JP2003347092A - グロー放電装置、その電力供給方法およびその電源装置 - Google Patents
グロー放電装置、その電力供給方法およびその電源装置Info
- Publication number
- JP2003347092A JP2003347092A JP2002151367A JP2002151367A JP2003347092A JP 2003347092 A JP2003347092 A JP 2003347092A JP 2002151367 A JP2002151367 A JP 2002151367A JP 2002151367 A JP2002151367 A JP 2002151367A JP 2003347092 A JP2003347092 A JP 2003347092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glow discharge
- power
- self
- electrodes
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
る損傷を防止するグロー放電装置を提供する。 【解決手段】 真空チャンバ5内の一対の電極3A,3
Bに直流電力を供給する電源装置1に、自己消弧素子1
8U,18V,18W,19U,19V,19Wをブリ
ッジ状に構成した整流回路12を設ける。整流回路12
に、自己消弧素子18U,18V,18W,19U,1
9V,19Wを三相交流電源7の正弦波に対応してパル
ス幅変調制御するパルス幅制御回路14を接続する。グ
ロー放電中の電極3A,3Bの負荷電圧、電圧降下、負
荷電流、電流上昇の各変位を比較してアーク放電への遷
移を認識する。アーク放電への遷移の認識時点で、パル
ス状の導通状態を停止させ直ちに非導通状態にして直流
電力の供給を停止できる。
Description
力に整流して真空雰囲気中の一対の電極に供給しグロー
放電させるグロー放電装置、その電力供給方法およびそ
の電源装置に関する。
処理に際して、アーク放電から電極や被イオン窒化物を
保護するために、アーク放電を早期に検出する方法が知
られている。このアーク放電を早期に検出する方法とし
て、例えば特開平8−57297号公報および特開平8
−67963号公報に記載の構成が知られている。
び特開平8−67963号公報に記載のものは、サイリ
スタがブリッジ構造に接続された整流回路を備え、この
整流回路の各サイリスタをそれぞれ位相制御することに
より、三相交流電源をグロー放電させる一対の電極間に
供給する直流電源に整流する。そして、一対の電極間の
負荷電圧の変化と電源装置内の電流制限抵抗の電圧降下
の変化とを監視する。これら負荷電圧および電圧降下の
変化の割合に基づいて、真空槽内の電極間におけるグロ
ー放電からアーク放電への遷移を検出するとともに、整
流回路を位相制御して直流電源の供給を停止させる構成
が採られている。
開平8−57297号公報および特開平8−67963
号公報に記載の構成では、ブリッジ構成された整流回路
のサイリスタは自己消弧できないので、例えば図8に示
すように、位相により非導通状態にしたいタイミングで
完全に非導通状態とならない時間帯Tfが生じる。この
時間帯Tfは、最大で半波分の時間である例えば10m
sでバラツキが生じる。このため、最大で10msの間
は導通状態となり、直ちに直流電源の供給を停止してア
ーク放電の発生を防止することができないおそれがあ
る。このため、整流した直流電力の供給を遮断するため
のスイッチング素子であるトランジスタおよびこのトラ
ンジスタをオンオフするためのゲート回路が必要とな
り、構成が複雑となる問題がある。
単な構成で電力供給を高精度に制御してアーク放電によ
る損傷を防止するグロー放電装置、その電力供給方法お
よびその電源装置を提供することを目的とする。
は、交流電力を直流電力に整流して真空雰囲気中に配設
された一対の電極に供給してグロー放電を生じさせるグ
ロー放電装置の電力供給方法であって、前記交流電力が
供給される一次側端子の各相と前記一対の電極にそれぞ
れ接続され直流電力を出力する二次側端子の正極および
負極との間にそれぞれ自己消弧素子を設けた整流回路
と、この整流回路にて前記交流電力を前記直流電力に整
流し前記二次側端子から前記電極を供給して前記一対の
電極間でグロー放電させる制御手段とを構成し、前記制
御手段により、前記整流回路の各自己消弧素子を、前記
交流電力の正弦波に対応してそれぞれ所定の導通状態に
パルス変調制御して前記交流電力を直流電力に整流し、
前記二次側端子から前記一対の電極に供給させてグロー
放電させるとともに、前記グロー放電中の電極間の負荷
電圧および電圧降下と負荷電流および電流上昇との少な
くともいずれか一方を検出し、これらの各変位を比較し
てグロー放電からアーク放電への遷移を認識し、このア
ーク放電への遷移の認識により前記自己消弧素子の導通
状態を停止することを特徴とするグロー放電装置の電力
供給方法である。
の自己消弧素子を、供給される交流電力の正弦波に対応
してそれぞれ所定の導通状態にパルス変調制御して交流
電力を直流電力に整流し、二次側端子から一対の電極に
供給してグロー放電させる。このグロー放電中の電極間
の負荷電圧および電圧降下と負荷電流および電流上昇と
の少なくともいずれか一方を検出して各変位を比較し、
グロー放電からアーク放電への遷移を認識する。このア
ーク放電への遷移の認識により、自己消弧素子の導通状
態を停止させる。このことにより、自己消弧素子による
消弧作用にて、アーク放電への遷移を認識して導通状態
を停止して非導通状態に制御する際に、自己消弧素子は
直ちに確実に非導通状態となり、確実にアーク放電によ
る電極などの損傷を防止する。
のグロー放電装置の電力供給方法において、パルス変調
制御は、起動後の所定時間内に、所定の包絡線パターン
に従って追値制御した後に二次側端子からの出力が所定
値となるように定値制御することを特徴とする。
定の包絡線パターンに従って追値制御した後に二次側端
子からの出力が所定値となるように定値制御してパルス
変調制御することが好ましい。このことにより、自己消
弧素子に次第に電流が流れる状態となり、自己消弧素子
の負荷が低減されて保護されるとともに、この追値制御
および定値制御の双方を組み合わせたパルス変調制御と
するので、容易に自己消弧素子の導通状態が制御され
る。
のグロー放電装置の電力供給方法において、時間と直流
電圧の出力との関係を示すグラフ、マップおよび関数の
うちのいずれか1つの包絡線パターンを記憶する記憶手
段を設け、この記憶手段に記憶された包絡線パターンに
従ってパルス変調制御することを特徴とする。
直流電圧の出力との関係を示すグラフ、マップおよび関
数のうちのいずれか1つの包絡線パターンに従って制御
することが好ましい。このことにより、自己消弧素子の
負荷を低減した追値制御および定値制御によるパルス変
調制御が容易となる。
3のいずれかに記載のグロー放電装置の電力供給方法に
おいて、自己消弧素子として高速スイッチング素子が用
いられることを特徴とする。
イッチング素子を用いる。このことにより、出力すべき
電力に応じて自己消弧素子の導通時間を細かく調節する
ことが可能で、きめ細かいパルス幅変調制御が得られ、
適切な電力量の供給が可能となる。
のグロー放電装置の電力供給方法をグロー放電装置の電
源装置に展開したもので、交流電力が供給される一次側
端子と、真空雰囲気中に配設された一対の電極に接続さ
れて直流電力を出力する二次側端子と、前記一次側端子
の各相と前記二次側端子の正極および負極との間にそれ
ぞれ自己消弧素子が設けられて構成された整流回路と、
この整流回路の各自己消弧素子を前記交流電力の正弦波
に対応してそれぞれ所定の導通状態にパルス変調制御し
て前記交流電力を前記直流電力に整流し前記二次側端子
から前記電極を供給して前記一対の電極間でグロー放電
させるパルス変調制御手段と、前記グロー放電中の一対
の電極間の負荷電圧および電圧降下と負荷電流および電
流上昇との少なくともいずれか一方を検出し、これらの
各変位を比較してグロー放電からアーク放電へ遷移した
ことを認識し、前記パルス変調制御手段により自己消弧
素子の導通状態を停止させるアーク放電検出手段とを具
備したことを特徴とする。このことにより、請求項1に
記載の発明と同様の作用効果を享受する。
5に記載のグロー放電装置の電源装置において、請求項
2ないし4に記載の発明のグロー放電装置の電力供給方
法に対応するグロー放電装置の電源装置で、請求項2な
いし4に記載の発明と同様の作用効果を享受する。
