CN105075087A - 电压型直流电源装置以及电压型直流电源装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

在具备逆变器的电压型直流电源装置中，在电弧发生时抑制从逆变器向负载侧的电流供给。在电压型直流电源装置的直流输出的停止/恢复中，停止时使斩波部从逆变器分离，由此抑制电弧发生时的向负载的过剩电流，高速地进行电弧的消弧，保持流过斩波部的电流作为循环电流，并在逆变器的重新启动时向负载供给所保持的循环电流，由此减少电压型直流电源装置的直流输出的恢复时的、向负载的直流电力的供给延迟。

Description

电压型直流电源装置以及电压型直流电源装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种电压型直流电源装置及其控制方法，例如涉及一种在等离子发生装置等负载中所使用的电压型直流电源装置及其控制方法。
背景技术
在等离子发生用装置中使用的直流电源装置，要求在电弧发生时抑制过剩电流，高速地进行电弧的消弧。电压型直流电源存在如下的问题：因与输出连接的大的电容器在电弧发生时流过过剩的放电电流，或为了补偿电弧发生时的输出电压下降使输出进一步增加，从而使电弧长时间化等向负载的影响增加。
作为电弧放电的对应方法，已知的有如下的方法等：
(1)暂停电源，经过一定时间后重新开始运转。
(2)通过由电抗和电容器的组合构成的LC振动电路产生逆电压而使电弧自身消弧。
(3)通过基于半导体开关元件的逆电压产生电路产生逆电压而使电弧自身消弧。
在这些对应方法中被指出存在如下的问题：在电弧放电频繁发生的情况下无法控制输出电流，或在正常放电的重新开始时产生时间延迟。
为了解决上述课题，提出了如下的等离子用直流电源装置：作为逆变器使用电流型逆变器，作为电流源控制电流型逆变器的开关动作，由此控制向等离子发生装置的供给电量(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-40962号公报(段落[0002]～段落[0027])
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1中提出的等离子用直流电源装置，是通过控制电流型逆变器的开关动作来控制向等离子发生装置的供给量，并通过电流源动作供给稳定的直流电力的电流型直流电源装置。也就是说，不是作为电压源而是作为电流源控制电力，由此能够进行稳定的控制。
因此，并没有已知如下的电压型直流电源：其在电流源中没有变更，维持电压源的结构，能够在电弧发生时抑制过剩电流，并能够迅速进行电弧消弧后的直流输出的供给恢复。
本发明的目的是解决上述的以往的问题点，在电压型直流电源装置中，在电弧发生时抑制从逆变器向负载侧的过剩电流的供给。
用于解决课题的手段
在将等离子发生装置作为负载，供给直流电力的情况下，在负载即等离子发生装置中发生了电弧放电时，停止从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给，由此抑制过剩电流来减少电极或基板的损伤。并且，在电弧放电消弧时，恢复从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给。
本发明的电压型直流电源装置，在电弧发生时保持流过电压型直流电源装置的直流电流，抑制向负载侧的供给，并在电弧消弧后的电压型直流电源装置的直流输出的供给恢复时，使用所保持的直流电流迅速地进行向负载的直流输出的供给。
在电压型直流电源装置的直流输出的停止/恢复中，在停止时使斩波部从逆变器分离，由此抑制电弧发生时的向负载的过剩电流来高速地进行电弧的消弧。并且，保持此时流过斩波部的电流作为循环电流，并在重新启动逆变器时将所保持的循环电流供给到负载，由此减少电压型直流电源装置的直流输出的恢复时的、向负载的直流电力的供给延迟。在此，逆变器可以是单相逆变器或多相逆变器，以下简单地用逆变器进行表述。
本发明包括电压型直流电源装置的形态和直流电源装置的控制方法的形态。
[直流电源装置]
本发明的电压型直流电源装置具备：电压型降压斩波部，其构成直流源；逆变器，其具有由第1开关元件～第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过开关元件的动作将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；整流部，其对逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；控制部，其控制电压型降压斩波部和逆变器；以及短路部，其在电压型降压斩波部和逆变器之间，通过短路开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子之间短路。
