CN105075402B - 直流电源装置、直流电源装置的控制方法 - Google Patents

直流电源装置、直流电源装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

在向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置中，能够使形成发生等离子放电的高压电压的装置结构变得简单且小型化。重复多次进行在直流电源装置具备的电压型降压斩波部中以微小时间流过短路电流而将能量积累在电抗器中的工序，向输出电容释放积累在电抗器中的能量，使输出电压逐渐上升，由此升压到点火设定电压。使用直流电源装置所具备的升压电路的开关元件来形成短路电流。重复基于短路电流的积累和释放的输出端的升压，由此使直流电源装置的输出端的电压上升至点火设定电压。

Description

直流电源装置、直流电源装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种直流电源装置，例如涉及一种在等离子发生装置等负载中使用的直流电源装置、直流电源装置的控制方法。
背景技术
在半导体装置、液晶面板、硬盘等的制造或溅射处理等中，已知向基板等处理对象物使用等离子的等离子处理工序。该等离子处理工序，从直流电源装置向等离子发生装置供给直流电力，在等离子发生装置内的空间中通过对处理气体进行等离子化等来发生等离子，通过发生的等离子对基板的表面进行成膜处理或蚀刻处理。
通常，等离子发生装置对于直流电源装置来说相当于电气负载，等离子放电发生为止的等离子放电开始时的负载与等离子放电稳定地发生的通常运转时的负载不同。因此，通常，直流电源装置在等离子放电开始时，向电极施加一定期间的比通常运转时的电压大的点火电压，之后，施加通常运转时的低电压的放电电压(专利文献1)。此外，已知根据突入电流检测等离子放电的开始(专利文献2、3)。
此外，作为产生用于等离子放电发生的点火电压的电路，已知使用共振变换器的电路或使用斩波控制的电路。
图13(a)、图13(b)是使用了共振变换器的点火电压发生电路，图13(a)表示串联共振变换器的电路例，图13(b)表示并联共振变换器的电路例。在图13(a)所示的电路例中，在逆变器电路与通过二极管整流电路构成的变换器之间连接LC的串联共振电路，在13(b)所示的电路例中，在逆变器电路与通过二极管整流电路构成的变换器之间连接LC的并联共振电路。使用了共振变换器的点火电压发生电路通过共振使点火电压上升。
图13(c)是斩波控制的电路例，在直流源(Ein)与逆变器电路之间设置斩波电路。在斩波控制的电路中，根据斩波电路所具备的开关元件的接通占空比控制点火电压。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-255061号公报(段落[0006])
专利文献2：日本特开平11-229138号公报(段落[0009])
专利文献3：日本特开2002-173772号公报(段落[0032])
专利文献4：国际专利申请PCT/JP2012/72854
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献2记载的装置中，通过施加一定期间的比设定的放电电压大的电压使等离子发生，此外，在在专利文献3记载的装置中，通过瞬间施加额定以上的电压来进行等离子放电的点火。
如上所述，为了使等离子点火而施加的电压，施加一定期间或瞬间的比放电电压或额定电压大的电压。在等离子放电的发生中有偏差，在施加电压较低时需要将施加时间设定成较长。
为了在短施加时间内可靠地使等离子放电发生，需要产生比放电电压或额定电压大的电压。
因此，向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置，为了提高在等离子放电发生中所使用的电压，而存在直流电源装置复杂化且大型化的问题。
此外，在以低的施加电压使等离子放电发生的情况下，施加时间变长，因此存在等离子发生装置的处理时间较长的问题。
此外，在点火电压发生电路中，如图13(a)、图13(b)的例子所示，使用串联共振变换器以及并联共振变换器时，因共振动作使电压上升，因此存在点火电压的最大值只能升压至输入直流电压Edc的2倍的问题。为了提高点火电压，需要提高输入直流电压Edc，需要准备高电压的直流源。
如图13(c)的例子所示，在点火电压发生电路中，基于斩波控制的情况下，在逆变器电路中不具备共振电路，因此在降压斩波电路中存在点火电压的最大值只能得到输入直流电压Ein为止的问题。
因此，在基于共振电路或斩波电路的点火电压发生电路中，也存在为了提高在等离子放电的发生中所使用的电压，直流电源装置变得复杂化且大型化的问题。
为了解决上述问题，本申请的发明人在组合电流型降压斩波电路和三相逆变器电路而构成的直流电源装置中提出了一个解决手段(专利文献4)。在提出的解决手段中，在电流型降压斩波电路中，为了形成短路电流，提出了通过控制与电流型降压斩波电路的负载侧连接的多相逆变器的开关动作来形成短路电流的结构，或通过在电流型降压斩波电路的输出侧端之间设置单体的开关电路来形成短路电流的结构。
在所述的提案中，通过控制多相逆变器的开关动作形成短路电流的情况下，在三相逆变器的控制中，除了通常进行的逆变器控制外，还进行基于使上下端之间短路和开放的开关动作的短路控制，或者，通过设置开关电路的结构形成短路电流的情况下，另外设置仅以上下端之间的短路为目的的电路结构。
本发明的目的是解决上述的以往的问题点，在向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置中，形成使等离子放电发生的高电压的装置结构变得简单且小型化。
此外，目的在于不使用大型且复杂结构的直流电源装置，而缩短等离子放电的发生所需要的电压施加时间。
用于解决课题的手段
对等离子发生装置等负载供给直流电力来进行等离子处理时，在电源接通时或再启动时进行使等离子发生装置发生等离子放电的工序。此时，从直流电源装置对等离子发生装置施加被称为点火电压的、比通常运转时施加的电压高的电压，并使等离子放电发生。
本发明涉及为了使等离子放电发生，生成向等离子发生装置施加的电压时所使用的直流电源装置以及直流电源装置的控制方法。
需要将向等离子发生装置施加的电压升压至使等离子放电发生所需要的点火设定电压。本发明的直流电源装置，重复多次进行使短路电流以微小时间流过直流电源装置所具备的电压型降压斩波部来向电抗器积累能量的工序，向输出电容释放积累在电抗器中的能量，使输出电压逐次上升，由此升压至点火设定电压。
本发明的直流电源装置是使用升压电路具备的开关元件来形成短路电流的结构。通过以微小时间关闭升压电路的开关元件，使电压型降压斩波部的出力侧的上下端间短路，以微小时间切断从电压型降压斩波部向直流电源装置的输出端的电流路径。通过升压电路的短路切断向直流电源装置的输出端的电流路径，到此为止流过电压型降压斩波部的电流作为短路电流，流过电压型降压斩波部和升压电路。将短路电流一次地积累在电压型降压斩波部所具备的电抗器中。