8のいずれかに記載のグロー放電装置の電源装置と、内
部に所定の真空雰囲気を形成する真空槽と、この真空槽
内に配設されて前記電源装置に接続され前記電源装置に
て整流された直流電力が供給されてグロー放電する一対
の電極とを具備したことを特徴としたグロー放電装置で
ある。
に非導通状態として確実にアーク放電による電極などの
損傷を防止する請求項5ないし8のいずれかに記載のグ
ロー放電装置の電源装置を備えるので、良好なグロー放
電が得られる。
面に基づいて説明する。
のグロー放電装置の一実施の形態に係る窒化処理装置の
回路構成を示す。この図1に示す窒化処理装置1は、電
源装置2を備えた図示しない制御盤と、一対の電極3
A,3Bを有した放電部4とを備えている。
放可能な真空槽としての真空チャンバ5と、この真空チ
ャンバ5内を略真空状態にする図示しないポンプとを備
えている。この放電部4の真空チャンバ5内には、一対
の電極3A,3B、すなわち陽極3Aおよび陰極3Bが
配設されている。
電源7に接続されるとともに一対の電極3A,3Bにそ
れぞれ接続され、電源装置2および電極3A,3Bのグ
ロー放電の動作を監視・制御する。この制御盤には、図
示しない入出力手段(I/O(Input/Output))が設け
られている。この入出力手段は、パルス変調制御である
パルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)制御
のためのパラメータを入力操作にて設定入力するため
に、コンピュータなどの入力手段からの信号を認識す
る。さらに、制御盤は、入出力手段を介して電源装置2
で三相交流を直流に整流した状態、放電部4の真空チャ
ンバ5内の真空状態、グロー放電の状態、アーク放電へ
の遷移、警報などを外部出力可能となっている。
U相端子10U、V相端子10VおよびW相端子10W
と、二次側端子としての出力端子である正極端子11A
および負極端子11Bと、整流回路12と、平滑回路1
3と、パルス変調制御手段としてのパルス幅制御回路1
4と、アーク放電検出手段15とを備えている。これら
パルス幅制御回路14と、アーク放電検出手段15とに
て制御手段16が構成される。また、二次側の正極端子
11Aは陽極3Aに接続され、二次側の負極端子11B
は陰極3Bに接続される。
己消弧素子である正極用自己消弧素子18U,18V,
18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,19
Wを有し、これら正極用自己消弧素子18U,18V,
18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,19
Wで交流電力を整流する。この整流回路12の正極用自
己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消
弧素子19U,19V,19Wとしては、高速スイッチ
ング素子である電力制御用の絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタ(Insulated Gate Bipolar mode Transistor:
IGBT)が採用されている。なお、自己消弧素子とし
ては、高速スイッチング可能で、導通時の直流抵抗値が
小さい素子である高速スイッチング素子が好ましく、I
GBTの他に、MOS−FET(MOS(Metal-Oxide
Semiconductor)型電界効果トランジスタ(Field-Effec
t Transistor:FET))およびゲートターンオフサイ
リスタ(Gate Turn Off Thyristor:GTO)を採用で
きる。また、高速スイッチング素子に限らず、他の自己
消弧作用を示すいずれの素子でもできる。
0U、V相端子10VおよびW相端子10Wと二次側の
負極端子11Aとの間に接続された、負極用自己消弧素
子19U,19V,19Wおよび負極用ブロッキングダ
イオード21U,21V,21Wの直列回路を有してい
る。すなわち、U相端子10U、V相端子10Vおよび
W相端子10Wと負極端子11Aとの間には、負極用自
己消弧素子19U,19V,19Wのドレイン、ソース
および負極用ブロッキングダイオード21U,21V,
21Wの直列回路が接続されている。
10U、V相端子10VおよびW相端子10Wと二次側
の正極端子11Bとの間に接続された、正極用自己消弧
素子18U,18V,18Wおよびダイオードである正
極用ブロッキングダイオード20U,20V,20Wの
直列回路を有している。すなわち、U相端子10U、V
相端子10VおよびW相端子10Wと正極端子11Bと
の間には、正極用自己消弧素子18U,18V,18W
のソース、ドレインおよび正極用ブロッキングダイオー
ド20U,20V,20Wの直列回路が接続されてい
る。
複数の交流リアクトル23が三相に対応してそれぞれ設
けられている。すなわち、交流リアクトル23は、U相
端子10U、V相端子10VおよびW相端子10Wと、
正極用自己消弧素子18U,18V,18Wのドレイン
および負極用自己消弧素子19U,19V,19Wのソ
ースの接続点との間に位置してそれぞれ接続されてい
る。そして、これら交流リアクトル23は、正極用自己
消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧
素子19U,19V,19Wの各スイッチング動作の際
に発生する高周波電流、すなわち、キャリア波の高周波
成分電流の交流電源側への逆流を阻止する。
は、複数のコンデンサC1が三相に対応してそれぞれ設
けられている。すなわち、コンデンサC1は、交流リア
クトル23と正極用自己消弧素子18U,18V,18
Wのドレインおよび負極用自己消弧素子19U,19
V,19Wのソースの接続点との接続点間にそれぞれ接
続されている。そして、コンデンサC1は、正極用自己
消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧
素子19U,19V,19Wの各スイッチング動作の際
の電圧源、および発生するサージ電圧を吸収する。
れている。この平滑回路13は、直流リアクトル26を
備えている。直流リアクトル26は、負極端子11Aと
負極用ブロッキングダイオード21U,21V,21W
との間、および、正極端子11Bと正極用ブロッキング
ダイオード20U,20V,20Wとの間にそれぞれ接
続されている。そして、直流リアクトル26は、整流回
路12から出力されるとともにパルス状に断続する電流
を平滑して直流電流にする。
路14が接続されている。このパルス幅制御回路14
は、一次側のU相端子10U、V相端子10VおよびW
相端子10Wに接続されるとともに、正極用自己消弧素
子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子1
9U,19V,19Wの各ゲートに接続されている。そ
して、パルス幅制御回路14は、二次側端子から出力す
べき電力に応じて正極用自己消弧素子18U,18V,
18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,19
Wの導通時間を制御する。すなわち、正極用自己消弧素
子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子1
9U,19V,19Wを断続的に点弧するとともに、整
流回路12から出力される直流電圧パルスの幅を、出力
すべき電力に応じて調節するパルス幅変調制御をする。
なお、このパルス幅制御回路14は、制御盤に設けられ
た図示しない入力手段に接続され、適宜パネル幅変調制
御のためのパラメータの設定が可能となっている。
制御は、入力される三相交流電圧と、二次側端子から出
力される直流電圧とを検出・監視し、直流電圧が所定の
値となるように出力される直流電圧パルスの幅を可変制
御する。
整流モードと閉回路モードとが設定されている。すなわ
ち、パルス幅制御回路14は、整流モードおよび閉回路
モードが交互に繰り返されるように、正極用自己消弧素
子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子1
9U,19V,19Wのゲートに与えるパルス状の制御
信号であるキャリア波を発生する。このキャリア波で正
極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用
自己消弧素子19U,19V,19Wを適宜点弧する。
相およびW相の各相に印加された電圧の極性が正から負
に反転すると、その相の正極用自己消弧素子18U,1
8V,18Wを所定時間が経過するまでの間で導通状態
