電壓型直流電源裝置以及電壓型直流電源裝置的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電壓型直流電源裝置及其控制方法，例如涉及一種在等離子發生裝置等負載中所使用的電壓型直流電源裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]在等離子發生用裝置中使用的直流電源裝置，要求在電弧發生時抑制過剩電流，高速地進行電弧的消弧。電壓型直流電源存在如下的問題:因與輸出連接的大的電容器在電弧發生時流過過剩的放電電流，或為了補償電弧發生時的輸出電壓下降使輸出進一步增加，從而使電弧長時間化等向負載的影響增加。
[0003]作為電弧放電的對應方法，已知的有如下的方法等:
[0004](I)暫停電源，經過一定時間后重新開始運轉。
[0005](2)通過由電抗和電容器的組合構成的LC振動電路產生逆電壓而使電弧自身消弧。
[0006](3)通過基于半導體開關元件的逆電壓產生電路產生逆電壓而使電弧自身消弧。
[0007]在這些對應方法中被指出存在如下的問題:在電弧放電頻繁發生的情況下無法控制輸出電流，或在正常放電的重新開始時產生時間延遲。
[0008]為了解決上述課題，提出了如下的等離子用直流電源裝置:作為逆變器使用電流型逆變器，作為電流源控制電流型逆變器的開關動作，由此控制向等離子發生裝置的供給電量(專利文獻I)。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特開2004-40962號公報(段落
[0002]?段落
[0027])
【發明內容】
[0012]發明要解決的課題
[0013]在專利文獻I中提出的等離子用直流電源裝置，是通過控制電流型逆變器的開關動作來控制向等離子發生裝置的供給量，并通過電流源動作供給穩定的直流電力的電流型直流電源裝置。也就是說，不是作為電壓源而是作為電流源控制電力，由此能夠進行穩定的控制。
[0014]因此，并沒有已知如下的電壓型直流電源:其在電流源中沒有變更，維持電壓源的結構，能夠在電弧發生時抑制過剩電流，并能夠迅速進行電弧消弧后的直流輸出的供給恢復。
[0015]本發明的目的是解決上述的以往的問題點，在電壓型直流電源裝置中，在電弧發生時抑制從逆變器向負載側的過剩電流的供給。
[0016]用于解決課題的手段
[0017]在將等離子發生裝置作為負載，供給直流電力的情況下，在負載即等離子發生裝置中發生了電弧放電時，停止從電壓型直流電源裝置向等離子發生裝置的直流電力的供給，由此抑制過剩電流來減少電極或基板的損傷。并且，在電弧放電消弧時，恢復從電壓型直流電源裝置向等離子發生裝置的直流電力的供給。
[0018]本發明的電壓型直流電源裝置，在電弧發生時保持流過電壓型直流電源裝置的直流電流，抑制向負載側的供給，并在電弧消弧后的電壓型直流電源裝置的直流輸出的供給恢復時，使用所保持的直流電流迅速地進行向負載的直流輸出的供給。
[0019]在電壓型直流電源裝置的直流輸出的停止/恢復中，在停止時使斬波部從逆變器分離，由此抑制電弧發生時的向負載的過剩電流來高速地進行電弧的消弧。并且，保持此時流過斬波部的電流作為循環電流，并在重新啟動逆變器時將所保持的循環電流供給到負載，由此減少電壓型直流電源裝置的直流輸出的恢復時的、向負載的直流電力的供給延遲。在此，逆變器可以是單相逆變器或多相逆變器，以下簡單地用逆變器進行表述。
[0020]本發明包括電壓型直流電源裝置的形態和直流電源裝置的控制方法的形態。
[0021][直流電源裝置]
[0022]本發明的電壓型直流電源裝置具備:電壓型降壓斬波部，其構成直流源；逆變器，其具有由第I開關元件?第4開關元件這4個開關元件構成的電橋電路，并通過開關元件的動作將電壓型降壓斬波部的直流輸出變換為單相的交流電力；整流部，其對逆變器的輸出進行交直變換，并將得到的直流供給到負載；控制部，其控制電壓型降壓斬波部和逆變器；以及短路部，其在電壓型降壓斬波部和逆變器之間，通過短路開關元件使電壓型降壓斬波部的正端子和負端子之間短路。
[0023]在通常的電力供給動作中，電壓型降壓斬波部將直流電力的電壓變換為預定電壓而輸出直流電壓。逆變器通過多個開關元件的動作切換電流路徑，由此將電壓型降壓斬波部的直流輸出變換為單相的交流電力。整流部通過交直變換將由逆變器進行變換而得的交流電力變換為直流電力，并將變換后的直流電力供給到負載。
[0024]在向負載供給直流電力的動作狀態中，在負載即等離子發生裝置中發生電弧放電時，負載電壓下降，并且從電源側向負載流過過剩電流。本發明的電壓型直流電源裝置，在發生了該電弧放電時，停止從電源側向負載的電力供給，之后，在電弧放電消弧后，恢復從電源側向負載的電力供給。
