JP2007169730A - Ac power supply device, and arc preventive method in the device - Google Patents

Ac power supply device, and arc preventive method in the device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AC power supply device capable of preventing generation of any arc discharge and rapidly and continuously performing the shut-off control of the high frequency AC power to be supplied to a load device, and an arc preventive method in the device. <P>SOLUTION: A current level setting instrument 33 sets the current level command value based on the value operated from the DC power command value and the discharge voltage value, and the winding ratio of a high frequency transformer 10. A command selector 34 sets the current level command value of the stationary mode or the current level command value of the starting or re-starting mode. A first comparator 43 compares the current level value with the current level command value, and when the current level value is equal to or exceeds the current level command value, the control shut-off signal is output in a shut-off signal generator 44. A gate control breaker 54 turns OFF the pulse of the switching control signal G. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電源装置に関するものであり、特に、スパッタなどのプロセスを用いて半導体や液晶基板などを製造する製造装置分野において、プロセスの過程で発生するアークの発生を防止する技術に関するものである。   The present invention relates to an AC power supply device, and more particularly to a technique for preventing the generation of an arc generated in the course of a process in the field of a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor, a liquid crystal substrate, or the like using a process such as sputtering. is there.

一般に、スパッタ装置では、製造装置内においてプラズマ放電を発生させることにより、スパッタリングプロセスを実現している。このプロセスを実現するためには、高電圧の直流(DC)電源 や交流(AC)電源を使用して、この電源を製造装置内の電極へ印加する必要があり、これにより、プラズマ放電が発生する。   Generally, in a sputtering apparatus, a sputtering process is realized by generating a plasma discharge in a manufacturing apparatus. In order to realize this process, it is necessary to use a high-voltage direct current (DC) power supply or alternating current (AC) power supply, and this power supply must be applied to the electrodes in the manufacturing equipment, which generates plasma discharge. To do.

しかしながら、この高電圧の電源をプラズマが浮遊している電極間へ印加すると、電極間で耐圧破壊が起こり、短絡現象が発生し、過大電流が流れることがある。この短絡現象が所謂、アークと呼ばれる現象である。このアークが発生すると、異物が製造物に飛散し、商品価値を損なうという問題が発生する。このため、アーク現象を捕らえて給電を高速遮断することにより、製造物への影響を抑えることが不可欠になっている。従来、多くの場合、電極間へ印加される電源として直流電源が使用されていたが、交流電源も使用されており、このアーク現象を捕らえる方式として、供給する直流電流や交流電流の変化を捕らえる方式が用いられている。この方式では、電源を供給する装置は、アーク現象を捕らえると、製造装置への給電を高速に遮断し、一定の時間が経過した後に製造装置を再起動させるように動作する。   However, when this high-voltage power supply is applied between the electrodes where the plasma is floating, breakdown voltage occurs between the electrodes, a short circuit phenomenon occurs, and an excessive current may flow. This short-circuit phenomenon is a so-called arc phenomenon. When this arc is generated, there is a problem that foreign matter is scattered in the product and the commercial value is impaired. For this reason, it is indispensable to suppress the influence on the product by capturing the arc phenomenon and cutting off the power supply at high speed. Conventionally, in many cases, a DC power source has been used as a power source applied between the electrodes, but an AC power source is also used. As a method of capturing this arc phenomenon, a change in supplied DC current or AC current is captured. The method is used. In this system, when an apparatus that supplies power supplies an arc phenomenon, the power supply to the manufacturing apparatus is interrupted at a high speed, and the manufacturing apparatus is restarted after a certain time has elapsed.

このようなアーク現象を捕らえて高速遮断する装置として、特許文献1に記載のものがある。図9は、従来の電源装置の構成を示す図である。この電源装置は、処理装置本体76におけるアーク現象を捕らえた場合に、処理装置本体76へ供給している電力を高速に遮断すると共に、処理装置本体76のその後の再起動時に、インバータスイッチング部73のパワー素子へのスイッチングパルス幅を暫増させるものである。この電源装置において、直流制御部71で商用電力から変換され、平滑回路72を介して取り出された直流電圧が、インバータスイッチング部73へ送られ、交流(矩形波)に変換され、昇圧トランス74および整流部75を介して処理装置本体76へ供給される。電流検出回路80は、昇圧トランス74と整流部75との間に設けられたカレントトランス79が検出した電流を読み取り、その値に応じた制御信号をサイリスタ制御部77およびインバータ制御部78に送る。サイリスタ制御部77は、前記電流値に応じた制御信号を入力し、直流制御部71を制御するためのゲート制御信号を生成して出力する。また、インバータ制御部78は、前記電流値に応じた制御信号と、処理装置本体76の所定の箇所に設けられた温度検出器81から温度値をそれぞれ入力し、インバータスイッチング部73を制御するためのスイッチング制御信号を生成して出力する。   As an apparatus for capturing such an arc phenomenon and interrupting at high speed, there is one disclosed in Patent Document 1. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a conventional power supply device. When the arc phenomenon in the processing apparatus main body 76 is caught, the power supply apparatus cuts off the electric power supplied to the processing apparatus main body 76 at a high speed, and when the processing apparatus main body 76 is subsequently restarted, the inverter switching unit 73. The switching pulse width to the power element is increased temporarily. In this power supply device, a direct current voltage converted from commercial power by the direct current control unit 71 and taken out via the smoothing circuit 72 is sent to the inverter switching unit 73 and converted into alternating current (rectangular wave). It is supplied to the processing apparatus main body 76 via the rectifying unit 75. The current detection circuit 80 reads the current detected by the current transformer 79 provided between the step-up transformer 74 and the rectifier 75 and sends a control signal corresponding to the value to the thyristor controller 77 and the inverter controller 78. The thyristor control unit 77 receives a control signal corresponding to the current value, generates and outputs a gate control signal for controlling the DC control unit 71. In addition, the inverter control unit 78 inputs a control signal corresponding to the current value and a temperature value from a temperature detector 81 provided at a predetermined location of the processing apparatus main body 76 to control the inverter switching unit 73. The switching control signal is generated and output.

図10は、図9に示した電源装置における各部の信号波形を示す図であり、アーク放電が発生した前後の波形を表している。図10(a)は、放電電流の信号波形、すなわちカレントトランス79の電流検出出力の波形を示している。期間(1)の放電電流は、正規のパルス電流波形を示しており、デューティを調節することにより放電が制御される。図10(b)は、平滑回路72から得られる直流電圧Vdcを示している。期間(1)において、直流電圧Vdcは、200V一定に維持されている。期間(2)において、グロー放電からアーク放電に移行しており、電流が急激に増加している。図10(c)は、アーク放電が発生したときのアーク検出信号Pを示している。インバータ制御部78は、遮断期間(3)終了後の復帰期間(4)において、インバータスイッチング部73の発振を同じ周波数で再開させるに際し、高周波パルスのデューティを、図10(a)に示すように、零からアーク検出される前のデューティまで徐々に増加させる。放電電流値も、図10(b)に示すように直流電圧Vdcの変化に従ってデューティと同様に徐々に上昇し、復帰期間(4)の終りの時点でアーク検出される前の状態に戻る。   FIG. 10 is a diagram showing signal waveforms at various parts in the power supply device shown in FIG. 9, and shows waveforms before and after the occurrence of arc discharge. FIG. 10A shows the signal waveform of the discharge current, that is, the waveform of the current detection output of the current transformer 79. The discharge current in period (1) shows a regular pulse current waveform, and the discharge is controlled by adjusting the duty. FIG. 10B shows the DC voltage Vdc obtained from the smoothing circuit 72. In the period (1), the DC voltage Vdc is kept constant at 200V. In the period (2), the glow discharge is changed to the arc discharge, and the current increases rapidly. FIG. 10C shows an arc detection signal P when arc discharge occurs. When the inverter control unit 78 restarts the oscillation of the inverter switching unit 73 at the same frequency in the return period (4) after the interruption period (3) ends, the duty of the high frequency pulse is as shown in FIG. , Gradually increase from zero to the duty before arc detection. As shown in FIG. 10 (b), the discharge current value gradually increases in the same manner as the duty according to the change of the DC voltage Vdc, and returns to the state before the arc detection at the end of the return period (4).

特開平7−62521号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-62521

前述の特許文献1の電源装置は、アーク放電を検出すると、処理装置本体76への電力供給を遮断し、一定時間経過後に再度可変する電力を供給するに際し、可変する電力の高周波パルスのデューティを零から徐々に増加させるようにする。しかしながら、このような再起動処理を行った場合には、処理装置本体76である負荷の電極が加熱気味の状況において、アーク放電が再発し、電極に熱的な変化が起こり、プロセスが一定しないという虞がある。この場合、製品の品質が低下し、または製品歩留まりが悪化してしまう。   When the power supply device disclosed in Patent Document 1 detects an arc discharge, the power supply to the processing device main body 76 is cut off, and when the variable power is supplied again after a predetermined time has elapsed, the duty of the variable power high frequency pulse is set. Increase gradually from zero. However, when such a restart process is performed, arc discharge recurs in a situation where the electrode of the load that is the processing apparatus main body 76 is heated, and a thermal change occurs in the electrode, and the process is not constant. There is a fear. In this case, the quality of the product is lowered or the product yield is deteriorated.

また、前述のようにアーク放電を検出した後の遮断処理では、回路の動作遅れやムダ時間などによりアークエネルギーを十分に抑制することができないという問題があった。本来的には、アークエネルギーを十分に抑制するためには、アーク放電を発生させないようにする必要がある。つまり、アーク放電が発生しないように、負荷装置へ供給する電力を適切に制御することが望ましい。   Further, as described above, the interruption process after detecting the arc discharge has a problem that the arc energy cannot be sufficiently suppressed due to the operation delay of the circuit, the waste time, and the like. Essentially, in order to sufficiently suppress arc energy, it is necessary to prevent arc discharge from occurring. That is, it is desirable to appropriately control the power supplied to the load device so that arc discharge does not occur.