之后，在打开升压电路的开关元件来解除短路且解除电流路径的切断时，再次形成从电压型降压斩波部向直流电源装置的输出端的电流路径，积累在电抗器中的能量使直流电源装置的输出端的电压升压。通过重复基于电流的积累和释放的输出端的升压，使直流电源装置的输出端的电压升压至点火设定电压。
[直流电源装置]
本发明的直流电源装置是向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置，具备：构成直流电压源的电压型降压斩波部、使电压型降压斩波部的直流电压升压的升压电路、将升压电路的直流输出变换成单相交流的单相逆变器部以及控制部，控制部包括用于控制电压型降压斩波部的斩波控制部和用于控制升压电路的升压控制部。
[直流电源装置的控制方法]
本发明的直流电源装置的控制方法，是具备以下各部并向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置的控制方法：构成直流电压源的电压型降压斩波部、使电压型降压斩波部的直流电压升压的升压电路、将升压电路的直流输出变换成单相交流的单相逆变器部、包含用于控制电压型降压斩波部的斩波控制部以及用于控制升压电路的升压控制部的控制部。
控制部切换用于供给使等离子发生装置发生等离子放电的点火电压的点火模式、使等离子发生装置的等离子放电持续的稳定运转模式来进行控制。
在点火模式中，升压控制部使升压电路的正电压侧和负电压侧之间间歇性短路，控制通过该间歇性短路形成的短路电流所引起的升压动作，并控制向等离子发生装置施加的输出电压。
升压控制部生成使在升压电路中连接在正电压端和负电压端之间的开关元件间歇性短路的短路脉冲信号。开关元件通过短路脉冲信号成为接通状态，使电压型降压斩波部的输出端的正电压端和负电压端短路。
在点火模式中，控制部切换进行升压控制和恒压控制。升压控制通过升压控制部来进行，重复多次基于短路电流的升压，使输出电压升压至点火设定电压。另一方面，恒压控制通过斩波控制部来进行，使输出电压维持在点火设定电压。
控制部在输出电压达到了点火设定电压后，从升压控制切换成恒压控制。
控制部将斩波控制部中的斩波控制的接通占空比和升压控制部中的间歇短路动作的次数设为参数。
斩波控制部根据接通占空比控制电压型降压斩波部的输入电压。另一方面，升压控制部根据间歇短路动作的次数控制升压比。根据输入电压和升压比控制输出电压的电压上升。
在稳定运转模式中，能够选择恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中的某个控制，在切换控制中输出电流达到了点火设定电流，且输出电压下降至等离子发生电压时，控制部从点火模式切换成稳定运转模式，进行从恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中选择出的控制。
恒压控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电压，将输出电压维持在稳定运转设定电压的电压控制。
恒流控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电流，将输出电流维持在稳定运转设定电流的电流控制。
恒定功率控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定功率，将输出功率维持在稳定运转设定功率的功率控制。
在上述的提案中，在基于多相逆变器的开关动作的控制的情况下，在三相逆变器中除了通常的逆变器控制外，还进行短路控制，即进行使上下端间短路和开放的开放动作，与此相对，根据本发明，在单相逆变器中进行通常的逆变器控制，可以关不进行逆变器控制，而通过独立于通常的逆变器控制的升压电路的短路控制来进行短路控制。
此外，在上述的提案中，在设置开关电路的结构中，另外设置仅以上下端间的短路为目的的短路电路，与此相对，根据本发明，能够利用升压电路所具备的开关元件进行短路控制，因此不需要另外准备短路电路。
发明效果
如上所述，根据本发明，在向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置中，形成使等离子放电发生的高电压的装置结构可以简单且小型化。
此外，可以不使用大型且复杂结构的直流电源装置，而缩短等离子放电的发生所需要的电压施加时间。
附图说明
图1是用于说明本发明的短路电流的发生动作以及基于短路电流的输出电压的升压动作的图。
图2是用于说明本发明的直流电源装置的整体结构的图。
图3是用于说明本发明的直流电源装置所具备的斩波控制部的结构例的图。
图4是用于说明本发明的直流电源装置所具备的升压控制部的结构例的图。
图5是用于说明本发明的直流电源装置的点火时的电路状态的图。
图6是用于说明本发明的直流电源装置的点火模式和稳定运转模式的动作例的流程图。
图7是用于说明本发明的直流电源装置的点火模式和稳定运转模式的动作例的时序图。
图8是用于说明本发明的直流电源装置的点火模式和稳定运转模式的动作例的时序图。
图9是本发明的直流电源装置的点火模式、稳定运转模式的动作状态图。
图10是用于说明直流电源装置的单相逆变器的图。
图11是用于说明双阴极电源装置的使用方式的图。
图12是用于说明直流电源装置的使用方式的图。
图13是用于说明产生用于发生等离子放电的点火电压的以往的电路例的图。
具体实施方式
图1是用于说明本发明的短路电流的发生动作以及基于短路电流的输出电压的升压动作的图。
图1(a)是用于说明短路电流的发生动作的图。在升压电路中使正电压侧和负电压侧短路。通过该短路，以微小时间切断从电压型降压斩波部向直流电源装置的输出端的电流路，短路电流Δi流过电压型降压斩波部和升压电路。将短路电流一次地积累在电压型降压斩波部所具备的直流电抗器LF1中。
图1(b)是用于说明输出电压的升压动作的图。停止图1(a)所示的短路动作，将电压型降压斩波部和升压电路连接至负载侧时，将在直流电抗器LF1积累的能量变换为电压，使输出电压升压。在图1(b)中，使输出电容COT的电压VO升压。
另外，输出电容COT是斩波输出电容器CF1的电容。在负载具备负载电容CL的情况下，输出电容COT是斩波输出电容器CF1和负载电容CL的并联电路的电容。另外，在图1中未图示斩波输出电容器CF1和负载电容CL。
本发明的直流电源装置将因升压电路的短路而流过电压型降压斩波部的短路电流积累在直流电抗器LF1中，并将其积累电流变换成能量而使输出电压升压。通过一次的短路得到的升压量较小，因此通过重复多次基于短路的升压工序而使输出电压分阶段上升，升压至点火设定电压。此外，通过延长使正电压侧和负电压侧短路的短路时间，能够使基于一次短路的升压量变大，但一次的升压量越小，越能够细微地调整使输出电压升压时的升压幅度，能够提高升压的分辨能力，对输出电压的控制有益。
在电压型降压斩波部和升压电路中形成的微小时间的短路电流的电流路，可以通过简单地使升压电路的正电压侧和负电压侧短路而形成，能够利用直流电源装置所具备的升压电路，因此能够构成简单且小型的结构。
本申请的向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置具备：构成直流电压源的电压型降压斩波部、使电压型降压斩波部的直流输出升压的升压电路、将升压电路的直流输出通过开关元件的动作变换成单相交流电压的单相逆变器部和控制部。