在通常的电力供给动作中，电压型降压斩波部将直流电力的电压变换为预定电压而输出直流电压。逆变器通过多个开关元件的动作切换电流路径，由此将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力。整流部通过交直变换将由逆变器进行变换而得的交流电力变换为直流电力，并将变换后的直流电力供给到负载。
在向负载供给直流电力的动作状态中，在负载即等离子发生装置中发生电弧放电时，负载电压下降，并且从电源侧向负载流过过剩电流。本发明的电压型直流电源装置，在发生了该电弧放电时，停止从电源侧向负载的电力供给，之后，在电弧放电消弧后，恢复从电源侧向负载的电力供给。
控制部在发生了电弧放电的时间点，将逆变器部的开关元件设为断开状态，将所述电压型降压斩波部的开关元件设为断开状态，将短路部的短路开关元件设为接通状态，通过电压型降压斩波部的电感器和二极管以及短路部的所述短路开关元件形成循环电路。在电弧放电消弧的时间点或从电弧放电发生后经过了预定的设定时间的时间点，将逆变器部的开关元件设为接通状态，将电压型降压斩波部的开关元件设为接通状态，将短路部的短路开关元件设为断开状态，向逆变器供给流过循环电路的循环电流。
电弧放电的消弧的有无，除了可以通过负载电压等的电压检测来判定外，还可以预先设定电弧放电发生后到电弧放电消弧为止的时间，并根据该设定时间的经过来判断是否消弧。
本发明所具备的短路部的形态可以是设在电压型降压斩波部和逆变器之间的、通过开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子间断续的短路电路。
本发明所具备的短路部的其他形态可以是设在电压型降压斩波部和逆变器之间的、作为使电压型降压斩波部的直流输出升压后向逆变器供给的升压电路发挥功能的短路电路。
作为升压电路发挥功能的短路电路具备：连接在电压型降压斩波部的正端子和负端子间的开关元件、连接在逆变器的输入端之间的平滑电容器以及连接在平滑电容器的正端子间或负端子间的二极管。
[电压型直流电源装置的控制方法]
本发明的电压型直流电源装置的控制方法，是具备以下各部的电压型直流电源装置的控制方法：电压型降压斩波部，其构成直流源；逆变器，其具有由第1开关元件～第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过开关元件的动作将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；整流部，其对逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；短路部，其在电压型降压斩波部和逆变器间，通过短路开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子间短路；以及控制部，其控制电压型降压斩波部和逆变器。
控制部，
(a)在负载中发生了电弧放电的时间点，将逆变器部的开关元件设为断开状态，将电压型降压斩波部的开关元件设为断开状态，将短路部的短路开关元件设为接通状态，通过电压型降压斩波部的电感器和二极管以及短路部的短路开关元件形成循环电路。
(b)在电弧放电消弧为止或经过对认定为消弧来说充分的时间为止的期间，维持循环电路的循环电流。
(c)在电弧放电消弧的时间点或从电弧发生后经过了预定的设定时间的时间点，将逆变器部的开关元件设为接通状态，将电压型降压斩波部的开关元件设为接通状态，将所述短路部的短路开关元件设为断开状态，向逆变器供给流过所述循环电路的循环电流。
发明效果
如以上说明所示，根据本发明，在电弧发生时能够抑制从逆变器向负载侧的电流供给。此外，在电弧发生时保持流过电压型直流电源装置的直流电流，并在电弧消弧后的电压型直流电源装置的直流输出的供给恢复时，使用所保持的直流电流能够迅速地进行向负载的直流输出的供给。
附图说明
图1是用于说明本发明的电压型直流电源装置的结构例的概要框图。
图2是用于说明本发明的控制部的一结构例的概要框图。
图3是用于说明本发明的电压型直流电源装置的动作例的流程图。
图4是用于说明本发明的电压型直流电源装置的动作例的时序图。
图5是用于说明本发明的电压型直流电源装置的电弧放电消弧的电流的流动的图。
图6是用于说明逆变器的结构例的图。
图7是表示使用了本发明的逆变器的直流电源装置的结构例的图。