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、アーク放電の発生を防止すると共に、負荷装置へ供給する高周波交流電力の遮断制御を高速にかつ連続的に実現可能な交流電源装置およびその装置におけるアーク防止方法を提供することを目的とする。   Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention provides an AC power supply apparatus capable of preventing the occurrence of arc discharge and simultaneously realizing high-frequency AC power cut-off control supplied to a load apparatus at high speed and the apparatus. An object of the present invention is to provide a method for preventing arcing.

上記目的を達成するために、本発明による交流電源装置は、商用交流電力から高周波の交流電力に変換し、該交流電力を負荷装置へ供給する電源であって、アーク放電の発生を防止する交流電源装置において、前記商用交流電力が整流された直流電力を、ゲート制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、新たな直流電力に変換するDC−DC電力変換器と、該変換された直流電力を、スイッチング制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、高周波の交流電力に変換する高周波電力変換器と、前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電流値を検出する電流検出器と、前記高周波電力変換器のスイッチング素子のゲートを制御するためのパルスを有するスイッチング制御信号を高周波電力変換器に出力する発振制御手段とを備え、該発振制御手段は、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい電流レベル指令値と、前記検出された交流電流値とに基づいて、遮断信号を発生し、該遮断信号によりスイッチング制御信号のパルスをオフし、負荷装置への交流電力の供給を停止させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an AC power supply according to the present invention is a power supply that converts commercial AC power into high-frequency AC power and supplies the AC power to a load device, and prevents AC discharge from occurring. In the power supply apparatus, a DC-DC power converter that converts the DC power rectified from the commercial AC power into new DC power by controlling the gate of the switching element by a gate control signal, and the converted DC power A high-frequency power converter that converts the high-frequency AC power by controlling the gate of the switching element by a switching control signal, a current detector that detects an AC current value of the AC power supplied to the load device, and Oscillation control means for outputting a switching control signal having a pulse for controlling the gate of the switching element of the high frequency power converter to the high frequency power converter The oscillation control means generates a cutoff signal based on a current level command value smaller than an arc reference current value for detecting arc discharge and the detected AC current value, and The pulse of the switching control signal is turned off by the signal, and the supply of AC power to the load device is stopped.

また、前記発振制御手段は、アーク放電が発生することなく運転する定常モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準値よりも小さい所定の電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、負荷装置へ交流電力供給を開始する起動モード時またはアーク放電発生後の再起動モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい値であって、前記定常モード時の電流レベル指令値よりも小さい電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生することを徴とする。   Further, the oscillation control means is based on a predetermined current level command value smaller than an arc reference value for detecting arc discharge and the AC current value in a steady mode in which operation is performed without causing arc discharge. Generates a cut-off signal, in the start mode for starting AC power supply to the load device or in the restart mode after the occurrence of arc discharge, a value smaller than the arc reference current value for detecting arc discharge, A cutoff signal is generated based on a current level command value smaller than the current level command value in the steady mode and the alternating current value.

また、本発明による交流電源装置は、さらに、前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電圧値を検出する電圧検出器と、前記負荷装置に見合う直流電力指令値に基づいてゲート制御信号を生成し、該ゲート信号を前記DC−DC変換器に出力する電力制御手段とを備え、該電力制御手段は、前記交流電圧値および交流電流値から交流電力値を演算し、交流電力値が前記直流電力指令値よりも小さい場合に、前記直流電力指令値を減少させることを特徴とする。   The AC power supply apparatus according to the present invention further generates a gate control signal based on a voltage detector that detects an AC voltage value of AC power supplied to the load device, and a DC power command value that matches the load device. And power control means for outputting the gate signal to the DC-DC converter, wherein the power control means calculates an AC power value from the AC voltage value and the AC current value, and the AC power value is the DC current value. The DC power command value is decreased when it is smaller than the power command value.

本発明を交流電源装置として説明したが、本発明はこれらに実質的に相当する方法としても実現し得るものであり、本発明には、交流電源装置におけるアーク防止方法も含む。すなわち、発明による交流電源装置におけるアーク防止方法は、商用交流電力から高周波の交流電力に変換し、該交流電力を負荷装置へ供給する交流電源装置におけるアーク防止方法において、前記商用交流電力を直流電力に整流するAC−DC整流工程と、該整流した直流電力を、ゲート制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、新たな直流電力に変換するDC−DC電力変換工程と、該変換した直流電力を、スイッチング制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、高周波の交流電力に変換する高周波電力変換工程と、前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電流値を検出する電流検出工程と、前記高周波電力変換工程におけるスイッチング素子のゲートを制御するためのパルスを有するスイッチング制御信号を生成する場合に、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい電流レベル指令値と、前記検出した交流電流値とに基づいて、遮断信号を発生し、該遮断信号により前記スイッチング制御信号のパルスをオフし、負荷装置への交流電力の供給を停止させる発振制御工程とを有することを特徴とする。   Although the present invention has been described as an AC power supply apparatus, the present invention can also be realized as a method substantially corresponding to these, and the present invention includes an arc prevention method in the AC power supply apparatus. That is, the arc prevention method in the AC power supply apparatus according to the invention is the arc prevention method in the AC power supply apparatus that converts commercial AC power to high-frequency AC power and supplies the AC power to the load device. An AC-DC rectification process for rectifying the DC power, a DC-DC power conversion process for converting the rectified DC power into new DC power by controlling the gate of the switching element by a gate control signal, and the converted DC power A high-frequency power conversion step of controlling the gate of the switching element by a switching control signal to convert it to high-frequency AC power, a current detection step of detecting an AC current value of the AC power supplied to the load device, Switching control signal having a pulse for controlling the gate of a switching element in a high-frequency power conversion process When generating, a cutoff signal is generated based on a current level command value smaller than an arc reference current value for detecting arc discharge and the detected AC current value, and the switching control signal is generated by the cutoff signal. And an oscillation control step of stopping the supply of AC power to the load device.

また、本発明による交流電源装置におけるアーク防止方法は、前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電圧値を検出する電圧検出工程と、前記負荷装置に見合う直流電力指令値に基づいてゲート制御信号を生成する場合に、前記交流電圧値および交流電流値から交流電力値を演算し、前記交流電力値が直流電力指令値よりも小さいときに、前記直流電力指令値を減少させる電力制御工程とを有することを特徴とする。   The arc prevention method for an AC power supply according to the present invention includes a voltage detection step for detecting an AC voltage value of AC power supplied to the load device, and a gate control signal based on a DC power command value suitable for the load device. A power control step of calculating an AC power value from the AC voltage value and the AC current value and reducing the DC power command value when the AC power value is smaller than the DC power command value. It is characterized by having.

以上のように、本発明によれば、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい電流レベル指令値により、負荷装置への電力供給を遮断するようにした。従来は、アーク放電が発生した場合に電力供給を遮断していたが、本発明により、アーク放電が発生する前に電力供給を遮断することができるから、アーク放電の発生を防止することが可能となる。また、アーク放電が発生する前に電力供給を遮断する場合に、前記電流レベル指令値と交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、スイッチング制御信号のパルス毎にそのパルスをオフするようにした。従来は、アークが発生した場合に電力供給を所定の時間の間一時的に遮断していたが、本発明により、アーク放電が発生する前に電力供給の遮断制御を瞬時に行うことができ、一時的に停止することなく高速にかつ連続的な遮断を実現することが可能となる。さらに、本発明によれば、交流電力値が直流電力指令値よりも小さい場合に、直流電力指令値を減少させるようにした。これにより、DC−DC変換器により変換される直流電力は減少する。したがって、交流電力値と直流電力指令値との間の誤差により発生する直流電圧の飽和等を抑制することができ、安定した特性を得ることが可能となる。   As described above, according to the present invention, the power supply to the load device is interrupted by the current level command value that is smaller than the arc reference current value for detecting arc discharge. Conventionally, power supply was cut off when arc discharge occurred. However, according to the present invention, power supply can be cut off before arc discharge occurs, so it is possible to prevent the occurrence of arc discharge. It becomes. Further, when the power supply is cut off before the arc discharge occurs, a cut-off signal is generated based on the current level command value and the alternating current value, and the pulse is turned off for each pulse of the switching control signal. did. Conventionally, power supply was temporarily interrupted for a predetermined time when an arc occurred, but according to the present invention, power supply interruption control can be instantaneously performed before arc discharge occurs, It is possible to realize high-speed and continuous interruption without temporarily stopping. Furthermore, according to the present invention, when the AC power value is smaller than the DC power command value, the DC power command value is decreased. Thereby, the direct-current power converted by the DC-DC converter decreases. Therefore, it is possible to suppress the saturation of the DC voltage caused by the error between the AC power value and the DC power command value, and to obtain stable characteristics.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
〔構成〕
先ず、本発明の実施の形態による交流電源装置の構成について説明する。図1は、交流電源装置の構成を示す制御ブロック図である。交流電源装置1は、AC−DC整流器3、第1の平滑用コンデンサ4、DC―DC電力変換器5、第2の平滑用コンデンサ6、第1の電圧検出器7、第1の電流検出器8、高周波電力変換器9、高周波トランス10、第2の電圧検出器11、第2の電流検出器12、リアクタ13、直流制御用電源14、電力制御手段15及び発振制御手段16を備える。交流電源装置1は、商用交流電源2から商用交流電力を入力し、一旦直流電力に変換し、さらに直流電力から交流電力に変換し、交流電力を負荷装置17へ出力する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔Constitution〕
First, the configuration of an AC power supply apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a control block diagram showing the configuration of the AC power supply apparatus. The AC power supply apparatus 1 includes an AC-DC rectifier 3, a first smoothing capacitor 4, a DC-DC power converter 5, a second smoothing capacitor 6, a first voltage detector 7, and a first current detector. 8, a high-frequency power converter 9, a high-frequency transformer 10, a second voltage detector 11, a second current detector 12, a reactor 13, a DC control power supply 14, a power control means 15 and an oscillation control means 16. The AC power supply device 1 receives commercial AC power from the commercial AC power source 2, temporarily converts it to DC power, further converts DC power into AC power, and outputs the AC power to the load device 17.