控制部具有控制电压型降压斩波部的斩波控制部、对升压电路进行短路控制的升压控制部、控制单相逆变器部的逆变器控制部，进行切换动作模式的切换控制、使升压电路间歇短路并在电压型降压斩波部的电路中以微小时间形成电流路的升压控制、电压型降压斩波部的斩波控制、单相逆变器的逆变器控制等。
切换控制在点火模式和稳定运转模式的动作模式之间进行切换，其中，点火模式是供给在等离子发生装置中发生等离子放电的点火电压的模式，稳定运转模式是供给使等离子发生装置的等离子放电持续的稳定运转电流的模式。
升压控制，通过升压控制部控制升压电路。升压控制使升压电路的正电压侧和正电压侧间歇性短路，并通过该短路在电流型降压斩波电路和升压电路中以微小时间形成电流路而使短路电流流过。将短路电流的能量积累在电压型降压斩波部的电抗器中。对每个微小时间的短路脉冲信号进行短路动作，通过间歇性输入多个短路脉冲信号来进行多次的短路动作。
在间歇短路动作中，从一个短路动作结束后到下个短路动作为止的期间，电压型降压斩波部与直流电源装置的输出端成为导通状态。由此，将积累在电抗器中的能量送到直流电源装置的输出端，使输出电压升压。
各短路动作基于各个短路脉冲信号而进行，每次进行短路动作时复位短路电流。将输出电压与通过上次的短路动作升压后的电压相加来依次进行升压。
在升压控制中，在将升压电路的正电压侧和负电压侧的端子之间短路的短路动作时，从电压型降压斩波部和升压电路向单相逆变器部的电流的流动停止。因此，升压电路和电压型降压斩波部的短路电流的形成，不受单相逆变器部的直交变换动作的影响地进行。
控制部例如将斩波控制部的斩波控制的接通占空比和间歇短路动作的次数作为参数来进行控制。根据接通占空比控制电压型降压斩波部的输入电压，根据间歇短路动作的次数控制升压比，根据电压型降压斩波部的输入电压和升压比来控制输出电压的电压上升。
(点火模式)
在点火模式中，控制部对升压控制和恒压控制进行切换，其中，升压控制是重复多次基于短路电流的升压，使输出电压上升至点火设定电压的控制；恒压控制是通过斩波控制部将所述输出电压维持在点火设定电压的控制。在输出电压达到点火设定电压的时间点进行该从升压控制向恒压控制的切换。
在点火模式中，控制部进行升压控制，由此使短路电流流过升压电路和电压型降压斩波部。将短路电流的能量一次地积累在电压型降压斩波部所具备的电抗器中。在到下次短路为止的期间，积累的能量经由单相逆变器部使直流电源装置的输出电压升压。通过重复基于该短路的电流能量的积累和基于导通的输出电压的升压的升压动作，进行提高向等离子发生装置施加的输出电压的控制。
在点火模式中，通过基于多次短路动作的升压、由斩波控制决定的电压型降压斩波部的输入电压来决定直流电源装置的输出电压。此外，升压至点火设定电压所需要的短路动作的次数与电压型降压斩波部的输入电压、点火模式的时间宽度、通过一次的短路动作升压的电压幅度等具有关联性，因此可以基于直流电源装置的结构或使用条件来决定。
输出电压通过升压控制上升至预定的点火设定电压，达到了点火设定电压后，通过恒压控制来维持。由此，向等离子发生装置施加在点火模式的阶段逐渐升压的电压，达到了点火设定电压后，施加点火设定电压直到点火模式结束。
在点火模式中，斩波控制部进行脉冲宽度控制，将电压型降压斩波部的输入电压控制成预定电压。
(稳定运转模式)
在点火模式的恒压控制中，输出电流达到了点火设定电流，且输出电压下降至等离子发生电压时，从点火模式切换成稳定运转模式，在稳定运转模式中进行从恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中选择出的某个控制。
恒压控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电压，并使输出电压维持在稳定运转设定电压的控制方式。
恒流控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电流，并使输出电流维持在稳定运转设定电流的控制方式。
此外，恒定功率控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定功率，并使输出功率维持在稳定运转设定功率的控制方式。
从点火模式向稳定运转模式的切换，基于在等离子发生装置中发生了等离子放电来进行，基于输出电流和输出电压来进行。通常，通过发生等离子放电，输出电流增加，并且输出电压从点火时的电压下降。在等离子发生装置中，从直流电源装置检测出该输出电压的水平和输出电流的水平，由此检测出等离子放电的发生，并且能够进行从点火模式向稳定运转模式的切换。
在等离子发生装置中发生等离子放电时，从直流电源装置向等离子发生装置供给的输出电流，在从点火模式切换成稳定运转模式的时间点，从点火电流切换成稳定运转电流。
在每次进行间歇短路动作时，点火电流分阶段地增加，因此在从点火模式切换成稳定运转模式的最后的阶段，点火电流成为最大的点火电流。在此，预先求出从该点火模式切换成稳定运转模式时的点火电流，并决定为点火设定电流。此外，发生等离子放电时，输出电压成为比点火设定电压低的值，因此将等离子放电发生时的低电压决定为等离子发生电压。
在等离子放电的发生检测中，比较输出电流与点火设定电流，并比较输出电压与等离子发生电压，将输出电流达到了点火设定电流，且输出电压下降至等离子发生电压的时间点判定为发生了等离子放电的时间点。
在检测出等离子放电的发生的情况下，将控制的设定值从点火模式中的恒压控制的点火设定电压切换成在稳定运转模式中从恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中选择出的某个控制的设定值，并进行所选择的控制。
在稳定运转模式中，通过恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中的某个控制，向等离子发生装置施加固定电压、固定电流或固定功率，维持稳定的等离子放电。
从电压型降压斩波部向输出端侧的电流路径，可以设定为通过与直流电源装置连接的单相逆变器部、变压器以及整流器等各部的路径，也可以设定为直接连接电压型降压斩波部与输出端侧的路径。在使用该直接连接的路径的结构中，设置在点火模式中设为导通，在通常运转模式中设为非导通状态的切换单元。
逆变器控制部生成对构成单相逆变器的电桥电路的开关元件进行脉冲宽度控制的栅极脉冲信号。栅极脉冲信号对单相逆变器的电桥电路的各开关元件进行接通/断开控制而将直流电流变换成交流电流。
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。以下，对于本发明的直流电源装置以及控制方法，使用图2～图4说明直流电源装置的结构例，使用图5～图9说明直流电源装置的控制例。此外，使用图11、图12说明本发明的直流电源装置的使用形态例。
使用图1和图2说明本发明的直流电源装置的结构例。