图8是表示使用了本发明的逆变器的双阴极电源装置的结构例的图。
具体实施方式
本发明涉及一种向等离子发生装置等负载供给直流电力时，进行直流输出的停止/恢复的电压型直流电源装置和电压型直流电源装置的控制方法。
在将等离子发生装置作为负载来供给直流电力的情况下，在负载即等离子发生装置中发生了电弧放电时，停止从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给，由此减少电极或基板的损伤。并且，在电弧放电消弧时，恢复从电压型直流电源装置向等离子发生装置的直流电力的供给。
本发明在电压型直流电源装置的直流输出的停止/恢复中，停止时保持流过斩波部的电流作为循环电流，在重新启动逆变器时将所保持的循环电流供给到负载，由此在恢复电压型直流电源装置的直流输出时，减少向负载的直流电力的供给延迟。
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。以下，对于本发明的电压型直流电源装置以及控制方法，使用图1、图2说明电压型直流电源装置的结构例，使用图3～图5说明电压型直流电源装置的控制例。
[电压型直流电源装置的结构]
本发明的电压型直流电源装置具备：电压型降压斩波部，其构成直流源；逆变器，其具有由第1开关元件～第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过开关元件的动作将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；整流部，其对逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；控制部，其控制电压型降压斩波部和逆变器；以及短路部，其在电压型降压斩波部和逆变器之间，通过短路开关元件使电压型降压斩波部的正端子和负端子间短路。
在通常的电力供给动作中，电压型降压斩波部将直流电力的电压变换为预定电压来输出直流电压。逆变器通过第1开关元件～第4开关元件的动作切换电流路径，由此将电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力。整流部通过交直变换，将由逆变器进行变换而得的交流电力变换为直流电力，并将变换后的直流电力供给到负载。
在向负载供给直流电力的动作状态中，在负载即等离子发生装置中发生电弧放电时，负载电压下降，并且从电源侧向负载流过过剩电流。本发明的电压型直流电源装置，在发生了该电弧放电时，停止从电源侧向负载的电力供给，之后，在电弧放电消弧后恢复从电源侧向负载的电力供给。
电弧放电的消弧的有无，除了可以通过负载电压等的电压检测来进行判定外，还可以预先设定电弧放电发生后到电弧放电消弧为止的时间，并根据该设定时间的经过来判断为已消弧。
使用图1和图2说明本发明的电压型直流电源装置的结构例。
图1、图8所示的电压型直流电源装置1具备：电压型降压斩波部2，其构成直流源；逆变器3，其具有由第1开关元件～第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过开关元件的动作将电压型降压斩波部2的直流输出变换为单相的交流电力；整流部4，其对逆变器3的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；控制部5，其控制电压型降压斩波部2和逆变器3；以及短路部10，其在电压型降压斩波部2和逆变器3之间，通过短路用开关元件Q2使电压型降压斩波部2的正端子P和负端子N之间短路。该短路部10也作为升压电路来动作。
电压型降压斩波部2具备开关元件Q1、二极管D1以及直流电抗器LF1。开关元件Q1通过对直流电压进行斩波控制来进行降压。直流电抗器LF1对进行斩波控制而得的直流进行电流平滑。另外，二极管D1也可以使用IGBT或MOSFET等开关元件。
逆变器3输入通过电压型降压斩波部2进行电流平滑而得的直流，通过控制逆变器3所具备的电桥电路的开关元件来进行直交变换。
短路部10是在电压型降压斩波部2的正端子P和负端子N之间连接了短路用开关元件Q2的结构。在开关元件Q1的断开状态下，使正端子P和负端子N间短路，由此向电容器CF1充电的直流电压被二极管D2阻塞，并与电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1一起形成闭合电路。
二极管D2是阻止在开关元件Q2为接通状态时向开关元件Q2施加向电容器CF1充电的直流电压的阻塞二极管，如图1所示，并不限定于连接至正端子P侧的结构，也可以连接至负端子N侧。