AC−DC整流器3は、整流素子例えば、ダイオードを用いた3相全波整流回路であり、商用交流電源2から3相交流電力を入力し、3相交流電力を整流し、直流電力を第1の平滑用コンデンサ4に出力する。AC−DC整流器3は、出力正極端子が第1の平滑用コンデンサ4の一端に接続され、出力負極端子が第1の平滑用コンデンサ4の他端に接続される。第1の平滑用コンデンサ4は、AC−DC整流器3から直流電力を入力し、直流電圧を平滑にし、得られる第1の直流電力をDC−DC電力変換器5に出力する。第1の平滑用コンデンサ4は、一端がDC−DC電力変換器5の入力正極端子に接続され、他端がDC−DC電力変換器5の入力負極端子に接続される。   The AC-DC rectifier 3 is a three-phase full-wave rectifier circuit using a rectifying element, for example, a diode. The AC-DC rectifier 3 receives the three-phase AC power from the commercial AC power supply 2 and rectifies the three-phase AC power to generate the first DC power. To the smoothing capacitor 4. The AC-DC rectifier 3 has an output positive terminal connected to one end of the first smoothing capacitor 4 and an output negative terminal connected to the other end of the first smoothing capacitor 4. The first smoothing capacitor 4 receives DC power from the AC-DC rectifier 3, smoothes the DC voltage, and outputs the obtained first DC power to the DC-DC power converter 5. The first smoothing capacitor 4 has one end connected to the input positive terminal of the DC-DC power converter 5 and the other end connected to the input negative terminal of the DC-DC power converter 5.

DC−DC電力変換器5は、半導体スイッチング素子例えば、IGBT(Insulated Gate Bipola Transistor)(以下、第1のスイッチング素子という。)と直流リアクタとを備えるスイッチング回路であり、第1のスイッチング素子のゲートに入力される制御信号(以下、ゲート制御信号という。)Aにより、コレクターエミッタ間の導通/遮断を制御する。第1のスイッチング素子のコレクタおよびエミッタは、第1の平滑用コンデンサ4および第2の平滑用コンデンサ6の負極端子にそれぞれ接続される。直流リアクタは、その一端が第1の平滑用コンデンサ4の正極端子に接続され、他端が第2の平滑用コンデンサ6の正極端子に接続される。すなわち、DC−DC電力変換器5は、第1の直流電力を入力し、内在する第1のスイッチング素子のゲートをゲート制御信号Aによりオン/オフ動作させ、第2の直流電力を第2の平滑用コンデンサ6に出力する。   The DC-DC power converter 5 is a switching circuit including a semiconductor switching element, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) (hereinafter referred to as a first switching element) and a DC reactor, and the gate of the first switching element. Is controlled by a control signal (hereinafter referred to as a gate control signal) A input to the collector. The collector and emitter of the first switching element are connected to the negative terminals of the first smoothing capacitor 4 and the second smoothing capacitor 6, respectively. The DC reactor has one end connected to the positive terminal of the first smoothing capacitor 4 and the other end connected to the positive terminal of the second smoothing capacitor 6. That is, the DC-DC power converter 5 receives the first DC power, turns on / off the gate of the first switching element that is present by the gate control signal A, and converts the second DC power to the second DC power. Output to the smoothing capacitor 6.

第2の平滑用コンデンサ6は、第2の直流電力を入力し、第2の直流電圧を平滑にし、高周波電力変換器9に出力する。第2の平滑用コンデンサ6は、その一端が高周波電力変換器9の入力正極端子および第1の電圧検出器7の入力正極端子に接続され、他端が高周波電力変換器9の入力負極端子および第1の電圧検出器7の入力負極端子に接続される。第1の電圧検出器7は、DC−DC電力変換器5の出力側の直流電圧値を検出し、直流電圧帰還信号Bとして電力制御手段15に出力する。第1の電流検出器8は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して、被測定電流を非接触で検出するセンサであり、DC−DC電力変換器5の出力側の直流電流値や過電流を検出し、直流電流帰還信号Cとして電力制御手段15に出力する。   The second smoothing capacitor 6 receives the second DC power, smoothes the second DC voltage, and outputs it to the high-frequency power converter 9. One end of the second smoothing capacitor 6 is connected to the input positive terminal of the high-frequency power converter 9 and the input positive terminal of the first voltage detector 7, and the other end is connected to the input negative terminal of the high-frequency power converter 9 and It is connected to the input negative terminal of the first voltage detector 7. The first voltage detector 7 detects the DC voltage value on the output side of the DC-DC power converter 5 and outputs it as a DC voltage feedback signal B to the power control means 15. The first current detector 8 is a sensor that detects a current to be measured in a non-contact manner using, for example, a Hall element that is a magnetoelectric conversion element, and is a direct current value on the output side of the DC-DC power converter 5. Or an overcurrent is detected and output to the power control means 15 as a DC current feedback signal C.

高周波電力変換器9は、インバータ回路であり、相対向する2対の半導体スイッチング素子例えば、IGBT(Q1およびQ4スイッチ)およびIGBT(Q2およびQ3スイッチ)の対(以下、第2のスイッチング素子という。)が、第2のスイッチング素子のゲートに入力される制御信号(以下、スイッチング制御信号という。)Gにより、コレクターエミッタ間の導通/遮断を制御する。すなわち、高周波電力変換器9は、第2のスイッチング素子が、交互にオン/オフ動作を繰り返し、第2の平滑用コンデンサ6により平滑された波形の電圧を有する第2の直流電力を、略矩形波交流波形の電圧を有する第1の交流電力に変換する回路である。すなわち、高周波電力変換器9は、第2の直流電力を入力し、内在する第2のスイッチング素子のゲートをスイッチング制御信号Gによりオン/オフ動作させ、第2の直流電力を第1の交流電力に変換し、交流電力を高周波トランス10に出力する。   The high-frequency power converter 9 is an inverter circuit, and is referred to as two pairs of semiconductor switching elements facing each other, for example, a pair of IGBTs (Q1 and Q4 switches) and IGBTs (Q2 and Q3 switches) (hereinafter referred to as a second switching element). ) Controls the conduction / cutoff between the collector and the emitter by a control signal (hereinafter referred to as a switching control signal) G input to the gate of the second switching element. That is, in the high-frequency power converter 9, the second switching element repeatedly turns on / off alternately, and the second DC power having a waveform voltage smoothed by the second smoothing capacitor 6 is converted into a substantially rectangular shape. It is a circuit for converting to a first AC power having a voltage of a wave AC waveform. That is, the high-frequency power converter 9 receives the second DC power, turns on / off the gate of the second switching element that is present by the switching control signal G, and converts the second DC power into the first AC power. And AC power is output to the high-frequency transformer 10.

高周波トランス10は、相互に電磁結合された1次巻線10pおよび2次巻線10sからなる変圧器であり、高周波電力変換器9から出力された高周波の交流電力に対する安全性および環境などを配慮するために設置されている。高周波トランス10は、1次巻線10pに交流電圧を入力し、相互電磁誘導作用により、1次巻線10pと2次巻線10sとの巻数比に比例した交流電圧を2次巻線10sに発生させる。高周波トランス10の1次巻線10pは、巻き始めが第2のスイッチング素子Q1のエミッタおよびQ3のコレクタに接続され、巻き終りが第2のスイッチング素子Q2のエミッタおよびQ4のコレクタに接続される。高周波トランス10の2次巻線10sは、負荷装置17に接続される。すなわち、高周波トランス10は、第1の交流電力を入力し、第1の交流電力と電気的に絶縁させた第2の交流電力に変換し、負荷装置17に出力する。このように、高周波トランス10は、入力の商用電源と交流電力とを絶縁する。   The high-frequency transformer 10 is a transformer composed of a primary winding 10p and a secondary winding 10s that are electromagnetically coupled to each other. Considering safety and environment for high-frequency AC power output from the high-frequency power converter 9 It is installed to do. The high-frequency transformer 10 inputs an AC voltage to the primary winding 10p, and an AC voltage proportional to the turn ratio between the primary winding 10p and the secondary winding 10s is applied to the secondary winding 10s by mutual electromagnetic induction. generate. The primary winding 10p of the high-frequency transformer 10 has a winding start connected to the emitter of the second switching element Q1 and the collector of Q3, and an end of winding connected to the emitter of the second switching element Q2 and the collector of Q4. The secondary winding 10 s of the high-frequency transformer 10 is connected to the load device 17. That is, the high-frequency transformer 10 receives the first AC power, converts the first AC power into second AC power that is electrically insulated from the first AC power, and outputs the second AC power to the load device 17. Thus, the high-frequency transformer 10 insulates the input commercial power supply from the AC power.

第2の電圧検出器11は、高周波トランス10の2次側の交流電圧値を検出し、交流電圧帰還信号Dとして電力制御手段15に出力する。第2の電流検出器12は、第1の電流検出器8と同様に、ホール素子を利用して被測定電流を非接触で検出するセンサであり、高周波トランス10の2次側の交流電流値を検出し、交流電流帰還信号Eとして電力制御手段15および発振制御手段16に出力する。リアクタ13は、インダクタンス機器であり、高周波トランス10の2次側における出力電流の電流変化率を抑制する。つまり、負荷装置11で発生するアーク放電に基づく短絡電流を抑制する。   The second voltage detector 11 detects an AC voltage value on the secondary side of the high-frequency transformer 10 and outputs the AC voltage value to the power control means 15 as an AC voltage feedback signal D. Similar to the first current detector 8, the second current detector 12 is a sensor that detects a current to be measured in a non-contact manner using a Hall element, and an AC current value on the secondary side of the high-frequency transformer 10. Is output to the power control means 15 and the oscillation control means 16 as an alternating current feedback signal E. The reactor 13 is an inductance device, and suppresses the current change rate of the output current on the secondary side of the high-frequency transformer 10. That is, the short circuit current based on the arc discharge generated in the load device 11 is suppressed.

