JP2000278950A - スパッタリング用直流電源装置 - Google Patents

スパッタリング用直流電源装置

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JP2000278950A
JP2000278950A JP11081267A JP8126799A JP2000278950A JP 2000278950 A JP2000278950 A JP 2000278950A JP 11081267 A JP11081267 A JP 11081267A JP 8126799 A JP8126799 A JP 8126799A JP 2000278950 A JP2000278950 A JP 2000278950A
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JP
Japan
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switching
power supply
voltage
circuits
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JP11081267A
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English (en)
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Noboru Kuriyama
山 昇 栗
Yuichi Sato
藤 裕 一 佐
Yutaka Tanitsu
津 豊 谷
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Shibaura Mechatronics Corp
Original Assignee
Shibaura Mechatronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 トランスのタップ切換をすることなく所望電
圧出力を供給できるスパッタリング用直流電源装置を提
供すること。 【解決手段】 所定電圧の出力を生じる直流電源と、そ
れぞれブリッジ接続された複数のスイッチング素子S1
1−S14,S21−S24と、前記直流電源の出力を
パルス出力に変換する少なくとも2つのスイッチング回
路S10,S20と、前記複数のスイッチング素子の動
作によりパルス状の1次電圧が供給され、2次電圧を出
力するトランスT1,T2と、指令信号に応じてスイッ
チング動作を制御する制御回路と、前記少なくとも2つ
のスイッチング回路の出力をそれぞれ直流変換する整流
回路B1,B2と、整流回路と前記出力端子との間に設
けられ、整流回路からの出力中の高周波成分を除去する
フィルタF2と、をそなえたスパッタリング用直流電源
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンパクトディス
ク(CD)やディジタル・ビデオ・ディスク(DVD)
製造用のスパッタリング装置に用いられる直流電源装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】スパッタリング処理では、ターゲット材
料によって使用する電圧が異なるから、少なくとも2つ
の電圧を切り換え出力できる必要がある。因みに、アル
ミニウムは400V程度、金は800V程度で処理す
る。
【0003】従来、これを実現するには、いくつかの方
法がある。その1は、タップ付きのトランスを用い機械
的に切り換えを行って交流電圧の調整を行い、これを整
流して直流電圧を得るものである。その2は、トランス
を用いた偶数のスイッチング電源ユニットを用い、整流
後にフィルタを通して直流にした後、機械的に並列接続
か直列接続に切り換えて所望電圧を得るものである。そ
の3は、使用電圧範囲を限定してトランスを設計し、タ
ーゲット材料が変わったら電源を交換して対応する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】故障などでスパッタリ
ング用電源を交換する場合を考えると、限定仕様の電源
では対応する電源を予備として用意する必要がある。そ
して、DVD製造ラインを想定すると、アルミニウム用
の低電圧電源と、金およびシリコン用の高電圧電源とを
予備として用意する必要があり、コスト的、スペース
的、作業的の何れの面からも問題がある。
【0005】トランスのタップ切換で対応できる電源と
した場合は、交換時にタップ位置を確認して行う必要が
ある。また、タップ切換は電源装置のカバーを開けて確
実に行う必要があり、作業者の熟練が必要である。そし
て、タップ切換はネジ止めなどの機械的な手段によるの
で、作業しやすい位置にタップを設ける必要があって装
置設計に対する制約が大きく、またその大きさの分だけ
電源装置が大型化する欠点がある。
【0006】そこで、タップ切換を電子回路で実現する
ことが考えられるが、トランスの2次側を全波整流して
ローパスフィルタを通し直流にしてから後の段階とな
り、必要な素子数が増えて回路構成が複雑になる。
【0007】本発明は上述の点を考慮してなされたもの
で、トランスのタップ切換をすることなく所望の電圧出
力を供給できるスパッタリング用直流電源装置を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明では、所定電圧の出力を生じる直流電源と、それぞ
れブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有し、
前記直流電源の出力をパルス出力に変換する少なくとも
2つのスイッチング回路と、前記複数のスイッチング素
子のスイッチング動作により前記スイッチング回路から
パルス状の1次電圧が供給され、パルス状の2次電圧を
出力するトランスと、指令信号に応じて前記スイッチン
グ素子に対しスイッチング動作を制御する制御信号を与