电容器CF1除了积累流过电压型降压斩波部2的直流电抗器LF1的电流的能量外，还起到吸收在逆变器3的开关元件之间进行换流动作时所产生的浪涌电压、与各开关元件串联连接的电感器的能量来保护开关元件的作用。
电桥连接第1开关元件～第4开关元件来构成逆变器3。开关元件例如可以使用IGBT或MOSFET等半导体开关元件。逆变器的各开关元件基于控制部5的控制信号来进行开关动作，将直流电力变换为交流电力后输出。
整流部4对逆变器3的交流输出进行整流，并将直流输出供给到负载。为了去除逆变器的交流输出所包含的高频波纹量，也可以在整流部4的输出端具备直流滤波电路。可以使用与输出端并联连接的输出电容器(未图示)和串联连接的输出电抗器(未图示)的一方或双方来构成直流滤波电路。
通过连接在电压型直流电源装置1和等离子发生装置之间的输出电缆将整流部4的直流输出供给到等离子发生装置。
作为去除高频波纹量的结构，电压型直流电源装置1可以使用寄生阻抗来代替与整流部4连接的直流滤波电路。例如，作为电感量，可以使用整流部4和输出端子之间的配线的电感、连接至电压型直流电源装置1和负载之间的输出电缆所包含的电感或电容器，或在等离子负载的情况下可以使用等离子发生装置的电极电容。上述的逆变器的寄生阻抗和输出电缆或电极电容的电容量实质上构成直流滤波电路，减少逆变器的交流输出所包含的高频波纹。
此外，直流电压的波纹量具有在逆变器电路的驱动频率下降时增加的特性。因此，通过提高逆变器电路的驱动频率，可以使输出电容器和输出电抗器的必要性下降。此外，通过提高逆变器电路的驱动频率，能够抑制电压型直流电源装置1在内部所保有的能量。
并且，本发明的电压型直流电源装置1具备控制部5，控制电压型降压斩波部2、短路部10以及逆变器3。使用图2的概要框图，说明控制部5的一结构例。
控制部5具备：控制信号形成电路5a，其形成用于控制电压型降压斩波部2的开关元件Q1的接通/断开的控制信号；控制信号形成电路5b，其形成用于在短路部10中控制设在正端子和负端子间的短路用开关元件Q2的接通/断开的控制信号；以及控制信号形成电路5c，其形成用于控制逆变器3的开关元件的接通/断开的脉冲控制信号。
控制信号形成电路5a是对电压型降压斩波部2的开关元件Q1进行斩波控制的电路，检测开关元件Q1的输出电流即斩波电流、电压型直流电源装置1的输出电压和输出电流，并基于该斩波电流、输出电压以及输出电流的检测值进行控制，使得电压型直流电源装置1的输出成为预先设定的预定的电流值和预定的电压值。此外，基于电弧检测部6的电弧检测信号，在电弧发生时切换为断开状态，在电弧消失时从断开状态切换为接通状态。
控制信号形成电路5b是控制短路部10的短路用开关元件Q2的接通/断开的电路，基于电弧检测部6的电弧检测信号，在电弧发生时切换为接通状态，在电弧消失时从接通状态切换为断开状态。
通过开关元件Q1和短路用开关元件Q2的动作，与电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1一起形成闭合电路，积累在直流电抗器LF1中的能量作为循环电流Δi在闭合电路内循环。
控制信号形成电路5c形成用于控制逆变器3的开关元件的接通/断开的脉冲控制信号，控制构成逆变器3的电桥电路的各支路的开关元件QU、QV、QX、QY的开关动作的逆变器3，通过开关元件的控制，将输入的直流直交变换为交流。此外，基于电弧检测部6的电弧检测信号，在电弧发生时切换为断开状态，在电弧消失时从断开状态切换为接通状态。
控制部5除了上述的控制信号形成电路5a～5c外，还可以具备设定时间经过电路5d。设定时间经过电路5d是形成电弧消失时的控制信号的电路，预先决定从电弧发生到电弧消失为止所需要的充分长的设定时间，在从电弧检测部6输入电弧检测信号后经过了设定时间的时间点输出控制信号，从控制信号形成电路5a输出将开关元件Q1从断开状态切换为接通状态的控制信号，从控制信号形成电路5b输出将短路用开关元件Q2从接通状态切换为断开状态的控制信号，从控制信号形成电路5c输出将开关元件Q1从断开状态切换为接通状态的控制信号。
设定时间经过电路5d计时从检测出电弧放电发生开始的经过时间，根据经过时间经过预先设定的设定时间tarc，认为电弧放电已消失，输出控制信号。设定时间tarc相当于保持将电弧放电发生之前不久的直流电流作为循环电流Δi而流过的电流状态的时间。该设定时间tarc作为保持时间可以任意地设定，例如可以对控制对象的负载预先求出电弧放电发生开始到消失为止所需要的时间，对该时间加上根据变动幅度预测出的余量等来决定。
电弧检测部6例如基于负载或输出端的电压来检测负载即电弧发生装置中的电弧放电的发生状态。