直流制御用電源14は、制御用定電圧電源であり、電力制御手段15および発振制御手段16の直流回路に直流定電圧を供給する。ここでは、商用交流電源2から2相商用電源を入力し、直流定電圧を出力する。尚、直流制御用電源14は、商用交流電源2とは別系統の電源を用いることにより、全く独立した直流制御用電源として直流定電圧を出力するようにしてもよい。   The DC control power supply 14 is a control constant voltage power supply, and supplies a DC constant voltage to the DC circuit of the power control means 15 and the oscillation control means 16. Here, a two-phase commercial power source is input from the commercial AC power source 2 and a DC constant voltage is output. Note that the DC control power supply 14 may output a DC constant voltage as a completely independent DC control power supply by using a power supply of a different system from the commercial AC power supply 2.

電力制御手段15は、予め設定された直流電力指令値に基づいて、DC−DC電力変換器5が出力する直流電力を生成するためのゲート制御信号Aを生成し、当該ゲート制御信号AをDC−DC電力変換器5に出力する。ここで、直流電力指令値は、負荷装置17に依存する値であり、例えば負荷の大きさや材料などによって決定される値である。つまり、DC−DC電力変換器5が出力する直流電力は、負荷装置17の大きさや材料などの負荷に見合った値となる。また、電力制御手段15は、第1の電圧検出器7から直流電圧帰還信号Bを、第1の電流検出器8から直流電流帰還信号Cを、第2の電圧検出器11から交流電圧帰還信号Dを、第2の電流検出器12から交流電流帰還信号Eをそれぞれ入力する。そして、電力制御手段15は、負荷装置17へ供給されている交流電力が低下し、交流電力値が直流電力指令値よりも小さくなったときに、直流電力を小さくするために、直流電力指令値を減少補正してゲート制御信号Aを生成し、当該ゲート制御信号AをDC−DC電力変換器5に出力する。したがって、DC−DC電力変換器5は、この減少補正された直流電力指令値を基にして直流電力を出力し、第1の電圧検出器7により検出された直流電圧帰還信号B、および第1の電流検出器8により検出された直流電流帰還信号Cが電力制御手段15にフィードバックされる。   The power control means 15 generates a gate control signal A for generating DC power output from the DC-DC power converter 5 based on a preset DC power command value, and the gate control signal A is converted to DC. -It outputs to DC power converter 5. Here, the DC power command value is a value that depends on the load device 17, and is a value determined by, for example, the size or material of the load. That is, the DC power output from the DC-DC power converter 5 has a value commensurate with the load such as the size and material of the load device 17. Further, the power control means 15 receives a DC voltage feedback signal B from the first voltage detector 7, a DC current feedback signal C from the first current detector 8, and an AC voltage feedback signal from the second voltage detector 11. D is input with the alternating current feedback signal E from the second current detector 12. The power control means 15 is configured to reduce the DC power when the AC power supplied to the load device 17 decreases and the AC power value becomes smaller than the DC power command value. Is reduced and generated to generate a gate control signal A, and the gate control signal A is output to the DC-DC power converter 5. Therefore, the DC-DC power converter 5 outputs DC power based on the decrease-corrected DC power command value, the DC voltage feedback signal B detected by the first voltage detector 7, and the first The DC current feedback signal C detected by the current detector 8 is fed back to the power control means 15.

発振制御手段16は、高周波電力変換器9が出力する交流電力を生成するためのスイッチング制御信号Gを、スイッチング周波数およびデッドバンド期間から生成し、当該スイッチング制御信号Gを高周波電力変換器9に出力する。また、発振制御手段16は、第2の電流検出器12から交流電流帰還信号Eを入力し、予め設定された放電電圧値、および電力制御手段15に予め設定された直流電力指令値に基づいて、定常モードおよび起動・再起動モードにおけるそれぞれの電流レベル指令値(アーク検出を判断するためのアーク電流レベル指令値よりも小さい値)を演算し、各モードにおいて、前記交流電流帰還信号Eによる交流電流レベル値と電流レベル指令値とを比較し、交流電流レベル値が大きい場合に、スイッチング制御信号GのパルスをOFFし、高周波電力変換器9のスイッチングを遮断する。この場合、発振制御手段16は、スイッチング制御信号Gのパルス毎に、連続的に高周波電力変換器9の遮断制御を行う。   The oscillation control means 16 generates a switching control signal G for generating AC power output from the high frequency power converter 9 from the switching frequency and the dead band period, and outputs the switching control signal G to the high frequency power converter 9. To do. Further, the oscillation control means 16 receives the AC current feedback signal E from the second current detector 12 and based on the preset discharge voltage value and the DC power command value preset in the power control means 15. The current level command value in each of the steady mode and the start / restart mode (a value smaller than the arc current level command value for determining the arc detection) is calculated, and in each mode, the alternating current by the alternating current feedback signal E is calculated. The current level value is compared with the current level command value, and when the alternating current level value is large, the pulse of the switching control signal G is turned off and the switching of the high-frequency power converter 9 is cut off. In this case, the oscillation control means 16 performs cutoff control of the high-frequency power converter 9 continuously for each pulse of the switching control signal G.

〔電力制御手段15の構成〕
次に、図1に示した電力制御手段15の構成について詳細に説明する。図2は、電力制御手段15の構成を示す制御ブロック図である。この電力制御手段15は、電力設定器21、指令演算器22、電力制御増幅器23、ゲート制御器24、第1の帰還電力演算器25、第2の帰還電力演算器26および電力誤差制御器27を備えている。
[Configuration of Power Control Unit 15]
Next, the configuration of the power control unit 15 shown in FIG. 1 will be described in detail. FIG. 2 is a control block diagram showing the configuration of the power control means 15. The power control means 15 includes a power setting unit 21, a command calculator 22, a power control amplifier 23, a gate controller 24, a first feedback power calculator 25, a second feedback power calculator 26, and a power error controller 27. It has.

電力設定器21は、DC−DC電力変換器5が直流電力を生成するための直流電力指令値W、例えば10kW(キロワット)を設定し、直流電力指令信号Fとして指令演算器22、電力誤差制御器27および発振制御手段16に出力する。帰還電力演算器25は、第1の電圧検出器7から直流電圧帰還信号Bを、第1の電流検出器8から直流電流帰還信号Cをそれぞれ入力し、直流帰還電力値W1(電圧値×電流値)を演算し、直流電力帰還信号として電力制御増幅器23に出力する。帰還電力演算器26は、第2の電圧検出器11から交流電圧帰還信号Dを、第2の電流検出器12から交流電流帰還信号Eをそれぞれ入力し、交流帰還電力値W2(電圧値×電流値)を演算し、交流電力帰還信号として電力誤差制御器27に出力する。電力誤差制御器27は、電力設定器21から直流電力指令信号Fを、帰還電力演算器26から交流電力帰還信号をそれぞれ入力し、直流電力指令値Wと交流帰還電力値W2とを比較し、交流帰還電力値W2が直流電力指令値Wより小さい場合(W2<W)にのみ、両者の差分値(W−W2)を演算し、差分信号として指令演算器22に出力する。   The power setting unit 21 sets a DC power command value W, for example, 10 kW (kilowatt) for the DC-DC power converter 5 to generate DC power, and a command calculator 22, power error control as a DC power command signal F Output to the device 27 and the oscillation control means 16. The feedback power calculator 25 receives the DC voltage feedback signal B from the first voltage detector 7 and the DC current feedback signal C from the first current detector 8, and receives the DC feedback power value W1 (voltage value × current). Value) is calculated and output to the power control amplifier 23 as a DC power feedback signal. The feedback power calculator 26 receives an AC voltage feedback signal D from the second voltage detector 11 and an AC current feedback signal E from the second current detector 12, and receives an AC feedback power value W2 (voltage value × current). Value) is calculated and output to the power error controller 27 as an AC power feedback signal. The power error controller 27 receives the DC power command signal F from the power setter 21 and the AC power feedback signal from the feedback power calculator 26, and compares the DC power command value W with the AC feedback power value W2. Only when the AC feedback power value W2 is smaller than the DC power command value W (W2 <W), the difference value (W−W2) between them is calculated and output to the command calculator 22 as a difference signal.

指令演算器22は、電力設定器21から直流電力指令信号Fを入力し、電力誤差制御器27から差分信号を入力し、直流電力指令値Wから差分値(W−W2)を減算し、新たな直流電力指令値W’を求め、新たな直流電流指令信号として電力制御増幅器23に出力する。   The command calculator 22 receives the DC power command signal F from the power setter 21, receives the difference signal from the power error controller 27, subtracts the difference value (W−W2) from the DC power command value W, and newly A new DC power command value W ′ is obtained and output to the power control amplifier 23 as a new DC current command signal.

電力制御増幅器23は、指令演算器23−1およびPID演算器23−2を備えている。指令演算器23−1は、指令演算器22から新たな直流電流指令信号を、帰還電力演算器25から直流電力帰還信号をそれぞれ入力し、新たな直流電力指令値W’から直流帰還電力値W1を減算し、直流電力偏差値を求め、偏差信号としてPID演算器23−2に出力する。PID演算器23−2は、帰還電力演算器23−1から偏差信号を入力し、PID演算を行い、直流電力補正指令値を求め、補正指令信号としてゲート制御器24に出力する。ゲート制御器24は、PID演算器23−2から補正指令信号を入力し、パルス幅指令信号としてのゲート制御信号Aを生成し、DC−DC電力変換器5の第1のスイッチング素子のゲートに出力する。   The power control amplifier 23 includes a command calculator 23-1 and a PID calculator 23-2. The command calculator 23-1 receives a new DC current command signal from the command calculator 22 and a DC power feedback signal from the feedback power calculator 25. The command calculator 23-1 receives the DC feedback power value W 1 from the new DC power command value W ′. Is subtracted to obtain a DC power deviation value and output to the PID calculator 23-2 as a deviation signal. The PID calculator 23-2 receives the deviation signal from the feedback power calculator 23-1, performs PID calculation, obtains a DC power correction command value, and outputs it to the gate controller 24 as a correction command signal. The gate controller 24 receives the correction command signal from the PID calculator 23-2, generates a gate control signal A as a pulse width command signal, and supplies it to the gate of the first switching element of the DC-DC power converter 5. Output.