[0025]控制部在發生了電弧放電的時間點，將逆變器部的開關元件設為斷開狀態，將所述電壓型降壓斬波部的開關元件設為斷開狀態，將短路部的短路開關元件設為接通狀態，通過電壓型降壓斬波部的電感器和二極管以及短路部的所述短路開關元件形成循環電路。在電弧放電消弧的時間點或從電弧放電發生后經過了預定的設定時間的時間點，將逆變器部的開關元件設為接通狀態，將電壓型降壓斬波部的開關元件設為接通狀態，將短路部的短路開關元件設為斷開狀態，向逆變器供給流過循環電路的循環電流。
[0026]電弧放電的消弧的有無，除了可以通過負載電壓等的電壓檢測來判定外，還可以預先設定電弧放電發生后到電弧放電消弧為止的時間，并根據該設定時間的經過來判斷是否消弧。
[0027]本發明所具備的短路部的形態可以是設在電壓型降壓斬波部和逆變器之間的、通過開關元件使電壓型降壓斬波部的正端子和負端子間斷續的短路電路。
[0028]本發明所具備的短路部的其他形態可以是設在電壓型降壓斬波部和逆變器之間的、作為使電壓型降壓斬波部的直流輸出升壓后向逆變器供給的升壓電路發揮功能的短路電路。
[0029]作為升壓電路發揮功能的短路電路具備:連接在電壓型降壓斬波部的正端子和負端子間的開關元件、連接在逆變器的輸入端之間的平滑電容器以及連接在平滑電容器的正端子間或負端子間的二極管。
[0030][電壓型直流電源裝置的控制方法]
[0031]本發明的電壓型直流電源裝置的控制方法，是具備以下各部的電壓型直流電源裝置的控制方法:電壓型降壓斬波部，其構成直流源；逆變器，其具有由第I開關元件?第4開關元件這4個開關元件構成的電橋電路，并通過開關元件的動作將電壓型降壓斬波部的直流輸出變換為單相的交流電力；整流部，其對逆變器的輸出進行交直變換，并將得到的直流供給到負載；短路部，其在電壓型降壓斬波部和逆變器間，通過短路開關元件使電壓型降壓斬波部的正端子和負端子間短路；以及控制部，其控制電壓型降壓斬波部和逆變器。
[0032]控制部，
[0033](a)在負載中發生了電弧放電的時間點，將逆變器部的開關元件設為斷開狀態，將電壓型降壓斬波部的開關元件設為斷開狀態，將短路部的短路開關元件設為接通狀態，通過電壓型降壓斬波部的電感器和二極管以及短路部的短路開關元件形成循環電路。
[0034](b)在電弧放電消弧為止或經過對認定為消弧來說充分的時間為止的期間，維持循環電路的循環電流。
[0035](C)在電弧放電消弧的時間點或從電弧發生后經過了預定的設定時間的時間點，將逆變器部的開關元件設為接通狀態，將電壓型降壓斬波部的開關元件設為接通狀態，將所述短路部的短路開關元件設為斷開狀態，向逆變器供給流過所述循環電路的循環電流。
[0036]發明效果
[0037]如以上說明所示，根據本發明，在電弧發生時能夠抑制從逆變器向負載側的電流供給。此外，在電弧發生時保持流過電壓型直流電源裝置的直流電流，并在電弧消弧后的電壓型直流電源裝置的直流輸出的供給恢復時，使用所保持的直流電流能夠迅速地進行向負載的直流輸出的供給。
【附圖說明】
[0038]圖1是用于說明本發明的電壓型直流電源裝置的結構例的概要框圖。
[0039]圖2是用于說明本發明的控制部的一結構例的概要框圖。
[0040]圖3是用于說明本發明的電壓型直流電源裝置的動作例的流程圖。
[0041]圖4是用于說明本發明的電壓型直流電源裝置的動作例的時序圖。
[0042]圖5是用于說明本發明的電壓型直流電源裝置的電弧放電消弧的電流的流動的圖。
[0043]圖6是用于說明逆變器的結構例的圖。
[0044]圖7是表示使用了本發明的逆變器的直流電源裝置的結構例的圖。
[0045]圖8是表示使用了本發明的逆變器的雙陰極電源裝置的結構例的圖。
【具體實施方式】
[0046]本發明涉及一種向等離子發生裝置等負載供給直流電力時，進行直流輸出的停止/恢復的電壓型直流電源裝置和電壓型直流電源裝置的控制方法。
[0047]在將等離子發生裝置作為負載來供給直流電力的情況下，在負載即等離子發生裝置中發生了電弧放電時，停止從電壓型直流電源裝置向等離子發生裝置的直流電力的供給，由此減少電極或基板的損傷。并且，在電弧放電消弧時，恢復從電壓型直流電源裝置向等離子發生裝置的直流電力的供給。
[0048]本發明在電壓型直流電源裝置的直流輸出的停止/恢復中，停止時保持流過斬波部的電流作為循環電流，在重新啟動逆變器時將所保持的循環電流供給到負載，由此在恢復電壓型直流電源裝置的直流輸出時，減少向負載的直流電力的供給延遲。
[0049]以下，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。以下，對于本發明的電壓型直流電源裝置以及控制方法，使用圖1、圖2說明電壓型直流電源裝置的結構例，使用圖3?圖5說明電壓型直流電源