignete Spannung gegenüber dem Source-Anschluss des zweiten Schaltelements zu erhalten, sodass ein zuverlässiges Ein- und Ausschalten des zweiten Schaltelements sichergestellt ist.

Das Ausgangsnetzwerk kann auf die Grundfrequenz abgestimmt sein. Dies bedeutet, dass ein Signal, welches die Grundfrequenz aufweist, und welches am Ausgang erwünscht ist, durchgelassen wird. Andere Frequenzen, insbesondere Harmonische der Grundfrequenz, werden ausgefiltert. Das Ausgangsnetzwerk kann auch gegenüber der Grundfrequenz absichtlich verstimmt, also auf eine von der Grundfrequenz geringfügig abweichende Frequenz abgestimmt sein. Dadurch erreicht man bestimmte Kurvenformen und Zeitabstände der Spannung am Mittelpunkt der Schaltbrücke und des Stroms durch das Ausgangsnetzwerk.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer Plasmastromversorgung, umfassend eine HF-Leistungsverstärkeranordnung mit einer DC-Leistungsstromversorgung und einer daran angeschlossenen Schaltbrücke, die zwei zumindest mittelbar in Serie geschaltete Schaltelemente enthält und deren Mittelpunkt den Schaltbrückenausgang bildet, wobei das erste Schaltelement über einen aktiven Ansteuersignalgenerator angesteuert wird. Ein Ansteuersignal für das zweite Schaltelement wird in Folge einer Betriebszustandsänderung des ersten Schaltelements erzeugt. Dadurch kann die Betriebsspannung des ersten Schaltelements im Wesentlichen auf die Versorgungsspannung begrenzt werden. Das erste Schaltelement wird dadurch geschützt. Es ist keine aktive Ansteuerung des zweiten Schaltelements notwendig. Es können Bauelemente gespart werden. Die Schaltung arbeitet sicher und zuverlässig.

Als Ansteuersignal für das zweite Schaltelement kann eine positive Spannung relativ zum Mittelpunktspotenzial der Schaltbrücke erzeugt werden. Dadurch kann das zweite Schaltelement eingeschaltet werden. Das Ansteuersignal kann dabei ohne aktiven Signalgenerator erzeugt werden.

Das zweite Schaltelement kann dabei derart angesteuert werden, das es zunächst Stromfluss von Ladung in einer ersten Richtung durchlässt und Stromfluss in umgekehrter Richtung erst sperrt, wenn ein Teil der in erster Richtung geflossenen Ladung in umgekehrter Richtung abgeflossen ist.

Der Spannungsverlauf und Stromverlauf am ersten Schaltelement können so zueinander verschoben werden, dass die Spannung über dem ersten Schaltelement zum Zeitpunkt dessen Einschaltens < 30 %, vorzugsweise < 20 % der Potenzialdifferenz zwischen den Potenzialen der DC-Leistungsstromversorgung ist. Dadurch lassen sich geringe Schaltverluste realisieren.

Parallel zu dem zweiten Schaltelement kann eine Drossel verwendet werden, die so dimensioniert ist, dass sich der Strom durch die Drossel während einer Periode der Grundfrequenz um weniger als 20 % ändert. Dadurch wird eine konstante Stromversorgung des ersten Schaltelements sichergestellt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer HF-Leistungsverstärkeranordnung;

Fig. 2 eine erste detailliertere Darstellung einer HF-

Leistungsverstärkeranordnung;

Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung einer HF-Leistungsverstärkeranordnung;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer HF-Leistungsverstärkeranordnung;

Fig. 5 eine Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 4; Fig. 6a - 6g unterschiedliche mögliche Ausgestaltungen einer Signalverarbeitungseinrichtung;

Fig. 7a der Spannungsverlauf über dem schaltenden Element eines Klasse-E-

Verstärkers;

Fig. 7b der Spannungsverlauf über dem unteren schaltenden Element einer

Schaltbrücke, die im Klasse-D-Betrieb betrieben wird;