このように、電力制御手段15は、負荷装置17に見合う直流電力指令値からゲート制御信号Aを生成し、DC−DC電力変換器5の直流電力を制御すると共に、負荷装置17へ供給される交流電流が減少し、その交流電力値が直流電力指令値よりも小さい場合に、直流電力指令値を減少させ、当該減少した直流電力指定値からゲート制御信号Aを生成し、DC−DC電力変換器5の直流電力が減少するように制御する。これにより、負荷装置17へ供給される交流電力の電流が減少した場合には、直流電力が減少し、結果として交流電力値と直流電力指令値との間の誤差により発生する直流電圧の飽和等を抑制することができ、安定した特性を得ることができる。   As described above, the power control means 15 generates the gate control signal A from the DC power command value suitable for the load device 17, controls the DC power of the DC-DC power converter 5, and is supplied to the load device 17. When the alternating current decreases and the alternating current power value is smaller than the direct current power command value, the direct current power command value is decreased, and the gate control signal A is generated from the decreased direct current power designated value, and the DC-DC power conversion Control is performed so that the DC power of the device 5 decreases. Thereby, when the current of the AC power supplied to the load device 17 decreases, the DC power decreases, and as a result, saturation of the DC voltage generated due to an error between the AC power value and the DC power command value, etc. Can be suppressed, and stable characteristics can be obtained.

〔発振制御手段16の構成〕
次に、図1に示した発振制御手段16の構成について詳細に説明する。図3は、発振制御手段16の構成を示す制御ブロック図である。この発振制御手段16は、アーク制御手段30およびパルス指令演算手段50を備えている。アーク制御手段30は、プロセス電圧設定器31、電流レベル演算器32、電流レベル設定器33、指令選択器34、レート時間設定器35、アーク電流基準値設定器36、保持・解除信号発生器37、第2の比較器38、電流−電圧変換器39、絶縁トランス40、差動増幅器41、絶対値変換器42、第1の比較器43、遮断信号発生器44および演算器45を備えている。また、パルス指令演算手段50は、スイッチング周波数設定器51、デッドバンド設定器52、スイッチング指令器53およびゲート制御・遮断器54を備えている。
[Configuration of Oscillation Control Unit 16]
Next, the configuration of the oscillation control means 16 shown in FIG. 1 will be described in detail. FIG. 3 is a control block diagram showing the configuration of the oscillation control means 16. The oscillation control means 16 includes an arc control means 30 and a pulse command calculation means 50. The arc control means 30 includes a process voltage setter 31, a current level calculator 32, a current level setter 33, a command selector 34, a rate time setter 35, an arc current reference value setter 36, and a hold / release signal generator 37. , A second comparator 38, a current-voltage converter 39, an isolation transformer 40, a differential amplifier 41, an absolute value converter 42, a first comparator 43, a cutoff signal generator 44, and a calculator 45. . Further, the pulse command calculation means 50 includes a switching frequency setting device 51, a dead band setting device 52, a switching command device 53, and a gate control / breaker 54.

プロセス電圧設定器31は、負荷装置17の大きさやプロセスなどによって決定される放電電圧値を予め設定し、放電電圧信号を電流レベル演算器32に出力する。電流レベル演算器32は、プロセス電圧設定器31から放電電圧信号を、電力制御手段15から直流電力指令信号をそれぞれ入力し、直流電力指令値を放電電圧値で除算して電流値I1を求め、電流レベル基準信号として電流レベル設定器33に出力する。例えば、放電電圧値がAC500V、直流電力指令値が10kWの場合は、電流値I1は200Aとなる。   The process voltage setting unit 31 presets a discharge voltage value determined by the size of the load device 17 and the process, and outputs a discharge voltage signal to the current level calculator 32. The current level calculator 32 receives the discharge voltage signal from the process voltage setter 31 and the DC power command signal from the power control means 15, respectively, and calculates the current value I1 by dividing the DC power command value by the discharge voltage value. It outputs to the current level setting device 33 as a current level reference signal. For example, when the discharge voltage value is 500 VAC and the DC power command value is 10 kW, the current value I1 is 200A.

電流レベル設定器33は、電流レベル演算器32から電流レベル基準信号を入力すると、電流値I1を高周波トランス10の巻線比(10p:10s)で除算して電流値I2を求め、電流レベル指令信号として指令選択器34に出力する。例えば、巻線比が1:1.5、電流値I1が200Aの場合は、電流値I2は133Aとなる。   When the current level reference signal is input from the current level calculator 32, the current level setting unit 33 divides the current value I1 by the winding ratio (10p: 10s) of the high-frequency transformer 10 to obtain a current value I2, and a current level command The signal is output to the command selector 34 as a signal. For example, when the winding ratio is 1: 1.5 and the current value I1 is 200A, the current value I2 is 133A.

指令選択器34は、電流レベル設定器33から電流レベル指令信号を、図示しないモード指令器からモード信号を入力し、予め設定された比率を乗算してモードに応じた電流レベル指令値を求める。ここで、図示しないモード指令器は、負荷装置17が定常モードで運転しているのか、負荷装置17の運転起動時である装置立ち上がり時の起動モードで運転しているのか、または、アーク放電による遮断の後の装置立ち上がり時の再起動モードで運転しているのかを判断し、定常モードまたは起動・再起動モードのうちのいずれかのモード情報をモード信号として指令選択器34に出力する。指令選択器34には、モード毎の比率が、予め設定されている。例えば、定常モードの場合は比率1、起動・再起動モードの場合は比率0.5のように、起動・再起動モードの場合は、負荷装置17の電極が加熱気味の状況などによりアーク放電が再発生しやすいことを考慮し、通常モードの比率よりも低い比率が設定されている。指令選択器34は、モード信号が定常モードである場合に、電流値I2(133A)と比率(1)を乗算して新たな電流値I3(133A)を求める。また、モード信号が起動・再起動モードである場合に、電流値I2(133A)と比率(0.5)を乗算して新たな電流値I3(66.5A)を求める。そして、指令選択器34は、求めた電流値I3を、モードに応じた電流レベル指令信号としてレート時間設定器35に出力する。   The command selector 34 receives a current level command signal from the current level setter 33 and a mode signal from a mode commander (not shown), and multiplies a preset ratio to obtain a current level command value corresponding to the mode. Here, the mode commander (not shown) indicates whether the load device 17 is operating in the steady mode, whether the load device 17 is operating in the start-up mode when the load device 17 is started, or by arc discharge. It is determined whether the system is operating in the restart mode at the time of startup of the device after the shut-off, and mode information of either the steady mode or the start / restart mode is output to the command selector 34 as a mode signal. The command selector 34 is preset with a ratio for each mode. For example, in the steady mode, the ratio is 1, and in the start / restart mode, the ratio is 0.5. In the start / restart mode, the arc discharge is caused by the state of the electrode of the load device 17 being heated. Considering that it is likely to occur again, a ratio lower than the ratio in the normal mode is set. When the mode signal is the steady mode, the command selector 34 multiplies the current value I2 (133A) and the ratio (1) to obtain a new current value I3 (133A). When the mode signal is the start / restart mode, the current value I2 (133A) is multiplied by the ratio (0.5) to obtain a new current value I3 (66.5A). Then, the command selector 34 outputs the obtained current value I3 to the rate time setter 35 as a current level command signal corresponding to the mode.

レート時間設定器35は、指令選択器34からモードに応じた電流レベル指令信号を、図示しないモード指令器からモード信号をそれぞれ入力し、モードが起動・再起動モードである場合に、予め設定されたレート時間により、起動・再起動モードの電流値I3から定常モードの電流値I3に徐々に立ち上がるように新たな電流値I4を求め、電流レベル指令信号として第1の比較器43に出力する。尚、モードが定常モードの場合は、入力した電流値I3をそのまま新たな電流値I4として用いる。起動・再起動モードにおいて、負荷装置17へ供給される交流電力における交流電流が、従来技術に示した図10(a)の(4)のように、パルス波形の波高値が暫増する場合に、レート時間設定器35は、その暫増に適合した電流レベル指令値を生成することができる。これにより、負荷装置17の起動時およびアーク放電が発生した後の再起動時において、安定した起動特性を得ることができる。   The rate time setting unit 35 receives a current level command signal corresponding to the mode from the command selector 34 and a mode signal from a mode command unit (not shown), and is set in advance when the mode is the start / restart mode. The new current value I4 is obtained so as to gradually rise from the current value I3 in the start / restart mode to the current value I3 in the steady mode according to the rate time, and is output to the first comparator 43 as a current level command signal. When the mode is the steady mode, the input current value I3 is used as it is as a new current value I4. In the start / restart mode, when the peak value of the pulse waveform of the AC current supplied to the load device 17 increases slightly as in (4) of FIG. The rate time setting unit 35 can generate a current level command value suitable for the temporary increase. As a result, stable start-up characteristics can be obtained at the time of start-up of the load device 17 and at the time of restart after the arc discharge occurs.

一方、電流−電圧変換器39は、図4に示すように、例えば抵抗体39−1およびコンデンサ39−2を備え、第2の電流検出器12の出力端子に直列に抵抗39−1を配し、抵抗体39−1に並列にコンデンサ39−2を配する。電流−電圧変換器39は、第2の電流検出器12から交流電流帰還信号Eを入力し、電流から電圧に変換し、電圧信号を絶縁トランス40を介して差動増幅器41に出力する。   On the other hand, as shown in FIG. 4, the current-voltage converter 39 includes, for example, a resistor 39-1 and a capacitor 39-2, and a resistor 39-1 is arranged in series with the output terminal of the second current detector 12. The capacitor 39-2 is arranged in parallel with the resistor 39-1. The current-voltage converter 39 receives the alternating current feedback signal E from the second current detector 12, converts the current into a voltage, and outputs the voltage signal to the differential amplifier 41 via the isolation transformer 40.