基于电弧检测部6的电弧状态的检测，例如在从负载电流流过的状态下，将负载的电压或电压型直流电源装置1的输出端的电压与预先决定的第1阈值进行比较，在检测电压低于第1阈值时，检测出发生了电弧放电。此外，检测出电弧放电的发生后，比较检测的电压与预先决定的第2阈值，在检测电压超过了第2阈值时，判断为电弧放电已消失。
例如图6所示，通过具有4个支路的电桥电路来构成逆变器3。在各支路上分别设有开关元件QU、QV、QX、QY4个开关元件。串联连接开关元件QU和开关元件QX，串联连接开关元件QV和开关元件QY。
开关元件QU和开关元件QX的连接点经由电感Lm1与负载的正端子侧连接，开关元件QU和开关元件QY的连接点与负载的负端子侧连接。
从电压型直流电源装置1的输出端或负载侧向控制部5反馈反馈信号。反馈信号例如可以是电压型直流电源装置1的输出端的电压或电流或功率。
[直流电源装置的控制动作]
本发明的电压型直流电源装置的控制部，在电压型直流电源装置的直流输出停止时、停止中以及重新开始时，通过用控制A～控制C所示的以下的各控制以及控制D的短路控制，在电压型直流电源装置的直流输出停止/重新开始中，停止时将流过斩波部的电流保持为循环电流，并在逆变器重新启动时将该循环电流供给到负载，由此减少电压型直流电源装置的直流输出恢复时的、向负载的直流电力的供给延迟。
本发明的电压型直流电源装置的控制部在电压型直流电源装置1的直流输出停止时、停止中以及重新开始时进行以下的控制。
控制A：电弧发生时的电压型直流电源装置的直流输出停止时(电压型降压斩波部的停止动作)
电源装置的直流输出停止时的控制，将电压型降压斩波部的开关从接通状态切换为断开状态，通过短路部使正端子和负端子间短路。由此，将逆变器的开关从接通状态切换为断开状态。
在电弧放电发生时停止从电源侧向负载的电力供给的时间点，停止电压型降压斩波部的动作，并且在短路部使正端子侧和负端子侧短路，由此使从逆变器向变压器侧的电流停止。
电压型直流电源装置1，在向负载供给直流输出的状态下，电压型降压斩波部将直流源的直流电力变换为预定电压并输入到逆变器中。逆变器将直流电力变换为交流电力。整流部对逆变器的输出进行交直变换，并将直流电力供给到负载。
在电压型直流电源装置1的直流输出停止时，将电压型降压斩波部的开关从接通状态切换为断开状态，停止来自直流源的电力供给。在该停止时，若通过短路部使正端子和负端子间短路，则在电压型降压斩波部和短路部间形成闭合电路。在闭合电路中，停止时积累在电压型降压斩波部的电感器中的能量以循环电流的状态流过。在重新启动逆变器来恢复直流输出时，在从直流源供给直流输出前的时间点，该循环电流流过从电压型降压斩波部观察时位于负载侧的电路，进行从逆变器向负载的迅速的电力供给。
控制B：电压型直流电源装置1的直流输出停止中(循环电路的形成动作以及循环电流的保持动作)
电压型直流电源装置1的直流输出停止中的控制，保持逆变器的开关的断开状态、电压型降压斩波部的开关的断开状态、短路部的正端子和负端子间的短路状态。
在从电源侧向负载的电力供给停止中，形成包含电压型降压斩波部的电感器的循环电路，将流过电感器的电流作为循环电流来保持。
在电压型直流电源装置1的直流输出停止中，通过保持电压型降压斩波部的开关的断开状态来保持来自直流源的电力供给的停止，通过保持短路部的正端子和负端子间的短路状态来保持流过在电压型降压斩波部和短路部间形成的循环电路的循环电流。
控制C：电压型直流电源装置1的直流输出恢复时(利用了循环电流的逆变器的重新启动动作)
电压型直流电源装置1的直流输出恢复时的控制，将电压型降压斩波部的开关从断开状态切换为接通状态，将短路部设为开放状态，将逆变器的开关从断开状态切换为接通状态。
在电压型直流电源装置1的直流输出恢复时，将逆变器的开关从断开状态切换为接通状态，将电压型降压斩波部的开关从断开状态切换为接通状态，并且通过短路部的开放重新开始将直流源的直流电力变换为预定电压，并将变换后的直流电力输入到逆变器中。
在电弧放电消弧后电力供给恢复时，使循环电流流过逆变器，由此迅速重新启动逆变器。
控制D：短路控制
控制部在电压型直流电源装置的直流输出停止时和停止中对短路部的正端子和负端子间进行短路控制。在该短路控制中，通过将构成短路部的开关元件设为接通状态使正端子和负端子间短路，通过将开关元件设为断开状态使正端子和负端子间开放。
通过控制A的电压型降压斩波部的停止功能、短路部的短路动作以及逆变器的停止功能，在电弧放电时停止向负载的电力供给，通过控制B的电压型降压斩波部的循环电流的保持动作和使用控制C的循环电流，使逆变器迅速重新启动。
