JP2002325428A - 電力制御方法および電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高調波を発生せず、従来のサイクル制御に比
べて、高精度な制御を可能にするとともに、負荷に流れ
る交流電流の極性が偏るのを防止する。 【解決手段】 温度調節器１からの電力指令値を、半サ
イクル毎にサンプル・ホールド部２１で保持し、入力電
力指令値と出力誤差累積値を加算部２４で加算し、この
加算出力と閾値とを比較部２５で比較して出力電力指令
値を決定し、それまでの電流の極性の累積値に基づい
て、その極性累積値が閾値を上回るときには、決定した
出力電力指令値の出力を禁止し、これによって、負荷に
流れる交流電流が、閾値を上回って同じ極性に偏ること
がないようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力の制御方法お
よび制御装置に関し、更に詳しくは、交流電圧のサイク
ル制御を行う電力制御方法および電力制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒータ等の温度制御システムに
は、図４に示すように、温度調節器１より所定の入力電
力指令値をサイクル制御装置２に与え、サイクル制御装
置２では、入力された電力指令値に応じ、所定の周期、
例えば０．２〔ｓｅｃ〕毎に１ないし数サイクルの出力
をゼロクロス機能付きＳＳＲ３に与え、前記所定の周期
毎の何サイクルをヒータ４に与えてＯＮ／ＯＦＦし、そ
のヒータ４の温度を温度センサ５で検出し、温度調節器
１にフィードバックし、サイクル制御を繰り返すことに
より、ヒータ４の温度を入力電力指令値に応じた値とな
るように制御するものである。

【０００３】サイクル制御装置２は、図５に示すように
温度調節器１で１００％が出力されていると、電源周波
数が５０Ｈｚの場合、この出力値１００％を受け、０．
２ｓｅｃの制御周期の１０サイクルがフル出力される。
温度調節器１の出力が７５％であるとサイクル制御装置
２からは１０サイクル中、７．５サイクル分がＯＮで出
力される。同様に、温度調節器１の出力が５０％の場
合、サイクル制御装置２からは１０サイクル中５サイク
ルがＯＮで出力される。以下２５％の温度調節器出力の
場合は、１０サイクル中、２．５サイクル分がＯＮされ
る。０％の温度調節器出力では、出力も１０サイクルす
べてＯＦＦである。

【０００４】なお、０．２ｓｅｃで５０Ｈｚの全サイク
ルは１０回となるが、図５は様式的なものであり、全サ
イクルを４回としている。

【０００５】温度制御には、周期毎の数サイクル分中の
オンサイクル比率を設定値に応じて変える上記サイクル
制御の他に、設定値に応じて各サイクルにおける点弧角
を制御する位相制御が採用されることもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のサイク
ル制御では、制御周期が固定であり、かつ１サイクルを
単位としてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、出力分解能が低
く、制御精度が悪く、出力応答も遅い。また、ＯＮ状態
が時間的に偏るため、制御対象の寿命に悪影響、例えば
制御対象がヒータの場合、熱ストレスが大きいという問
題がある。

【０００７】一方、位相制御では、高精度の制御が可能
であるが点孤角を制御するものであるから、基本波成分
以外に高調波が発生するという問題がある。さらに高速
処理が必要であるため、装置全体が高価になるという問
題がある。

【０００８】そこで、本件出願人は、平成１２年３月１
５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調
節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２
号）において、高調波を発生せず、しかも従来のサイク
ル制御に比べて、高精度な制御が可能なサイクル制御装
置を提案している。

【０００９】以下、この先に提案したサイクル制御装置
の概要について説明する。

【００１０】図６は、このサイクル制御装置を備えた温
度制御システムの概略構成を示すブロック図である。こ
の温度制御システムは、温度調節器１と、サイクル制御
装置２０と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４
と、温度センサ５とから構成されている。サイクル制御
装置２０以外は、図４に示したものと同様である。

【００１１】サイクル制御装置２０は、温度調節器１か
らの電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホ
ールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力
値Ｙの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出
力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤
差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累
積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４
の出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し、入
力値が閾値より大なる場合に１００〔％〕出力、入力値
が閾値より小なる場合に０％出力とする比較部２５とを
備えている。

【００１２】次に、図７に示すフロー図により、サイク
ル制御装置２０の動作を中心に説明する。動作の開始に
あたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ
１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓの設定（ステップＳ
Ｔ１１）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１２）、パラ
メータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリ
アする（ステップＳＴ１３）。

【００１３】初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメ
ントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１と
される。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力Ｘ
１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの
出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加
算し、補正出力値Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ
４）。

