JP4418424B2 - AC power supply apparatus and arc suppression method in the apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、交流電源装置に関し、特に、アーク放電が抑制される交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法に関するものである。 The present invention relates to an AC power supply device, and more particularly, to an AC power supply device in which arc discharge is suppressed and an arc suppression method in the device.
従来、蒸着やスパッタリングなどの成膜プロセスを用いて、成膜用基板(以下、基板という)に種々な材料を成膜させて半導体や液晶基板などを製造する成膜装置がある。この成膜装置は、例えば、スパタリング装置であれば、真空容器の中において、アルゴンなどの不活性ガスを導入しながら、被膜材料を取り付けた電極を陰極としてグロー放電を発生させ、放電中に生成したイオンを放電電圧に相当する数百eVのエネルギで陰極に衝突させ、その際に反動で放出する粒子を基板上に体積させて成膜を行う。この成膜装置に電力を供給する電源装置は、直流電源や高周波の交流電源であって、かつ、電圧、電流および電力を一定に制御して成膜装置に印加する。しかし、これらの成膜プロセスでは電力を供給するための電極に熱的変化が起こり、プロセス状態が一定せず、アーク放電やフラッシュバックなどの現象が発生する。従来、アーク放電を抑制する方法として、アーク放電を検出し、成膜装置への供給電力を瞬時に停止し、アーク放電が消去した後、再スタートする方法が用いられていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are film forming apparatuses that manufacture semiconductors, liquid crystal substrates, and the like by forming various materials on a film formation substrate (hereinafter referred to as a substrate) using a film formation process such as vapor deposition or sputtering. For example, if this film forming apparatus is a sputtering apparatus, a glow discharge is generated in the vacuum vessel while introducing an inert gas such as argon, using the electrode to which the coating material is attached as a cathode. The deposited ions are made to collide with the cathode with an energy of several hundred eV corresponding to the discharge voltage, and the particles released by the reaction are made to form a volume on the substrate. The power supply device that supplies power to the film forming apparatus is a DC power supply or a high-frequency AC power supply, and applies the voltage, current, and power to the film forming apparatus with constant control. However, in these film forming processes, a thermal change occurs in an electrode for supplying electric power, the process state is not constant, and phenomena such as arc discharge and flashback occur. Conventionally, as a method for suppressing arc discharge, a method has been used in which arc discharge is detected, power supplied to the film forming apparatus is instantaneously stopped, and after the arc discharge is erased, the arc discharge is restarted.
また、アーク放電の発生時の遮断期間および復帰期間が短縮できるプラズマ処理装置として、特許文献1に記載されているものがある。プラズマ処理装置は、図9に示すように、直流制御部1で商用電力から変換され、平滑回路2を介して取り出された直流電圧は、インバータスイッチング部3へ送られて、交流(矩形波)に変換され、昇圧トランス4および整流部5を介して処理装置本体6へ供給される。7はサイリスタ制御部、8はインバータ制御部である。9は昇圧トランス4と整流部5との間に設けられたカレントトランス、10はカレントトランス9で検出された電流を読み取り、その値に応じて前記サイリスタ制御部7およびインバータ制御部8へ制御信号を送る電流検出回路である。
Also, there is one described in
図10(a)は、アーク放電が発生した前後の放電電流の変化を表わすカレントトランス9の電流検出出力を示している。期間A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2から得られる直流電圧Vdcを示している。期間Aにおいて、直流電圧Vdcは、200V一定に維持されている。期間B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8は、遮断期間C終了後の復帰期間Dにおいて、インバータの発振を同じ周波数で再開させるが、その際、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Dの終りの時点でアーク検出される前の状態に戻る。
FIG. 10A shows the current detection output of the
しかしながら、従来の、電圧、電流および電力を一定に制御して成膜装置に印加する電源装置では、電極が加熱気味の状況において再度同容量の電力を供給する場合には、アーク放電が再発し、電極に熱的な変化が起こり、成膜プロセスが一定しない。このため、成膜の品質が低下し、または製品歩留まりが悪化するという問題が生じる虞がある。 However, in the conventional power supply device that controls the voltage, current, and power to be constant and applies them to the film forming apparatus, when the same capacity of power is supplied again in a situation where the electrodes are heated, the arc discharge recurs. A thermal change occurs in the electrode, and the film forming process is not constant. For this reason, there may be a problem that the quality of film formation deteriorates or the product yield deteriorates.
また、前述の特許文献1の電源装置では、アーク放電を検出し、負荷への電力を遮断して、再度可変する電力を供給する場合、可変する電力は、高周波パルスのデューティを零から徐々に増加させる。このため、アークの発生から回復までには、アーク放電の検出時点から電力を遮断するまでの期間に加えて、停止期間や復帰期間を要するので、アーク放電への移行が頻繁に発生するような場合には、成膜の品質が低下し、処理時間が増大するなどの問題を生じる虞がある。この場合、アーク放電を検出してから復帰するまでの間に、多大なエネルギーが消費されるため、このエネルギー消費量をできる限り抑えることが望ましい。
Further, in the above-described power supply apparatus disclosed in
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention can suppress arc discharge and can suppress energy required from detection to return of arc discharge and arc suppression in the apparatus. It aims to provide a method.
上記目的を達成するために、本発明の交流電源装置は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷内の電極へ供給する電源であって、前記電極間に発生するアーク放電を抑制する交流電源装置において、前記商用交流電力を、第1の直流電力に変換するAC−DC整流器と、ゲート制御信号により、内在する第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第1の直流電力を、前記負荷に応じて定められる第2の直流電力に変換するDC−DC変換器と、前記DC−DC変換器の出力側の帰還直流電流値を検出する第1の電流検出器と、スイッチング信号により、内在する第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第2の直流電力を第1の高周波交流電力に変換するDC−AC変換器と、前記第1の高周波交流電力を電気的絶縁し、前記負荷へ供給する第2の高周波交流電力に変換する高周波トランスと、前記高周波トランスの2次側の出力電流値を検出する第2の電流検出器と、前記帰還直流電流値と前記DC−DC変換器の出力側の帰還直流電圧値とを乗算し、前記第2の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御する電力制御手段と、前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号を前記DC−AC変換器に出力して、前記第1の高周波交流電力を制御する際に、前記出力電流値と前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値とに基づいて前記アーク放電を検出したときに、高周波交流電力の負荷への供給を遮断するための遮断信号を生成し、前記スイッチング信号の出力を停止し、前記遮断信号を生成してから所定時間が経過した後に、前記高周波交流電力の負荷への供給を元の状態に復帰させるために、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾へ漸増するスイッチング信号を出力する発振制御手段と、を備え、前記発振制御手段は、前記アーク放電を検出したときに、前記DC−AC変換器においてP側(正側)の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるP側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、前記DC−AC変換器においてN側(負側)の電力を出力するため
のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号を、P側スイッチング信号よりも先に出力し、前記アーク放電を検出したときに、前記DC−AC変換器においてN側の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、P側スイッチング信号をN側スイッチング信号よりも先に出力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an AC power supply apparatus of the present invention is a power supply that supplies high-frequency AC power converted from commercial AC power to electrodes in a load , and is an AC that suppresses arc discharge generated between the electrodes. In the power supply apparatus, an AC-DC rectifier that converts the commercial AC power into first DC power and a gate control signal are used to turn on / off the gate of the first switching element that is present. A DC-DC converter that converts DC power into second DC power determined according to the load; and a first current detector that detects a feedback DC current value on the output side of the DC-DC converter; A DC-AC converter that converts the second DC power into first high-frequency AC power by turning on and off the gate of the second switching element that is present by a switching signal; and A high-frequency transformer that electrically insulates the high-frequency AC power and converts it to a second high-frequency AC power supplied to the load; a second current detector that detects an output current value on the secondary side of the high-frequency transformer; Multiplying the feedback DC current value by the feedback DC voltage value on the output side of the DC-DC converter, and subtracting the feedback power value of the multiplication result from the basic power command value as the second DC power target value And a power control means for controlling the second DC power by outputting a gate control signal for controlling on / off of the gate of the first switching element based on the power deviation value of the subtraction result; When the switching signal for controlling on / off of the gate of the
The N-side switching signal for turning on / off the gate of the switching element is output before the P-side switching signal, and when the arc discharge is detected, the N-side power is output in the DC-AC converter. When the output of the N-side switching signal for turning on / off the gate of the switching element for stopping is stopped, the P-side switching signal is output before the N-side switching signal after the predetermined time has elapsed. It is characterized by.
また、好適には、前記発振制御手段は、前記第2の電流検出器による出力電流値から変換される電圧値の絶対値と、前記アーク基準値とを入力し、前記絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときにアーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力するアーク検出手段と、前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算手段と、前記初期パルス巾と、前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算/GATE制御手段と、を備えることを特徴とする。 Preferably, the oscillation control means inputs an absolute value of a voltage value converted from an output current value by the second current detector and the arc reference value, and the absolute value and the arc reference value are input. When the absolute value is equal to or greater than the arc reference value, an arc signal is output, and a cut-off signal for cutting off the power supply to the load is output, and the load is supplied to the load for a predetermined time. An arc detecting means for outputting a reset signal after cutting off the power supply, an initial pulse width command calculating means for calculating an initial pulse width based on the cutoff signal and the reset signal, the initial pulse width, and the second pulse width A switching frequency command value of a switching signal for controlling on / off of the gate of the switching element and a dead band period are input, and within a predetermined time by the reset signal, Luz width is characterized in that it comprises a pulse width variable calculation / GATE control means for outputting a switching signal for increasing the initial pulse width to the set pulse width.
また、好適には、前記アーク検出手段は、前記第2の電流検出器による出力電流値を入力し、出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、前記電圧値を入力し、入力端子間電圧を増幅した出力電圧値を出力する差動増幅器と、前記出力電圧値を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値変換器と、前記アーク基準値を設定するアーク基準設定器と、前記絶対値とアーク基準値とを入力し、絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較器と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ/遮断信号発生器と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第2のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記ラッチ/遮断信号発生器による保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力器と、を備えることを特徴とする。 Preferably, the arc detection means inputs an output current value from the second current detector, converts a current-voltage converter that converts the output current value into a voltage value, and inputs the voltage value. A differential amplifier that outputs an output voltage value obtained by amplifying a voltage between input terminals, an absolute value converter that inputs the output voltage value, calculates an absolute value of the output voltage value, and outputs an absolute value, and the arc reference An arc reference setter for setting a value, input the absolute value and the arc reference value, compare the magnitude of the absolute value and the arc reference value, and when the absolute value is equal to or greater than the arc reference value, A comparator for outputting the arc signal; a latch / break signal generator for inputting the arc signal; holding the arc signal; and outputting a break signal; and inputting the break signal; Switching element gate is off After a predetermined time has elapsed since change in state, outputs a reset signal, characterized in that it comprises, a restart signal operation output unit for releasing said arc signal held by the latch / off signal generator.