本发明的电压型直流电源装置1，在发生电弧放电时，控制部能够根据检测电弧状态的电弧检测部的检测信号进行直流输出的停止/重新开始控制。控制部根据电弧放电的发生检测进行停止控制，根据电弧放电的消失检测进行重新启动控制。
电弧检测部检测负载的电压或电压型直流电源装置的输出端的电压，并比较该检测电压与预先决定的第1阈值，在低于第1阈值时检测出电弧放电。
此外，检测出电弧发生后，比较检测电压与预先决定的第2阈值，在超过了第2阈值时，判断为电弧放电已消失。
[电压型直流电源装置的动作例]
接着，使用图3～图5说明本发明的电压型直流电源装置1的动作例。图3是用于说明本发明的电压型直流电源装置1的动作例的流程图，图4是用于说明本发明的电压型直流电源装置的动作例的时序图，图5是用于说明本发明的电压型直流电源装置1的电弧放电消失时的电流的流动的图。
图3的流程图表示在电压型直流电源装置1进行通常动作的状态下，电弧放电发生时的动作例(S1～S6)和电弧放电消失时的动作例(S7～S11)。
在基于电压型直流电源装置1的向负载的直流电力的供给状态下，若在负载的电弧发生装置中发生电弧放电，则负载的输入电压或电压型直流电源装置的输出电压下降。
电弧检测部6检测并监视负载或电压型直流电源装置1的输出端的电压和电流，在负载电流流过的状态下电压下降时，检测出发生了电弧放电。可以通过比较预先决定的阈值与检测值来进行电弧放电的发生的检测。另外，电弧放电的检测并不限定于电压的检测值与阈值的比较(S1)。
(电弧放电发生时的动作例)
在检测出电弧放电的发生时，使电压型降压斩波部2的开关元件Q1停止(S2)，通过在短路用控制信号形成电路5中形成的短路用接通信号(S3)，将短路部10的短路用开关元件Q2设为接通状态，使电压型降压斩波部2的正端子P和负端子N间短路。通过该短路动作，使基于逆变器3的电力供给停止，并且使逆变器3停止(断开)(S4)。
通过S2～S4的工序，停止从直流电源向电压型降压斩波部2的电力供给，从而停止从电压型直流电源装置1向负载的直流电力的供给，形成由电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1形成的闭合电路。流过电压型降压斩波部2的直流电抗器LF1的电感的电流作为循环电流Δi在形成的闭合电路中循环(S5)。
循环电流Δi在重新开始了从电压型直流电源装置1向负载的直流电力的供给时被供给到逆变器3，使基于逆变器3的直交变换的上升提前。
(电弧放电消失时的动作例)
在检测出电弧放电发生后检测出电弧放电消失的情况下，或经过了假定电弧放电消失的时间的情况下(S6)，将电压型降压斩波部2的开关元件Q1从断开状态切换为接通状态(S7)，结束短路用控制信号的输出，由此将短路用开关元件Q2从接通状态切换为断开状态(S8)，使电压型降压斩波部2的正端子P和负端子N间的短路状态停止从而使其导通，将逆变器3设为动作状态(S9)。
通过S7～S9的工序，重新开始从直流电源向电压型降压斩波部2的电力供给，在来自电压型降压斩波部2的电力供给前，将流过由电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1形成的闭合电路的循环电流Δi供给到逆变器3的电桥电路(S10)。
通过S7的工序重新开始了电压型降压斩波部2的导通时，因电压型降压斩波部2所具有的电感量和寄生电容量，在经由电压型降压斩波部2从直流电源向逆变器3供给的直流电流中产生延迟。与此相对，使电压型降压斩波部2的正端子P和负端子N间的短路停止，并在电压型降压斩波部2和逆变器3间形成电流路径，由此能够在从直流电源供给直流电流前，向逆变器3供给循环电流Δi，使向负载的电力供给提前。
结束电压型直流电源装置1的动作前，重复S1～S10的工序(S11)。
图4的时序图是说明本发明的电压型直流电源装置1的动作例的图，图4(a)～(d)表示基于电弧检测部的电弧发生检测、电弧消弧检测、电弧设定经过时间以及电弧检测信号，图4(e)表示电压型降压斩波部的开关元件Q1和逆变器3的动作状态，图4(f)表示电压型降压斩波部的动作状态，图4(g)表示短路部的短路用开关元件Q2的动作状态，图4(h)表示电压型直流电源装置的输出电压(VO)。
另外，驱动逆变器的正端子侧的支路的开关元件QU、QV的栅极信号、驱动负端子侧的支路的开关元件QX、QY的栅极信号，可以使用通常知道的栅极信号，因此在此省略表述。
电弧检测部6在检测出电弧发生时(图4(a))使电弧检测信号上升(图4(d))，在检测出电弧消弧时(图4(b))使电弧检测信号下降。电弧检测信号的下降，除了基于电弧消弧的检测外，还可以采用基于从检测出电弧发生后经过预定的电弧设定经过时间(图4(c))来进行的方式。