【００１４】最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）
は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。したがって、入
力電力指令値を４０％に設定したとすると、Ｘ１＝４０
〔％〕であり、Ｙｉ１も４０〔％〕である。比較部２５
で入力された補正出力値Ｙｉ１と閾値Ｓが比較され（ス
テップＳＴ５）、補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓ以上である
と出力を１００〔％〕とする（ステップＳＴ６）。逆に
補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと出力を０
〔％〕とする（ステップＳＴ７）。

【００１５】続いて今回の入力指令値Ｘ１と出力Ｙ１の
偏差、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ
８）とともに、それまでの出力誤差累積値に今回の出力
誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステッ
プＳＴ９）。これにより、最初の半サイクルに係る処理
を終了する。

【００１６】その後ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１
インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処
理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ９の処
理は制御周期間にわたり繰り返され、次の制御周期に入
ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処
理を繰り返す。

【００１７】上記した処理動作を具体的な数値を例に上
げて説明する。以下の説明では入力電力指令値Ｘ＝４０
〔％〕、閾値Ｓ＝５０〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流
信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル
期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕
毎に、図７に示すフロー図の処理を実行する。入力電力
指令値Ｘは４０〔％〕であるから、制御周期は半サイク
ル期間×５と決定される。

【００１８】最初の半サイクル（周期１）では、図８に
示すように、入力電力指令値４０〔％〕、この入力電力
指令値４０〔％〕と出力誤差累積Σ（０）の加算で補正
出力Ｙｉ１が４０〔％〕、この補正出力Ｙｉ１が４０
〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓの方が大
であるから、出力０〔％〕、電力指令値Ｘ１＝４０
〔％〕とこの出力０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ１＝
４０〔％〕、同時に累積誤差Σ（１）＝４０〔％〕であ
る。

【００１９】第２番目の半サイクルでは、同じく図８に
示すように、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、こ
の電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（１）＝
４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕、こ
の補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の
比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ２の方が大であるか
ら、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ２＝４０
〔％〕と出力１００〔％〕との偏差より、出力誤差Ｅ２
＝−６０〔％〕、前回までの出力累積誤差Σ（２）＝−
２０〔％〕である。

【００２０】第３番目の半サイクル（周期３）では、入
力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４
０〔％〕と前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕の
加算で、補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕、この補正出力Ｙ
ｉ３が２０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓ
の方が大きいので、出力を０〔％〕とする。指令値Ｘ３
＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ３＝
４０〔％〕、前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕
を加算して、出力誤差累積Σ（３）＝２０〔％〕であ
る。

【００２１】第４番目の半サイクル（周期４）では、入
力指令値Ｘ４は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前
回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕の加算で、補正出
力Ｙｉ４が６０〔％〕、この補正出力Ｙｉ４＝６０
〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正
出力Ｙｉ４の方が大きいので、出力を１００〔％〕とす
る。電力指令値Ｘ４＝４０〔％〕と出力１００〔％〕の
偏差で、出力誤差Ｅ４＝−６０〔％〕、前回までの累積
値Σ（３）＝２０〔％〕に出力誤差−６０〔％〕を累積
して、出力誤差累積Σ（４）＝−４０〔％〕である。で
ある。

【００２２】第５番目の半サイクル（周期５）では、入
力電力指令値Ｘ５は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕
と前回までの累積値−４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙ
ｉ５＝０〔％〕、この補正出力Ｙｉ５と閾値Ｓ＝５０
〔％〕の比較では明らかに閾値Ｓの方が大なので、出力
を０〔％〕とする。電力指令値Ｘ５＝４０〔％〕と出力
０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ５＝４０〔％〕、前回ま
での累積値Σ（４）＝−４０〔％〕を加算して、出力誤
差累積Σ（５）＝０〔％〕である。

【００２３】以上５回の半サイクルで制御周期が終了
し、次の制御周期に移る。１制御周期の中では電力指令
値４０〔％〕に対し、出力１００〔％〕の半サイクルが
２回あり、５回の半サイクル中に２回の１００〔％〕出
力で他の３回のサイクルが出力０％であるから、電力指
令値に対応した出力となる。

【００２４】同様に、例えば、入力電力指令値が、５０
％であった場合には、２回の半サイクルを制御周期とし
て、一方の半サイクルが出力１００％、他方の半サイク
ルが出力０％となる。また、例えば、入力電力指令値
が、６０％であった場合には、５回の半サイクルを制御
周期として、その内の３回の半サイクルが出力１００
％、２回の半サイクルが出力０％となるかかるサイクル
制御装置によれば、制御周期を決定し、半サイクル毎に
出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、
０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従
来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来
のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散される
ので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比
べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現でき
る。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小
さいなどの効果がある。

【００２５】しかしながら、このサイクル制御装置で
は、入力電力指令値が、例えば、１２．５％、２５％あ
るいは５０％などの値のときには、ヒータ４を流れる交
流電流が同じ極性に偏ることになる。