える制御回路と、入力側が前記トランスに接続され、出
力側が互いに直列接続されて出力端子間に接続されてお
り、前記少なくとも2つのスイッチング回路の出力をそ
れぞれ直流変換する少なくとも2つの整流回路と、前記
少なくとも2つの整流回路と前記出力端子との間に設け
られ、前記少なくとも2つの整流回路からの出力中の高
周波成分を除去するフィルタと、をそなえたスパッタリ
ング用直流電源装置、を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例を示し
たものである。この実施例は、交流入力(3Φ,200
V)を3相整流回路RECにより整流して入力フィルタ
F1を通した後、1対のスイッチング回路S10,S2
0によりパルス出力にし、トランスT1,T2を通して
ブリッジB1,B2により直流化し、出力フィルタF2
を介して平滑化し直流出力端子DCに出力する。
【0010】そして、スイッチング回路S10,S20
のスイッチング素子S11〜S14およびS21〜S2
4を制御するために、制御回路から各スイッチング素子
のドライブ回路D11〜D14およびD21〜D24に
対してパルス信号を与えてオン動作させる。
【0011】このために、制御回路には、出力電圧をど
のようにするかに関する外部からの指令信号とともに、
出力端子近くに設けられた抵抗R1,R2による分圧回
路からの電圧信号、および電流検出回路IDからの電流
信号がフィードバック信号として与えられ、これに基づ
いてスイッチング素子のオン制御が行われる。
【0012】各スイッチング回路S10,S20および
出力端子DCには、平滑用のコンデンサC1,C2およ
びC0が設けられている。また、ブリッジ回路B1,B
2には、並列にフライホイールダイオードFD1,FD
2が設けられている。
【0013】図2および図3は、本発明に係る直流電源
装置をパルス幅変調動作させる場合の出力波形を示した
ものである。すなわち、これら両図では、スイッチング
回路S10およびS20の各出力波形を示したもので、
図2は低電圧負荷用の出力状態を示し、図3は高電圧負
荷用の出力状態を示している。
【0014】まず図2の場合、スイッチング素子S11
ないしS14のうちS12,S13にパルス状の制御信
号が与えられて、スイッチング素子S12,S13が図
示a)のように周期的にオンになると、トランスT1の
1次巻線に図における上から下に向かう狭幅パルス状の
電流が周期的に流れる。このパルス状の電流は、所定パ
ルス幅、所定周期のものである。図示されたものは、出
力波形であるが、制御信号波形もこれと同形であるから
図示を省略する。
【0015】次いで、スイッチング素子S21ないしS
24のうちS22,S23に図示b)のような制御信号
が与えられて、これらのスイッチング素子が周期的にオ
ンになると、トランスT2の1次巻線に図における上か
ら下に向かうパルス状の電流が周期的に流れ、電圧Vが
発生する。このパルス電圧は、図示a)のものに対して
電気角度で挿間的位置関係にある。したがって、図示
a)のものと図示b)のものとは、丁度90度位相がず
れた関係にある。
【0016】このような出力を持った2つのトランスT
1,T2の出力をそれぞれブリッジ回路B1,B2を介
して合成すると、図示a+b)における、周期が1/2
のパルス出力となる。これを出力フィルタF2およびコ
ンデンサC0により平滑化すると、低電圧が形成され出
力端子DCに供給される。
【0017】図2a)、図2b)を合成して図2a+
b)にすることは、2つのスイッチング回路S10,S
20が並列接続されたのと等価である。すなわち、整流
ブリッジの接続を見ると直列接続であるのに、パルスの
位相をずらせて合成することにより整流ブリッジを並列
接続したのと等価になる点に、本発明の特徴がある。
【0018】次にスイッチング回路S10のスイッチン
グ素子S11,S14がオンとなると、トランスT1の
1次巻線に流れる電流が逆向きになり、2次巻線の誘起
電圧も逆極性になるが、ブリッジB1の出力極性は変わ
らない。したがって、図2の出力波形は同様に波形説明
に利用できる。
【0019】スイッチング回路S20のスイッチング素
子S22,S23についても同様である。
【0020】一方、図3の場合は、図示a)の電圧およ
び図示b)の電圧がともに持続時間が長く広幅であり、
両者がタイミング的に重なり合う期間が存在する点が図
2の場合と相違する。この結果、図示a+b)の電圧は
タイミング的に重複しない部分の電圧がVで、重複した
部分は重複しない部分の2倍の電圧2Vである。したが
って、図2の場合に比べて平均電圧は大幅に上昇し、高
電圧出力が形成されて出力端子DCに供給される。そし
て、重複度合いが増すほど平均電圧は2Vに近付き、よ
り高電圧になる。
【0021】図4および図5は、本発明に係る直流電源
装置をパルス周波数変調動作させる場合の出力波形を示
したものである。そして、図4の場合は図における上側
スイッチング回路出力a)と下側スイッチング回路出力
b)とを90度位相をずらせておき、両者を合成して合
成出力a+b)を形成したものである。また、図5の場
合は、図4の場合とパルス周波数を同一にして、上側ス
イッチング回路出力a)と下側スイッチング回路出力
b)とを位相を一致させておき、合成出力a+b)を形
成したものである。
【0022】このように、スイッチング回路S10,S
20のトランスT1,T2の励磁タイミングを180/
N(Nはスイッチング回路の数)だけずらすことにより
並列運転が実現され、一致させることにより直列運転が
実現できる。したがって、励磁の周波数およびタイミン
グを変化させる回路を用いて励磁制御を行えばよい。
【0023】図6は、本発明の他の実施例を示したもの
である。この図6の実施例が図1の実施例と異なる点
は、第3のスイッチング回路S30が加わったこと、そ
れに対応してブリッジ回路B3が加わったこと、ならび
にその付随事項である。しかし、各スイッチング回路、
各ブリッジ回路をトランス外の他の要素と組み合わせる
基本構成は同一である。この構成により、図1の構成よ
りも出力を一層高電圧化することができる。
【0024】図7は、本発明のさらに他の実施例を示し
たものである。この実施例では、上記実施例におけるフ
ルブリッジ回路としてのスイッチング回路をハーフブリ
ッジ回路に換えて構成したものである。
【0025】そのために、スイッチング素子S11,S
13およびS21,S23ならびにそのドライブ回路D
11,13およびD21,D23を省略する一方、コン
デンサはC1をC11,C12の直列接続に、C2をC
21,C22の直列接続にそれぞれ換えて、これら直列
接続されたコンデンサの相互接続点にトランスT1,T
2の図示下端を接続している。
【0026】
【発明の効果】本発明は上述のように、少なくとも2つ
のスイッチング回路における、パルス幅を変化させた出
力、またはパルス周波数を変化させた出力を各別にトラ
ンスを介して取り出し、整流後に合成することにより、
低電圧から高電圧までを供給できる直流電源を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路構成を示すブロック線
図。
【図2】図1の実施例における低電圧出力を供給するた
めの、パルス幅変調動作時のスイッチング回路出力波形
およびその合成波形の一例を示すタイミングチャート。
【図3】図1の実施例における高電圧出力を供給するた
めの、パルス幅変調動作時のスイッチング回路出力波形
およびその合成波形を示すタイミングチャート。
【図4】図1の実施例における低電圧出力を供給するた
めの、パルス周波数変調動作時のスイッチング回路出力
波形およびその合成波形の一例を示すタイミングチャー
ト。
【図5】図1の実施例における高電圧出力を供給するた
めの、パルス周波数変調動作時のスイッチング回路出力
波形およびその合成波形を示すタイミングチャート。
【図6】本発明の他の実施例の回路構成を示すブロック
線図。
【図7】本発明のさらに他の実施例の回路構成を示すブ
ロック線図。
【符号の説明】
REC 整流回路 F フィルタ C コンデンサ S10,S20,S30 スイッチング回路 S11−S14,S21−S24,S31−S34 ス
イッチング素子 B ブリッジ D ドライブ回路 R 抵抗 FD フライホイールダイオード ID 電流検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 津 豊 神奈川県横浜市栄区笠間町1000番地1 芝 浦メカトロニクス株式会社横浜事業所内 Fターム(参考) 5G065 AA00 DA06 DA07 EA06 HA01 HA12 JA02 LA01 LA02 MA01 MA03 MA10 NA06 NA09 5H006 CA02 CA12 CA13 CB01 CC04 DA04 DB01 DC02 DC05 5H730 BB27 BB82 BB89 CC01 DD04 FD01 FD31 FG05 FG22 FV03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定電圧の出力を生じる直流電源と、 それぞれブリッジ接続された複数のスイッチング素子を
    有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換する少な
    くとも2つのスイッチング回路と、 前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作により
    前記スイッチング回路からパルス状の1次電圧が供給さ
    れ、パルス状の2次電圧を出力するトランスと、 指令信号に応じて前記スイッチング素子に対しスイッチ
    ング動作を制御する制御信号を与える制御回路と、 入力側が前記トランスに接続され、出力側が互いに直列
    接続されて出力端子間に接続されており、前記少なくと
    も2つのスイッチング回路の出力をそれぞれ直流変換す
    る少なくとも2つの整流回路と、 前記少なくとも2つの整流回路と前記出力端子との間に
    設けられ、前記少なくとも2つの整流回路からの出力中
    の高周波成分を除去するフィルタと、 をそなえたスパッタリング用直流電源装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のスパッタリング用直流電源
    装置において、 前記制御回路は、等しい電気角度間隔でパルス幅変調さ
    れた制御信号を形成するようにしたスパッタリング用直
    流電源装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載のスパッタリング用直流電源
    装置において、 前記制御回路は、位相可変でパルス周波数変調された制
    御信号を形成するようにしたスパッタリング用直流電源
    装置。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3の何れかに記載のスパッ
    タリング用直流電源装置において、 前記整流回路は、出力側にダイオードが並列接続された
    スパッタリング用直流電源装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531070B2 (en) * 2001-09-28 2009-05-12 Shibaura Mechatronics Corporation Sputtering power-supply unit
JPWO2013093963A1 (ja) * 2011-12-20 2015-04-27 三菱電機株式会社 充電装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7531070B2 (en) * 2001-09-28 2009-05-12 Shibaura Mechatronics Corporation Sputtering power-supply unit
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