にするとともに、電圧の極性が負から正に反転すると、
その相の負極用自己消弧素子19U,19V,19Wを
所定時間が経過するまでの間で導通状態にする機能を有
している。
5が接続されている。アーク放電検出手段15は、放電
回路31と、電流制限用抵抗R1と、負荷電圧検出手段
32を構成する負荷電圧検出部33と、負荷電流検出手
段34を構成する負荷電流検出用抵抗R2と、図2に示
すアーク検出手段としてのアーク検出回路35と、図2
に示すアーク消弧制御回路36とを備えている。
れ、放電用トランジスタQ1と、放電用抵抗R3とを備
えている。放電用トランジスタQ1のエミッタは、直流
リアクトル26を介して負極用ブロッキングダイオード
21U,21V,21Wに接続されている。放電用トラ
ンジスタQ1のコレクタは、放電用抵抗R3に接続され
ている。放電用抵抗R3は、直流リアクトル26を介し
て正極用ブロッキングダイオード20U,20V,20
Wに接続されている。
は、パルス幅制御回路14が接続されている。そして、
放電回路31は、パルス幅制御回路14から放電用トラ
ンジスタQ1のベースにベース信号である駆動パルス信
号が出力され、この駆動パルス信号のパルス幅で放電用
トランジスタQ1がオン・オフする。この放電用トラン
ジスタQ1のオン・オフは、パルス幅制御回路14によ
る整流回路12のパルス幅変調制御にて整流した直流電
力の供給の停止でオンする。このタイミングにより、放
電回路31は、一対の電極3A,3B間の蓄積電荷を放
出させる。
次側の負極端子11Aとの間に接続されている。すなわ
ち、電流制限用抵抗R1は、平滑回路13の直流リアク
トル26と負極端子11Aとの間に接続されている。こ
の電流制限用抵抗R1は、負荷側である一対の電極3
A,3B間に流れる電流を制御する。この電流制限用抵
抗R1の抵抗値は、アーク放電の発生時に一対の電極3
A,3B間に流れる電流値を制限する抵抗値に設定され
ている。このことにより、電流制限用抵抗R1は、放電
部4の真空チャンバ5内でアーク放電が発生した際に、
一対の電極3A,3B間に流れる電流を制限し、過大な
アーク電流が流れて電極3A,3Bを損傷することを防
止する。
された負荷電圧検出用抵抗R4,R5を備えている。こ
れら負荷電圧検出用抵抗R4,R5の直列回路は、二次
側の負極端子11Aおよび正極端子11B間に接続され
ている。この負荷電圧検出部33は、負荷側の一対の電
極3A,3B間に印加される直流電圧を分圧検出する。
の直流リアクトル26と二次側の正極端子11Bとの間
に接続されている。すなわち、電流制限用抵抗R1、真
空チャンバ5の電極3A,3Bおよび負荷電流検出用抵
抗R2が直列に接続され、この直列回路が放電回路31
の放電用トランジスタQ1のエミッタ、コレクタおよび
放電用抵抗R3の直列回路に並列に接続される。そし
て、負荷電流検出用抵抗R2は、負荷である一対の電極
3A,3B間に流れる直流電流の電流値を検出する。な
お、負荷電流を検出する構成としては、負荷電流検出用
抵抗R2などの抵抗に限らず、直流電流を検出できるい
ずれの構成でもよい。例えば、ホールCTを用いた直流
電流検出器などを用いることもできる。
用抵抗R4の一端は、電流制限用抵抗R1と二次側の負
極端子11Aとの接続点Aに接続されている。また、ア
ーク検出回路35における負荷電圧検出用抵抗R5の一
端は、負荷電流検出用抵抗R2の接続点と二次側の正極
端子11Bとの接続点Bに接続されている。そして、ア
ーク検出回路35は、負荷電圧Vcの電圧値として負荷
電圧検出用抵抗R4,R5にて分圧された直流電圧Vr
を電圧検出入力する。
出用抵抗R2と放電回路31の放電用抵抗R3との接続
点Cに接続されている。そして、アーク検出回路35
は、負荷である一対の電極3A,3B間に流れる直流電
流Icにより負荷電流検出用抵抗R2で発生する電圧降
下を検出する。
負荷電圧Vcの電圧値の降下と検出した負荷電流の上昇
とを比較する。これら変位の比較結果に基づいて、放電
部4の真空チャンバ5内で生じているグロー放電がアー
ク放電に遷移したか否かを判断し、アーク放電に遷移し
たと判断した場合に所定のアーク検出信号を出力する。
路35に接続されるとともにパルス幅制御回路14に接
続されている。そして、このアーク消弧制御回路36
は、アーク検出回路35から出力されるアーク検出信号
を認識し、このアーク検出信号に基づいてパルス幅制御
回路14に所定の出力停止制御信号を出力し、パルス幅
制御回路14から整流回路12の正極用自己消弧素子1
8U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子19
U,19V,19Wをオフさせるパルス幅変調制御のゲ
ート信号を出力させる。
路14、アーク検出回路35およびアーク消弧制御回路
36の内部構成について図面に基づいて説明する。
制御回路14は、図3のブロック図に示すように、一定
周期でパルス出力する図示しないクロック機構からその
パルスタイミングを認識するキャリア部41が設けられ
ている。また、パルス幅制御回路14には、正極用自己
消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧
素子19U,19V,19Wから出力される直流電力の
電圧値を検出して、この電圧値をデジタル信号に変換す
るアナログ/デジタル変換部42が設けられている。
うな、三相正弦波テーブルが記憶された波形記憶手段4
3が接続されている。この三相正弦波テーブルは、各相
の電源電圧値と時間との関係で構成された三相波形テー
ブル(図4(A))と、この三相波形テーブルに対応し
て正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負
極用自己消弧素子19U,19V,19Wの導通状態と
時間との関係で構成された整流波形テーブル(図4
(B))とを有している。そして、整流波形テーブル
は、三相波形テーブルの各相の電源電圧値に対応して波
形の1周期を6分割した各期間T1〜T6に対応して導
通状態のパルス幅のパターンが設定されている。
44が接続されている。この関数記憶手段44には、図
5に示すような波形で正極用自己消弧素子18U,18
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wを導通状態にするための所定の包絡線パターンの
関数テーブルが記憶されている。この関数テーブルは、
起動後の所定期間内にパルス状の導通状態に制御するた
めのものである。
ルには、非導通状態の正極用自己消弧素子18U,18
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wに徐々に電流が流れるようにキャリア部41の定
周波パルスに対応して追値制御する包絡線パターンであ
る立ち上げ期間Tsの関数テーブルと、整流回路12で
整流され平滑回路で平滑された直流電力を所定の出力値
に設定するために正極用自己消弧素子18U,18V,
18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,19
Wに所定の電流が流れるようにキャリア部41の定周波
パルスに対応して定値制御する導通期間Tnの関数テー
ブルとがある。これら関数テーブルにより、正極用自己
消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧
素子19U,19V,19Wがパルス状の導通状態にパ
ルス幅変調制御される。
線パターンとなる時間と電流との関係、時間と直流電圧
の出力との関係などを示すグラフやマップ関数など、い
ずれのものでもできる。また、パルス幅制御回路14
は、波形記憶手段43および関数記憶手段44に記憶す
る三相正弦波テーブルや関数テーブルを設定入力可能と
なっている。
回路部45が接続されている。このPID制御回路部4
5は、実際に出力される直流電力の電圧値をフィードバ
ック制御する。すなわち、PID制御回路部45は、ア
ナログ/デジタル変換部42で認識した電圧値と、関数
記憶手段44に記憶された目標値となる関数テーブルと
の偏差、この偏差の積分値、偏差の微分値によってフィ
ードバック信号を出力する。
正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極
用自己消弧素子19U,19V,19Wの各ゲートに接
続され、実際に通電状態にするためにパルス状のゲート
信号を出力するPWMパターン制御部46が接続されて
いる。
数テーブルに基づいて正極用自己消弧素子18U,18