差動増幅器41は、図4に示すように、抵抗体44−1〜44−4およびオペアンプ44−5を備え、絶縁トランス40から電圧信号を入力し、差動増幅し、出力電圧値の信号を絶対値変換器42に出力する。抵抗体44−1〜44−4は、出力電圧値を交流電流帰還信号Eの交流帰還電流値に等しくするように、予め設定されている。例えば、交流帰還電流値が1Aであれば、出力電圧値を1Vにする。これにより、差動増幅器41の出力端子から出力電圧値の信号を出力することによって、交流帰還電流値を知ることができる。これらの絶縁トランス40および差動増幅器41は、ノイズ耐量を改善するために設けられており、必要に応じて省略するようにしてもよい。   As shown in FIG. 4, the differential amplifier 41 includes resistors 44-1 to 44-4 and an operational amplifier 44-5. The differential amplifier 41 receives a voltage signal from the isolation transformer 40, differentially amplifies it, and outputs an output voltage value signal. Is output to the absolute value converter 42. The resistors 44-1 to 44-4 are set in advance so that the output voltage value is equal to the AC feedback current value of the AC current feedback signal E. For example, if the AC feedback current value is 1 A, the output voltage value is set to 1V. Thereby, by outputting a signal of an output voltage value from the output terminal of the differential amplifier 41, the AC feedback current value can be known. The insulation transformer 40 and the differential amplifier 41 are provided to improve noise tolerance, and may be omitted as necessary.

絶対値変換器42は、差動増幅器41から出力電圧値の信号を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、演算結果である絶対値の信号(電流レベル信号)を第1の比較器43および第2の比較器38に出力する。これにより、絶対値変換器42は、入力した正負の信号を正極性の信号として出力することができる。   The absolute value converter 42 receives the output voltage value signal from the differential amplifier 41, calculates the absolute value of the output voltage value, and outputs the absolute value signal (current level signal) as the calculation result to the first comparator. 43 and the second comparator 38. Thereby, the absolute value converter 42 can output the input positive / negative signal as a positive polarity signal.

第1の比較器43は、絶対値変換器42から電流レベル信号を、レート時間設定器35から電流レベル指令信号をそれぞれ入力し、電流レベル値と、定常モードの電流レベル指令値(電流値I4)または起動・再起動モードの電流レベル指令値(電流値I4)とを比較し、電流レベル値が電流レベル指令値と同等または上回ったときに、制御信号を遮断信号発生器44に出力する。遮断信号発生器44は、第1の比較器43から制御信号を入力すると、制御遮断信号を演算器45に出力する。これにより、パルス指令演算手段50から出力されるスイッチング制御信号GがOFFし、高周波電力変換器9から負荷装置17への電力供給が遮断される。このような電力供給の遮断処理は、スイッチング制御信号Gのパルス毎に行われるため、高速な連続処理を実現することができる。   The first comparator 43 receives the current level signal from the absolute value converter 42 and the current level command signal from the rate time setter 35, respectively, and the current level value and the current level command value in the steady mode (current value I4). ) Or the current level command value (current value I4) in the start / restart mode, and when the current level value is equal to or exceeds the current level command value, the control signal is output to the cutoff signal generator 44. When receiving the control signal from the first comparator 43, the cutoff signal generator 44 outputs the control cutoff signal to the calculator 45. Thereby, the switching control signal G output from the pulse command calculating means 50 is turned OFF, and the power supply from the high-frequency power converter 9 to the load device 17 is interrupted. Since such power supply cutoff processing is performed for each pulse of the switching control signal G, high-speed continuous processing can be realized.

一方、アーク電流基準値設定器36は、負荷装置17においてアーク放電が発生していると判定される基準となるアーク基準値を設定する。第2の比較器38は、アーク電流基準値設定器36からのアーク基準値と、絶対値変換器42からの電流レベル値とを比較し、電流レベル値がアーク基準値と同等または上回ったときに、制御信号を保持・解除信号発生器37に出力する。   On the other hand, the arc current reference value setting unit 36 sets an arc reference value that serves as a reference for determining that arc discharge is occurring in the load device 17. The second comparator 38 compares the arc reference value from the arc current reference value setter 36 with the current level value from the absolute value converter 42, and the current level value is equal to or exceeds the arc reference value. In addition, the control signal is output to the hold / release signal generator 37.

保持・解除信号発生器37は、第2の比較器38から制御信号を入力すると、アーク遮断信号を演算器45に出力し、その出力を保持する。これにより、パルス指令演算手段50から出力されるスイッチング制御信号GがOFFし、高周波電力変換器9から負荷装置17への電力供給が遮断される。そして、所定時間経過後に、アーク遮断信号の出力の保持を解除する。これにより、負荷装置17への電力供給が再開する。   When the control signal is input from the second comparator 38, the hold / release signal generator 37 outputs an arc interruption signal to the calculator 45 and holds the output. Thereby, the switching control signal G output from the pulse command calculating means 50 is turned OFF, and the power supply from the high-frequency power converter 9 to the load device 17 is interrupted. Then, after the predetermined time has elapsed, the holding of the output of the arc interruption signal is released. Thereby, the power supply to the load device 17 is resumed.

尚、アーク電流基準値設定器36、保持・解除信号発生器37およびアーク電流基準値設定器36は、アーク放電を検出してアーク遮断信号を出力するための手段であるが、実際は、アーク放電を検出する前に、第1の比較器43および遮断信号発生器44が制御遮断信号を出力する。つまり、アーク基準値は、通常モードおよび起動・再起動モードの電流レベル指令値よりも高いレベルに設定され、アーク電流基準値設定器36、保持・解除信号発生器37および第2の比較器38は、バックアップとしての機能に限定される。したがって、アーク制御手段30は、アーク電流基準値設定器36、保持・解除信号発生器37およびアーク電流基準値設定器36を必ずしも備えている必要はない。   The arc current reference value setter 36, the hold / release signal generator 37, and the arc current reference value setter 36 are means for detecting arc discharge and outputting an arc interruption signal. 1 is detected, the first comparator 43 and the cutoff signal generator 44 output a control cutoff signal. That is, the arc reference value is set to a level higher than the current level command value in the normal mode and the start / restart mode, and the arc current reference value setter 36, the hold / release signal generator 37, and the second comparator 38 are set. Is limited to a backup function. Therefore, the arc control means 30 does not necessarily need to include the arc current reference value setter 36, the hold / release signal generator 37, and the arc current reference value setter 36.

演算器45は、遮断信号発生器44から制御遮断信号を、保持・解除信号発生器37からアーク遮断信号をそれぞれ入力し、論理和の演算を行い、遮断信号をゲート制御・遮断器54に出力する。   The arithmetic unit 45 receives the control cutoff signal from the cutoff signal generator 44 and the arc cutoff signal from the hold / release signal generator 37, performs an OR operation, and outputs the cutoff signal to the gate control / breaker 54. To do.

図5は、第2の電流検出器12により検出された交流電流帰還信号Eの電流波形およびスイッチング制御信号Gのパルス波形を示す図である。交流電流帰還信号Eの電流波形を+側と−側に分けて示しているが、実際は、第1の比較器43および第2の比較器38において、絶対値の比較処理がなされる。第1の比較器43は、定常モードにおいて、交流電流帰還信号Eの+側電流レベル値が定常レベル+側(+側の電流レベル指令値)と同等または上回ったと判定した場合に(1)、遮断信号発生器44は制御遮断信号を出力し、スイッチング制御信号GのパルスをOFFさせる(2)。同様に、交流電流帰還信号Eの−側電流レベル値が定常レベル−側(−側の電流レベル指令値)と同等または下回ったと判定した場合に(3)、制御遮断信号を出力し、スイッチング制御信号GのパルスをOFFさせる(4)。   FIG. 5 is a diagram showing a current waveform of the alternating current feedback signal E and a pulse waveform of the switching control signal G detected by the second current detector 12. Although the current waveform of the AC current feedback signal E is shown separately on the + side and the − side, in practice, the first comparator 43 and the second comparator 38 perform absolute value comparison processing. When the first comparator 43 determines that the + side current level value of the AC current feedback signal E is equal to or exceeds the steady level + side (+ side current level command value) in the steady mode (1), The cutoff signal generator 44 outputs a control cutoff signal and turns off the pulse of the switching control signal G (2). Similarly, when it is determined that the negative current level value of the alternating current feedback signal E is equal to or lower than the steady level negative side (negative current level command value) (3), a control cutoff signal is output and switching control is performed. The pulse of the signal G is turned off (4).

また、第2の比較器38は、交流電流帰還信号Eの+側電流レベル値がアークレベル+側(+側のアーク基準値)と同等または上回ったと判定した場合に(5)、保持・解除信号発生器37はアーク遮断信号を出力し、スイッチング制御信号GのパルスをOFFさせるい(6)。その後、後述するように、スイッチング制御信号Gは、所定時間経過後の時点から定常モードにおけるパルス幅になるまで、徐々にそのパルス幅が増加する。そして、第1の比較器43は、起動・再起動モードにおいて、交流電流帰還信号Eの−側電流レベル値が起動・再起動レベル−側(−側の電流レベル指令値)と同等または下回ったと判定した場合に(7)、遮断信号発生器44は制御遮断信号を出力し、スイッチング制御信号GのパルスOFFさせる(8)。交流電流帰還信号Eの+側電流レベル値においても同様の処理を行う。このように、起動・再起動モードにおいて、スイッチング制御信号Gのパルス毎に遮断処理が行われるため、連続的な高速処理が可能となる。   Further, the second comparator 38 holds / releases when it is determined that the + side current level value of the AC current feedback signal E is equal to or exceeds the arc level + side (+ side arc reference value) (5). The signal generator 37 outputs an arc interruption signal and turns off the pulse of the switching control signal G (6). Thereafter, as will be described later, the switching control signal G gradually increases in pulse width from the time after a predetermined time has elapsed until it reaches the pulse width in the steady mode. In the startup / restart mode, the first comparator 43 has the negative current level value of the alternating current feedback signal E equal to or lower than the startup / restart level negative side (negative current level command value). If it is determined (7), the cutoff signal generator 44 outputs a control cutoff signal and turns off the pulse of the switching control signal G (8). The same process is performed for the positive current level value of the AC current feedback signal E. As described above, in the startup / restart mode, the interruption process is performed for each pulse of the switching control signal G, so that continuous high-speed processing is possible.