图2所示的直流电源装置1具备：电压型降压斩波部2，其构成直流电压源；升压电路3；单相逆变器4，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，并将电压型降压斩波部2的直流输出通过开关元件的动作变换成单相的交流电力；以及控制部5，其控制电压型降压斩波部2、升压电路3以及单相逆变器4。
将升压电路3的输出供给到负载10。可以在单相逆变器4与负载10之间设置整流部(在图2中未图示)，对单相逆变器4的输出进行交直变换，并将得到的直流电压供给到负载10。
直流源例如可以由对交流电源的交流电力进行整流的整流部、以及构成抑制过渡地发生的高电压的保护电路的缓冲部构成。
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到的直流进行电流平滑，斩波输出电容器CF1形成直流电压。
升压电路3可以在正端子P与负端子N之间连接开关元件Q2，在开关元件Q2与斩波输出电容器CF1之间连接二极管D2来构成。开关元件Q2形成使电压型降压斩波部2的正端子P与负端子N之间短路的短路电路。
二极管D2是用于防止从单相逆变器4或斩波输出电容器CF1向电压型降压斩波部2的逆流的阻塞二极管，并不局限于与正端子P侧连接的结构，也可以与负端子N侧连接。
升压电路3的开关元件Q2是控制正端子P与负端子N之间的短路的开关元件。将开关元件Q2设为接通状态时，正端子P与负端子N之间短路，与电压型降压斩波部2的二极管D1以及直流电抗器LF1一起形成闭合电路，流过图1(a)所示的短路电流Δi。另一方面，将开关元件Q2从接通状态切换成断开状态时，正端子P与负端子N之间的连接被切断，电压型降压斩波部2经由升压电路3和单相逆变器4与负载10导通，短路电流Δi与电压型降压斩波部2的直流电流一起向负载10流动。
斩波输出电容器CF1通过积累流过电压型降压斩波部2的直流电抗器LF1的短路电流Δi的能量进行升压外，还吸收在单相逆变器4的开关元件之间进行换流动作时发生的浪涌电压或与各开关元件串联连接的电抗器的能量来实现保护开关元件的作用。
另外，将斩波输出电容器CF1的值设定成电流的延迟不会因负载侧的电容以及配线电感的时间常数对逆变器的动作的换流发生影响的程度。
单相逆变器4输入升压电路3的输出电压，通过控制单相逆变器4所具备的电桥电路的开关元件来进行直交变换。
单相逆变器4通过电桥连接第1开关元件～第4开关元件而构成。开关元件例如可以使用IGBT或MOSFET等半导体开关元件。单相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，将直流电力变换成交流电力后输出。
整流部对单相逆变器4的交流输出进行整流，并将直流输出供给到负载。为了去除单相逆变器的交流输出所包含的高频波纹量，也可以在整流部的输出端具备直流滤波电路。直流滤波电路可以通过同与输出端并联连接的输出电容器(未图示)串联连接的输出电抗器(未图示)来构成。
经由布线电感输出升压电路3的输出或设在单相逆变器4与负载10之间的整流部的直流输出，例如经由连接直流电源装置1与等离子发生装置之间的输出电缆供给到等离子发生装置。
直流电源装置1作为去除高频波纹的结构，可以使用寄生阻抗来代替与整流部连接的直流滤波电路。例如，作为电感量，可以使用连接整流部与输出端子之间的配线的电感，或连接直流电源装置1与负载10之间的输出电缆所包含的电感或电容，或负载为等离子负载时的等离子发生装置的电极电容。上述的单相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，使单相逆变器的交流输出所包含的高频波纹降低。
此外，直流电压的波纹量具有当降低单相逆变器电路的驱动频率时增加的特性。因此，通过提高单相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，通过提高单相逆变器电路的驱动频率，能够抑制直流电源装置1在内部保有的能量。
本发明的直流电源装置1具备控制部5。控制部5具备：控制电压型降压斩波部2的斩波控制部5A、控制升压电路3的升压控制部5B以及控制单相逆变器4的逆变器控制部5C。从直流电源装置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直流电源装置1的输出端的电压、电流。
斩波控制部5A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。升压控制部5B形成用于控制设在正端子P与负端子N之间的开关元件Q2的接通/断开的控制信号。逆变器控制部5C形成用于控制单相逆变器4的开关元件的接通/断开的脉冲控制信号。
斩波控制部5A是对电压型降压斩波部2的开关元件Q1进行斩波控制的构成要素，检测开关元件Q1的输出电流即斩波电流和直流电源装置1的输出电压，并基于该斩波电流和输出电压的检测值进行控制，以使电压型降压斩波部2的输出成为预先设定的预定的电流值和预定的电压值。基于电弧检测部的电弧检测信号，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成接通状态。
升压控制部5B是对升压电路3的开关元件Q2的接通/断开进行控制的构成要素，在点火模式的升压动作中，形成通过微小时间的接通状态进行间歇短路的短路脉冲信号。此外，在电弧异常时的短路动作中，基于电弧检测部(未图示)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成断开状态。
通过开关元件Q1和开关元件Q2的动作，形成电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1的电路，积累在直流电抗器LF1中的能量作为短路电流Δi流过。
逆变器控制部5C形成用于控制单相逆变器4的开关元件的接通/断开的脉冲控制信号，控制构成单相逆变器4的电桥电路的各支路的开关元件QU、QV、QX、QY的开关动作。单相逆变器4通过开关元件的控制将输入的直流直交变换成交流。
接着，使用图3说明斩波控制部5A的一结构例。
斩波控制部5A对电压型降压斩波部2的开关元件Q1进行脉冲宽度控制，在点火模式中进行恒压控制，在稳定运转模式中进行从恒压控制、恒流控制或恒定功率控制中选择出的某个控制。在点火模式和稳定运转模式中，分别切换成不同的设定值后进行控制。在点火模式中设定为点火设定电压VIGR，在稳定运转模式中，在恒压控制中设定为稳定运转设定电压VR，在恒流控制中设定为稳定运转设定电流IR，在恒定功率控制中设定为稳定运转设定功率PR。
从点火设定电压VIGR向稳定运转模式的各控制中的设定值(恒压控制的稳定运转设定电压VR、恒流控制的稳定运转设定电流IR、恒定功率控制的稳定运转设定功率PR)的切换，可以通过检测出输出电压和输出电流达到了预定值来进行。例如，通过输出电压和输出电流的检测来进行设定值的切换时，检测出在点火模式中输出电流增加，达到与等离子放电开始对应地设定的点火设定电流，且输出电压下降至等离子发生电压的时间点，在该检测时间点进行设定值的切换。图3表示基于输出电压VO和输出电流IO的检测，将点火设定电压VIGR切换成选择的控制的设定值(稳定运转设定电压VR、稳定运转设定电流IR、稳定运转设定功率PR)的结构。
斩波控制部5A作为基于输出电流以及输出电压与各设定值的比较对设定值进行切换的结构，具备：比较电路5Ae，其比较输出电流IO与点火设定电流IIGR，比较输出电压VO与等离子发生设定电压VPLR，输出电流IO在点火设定电流IIGR以上且输出电压VO在等离子发生设定电压VPLR以下时输出切换信号。可以将点火设定电流IIGR存储在存储单元5Af中，可以将等离子发生设定电压VPLR存储在存储单元5Ag中。
也可以代替等离子发生设定电压VPLR，存储点火设定电压VIGR和常数k，通过对点火设定电压VIGR乘上常数k来设定等离子发生设定电压VPLR。此外，例如可以在0.2～0.9的范围内任意地设定常数k。
斩波控制部5A具备：切换电路5Ab，其在开关元件Q1的脉冲宽度控制中，将控制的设定值从在点火模式中进行恒压控制的点火设定电压VIGR切换成在稳定运转模式中选择的控制的设定值(恒压控制的稳定运转设定电压VR、恒流控制的稳定运转设定电流IR、恒定功率控制的稳定运转设定功率PR)。
切换电路5Ab基于从比较电路5Ae输出的切换信号，输出点火设定电压VIGR、稳定运转设定电压VR、稳定运转设定电流IR、稳定运转设定功率PR的某个。可以将点火设定电压VIGR存储在存储单元5Ac中，可以将稳定运转设定电压VR、稳定运转设定电流IR、稳定运转设定功率PR等稳定运转设定值存储在存储单元5Ad中。另外，各存储器5Ac～5Ag并不局限于设在斩波控制部5A内的结构，例如可以设在控制直流电源装置整体的控制部等任意的构成要素中，也可以为从直流电源装置的外部输入的结构。
斩波控制部5A具备开关元件控制信号生成电路5Aa，通过脉冲宽度控制生成用于进行恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中的某个控制的开关元件控制信号，以使输出成为设定值。开关元件控制信号生成电路5Aa以从切换电路5Ab发送的点火设定电压VIGR、稳定运转设定电压VR、稳定运转设定电流IR、稳定运转设定功率PR中的某个为设定值，生成开关元件控制信号，对电压型降压斩波部2的开关元件Q1进行斩波控制。
接着，使用图4说明升压控制部5B的一结构例。
升压控制部5B具备生成短路脉冲信号Pi的短路脉冲信号生成电路5Ba，通过短路脉冲信号Pi控制升压电路3的间歇短路动作。短路脉冲信号Pi通过点火信号IG的上升开始生成，通过斩波控制部5A的比较电路5Ae的输出即切换信号停止生成。
逆变器控制部5C控制与构成单相逆变器4的电桥电路的各支路连接的开关元件的开关动作。单相逆变器4通过开关元件的控制，将输入的直流直交变换成交流。
例如图10所示，单相逆变器4由具有4条支路的电桥电路构成。在各支路上分别设有开关元件QU、QV、QX、QY这4个开关元件。串联连接开关元件QU与开关元件QX，串联连接开关元件QV与开关元件QY。
开关元件QU与开关元件QX的连接点经由电抗器Lm1与负载的正端子侧连接，开关元件QU与开关元件QY的连接点与负载的负端子侧连接。
从直流电源装置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直流电源装置1的输出端的电压。
[直流电源装置的动作例]
接着，使用图5的升压动作的说明图、图6的流程图、图7和图8的时序图以及图9的点火模式、稳定运转模式的动作状态图来说明本发明的直流电源装置的点火模式以及稳定运转模式的动作例。
从直流电源装置向等离子发生装置供给直流电力，在等离子发生装置中进行等离子处理的情况下，在电源接通时或再启动时，通过点火模式S1发生等离子放电，发生等离子放电后，通过稳定运转模式S2维持等离子放电。
在点火模式中，在电压型降压斩波部中，在IG(点火)电压上升区间和IG电压恒压区间进行斩波控制，在升压电路中进行升压控制。
以下，说明作为稳定运转模式选择恒压控制，将稳定运转设定电压VR设为设定值的情况。
(短路时的动作)
图5表示本发明的直流电源装置的升压电路的短路动作。图5(a)表示短路时的电路状态，图5(b)表示短路结束时的电路状态。
从直流电源向单相逆变器侧进行电力供给的电力供给时，开关元件Q1是接通状态，升压电路的开关元件Q2是断开状态，经由电压型降压斩波部从直流电源向单相逆变器侧进行电力供给。此时，向单相逆变器供给通过升压电路进行升压后的电压。
图5(a)表示间歇短路动作的短路时的状态。短路时，使开关元件Q1保持接通状态，使升压电路的开关元件Q2从断开状态切换为接通状态，形成电压型降压斩波部2的二极管D1和直流电抗器LF1的电路。在直流电抗器LF1中流过短路电流Δi，并积累能量。
图5(b)表示间歇短路动作的短路结束时的状态。短路结束时，使开关元件Q1保持接通状态，使升压电路的开关元件Q2从接通状态切换为断开状态，使短路电流Δi流过负载侧，并且重新开始经由电压型降压斩波部和升压电路从直流电源向单相逆变器侧的电力供给。
此时，输出电容COT的电压因短路电流Δi上升。另外，通过电压型降压斩波部的斩波输出电容器CF1，或者在负载具有负载电容CL的情况下通过斩波输出电容器CF1和负载电容CL的并联电容表示输出电容COT。
(电弧发生时的动作)
升压电路除了进行点火模式时的间歇短路动作外，在直流电源装置的直流输出的停止/恢复中还能够进行如下的动作：停止时，将斩波部从单相逆变器分离，抑制电弧发生时的向负载的过电流，以高速进行电弧的消弧，将流过斩波部的电流作为循环电流而保持，之后，在逆变器的再启动时，向负载供给所保持的循环电流，由此降低向负载的直流电力的供给延迟。
电弧发生时，将开关元件Q1从接通状态切换为断开状态，将开关元件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的二极管D1和直流电抗器LF1的闭合电路的循环电路，并在循环电路中流过循环电流Δic。
在循环电流的保持状态，使开关元件Q1保持断开状态，使升压电路的开关元件Q2保持接通状态，并停止向负载的电力来等待电弧的消失，在该期间保持循环电流Δic流过循环电路。
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Δic向负载侧流动，并且重新开始经由电压型降压斩波部和升压电路从直流电源向单相逆变器侧的电力供给。
以下，使用图6的流程图以及图7、图8的时序图说明通过升压电路使正电压侧和负电压侧之间短路，并通过该短路动作流过短路电流的动作例。图7和图8表示在IG电压恒压区间保持点火电压的两个动作方式。
[点火模式S1]
首先，对点火模式S1进行说明。
斩波控制部通过使输出电压升压至点火设定电压的IG电压上升区间的控制(S1a～S1c)、使升压后的输出电压维持在点火设定电压的IG电压恒压区间的控制(S1d～S1f)这2个区间来进行点火模式的控制。另一方面，升压控制部在点火模式S1中进行升压控制，通过短路脉冲信号Pi使升压电路进行间歇短路动作。
在图7和图8中，(a)表示电压型降压斩波部的开关元件Q1的动作状态，(b)表示升压电路的开关元件Q2的动作状态，(c)表示短路脉冲信号Pi的动作状态，(d)表示输出电压VO，(e)表示输出电流IO。
(IG电压上升区间、升压控制)
在IG电压上升区间，进行使输出电压升压至点火设定电压的控制。
升压控制部使决定点火模式的区间的IG(点火)发生信号(在图7、图8中未表示)上升(S1A)。随着IG(点火)发生信号的上升，生成短路脉冲信号Pi(S1B)。
通过在S1B中生成的短路脉冲信号Pi使升压电路的正电压侧和负电压侧之间的开关元件Q2短路为接通状态(S1C)。
仅以微小时间宽度Tion生成短路脉冲信号Pi，使开关元件Q2为接通状态，使正电压侧和负电压侧短路。图7(c)、图8(c)的IG电压上升区间的短路脉冲信号Pi，以及图7(d)、图8(b)的IG电压上升区间的开关元件Q2表示此时的动作状态。
另一方面，斩波控制随着IG(点火)发生信号(未图示的点火)的上升，设定点火设定电压VIGR作为对输出电压VO进行恒压控制的电压设定值(S1a)。
图7、图8的(d)、(e)表示输出电压VO和输出电流IO。对于输出电压VO，作为输出电压VO的点火模式时的恒压控制的电压设定值表示点火设定电压VIGR，作为输出电压VO的稳定运转时的恒压控制的电压设定值表示稳定运转设定电压VR。此外，对于输出电流IO，作为输出电流IO的点火模式时的电流设定值表示点火设定电流IIGR。
另外，在图7、图8中，在点火模式内的IG电压上升区间和IG电压恒压区间，将输出电压VO表述为点火电压VOIG，将输出电流IO表述为点火电流IG。
在S1C的短路动作的工序中，在电压型降压斩波部中流过短路电流Δi。将该短路电流Δi积累在电压型降压斩波部所具备的电抗器中(S1b)。
因短路脉冲信号Pi的下降，短路动作停止，通过在电抗器中积累的能量，输出电压VO上升(S1D)。
比较输出电压VO(点火电压VOIG)与点火设定电压VIGR，在输出电压VO没有达到点火设定电压VIGR的情况下，通过下个短路脉冲信号Pi使升压电路的正电压侧与负电压侧之间短路，进行通过短路电流Δi使输出电压VO升压的处理(S1C～S1D)。在输出电压VO(点火电压VOIG)达到点火设定电压VIGR之前，重复基于S1C～S1D的短路动作的升压工序。
通过重复S1C～S1D的间歇短路动作，使输出电压VO(点火电压VOIG)阶段性升压。在图7、图8的(d)所示的输出电压VO(点火电压VOIG)中，符号A所示的部分表示输出电压VO(点火电压VOIG)向点火设定电压VIGR阶段性的升压状态。
(升压动作)
以下，说明基于短路电流的升压动作。
因升压电路的短路，在电压型降压斩波部中如图5所示那样流过短路电流Δi。以短路脉冲信号Pi的信号宽度的微小时间宽度Tion(n)流过短路电流Δi。每次短路动作时复位短路电流Δi。
在电压型降压斩波部的直流电抗器LF1中积累基于短路电流Δi的能量Ji(n)。将针对直流电抗器LF1的输入电压设为Vin时，微小时间宽度Tion(n)的1次的短路电流Δi1和基于短路电流Δi1的能量Ji(n)通过下式(1)、(2)来表示。
Δi1＝(Vin/LF1)×Tion(n) …(1)
Ji(n)＝(1/2)×LF1×Δi1 2 …(2)
在第n次的Tion(n)的短路动作结束，到开始下个第(n+1)次的Tion(n+1)的短路动作的期间，通过Tion(n)的短路动作将积累在直流电抗器LF1中的能量Ji(n)通过逆变器部、变压器、整流器供给到负载。
在此，将直流电源装置的输出侧的电容量设为输出电容COT，且将点火时的输出电压设为VO(n)时，将通过短路动作向输出电容COT发送的能量Ji(n)用下式(3)来表示。另外，可以将输出电容COT设为斩波输出电容器CF1和负载即等离子发生装置的电极电容的负载电容CL。
Ji(n)＝(1/2)×LF1×Δi1 2
＝(1/2)×COT×(VO(n) 2－VO(n－1) 2) …(3)
其中，将进行初始的短路动作前的输出电压设为VO(0)＝0。
根据式(3)，用下式(4)表示点火时的输出电压VO(n)。
VO(n)＝{(LF1/COT)×Δi1 2+VO(n－1) 2}1/2 …(4)
式(4)表示重复了n次短路动作时的输出电压Vo(n)。
短路动作为3次时(n＝3)，用下式表示各短路动作时的输出电压。
VO(1)＝{(LF1/COT)×Δi1 2}1/2 …(5)
VO(2)＝{(LF1/COT)×Δi1 2+VO(1) 2}1/2 …(6)
VO(3)＝{(LF1/COT)×Δi1 2+VO(2) 2}1/2 …(7)
式(4)表示通过短路动作的次数n可以选定点火时的输出电压VO(n)。
此外，如式(1)所示，短路电流Δi1与输入电压Vin成比例。输入电压Vin是电压型降压斩波部的输出电压，该输出电压通过电压型降压斩波部的开关元件Q1的接通占空比来决定。
因此，输出电压VO(n)的升压比可以通过短路动作的次数n和电压型降压斩波部的开关元件Q1的接通占空比来决定。
另外，短路动作的次数n在点火模式内进行，因此在与栅极脉冲信号同步地输出短路脉冲信号的情况下，成为通过点火模式开始至解除为止的时间和栅极脉冲信号的时间宽度自动决定的次数。
(IG电压恒压区间的控制)
在IG电压恒压区间，进行使升压后的输出电压(点火电压)维持在点火设定电压的控制。
在输出电压VO(点火电压VOIG)达到了点火设定电压VIGR的情况下(S1c)，在斩波控制的点火模式中，从IG电压上升区间的控制(S1a～S1c)切换为IG电压恒压区间的控制(S1d～S1f)，使升压后的输出电压VO(点火电压VOIG)维持在点火设定电压VIGR。在图7、图8的(e)所示的输出电压VO(点火电压VOIG)中，符号B所示的部分表示被维持在点火设定电压VIGR的恒压状态。
点火设定电压VIGR的维持可以通过两个方式来进行。
图7表示第1方式，图8表示第2方式。
(第1方式)
第1方式通过电压型降压斩波部的斩波控制对点火电压进行恒压控制，由此维持在点火设定电压VIGR。
在IG电压恒压区间的控制中，电压型降压斩波部的斩波控制从IG电压升压区间的脉冲宽度控制切换成恒压控制并进行电压维持以使输出电压VO(点火电压VOIG)成为点火设定电压VIGR(S1d)。如图7(a)所示，对电压型降压斩波部的开关元件Q1进行恒压控制。在该恒压控制中，点火电压VOIG达到了目标值的点火设定电压VIGR后成为断开状态，点火电压VOIG从目标值的点火设定电压VIGR下降时，通过恒压控制提高至点火设定电压VIGR后维持电压。
此时，在IG电压恒压区间的控制中，如图7(b)所示，升压电路可以保持继续进行开关元件Q2的间歇短路动作。这是因为即使因开关元件Q2的间歇短路动作升压电路的上下端之间短路，也可以通过电压型降压斩波部的恒压控制将输出电压VO(点火电压VOIG)维持在点火设定电压VIGR。
(第2方式)
在第2方式中，将升压电路的开关元件Q2设为断开状态(图8(b))来停止升压动作，由此可以将输出电压VO(点火电压VOIG)维持在点火设定电压VIGR。
通过第1或第2方式将输出电压VO(点火电压VOIG)维持在点火设定电压VIGR。另外，图6的流程图表示第1方式的例子(S1d)。
输出电流IO在IG电压上升区间和IG电压恒压区间中上升。图7(e)、图8(e)所示的输出电流IO(点火电流IG)中，符号D所示的部分表示IG电压上升区间和IG电压恒压区间中的电流上升状态。
在等离子发生装置中发生等离子放电时，在输出电流IO(点火电流IG)中流过点火设定电流IIGR，通过向稳定运转状态转移，流过稳定运转的输出电流IO。在图7(e)所示的输出电流IO(点火电流IG)中，符号E所示的部分表示流过超过了点火设定电流IIGR的输出电流IO(点火电流IG)，向稳定运转的输出电流IO转移的转移状态，符号F所示的部分表示稳定运转的输出电流IO。
因此，可以通过输出电压VO达到稳定运转设定电压VR以及在该输出电流IO中流过点火设定电流IIGR来判定等离子放电的发生。
在通过输出电压VO和输出电流IO是否达到了预定电压和预定电流来判定等离子发生装置中的等离子放电的发生的情况下，预先将在等离子放电的发生时流过的输出电流决定为点火设定电流IIGR，预先将输出电压决定为点火设定电压VIGR，比较输出电流IO与设定的点火设定电流IIGR，比较输出电压VO与向设定的点火设定电压VIGR乘上常数k而得到的等离子发生设定电压VPLR。例如将常数k设定成0.2～0.9(S1e、S1f)。
输出电流IO(点火电流IG)达到了点火设定电流IIGR(S1e)，且输出电压VO(点火电压VOIG)比向点火设定电压VIGR乘上常数k而得到的等离子发生设定电压VPLR降低(S1f)的情况下，斩波控制部将恒压控制的输出电压VO的设定值从点火设定电压VIGR变更为稳定运转设定电压VR(S1g)，逆变器控制部使IG(点火)发生信号下降(S1E)，停止短路脉冲信号Pi的生成(S1F)。
在斩波控制部中，将恒压控制的设定电压从点火设定电压VIGR切换成稳定运转设定电压VR，并且在逆变器控制部中停止IG发生信号来停止短路脉冲信号Pi的生成，由此结束点火模式，切换成稳定运转模式。在图7(d)、图8(d)所示的输出电压VO中，符号C所示的部分表示维持了稳定运转设定电压VR的恒压状态。
通过使短路脉冲信号Pi停止来进行IG电压恒压区间的结束。
[稳定运转模式S2]
接着，在稳定运转模式S2中维持在点火模式中发生的等离子放电。为了维持等离子放电，斩波控制部以稳定运转设定电压VR进行恒压控制，逆变器控制部进行通常的脉冲宽度控制。
图9表示点火模式和稳定运转模式中的斩波控制和逆变器控制的动作状态。
在点火模式中，在第1方式下，在IG电压上升区间中，电压型降压斩波部进行脉冲宽度控制，升压电路对开关元件Q2进行间歇驱动而使输出电压VO(点火电压VOIG)上升至点火设定电压VIGR，在IG电压恒压区间中，电压型降压斩波部进行恒压控制而使输出电压VO(点火电压VOIG)维持在点火设定电压VIGR。
此时，升压电路既可以继续进行开关元件Q2的间歇驱动，也可以停止间歇驱动。
在第2方式中，在IG电压上升区间中，电压型降压斩波部进行脉冲宽度控制，升压电路对开关元件Q2进行间歇驱动，由此使输出电压VO(点火电压VOIG)上升至点火设定电压VIGR。
在输出电压VO(点火电压VOIG)达到了点火设定电压VIGR后，将升压电路的开关元件Q2设为断开状态，由此在电压恒压区间中维持在点火设定电压VIGR。
此外，在点火模式中，输出电流向点火设定电流IIGR上升。在点火模式中，逆变器控制进行直交变换控制。
将输出电流达到点火设定电流IIGR且输出电压从向点火设定电压VIGR乘上常数k(k＝0.2～0.9)而得到的值(k·VIGR)下降的时间点判定为等离子放电的发生(等离子点火)状态，从点火模式切换成稳定运转模式。从点火模式向稳定运转模式的切换，将斩波控制中的恒压控制的设定电压从点火设定电压VIGR切换成稳定运转设定电压VR。
在稳定运转模式中选择了恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中的某个控制时，判定等离子放电的发生后，切换成基于选择的控制的稳定运转。此时，输出电流达到了点火设定电流IIGR后，成为稳定运转时的输出电流IO。
在稳定运转模式中根据需要可以任意地选择恒压控制、恒流控制、恒流控制中的某个，例如除了预先选择后对斩波控制部的切换电路进行设定外，还可以从直流电源装置的外部进行设定。此外，也可以变更选择。
[直流电源装置的使用方式例]
以下，使用图11和图12说明直流电源装置的使用方式例。
(双阴极电源装置的结构例)
图11表示将本发明的直流电源装置应用于双阴极电源装置的使用方式例。
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地产生的高电压的保护电路；电压型降压斩波部，其将输入的直流电力的电压变换成预定电压而输出直流电压；升压电路；单相逆变器，其将电压型降压斩波部的直流输出变换成单相的交流输出；以及单相变压器，其将单相逆变器的交流输出变换成预定电压。
双阴极电源装置经由输出电缆向一方的电极1供给单相变压器的一方的输出，经由输出电缆向另一方的电极2供给另一方的输出。
图12表示向一端接地的负载应用本发明的直流电源装置的使用方式例。
直流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，等离子发生装置具备从直流电源装置输入直流电压的电极和接地的电极两个电极。根据该直流电源装置，可以使一方的电极接地，并向另一方的电极施加直流电压。
直流电源装置具备：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成预定电压而输出直流电压；单相变压器，其将电压型降压斩波部的直流输出变换成单相的交流输出；单相变压器，其将单相逆变器的交流输出变换成预定电压；以及整流器，其对单相变压器的交流输出进行整流。直流电源装置经由输出电缆向电极A供给整流器的输出。电极B是接地电极。
另外，上述实施方式和变形例中的描述是本发明的直流电源装置和直流电源装置的控制方法的一例，本发明并不局限于各实施方式，可以基于本发明的宗旨进行各种变形，而不是将它们从本发明的范围中排除。
产业上的可利用性
本发明的直流电源装置可以作为向等离子发生装置供给电力，并进行成膜处理或蚀刻处理的电力源来使用。
符号说明
1 直流电源装置
2 电压型降压斩波部
3 升压电路
4 单相逆变器
5 控制部
5A 斩波控制部
5Aa 开关元件控制信号生成电路
5Ab 电路
5Ac 存储单元
5Ad 存储单元
5Ae 比较电路
5Af 存储单元
5Ag 存储单元
5B 升压控制部
5Ba 短路脉冲信号生成电路
5C 逆变器控制部
10 负载
CF1 斩波输出电容器
CL 负载电容
COT 输出电容
D1 二极管
D2 二极管
Edc 输入直流电压
Ein 输入直流电压
F 符号
IG 点火信号
IG 点火电流
IIGR 点火设定电流
IO 输出电流
IR 稳定运转设定电流
Ji 能量
LF1 直流电抗器
Lm1 电抗器
N 负端子
P 正端子
Pi 短路脉冲信号
PR 稳定运转设定功率
Q1 开关元件
Q2 开关元件
QU、QV、QX、QY 开关元件
Tion 微小时间宽度
VIGR 点火设定电压
Vin 输入电压
VO 输出电压
VOIG 点火电压
VPLR 等离子发生设定电压
VR 稳定运转设定电压
Δi 短路电流
Δi1 短路电流
Δic 循环电流

Claims (9)

1.一种向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置，具备：
电压型降压斩波部，其构成直流电压源；
升压电路，其使所述电压型降压斩波部的直流电压升压；
单相逆变器部，其将所述升压电路的直流输出变换成单相交流；以及
控制部，其包含用于控制所述电压型降压斩波部的斩波控制部和用于控制所述升压电路的升压控制部，
其特征在于，
所述控制部切换点火模式和稳定运转模式来进行控制，所述点火模式是供给使所述等离子发生装置发生等离子放电的点火电压的模式，所述稳定运转模式是使所述等离子发生装置的等离子放电持续的模式，
在所述点火模式中，所述升压控制部使所述升压电路的正电压侧和负电压侧之间间歇性短路，将通过该短路形成的短路电流的能量积累在电压型降压斩波部的电抗器中，积累在所述电抗器中的能量在短路动作的间歇期间经由所述单相逆变器部使所述直流电源装置的输出电压升压。
2.根据权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于，
所述升压控制部生成使所述升压电路中连接正电压端和负电压端之间的开关元件间歇性短路的短路脉冲信号，
通过所述短路脉冲信号将所述开关元件设为接通状态，由此使电压型降压斩波部的输出端的正电压端和负电压端短路。
3.根据权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于，
在所述点火模式中，所述控制部切换进行升压控制和恒压控制，所述升压控制是所述升压控制部重复多次基于短路电流的升压使输出电压升压至点火设定电压的控制，所述恒压控制是所述斩波控制部将所述输出电压维持在点火设定电压的控制，
在所述输出电压达到了点火设定电压后，从升压控制切换成恒压控制。
4.根据权利要求3所述的直流电源装置，其特征在于，
所述控制部将斩波控制部中的斩波控制的接通占空比和升压控制部中的间歇短路动作的次数设为参数，
根据所述接通占空比控制所述电压型降压斩波部的输入电压，
根据所述间歇短路动作的次数控制升压比，
根据所述输入电压和升压比控制输出电压的电压上升。
5.根据权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于，
所述稳定运转模式能够选择恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中的某个控制，所述恒压控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电压，将输出电压维持在稳定运转设定电压的控制，所述恒流控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电流，将输出电流维持在稳定运转设定电流的控制，所述恒定功率控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定功率，将输出功率维持在稳定运转设定功率的控制，
所述控制部的切换控制，在输出电流达到了点火设定电流，且输出电压下降至等离子发生电压时，从所述点火模式切换成所述稳定运转模式，进行从所述恒压控制、所述恒流控制、所述恒定功率控制中选择出的控制。
6.一种向等离子发生装置供给直流电力的直流电源装置的控制方法，所述直流电源装置具备：电压型降压斩波部，其构成直流电压源；升压电路，其使所述电压型降压斩波部的直流电压升压；单相逆变器部，其将所述升压电路的直流输出变换成单相交流；以及控制部，其包含用于控制所述电压型降压斩波部的斩波控制部和用于控制所述升压电路的升压控制部，所述直流电源装置的控制方法的特征在于，
所述控制部切换点火模式和稳定运转模式来进行控制，所述点火模式是供给使所述等离子发生装置发生等离子放电的点火电压的模式，所述稳定运转模式是使所述等离子发生装置的等离子放电持续的模式，
在所述点火模式中，所述升压控制部使所述升压电路的正电压侧和负电压侧之间间歇性短路，将通过该短路形成的短路电流的能量积累在电压型降压斩波部的电抗器中，积累在所述电抗器中的能量在短路动作的间歇期间经由所述单相逆变器部使所述直流电源装置的输出电压升压。
7.根据权利要求6所述的直流电源装置的控制方法，其特征在于，
在所述点火模式中，所述控制部切换进行升压控制和恒压控制，所述升压控制是重复多次基于短路电流的升压来使输出电压升压至点火设定电压的控制，所述恒压控制是通过所述斩波控制部将所述输出电压维持在点火设定电压的控制，
在所述输出电压达到了点火设定电压后，从升压控制切换成恒压控制。
8.根据权利要求7所述的直流电源装置的控制方法，其特征在于，
所述控制部将斩波控制部中的斩波控制的接通占空比和升压控制部中的间歇短路动作的次数设为参数，
根据所述接通占空比控制所述电压型降压斩波部的输入电压，
根据所述间歇短路动作的次数控制升压比，
根据所述输入电压和升压比控制输出电压的电压上升。
9.根据权利要求6所述的直流电源装置的控制方法，其特征在于，
所述稳定运转模式能够选择恒压控制、恒流控制、恒定功率控制中的某个控制，所述恒压控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电压，将输出电压维持在稳定运转设定电压的控制，所述恒流控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定电流，将输出电流维持在稳定运转设定电流的控制，所述恒定功率控制是将稳定运转的设定值从在点火模式中设定的点火设定电压切换成稳定运转设定功率，将输出功率维持在稳定运转设定功率的控制，
所述控制部的切换控制，在输出电流达到了点火设定电流，且输出电压下降至等离子发生电压时，从所述点火模式切换成所述稳定运转模式，进行从所述恒压控制、所述恒流控制、所述恒定功率控制中选择出的控制。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20151118

Assignee: Shang Shang Trading (Shanghai) Co., Ltd.

Assignor: Kyosan Electric Manufacturing Co., Ltd.

Contract record no.: 2016990000452

Denomination of invention: DC power source, and DC power source control method

License type: Common License

Record date: 20161028

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20151118

Assignee: Shanghai High-Light Tech Co., Ltd.

Assignor: Shang Shang Trading (Shanghai) Co., Ltd.

Contract record no.: 2016990000466

Denomination of invention: DC power source, and DC power source control method

License type: Common License

Record date: 20161108

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
GR01 Patent grant
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