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wの導通状態をPID制御して、出力する直流電力
をフィードバック制御する。
V相およびW相の三相交流電源電圧は、図4(A)に示
すように、各期間T1〜T6において、二つの相が同じ
極性となる一方、残りの相が逆の極性となる。また、期
間T1,T3,T5における各波形は、互いに同形状で
あり、期間T2,T4,T6における各波形は、期間T
1,T3,T5の各波形と正負が逆となっている。
は、この図4(A)に示すような三相交流波形に対応し
て、図4(B)に示すように、各相に対応する正極用自
己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消
弧素子19U,19V,19Wの各ゲートにパルス状の
ゲート信号を出力する。このことにより、各期間T1〜
T6において、逆極性となる1つの相を基準として、他
の2つの相のそれぞれについて整流し、直流電力に整流
する制御をする。
ら終了までの間、負極用自己消弧素子19Wを導通状態
にする。さらに、正極用自己消弧素子18V,18U,
18Wのそれぞれにパルス状のゲート信号を順次送り、
これらの正極用自己消弧素子18V,18U,18Wを
順次導通状態にする。このようにして、期間T3におい
て、第1整流モード、第2整流モードおよび閉回路モー
ドを繰り返し実施するように制御する。
終了までの間、正極用自己消弧素子18Vを導通状態に
する。さらに、負極用自己消弧素子19U,19W,1
9Vのそれぞれにパルス状のゲート信号を順次送り、こ
れらの負極用自己消弧素子19U,19W,19Vを順
次導通状態にする。このようにして、期間T4におい
て、第1整流モード、第2整流モードおよび閉回路モー
ドを順次実施する。
際には、V相の電圧極性が負から正に反転する。このた
め、この極性の反転に対応して、パルス幅制御回路14
は、V相の極性が反転した時点から所定時間が経過する
までの間、具体的には、期間T3の開始から終了までの
間、負極用自己消弧素子19Vを導通状態にする。
には、U相の電圧の極性が正から負に反転する。このた
め、この極性の反転に対応して、パルス幅制御回路14
は、U相の極性が反転した時点から所定時間が経過する
までの間、具体的には、期間T4の開始から終了までの
間、正極用自己消弧素子18Uを導通状態にする。
回路35は、図2に示すように、負荷電圧検出回路51
と、負荷電流検出回路52と、コンパレータ回路53と
を備えている。負荷電圧検出回路51は、負荷電圧検出
部33により構成され、第1の分圧回路56、第1のバ
ッファ57、第1のノイズルフィルタ58および第1の
ピークホールド回路59を備えている。また、負荷電流
検出回路52は、負荷電流検出用抵抗R2にて負荷電流
検出手段34を構成し、第2の分圧回路61、第2のバ
ッファ62および第2のピークホールド回路63を備え
ている。コンパレータ回路53は、負荷電圧検出回路5
1および負荷電流検出回路52にそれぞれ接続され、負
荷電圧検出回路51にて検出する電圧検出値と、負荷電
流検出回路52にて検出する電流検出値とを比較して、
適宜アーク検出信号を出力する。
装置2の負荷電圧検出回路33により分圧された負荷電
圧Vcを検出し、この検出した負荷電圧Vcを第1の分
圧回路56にて分圧して第1の分圧電圧とする。この第
1の分圧電圧に含まれるリップル成分であるノイズ成分
を第1のバッファ57と第1のノイズフィルタ58とに
より除去、すなわち平均化する。このノイズが除去され
た第1の分圧電圧のピーク値を第1のピークホールド回
路59により保持し、この第1のピークホールド回路5
9から第1のピークホールド信号をコンパレータ回路5
3に出力する。なお、第1のピークホールド回路59に
は、例えば感度調整ボリューム65が接続されている。
そして、この第1のピークホールド回路59のピークホ
ールドレベルは、感度調整ボリューム65によって調整
可能となっている。
装置2の接続点B,Cから、負荷電流Icが負荷電流検
出用抵抗R2で発生させる電圧降下を検出する。この検
出した電圧降下を第2の分圧回路61で分圧、すなわち
所定レベルでクランプして第2の分圧電圧とする。この
第2の分圧電圧のインピーダンス変換を第2のバッファ
62で実施した後、第2の分圧電圧のピーク値を第2の
ピークホールド回路63により保持し、この第2のピー
クホールド回路63から第2のピークホールド信号をコ
ンパレータ回路53に出力する。
路51から出力された負荷電圧Vcに相当する第1のピ
ークホールド信号と、負荷電流検出回路52から出力さ
れた負荷電流Icに相当する第2のピークホールド信号
とを比較する。この比較は、アーク放電に遷移したこと
を判別する条件に一致するか否かで判断し、適宜アーク
放電信号を出力する。ここで、コンパレータ回路53か
ら出力されるアーク検出信号は、ハイレベルとする。
ー放電からアーク放電への遷移を認識する負荷電圧Vc
と負荷電流Icによる電圧降下の変位の比較条件、すな
わち電圧変位の比較条件について説明する。
制限用抵抗R1の設定抵抗値と、アーク放電の発生によ
り電極3A,3B間に流れるアーク電流により推定され
る電極3A,3B側のインピーダンス値の比とによって
設定される。なお、電流制限用抵抗R1は、電極3A,
3Bに対して直列抵抗となっているので、図6に示すよ
うに、電流制限用抵抗R1と電極3A,3Bとを含む直
列回路の両端の電圧をV0、電流制限用抵抗R1の両端
における電圧をVr、電極3A,3Bの両端における電
圧をVcとする。また、アーク放電の発生の際に電極3
A,3B間に印加される電圧を通常値の例えば10%程
度に設定する。そして、正常にグロー放電が生じている
時、V0、Vr、Vcは以下の数式および図7に示す電
圧関係となる。
いる場合には、Vr<Vc(Ic<Vc)となる。しか
しながら、アーク放電が発生して負荷電流Icの値が増
大する異常状態では、Vr>Vc(Ic>Vc)と逆転
する。
に基づいて、Vrに相当する電圧を負荷電流検出用抵抗
R2により発生する電圧降下として検出し、Vcに相当
する電圧を負荷電圧検出部33による分圧される負荷電
圧として検出する。そして、アーク検出回路35は、V
rの変位とVcの変位とをコンパレータ回路53により
比較し、Vr<Vcの電圧関係が、Vr>Vcの電圧関
係に変化することを検出することにより、グロー放電か
らアーク放電への遷移を検出し、パルス幅制御回路にア
ーク検出信号を出力する。
消弧制御回路36は、インバータゲート71、第1のア
ンドゲート72、モノマルチバイブレータ73、カウン
タ74、第1のリレー75、第2のリレー76、パルス
波発生器77および第2のアンドゲート78を備えてい
る。
35に接続されている。このインバータゲート71は、
アーク検出回路35から出力されたアーク検出信号であ
るハイレベルを反転させてローレベルとして出力する。
タゲート71に接続されている。この第1のアンドゲー
ト72は、インバータゲート71から出力されたアーク
検出信号であるローレベルと、制御盤に設けられた外部
操作回路により設定入力されるスタート/ストップ信号
との論理和を出力する。ここで、外部操作回路によるス
トップ信号はローレベルとし、スタート信号はハイレベ
ルとする。
ンドゲート72に接続され、アーク放電への遷移を認識
した場合に電源装置2の動作を一定時間停止させる停止
信号を出力する回路である。このモノマルチバイブレー
タ73は、第1のアンドゲート72から出力された論理
和の信号がハイレベルの場合、このハイレベルの信号を
出力する。また、モノマルチバイブレータ73は、第1
のアンドゲート72から出力された論理和の信号がロー
レベルの場合、すなわちアーク放電への遷移が認識され
た場合、設定された一定時間の間、停止信号であるロー
レベルを出力する。
73に接続されている。このカウンタ74は、モノマル
チバイブレータ73から出力される停止信号の出力回数
を計数する。そして、この計数した停止信号の出力回数
が所定値に達した時点で、所定の信号であるオン信号を
出力する。
されている。この第1のリレー75は、カウンタ74か
ら出力される信号に基づいてオン・オフする。すなわ
ち、カウンタ74から出力される停止信号の出力回数が
所定値に達した旨のオン信号に基づいてオンし、異常の
発生を知らせる旨の第1のトリップ信号を出力する。な
お、この出力された第1のトリップ信号は、例えば制御
盤などに出力され、電源装置2の動作を停止させるとと
もに、放電部4の真空チャンバ5内でアーク放電が生じ
ている旨を報知させる。この報知により、オペレータ
は、アーク放電の発生原因を取り除く処理が促される。