また、好適には、前記初期パルス巾指令演算手段は、設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定器と、前記遮断信号を入力し、遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令器と、前記アーク遮断信号を入力し、アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み器と、スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定器と、前記再起動信号演算出力器によるリセット信号を入力すると、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とを入力し、レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算器と、前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定器と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択器と、を備えることを特徴とする。 Preferably, the initial pulse width command calculation means inputs a pulse width attenuation ratio setter for setting a pulse width attenuation ratio command value that is a ratio of a predetermined pulse width to a set pulse width, and the cutoff signal. An arc interrupt command device that outputs an arc interrupt signal based on the interrupt signal, a rate command writer that inputs the arc interrupt signal and writes the pulse width attenuation ratio command value based on the arc interrupt signal, and a pulse of the switching signal When a rate time setter that sets a rate time required for the width to change from the predetermined pulse width to a set pulse width and a reset signal from the restart signal calculation output unit are input, the rate time and the pulse width attenuation ratio A rate calculator for inputting the command value and outputting the predetermined pulse width calculated from the rate time and the pulse width attenuation ratio command value; Enter the minimum pulse width setting device that sets the minimum pulse width of the switching signal, the predetermined pulse width and the minimum pulse width, compare the size of the predetermined pulse width and the minimum pulse width, and select the larger pulse width. And a pulse width selector that selects the initial pulse width .
また、好適には、前記アーク検出手段は、さらに、前記電流−電圧変換器と差動増幅器との間にパルストランスを備えることを特徴とする。 Preferably, the arc detection means further includes a pulse transformer between the current-voltage converter and the differential amplifier .
また、好適には、前記電力制御手段は、前記基本電力指令値に、電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して新たな電力指令値を算出し、前記帰還直流電流値と前記帰還直流電圧値とを乗算し、前記新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第1のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御することを特徴とする。 Preferably, the power control means calculates a new power command value by adding a swing power whose power waveform swings to the basic power command value, and calculates the feedback DC current value. The feedback DC voltage value is multiplied, the feedback DC power as the multiplication result is subtracted from the new power command value, and the gate control signal of the first switching element is calculated based on the power deviation value as the subtraction result. The second DC power is output and controlled .
また、好適には、前記揺動電力が、正弦波形、方形波または三角波からなる電力波形、揺動振動数および揺動振幅から設定されることを特徴とする。 Preferably, the oscillating power is set from a sine waveform, a square wave or a triangular wave, a oscillating frequency and an oscillating amplitude .
また、好適には、前記負荷が、スパッタ装置であることを特徴とする。 Preferably, the load is a sputtering apparatus .
また、好適には、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子は、IGBTであることを特徴とする。 Preferably, the first switching element and the second switching element are IGBTs .
本発明のアーク制御方法は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷内の電極へ供給する電源であって、前記電極間に発生するアーク放電を抑制する交流電源装置におけるアーク抑制方法において、前記商用交流電力を、第1の直流電力に変換するAC−DC整流工程と、ゲート制御信号により、第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第1の直流電力を、前記負荷に応じて定められる第2の直流電力に変換するDC−DC変換工程と、前記DC−DC変換工程により変換された第2の直流電力における電流値を、帰還直流電流値として検出する第1の電流検出工程と、前記帰還直流電流値と、前記DC−DC変換工程により変換された第2の直流電力における帰還直流電圧値とを乗算し、前記第2の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御する電力制御工程と、スイッチング信号により、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第2の直流電力を第1の高周波交流電力に変換するDC−AC変換工程と、高周波トランスにより、前記第1の高周波交流電力を電気的絶縁し、前記負荷へ供給する第2の高周波交流電力に変換する高周波トランス変換工程と、前記高周波トランス変換工程により変換された、高周波トランスの2次側の出力電流値を検出する第2の電流検出工程と、前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号を出力して、前記第1の高周波交流電力を制御する際に、前記出力電流値と前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値とに基づいて前記アーク放電を検出したときに、高周波交流電力の負荷への供給を遮断するための遮断信号を生成し、前記スイッチング信号の出力を停止し、前記遮断信号を生成してから所定時間が経過した後に、前記高周波交流電力の負荷への供給を元の状態に復帰させるために、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾へ漸増するスイッチング信号を出力する発振制御工程と、を備え、前記発振制御工程は、前記アーク放電を検出したときに、P側(正側)の電力を出力するための前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるP側スイッチング信号の出力を停止した
場合には、前記所定時間が経過した後に、N側(負側)の電力を出力するための前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号を、P側スイッチング信号よりも先に出力し、前記アーク放電を検出したときに、N側の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、P側スイッチング信号をN側スイッチング信号よりも先に出力することを特徴とする。
The arc control method of the present invention is a power source that supplies high-frequency AC power converted from commercial AC power to electrodes in a load, and in an arc suppression method in an AC power supply device that suppresses arc discharge generated between the electrodes, An AC-DC rectification step for converting the commercial AC power into first DC power, and a gate control signal to turn on / off the gate of the first switching element, thereby converting the first DC power into the first DC power. A DC-DC conversion step for converting to a second DC power determined according to a load, and a first current value for detecting a current value in the second DC power converted by the DC-DC conversion step as a feedback DC current value. Current feedback step, multiplying the feedback direct current value by the feedback direct current voltage value in the second direct current power converted by the DC-DC conversion step. A gate control signal for subtracting the feedback power value of the multiplication result from the basic power command value as a target value of the first and turning on / off the gate of the first switching element based on the power deviation value of the subtraction result Output and control the second DC power, and the switching signal causes the gate of the second switching element to be turned on / off, thereby converting the second DC power into the first high-frequency AC power. A DC-AC converting step for converting to a high frequency transformer, a high frequency transformer converting step for electrically isolating the first high frequency AC power into a second high frequency AC power to be supplied to the load by a high frequency transformer, and the high frequency transformer. A second current detection step of detecting the output current value of the secondary side of the high-frequency transformer converted by the conversion step; and turning on / off the gate of the second switching element. When the switching signal to be controlled is output to control the first high-frequency AC power, when the arc discharge is detected based on the output current value and an arc reference value that is a detection reference of the arc discharge Generating a cut-off signal for cutting off the supply of the high-frequency AC power to the load, stopping the output of the switching signal, and after a predetermined time has elapsed since the generation of the cut-off signal, the load of the high-frequency AC power An oscillation control step for outputting a switching signal in which the pulse width gradually increases from the initial pulse width to the set pulse width in order to return the supply to the original state, and the oscillation control step detects the arc discharge. The output of the P-side switching signal for turning on / off the gate of the second switching element for outputting the P-side (positive side) power was stopped.
In this case, after the predetermined time has elapsed, an N-side switching signal for turning on / off the gate of the second switching element for outputting N-side (negative-side) power is supplied from the P-side switching signal. If the output of the N-side switching signal for turning on / off the gate of the switching element for outputting the N-side power is stopped when the arc discharge is detected first and the arc discharge is detected, the predetermined time After the elapse of time, the P-side switching signal is output before the N-side switching signal .
また、好適には、前記発振制御工程は、前記出力電流値を電圧値に変換し、前記電圧値の絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、前記絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときにアーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力するアーク検出工程と、前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算工程と、前記初期パルス巾と、前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算/GATE制御工程と、を備えることを特徴とする。 Preferably, the oscillation control step converts the output current value into a voltage value, compares the absolute value of the voltage value with the arc reference value, and the absolute value is equal to the arc reference value. An arc detection step of outputting an arc signal at a time or larger, outputting a cut-off signal to cut off power supply to the load, and cutting off power supply to the load for a predetermined time and then outputting a reset signal; , An initial pulse width command calculating step for calculating an initial pulse width based on the cutoff signal and the reset signal, a switching frequency of the switching signal for controlling on / off of the initial pulse width and the gate of the second switching element A command value and a dead band period are input, and the reset signal causes the pulse width to gradually increase from the initial pulse width to the set pulse width within a predetermined time. It characterized in that it comprises a pulse width variable calculation / GATE control step of outputting a quenching signal.
また、好適には、前記アーク検出工程は、前記出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換工程と、前記電圧値を増幅し、増幅した出力電圧値を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値の絶対値を演算し、前記絶対値を出力する絶対値変換工程と、前記アーク基準値を設定するアーク基準設定工程と、前記絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較工程と、前記アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ/遮断信号発生工程と、前記遮断信号により前記第2のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力工程と、を備えることを特徴とする。 Preferably, the arc detection step includes a current-voltage conversion step of converting the output current value into a voltage value, a differential amplification step of amplifying the voltage value and outputting the amplified output voltage value, An absolute value conversion step of calculating the absolute value of the output voltage value and outputting the absolute value, an arc reference setting step of setting the arc reference value, comparing the magnitude of the absolute value and the arc reference value, When the absolute value is equal to or greater than the arc reference value, the comparison step of outputting the arc signal, the latch / breaking signal generation step of holding the arc signal and outputting the breaking signal, and the breaking signal And a restart signal calculation output step of outputting a reset signal and releasing the held arc signal after a predetermined time has elapsed since the gate of the second switching element changed to the OFF state. It is characterized in.
また、好適には、前記初期パルス巾指令演算工程は、設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定工程と、前記遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令工程と、前記アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み工程と、スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定工程と、前記リセット信号により、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算工程と、前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定工程と、前記所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択工程と、を備えることを特徴とする。 Preferably, the initial pulse width command calculation step includes a pulse width attenuation ratio setting step for setting a pulse width attenuation ratio command value that is a ratio of a predetermined pulse width to a set pulse width, and an arc based on the cutoff signal. An arc cutoff command step for outputting a cutoff signal, a rate command writing step for writing the pulse width attenuation ratio command value based on the arc cutoff signal, and a pulse width of the switching signal is changed from the predetermined pulse width to a set pulse width. A rate time setting step for setting a rate time required to perform, a rate calculation step for outputting the predetermined pulse width calculated from the rate time and a pulse width attenuation ratio command value by the reset signal, and the switching signal The minimum pulse width setting step for setting the minimum pulse width is compared with the predetermined pulse width and the minimum pulse width. And, characterized in that it comprises a pulse width selecting step of selecting whichever pulse width is greater as the initial pulse width, the.
また、好適には、前記電力制御工程は、前記基本電力指令値に、電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して新たな電力指令値を算出し、前記帰還直流電流値と前記帰還直流電圧値とを乗算し、前記新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第1のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御することを特徴とする。 Preferably, in the power control step, a new power command value is calculated by adding a swing power in which a power waveform swings to the basic power command value, and the feedback DC current value is calculated. The feedback DC voltage value is multiplied, the feedback DC power as the multiplication result is subtracted from the new power command value, and the gate control signal of the first switching element is calculated based on the power deviation value as the subtraction result. The second DC power is output and controlled .
以上説明したように、本発明によれば、前記交流電源装置は、成膜用基板製造装置などに用いる交流電源装置として、アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる。 As described above, according to the present invention, the AC power supply device can suppress arc discharge as an AC power supply device used for a film forming substrate manufacturing apparatus and the like, and from detection to return of arc discharge. Can reduce the energy required.