【００２６】例えば、入力電力指令値が、５０％である
ときには、図９の出力波形に示されるように半サイクル
おきに同一の極性の電流がヒータ４に流れることにな
り、ＤＣ電圧を印加している状態と同様となる。なお、
この図９においては、上述の図８に対応する入力、補正
出力、出力および累計誤差等の各項目を併せて示してい
る。

【００２７】このようなサイクル制御装置によって、例
えば、図１０に示されるように、セラミック基板３１
に、ヒータ４を埋め込んだ半導体ウェハの熱処理盤の前
記ヒータ４等の負荷の温度制御を行った場合には、上述
のように入力電流指令値によって負荷を流れる電流の極
性が偏るために、マイグレーションが発生して負荷が短
絡故障する場合があるという難点がある。

【００２８】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制
御に比べて、高精度な制御が可能であって、負荷を流れ
る交流電流の極性に偏りのない電力制御方法および電力
制御装置を提供することを目的としている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００３０】すなわち、本発明の電力制御方法は、入力
電力指令値に応じて、交流電流をスイッチング制御する
ための出力電力指令値を出力する電力制御方法であっ
て、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力
指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算
する加算ステップと、加算ステップで加算された加算値
と基準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力指
令値を決定する決定ステップと、それまでに累積された
極性累積値に基づいて、決定された出力電力指令値の出
力を許容または禁止する出力ステップと、出力ステップ
で出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との
出力誤差値を演算する演算ステップと、演算ステップで
演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力
誤差累積値に累積する出力誤差累積ステップと、出力ス
テップで出力される出力電力指令値に対応する交流電流
の極性を判定して前記極性累積値に累積する極性累積ス
テップとを行うものである。

【００３１】本発明によると、先に提案しているサイク
ル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に
分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出
力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサ
イクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく
出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、
出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後
段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令
値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、
ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可
能となる。

【００３２】さらに、累積された極性累積値に基づい
て、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、
負荷に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合には、
出力電力指令値の出力を禁止することが可能となり、こ
れによって、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因
するマイグレーションの発生を抑制できる。

【００３３】本発明の他の実施態様においては、前記決
定ステップでは、前記比較結果に応じて１００％の出力
電力指令値または０％の出力電力指令値に決定し、前記
出力ステップでは、決定された１００％の出力電力指令
値を出力すると、その出力に対応して累積される前記極
性累積値が、所定値を越えると予測されるときに、前記
１００％の出力電力指令値の出力を禁止し、前記極性累
積ステップでは、前記出力ステップで１００％の出力電
力指令値を出力したときに、その出力電力指令値に対応
する交流電流の極性を判定してそれまでに累積された前
記極性累積値に累積するものである。

【００３４】本発明によると、１００％の出力電力指令
値を出力すると、その出力に対応して累積される極性累
積値が、所定値を越える、すなわち、負荷に流れる交流
電流の極性が所定値を越えて同じ極性に偏ると予測され
るときには、その出力を禁止するので、前記所定値を越
えて同一の極性の電流が続くことがなく、負荷に流れる
交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発
生を抑制できる。

【００３５】本発明の電力制御装置は、入力電力指令値
に応じて、交流電流のスイッチング制御を行うための出
力電力指令値を出力する電力制御装置であって、半サイ
クル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそ
れまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手
段と、前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算
値と基準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力
指令値を決定する比較手段と、前記所定サイクル毎に、
それまでに累積された極性累積値に基づいて、比較手段
で決定された出力電力指令値の出力を許容または禁止す
る出力手段と、前記所定サイクル毎に、前記出力手段か
ら出力される出力電力指令値と前記入力電力指令値との
出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎
に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積さ
れた前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段
と、前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力され
る出力電力指令値に対応する交流電流の極性を判定して
前記極性累積値に累積する極性累積手段とを備えてい
る。

【００３６】本発明によると、先に提案しているサイク
ル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に
分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出
力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサ
イクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく
出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、
出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後
段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令
値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、
ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可
能となる。

【００３７】さらに、累積された極性累積値に基づい
て、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、
負荷に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合には、
出力電力指令値の出力を禁止することが可能となり、こ
れによって、負荷に流れる交流電流の極性の偏りに起因
するマイグレーションの発生を抑制できる。

【００３８】本発明の他の実施態様においては、前記比
較手段は、前記比較結果に応じて１００％の出力電力指
令値または０％の出力電力指令値に決定し、前記出力手
段は、決定された１００％の出力電力指令値を出力する
と、その出力に対応して累積される前記極性累積値が、
所定値を越えると予測されるときに、前記１００％の出
力電力指令値の出力を禁止し、前記極性累積手段は、前
記出力手段から１００％の出力電力指令値を出力したと
きに、その出力電力指令値に対応する交流電流の極性を
判定してそれまでに累積された前記極性累積値に累積す
るものである。