ータ73に接続されている。この第2のリレー76は、
モノマルチバイブレータ73から出力される停止信号に
基づいてオン・オフする。すなわち、モノマルチバイブ
レータ73から出力される停止信号に基づいてオンし、
異常の発生を知らせる旨の第2のトリップ信号を出力す
る。なお、この出力された第2のトリップ信号は、停止
信号が出力されている間オンが継続し、例えば制御盤な
どに出力され、電源装置2の動作を停止させる。さら
に、例えば制御盤などに配設された「ヒートオフ」の表
示ランプを点灯させ、電源装置2の出力が停止して真空
チャンバ5内の放電が停止していることを報知させる。
イブレータ73および制御盤に設けられた外部操作回路
により設定入力されるスタート/ストップ信号が入力可
能に接続されている。さらに、第2のアンドゲート78
は、パルス幅制御回路14が接続されている。そして、
第2のアンドゲート78は、モノマルチバイブレータ7
3から出力される停止信号と、外部操作回路によるスタ
ート/ストップ信号との論理和を制御信号としてパルス
幅制御回路14に出力する。すなわち、第2のアンドゲ
ート78は、モノマルチバイブレータ73から出力され
た停止信号がハイレベルの場合には、基準パルス信号を
パルス幅制御回路14に制御信号として出力する。ま
た、第2のアンドゲート78は、モノマルチバイブレー
タ73から出力された停止信号が一定時間のローレベル
の場合には、パルス幅制御回路14の出力を停止させ、
電源装置2の動作を一定時間停止させる。
形態の窒化処理装置1の具体的な動作を説明する。
ら一対の直流電力を供給してグロー放電させるために、
パルス幅制御回路14により三相交流を直流に整流する
具体的な動作を説明する。なお、期間T1,T3,T5
の各波形は互いに同形状で、期間T2,T4,T6の各
波形は、期間T1,T3,T5の各波形と正負が逆では
あるが同形状であるため、期間T3,T4における動作
を説明し、期間T1,T2,T5,T6における動作に
ついては、期間T3,T4と同様となるため説明を省略
する。
(A)に示すような正弦波状に変化する三相交流電圧が
印加される。この状態では、期間T3において、この期
間T3の開始から終了まで、図4(B)に示すように、
パルス幅制御回路14によりW相の負極用自己消弧素子
19Wが導通状態となる。また、期間T3への移行の
際、V相の電圧極性が負から正に反転するので、期間T
3の開始から終了までの間、パルス幅制御回路14によ
りV相の負極用自己消弧素子19Vが導通状態となる。
8Vがパルス幅制御回路14により導通され、整流回路
12の正極用自己消弧素子18Vおよび負極用自己消弧
素子19Wで整流された直流電圧が直流リアクトル26
を介して電極3A,3B間に印加されて、第1整流モー
ドが実施される。この第1整流モードでは、三相交流の
V相の電圧は正で、W相の電圧は負となっているので、
電流はV相からW相へ流れる。
がパルス幅制御回路14により導通され、整流回路12
の正極用自己消弧素子18Uおよび負極用自己消弧素子
19Wで整流された直流電圧が直流リアクトル26を介
して電極3A,3B間に印加され、第2整流モードが実
施される。この第2整流モードでは、三相交流のU相の
電圧は正で、W相の電圧は負となっているので、電流は
U相からW相へ流れる。
パルス幅制御回路14により導通され、整流回路12お
よび電極3A,3Bが閉回路を形成する。この閉回路に
直流リアクトル26の誘導電流が循環し、閉回路モード
が実施される。
ード、第2整流モードおよび閉回路モードでの各正極用
自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己
消弧素子19U,19V,19Wのパルス幅制御回路1
4による導通状態の制御は、パルス幅制御回路14がキ
ャリア部41における定周波パルスのタイミングで、各
相の波形を認識する。この認識した波形と波形記憶手段
43の三相正弦波テーブルとを対応させて、期間T3を
認識する。そして、この期間T3における図4(B)に
示すような各正極用自己消弧素子18U,18V,18
Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,19Wの
導通状態とする導通パターンを選択する。
通パターンに基づいてPWMパターン制御部46から各
正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極
用自己消弧素子19U,19V,19Wのゲートにパル
ス状のゲート信号を出力させて、導通パターンに則った
導通状態に制御する。
ゲート信号にて導通状態にする際には、非導通状態から
の起動後の所定時間内に、図5に示すような所定の包絡
線となる関数テーブルに基づいてパルス幅変調制御され
る。すなわち、まず立ち上げ期間Tsの関数テーブルに
基づいて、図5に示すように非導通状態の正極用自己消
弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素
子19U,19V,19Wに徐々に電流が流れるような
所定の包絡線に沿うように、キャリア部41の定周波パ
ルスのタイミングで追値制御する。そして、所定の電流
値に達した後は、導通期間Tnの関数テーブルに基づい
て、正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび
負極用自己消弧素子19U,19V,19Wに所定の電
流が導通パターンに則った時間で流れるように、キャリ
ア部41の定周波パルスのタイミングで定値制御して、
導通パターンにおける1パルスの導通状態にパルス幅変
調制御する。
/デジタル変換部42で認識した正極用自己消弧素子1
8U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子19
U,19V,19Wから出力される直流電力の電圧値と
関数テーブルとの偏差、この偏差の積分値、偏差の微分
値によって、フィードバック信号をPWMパターン制御
部46に出力して、出力するゲート信号を制御し、適切
な電圧値の直流電力に整流して出力させる。
行すると、図4(B)に示すように、V相の正極用自己
消弧素子18Vが期間T4全体を通してパルス幅制御回
路14により導通状態に制御される。この期間T4への
移行の際、U相の電圧極性が正から負に反転するので、
期間T4の開始から終了までの間、正極用自己消弧素子
18Uがパルス幅制御回路14により導通状態に制御さ
れる。
9Uがパルス幅制御回路14により導通されると、整流
回路12の正極用自己消弧素子18Vおよび負極用自己
消弧素子19Uで整流された電流が直流リアクトル26
を介して平滑回路13に流れ、第1整流モードが実施さ
れる。この際、三相交流のV相の電圧は正で、U相の電
圧は負となっているので、電流はV相からU相へ流れ
る。
がパルス幅制御回路14により導通されると、整流回路
12の正極用自己消弧素子18Vおよび負極用自己消弧
素子19Wで整流された直流電圧が直流リアクトル26
を介して電極3A,3B間に印加され、第2整流モード
が実施される。この際、三相交流のV相の電圧は正で、
W相の電圧は負となっているので、電流はV相からW相
へ流れる。
パルス幅制御回路14により導通され、整流回路12お
よび電極3A,3Bが閉回路を形成する。この閉回路に
直流リアクトル26の誘導電流が循環し、閉回路モード
が実施される。
子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子1
9U,19V,19Wのパルス幅制御回路14による導
通状態の制御も、上述した期間T3と同様に、関数テー
ブルに基づいて、期間T4における導通パターンに則
り、PID制御にて整流する直流電力をフィードバック
制御する。
おいて、正極用ブロッキングダイオード20Uのカソー
ドは、直流リアクトル26および負荷である一対の電極
3A,3Bを介してW相と導通する。このため、正極用
ブロッキングダイオード20Uのカソードの電位が負電
位のW相とほぼ同電位となるとともに、正極用ブロッキ
ングダイオード20Uには、順方向の電界が加わるの
で、そのアノードもW相とほぼ同電位となる。
状態となっている。このため、この正極用自己消弧素子
18Uの両端には、電荷が溜まる。この結果、正極用ブ
ロッキングダイオード20Uには、期間T3の最後の閉
回路モードにより溜まった逆方向の電荷により、U相電
圧およびW相電圧の電位差とほぼ等しい逆電圧が生じ
る。
0Uの両端に逆電位が加わった状態で、期間T4に移行
し、最初の第1整流モードが実行される。この第1整流