図3に戻って、パルス指令演算手段50のスイッチング周波数設定器51は、高周波電力変換器9における第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるためのスイッチング制御信号Gのスイッチング周波数指令値を設定する。デッドバンド設定器52は、第2のスイッチング素子のゲートを切り替えるときに、スイッチング制御信号GのP側とN側とが短絡するのを防止するために設けられたデッドバンド期間を設定する。   Returning to FIG. 3, the switching frequency setting unit 51 of the pulse command calculating means 50 determines the switching frequency command value of the switching control signal G for turning on / off the gate of the second switching element in the high-frequency power converter 9. Set. The dead band setting unit 52 sets a dead band period provided to prevent the P side and the N side of the switching control signal G from being short-circuited when switching the gate of the second switching element.

スイッチング指令器53は、スイッチング周波数設定器51からのスイッチング周波数指令値と、デッドバンド設定器52からのデッドバンド期間とをそれぞれ入力し、スイッチング周波数指令値から元のパルス幅を演算し、元のパルス幅からデッドバンド期間を減算し、図6に示すように、定常パルス幅を得る。定常モードにおいて、スイッチング制御信号Gは、この定常パルス幅(一定のパルス幅)のパルスで生成される。アーク放電が発生した後電源供給が復帰する場合(起動・再起動モードの場合)に、予め設定された初期パルス幅およびレート時間と、演算された定常パルス幅とを用いて、スイッチング制御信号Gが生成される。具体的には、スイッチング指令器53は、スイッチング制御信号Gのパルス幅が、初期パルス幅から始まって、レート時間が経過し、定常パルス幅になるまでの間、漸増して変化するパルス幅列をスイッチング指令信号としてゲート制御・遮断器54に出力する。   The switching command unit 53 inputs the switching frequency command value from the switching frequency setting unit 51 and the dead band period from the dead band setting unit 52, calculates the original pulse width from the switching frequency command value, The dead band period is subtracted from the pulse width to obtain a steady pulse width as shown in FIG. In the steady mode, the switching control signal G is generated with a pulse having this steady pulse width (constant pulse width). When the power supply is restored after the arc discharge occurs (in the start / restart mode), the switching control signal G is used by using the preset initial pulse width and rate time and the calculated steady pulse width. Is generated. Specifically, the switching command unit 53 has a pulse width sequence in which the pulse width of the switching control signal G gradually increases from the initial pulse width until the rate time elapses and becomes the steady pulse width. Is output to the gate control / breaker 54 as a switching command signal.

ゲート制御・遮断器54は、スイッチング指令器53からスイッチング指令信号を、演算器45から遮断信号を入力し、スイッチング指令信号のパルス幅列に基づいてスイッチング制御信号Gを生成し、高周波電力変換器9の第2のスイッチング素子のゲートに出力する。また、遮断信号を入力した場合には、スイッチング制御信号GのパルスをOFFする。   The gate control / breaker 54 receives a switching command signal from the switching commander 53 and a blocking signal from the computing unit 45, generates a switching control signal G based on the pulse width train of the switching command signal, and generates a high-frequency power converter. 9 to the gate of the second switching element. When a cutoff signal is input, the pulse of the switching control signal G is turned off.

〔動作/アーク防止〕
次に、図1に示した交流電源装置1の動作のうち、アーク防止方法について説明する。図7は、交流電源装置1におけるアーク防止方法の処理手順を示すフローチャート図である。まず、電流レベル設定器33は、プロセス電圧設定器31からの放電電圧値および電力制御手段15からの直流電力指令値を用いて演算された値と、高周波トランス10の巻線比(10p:10s)とに基づいて電流レベル指令値を設定する(ステップS701)。そして、指令選択器34およびレート時間設定器35は、負荷装置17の運転モードに応じて、運転モード毎に設定された比率を前記電流レベル指令値に乗算し、定常モードの電流レベル指令値または起動・再起動モードの電流レベル指令値を設定する(ステップS702)。この場合、起動・再起動モードのときは、予め設定されたレート時間により、起動・再起動モードの電流レベル指令値から定常モードの電流レベル指令値に徐々に立ち上がるように新たな電流レベル指令値を設定する。
[Operation / Arc prevention]
Next, an arc prevention method among the operations of the AC power supply device 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of the arc prevention method in the AC power supply apparatus 1. First, the current level setting unit 33 calculates a value calculated using the discharge voltage value from the process voltage setting unit 31 and the DC power command value from the power control means 15 and the winding ratio (10p: 10 s) of the high-frequency transformer 10. ) To set a current level command value (step S701). Then, the command selector 34 and the rate time setter 35 multiply the current level command value by the ratio set for each operation mode in accordance with the operation mode of the load device 17 to obtain the current level command value in the steady mode or A current level command value for the start / restart mode is set (step S702). In this case, in the start / restart mode, the new current level command value is gradually increased from the current level command value in the start / restart mode to the current level command value in the steady mode at a preset rate time. Set.

そして、第1の比較器43は、第2の電流検出器12からの交流電流帰還信号Eに相当する電流レベル値と、ステップ702において設定された電流レベル指令値とを比較し(ステップS703)、電流レベル値が電流レベル指令値と同等または上回ったときに、遮断信号発生器44に制御遮断信号を出力させる(ステップS704)。ゲート制御・遮断器54は、ステップ704において制御遮断信号が出力された場合に、スイッチング制御信号GのパルスをOFFする(ステップS705)。このようにして、負荷装置17への電力供給の遮断処理が行われる。そして、ステップ702に戻る。この場合、スイッチング制御信号GのパルスがOFFし、次のスイッチング制御信号Gのパルスを出力するタイミングになるとパルスはONするが、ステップ702〜704により、電流レベル値が電流レベル指令値と同等または上回り制御遮断信号が再び出力されると、ステップ705において、スイッチング制御信号Gのパルスを再びOFFする。このような電力供給の遮断処理は、スイッチング制御信号Gのパルス毎に行われるため、高速な連続処理を実現することができる。   Then, the first comparator 43 compares the current level value corresponding to the alternating current feedback signal E from the second current detector 12 with the current level command value set in step 702 (step S703). When the current level value is equal to or exceeds the current level command value, the cutoff signal generator 44 is caused to output a control cutoff signal (step S704). The gate control / breaker 54 turns off the pulse of the switching control signal G when the control cutoff signal is output in step 704 (step S705). In this way, the process for shutting off the power supply to the load device 17 is performed. Then, the process returns to step 702. In this case, the pulse of the switching control signal G is turned off and the pulse is turned on when the next pulse of the switching control signal G is output. However, in steps 702 to 704, the current level value is equal to the current level command value or When the upper control cutoff signal is output again, in step 705, the pulse of the switching control signal G is turned off again. Since such power supply cutoff processing is performed for each pulse of the switching control signal G, high-speed continuous processing can be realized.

〔動作/直流電圧飽和抑制〕
次に、図1に示した交流電源装置1の動作のうち、直流電圧飽和抑制方法について説明する。図8は、交流電源装置1における直流電圧飽和抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。まず、帰還電力演算器25は、直流電圧帰還信号Bおよび直流電流帰還信号Cに基づいて、直流帰還電力値を演算する(ステップS801)。また、帰還電力演算器26は、交流電圧帰還信号Dおよび交流電流帰還信号Eに基づいて、交流帰還電力値を演算する(ステップS802)。そして、電力誤差制御器27は、交流帰還電力値と直流電力指令値とを比較し(ステップS803)、交流帰還電力値が直流電力指令値よりも小さいときに、直流電力指令値と交流帰還電力値との差分を直流電力指令値から減算補正して新たな直流電力指令値を演算し、この新たな直流電力指令値から直流帰還電力値を減算して増幅する(ステップS804)。一方、交流帰還電力値が直流電力指令値以上であるときは、直流電力指令値を維持する(ステップS805)。そして、ゲート制御器24は、直流電力指令値に基づいてゲート制御信号Aを生成する(ステップS806)。これにより、負荷装置17へ供給される交流電力の電流が減少した場合には、DC−DC電力変換器5の直流電力が減少し、結果として交流電力値と直流電力指令値との間の誤差により発生する直流電圧の飽和等を抑制することができ、安定した特性を得ることができる。
[Operation / DC voltage saturation suppression]
Next, of the operations of the AC power supply device 1 shown in FIG. 1, a DC voltage saturation suppression method will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of the DC voltage saturation suppression method in the AC power supply apparatus 1. First, the feedback power calculator 25 calculates a DC feedback power value based on the DC voltage feedback signal B and the DC current feedback signal C (step S801). Further, the feedback power calculator 26 calculates an AC feedback power value based on the AC voltage feedback signal D and the AC current feedback signal E (step S802). Then, the power error controller 27 compares the AC feedback power value with the DC power command value (step S803), and when the AC feedback power value is smaller than the DC power command value, the DC power command value and the AC feedback power. The difference with the value is subtracted and corrected from the DC power command value to calculate a new DC power command value, and the DC feedback power value is subtracted from the new DC power command value and amplified (step S804). On the other hand, when the AC feedback power value is greater than or equal to the DC power command value, the DC power command value is maintained (step S805). Then, the gate controller 24 generates the gate control signal A based on the DC power command value (step S806). Thereby, when the current of the AC power supplied to the load device 17 decreases, the DC power of the DC-DC power converter 5 decreases, and as a result, an error between the AC power value and the DC power command value. Saturation of the DC voltage generated by the above can be suppressed, and stable characteristics can be obtained.