【００３９】本発明によると、１００％の出力電力指令
値を出力すると、その出力に対応して累積される極性累
積値が、所定値を越える、すなわち、負荷に流れる交流
電流の極性が所定値を越えて同じ極性に偏ると予測され
るときには、その出力を禁止するので、前記所定値を越
えて同一の極性の電流が続くことがなく、負荷に流れる
交流電流の極性の偏りに起因するマイグレーションの発
生を抑制できる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面によって、本発明の実
施の形態について、詳細に説明する。

【００４１】図１は、本発明の一つの実施の形態に係る
電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示
すブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の
参照符号を付す。

【００４２】この実施形態の温度制御システムは、温度
調節器１と、本発明に係る電力制御装置２００と、ゼロ
クロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５
から構成されている。

【００４３】電力制御装置２００は、温度調節器１から
の入力電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・
ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出
力値Ｙとの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２
と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する
出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力
誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算
部２４の加算出力を受け、その入力値と基準値としての
閾値Ｓとを比較し その比較結果に応じて、１００％ま
た０％の出力電力指令値を出力する比較部２５とを備え
ており、以上の構成は、先に提案しているサイクル制御
装置と基本的に同様である。

【００４４】この実施の形態では、電力制御装置２００
から出力される出力電力指令値に応じて、ＳＳＲ３でヒ
ータ４に流れる交流電流をスイッチングしたときに、電
流の極性が同一の極性に偏ってマイグレーションが発生
するといったことがないように、次のように構成してい
る。

【００４５】すなわち、この実施の形態では、ＳＳＲ３
に対して出力する出力電力指令値に対応してヒータ４に
流れる交流電流の極性を判定し、例えば、一方側の極性
であるときは、極性値を「１００」とし、他方側の極性
であるときには、極性値を「−１００」とし、その極性
値を累積し、この極性累積値に基づいて、同一の極性の
交流電流が、予め定めた所定値Ｓｍａｘ、例えば、「−
２００」または「２００」のいずれかを上回る場合に
は、一方側の極性または他方側の極性が前記所定値を上
回って連続することになるとして、比較部２５から出力
される出力電力指令値のＳＳＲ３に対する出力を禁止す
るのである。

【００４６】なお、比較部２５は、上述のように１００
％また０％の出力電力指令値を出力するのであるが、０
％の出力電力指令値の場合には、ヒータ４には、交流電
流は流れないので、当然極性はなく、極性累積値は変化
しないことにになる。

【００４７】この電力制御装置２００は、当該電力制御
装置２００からＳＳＲ３に対して出力電力指令値を出力
したときに、その電力指令値に対応してヒータ４に流れ
る交流電流の極性が、一方側であるか他方側であるか判
定して極性値を累積する極性累積部２６と、この極性累
積部２６の極性累積値に基づいて、比較部２５からの出
力電力指令値の出力を許容または禁止する出力部２７と
を備えている。この出力部２７は、極性累積値と比較部
２５の出力に基づいて、出力の許否を判定する許否判定
部２８と、比較部２５からの出力電力指令値の出力を許
容あるいは禁止するスイッチ部２９とを備えている。

【００４８】この電力制御装置２００は、アナログ演算
回路で構成してもよいし、コンピュータ等のソフトウエ
アを含むデジタル演算回路で構成してもよい。

【００４９】次に、この実施形態の温度制御システムの
動作を説明する。ここでは、図２に示すフローチャート
に基づいて、電力制御装置２００の動作を中心に説明す
る。

【００５０】動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施
される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値
Ｓおよび極性累積値の閾値Ｓｍａｘの設定（ステップＳ
Ｔ１４）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１５）、パラ
メータ初期値を設定し、出力誤差累積用レジスタΣ
（ｎ）、極性累積用レジスタΣｓ（ｎ）をクリアし、一
方側の極性であるか他方側の極性であるかを示す極性フ
ラグＦを１とする（ステップＳＴ１６）。

【００５１】初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメ
ントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１と
される。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力
（入力電力指令値）Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ
３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今
回の入力指令値Ｘｎを加算し、出力Ｙ（ｎ）を求める
（ステップＳＴ４）。

【００５２】次に、出力閾値判定処理を行う（ＳＴ
５）。この出力閾値判定処理は、比較部２５で入力され
た補正出力値Ｙ（ｎ）と閾値Ｓ（５０％）とが比較さ
れ、補正出力値Ｙ（ｎ）が閾値Ｓ以上であると、出力電
力指令値を１００〔％〕と決定し、逆に補正出力値Ｙｉ
１が閾値Ｓよりも小さいと、出力電力指令値を０〔％〕
と決定するものである。