モードの実行により、正極用自己消弧素子18Vを介し
て、正極用ブロッキングダイオード20Uのカソード側
はV相に導通され、正極用ブロッキングダイオード20
UにはV相の電圧が印加される。
の電位は負電位であるので、期間T3で溜まった逆方向
の電荷が放電されないで残っていると、正極用ブロッキ
ングダイオード20Uには、大きな逆方向電圧が加わる
こととなる。
19Uがパルス幅制御回路14により導通状態となるの
で、正極用ブロッキングダイオード20Uは、このアノ
ードとカソードとが、直流リアクトル26、負荷である
一対の電極3A,3B、負極用ブロッキングダイオード
21U、負極用自己消弧素子19Uおよび正極用自己消
弧素子18Uを介して導通される。そして、正極用ブロ
ッキングダイオード20Uの両端に蓄積された電荷が放
電される。これにより、正極用ブロッキングダイオード
20Uの両端に加わっていた電荷が放電され、電荷によ
る逆方向電圧は0Vとなる。
ド20Uに逆方向のV相電圧が印加されても、正極用ブ
ロッキングダイオード20Uの両端の電荷が放電されて
いるので、正極用ブロッキングダイオード20Uに、大
きな逆方向電圧が加わることがない。
て平滑回路13で平滑された直流電圧が、一対の電極3
A,3B間に印加する。この電極3A,3B間に印加さ
れた直流電圧により、放電部4の真空チャンバ5内に所
定の圧力で導入される窒素ガスなどのガスの分子をイオ
ン化させ、電極3A,3B間にグロー放電を生じさせ、
陰極3Bとして設置される被処理物の表面を窒化処理す
る。
トランジスタQ1は、パルス幅制御回路14のパルス幅
変調制御にて整流した直流電力の供給・非供給に対応し
てパルス幅制御回路14にて適宜オフ・オンされる。
は、アーク検出回路35で検出する負荷電圧Vcのピー
クホールド値、および、負荷電流Icのピークホールド
値は、アーク放電への遷移条件となるVr>Vc(Ic
>Vc)となっていない。このため、アーク検出回路3
5は、コンパレータ回路53からアーク消弧制御回路3
6にアーク検出信号を出力しない。
ク検出回路35からアーク検出信号のローレベルを検出
しないので、アーク消弧制御回路36が正常である信号
をパルス幅制御回路14に出力させ、整流回路12の各
正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極
用自己消弧素子19U,19V,19Wを三相交流の正
弦波に対向して適宜パルス状にオン・オフさせ、直流電
力を電極3A,3Bに継続して供給する。
電を生じさせて窒化処理を継続すると、例えば被処理物
の表面近傍に存在する気泡が破れて気泡内の空気やガス
が真空チャンバ5内に流入し、真空チャンバ5内の所定
の真空状態が保持できなくなる。このことにより、グロ
ー放電からアーク放電に遷移する。
ように、アーク検出回路35は、負荷電圧Vcのピーク
ホールド値が急激に低下するとともに、負荷電流Icの
ピークホールド値は急激に増大し、Vr<Vc(Ic<
Vc)の電圧関係が、Vr>Vc(Ic>Vc)の電圧
関係に逆転する。このため、アーク検出回路35は、こ
れら電圧変位が入力されたコンパレータ回路53でVr
>Vc(Ic>Vc)であるとの比較結果となり、グロ
ー放電からアーク放電へ遷移されたことを検出し、ハイ
レベルのアーク検出信号をアーク消弧制御回路36に出
力する。
信号を検出したアーク消弧制御回路36は、モノマルチ
バイブレータ73から一定時間の停止信号を出力してパ
ルス幅制御回路14への出力を一定時間停止させる。こ
の出力の停止により、パルス幅制御回路14は一定時
間、正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび
負極用自己消弧素子19U,19V,19Wをオフさ
せ、電極3A,3Bへの直流電力の供給を一定時間停止
させる。アーク放電を検出し制御回路12がオフしたタ
イミングでオンし電極3A,3B間の蓄積電荷を放出さ
せる。このようにして、窒化処理装置1における異常放
電時の蓄積電荷の消滅を早くする。この直流電力の供給
の停止は、パルス幅変調制御によりパルス状に正極用自
己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消
弧素子19U,19V,19Wが導通状態となって直流
電力を供給しているので、パルス状の導通状態を停止さ
せればよく、図5に示すように直ちに非導通状態となっ
てアーク放電が直ちに停止できる。
ルチバイブレータ73からの停止信号の出力により、第
2のリレー76がオンする。この第2のリレー76のオ
ンにより、例えば「ヒートオフ」の表示による電源装置
2の直流電力の供給停止により放電を停止している旨が
報知される。
74により、停止信号の出力回数が計数される。そし
て、カウンタ74は、この計数した停止信号の出力回数
が所定の回数に達したことを認識することによりオン信
号を出力し、第1のリレー75をオンさせる。この第1
のリレー75のオンにより、電源装置2の動作を停止さ
せるとともに、アーク放電が継続して発生していること
を報知させ、オペレータにアーク放電の発生原因を取り
除く処理を促す。
形態によれば、次に示す効果が得られる。
極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用
自己消弧素子19U,19V,19Wを、供給される三
相交流電源7の正弦波に対応してそれぞれパルス幅を可
変しパルス状の導通状態とするパルス幅変調制御して三
相交流を直流に整流し、二次側の負極端子11Aおよび
正極端子11B間に接続した一対の電極3A,3Bに供
給してグロー放電させる。そして、このグロー放電中の
電極3A,3B間の負荷電圧Vcおよび電圧降下、負荷
電流および電流上昇を検出して各変位を比較し、グロー
放電からアーク放電への遷移を認識する。このアーク放
電への遷移の認識により、正極用自己消弧素子18U,
18V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19
V,19Wのパルス状の導通状態を停止すなわちオフさ
せる。このため、正極用自己消弧素子18U,18V,
18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,19
Wによる消弧作用にて、アーク放電への遷移を認識して
導通状態を停止して非導通状態にパルス幅変調制御する
際に、正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよ
び負極用自己消弧素子19U,19V,19Wは直ちに
確実に非導通状態となり、確実にアーク放電による電極
3A,3Bや被処理物などの損傷を防止できる。
消弧素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧
素子19U,19V,19Wを、三相正弦波パターンに
基づいて所定のパターンでパルス状に導通状態とする際
に、非導通状態から所定の導通状態に起動する所定時間
内に、図5に示すように次第に電流が流れるような包絡
線となる立ち上げ期間Tsの関数テーブルに基づいて所
定のパルス幅変調制御する。このため、正極用自己消弧
素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子
19U,19V,19Wに突入電流が流れるなどの負荷
を低減でき、確実に正極用自己消弧素子18U,18
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wを保護できる。
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wにより整流するため、これら正極用自己消弧素子
18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子19
U,19V,19Wの消弧作用により、導通状態から非
導通状態に制御する際に、正極用自己消弧素子18U,
18V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19
V,19Wは確実に非導通状態となる。このため、従来
のサイリスタに時定数回路を組み合わせて位相制御する
場合に比して、高精度な制御ができる。
み合わせたパルス変調制御とするので、正極用自己消弧
素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子
19U,19V,19Wの導通状態の制御が容易にでき
る。
て制御するので、PID制御により整流した直流電力と