在从直流电源向负载正在供给直流电力的状态下，逆变器3为接通状态，通过逆变器3的运转停止使输出电压VO成为零电压(图4(h))。此外，电压型降压斩波部2的开关元件Q1处于接通状态，短路部10的短路用开关元件Q2处于断开状态。在该电力供给状态下，电弧检测信号上升时(图4(d))，控制部5将逆变器成切换为断开状态，将开关元件Q1切换为断开状态(图4(e))，停止来自直流电源的电力供给(图4(h))，并且将短路用开关元件Q2切换为接通状态(图4(g))，通过电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1的闭合电路形成循环电路。
电弧检测部6在检测出电弧消弧(图4(b)的时间点或从检测出电弧发生后经过了预定的电弧设定经过时间的时间点(图4(c))，使电弧检测信号下降(图4(d))。
电弧检测信号下降时(图4(d))，控制部5将逆变器3从断开状态切换为接通状态，将开关元件Q1从断开状态切换为接通状态(图4(e))。重新开始来自直流电源的电力供给(图4(h))，并且将短路用开关元件Q2从接通状态切换为断开状态(图4(g))，使流过循环电路的循环电流Δi流到逆变器侧。通过逆变器3的运转重新开始，输出输出电压VO(图4(h))。
在用电弧设定经过时间决定将短路用开关元件Q2设为接通状态后循环电流流过循环电路的期间的情况下，该电弧设定经过时间可以任意地设定从电弧放电的发生时间点到判断为电弧放电的消失时间点为止的期间，作为保持电弧放电发生时的状态的区间(设定时间tarc)。
图5表示本发明的电压型直流电源装置的电路状态。图5表示作为短路部使用具备升压功能的短路电路时的电路状态。在图5所示的二极管D1、D2中，将二极管符号的三角形状部分涂白的二极管表示没有电流流过的状态，将二极管符号的三角形状部分涂黑的二极管表示电流正在流动的状态。
图5(a)表示从直流电源向逆变器3侧进行电力供给的状态。在电力供给时，开关元件Q1处于接通状态，升压电路的短路用开关元件Q2处于断开状态，经由电压型降压斩波部从直流电源向逆变器侧进行电力供给。
图5(b)表示电弧发生时的状态。在电弧发生时，将开关元件Q1从接通状态切换为断开状态，将短路用开关元件Q2从断开状态切换为接通状态，形成基于电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1的闭合电路的循环电路。在循环电路中流过循环电流Δi。
图5(c)表示保持状态。在保持状态中，使开关元件Q1保持断开状态，使升压电路的短路用开关元件Q2保持接通状态，停止向负载的电力来等待电弧消失。在该期间，循环电流Δi流过循环电路并被保持。
图5(d)表示电弧消弧时的状态。在电弧消弧时，将开关元件Q1从断开状态切换为接通状态，将升压电路的短路用开关元件Q2从接通状态切换为断开状态，使流过循环电路的循环电流Δi向负载侧流动，并且重新开始经由降压斩波部从直流电源向逆变器侧的电力供给。
[使用了逆变器的电源装置的结构例]
图7表示使用了本发明的逆变器的电压型直流电源装置1的结构例。
电压型直流电源装置1是向等离子发生装置的负载供给高频电力的电源，等离子发生装置具备从电压型直流电源装置1输入直流电压的电极和接地的电极两个电极。根据该电压型直流电源装置1，可以使一方的电极接地，并向另一方的电极施加直流电压。
电压型直流电源装置1具备：整流部，其对交流电源的交流电力进行整流；缓冲部，其构成用于抑制过渡性地产生的高电压的保护电路；电压型降压斩波部，其将从整流部输入的直流电力的电压变换为预定电压后输出直流电流；单相逆变器，其将电压型降压斩波部的直流输出变换为交流输出；单相变压器，其将单相逆变器的交流输出变换为预定电压；以及整流器，其对单相变压器的交流输出进行整流。电压型直流电源装置将整流器的输出经由输出电缆供给到电极A。
(双阴极电源装置的结构例)
图8表示使用了本发明的电压型直流电源装置1、多相逆变器以及多相化变压器的双阴极电源装置的结构例。
双阴极电源装置是向等离子发生装置的负载供给高频电力的电源，等离子发生装置在接地的壳体内具备电极1和电极2两个电极。根据该双阴极电源装置可以向两个电极施加电气对称的交流电压。
双阴极电源装置具备：整流部，其对交流电源的交流电力进行整流；缓冲部，其构成用于抑制过渡性地产生的高电压的保护电路；电压型降压斩波部，其将从整流部输入的直流电力的电压变换为预定电压后输出直流电流；多相逆变器，其将电压型降压斩波部的直流输出变换为多相的交流输出；以及多相化变压器，其将多相逆变器的交流输出变换为预定电压，并将多相化变压器的输出设为单相结构。