【００５３】続いて、決定された出力電力指令値を出力
したときに予測される極性累積値を演算する（ＳＴ
６）。これは、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−１）
と、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）に、半サイクル
毎に正負が反転する極性フラグＦを掛けた値とを加算し
て求める。例えば、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）
が１００％であって、極性フラグが一方側の極性を示す
１であるときには、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−
１）に、１００を加算した値が、予測される極性累積値
となり、また、決定された出力電力指令値Ｙ（ｎ）が１
００％であって、極性フラグが他方側の極性を示す−１
であるときには、それまでの極性累積値Σｓ（ｎ−１）
に、−１００を加算した値が、予測される極性累積値と
なる。

【００５４】この求めた予測極性累積値に基づいて、出
力許否判定を行う（ＳＴ７）。この出力許否判定では、
予測極性累積値Ｅｓが、極性累積値の閾値Ｓｍａｘに対
して、−Ｓｍａｘ以上であってＳｍａｘ以下であるか否
かを判断するものであり、予測極性累積値Ｅｓが、−Ｓ
ｍａｘ以上であってＳｍａｘ以下であるときには、ヒー
タ４に流れる交流電流の極性が、閾値Ｓｍａｘを上回っ
て偏ることはないとして、決定された出力電力指令値Ｙ
（ｎ）の出力を許容し（ＳＴ８）、そうでないときに
は、ヒータ４に流れる交流電流の極性が、閾値Ｓｍａｘ
を上回って偏ることになるとして、出力を禁止して出力
電力指令値を０％とする（ＳＴ１３）。

【００５５】続いて今回の入力電力指令値Ｘ（ｎ）と実
際に出力された出力電力指令値Ｙ（ｎ）との偏差、すな
わち、出力誤差Σ（ｎ）←Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）を求める
（ステップＳＴ９）とともに、それまでの出力誤差累積
値Σ（ｎ−１）に今回の出力誤差Ｅ（ｎ）を加算して、
出力誤差累積Σ（ｎ）を更新する（ステップＳＴ１
０）。

【００５６】さらに、今回の出力Ｙ（ｎ）に極性フラグ
Ｆを掛けた値を、今回の極性値として、それまでの極性
累積値Σｓ（ｎ−１）に加算して極性累積値を更新し
（ＳＴ１１）、極性フラグの正負を反転させる（ＳＴ１
２）。

【００５７】これにより、最初の半サイクルに係る処理
を終了する。

【００５８】この電力制御装置２００の後段のゼロクロ
ス機能付ＳＳＲ３では、上述のステップＳＴ８の出力電
力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。

【００５９】この次の半サイクルでは、ステップＳＴ２
に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回
目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２から
ステップＳＴ１３の処理は制御周期に渡って繰り返さ
れ、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）を
クリアして，同様の処理を繰り返す。

【００６０】次に、上記した処理動作を具体的な数値を
例に上げて図３に基づいて説明する。以下の説明では、
上述の図９に示したように、ヒータ４に流れる交流電流
の極性に偏りが生じていた入力電力指令値Ｘ＝５０
〔％〕とし、また、比較部２５における閾値Ｓ＝５０
〔％〕、許否判定部２８における閾値Ｓｍａｘ＝２００
〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものと
する。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅ
ｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図２に示すフ
ロー図の処理を実行する。

【００６１】最初の半サイクル（周期１）では、図３に
示すように、入力電力指令値５０〔％〕、出力誤差累積
値（累計誤差）Σは０であるので、入力電力指令値５０
〔％〕と出力誤差累積値Σとの加算で補正出力Ｙが５０
〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾値Ｓ＝５０
〔％〕との比較で閾値Ｓ以上であるから、出力電力指令
値１００〔％〕と決定される。

【００６２】このとき極性フラグは、一方の側であるこ
とを示す１であり、予測極性累積値は、極性累積値が０
であって、決定された出力電力指令値が１００であるの
で、１００となり、極性累積値の閾値２００以下である
ので、出力許否判定は、許可を示す１となり、これによ
って、１００％の出力電力指令値が出力されることにな
る。

【００６３】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ
＝−５０〔％〕、同時に出力誤差累積値Σ＝−５０
〔％〕となる。また、極性累積値（極性累積）Σは、今
回の一方側の極性に対応する１００％の出力によって、
１００％となる。

【００６４】第２番目の半サイクル（周期２）では、入
力電力指令値は変わらず５０〔％〕、この電力指令値５
０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕
の加算で、補正出力Ｙが０〔％〕、この補正出力Ｙ＝０
〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓよりも補
正出力Ｙの方が小さいので、出力電力指令値が０〔％〕
と決定される。