関数テーブルとからフィードバック信号を出力させて制
御するため、より正確で適切な制御が容易にできる。
と直流電圧の出力との関係を示すグラフ、マップおよび
関数のうちのいずれか1つの包絡線パターンである関数
テーブルに従って制御する。このため、正極用自己消弧
素子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子
19U,19V,19Wの負荷を低減した追値制御およ
び定値制御によるパルス変調制御が容易にできる。
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wとして高速スイッチング素子を用いるため、出力
すべき電力に応じて正極用自己消弧素子18U,18
V,18Wおよび負極用自己消弧素子19U,19V,
19Wの導通時間を細かく調節することもでき、きめ細
かいパルス幅変調制御ができ、適切な電力量を供給でき
る。
好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実
施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能であ
る。
る構成について説明したが、三相に限られない。
調制御について説明したが、例えば信号波の振幅に対応
してパルスの高さすなわち振幅(amplitude)を変える
PAM(Pulse Amplitude Modulation)、パルスの継続
時間(duration)を変えるPDM(Pulse Duration Mod
ulation)、周波数変調に対応してパルスの位置(posit
ion)を変えるPPM(Pulse Position Modulation)、
2進数字などの符号(code)に変換してパルスを生ずる
PCM(Pulse Code Modulation)など、他のパルス変
調方式による制御でもできる。
説明したが、他のいずれのグロー放電装置にも適用でき
る。また、グロー放電装置のみに適用されるものではな
く、三相交流を整流した直流電力を負荷としての一対の
電極3A,3Bに供給するいずれの電力供給装置である
電源装置2にも対応できる。
流リアクトル23およびコンデンサC1を設けて説明し
たが、これら交流リアクトル23およびコンデンサC1
を設けない構成でもできる。なお、整流回路12の交流
入力部分に設けたコンデンサC1が、正極用自己消弧素
子18U,18V,18Wおよび負極用自己消弧素子1
9U,19V,19Wのスイッチング動作の電力の供給
源、および発生するサージ電圧を吸収し、モード切替時
などのスイッチング動作時に発生する高調波の交流電源
側への逆流が抑制される。また、パルス幅変調制御にお
いて発生するキャリア波の高周波成分電流は、交流リア
クトル23がコンデンサC1を通過した高周波成分電流
の交流電源側への逆流を阻止するので、整流回路12が
正極用自己消弧素子18U,18V,18Wおよび負極
用自己消弧素子19U,19V,19Wをスイッチング
させるキャリア波を発生させても、このキャリア波の高
周波成分が交流電源側に漏れることを防止できる。した
がって、スイッチング動作により発生する雑音としての
高調波、および、スイッチング動作に必要な制御信号で
あるキャリア波に含まれる高周波成分の両方が交流電源
側へ逆流せず、交流電源側の電流に含まれる高調波成分
が確実に低減できるので、これらコンデンサC1および
交流リアクトル23を設けることが好ましい。
よび閉回路モードを順次繰り返し、1/6周期の間に、
3つのモードを三回ずつ実施する構成について説明した
が、これに限らず、これらのモードを、1/6周期の間
に、二回以下、あるいは、四回以上実施する構成として
もよい。
U,18V,18W,19U,19V,19Wにダイオ
ード20U,20V,20W,21U,21V,21W
をそれぞれ直列に接続して説明したが、ダイオード20
U,20V,20W,21U,21V,21Wを用いな
くてもできる。
路32としては、負荷電圧検出用抵抗R4,R5の直列
回路およびアーク検出回路35の構成に限らず、いずれ
の構成で電極間の放電時の負荷電圧Vcを検出できる。
同様に、電圧降下を検出する構成としては、負荷電流検
出用抵抗R2およびアーク検出回路35の構成に限ら
ず、いずれの構成でもできる。
子を、交流電力の正弦波に対応してパルス変調制御して
交流電力を直流電力に整流し電極に供給してグロー放電
させ、グロー放電中の電極間の負荷電圧および電圧降下
と負荷電流および電流上昇との少なくともいずれか一方
を検出して各変位を比較してアーク放電への遷移を認識
した場合、自己消弧素子のパルス状の導通状態を停止さ
せるため、自己消弧素子による消弧作用にて、アーク放
電への遷移を認識して導通状態を停止して非導通状態に
制御する際に、自己消弧素子は直ちに確実に非導通状態
となり、確実にアーク放電による電極などの損傷を防止
できる。
す回路図である。
ク検出回路およびアーク消弧制御制御回路を示すブロッ
ク図である。
ルス幅制御回路の内部構成を示すブロック図である。
の動作を説明するための波形図である。 (A)三相正弦波形図 (B)導通パターンの波形図
スの波形図を示す説明図である。
電圧降下の変位の比較条件を説明する回路図である。
負荷電圧および負荷電流の変位を示すグラフである。
の波形図を示す説明図である。
自己消弧素子 19U,19V,19W 自己消弧素子である負極用
自己消弧素子
Claims (9)
- 【請求項1】 交流電力を直流電力に整流して真空雰囲
気中に配設された一対の電極に供給してグロー放電を生
じさせるグロー放電装置の電力供給方法であって、 前記交流電力が供給される一次側端子の各相と前記一対
の電極にそれぞれ接続され直流電力を出力する二次側端
子の正極および負極との間にそれぞれ自己消弧素子を設
けた整流回路と、この整流回路にて前記交流電力を前記
直流電力に整流し前記二次側端子から前記電極を供給し
て前記一対の電極間でグロー放電させる制御手段とを構
成し、 前記制御手段により、前記整流回路の各自己消弧素子
を、前記交流電力の正弦波に対応してそれぞれ所定の導
通状態にパルス変調制御して前記交流電力を直流電力に
整流し、前記二次側端子から前記一対の電極に供給させ
てグロー放電させるとともに、 前記グロー放電中の電極間の負荷電圧および電圧降下と
負荷電流および電流上昇との少なくともいずれか一方を
検出し、これらの各変位を比較してグロー放電からアー
ク放電への遷移を認識し、このアーク放電への遷移の認
識により前記自己消弧素子の導通状態を停止することを
特徴とするグロー放電装置の電力供給方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のグロー放電装置の電力
供給方法において、 パルス変調制御は、起動後の所定時間内に、所定の包絡
線パターンに従って追値制御した後に二次側端子からの
出力が所定値となるように定値制御することを特徴とす
るグロー放電装置の電力供給方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載のグロー放電装置の電力
供給方法において、 時間と直流電圧の出力との関係を示すグラフ、マップお
よび関数のうちのいずれか1つの包絡線パターンを記憶
する記憶手段を設け、 この記憶手段に記憶された包絡線パターンに従ってパル
ス変調制御することを特徴とするグロー放電装置の電力
供給方法。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載のグ
ロー放電装置の電力供給方法において、 自己消弧素子として高速スイッチング素子が用いられる
ことを特徴とするグロー放電装置の電力供給方法。 - 【請求項5】 交流電力が供給される一次側端子と、 真空雰囲気中に配設された一対の電極に接続されて直流
電力を出力する二次側端子と、 前記一次側端子の各相と前記二次側端子の正極および負
極との間にそれぞれ自己消弧素子が設けられて構成され
た整流回路と、 この整流回路の各自己消弧素子を前記交流電力の正弦波
に対応してそれぞれ所定の導通状態にパルス変調制御し
て前記交流電力を前記直流電力に整流し前記二次側端子
から前記電極を供給して前記一対の電極間でグロー放電
させるパルス変調制御手段と、 前記グロー放電中の一対の電極間の負荷電圧および電圧
降下と負荷電流および電流上昇との少なくともいずれか
一方を検出し、これらの各変位を比較してグロー放電か
らアーク放電へ遷移したことを認識し、前記パルス変調
制御手段により自己消弧素子の導通状態を停止させるア
ーク放電検出手段とを具備したことを特徴としたグロー