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。
図1は、本発明に係る交流電源装置を成膜用基板製造装置に適用した場合の制御ブロック図である。図2は、本発明に係る交流電源装置における電力制御手段を示す制御ブロック図である。図3は、本発明に係る交流電源装置における発振制御手段を示す制御ブロック図である。図4は、本発明に係る交流電源装置における発振制御手段の一部分の回路例を示す図である。図5、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。図6は、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。図7は、本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。図8は、本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号、リセット信号およびスイッチング信号と経過時間との関係を示す図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a control block diagram when the AC power supply apparatus according to the present invention is applied to a film forming substrate manufacturing apparatus. FIG. 2 is a control block diagram showing power control means in the AC power supply apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a control block diagram showing oscillation control means in the AC power supply apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a circuit example of a part of the oscillation control means in the AC power supply apparatus according to the present invention. FIG. 5 is a control block diagram showing another oscillation control means in the AC power supply according to the present invention. FIG. 6 is a control block diagram showing another power control means in the AC power supply apparatus according to the present invention. FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of an arc suppression method based on arc detection in the AC power supply apparatus according to the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between an arc signal, a cutoff signal, a reset signal, a switching signal, and an elapsed time in the AC power supply device according to the present invention.
〔構成〕
成膜用基板製造装置21は、図1に示すように、商用交流電源22、交流電源装置23および負荷24例えば、スパッタ装置を備える。交流電源装置23は、AC−DC整流器25、第1の直流フィルタ26、DC―DC変換器27、第2の直流フィルタ28、第1の電流検出器29、DC−AC変換器30、高周波トランス31、第2の電流検出器32、直流制御用電源33、電力制御手段34および発振制御手段35を備える。交流電源装置23は、商用交流電源22から供給される3相交流電力を一旦、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て、交流電力を負荷24に出力する。すなわち、交流電源装置23は、AC−ACコンバータとして機能する。
〔Constitution〕
As shown in FIG. 1, the film forming
AC−DC整流器25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、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の直流フィルタ26に出力する。AC−DC整流器25の出力正極端子は、第1の直流フィルタ26の一端に、出力負極端子は、第1の直流フィルタ24の他端にそれぞれ接続される。第1の直流フィルタ26は、平滑コンデンサからなるフィルタ回路であり、AC−DC整流器25による直流電力を入力し、直流電力を平滑にし、その結果により得られる第1の直流電力をDC―DC変換器27に出力する。第1の直流フィルタ26は、その一端がDC―DC変換器27の入力正極端子に接続され、他端がDC―DC変換器27の入力負極端子に接続される。
The AC-
DC―DC変換器27は、DC−DCコンバータであり、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)と直流リアクトルとを備えるスイッチング回路であり、IGBT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/遮断が制御される。IGBTのコレクタは、第2の直流フィルタ28の負極端子に、エミッタは、第1の直流フィルタ26の負極端子にそれぞれ接続される。直流リアクトルは、その一端が第1の直流フィルタ26の正極端子に接続され、他端が第2の直流フィルタ28の正極端子に接続される。すなわち、DC―DC変換器27は、直流電力のうち第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オン/オフ動作させて、第2の直流電力を第2の直流フィルタ28に出力する。
The DC-DC converter 27 is a DC-DC converter, and 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. The conduction / cutoff between the collector and the emitter is controlled by a control signal A (hereinafter referred to as a gate control signal) A input to the gate. The IGBT collector is connected to the negative terminal of the
第2の直流フィルタ28は、平滑コンデンサからなるフィルタ回路であり、第2の直流電力を入力し、第2の直流電力を平滑にして、DC−AC変換器30に出力する。第2の直流フィルタ28は、その一端がDC−AC変換器30の入力正極端子に接続され、他端が第1の電流検出器29を介してDC−AC変換器30の入力負極端子に接続される。第1の電流検出器29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変換器27の出力側の帰還直流電流値〔C〕(以下、〔〕は信号レベルをいう。例えば、信号Cの信号レベルは〔C〕を示す。)を検出する。
The
DC−AC変換器30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(以下、第2のスイッチング素子という)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)の対が、IGBTのゲートに入力される制御信号(以下、スイッチング信号という)Dにより、コレクターエミッタ間の導通/遮断が制御される。すなわち、DC−AC変換器30は、IGBTの対が、交互にオン/オフ動作を繰り返して、第2の直流フィルタ28による第2の直流電圧波形が平滑された波形を略矩形波交流波形である第1の高周波の交流電力に変換する回路である。すなわち、DC−AC変換器30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オン/オフ動作させて、第2の直流電力を第1の高周波の交流電力に変換する。
The DC-
高周波トランス31は、相互に電磁結合された1次巻線31pおよび2次巻線31sからなる変圧器であり、1次巻線31pに交流電圧を入力し、相互電磁誘導作用により、1次巻線31pと2次巻線31sの巻数比に比例した交流電圧が2次巻31sに発生する。高周波トランス31の1次巻線31pは、巻き始めがIGBTの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IGBTの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31の2次巻線31sは、負荷24に接続される。すなわち、高周波トランス31は、第1の高周波の交流電力を入力し、第1の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第2の高周波の交流電力に変換する。第2の電流検出器32は、第1の電流検出器29と同様に、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る。
The high-frequency transformer 31 is a transformer composed of a primary winding 31p and a secondary winding 31s that are electromagnetically coupled to each other. An AC voltage is input to the primary winding 31p, and the primary winding is caused by mutual electromagnetic induction. An AC voltage proportional to the turn ratio of the line 31p and the secondary winding 31s is generated in the secondary winding 31s. The primary winding 31p of the high frequency transformer 31 is connected to the emitter of the Q1 and the collector of the Q3 of the IGBT at the start of winding, and is connected to the emitter of the Q2 and the collector of the Q4 of the IGBT. The secondary winding 31 s of the high-frequency transformer 31 is connected to the load 24. That is, the high-frequency transformer 31 receives first high-frequency AC power, electrically insulates the first high-frequency AC power, and converts it into second high-frequency AC power. Similar to the first current detector 29, the second
尚、本実施の形態において、直流制御用電源33は、商用交流電源22から2相商用電源を入力し、直流定電圧を出力するようにしたが、商用交流電源22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。 In the present embodiment, the DC control power supply 33 receives a two-phase commercial power supply from the commercial AC power supply 22 and outputs a DC constant voltage, but a power supply of a system different from the commercial AC power supply 22 is used. By using it, a DC constant voltage may be output as a completely independent DC control power source.
電力制御手段34−1は、図1に示した電力制御手段34の一例であり、図2に示すように、基本電力指令値設定器36、帰還電力演算器37、減算器38、PID制御器39およびGATE制御器40を備える。基本電力指令値設定器36は、負荷24に応じて定められる第2の直流電力の目標値とする基本電力指令値〔F〕を設定する設定器である。帰還電力演算器37は、帰還直流電圧値〔B〕と帰還直流電流値〔C〕とを入力し、帰還直流電圧値〔B〕と帰還直流電流値〔C〕とを乗算し、演算の結果により、得られる帰還電力値を減算器38に出力する。減算器38は、基本電力指令値設定器36による基本電力指令値〔F〕と帰還電力値とを入力し、基本電力指令値〔F〕から帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値をPID制御器39に出力する。
The power control means 34-1 is an example of the power control means 34 shown in FIG. 1, and as shown in FIG. 2, a basic power
PID制御器39は、電力偏差値を入力し、電力偏差値をPID制御して操作量を求め、操作量をGATE制御器40に出力する。GATE制御器40は、PID制御器39による操作量に基づいてゲート制御信号Aを第1のスイッチング素子のゲートに出力する。
The PID controller 39 receives the power deviation value, performs PID control on the power deviation value to obtain an operation amount, and outputs the operation amount to the
すなわち、電力制御手段34−1は、負荷24に応じて定められる基本電力指令値Fから帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて、ゲート制御信号AをDC―DC変換器27に出力し、そのゲート制御信号Aによって、第2の直流電力を制御する。 That is, the power control means 34-1 subtracts the feedback power value from the basic power command value F determined according to the load 24, and converts the gate control signal A to DC based on the power deviation value obtained as a result of the calculation. -Output to the DC converter 27, and the second DC power is controlled by the gate control signal A.
発振制御手段35−1は、図1に示した発振制御手段35の一例であり、図3に示すように、アーク検出手段41−1、初期パルス巾指令演算手段42およびパルス巾可変演算/ゲート制御手段43を備える。アーク検出手段41−1は、電流−電圧変換器44、差動増幅器45、絶対値変換器46、アーク基準値設定器47、比較器48、ラッチ/遮断信号発生器49および再起動信号演算出力器50を備える。
The oscillation control means 35-1 is an example of the oscillation control means 35 shown in FIG. 1, and as shown in FIG. 3, the arc detection means 41-1, the initial pulse width command calculation means 42, and the pulse width variable calculation / gate. Control means 43 is provided. The arc detection means 41-1 includes a current-
電流−電圧変換器44は、図4に示すように、例えば、抵抗体63およびコンデンサ64を備え、第2の電流検出器32の出力端子に直列に抵抗63を配し、抵抗体63に並列にコンデンサ64を配する。電流−電圧変換器44は、出力電流値〔E1〕を入力し、電圧値を差動増幅器45に出力する。差動増幅器45は、減算回路であり、図4に示すように、例えば、抵抗体65a〜65dおよびオペアンプ66を備える。差動増幅器45は、電流−電圧変換器44による前記電圧値を入力し、出力電圧値〔E2〕を出力する。抵抗体65a〜65dは、出力電圧値〔E2〕を出力電流値〔E1〕の数値に等しくするように、それぞれの抵抗値が予め設定されており、差動増幅器45の電力入力線に接続されている。例えば、出力電流値〔E1〕が1アンペアであれば、出力電圧値〔E2〕を1ボルトにする。これにより、差動増幅器45の出力端子から出力電圧値〔E2〕を出力することによって、出力電流値〔E1〕を知ることができる。
As shown in FIG. 4, the current-
絶対値変換器46は、図3に示すように、差動増幅器45による出力電圧値〔E2〕を入力し、出力電圧値〔E2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を比較器48に出力する。アーク基準値設定器47は、DC−AC変換器30が高周波トランス31を介して負荷24に第2の高周波の交流電力を供給して、アーク放電と判定される基準となるアーク基準値〔G〕を設定する設定器である。比較器48は、前記絶対値とアーク基準値設定器47によるアーク基準値〔G〕とを入力し、絶対値とアーク基準値〔G〕との大小を比較し、絶対値がアーク基準値〔G〕に等しいとき、またはより大きいとき、アーク信号をラッチ/遮断信号発生器49に出力する。
As shown in FIG. 3, the
ラッチ/遮断信号発生器49は、アーク信号を入力し、アーク信号によってラッチされる遮断信号Lを再起動信号演算出力器50、初期パルス巾指令演算手段42およびパルス巾可変演算/GATE制御手段43に出力する。再起動信号演算出力器50は、遮断信号Lを入力し、遮断信号Lが再起動信号演算出力器50に入力して、所定時間だけ経過した後、ラッチ/遮断信号発生器49のラッチを解除するためのリセット信号Mをラッチ/遮断信号発生器49に出力する。
The latch /
初期パルス巾指令演算手段42は、パルス巾減衰比率設定器51、アーク遮断指令器52、レート指令書込み器53、レート時間設定器54、レート演算器55、最小パルス巾設定器56および初期パルス巾選択器57を備える。パルス巾減衰比率設定器51は、定常時における第2のスイッチング素子のスイッチング周波数の逆数に相当するパルス巾(以下、「元のパルス巾」という)〔H〕にデッドバンド期間〔DT〕(または「デッドタイム」という)を含めた設定パルス巾〔HA〕につき、これに対する所定パルス巾〔N〕の比率とするパルス巾減衰比率指令値Kを設定する設定器である。ここで、デッドバンド期間〔DT〕は、P側とN側のスイッチング信号Dの切換えのときに、第2のスイッチング素子が確実にオフするための期間である。さらに、設定パルス巾〔HA〕は、元のパルス巾〔H〕からデッドバンド期間〔DT〕を減算した値である。
The initial pulse width command calculating means 42 includes a pulse width attenuation ratio setting device 51, an arc interruption command device 52, a rate
アーク遮断指令器52は、ラッチ/遮断信号発生器49による遮断信号Lを入力し、アーク遮断信号をレート指令書込み器53に出力する。レート指令書込み器53は、アーク遮断指令器52によるアーク遮断信号を入力し、パルス巾減衰比率設定器51によるパルス巾減衰比率Kを書き込む書込み器である。レート時間設定器54は、スイッチング信号Dのパルス巾が所定パルス巾〔N〕から設定パルス巾〔HA〕まで漸増して変化するのに要する時間とするレート時間〔J〕を設定する設定器である。レート演算器55は、リセット信号Mによる遮断信号Lが解除されて、レート時間〔J〕とパルス巾減衰比率〔K〕とによって、演算される所定パルス巾Nを初期パルス巾選択器57に出力する。
The arc interruption commander 52 receives the interruption signal L from the latch /
最小パルス巾設定器56は、スイッチング信号Dの最小パルス巾〔I〕を設定する設定器である。最小パルス巾〔I〕は、第2のスイッチング素子の特性やアークの発生等の点から定める。最小パルス巾〔I〕が狭すぎると、第2のスイッチング素子を破壊する虞があり、また放電が起こらなくなる虞があり、さらにまた、電源がオン状態から正常な放電状態になるまでの時間がかかり過ぎて、基板の生産効率が低下する虞があるからである。例えば、IGBTでは、最小パルス巾〔I〕は2マイクロ秒とする。 The minimum pulse width setting device 56 is a setting device for setting the minimum pulse width [I] of the switching signal D. The minimum pulse width [I] is determined in view of the characteristics of the second switching element, the occurrence of arcing, and the like. If the minimum pulse width [I] is too narrow, the second switching element may be destroyed, discharge may not occur, and the time until the power source changes from the ON state to the normal discharge state may be lost. This is because it takes too much and the production efficiency of the substrate may be lowered. For example, in IGBT, the minimum pulse width [I] is 2 microseconds.