【００６５】このとき極性フラグは、他方の側であるこ
とを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極
性累積値Σ１００に、出力電力指令値０と極性フラグと
を掛けた値０を加えた値である１００となり、極性累積
値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可
を示す１となり、これによって、０％の出力電力指令値
が出力されることになる。

【００６６】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５
０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−５０＝０〔％〕と
なる。また、極性累積値は、今回の０％の出力によっ
て、前回までの極性累積値１００％のままとなる。

【００６７】第３番目の半サイクル（周期３）では、入
力電力指令値は変わらず５０〔％〕、この電力指令値５
０〔％〕と前回までの出力誤差累積値Σ＝０〔％〕の加
算で、補正出力Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０
〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕とのの比較で閾値Ｓ以上で
あるので、出力電力指令値が１００〔％〕と決定され
る。

【００６８】このとき極性フラグは、一方の側であるこ
とを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性
累積値１００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１
とを掛けた値を加えた値である２００となり、極性累積
値の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可
を示す１となり、これによって、決定された１００％の
出力電力指令値が出力されることになる。

【００６９】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ
＝−５０〔％〕、同時に出力誤差累積値Σ＝−５０＋０
＝−５０〔％〕となる。また、極性累積値は、今回の一
方側の極性に対応する１００％の出力によって、２００
％となる。

【００７０】第４番目の半サイクル（周期４）では、入
力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回
までの出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕の加算で、補正
出力Ｙが０〔％〕、この補正出力Ｙ＝０〔％〕と閾値Ｓ
＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙの方が小
さいので、出力電力指令値を０〔％〕と決定する。

【００７１】このとき極性フラグは、他方の側であるこ
とを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極
性累積値２００に、出力電力指令値０と極性フラグとを
掛けた値０を加えた値である２００となり、極性累積値
の閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を
示す１となり、これによって、０％の出力電力指令値が
出力されることになる。

【００７２】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５
０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−５０＝０〔％〕と
なる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によっ
て、前回までの極性累積値２００％のままとなる。

【００７３】第５番目の半サイクル（周期５）では、入
力電力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と
前回までの出力誤差累積値Σ０〔％〕の加算で、補正出
力Ｙ＝５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０と閾値Ｓ＝５
０〔％〕の比較で閾値Ｓ以上なので、出力電力指令値が
１００〔％〕と決定される。

【００７４】このとき極性フラグは、一方の側であるこ
とを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性
累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１
とを掛けた値１００を加えた値である３００となり、極
性累積値の閾値２００を上回るので、出力許否判定は、
禁止を示す０となり、これによって、１００％の出力電
力指令値の出力が禁止されて０％の出力となる。

【００７５】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５
０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−０＝５０〔％〕と
なる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によっ
て、前回までの極性累積値２００％のままとなる。

【００７６】第６番目の半サイクル（周期６）では、入
力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回
までの出力誤差累積値Σ＝５０〔％〕の加算で、補正出
力Ｙが１００〔％〕、この補正出力Ｙ＝１００〔％〕と
閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙの
方が大きいので、出力電力指令値を１００〔％〕と決定
する。

【００７７】このとき極性フラグは、他方の側であるこ
とを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極
性累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ
−１とを掛けた値−１００を加えた値である１００とな
り、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否
判定は、許可を示す１となり、これによって、他方側の
極性に対応する１００％の出力電力指令値が出力される
ことになる。

【００７８】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ
＝−５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝−５０＋５０＝０
〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の他方側の
極性に対応する１００％の出力によって、前回までの極
性累積値Σ２００％に、−１００％を加算した値である
１００％となる。

【００７９】第７番目の半サイクル（周期７）では、入
力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回
までの出力誤差累積値Σ＝０〔％〕の加算で、補正出力
Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾値Ｓ
＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓ以上であるので、出力電力
指令値を１００〔％〕と決定する。

【００８０】このとき極性フラグは、一方の側であるこ
とを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性
累積値Σ１００に、出力電力指令値１００と極性フラグ
１とを掛けた値１００を加えた値である２００となり、
極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否判定
は、許可を示す１となり、これによって、１００％の出
力電力指令値が出力されることになる。

【００８１】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ
＝−５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝−５０＋０＝−５
０〔％〕となる。また、極性累積値Σは、前回までの極
性累積値１００％に、今回の一方側の極性に対応する１
００％を加算した値である２００％となる。

【００８２】第８番目の半サイクル（周期８）では、入
力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と前回
までの出力誤差累積値Σ＝−５０〔％〕の加算で、補正
出力Ｙが０〔％〕、この補正出力Ｙ＝０〔％〕と閾値Ｓ
＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓより小さいので、出力電力
指令値が０〔％〕と決定される。