Fig. 7c der Spannungsverlauf über dem ersten schaltenden Element der erfindungsgemäßen HF-Leistungsverstärkeranordnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines HF-Leistungsgenerators 10 mit einer HF-Leistungsverstärkeranordnung 11 , die eine Schaltbrücke 12 aufweist. Die Schaltbrücke 12 umfasst die zwei in Serie geschaltete Schaltelemente S1 und S2. Die Schaltbrücke 12 ist sowohl an das positive Potenzial 13 als auch das negative Potenzial 14 einer DC-Leistungsstromversorgung angeschlossen. Mit M ist der Mittelpunkt der Serienschaltung aus den Schaltelementen S1 und S2 bezeichnet. Der Mittelpunkt M stellt den Ausgangsanschluss der Schaltbrücke 12 dar. An den Mittelpunkt M ist ein Ausgangsnetzwerk 15 angeschlossen, welches im Ausführungsbeispiel einen Ausgangsübertrager 16 aufweist, an den eine Plasmalast 17 angeschlossen ist. Das Ausgangsnetzwerk 15 kann zusätzlich zum Ausgangsübertrager 16 Serienkondensatoren, Serieninduktivitäten, Schwingkreise, Anzapfungen des Ausgangsübertragers etc. haben. Auch Ausgangsnetzwerke 15 ohne Ausgangsübertrager 16 sind denkbar. Außerdem kann das Ausgangsnetzwerk 15 einen Spartransformator enthalten.

Die Plasmalast 17 ist nur als Impedanz dargestellt. Die Last kann jedoch auch zusätzlich noch ein Impedanzanpassungsnetzwerk aufweisen. An dem Punkt X kann noch eine weitere Schaltbrücke angeschlossen sein. Alternativ kann der Punkt X wechselstrommäßig mit Masse verbunden sein, wie dies im gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Kondensatoren 18.1 , 18.2 erfolgt. Das erste Schaltelement S1 wird durch einen Treiber 19 angesteuert, der wiederum an einen nicht gezeigten aktiven Ansteuersignalgenerator, z.B. eine Gerätesteuerung, angeschlossen ist. Das Ansteuersignal des schaltenden Elements S1 wird daher aktiv durch einen Signalgenerator erzeugt. Das Ansteuersignal des zweiten Schaltelements S2 wird durch eine Signalverarbeitungseinrichtung 20 erzeugt. Mit der Signalverarbeitungsrichtung 20 sind unterschiedliche Bauelemente 21 , 22, 23 verbunden. Diese Bauelemente sowie das Bauelement 26 bilden zusammen mit der Signalverarbeitungseinrichtung 20 eine Hilfsschaltung.

Um das zweite Schaltelement S2 einzuschalten, muss die Signalverarbeitungseinrichtung 20 zusammen mit den Bauelementen 21 , 22, 23 dafür sogen, dass das Potenzial am Steueranschluss 24 des Schaltelements S2 über dem Potenzial am (Leistungs)anschluss 25 des zweiten Schaltelements S2 liegt, das somit auch das Bezugspotential der Signalverarbeitungseinrichtung 20 ist. Bis auf Spannungsabfälle, die im Bauelement 21 erzeugt werden können, ist dieses Potenzial im Wesentlichen das Potenzial des Mittelpunkts M . Die Ansteuerung des zweiten Schaltelements S2 durch die Signalverarbeitungseinrichtung 20 erfolgt passiv, d.h. ohne Signal von der Gerätesteuerung.