双阴极电源装置将多相化变压器的一方的输出经由输出电缆供给到一方的电极A，将另一方的输出经由输出电缆供给到另一方的电极B。
另外，上述实施方式和变形例中的描述是本发明的电压型逆变器装置和电压型逆变器装置的控制方法的一例，本发明并不限定于各实施方式，基于本发明的宗旨可以进行各种变形，而不是将它们从本发明的范围中排除。
产业上的可利用性
可以将本发明的电流型逆变器装置用作向等离子发生装置供给电力的电力源。
符号说明
1电压型直流电源装置
2电压型降压斩波部
3逆变器
4整流部
5控制部
5a控制信号形成电路
5b控制信号形成电路
5c控制信号形成电路
5d设定时间经过电路
6电弧检测部
10短路部
CF1电容器
D1二极管
D2二极管
LF1直流电抗器
Lm1电感
N负端子
P正端子
Q1开关元件
Q2短路用开关元件
QU开关元件
QV开关元件
QX开关元件
QY开关元件
tarc设定时间
VO输出电压
Δi循环电流

Claims (4)

1.一种电压型直流电源装置，具备：
电压型降压斩波部，其构成直流源；
逆变器，其具有由第1开关元件～第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过所述开关元件的动作将所述电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；
整流部，其对所述逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；以及
控制部，其控制所述电压型降压斩波部和所述逆变器，
该电压型直流电源装置的特征在于，
具备短路部，其在所述电压型降压斩波部和所述逆变器之间，通过短路用开关元件(Q2)使所述电压型降压斩波部的正端子和负端子间短路，
所述控制部在发生了电弧放电的时间点，将所述逆变器的第1开关元件～第4开关元件设为断开状态，将所述电压型降压斩波部的开关元件(Q1)设为断开状态，将所述短路部的短路用开关元件(Q2)设为接通状态，通过所述电压型降压斩波部的电感器(LF)和二极管(D1)以及所述短路部的所述短路用开关元件(Q2)形成循环电路，
所述控制部在所述电弧放电消弧的时间点或从电弧放电发生后经过了预定的设定时间的时间点，将所述逆变器的第1开关元件～第4开关元件设为接通状态，将所述电压型降压斩波部的开关元件(Q1)设为接通状态，将所述短路部的短路用开关元件(Q2)设为断开状态，向逆变器供给流过所述循环电路的循环电流。
2.根据权利要求1所述的电压型直流电源装置，其特征在于，
具备短路电路，其在所述电压型降压斩波部和所述逆变器间，通过开关元件使所述电压型降压斩波部的正端子和负端子间断续，
所述短路部的短路开关元件是所述短路电路的开关元件。
3.根据权利要求2所述的电压型直流电源装置，其特征在于，
所述短路电路具备：连接在所述电压型降压斩波部的正端子和负端子之间的短路用开关元件(Q2)、连接在所述逆变器的输入端间的平滑电容器(CF)以及连接在所述平滑电容器(CF)的正端子间或负端子间的二极管(D2)，构成升压电路。
4.一种电压型直流电源装置的控制方法，该电压型直流电源装置具备：
电压型降压斩波部，其构成直流源；
逆变器，其具有由第1开关元件～第4开关元件这4个开关元件构成的电桥电路，并通过所述开关元件的动作将所述电压型降压斩波部的直流输出变换为单相的交流电力；
整流部，其对所述逆变器的输出进行交直变换，并将得到的直流供给到负载；
短路部，其在所述电压型降压斩波部和所述逆变器之间，通过短路开关元件使所述电压型降压斩波部的正端子和负端子间短路；以及
控制部，其控制所述电压型降压斩波部和所述逆变器，
所述电压型直流电源装置的控制方法的特征在于，
所述控制部在发生了电弧放电的时间点，将所述逆变器的第1开关元件～第4开关元件设为断开状态，将所述电压型降压斩波部的开关元件(Q1)设为断开状态，将所述短路部的短路用开关元件(Q2)设为接通状态，通过所述电压型降压斩波部的电感器(LF)和二极管(D1)以及所述短路部的所述短路用开关元件(Q2)形成循环电路，
所述控制部在所述电弧放电消弧为止的期间或从电弧放电发生后到经过预定的设定时间为止的期间，维持流过所述循环电路的循环电流，
所述控制部在所述电弧放电消弧的时间点或从电弧放电发生后经过了预定的设定时间的时间点，将所述逆变器的第1开关元件～第4开关元件设为接通状态，将所述电压型降压斩波部的开关元件(Q1)设为接通状态，将所述短路部的短路用开关元件(Q2)设为断开状态，向逆变器供给流过所述循环电路的循环电流。
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