【００８３】このとき極性フラグは、他方の側であるこ
とを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極
性累積値２００に、出力電力指令値０と極性フラグとを
掛けた値を加えた値である２００となり、極性累積値の
閾値２００以下であるので、出力許否判定は、許可を示
す１となり、これによって、０％の出力電力指令値が出
力されることになる。

【００８４】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５
０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−５０＝０〔％〕と
なる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によっ
て、前回までの極性累積値２００％のままとなる。

【００８５】第９番目の半サイクル（周期９）では、入
力電力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕と
前回までの出力誤差累積値Σ＝０〔％〕の加算で、補正
出力Ｙが５０〔％〕、この補正出力Ｙ＝５０〔％〕と閾
値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓ以上であるので、出力
電力指令値を１００〔％〕と決定される。

【００８６】このとき極性フラグは、一方の側であるこ
とを示す１であり、予測極性累積値は、それまでの極性
累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ１
とを掛けた値１００を加えた値である３００となり、極
性累積値の閾値２００を上回るので、出力許否判定は、
禁止を示す０となり、これによって、１００％の出力電
力指令値の出力が禁止されて０％の出力となる。

【００８７】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ＝５
０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝５０−０＝５０〔％〕と
なる。また、極性累積値Σは、今回の０％の出力によっ
て、前回までの極性累積値２００％のままとなる。

【００８８】第１０番目の半サイクル（周期１０）で
は、入力指令値Ｘは５０〔％〕、この指令値５０〔％〕
と前回までの出力誤差累積値Σ＝５０〔％〕の加算で、
補正出力Ｙが１００〔％〕、この補正出力Ｙ＝１００
〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正
出力Ｙの方が大きいので、出力電力指令値を１００
〔％〕と決定する。

【００８９】このとき極性フラグは、他方の側であるこ
とを示す−１であり、予測極性累積値は、それまでの極
性累積値２００に、出力電力指令値１００と極性フラグ
−１とを掛けた値−１００を加えた値である１００とな
り、極性累積値の閾値２００以下であるので、出力許否
判定は、許可を示す１となり、これによって、１００％
の出力電力指令値が出力されることになる。

【００９０】入力電力指令値Ｘ＝５０〔％〕と出力され
た出力電力指令値１００〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ
＝−５０〔％〕、出力誤差累積値Σ＝−５０＋５０＝０
〔％〕となる。また、極性累積値Σは、今回の他方側へ
の１００％の出力によって、前回までの極性累積値２０
０％に、−１００％を加算した値である１００％とな
る。

【００９１】この図３の出力波形に示されるように、第
５、第９、第１３番目の半サイクルでは、出力電力指令
値が１００％に決定されても、その１００％の出力電力
指令値の出力を禁止し、次の第６、第１０、第１４番目
の半周期の他方側の極性のときに、１００％の出力電力
指令値を出力することになり、上述の図９のようにヒー
タ４に流れる交流電流の極性が偏ることがない。

【００９２】かかる電力制御装置によれば、先に提案し
ているサイクル制御と同様に、半サイクル毎に出力補正
し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕
出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイ
クル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイク
ル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制
御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速
処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電
圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの
効果がある。

【００９３】しかも、累積された極性累積値に基づい
て、出力電力指令値の出力を許容または禁止するので、
ヒータ４に流れる交流電流の極性が一方側に偏る場合に
は、出力電力指令値の出力を禁止することが可能とな
り、これによって、ヒータ４に流れる交流電流の極性の
偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制でき、ヒ
ータ４の短絡を防止できることになる。

【００９４】上述の実施の形態では、比較部２５におけ
る閾値を一つとし、その閾値との比較結果によって、１
００％また０％の出力電力指令値を出力したけれども、
本発明の他の実施の形態として、複数の閾値を設けると
ともに、それら閾値との比較結果に応じて０％、１００
％出力に加えて、それ以外の出力電力指令値を出力する
ようにしてもよい。

【００９５】本発明の他の実施の形態として、電力制御
装置２００を温度調節器１に内蔵させる構成としてもよ
い。

【００９６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力電力
指令値に応じて、例えば、半サイクル毎に出力電力指令
値を補正するので、従来のサイクル制御に比べて、出力
応答が速く、また、ＯＮ状態が時間的に分散されるの
で、制御対象を長寿命化できる。特に、後段のＳＳＲ等
に出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのた
めの出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の
累積処理を行うことができるので、例えば、出力された
出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィ
ードバックして出力電力指令値を決定するための処理を
行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要
がなく、より簡便な構成が可能となる。