初期パルス巾選択器57は、最小パルス巾設定器56による最小パルス巾〔I〕とレート演算器55による所定パルス巾〔N〕とを入力し、最小パルス巾〔I〕と所定パルス巾〔N〕との大小を比較し、大きい方のパルス巾を初期パルス巾〔P〕としてパルス巾可変演算手段43に出力する。すなわち、初期パルス巾〔P〕は、設定パルス巾〔HA〕を制御する比率信号に相当する。初期パルス巾〔P〕は、例えば、設定パルス巾〔HA〕に対して60%相当の出力であれば、60%相当のパルス巾で再起動し、レート時間〔J〕が経過した後に、100%となる信号である。
The initial
パルス巾可変演算/GATE制御手段43は、スイッチング周波数指令設定器58、デッドバンド設定器59、スイッチングパルス巾生成器60、パルス巾可変演算器61およびGATE制御器62を備える。スイッチング周波数指令値設定器58は、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるスイッチング信号Dのスイッチング周波数指令値を設定する設定器である。デッドバンド設定器59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、スイッチング信号D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〔DT〕を設定する設定器である。
The pulse width variable calculation / GATE control means 43 includes a switching
スイッチングパルス巾生成器60は、スイッチング周波数指令値設定器58によるスイッチング周波数指令値とデッドバンド設定器59によるデッドバンド期間〔DT〕とを入力し、スイッチング周波数指令値から元のパルス巾〔H〕を演算し、元のパルス巾〔H〕からデッドバンド期間〔DT〕を減算し、演算の結果により、得られる設定パルス巾〔HA〕をパルス巾可変演算器61に出力する。パルス巾可変演算器61は、初期パルス巾選択器57による初期パルス巾〔P〕と、スイッチングパルス巾生成器60による設定パルス巾〔HA〕とを入力する。遮断信号Lにより負荷24への電力供給が遮断されて、一定時間t1が経過した後、再起動信号演算出力器50によるリセット信号Mによって電力供給が復帰するとき、パルス巾可変演算器61は、スイッチング信号Dのパルス巾が、初期パルス巾〔P〕から始まって、レート時間設定器54によるレート時間〔J〕が経過し、設定パルス巾〔HA〕になるまでの間、漸増して変化するパルス巾列をゲート制御器62に出力する。ゲート制御器62は、パルス巾列を入力し、パルス巾列に基づくスイッチング信号Dを第2のスイッチング素子のゲートに出力する。
The switching
すなわち、発振制御手段35−1は、出力電流値〔E1〕と、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号Dのスイッチング周波数指令設定器58によるスイッチング周波数から演算される元のパルス巾〔H〕と、アーク放電の検出基準とするアーク基準値〔G〕と、前記スイッチング信号Dの再起動時における初期パルス巾〔P〕とに基づいて、スイッチング信号DをDC−AC変換器30に出力し、スイッチング信号Dによって、第1の高周波の交流電力を制御する。言い換えると、発振制御手段35−1は、アーク放電によるアーク信号の検出に基づいて、所定時間だけ負荷24への電力供給を遮断した後、一定時間後に、電力供給が復帰するように、前記スイッチング信号Dのパルス巾が初期パルス巾〔P〕から設定パルス巾〔HA〕に漸増するように電力制御する。
That is, the oscillation control means 35-1 calculates the original value calculated from the output frequency [E 1] and the switching frequency by the switching
次に、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段35−2について説明する。図5は、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。図5は、図3と同一の機能を示すものについて、同一の符号を付して表す。他の発振制御手段35−2は、図5に示すように、発振制御手段35−1にパルストランス67を追加したものである。すなわち、発振制御手段35−2は、発振制御手段35−1の電流―電圧変換器44と差動増幅器45との間にパルストランス67を配置する。
Next, another oscillation control means 35-2 in the AC power supply apparatus according to the present invention will be described. FIG. 5 is a control block diagram showing another oscillation control means in the AC power supply according to the present invention. 5 shows the same functions as those in FIG. 3 with the same reference numerals. As shown in FIG. 5, the other oscillation control means 35-2 is obtained by adding a pulse transformer 67 to the oscillation control means 35-1. That is, the oscillation control means 35-2 arranges the pulse transformer 67 between the current-
次に、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段34−2について説明する。図6は、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。図6は、図2と同一の機能を示すものについて、同一の符号を付して表す。他の電力制御手段34−2は、図6に示すように、電力制御手段34−1に揺動電力制御手段68、加減算器73および電力指令演算器74を追加したものである。
Next, another power control means 34-2 in the AC power supply apparatus according to the present invention will be described. FIG. 6 is a control block diagram showing another power control means in the AC power supply apparatus according to the present invention. 6 shows the same functions as those in FIG. 2 with the same reference numerals. As shown in FIG. 6, the other power control unit 34-2 is obtained by adding a swing power control unit 68, an adder / subtractor 73, and a
揺動電力制御手段68は、揺動レベル設定器69、加算器70、揺動値/揺動周波数設定器71および揺動波形選択器72を備える。揺動レベル設定器69は、後述する揺動電力の指令の直流レベルを設定する設定器である。揺動値/揺動周波数設定器71は、基本電力指令値〔F〕に付加して揺動する電力(以下、揺動電力という)の基本波形を揺動波形(以下、基本揺動波形という)として、揺動値とする基本揺動波形の揺動振幅Zと、揺動周波数の逆数である揺動周期Yとを設定する設定器である。揺動波形選択器72は、揺動振幅Zと揺動周期Yとを入力し、負荷24の電力容量および/またはアーク放電の発生状態等によって、揺動振幅Zおよび揺動周期Yによる揺動電力の波形形状として、正弦波、矩形波または三角波のうちのいずれかの波形を選択する選択器である。
The swing power control means 68 includes a
加算器70は、揺動電力の直流レベルと揺動振幅Z、揺動周期Yおよび基本揺動波形の具体的形状からなるパルス特性値とを入力し、これらの直流レベルとパルス特性値とを含むパルス特性情報を加減算器73に出力する。加減算器73は、基本電力指令値設定器36による基本電力指令値〔F〕とパルス特性情報とを入力し、基本電力指令値〔F〕とパルス特性情報とを加算または減算し、合成した電力指令値を電力指令演算器74に出力する。電力指令演算器74は、前記電力指令値を入力し、電力指令値に基づいて、新たな電力指令値を減算器38に出力する。その他の構成については、図2に示した電力制御手段34−1の場合の基本電力指令値〔F〕の代わりに、新たな電力指令値を置換したものと同一であるため、説明を省略する。
The
〔アークの抑制方法〕
次に、本発明に係る交流電源装置におけるアーク抑制方法について説明する。交流電源装置23におけるアーク抑制方法は、先ず、商用の交流電源を、第1の直流電力に変換するAC−DC整流工程と、第1の直流電力を、内在する第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、負荷24に応じて定められる第2の直流電力に変換するDC―DC変換工程と、第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号を出力して、第2の直流電力を制御する電力制御工程と、第2の直流電力を入力し、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、第1の高周波の交流電力に変換するDC−AC変換工程と、アーク放電によるアーク信号の検出に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号Lを出力し、所定時間だけ負荷24への電力供給を遮断した後、リセット信号Mを出力し、リセット信号Mが出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号のパルス巾を初期パルス巾〔P〕から設定パルス巾〔HA〕に漸増させて、電力制御する発振制御工程とを備える。
[Arc suppression method]
Next, an arc suppression method in the AC power supply apparatus according to the present invention will be described. The arc suppression method in the AC power supply device 23 is as follows. First, an AC-DC rectification step for converting a commercial AC power source into first DC power, and the first DC power from the gate of the first switching element. A DC-DC conversion step for performing on / off operation to convert the second DC power determined according to the load 24, and a gate control signal for controlling on / off of the gate of the first switching element; A power control process for controlling the second DC power, and a DC-AC that inputs the second DC power, turns on / off the gate of the second switching element, and converts the second DC power into the first high-frequency AC power. Based on the conversion process and the detection of the arc signal due to arc discharge, a cut-off signal L for cutting off the power supply is output, and after the power supply to the load 24 is cut off for a predetermined time, a reset signal M is output, The pulse width of the switching signal for on / off control of the gate of the second switching element is set to the initial pulse width [P] so that the power supply is restored to the original state after a certain time after the output signal M is output. And an oscillation control step of gradually increasing the set pulse width [HA] to power control.
さらに、電力制御工程が、第2の直流電力の目標値とする基本電力指令値Fを設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、基本電力指令値Fから帰還電力値を減算して、演算の結果により、得られる電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号Aを出力して、第2の直流電力を制御する工程とを備える。 Further, the power control step includes a basic power command value setting step for setting a basic power command value F as a target value of the second DC power, a feedback power value calculation step for calculating the feedback power value, and a basic power command. A power deviation value calculating step of calculating a power deviation value obtained by subtracting the feedback power value from the value F and calculating the result, and on / off control of the gate of the first switching element based on the power deviation value And outputting a gate control signal A to control the second DC power.