本発明の実施の形態に係る交流電源装置の構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the structure of the alternating current power supply device which concerns on embodiment of this invention. 電力制御手段の構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the structure of an electric power control means. 発振制御手段の構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the structure of an oscillation control means. 電流−電圧変換器、絶縁トランスおよび差動増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a current-voltage converter, an insulation transformer, and a differential amplifier. 交流電流帰還信号Eの電流波形およびスイッチング制御信号Gのパルス波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a current waveform of an alternating current feedback signal E and a pulse waveform of a switching control signal G. スイッチング指令器の出力波形を示す図である。It is a figure which shows the output waveform of a switching command device. 本発明に係る交流電源装置におけるアーク防止方法の処理手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the process sequence of the arc prevention method in the alternating current power supply device which concerns on this invention. 本発明に係る交流電源装置における交流電力安定化方法の処理手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the process sequence of the alternating current power stabilization method in the alternating current power supply device which concerns on this invention. 従来の電源装置を構成を示す図である。It is a figure which shows a structure of the conventional power supply device. 従来の電源装置における各部の信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform of each part in the conventional power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源装置
2 商用交流電源
3 AC−DC整流器
4 第1の平滑用コンデンサ
5 DC−DC電力変換器
6 第2の平滑用コンデンサ
7 第1の電圧検出器
8 第1の電流検出器
9 高周波電力変換器
10 高周波トランス
11 第2の電圧検出器
12 第2の電流検出器
13 リアクタ
14 直流制御用電源
15 電力制御手段
16 発振制御手段
17 負荷装置
21 電力設定器
22 指令演算器
23 電力制御増幅器
23−1 指令演算器
23−2 PID演算器
24 ゲート制御器
25 第1の帰還電力演算器
26 第2の帰還電力演算器
27 電力誤差制御器
30 アーク制御手段
31 プロセス電圧設定器
32 電流レベル演算器
33 電流レベル設定器
34 指令選択器
35 レート時間設定器
36 アーク電流基準値設定器
37 保持・解除信号発生器
38 第2の比較器
39 電流−電圧変換器
39−1 抵抗体
39−2 コンデンサ
40 絶縁トランス
41 差動増幅器
41−1〜41−4 抵抗体
41−5 オペアンプ
42 絶対値変換器
43 第1の比較器
44 遮断信号発生器
45 演算器
50 パルス指令演算手段
51 スイッチング周波数設定器
52 デッドバンド設定器
53 スイッチング指令器
54 ゲート制御・遮断器
71 直流制御部
72 平滑回路
73 インバータスイッチング部
74 昇圧トランス
75 整流部
76 処理装置本体
77 サイリスタ制御部
78 インバータ制御部
79 カレントトランス
80 電流検出回路
81 温度検出器
A ゲート制御信号
B 直流電圧帰還信号
C 直流電流帰還信号
D 交流電圧帰還信号
E 交流電流帰還信号
F 直流電力指令信号
G スイッチング制御信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply device 2 Commercial AC power supply 3 AC-DC rectifier 4 1st smoothing capacitor 5 DC-DC power converter 6 2nd smoothing capacitor 7 1st voltage detector 8 1st current detector 9 High frequency Power converter 10 High-frequency transformer 11 Second voltage detector 12 Second current detector 13 Reactor 14 DC control power supply 15 Power control means 16 Oscillation control means 17 Load device 21 Power setting unit 22 Command calculator 23 Power control amplifier 23-1 Command calculator 23-2 PID calculator 24 Gate controller 25 First feedback power calculator 26 Second feedback power calculator 27 Power error controller 30 Arc control means 31 Process voltage setter 32 Current level calculator 33 Current level setter 34 Command selector 35 Rate time setter 36 Arc current reference value setter 37 Holding / release signal generator 38 Second Comparator 39 Current-voltage converter 39-1 Resistor 39-2 Capacitor 40 Insulating transformer 41 Differential amplifier 41-1 to 41-4 Resistor 41-5 Operational amplifier 42 Absolute value converter 43 First comparator 44 Cut off Signal generator 45 Calculator 50 Pulse command calculator 51 Switching frequency setter 52 Dead band setter 53 Switching commander 54 Gate controller / breaker 71 DC controller 72 Smoothing circuit 73 Inverter switching unit 74 Step-up transformer 75 Rectifier 76 Processing Device main body 77 Thyristor control unit 78 Inverter control unit 79 Current transformer 80 Current detection circuit 81 Temperature detector A Gate control signal B DC voltage feedback signal C DC current feedback signal D AC voltage feedback signal E AC current feedback signal F DC power command signal G Switching control signal

Claims (5)

商用交流電力から高周波の交流電力に変換し、該交流電力を負荷装置へ供給する電源であって、アーク放電の発生を防止する交流電源装置において、
前記商用交流電力が整流された直流電力を、ゲート制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、新たな直流電力に変換するDC−DC電力変換器と、
該変換された直流電力を、スイッチング制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、高周波の交流電力に変換する高周波電力変換器と、
前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電流値を検出する電流検出器と、
前記高周波電力変換器のスイッチング素子のゲートを制御するためのパルスを有するスイッチング制御信号を高周波電力変換器に出力する発振制御手段とを備え、
該発振制御手段は、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい電流レベル指令値と、前記検出された交流電流値とに基づいて、遮断信号を発生し、該遮断信号によりスイッチング制御信号のパルスをオフし、負荷装置への交流電力の供給を停止させることを特徴とする交流電源装置。
A power supply that converts commercial AC power to high-frequency AC power and supplies the AC power to a load device, in an AC power supply device that prevents the occurrence of arc discharge.
A DC-DC power converter that converts the DC power rectified from the commercial AC power into a new DC power by controlling the gate of the switching element by a gate control signal;
A high-frequency power converter that converts the converted direct-current power into high-frequency alternating-current power by controlling a gate of a switching element by a switching control signal;
A current detector for detecting an AC current value of AC power supplied to the load device;
Oscillation control means for outputting a switching control signal having a pulse for controlling the gate of the switching element of the high-frequency power converter to the high-frequency power converter;
The oscillation control means generates a cutoff signal based on a current level command value smaller than an arc reference current value for detecting arc discharge and the detected AC current value, and performs switching control based on the cutoff signal. An AC power supply device characterized in that the pulse of the signal is turned off and the supply of AC power to the load device is stopped.
前記発振制御手段は、アーク放電が発生することなく運転する定常モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準値よりも小さい所定の電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、負荷装置へ交流電力供給を開始する起動モード時またはアーク放電発生後の再起動モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい値であって、前記定常モード時の電流レベル指令値よりも小さい電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生することを特徴とする請求項1に記載の交流電源装置。   The oscillation control means, in a steady mode that operates without generating arc discharge, is based on a predetermined current level command value smaller than an arc reference value for detecting arc discharge and the alternating current value. In the start mode for starting AC power supply to the load device or in the restart mode after the occurrence of arc discharge, a value smaller than an arc reference current value for detecting arc discharge, and the steady mode 2. The AC power supply apparatus according to claim 1, wherein a cutoff signal is generated based on a current level command value smaller than a current level command value and the AC current value. さらに、前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電圧値を検出する電圧検出器と、
前記負荷装置に見合う直流電力指令値に基づいてゲート制御信号を生成し、該ゲート信号を前記DC−DC変換器に出力する電力制御手段とを備え、
該電力制御手段は、前記交流電圧値および交流電流値から交流電力値を演算し、交流電力値が前記直流電力指令値よりも小さい場合に、前記直流電力指令値を減少させることを特徴とする請求項1または2に記載の交流電源装置。
Furthermore, a voltage detector that detects an AC voltage value of AC power supplied to the load device;
Power control means for generating a gate control signal based on a DC power command value suitable for the load device, and outputting the gate signal to the DC-DC converter;
The power control means calculates an AC power value from the AC voltage value and the AC current value, and reduces the DC power command value when the AC power value is smaller than the DC power command value. The AC power supply device according to claim 1 or 2.
商用交流電力から高周波の交流電力に変換し、該交流電力を負荷装置へ供給する交流電源装置におけるアーク防止方法において、
前記商用交流電力を直流電力に整流するAC−DC整流工程と、
該整流した直流電力を、ゲート制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、新たな直流電力に変換するDC−DC電力変換工程と、
該変換した直流電力を、スイッチング制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、高周波の交流電力に変換する高周波電力変換工程と、
前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電流値を検出する電流検出工程と、
前記高周波電力変換工程におけるスイッチング素子のゲートを制御するためのパルスを有するスイッチング制御信号を生成する場合に、
アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さい電流レベル指令値と、前記検出した交流電流値とに基づいて、遮断信号を発生し、該遮断信号により前記スイッチング制御信号のパルスをオフし、負荷装置への交流電力の供給を停止させる発振制御工程とを有することを特徴とする交流電源装置におけるアーク防止方法。
In an arc prevention method in an AC power supply device that converts commercial AC power to high-frequency AC power and supplies the AC power to a load device.
AC-DC rectification step of rectifying the commercial AC power into DC power;
DC-DC power conversion step of converting the rectified DC power into new DC power by controlling the gate of the switching element by a gate control signal;
A high-frequency power conversion step of converting the converted direct-current power into high-frequency alternating-current power by controlling a gate of a switching element by a switching control signal;
A current detection step of detecting an alternating current value of the alternating current power supplied to the load device;
When generating a switching control signal having a pulse for controlling the gate of the switching element in the high-frequency power conversion step,
A cutoff signal is generated based on a current level command value smaller than an arc reference current value for detecting arc discharge and the detected AC current value, and the pulse of the switching control signal is turned off by the cutoff signal. And an oscillation control step of stopping the supply of AC power to the load device.
前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電圧値を検出する電圧検出工程と、
前記負荷装置に見合う直流電力指令値に基づいてゲート制御信号を生成する場合に、
前記交流電圧値および交流電流値から交流電力値を演算し、
前記交流電力値が直流電力指令値よりも小さいときに、前記直流電力指令値を減少させる電力制御工程とを有することを特徴とする請求項4に記載の交流電源装置におけるアーク防止方法。
A voltage detection step of detecting an AC voltage value of AC power supplied to the load device;
When generating a gate control signal based on a DC power command value commensurate with the load device,
An AC power value is calculated from the AC voltage value and the AC current value,
5. The arc prevention method for an AC power supply apparatus according to claim 4, further comprising a power control step of decreasing the DC power command value when the AC power value is smaller than the DC power command value.
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