【００９７】さらに、本発明によれば、累積された極性
累積値に基づいて、出力電力指令値の出力を許容または
禁止するので、負荷に流れる交流電流の極性が一方側に
偏る場合には、出力電力指令値の出力を禁止することが
可能となり、これによって、負荷に流れる交流電流の極
性の偏りに起因するマイグレーションの発生を抑制でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御シス
テムの概略構成図である。

【図２】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチ
ャートである。

【図３】図１の実施の形態の半サイクル毎の動作を説明
するための各部のレベルの一例を示す図である。

【図４】従来の温度制御システムの構成を示す概略構成
図である。

【図５】従来のサイクル制御を説明するための図であ
る。

【図６】先に提案したサイクル制御を説明するための概
略構成図である。

【図７】先に提案したサイクル制御の動作説明に供する
フローチャートである。

【図８】先に提案したサイクル制御の半サイクル毎の動
作を説明するための各部のレベルの一例を示す図であ
る。

【図９】入力電力指令値が５０％の場合の図８に対応す
る図である。

【図１０】ヒータを用いた半導体ウェハの熱処理盤を示
す図である。

【符号の説明】

１ 温度調節器 ２００ 電力制御装置 ３ ゼロクロス機能付ＳＳＲ ４ ヒータ ５ 温度センサ ２１ サンプル・ホールド部 ２２ 出力誤差演算部 ２３ 出力誤差累積部 ２４ 加算部 ２５ 比較部 ２６ 極性累積部 ２７ 出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 雄士 京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不 動堂町801番地 オムロン株式会社内 (72)発明者 八木 寛 京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不 動堂町801番地 オムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 5H420 BB02 BB17 CC04 DD03 EA05 EB03 EB05 EB18 EB22 EB26 FF11 FF14 FF26 5H740 AA00 BA01 BB01 BC05 JA28 MM08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電力指令値に応じて、交流電流をス
   イッチング制御するための出力電力指令値を出力する電
   力制御方法であって、 半サイクル以上の所定サイクル毎に、 前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累
   積値とを加算する加算ステップと、 加算ステップで加算された加算値と基準値とを比較して
   その比較結果に応じて出力電力指令値を決定する決定ス
   テップと、 それまでに累積された極性累積値に基づいて、決定され
   た出力電力指令値の出力を許容または禁止する出力ステ
   ップと、 出力ステップで出力される出力電力指令値と前記入力電
   力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、 演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積
   された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積ステ
   ップと、 出力ステップで出力される出力電力指令値に対応する交
   流電流の極性を判定して前記極性累積値に累積する極性
   累積ステップと、 を行うことを特徴とする電力制御方法。
2. 【請求項２】 前記決定ステップでは、前記比較結果に
   応じて１００％の出力電力指令値または０％の出力電力
   指令値に決定し、 前記出力ステップでは、決定された１００％の出力電力
   指令値を出力すると、 その出力に対応して累積される前記極性累積値が、所定
   値を越えると予測されるときに、前記１００％の出力電
   力指令値の出力を禁止し、 前記極性累積ステップでは、前記出力ステップで１００
   ％の出力電力指令値を出力したときに、その出力電力指
   令値に対応する交流電流の極性を判定してそれまでに累
   積された前記極性累積値に累積する請求項１記載の電力
   制御方法。
3. 【請求項３】 入力電力指令値に応じて、交流電流のス
   イッチング制御を行うための出力電力指令値を出力する
   電力制御装置であって、 半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令
   値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する
   加算手段と、 前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算値と基
   準値とを比較してその比較結果に応じて出力電力指令値
   を決定する比較手段と、 前記所定サイクル毎に、それまでに累積された極性累積
   値に基づいて、比較手段で決定された出力電力指令値の
   出力を許容または禁止する出力手段と、 前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力される出
   力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演
   算する演算手段と、 前記所定サイクル毎に、前記演算手段から出力誤差値
   を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積す
   る出力誤差累積手段と、 前記所定サイクル毎に、前記出力手段から出力される出
   力電力指令値に対応する交流電流の極性を判定して前記
   極性累積値に累積する極性累積手段と、 を備えることを特徴とする電力制御装置。
4. 【請求項４】 前記比較手段は、前記比較結果に応じて
   １００％の出力電力指令値または０％の出力電力指令値
   に決定し、 前記出力手段は、決定された１００％の出力電力指令値
   を出力すると、その出力に対応して累積される前記極性
   累積値が、所定値を越えると予測されるときに、前記１
   ００％の出力電力指令値の出力を禁止し、 前記極性累積手段は、前記出力手段から１００％の出力
   電力指令値を出力したときに、その出力電力指令値に対
   応する交流電流の極性を判定してそれまでに累積された
   前記極性累積値に累積する請求項３記載の電力制御装
   置。