Bei der Ausführungsform in der Figur 2 ist die Signalverarbeitungseinrichtung 20 lediglich als Leitungsabschnitt 30 ausgebildet, der den Mittelpunkt M mit dem Steueranschluss 24 des zweiten Schaltelements S2 verbindet. Das Bauelement 21 ist als Kondensator ausgebildet und das Bauelement 23 ist als Drossel ausgebildet. Das Ausgangsnetzwerk 15 umfasst einen Serienschwingkreis. Der Kondensator 31 parallel zum ersten Schaltelement S1 ist optional. Deshalb sind die Verbindungsleitungen gestrichelt dargestellt.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die HF-Leistungsverstärkungsanordnung 11 als Klasse-E-Verstärker mit zusätzlichem Schaltelement S2 ausgebildet. Durch das als Drossel ausgebildete Bauelement 23 wird der Stromfluss zum Mittelpunkt M annähernd konstant gehalten. Wenn das erste Schaltelement S1 abgeschaltet wird, bewirkt der induzierte Stromfluss durch das Bauelement 23 eine Anhebung des Potenzials im Mittelpunkt M über das positive Potenzial 13 der DC- Leistungsstromversorgung. Der durch das Bauelement 21 und das zweite Schaltelement S2 fließende Strom (zunächst fließt Strom nur durch die Body-Diode oder die parasitäre Kapazität des Schaltelements S2) bewirkt, dass der Steueranschluss 24 bzw. das Potenzial am Steueranschluss 24 positiver wird als das Potenzial an dem Anschluss 25. Das zweite Schaltelement S2 beginnt zu leiten. Die vom Stromfluss durch das Bauteil 23 stammende Ladung wird im Bauteil 21 gespeichert oder stärkt den Stromfluss durch das Ausgangsnetzwerk 15 nach der Stromrichtungsumkehr. Das Bauteil 21 und das leitende Schaltelement S2 begrenzen die Spannung im Mittelpunkt M auf einen Wert, der nur geringfügig über dem positiven Potenzial 13 der Leistungsgleichstromversorgung liegt. Mit dem Kondensator (Bauteil 21), dem Bauteil 23 und dem Serienschwingkreis im Ausgangsnetzwerk 15 kann die Kurvenform des Spannungsverlaufs im Mittelpunkt M kontrolliert werden. Der optionale Kondensator 31 parallel zum schaltenden Element S1 verzögert das Einschalten des zweiten Schaltelements S2 nach dem Abschalten des ersten Schaltelements S1 und nimmt auch sonst Einfluss auf die Kurvenform.

Bei der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform einer HF-Leistungsverstärkeranordnung weist das Ausgangsnetzwerk 15 einen Ausgangsübertrager 16 auf, der eine Primärspule 35 umfasst. Die Primärspule 35 ist gegenüber der konventionellen Ausführung um einen Spulenabschnitt 36 verlängert. Der Mittelpunkt M ist mit dem einen Ende des Spulenabschnitts 36 verbunden. Dies bedeutet, dass die Primärwicklung 35 eine Anzapfung 37 aufweist. Das andere Ende des Spulenabschnitts 36 ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung 20 verbunden, die ein Ansteuersignal für das zweite Schaltelement S2 erzeugt. Der Spulenabschnitt 36 ist somit sowohl mit dem Mittelpunkt M als auch mit der Signalverarbeitungseinrichtung 20 verbunden und die Signalverarbeitungseinrichtung 20 ist dadurch mittelbar mit dem Mittelpunkt M verbunden.

Wenn das schaltende Element S1 abgeschaltet wird, bewirkt die in der Primärwicklung 35 induzierte Spannung eine Spannungsüberhöhung an M. Am Ende des Spulenabschnitts 36, das mit der Signalverarbeitungseinrichtung 20 verbunden ist, ist die Spannungsüberhöhung noch höher. Diese Spannungsüberhöhung wird über die Signalverarbeitungseinrichtung 20 an den Steueranschluss 24 des schaltenden Elements S2 gelegt. Das Potenzial am Steueranschluss 24 ist höher als das Potenzial am Mittelpunkt M, an dem der Anschluss 25 des schaltenden Elements S2 liegt. Dadurch schaltet das schaltende Element S2 ein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel fehlen die Bauelemente 21 und 23. Dies bedeutet, dass im Wesentlichen ein Klasse-D-Verstärker realisiert wird. Die Kurvenform der Spannung im Mittelpunkt M kann durch weitere Impedanzen im Ausgangsnetzwerk 15 eingestellt werden.

Zum ersten Einschalten des schaltenden Elements S1 kann eine Drossel zwischen dem Mittelpunkt M und dem positiven Potenzial 13 der DC- Leistungsstromversorgung vorgesehen sein, die jedoch für den weiteren Betrieb keinen Einfluss hat.

Die Spannungsüberhöhung, die durch den Spulenabschnitt 36 bewirkt wird, kann auch im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 vorgesehen sein.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist wiederum ein als Drossel ausgebildetes Bauelement 23 vorgesehen, wobei eine Anzapfung 40 einen Spulenabschnitt 41 definiert, durch den wiederum eine Spannungsüberhöhung erfolgt. Beim Abschalten des schaltenden Elements S1 wird durch den weiter durch das Bauelement 23 fließenden Strom und insbesondere durch dessen Verlängerung durch den Spulenabschnitt 41 eine Spannungsüberhöhung erzeugt, die über die Signalverarbeitungseinrichtung 20 an den Steueranschluss 24 gelegt wird. Dadurch wird das Potenzial am Steueranschluss 24 über das Potenzial im Mittelpunkt M, welches das Bezugspotenzial des schaltenden Elements S2 darstellt, erhöht, sodass das schaltende Element S2 einschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Bauelement 26 als Kondensator ausgebildet. An Stelle des Bauelements 26 kann jedoch auch ein Bauelement 21 , welches als Kondensator ausgebildet ist, zwischen dem schaltenden Element S2 und dem Mittelpunkt M vorgesehen sein (Figur 5).

Wenn nur das Bauelement 26 vorgesehen ist, sind die schaltenden Elemente S1 und S2 unmittelbar miteinander verbunden, wenn statt des Bauelements 26 das Bauelement 21 zwischen dem schaltenden Element S1 und dem schaltenden Element S2 vorgesehen ist, sind die schaltenden Elemente S1 , S2 mittelbar miteinander verbunden.

In der Figur 5 ist weiterhin zu sehen, dass der Signalverarbeitungseinrichtung 20 nicht nur das am Ende des Spulenabschnitts 41 vorhandene Signal zugeführt wird, sondern dass sie auch mit dem Anschluss 25 des schaltenden Elements S2 verbunden ist, so dass der Signalverarbeitungseinrichtung 20 das Bezugspotenzial des schaltenden Elements S2 zur Verfügung gestellt wird. Die Signalverarbeitungseinrichtung 20 ist sowohl über den Spulenabschnitt 41 als auch über das Bauelement 21 mittelbar mit dem Mittelpunkt M verbunden. Unter Berücksichtigung dieser Signale wird in der Signalverarbeitungseinrichtung 20 ein Ansteuersignal für das schaltende Element S2 ermittelt.

Zusätzlich könnte auch noch vorgesehen sein, dass die Primärspule 35 um einen Spulenabschnitt verlängert ist, um weiterhin zur Spannungserhöhung beizutragen.

In den Figuren 6a bis 6g sind unterschiedliche Ausführungsformen der Signalverarbeitungseinrichtung 20 dargestellt. Die Anschlüsse auf der linken Seite stellen dabei die Eingangsanschlüsse der Signalverarbeitungseinrichtung 20 und der rechte Anschluss den Ausgangsanschluss, der mit dem Steueranschluss 24 verbunden ist, dar. Mit dieser Signalverarbeitungseinrichtung 20 lassen sich Amplitude, Kurvenverlauf und Zeitverhalten des Ansteuersignals für S2 beeinflussen.

In Figur 6a ist die Signalverarbeitungseinrichtung 20 lediglich durch einen Leiterabschnitt 30 ausgebildet. Durch diesen werden der Signaleingang 45 und der Ausgangsanschluss 80 verbunden.