放電装置の電源装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載のグロー放電装置の電源
装置において、 パルス変調制御手段は、起動後の所定時間内に、所定の
包絡線パターンに従って追値制御した後に二次側端子か
らの出力が所定値となるように定値制御してパルス変調
制御することを特徴としたグロー放電装置の電源装置。 - 【請求項7】 請求項6に記載のグロー放電装置の電源
装置において、 時間と直流電圧の出力との関係を示すグラフ、マップお
よび関数のうちのいずれか1つを有する包絡線パターン
を記憶する記憶手段を具備したことを特徴としたグロー
放電装置の電源装置。 - 【請求項8】 請求項5ないし7のいずれかに記載のグ
ロー放電装置の電源装置において、 自己消弧素子は、高速スイッチング素子であることを特
徴としたグロー放電装置の電源装置。 - 【請求項9】 請求項5ないし8のいずれかに記載のグ
ロー放電装置の電源装置と、 内部に所定の真空雰囲気を形成する真空槽と、 この真空槽内に配設されて前記電源装置に接続され前記
電源装置にて整流された直流電力が供給されてグロー放
電する一対の電極とを具備したことを特徴としたグロー
放電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002151367A JP4381654B2 (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | グロー放電装置、その電力供給方法およびその電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002151367A JP4381654B2 (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | グロー放電装置、その電力供給方法およびその電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003347092A true JP2003347092A (ja) | 2003-12-05 |
JP4381654B2 JP4381654B2 (ja) | 2009-12-09 |
Family
ID=29768983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002151367A Expired - Fee Related JP4381654B2 (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | グロー放電装置、その電力供給方法およびその電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4381654B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007080697A1 (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Advanced Design Corp. | 高周波電源回路 |
WO2007080696A1 (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Advanced Design Corp. | 高周波電源装置 |
-
2002
- 2002-05-24 JP JP2002151367A patent/JP4381654B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007080697A1 (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Advanced Design Corp. | 高周波電源回路 |
WO2007080696A1 (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Advanced Design Corp. | 高周波電源装置 |
US7808224B2 (en) | 2006-01-16 | 2010-10-05 | Advanced Design Corp. | High-frequency power supply circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4381654B2 (ja) | 2009-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107852155B (zh) | 半导体元件的过电流保护装置 | |
US9479079B2 (en) | Control method for inverter device, and inverter device | |
US10084383B2 (en) | Booster device and converter device | |
US20110175557A1 (en) | Motor driving apparatus having power regeneration function | |
US20160336873A1 (en) | Power conversion device and three-phase alternating current power supply device | |
TW201044766A (en) | Power supply device | |
JPWO2008090917A1 (ja) | 直流電源装置とそれを備えた空気調和機 | |
CN101933213B (zh) | 电池充电电路 | |
US9780691B1 (en) | AC-DC power conversion apparatus to output boosted DC voltage | |
JP2016220525A (ja) | 電力変換装置 | |
JPWO2019123716A1 (ja) | 電力変換装置 | |
JPWO2012066682A1 (ja) | 車両用補助電源装置 | |
JP7151034B2 (ja) | 制御回路、および、dc/dcコンバータ装置 | |
JP4381654B2 (ja) | グロー放電装置、その電力供給方法およびその電源装置 | |
CN110494248B (zh) | 焊接电源装置 | |
WO2020183575A1 (ja) | コンバータ装置、モータ駆動装置及び空気調和機 | |
JP6522227B2 (ja) | コンバータ回路、インバータ回路および空気調和機の電力変換装置 | |
JP3745268B2 (ja) | コンバータのパルス変調制御方法、パルス変調方式によるコンバータおよび誘導加熱装置 | |
CN220421638U (zh) | 电压转换电路与电子设备 | |
JP7063082B2 (ja) | スイッチング素子制御回路 | |
US20230361555A1 (en) | Overcurrent protection circuit and power converter | |
KR102024604B1 (ko) | 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
KR20090028262A (ko) | 3상 정류기의 다이리스터의 점호장치 | |
JP2001078456A (ja) | Pwm制御式コンバータ | |
KR101978223B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040812 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20071009 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080115 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080310 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090901 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090916 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4381654 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |