CN109256759B - 电弧抑制装置与电弧抑制方法 - Google Patents

电弧抑制装置与电弧抑制方法 Download PDF

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Abstract

一种电弧抑制装置包含交流/直流转换器、开关、电阻器与控制器。开关耦接于交流/直流转换器与电浆室之间。电阻器并联耦接开关。控制器耦接开关。交流/直流转换器用以将交流电压转换为直流电压以提供至电浆室。控制器用以检测电浆室接收的电浆电流的斜率。当控制器判断电浆电流的斜率大于第一斜率门槛值时，控制器控制开关电性隔离交流/直流转换器与电浆室以通过电阻器将电浆电流降低至第一电流值。

Description

电弧抑制装置与电弧抑制方法
技术领域
本发明是有关于电弧抑制技术，且特别是有关于一种连续输出能量的电弧抑制装置与电弧抑制方法。
背景技术
于电浆工艺中，当电浆室内发生电弧时，容易导致工艺的良率不佳。然而，为了消除电浆室内的电弧而断开输出至电浆室的电源，将会产生能量不连续的问题。此外，若通过多个开关元件控制电源的输出，则操作方式变得较为复杂。
发明内容
本揭示内容的一态样是提供一种电弧抑制装置，其包含交流/直流转换器、开关、电阻器与控制器。开关耦接于交流/直流转换器与电浆室之间。电阻器并联耦接开关。控制器耦接开关。交流/直流转换器用以将交流电压转换为直流电压以提供至电浆室。控制器用以检测电浆室接收的电浆电流的斜率。当控制器判断电浆电流的斜率大于第一斜率门槛值时，控制器控制开关电性隔离交流/直流转换器与电浆室以通过电阻器将电浆电流降低至第一电流值。
本揭示内容的另一态样是提供一种电弧抑制方法，其包含以下步骤。通过控制器，当判断电浆室接收的电浆电流的斜率大于第一斜率门槛值时，控制开关电性隔离交流/直流转换器与电浆室以通过电阻器将电浆电流降低至第一电流值。开关电性耦接于交流/直流转换器与电浆室之间，电阻器并联耦接开关。
综上所述，当电弧发生时，电弧抑制装置可通过电阻器降低输出至电浆室的电浆电流至第一电流值以消除电弧。此外，由于电弧抑制装置并未中断输出至电浆室(亦即并未将电浆电流降至零)，因此当电弧消除后电弧抑制装置可快速地恢复电浆室正常操作。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本揭示内容的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
为让本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图示的说明如下：
图1为根据本揭示内容一实施例绘示的电弧抑制装置的示意图；
图2为根据本发明一实施例绘示的电弧抑制方法流程图；
图3A为根据本揭示内容一实施例绘示的电弧抑制装置的操作示意图；
图3B为根据本揭示内容一实施例绘示的电弧抑制装置的操作示意图；
图4A为绘示本揭示内容一实施例中对应第3A、3B图的电弧抑制装置的波形示意图；
图4B为绘示本揭示内容一实施例中对应第3A、3B图的电弧抑制装置的波形示意图；以及
图4C为绘示本揭示内容一实施例中对应图3A、3B的电弧抑制装置的波形示意图。
其中附图标记为：
100：电弧抑制装置
110：交流/直流转换器
111、L1_1、C1_1、L2_1、C2_1、SW_1、R_1：第一端
112、L1_2、C1_2、L2_2、C2_2、SW_2、R_2：第二端
120：控制器
130、140：电感电容电路
150：电浆室
151：外壳
152：靶材
L1、L2：电感器
C1、C2：电容器
R：电阻器
SW：开关
AC：交流电源
200：电弧抑制方法
S201～S203：步骤
Ip：电浆电流
V：电浆电压
t0、t1、t2、t3、t4、t5：时间
I1、I2：电流值
具体实施方式
以下揭示提供许多不同实施例或例证用以实施本发明的特征。本揭示在不同例证中可能重复引用数字符号且/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例且/或配置之间的关系。
于实施方式与申请专利范围中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或多个。将进一步理解的是，本文中所使用之“包含”、“包括”、“具有”及相似词汇，指明其所记载的特征、区域、整数、步骤、操作、元件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件，与/或其中之群组。
当一元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，它可以为直接连接或耦接至另一元件，又或是其中有一额外元件存在。相对的，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，其中是没有额外元件存在。
关于本文中所使用之“约”、“大约”或“大致约”一般通常系指数值之误差或范围约百分之二十以内，较好地是约百分之十以内，而更佳地则是约百分五之以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“约”、“大约”或“大致约”所表示的误差或范围。
关于本文中所使用之“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的元件或操作而已。
请参考图1，图1为根据本揭示内容一实施例绘示的电弧抑制装置100的示意图。电弧抑制装置100包含交流/直流转换器(AC to DC converter)110、开关SW、电阻器R与控制器120。开关SW耦接于交流/直流转换器110与电浆室150之间，电阻器R并联耦接开关SW，控制器120耦接开关SW。交流/直流转换器110用以将交流电源AC产生的交流电压转换为直流电压以提供至电浆室150。于一实施例中，电浆室150的电浆电压(如后图3A的电浆电压V)关联于交流/直流转换器110输出的直流电压。例如，电浆室150的电浆电压为经滤波后的直流电压。
操作上，请同时参考图2、图3A、图3B、图4A、图4B与图4C。图2系根据本案一实施例绘示的电弧抑制方法200流程图。电弧抑制方法200具有多个步骤S201～S203，其可应用于如图1所示的电弧抑制装置100。然熟习本案的技艺者应了解到，在上述实施例中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。
以下段落将依序针对普通电弧以及严重电弧等情况说明。其中，针对普通电弧或严重电弧的情况，控制器120可选择性地设置为检测电浆电流Ip、电浆电压V或同时检测上述两者，以完成消除电弧的操作。相关操作将于以下段落详细说明。
以下说明普通电弧发生的情况。于一实施例中，控制器120用以检测电浆室150接收的电浆电流Ip的斜率。当电浆室150于时间t0时发生电弧，电浆电压V开始下降(如图4A所示)，电浆电流Ip的斜率上升(如图4B所示)。于步骤S201，控制器120判断电浆室150接收的电浆电流Ip的斜率是否大于第一斜率门坎值。于一实施例中，第一斜率门槛值可设计为普通电弧发生时的电浆电流Ip的斜率。
举例而言，于时间t1，控制器120判断电浆电流Ip的斜率大于第一斜率门槛值，则控制器120于步骤S202控制开关SW电性隔离交流/直流转换器110与电浆室150以透过电阻器R将电浆电流Ip降低至第一电流值I1。换言之，当控制器120判断电浆室150发生电弧而控制开关SW断开，则大部分的功率消耗于电阻器R，电浆电流Ip于时间t1至t3之间下降至第一电流值I1以消除电弧。
或者，于另一实施例中，控制器120更用以检测电浆室150接收的电浆电压V。于步骤S201，控制器120判断电浆室150接收的电浆电流Ip的斜率是否大于第一斜率门槛值，以及电浆电压V是否小于第一电压门槛值。在一些实施例中，第一电压门槛值的范围可设置为11～100伏特(V)，但本揭示内容不以此为限。举例而言，于时间t1，控制器120判断电浆电流Ip的斜率大于第一斜率门槛值以及电浆电压V小于第一电压门槛值，则控制器120于步骤S202控制开关SW电性隔离交流/直流转换器110与电浆室150以透过电阻器R将电浆电流Ip降低至第一电流值I1。
于步骤S203，经过第一时间(例如时间t1至t4期间)后，控制器120控制开关SW电性连接交流/直流转换器110与电浆室150以调整电浆电流Ip至第二电流值I2。如图4B所示，第二电流值I2大于第一电流值I1。
如此一来，当电弧发生时，电弧抑制装置100可降低透过电阻器R输出至电浆室150的电浆电流Ip至第一电流值I1以消除电弧。此外，由于电弧抑制装置100并未中断输出至电浆室150(亦即并未将电浆电流Ip降至零)，因此当电弧消除后电弧抑制装置100可快速地恢复电浆室150正常操作。
以下说明严重电弧发生的情况。于另一实施例中，于步骤S201，控制器120判断电浆室150接收的电浆电流Ip的斜率是否大于第二斜率门槛值，其中第二斜率门槛值大于第一斜率门槛值。举例而言，于时间t1，控制器120判断电浆电流Ip的斜率大于第二斜率门槛值(表示电浆室150发生严重电弧)，则控制器120于步骤S202控制开关SW电性隔离交流/直流转换器110与电浆室150并且断开交流/直流转换器110以快速消除电弧。须说明的是，相较于普通电弧的情形，于本实施例中，当控制器120判断严重电弧发生(亦即电浆电流Ip的斜率大于第二斜率门槛值)时，控制器120更控制开关SW来断开交流/直流转换器110，以有效地消除严重电弧。
或者，于另一实施例中，控制器120更用以检测电浆室150接收的电浆电压V。于步骤S201，控制器120判断电浆室150接收的电浆电流Ip的斜率是否大于第二斜率门槛值以及电浆电压V是否小于第二电压门槛值。于一些实施例中，第二电压门槛值可设置为11～100伏特(V)，并小于第一电压门槛值。举例而言，于时间t1，控制器120判断电浆电流Ip的斜率大于第二斜率门槛值以及电浆电压V小于第二电压门槛值(表示电浆室150发生严重电弧)，则控制器120于步骤S202控制开关SW电性隔离交流/直流转换器110与电浆室150并且断开交流/直流转换器110以快速消除电弧。此外，相较于普通电弧的情形，于本实施例中，当控制器120判断严重电弧发生(亦即电浆电流Ip的斜率大于第二斜率门槛值以及电浆电压V小于第二电压门槛值)时，控制器120更控制开关SW来断开交流/直流转换器110，以有效地消除严重电弧。
于上述讨论普通电弧或严重电弧的例子中，仅以控制器120单独检测电浆电流Ip或同时检测电浆电流Ip与电浆电压V的操作为例说明，但本案不依此为限。于各种实施例中，控制器120可分别地检测电浆电流Ip或电浆电压V，或同时检测电浆电流Ip与电浆电压V，以消除电弧。例如，在前述的步骤S201中，控制器120可仅检测电浆电压V，并比较电浆电压V与第一电压门槛值与/或第二电压门槛值来消除电弧。利用电浆电压V的检测方式与前述例子相同，故于此不再重复赘述。因此，各种可适用于控制器120来检测电浆电流Ip与/或电浆电压V的设置方式皆为本案所涵盖的范围。
须说明的是，于本实施例中，经过第一时间(例如时间t1至t4期间)后，控制器120控制开关SW电性连接交流/直流转换器110与电浆室150，并开启交流/直流转换器110以调整电浆电流Ip至第二电流值I2。如图4B所示，由于交流/直流转换器110需要一段时间(例如时间t4至t5期间)来启动，因此电浆电流Ip于时间t5之后上升至第二电流值I2。此外，第二斜率门槛值可设计为严重电弧发生时的电浆电流Ip的斜率。
于一实施例中，电弧抑制装置100更包含电感电容(LC)电路130、140。电感电容(LC)电路130耦接于交流/直流转换器110与控制器120之间并用以对交流/直流转换器110转换出的直流电压进行滤波。电感电容(LC)电路140耦接于控制器120与电浆室150之间并用以抑制电浆电流Ip的斜率并产生电浆电压V。
于一实施例中，电感电容(LC)电路130包含电感器L1与电容器C1，电感电容(LC)电路140包含电感器L2与电容器C2。交流/直流转换器110具有第一端111与第二端112，开关SW具有第一端SW_1与第二端SW_2，电感器L1具有第一端L1_1与第二端L1_2，电容器C1具有第一端C1_1与第二端C1_2，电感器L2具有第一端L2_1与第二端L2_2，电容器C2具有第一端C2_1与第二端C2_2。
关于电感电容(LC)电路130的连接方式，电感器L1的第一端L1_1耦接交流/直流转换器110的第一端111，电感器L1的第二端L1_2耦接开关SW的第一端SW_1与电阻器R的第一端R_1。电容器C1的第一端C1_1耦接电感器L1的第二端L1_2，电容器C1的第二端C1_2耦接交流/直流转换器110的第二端112。
关于电感电容(LC)电路140的连接方式，电感器L2的第一端L2_1耦接开关SW的第二端SW_2，电感器L2的第二端L2_2耦接电浆室150的外壳151与接地端GND。电容器C2的第一端C2_1耦接电感器L2的第二端L2_2，电容器C2的第二端C2_2耦接交流/直流转换器110的第二端112与电浆室150的靶材(target)152。
须说明的是，于时间t2，由于流经电感器L2的电浆电流Ip续流而产生的反向电压(如图4A所示)有助于消除电弧。
于一实施例中，电感器L1的电感值(约数百微亨(μH))大于电感器L2的电感值(约数百微亨(μH))。
于一实施例中，电容器C1的电容值(约数十纳法拉(nF))大于电容器C2的电容值(约几纳法拉(nF))。
实作上，开关SW可以是晶体管(例如绝缘栅极双极性晶体管(Insulated gatebipolar transistor，IGBT)，控制器120可以是微控制器(Microprocessor control unit，MCU)、可程序化逻辑数组(Field-programmable gate array，FPGA)，但本揭示内容不以此为限。
综上所述，当电弧发生时，电弧抑制装置100可透过电阻器R降低输出至电浆室150的电浆电流Ip至第一电流值I1以消除电弧。此外，由于电弧抑制装置100并未中断输出至电浆室150(亦即并未将电浆电流Ip降至零)，因此当电弧消除后电弧抑制装置100可快速地恢复电浆室150正常操作。
虽然本案已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本案，任何熟习此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种电弧抑制装置，其特征在于，包含：
一交流/直流转换器，用以转换一交流电压为一直流电压以提供至一电浆室；
一开关，耦接于该交流/直流转换器与该电浆室之间；
一电阻器，并联耦接该开关；以及
一控制器，耦接该开关并用以检测该电浆室接收的一电浆电流的一斜率，并且当判断该电浆电流的该斜率大于一第一斜率门槛值时，控制该开关电性隔离该交流/直流转换器与该电浆室以通过该电阻器将该电浆电流降低至一第一电流值；该控制器更用以当判断该电浆电流的该斜率大于一第二斜率门槛值时，断开该交流/直流转换器。
2.如权利要求1所述的电弧抑制装置，其特征在于，更包含：
一第一电感电容电路，耦接于该交流/直流转换器与该控制器之间并用以对该直流电压进行滤波。
3.如权利要求2所述的电弧抑制装置，更包含：
一第二电感电容电路，耦接于该控制器与该电浆室之间并用以抑制该电浆电流的该斜率。
4.如权利要求3所述的电弧抑制装置，其特征在于，该交流/直流转换器具有一第一端与一第二端，该开关具有一第一端与一第二端，该第一电感电容电路包含：
一第一电感器，具有一第一端与一第二端，其中该第一电感器的该第一端耦接该交流/直流转换器的该第一端，该第一电感器的该第二端耦接该开关的该第一端；以及
一第一电容器，具有一第一端与一第二端，其中该第一电容器的该第一端耦接该第一电感器的该第二端，该第一电容器的该第二端耦接该交流/直流转换器的该第二端。
5.如权利要求4所述的电弧抑制装置，其特征在于，该第二电感电容电路包含：
一第二电感器，具有一第一端与一第二端，其中该第二电感器的该第一端耦接该开关的该第二端，该第二电感器的该第二端耦接该电浆室的一外壳；以及
一第二电容器，具有一第一端与一第二端，其中该第二电容器的该第一端耦接该第二电感器的该第二端，该第二电容器的该第二端耦接该交流/直流转换器的该第二端。
6.如权利要求5所述的电弧抑制装置，其特征在于，该第一电感器的电感值大于该第二电感器的电感值。
7.如权利要求5所述的电弧抑制装置，其特征在于，该第一电容器的电容值大于该第二电容器的电容值。
8.如权利要求1所述的电弧抑制装置，其特征在于，该控制器更用以于控制该开关电性隔离该交流/直流转换器与该电浆室并经过一第一时间后，控制该开关电性连接该交流/直流转换器与该电浆室以调整该电浆电流至一第二电流值，其中该第二电流值大于该第一电流值。
9.如权利要求1所述的电弧抑制装置，其特征在于，该控制器更用以检测该电浆室接收的一电浆电压，并且当判断该电浆电流的该斜率大于该第一斜率门槛值以及该电浆电压小于一第一电压门槛值时，控制该开关电性隔离该交流/直流转换器与该电浆室以通过该电阻器将该电浆电流降低至该第一电流值，其中该电浆电压关联该直流电压。
10.如权利要求9所述的电弧抑制装置，其特征在于，该控制器更用以当判断该电浆电流的该斜率大于一第二斜率门槛值以及该电浆电压小于一第二电压门槛值时，断开该交流/直流转换器。
11.一种电弧抑制方法，其特征在于，包含：
通过一控制器，当判断一电浆室接收的一电浆电流的一斜率大于一第一斜率门槛值时，控制一开关电性隔离交流/直流转换器与该电浆室以通过一电阻器将该电浆电流降低至一第一电流值，其中该开关电性耦接于该交流/直流转换器与该电浆室之间，该电阻器并联耦接该开关；通过该控制器，当判断该电浆电流的该斜率大于一第二斜率门槛值时，断开该交流/直流转换器。
12.如权利要求11所述的电弧抑制方法，其特征在于，更包含：
通过该控制器，于控制该开关电性隔离该交流/直流转换器与该电浆室并经过一第一时间后，控制该开关电性连接该交流/直流转换器与该电浆室以调整该电浆电流至一第二电流值，其中该第二电流值大于该第一电流值。
13.如权利要求11所述的电弧抑制方法，其特征在于，更包含：
通过该控制器，当判断该电浆电流的该斜率大于该第一斜率门槛值以及该电浆室接收的一电浆电压小于一第一电压门槛值时，控制该开关电性隔离该交流/直流转换器与该电浆室以通过该电阻器将该电浆电流降低至该第一电流值。
14.如权利要求13所述的电弧抑制方法，其特征在于，更包含：
通过该控制器，当判断该电浆电流的该斜率大于一第二斜率门槛值以及该电浆电压小于一第二电压门槛值时，断开该交流/直流转换器。
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