In der Ausführungsform gemäß Figur 6b ist in der Signalverarbeitungseinrichtung 20 ein RC-Tiefpassfilter ausgbildet, durch den die Ansteuerspannung des zweiten Schaltelements S2 geformt wird. Der Anschluss 46 ist mit einem Bezugspotenzial verbunden, welches im Bereich des Bezugspotenzials des zweiten Schaltelements S2 liegt. Beispielsweise kann der Anschluss 46 mit dem Source-Anschluss (Anschluss 25) des schaltenden Elements S2 oder mit dem Mittelpunkt M verbunden sein. In der Ausführungsform gemäß Figur 6c weist die Signalverarbeitungseinrichtung 20 einen Übertrager 47 auf, der primärseitig mit dem Anschluss 45 und sekundärseitig mit dem Anschluss 80 verbunden ist. Die Anschlüsse 46.1 und 46.2 sind wiederum mit einem Bezugspotenzial verbunden, welches im Bereich des Bezugspotenzials des zweiten Schaltelements S2 liegt und beispielsweise das Potenzial des Mittelpunkts M sein kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6d weist die Signalverarbeitungseinrichtung 20 zwei Signaleingänge 45.1 , 45.2 auf, die jeweils mit einem Verstärker 48, 49 verbunden sind. Die Ausgangssignale der Verstärker 48, 49 werden in einem Addierer 50 addiert. Hier kann auch noch eine konstante Spannung U zusätzlich addiert werden. Die Verstärkung der Verstärker 48, 49 kann auch < 1 sein. Das Ausgangssignal des Addierers 50 wird über den Anschluss 80 an den Steueranschluss 24 gegeben. Wenn die Verstärker 48, 49 eine Verstärkung < 1 haben, können sie durch einen Spannungsteiler realisiert werden.

In der Figur 6e ist eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungseinrichtung 20 gezeigt, die einen als Diode ausgebildeten Gleichrichter 51 mit nachfolgendem Tiefpassfilter 52, der zwei Widerstände 53, 54 und einen Kondensator 55 umfasst, aufweist. Diode 51 und Tiefpassfilter 52 führen zu einem schnellen Anstieg und zu einem langsamen Abfall des Ansteuersignals.

In der Figur 6f ist eine Signalverarbeitungseinrichtung 20 gezeigt, die einen gedämpften Serienschwingkreis 56 aufweist. Der Serienschwingkreis weist eine Serienschaltung einer Spule 57 und eines Kondensators 58 sowie parallel dazu einen Widerstand 59 auf.

In der Figur 6g ist ein Hochpassfilter 60, bestehend aus einem Kondensator 61 und einem Widerstand 62 gezeigt, die die Signalverarbeitungseinrichtung 20 darstellen.

In der Figur 7a ist der Spannungsverlauf 70 am oberen Anschluss des schaltenden Elements S1 dargestellt, wenn ein herkömmlicher Klasse-E-Betrieb durchgeführt wird. Beim herkömmlichen Klasse-E-Betrieb ist in der Regel das zweite Schaltelement S2 nicht vorhanden, sondern lediglich eine Drossel, durch die das schaltende Element S1 mit dem positiven Potenzial der DC- Leistungsstromversorgung verbunden ist. Wie sich aus der Figur 7a entnehmen lässt, ist die maximale Spannung deutlich höher als das positive Potenzial 13 der DC-Leistungsstromversorgung. Somit können Situationen eintreten, in denen eine sehr hohe Spannung über dem Schaltelement S1 anliegt.

In der Figur 7b ist der Spannungsverlauf 71 am Mittelpunkt M bzw. über dem unteren Schaltelement S1 einer Schaltbrücke gezeigt, die im Klasse-D-Betrieb betrieben wird. Bis auf einen kleinen Überschwinger 72 wird die Spannung auf das positive Potenzial 13 der DC-Leistungsstromversorgung begrenzt.

In der Figur 7c ist der Spannungsverlauf 72 gezeigt, der sich bei der erfindungsgemäßen HF-Leistungsverstärkeranordnung einstellt. Es ist zu erkennen, dass die Spannung 73 im Wesentlichen auf das positive Potenzial 13 der DC- Leistungsstromversorgung begrenzt ist.