また、発振制御工程が、高周波トランス31を介して、第1の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第2の高周波の交流電力から得られる出力電流値〔E1〕を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値〔E1〕を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、前記電圧値とする両入力端子間電圧を増幅し、得られる出力電圧値〔E2〕を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値〔E2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値〔G〕との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値〔G〕に等しいか、または大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号Lを出力するラッチ/遮断信号保持発生工程と、遮断信号Lを入力して、遮断信Lにより第2のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから、所定時間が経過した後、保持されたアーク信号を解除し、かつリセット信号Mを出力する再起動信号演算出力工程と、リセット信号Mを入力し、レート時間〔J〕と、パルス巾減衰比率〔K〕とから演算される所定パルス巾〔n〕を出力するレート演算工程と、所定パルス巾〔N〕と、最小パルス巾〔I〕とを入力し、所定パルス巾〔N〕と最小パルス巾〔I〕との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾〔P〕として選択する初期パルス巾選択工程と、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号Dのスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間DTとに基づく設定パルス巾〔HA〕と、初期パルス巾〔P〕とに基づいて、スイッチング信号Dのパルス巾を演算し、リセット信号Mによって再起動するスイッチング信号Dを出力するパルス巾可変演算/GATE制御工程とを備える。 In addition, the oscillation control process detects an output current value [E1] obtained from the second high-frequency AC power obtained by electrically isolating the first high-frequency AC power via the high-frequency transformer 31. A current-voltage conversion step for converting the output current value [E1] into a voltage value, and amplifying the voltage between the two input terminals that receives the voltage value and uses the voltage value as an output voltage value [ E2], a differential amplifying step for calculating the absolute value of the output voltage value [E2], and an absolute value calculating step for outputting an absolute value based on the result of the calculation, and the absolute value and arc discharge A comparison step of comparing the magnitude with an arc reference value [G] as a detection reference; an arc signal output step of outputting an arc signal when the absolute value is equal to or greater than the arc reference value [G]; Input arc signal, arc signal And a step of generating a latch / interruptible signal that outputs the interrupt signal L based on the arc signal, and after the interrupt signal L is input and the gate of the second switching element is turned off by the interrupt signal L After a predetermined time has elapsed, the restart signal calculation output step for releasing the held arc signal and outputting the reset signal M, the reset signal M being input, the rate time [J], and the pulse width attenuation ratio A rate calculating step for outputting a predetermined pulse width [n] calculated from [K], a predetermined pulse width [N] and a minimum pulse width [I] are input, and the predetermined pulse width [N] and the minimum pulse width are input. The initial pulse width selection step of comparing the width [I] with the magnitude of the width [I] and selecting the larger pulse width as the initial pulse width [P], and the switching signal D for controlling the on / off of the gate of the second switching element switch Switching which calculates the pulse width of the switching signal D based on the set pulse width [HA] based on the switching frequency command value and the dead band period DT and the initial pulse width [P] and is restarted by the reset signal M A pulse width variable calculation / GATE control step for outputting the signal D.
さらに、前記再起動時のスイッチング信号は、P側およびN側からなるスイッチング信号Dにおいて、アークを検出するP側またはN側と反対側のN側またはP側のいずれかのスイッチングが開始する。 Further, the switching signal at the time of restarting is the switching signal D composed of the P side and the N side, and the switching of either the N side or the P side opposite to the P side or the N side for detecting the arc starts.
さらに、基本電力指令値〔F〕に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して、得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値〔C〕と、帰還直流電圧値〔B〕とを入力し、新たな電力指令値から、前記帰還直流電流値〔C〕と帰還直流電圧値〔B〕とを乗算し、得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号Aを出力して、第2の直流電力を制御する。 Furthermore, a new power command value, a feedback DC current value [C], and a feedback DC voltage value [C] obtained by adding a swing power whose power waveform changes in a swinging manner to the basic power command value [F]. B] is input, the feedback DC current value [C] and the feedback DC voltage value [B] are multiplied from the new power command value, and the obtained feedback power value is subtracted. Based on the generated power deviation value, a gate control signal A for controlling on / off of the gate of the first switching element is output to control the second DC power.
図7は、本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。発振制御工程が、図7に示すように、高周波トランス31を介して、第1の高周波の交流電力を電気的絶縁させて、第2の高周波の交流電力から得られる出力電流値〔E1〕を検出する出力電流値検出工程(S−1)と、出力電流値〔E1〕から電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、前記電圧値とする両入力端子間電圧を差動増幅し、増幅電圧である出力電圧値〔E2〕を出力する差動増幅工程と、出力電圧値〔E2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を出力する絶対値演算工程(S−2)と、絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値〔G〕との大小を比較する比較工程(S−3)と、絶対値がアーク基準値〔G〕に等しいときまたは大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程(S−4)と、アーク信号を保持するアーク信号保持工程(S−5)と、アーク信号を入力し、アーク信号を保持(ラッチ)するとともに、遮断信号Lを出力するラッチ/遮断信号発生工程(S−5)と、遮断信号Lを入力して、所定時間が経過した後、リセット信号Mを出力する再起動信号演算出力工程(S−7)と、アーク信号でスイッチング信号Dの旧データをリセット(消去)するとともに、所定レート時間〔J〕とパルス巾減衰比率〔K〕とから演算される所定パルス巾〔N〕を初期パルス巾選択器57に出力し、同時にレート演算器55をリセットする工程(S−8)と、最小パルス巾〔I〕を設定し、最小パルス巾〔I〕を初期パルス巾選択器57に出力する工程(S−9)と、所定パルス巾〔N〕と、最小パルス巾〔I〕との大小を比較し(S−10)、パルス巾が大きい方を初期パルス巾〔P〕として選択する初期パルス巾選択工程(S−11AおよびS−11B)と、スイッチング信号Dのスイッチング周波数と、デッドバンド期間DTとを設定し、スイッチング周波数とデッドバンド期間DTとから演算される設定パルス巾〔HA〕をパルス巾可変演算器59に出力する工程(S−12)と、設定パルス巾〔HA〕、初期パルス巾〔P〕およびレート時間〔J〕に基づいて、スイッチング信号Dのパルス巾を演算するパルス巾可変演算工程(S−13)とを備える。これにより、交流電源装置23におけるアーク放電を抑制することができる。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of an arc suppression method based on arc detection in the AC power supply apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 7, the oscillation control process electrically isolates the first high-frequency AC power via the high-frequency transformer 31, and outputs the output current value [E1] obtained from the second high-frequency AC power. An output current value detecting step (S-1) to detect, a current-voltage converting step for converting the output current value [E1] into a voltage value, and the voltage between both input terminals that receives the voltage value and uses it as the voltage value Differential amplification step of outputting the output voltage value [E2] which is an amplified voltage, and calculating the absolute value of the output voltage value [E2], and outputting the absolute value obtained from the result of the calculation The absolute value calculation step (S-2), the comparison step (S-3) for comparing the magnitude of the absolute value and the arc reference value [G] as the arc discharge detection reference, and the absolute value is the arc reference value [G ] Is greater than or equal to (S-4), an arc signal holding step (S-5) for holding an arc signal, and a latch / cut-off signal for inputting an arc signal, holding (latching) the arc signal, and outputting a cut-off signal L A generation step (S-5), a restart signal calculation output step (S-7) for outputting the reset signal M after a predetermined time has elapsed after the interruption signal L is input, and an arc signal for the switching signal D. The old data is reset (erased), and the predetermined pulse width [N] calculated from the predetermined rate time [J] and the pulse width attenuation ratio [K] is output to the initial
また、前記基本電力指令値〔F〕から、前記帰還直流電流値〔C〕と帰還直流電圧値〔B〕とを乗算して得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するためのゲート制御信号Aを出力し、第2の直流電力を制御する工程を備える。 Further, a feedback power value obtained by multiplying the feedback DC current value [C] and the feedback DC voltage value [B] is subtracted from the basic power command value [F], and the power obtained by the calculation result is obtained. A step of outputting a gate control signal A for controlling on / off of the gate of the first switching element based on the deviation value and controlling the second DC power is provided.
さらに、前記基本電力指令値〔F〕に電力波形が遥動的に変化する遥動電力を付加した新たな電力指令値から、前記帰還直流電流値〔C〕と帰還直流電圧値〔B〕とを乗算して得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号Aを出力し、第2の直流電力を制御する工程を備える。これにより、交流電源装置23におけるアーク放電をさらに抑制できる。 Furthermore, the feedback DC current value [C] and the feedback DC voltage value [B] are obtained from a new power command value obtained by adding a swaying power whose power waveform changes dynamically to the basic power command value [F]. The gate control signal A for controlling on / off of the gate of the first switching element based on the obtained power deviation value is output based on the result of the calculation, and the feedback power value obtained by multiplying A step of controlling DC power. Thereby, the arc discharge in the AC power supply device 23 can be further suppressed.
〔動作〕
次に、本発明に係る交流電源装置23の動作について説明する。
先ず、交流電源装置23の全体的な動作について説明する。商用交流電源22をAC−DC整流器25に入力すると、AC−DC整流器25によって、交流電力から直流電力に整流し、第1の直流電力を出力する。第1の直流電力をDC−DC変換器27に入力すると、DC−DC変換器27に内在する第1のスイッチング素子のゲートを電力制御手段34によるゲート制御信号Aによってオン/オフ制御して、DC−DC変換器27の出力電圧を一定に制御しかつ、出力電力を制御して、第2の直流電力を出力する。
[Operation]
Next, the operation of the AC power supply device 23 according to the present invention will be described.
First, the overall operation of the AC power supply device 23 will be described. When the commercial AC power supply 22 is input to the AC-
第2の直流電力をDC−AC変換器30に入力すると、DC−AC変換器30に内在する第2のスイッチング素子のゲートを発振制御手段35によるスイッチング信号Dによって、高速でスイッチングし、高周波交流電力とする第1の高周波の交流電力に逆変換する。第1の高周波の交流電力を高周波トランス31に入力すると、商用交流電源22と電気的に絶縁した第2の高周波の交流電力を負荷24に供給する。
When the second DC power is input to the DC-
次に、電力制御手段34−1の動作について説明する。電力制御手段34−1は、図1および図2に示すように、帰還直流電圧値〔B〕と第1の電流検出器29による帰還直流電流値〔C〕とを入力し、基本電力指令値設定器36による基本電力指令値〔F〕とにより、第1のスイッチング素子を動作させるためのゲート制御信号AをDC−DC変換器27に出力する。ここで、基本電力指令値〔F〕は、負荷24の装置の大きさ、生産効率等のパラメータにより定める。
Next, the operation of the power control unit 34-1 will be described. The power control means 34-1 receives the feedback DC voltage value [B] and the feedback DC current value [C] from the first current detector 29 as shown in FIGS. A gate control signal A for operating the first switching element is output to the DC-DC converter 27 based on the basic power command value [F] by the setting
帰還直流電圧値〔B〕と第1の電流検出器29による帰還直流電流値〔C〕とが帰還電力演算器37に入力すると、帰還直流電圧値〔B〕と帰還直流電流値〔C〕とを乗算し、得られる帰還電力値を減算器38に出力する。帰還電力値と基本電力指令値〔F〕とが減算器38に入力すると、基本電力指令値〔F〕から帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値をPID制御器39に出力する。
When the feedback DC voltage value [B] and the feedback DC current value [C] from the first current detector 29 are input to the
電力偏差値がPID制御器39に入力すると、PID制御器39によって、電力偏差値に比例動作させるとともに、前記電力偏差値の積分に比例して入力値を変化させる積分動作、および前記電力偏差値の微分に比例して入力値を変化させる微分動作を組み合わせた制御を行って、操作量をGATE制御器40に出力する。この場合、PID動作の代わりにPI動作のみの制御を行うようにしてもよい。GATE制御器40によって、PID制御器39による操作量に基づいて、ゲート制御信号Aを第1のスイッチング素子のゲートに出力する。すなわち、電力偏差値が増加すれば、ゲート制御信号Aのオン動作時間が長くなるように制御し、電力偏差値が減少すれば、ゲート制御信号Aのオン動作時間が短くなるように制御する。これにより、電力制御手段34−1は、入力する直流電力を一定の直流電力に制御することができる。
When the power deviation value is input to the PID controller 39, the PID controller 39 causes the PID controller 39 to operate in proportion to the power deviation value, and to change the input value in proportion to the integral of the power deviation value, and the power deviation value The control is performed in combination with a differential operation for changing the input value in proportion to the differential of, and the manipulated variable is output to the
次に、発振制御手段35−1の動作について説明する。図8は、本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号L、リセット信号Mおよびスイッチング信号Dと経過時間との関係を示す図である。図8(A)は、アーク信号と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、アーク信号をそれぞれ示す。点Qは、アーク信号が発生する時点を示す。図8(B)は、遮断信号Lおよびリセット信号Mと経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、遮断信号およびリセット信号をそれぞれ示す。時間t1は、例えば、数マイクロ秒から1ミリ秒で遮断信号Lが出力してからリセット信号Mが出力するまでの所定時間を示す。点Rは、遮断信号Lが出力する時点、点Sは、リセット信号Mが出力する時点をそれぞれ示す。 Next, the operation of the oscillation control means 35-1 will be described. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the arc signal, the cutoff signal L, the reset signal M, the switching signal D, and the elapsed time in the AC power supply according to the present invention. FIG. 8A is a diagram illustrating the relationship between the arc signal and the elapsed time, where the horizontal axis indicates the elapsed time t and the vertical axis indicates the arc signal. Point Q indicates the point in time when the arc signal is generated. FIG. 8B is a diagram illustrating the relationship between the cutoff signal L and the reset signal M and the elapsed time, where the horizontal axis indicates the elapsed time t, and the vertical axis indicates the cutoff signal and the reset signal. The time t1 indicates a predetermined time from when the cutoff signal L is output in several microseconds to 1 millisecond, for example, until the reset signal M is output. Point R indicates a point in time when the blocking signal L is output, and point S indicates a point in time when the reset signal M is output.
図8(C)は、スイッチング信号DのうちP側(スイッチQ1、Q4)の電圧波形と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、オン/オフ信号をそれぞれ示す。時間t3は、P側の電源遮断時間を示す。点Tは、遮断信号Lが発生する時刻にスイッチング信号Dがオフ状態となる時点を示す。点Uは、点Sの時点からN側のスイッチング信号Dがオン状態になった直後、P側がオン状態となる点を示す。点Vは、P側のスイッチング信号Dがオン状態になった後、一定時間〔J〕が経過した後、設定パルス巾〔HA〕に復帰する点を示す。図8(D)は、スイッチング信号DのうちN側(スイッチQ2、Q3)の電圧波形と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、スイッチング信号とするオン/オフ信号をそれぞれ示す。DTは、P側と同様に、N側にも設ける。時間t2は、N側の電源遮断時間を示す。点Wは、リセット信号Mが出力して、N側のスイッチング信号Dがオン状態となる点を示す。点Xは、スイッチング信号Dがオン状態になってから、一定時間〔J〕例えば、1ミリ秒が経過した後、設定パルス巾〔HA〕に復帰する点を示す。 FIG. 8C is a diagram showing the relationship between the voltage waveform on the P side (switches Q1 and Q4) of the switching signal D and the elapsed time, the horizontal axis is the elapsed time t, and the vertical axis is on / off. Each signal is shown. Time t3 indicates the power-off time on the P side. Point T indicates the time when the switching signal D is turned off at the time when the blocking signal L is generated. Point U indicates a point at which the P side is turned on immediately after the switching signal D on the N side is turned on from the point S. Point V indicates a point where the pulse width returns to the set pulse width [HA] after a predetermined time [J] has elapsed after the P-side switching signal D is turned on. FIG. 8D is a diagram showing the relationship between the voltage waveform on the N side (switches Q2 and Q3) of the switching signal D and the elapsed time, the horizontal axis is the elapsed time t, and the vertical axis is the switching signal. The on / off signals to be performed are respectively shown. DT is provided on the N side as well as on the P side. Time t2 indicates the power-off time on the N side. A point W indicates that the reset signal M is output and the N-side switching signal D is turned on. Point X indicates a point at which the pulse returns to the set pulse width [HA] after a lapse of a certain time [J], for example, 1 millisecond after the switching signal D is turned on.
第2の電流検出器32による出力電流値〔E1〕がアーク検出手段(A)41−1に入力すると、アーク検出手段41−1の電流−電圧変換器44によって、電圧値を差動増幅器45に出力する。前記電圧値を差動増幅器45に入力すると、差動増幅器45によって、電圧値が増幅された出力電圧値〔E2〕を絶対値変換器46に出力する。これにより、配線経路のグランドに対し高圧側の電圧に電気的ノイズが重畳するときに、コモンモードノイズを軽減することができる。
When the output current value [E1] from the second
出力電圧値〔E2〕が絶対値変換器46に入力すると、出力電圧値〔E2〕の絶対値を比較器48に出力する。絶対値とアーク基準値設定器47によるアーク基準値〔G〕とが比較器48に入力すると、絶対値とアーク基準値〔G〕との大小を比較し、演算の結果により、得られる絶対値がアーク基準値〔G〕に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号をラッチおよび遮断信号発生器49に出力する。すなわち、成膜中にアーク信号が発生すると、アーク信号は、例えば、図8(A)に示すように、点Qにおいて、HIGH信号からLOW信号となる。
When the output voltage value [E2] is input to the
アーク信号がラッチおよび遮断信号発生器49に入力すると、ラッチおよび遮断信号発生器49によって、ラッチされた遮断信号Lを再起動信号演算出力器50および初期パルス巾演算手段42に出力する。この場合、遮断信号Lは、図8(B)に示すように、点Rにおいて出力する。すなわち、ラッチおよび遮断信号発生器49による信号処理時間の遅延によって、アーク信号が出力する点Qから僅かな時間だけ遅れた点Rにおいて、負荷24への通電状態HIGHから遮断状態LOWに変化するように、遮断信号Lを出力する。遮断信号Lを出力すると、図8(C)に示すように、スイッチング信号Dのうち、例えば、最初、P側のスイッチング信号Dがオフ状態となる。
When the arc signal is input to the latch and
遮断信号Lが再起動信号演算出力器50に入力すると、再起動信号演算出力器50に内蔵するタイマが作動し、所定時間t1だけ経過した後、タイマがオフとなって、リセット信号Mをラッチおよび遮断信号発生器49に出力する。すなわち、遮断信号Lは、リセット信号Mにより、図8(B)に示すように、点Sにおいて、LOWからHIGHに変化し出力する。リセット信号Mが出力すると、図8(D)に示すように、スイッチング信号Dのうち、N側であって、リセット信号Mに直近のパルス信号(点W)から立ち上がるように設定する。その結果として、負荷24への電力が、遮断信号Lによって、P側およびN側のスイッチング信号Dによる時間t2、t3の間、それぞれ停止する。
When the shut-off signal L is input to the restart signal
以上の説明では、遮断信号Lが、P側のスイッチング信号Dがオン状態で出力するときに、リセット信号Mによってスタートするスイッチング信号Dは、先ず、N側であり、続いてP側となるように設定するが、逆に、遮断信号Lが出力するとき、N側のスイッチング信号Dがオン状態である場合、リセット信号Mによってスタートするスイッチング信号Dは、先ず、P側であり、続いてN側となるように設定する。すなわち、リセット信号Mによって、再起動するP側およびN側からなるスイッチング信号Dは、アークを検出する前記P側またはN側と反対側の前記N側またはP側のいずれかのスイッチングが開始する。この場合、アークが検出された際の極性と同じP側またはN側にてスイッチングが開始すると、高周波トランス31において、磁気飽和が起きて抵抗値が小さくなる。この結果、電流が増大し、アークが発生する可能性がある。つまり、反対側の極性のP側またはN側にてスイッチングを開始させることにより、高周波トランス31の磁気飽和を防止することができ、結果として、アークの発生を抑制することができる。また、プラズマに起因して、アークを増長させないようにすることもできる。すなわち、高周波トランス31は、DC−AC変換器30により出力される第1の高周波交流電力を第2の高周波交流電力に変換する際に、飽和することなく、発振制御手段35により出力されるスイッチング信号に応じた第2の高周波交流電力を負荷24へ供給することができる。
In the above description, when the cutoff signal L is output while the P-side switching signal D is ON, the switching signal D started by the reset signal M is first on the N side and then on the P side. On the contrary, when the cutoff signal L is output, if the switching signal D on the N side is in the ON state, the switching signal D started by the reset signal M is first on the P side and subsequently on the N side. Set to be on the side. That is, the switching signal D consisting of the P side and the N side to be restarted by the reset signal M starts switching on the N side or the P side opposite to the P side or the N side for detecting the arc. . In this case, when switching starts on the same P side or N side as the polarity when the arc is detected, magnetic saturation occurs in the high-frequency transformer 31 and the resistance value decreases. As a result, the current increases and an arc may occur. That is, by starting switching on the P side or N side of the opposite polarity, magnetic saturation of the high-frequency transformer 31 can be prevented, and as a result, generation of arc can be suppressed. Further, the arc can be prevented from increasing due to the plasma. That is, the high-frequency transformer 31 does not saturate when the first high-frequency AC power output from the DC-
遮断信号Lが初期パルス巾演算手段42に入力すると、遮断信号Lが初期パルス巾演算手段42にあるアーク遮断指令器52に入力して、アーク遮断信号をレート指令書込み器53に出力する。アーク遮断信号がレート指令書込み器53に入力すると、パルス巾減衰比率設定器51によるパルス巾減衰比率〔K〕をレート指令書込み器53に書き込む。パルス巾減衰比率〔K〕は、成膜中にアーク放電が発生したとき、アーク放電を抑制するように、再起動時のスイッチング信号Dのパルス巾を随時可変できるようにするための情報である。アーク信号でスイッチング信号Dの旧データをリセット(消去)するとともに、レート時間設定器54によるレート時間〔J〕と、レート指令書込み器53によるパルス巾減衰比率〔K〕とから所定パルス巾〔N〕を初期パルス巾選択器57に出力し、同時にリセット信号Mによって初期パルス巾演算手段42のレート演算器55をリセットする。
When the interruption signal L is input to the initial pulse width calculation means 42, the interruption signal L is input to the arc interruption command device 52 in the initial pulse width calculation means 42 and the arc interruption signal is output to the
最小パルス巾設定器56による最小パルス巾〔I〕と所定パルス巾〔N〕が初期パルス巾選択器57に入力すると、最小パルス巾〔I〕と所定パルス巾〔N〕との大小を比較し、演算の結果により、得られる初期パルス巾〔P〕としてパルス巾の大きい方を選択し、初期パルス巾〔P〕をパルス巾可変演算/GATE制御手段43に出力する。初期パルス巾〔P〕と、スイッチング周波数指令設定器58によるスイッチング周波数指令値とデッドバンド設定器59によるデッドバンド期間DTとから演算される設定パルス巾〔HA〕とが、パルス巾可変演算/GATE制御手段43のパルス巾可変演算器61に入力すると、図8に示すように、パルス巾可変演算器61によって、スイッチング信号Dが、レート時間〔J〕内に再起動時の初期パルス巾〔P〕から設定パルス巾〔HA〕に漸増して変化するように演算されて、パルス巾列をGATE制御器62に出力する。パルス巾列がGATE制御器62に入力すると、パルス巾列に基づいて、第2のスイッチング素子を制御するスイッチング信号Dをドライブ回路(図示せず)を介して、DC−AC変換器30に出力する。
When the minimum pulse width [I] and the predetermined pulse width [N] by the minimum pulse width setter 56 are input to the initial
次に、電力制御手段34−2の動作について説明する。電力制御手段34−2は、電力指令値を設定する機能について電力制御手段34−1と異なる。電力制御手段34−2は、揺動値/揺動周波数設定器71によって、基本電力指令値〔F〕に付加する基本揺動波形の揺動振幅Zと、揺動周波数の逆数である揺動周期Yとを設定する。次に、揺動波形選択器72によって、負荷24の電力容量および/またはアーク放電の発生状態等によって、揺動振幅Zと、揺動周期Yと、かつ基本揺動波形の形状が正弦波、矩形波または三角波のうちのいずれかの波形とを選択する。遥動レベル設定器による直流の遥動レベルと、揺動振幅Z、揺動周期Yおよび基本揺動波形の具体的形状からなるパルス特性値とを加算したパルス特性情報を出力し、基本電力指令値設定器36による基本電力指令値〔F〕とパルス特性情報とを合成し、得られる電力指令値を新たな電力指令値として減算器38に出力する。電力制御手段34−2は、電力制御手段34−1における基本電力指令値設定器36による基本電力指令値〔F〕の代わりに、新たな電力指令値に置き換えたものであるので、以下の電力制御については説明を省略する。
Next, the operation of the power control unit 34-2 will be described. The power control unit 34-2 is different from the power control unit 34-1 in the function of setting the power command value. The power control means 34-2 uses the swing value / oscillation frequency setter 71 to change the swing amplitude Z of the basic swing waveform added to the basic power command value [F] and the swing that is the reciprocal of the swing frequency. A cycle Y is set. Next, the oscillation waveform selector 72 changes the oscillation amplitude Z, the oscillation cycle Y, and the shape of the basic oscillation waveform into a sine wave, depending on the power capacity of the load 24 and / or the state of occurrence of arc discharge. Select either rectangular or triangular waveform. Outputs pulse characteristic information by adding the DC swing level by the swing level setter and the pulse characteristic value consisting of the swing amplitude Z, swing period Y, and the basic shape of the basic swing waveform, and the basic power command The basic power command value [F] by the
次に、他の発振制御手段35−2の動作について説明する。パルストランス67の2次側67sは、パルストランス67の2次側巻線であり、1次側巻線67pに対し、巻線比が例えば1:1とする。これにより、パルストランス67を有する交流電源装置23は、パルストランス67を有しない交流電源装置に比べて、アーク信号を検出するための信号の入出力の絶縁性を高めることができる。さらに、フォトカプラを採用する絶縁方式に比べて、前記信号の伝達遅れを低減することができる。
Next, the operation of the other oscillation control means 35-2 will be described. The
以上により、アーク放電が発生すると、遮断信号Lにより電力の供給を遮断し、所定時間t1が経過した後、リセット信号Mを出力する。リセット信号Mが出力して、一定時間が経った後、負荷24に供給する高周波の交流電力を制御するスイッチング信号Dのパルス巾を初期パルス巾〔P〕から設定パルス巾〔HA〕に漸増して電力制御する。スイッチング信号Dは、零のパルス巾から開始するのではなく初期パルス巾〔P〕から開始するので、アーク放電を検出してから復帰するまでの時間を短縮することができる。これにより、アーク放電から復帰するまでのエネルギーを抑制することができる。また、リセット信号Mによって再起動するP側およびN側からなるスイッチング信号Dは、アークを検出する前記P側またはN側と反対側の前記N側またはP側のいずれかのスイッチングが開始するようにした。これにより、高周波トランス31の磁気飽和を防止することができる。つまり、高周波トランス31において、抵抗が小さくなるのを防ぐことができるから、電流が増大することはない。したがって、アーク放電の発生を抑制することができる。 As described above, when arc discharge occurs, the supply of power is cut off by the cut-off signal L, and the reset signal M is output after a predetermined time t1 has elapsed. After a predetermined time has passed since the reset signal M was output, the pulse width of the switching signal D for controlling the high-frequency AC power supplied to the load 24 is gradually increased from the initial pulse width [P] to the set pulse width [HA]. Power control. Since the switching signal D does not start from the zero pulse width but starts from the initial pulse width [P], the time from the detection of the arc discharge to the return can be shortened. Thereby, the energy until it returns from arc discharge can be suppressed. Further, the switching signal D composed of the P side and the N side that is restarted by the reset signal M starts switching of the N side or the P side opposite to the P side or the N side for detecting the arc. I made it. Thereby, magnetic saturation of the high frequency transformer 31 can be prevented. That is, in the high-frequency transformer 31, it is possible to prevent the resistance from being reduced, so that the current does not increase. Therefore, the occurrence of arc discharge can be suppressed.
また、パルストランス65を電流―電圧変換器44と差動増幅器45との間に配することによって、パルストランス67を有しない交流電源装置に比べて、アーク信号を検出するための信号の入出力の絶縁性を高めることができる。さらに、フォトカプラを採用する絶縁方式に比べて、アーク信号を検出するための信号の伝達遅れを低減することができる。
Further, by arranging the pulse transformer 65 between the current-
1 直流制御部
2 平滑回路
3 インバータスイッチング部
4 昇圧トランス
5 整流部
6 処理装置本体
7 サイリスタ制御部
8 インバータ制御部
9 カレントトランス
10 電流検出回路
21 成膜用基板製造装置
22 商用交流電源
23 交流電源装置
24 負荷
25 AC−DC整流器
26 第1の直流フィルタ
27 DC−DC変換器
28 第2の直流フィルタ
29 第1の電流検出器
30 DC−AC変換器
31 高周波トランス
32 第2の電流検出器
33 直流制御用電源
34−1,34−2 電力制御手段
35−1,35−2 発振制御手段
36 基本電力指令値設定器
37 帰還電力演算器
38 減算器
39 PID制御器
40 GATE制御器
41−1,41−2 アーク検出手段
42 初期パルス巾指令演算手段
43 パルス巾可変演算/GATE制御手段
44 電流―電圧変換器
45 差動増幅器
46 絶対値変換器
47 アーク基準値設定器
48 比較器
49 ラッチ/遮断信号発生器
50 再起動信号演算出力器
51 パルス巾減衰比率設定器
52 アーク遮断指令器
53 レート指令書込器
54 レート時間設定器
55 レート演算器
56 最小パルス巾設定器
57 初期パルス巾選択器
58 スイッチング周波数指令設定器
59 デッドバンド設定器
60 スイッチングパルス巾生成器
61 パルス巾可変演算器
62 GATE制御器
63 抵抗体
64 平滑用コンデンサ
65 抵抗体
66 オペアンプ
67 パルストランス
68 揺動電力制御手段
69 揺動レベル設定器
70 加算器
71 揺動値/揺動周波数設定器
72 揺動波形選択器
73 加減算器
74 電力指令演算器
A ゲート制御信号
B 帰還直流電流信号
C 帰還直流電圧信号
D スイッチング信号
E1 出力電流信号
E2 出力電圧信号
F 基本電力指令信号
G アーク基準信号
H 元のパルス巾信号
HA 設定パルス巾信号
P 初期パルス巾信号
Y 遥動周期信号
Z 遥動振幅信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC control part 2 Smoothing circuit 3 Inverter switching part 4 Step-up transformer 5 Rectification part 6 Processing apparatus main body 7 Thyristor control part 8 Inverter control part 9 Current transformer 10 Current detection circuit 21 Film-forming substrate manufacturing apparatus 22 Commercial AC power supply 23 AC power supply Device 24 Load 25 AC-DC Rectifier 26 First DC Filter 27 DC-DC Converter 28 Second DC Filter 29 First Current Detector 30 DC-AC Converter 31 High Frequency Transformer 32 Second Current Detector 33 DC control power supplies 34-1 and 34-2 Power control means 35-1 and 35-2 Oscillation control means 36 Basic power command value setter 37 Feedback power calculator 38 Subtractor 39 PID controller 40 GATE controller 41-1 , 41-2 Arc detection means 42 Initial pulse width command calculation means 43 Pulse width variable calculation / GATE control means 44 Current-voltage converter 45 Differential amplifier 46 Absolute value converter 47 Arc reference value setter 48 Comparator 49 Latch / cutoff signal generator 50 Restart signal calculation output unit 51 Pulse width attenuation ratio setter 52 Arc cutoff commander 53 Rate command writer 54 Rate time setter 55 Rate calculator 56 Minimum pulse width setter 57 Initial pulse width selector 58 Switching frequency command setter 59 Deadband setter 60 Switching pulse width generator 61 Pulse width variable calculator 62 GATE controller 63 Resistor 64 Smoothing capacitor 65 Resistor 66 Operational amplifier 67 Pulse transformer 68 Oscillation power control means 69 Oscillation level setter 70 Adder 71 Oscillation value / oscillation frequency setter 72 Oscillation waveform selector 73 Adder / Subtractor 74 Power command calculator A Gate control signal B Feedback DC current signal C Feedback DC voltage No. D switching signal E1 output current signal E2 output voltage signal F basic power command signal G arc reference signal H original pulse width signal HA set pulse width signal P initial pulse width signal Y swinging periodic signal Z swinging amplitude signal
Claims (14)
前記商用交流電力を、第1の直流電力に変換するAC−DC整流器と、
ゲート制御信号により、内在する第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第1の直流電力を、前記負荷に応じて定められる第2の直流電力に変換するDC−DC変換器と、
前記DC−DC変換器の出力側の帰還直流電流値を検出する第1の電流検出器と、
スイッチング信号により、内在する第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第2の直流電力を第1の高周波交流電力に変換するDC−AC変換器と、
前記第1の高周波交流電力を電気的絶縁し、前記負荷へ供給する第2の高周波交流電力に変換する高周波トランスと、
前記高周波トランスの2次側の出力電流値を検出する第2の電流検出器と、
前記帰還直流電流値と前記DC−DC変換器の出力側の帰還直流電圧値とを乗算し、前記第2の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御する電力制御手段と、
前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号を前記DC−AC変換器に出力して、前記第1の高周波交流電力を制御する際に、前記出力電流値と前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値とに基づいて前記アーク放電を検出したときに、高周波交流電力の負荷への供給を遮断するための遮断信号を生成し、前記スイッチング信号の出力を停止し、前記遮断信号を生成してから所定時間が経過した後に、前記高周波交流電力の負荷への供給を元の状態に復帰させるために、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾へ漸増するスイッチング信号を出力する発振制御手段と、
を備え、
前記発振制御手段は、前記アーク放電を検出したときに、前記DC−AC変換器においてP側(正側)の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるP側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、前記DC−AC変換器においてN側(負側)の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号を、P側スイッチング信号よりも先に出力し、前記アーク放電を検出したときに、前記DC−AC変換器においてN側の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、P側スイッチング信号をN側スイッチング信号よりも先に出力することを特徴とする交流電源装置。 A power supply for supplying high-frequency AC power converted from commercial AC power to electrodes in a load, wherein the AC power supply device suppresses arc discharge generated between the electrodes .
An AC-DC rectifier that converts the commercial AC power into first DC power;
A DC-DC converter that converts the first DC power into a second DC power determined according to the load by turning on / off the gate of the first switching element that is present according to a gate control signal. When,
A first current detector for detecting a feedback direct current value on the output side of the DC-DC converter;
A DC-AC converter that turns on and off the gate of the second switching element that is present by a switching signal to convert the second DC power into first high-frequency AC power;
A high-frequency transformer that electrically insulates the first high-frequency AC power and converts it to a second high-frequency AC power supplied to the load;
A second current detector for detecting an output current value on the secondary side of the high-frequency transformer;
Multiplying the feedback direct current value by the feedback direct current voltage value on the output side of the DC-DC converter, and using the basic power command value as the target value of the second direct current power, the feedback power value of the multiplication result is obtained. Power control means for subtracting and outputting a gate control signal for controlling on / off of the gate of the first switching element based on the power deviation value of the subtraction result to control the second DC power;
When the first high-frequency AC power is controlled by outputting a switching signal for controlling on / off of the gate of the second switching element to the DC-AC converter, the output current value and the arc discharge When the arc discharge is detected based on an arc reference value that is a detection reference, a cut-off signal for cutting off the supply of high-frequency AC power to the load is generated, the output of the switching signal is stopped, and the cut-off is performed After a predetermined time has elapsed since the signal was generated, a switching signal in which the pulse width gradually increases from the initial pulse width to the set pulse width is output in order to restore the supply of the high-frequency AC power to the load. Oscillation control means;
With
The oscillation control means detects a P-side switching signal for turning on / off a gate of a switching element for outputting P-side (positive side) power in the DC-AC converter when the arc discharge is detected. When output is stopped, an N-side switching signal for turning on / off a gate of a switching element for outputting N-side (negative side) power in the DC-AC converter after the predetermined time has elapsed. Is output prior to the P-side switching signal, and when the arc discharge is detected, the N-side is operated to turn on / off the gate of the switching element for outputting the N-side power in the DC-AC converter. When the output of the switching signal is stopped, the P-side switching signal is output before the N-side switching signal after the predetermined time has elapsed. AC power supply and wherein the that.
前記第2の電流検出器による出力電流値から変換される電圧値の絶対値と、前記アーク基準値とを入力し、前記絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときにアーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力するアーク検出手段と、 The absolute value of the voltage value converted from the output current value by the second current detector and the arc reference value are input, the magnitudes of the absolute value and the arc reference value are compared, and the absolute value is the arc value. When it is equal to or larger than a reference value, an arc signal is output, a cut-off signal for cutting off the power supply to the load is output, a power supply to the load is cut off for a predetermined time, and then a reset signal is output. Arc detecting means;
前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算手段と、 An initial pulse width command calculating means for calculating an initial pulse width based on the blocking signal and the reset signal;
前記初期パルス巾と、前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算/GATE制御手段と、 The initial pulse width, a switching frequency command value of a switching signal for controlling on / off of the gate of the second switching element, and a dead band period are input, and the pulse width is set within a predetermined time by the reset signal. A pulse width variable calculation / GATE control means for outputting a switching signal that gradually increases from an initial pulse width to a set pulse width;
を備えることを特徴とする請求項1に記載の交流電源装置。The AC power supply device according to claim 1, comprising:
前記第2の電流検出器による出力電流値を入力し、出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、
前記電圧値を入力し、入力端子間電圧を増幅した出力電圧値を出力する差動増幅器と、
前記出力電圧値を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値変換器と、
前記アーク基準値を設定するアーク基準設定器と、
前記絶対値とアーク基準値とを入力し、絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較器と、
前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ/遮断信号発生器と、
前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第2のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記ラッチ/遮断信号発生器による保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力器と、
を備えることを特徴とする請求項2に記載の交流電源装置。 The arc detecting means includes
A current-voltage converter that inputs an output current value from the second current detector and converts the output current value into a voltage value;
A differential amplifier that inputs the voltage value and outputs an output voltage value obtained by amplifying the voltage between the input terminals;
An absolute value converter that inputs the output voltage value, calculates an absolute value of the output voltage value, and outputs an absolute value;
An arc reference setting device for setting the arc reference value;
A comparator that inputs the absolute value and the arc reference value, compares the magnitude of the absolute value and the arc reference value, and outputs the arc signal when the absolute value is equal to or greater than the arc reference value;
A latch / break signal generator for inputting the arc signal, holding the arc signal, and outputting a break signal;
The interruption signal is input, and after a predetermined time has elapsed since the gate of the second switching element is turned off by the interruption signal, a reset signal is output, and the arc held by the latch / interruption signal generator A restart signal calculation output device for releasing the signal;
The AC power supply device according to claim 2 , comprising:
設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定器と、
前記遮断信号を入力し、遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令器と、
前記アーク遮断信号を入力し、アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み器と、
スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定器と、
前記再起動信号演算出力器によるリセット信号を入力すると、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とを入力し、レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算器と、
前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定器と、
前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択器と、
を備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の交流電源装置。 The initial pulse width command calculation means includes:
A pulse width attenuation ratio setting device for setting a pulse width attenuation ratio command value that is a ratio of a predetermined pulse width to a set pulse width;
An arc interrupt command device that inputs the interrupt signal and outputs an arc interrupt signal based on the interrupt signal;
A rate command writer for inputting the arc cutoff signal and writing the pulse width attenuation ratio command value based on the arc cutoff signal;
A rate time setting device for setting a rate time required for the pulse width of the switching signal to change from the predetermined pulse width to the set pulse width;
When a reset signal is input by the restart signal calculation output device, the rate time and pulse width attenuation ratio command value are input, and the predetermined pulse width calculated from the rate time and pulse width attenuation ratio command value is output. A rate calculator,
A minimum pulse width setting device for setting the minimum pulse width of the switching signal;
A pulse width selector that inputs the predetermined pulse width and the minimum pulse width, compares the predetermined pulse width and the minimum pulse width, and selects the larger pulse width as the initial pulse width;
The AC power supply device according to claim 2, further comprising:
さらに、前記電流−電圧変換器と差動増幅器との間にパルストランスを備えることを特徴とする請求項3に記載の交流電源装置。 The arc detecting means includes
4. The AC power supply apparatus according to claim 3 , further comprising a pulse transformer between the current-voltage converter and the differential amplifier .
前記基本電力指令値に、電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して新たな電力指令値を算出し、前記帰還直流電流値と前記帰還直流電圧値とを乗算し、前記新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第1のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御することを特徴とする請求項1から請求項5までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。 The power control means includes
A new power command value is calculated by adding a swing power whose power waveform changes in a swinging manner to the basic power command value, and the feedback DC current value is multiplied by the feedback DC voltage value. The feedback DC power that is the multiplication result is subtracted from the power command value, and the second DC power is controlled by outputting the gate control signal of the first switching element based on the power deviation value that is the subtraction result. The AC power supply device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the AC power supply device according to any one of claims 1 to 5 is provided.
とを特徴とする請求項1から請求項8までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。 The first switching element and the second switching element are IGBTs.
The AC power supply device according to any one of claims 1 to 8, characterized by:
前記商用交流電力を、第1の直流電力に変換するAC−DC整流工程と、 AC-DC rectification step for converting the commercial AC power into first DC power;
ゲート制御信号により、第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第1の直流電力を、前記負荷に応じて定められる第2の直流電力に変換するDC−DC変換工程と、 A DC-DC converting step of turning on / off the gate of the first switching element by a gate control signal and converting the first DC power into second DC power determined according to the load;
前記DC−DC変換工程により変換された第2の直流電力における電流値を、帰還直流電流値として検出する第1の電流検出工程と、 A first current detection step of detecting a current value in the second DC power converted by the DC-DC conversion step as a feedback DC current value;
前記帰還直流電流値と、前記DC−DC変換工程により変換された第2の直流電力における帰還直流電圧値とを乗算し、前記第2の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第1のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御する電力制御工程と、 Multiplying the feedback DC current value by the feedback DC voltage value in the second DC power converted by the DC-DC conversion step, and from the basic power command value as the target value of the second DC power, The feedback power value of the multiplication result is subtracted, and based on the power deviation value of the subtraction result, a gate control signal for on / off control of the gate of the first switching element is output to control the second DC power Power control process to
スイッチング信号により、第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させて、前記第2の直流電力を第1の高周波交流電力に変換するDC−AC変換工程と、 A DC-AC conversion step of turning on and off the gate of the second switching element by a switching signal to convert the second DC power into first high-frequency AC power;
高周波トランスにより、前記第1の高周波交流電力を電気的絶縁し、前記負荷へ供給する第2の高周波交流電力に変換する高周波トランス変換工程と、 A high-frequency transformer converting step of electrically insulating the first high-frequency AC power by a high-frequency transformer and converting the first high-frequency AC power to a second high-frequency AC power supplied to the load;
前記高周波トランス変換工程により変換された、高周波トランスの2次側の出力電流値を検出する第2の電流検出工程と、 A second current detection step of detecting an output current value on the secondary side of the high-frequency transformer converted by the high-frequency transformer conversion step;
前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号を出力して、前記第1の高周波交流電力を制御する際に、前記出力電流値と前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値とに基づいて前記アーク放電を検出したときに、高周波交流電力の負荷への供給を遮断するための遮断信号を生成し、前記スイッチング信号の出力を停止し、前記遮断信号を生成してから所定時間が経過した後に、前記高周波交流電力の負荷への供給を元の状態に復帰させるために、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾へ漸増するスイッチング信号を出力する発振制御工程と、 When the switching signal for controlling on / off of the gate of the second switching element is output to control the first high-frequency AC power, the output current value and an arc reference value which is a detection reference of the arc discharge When the arc discharge is detected based on the above, a cut-off signal for cutting off the supply of high-frequency AC power to the load is generated, the output of the switching signal is stopped, the cut-off signal is generated, and then the predetermined signal is generated. An oscillation control step for outputting a switching signal in which the pulse width gradually increases from the initial pulse width to the set pulse width in order to restore the supply of the high-frequency AC power to the load after the time has elapsed;
を備え、With
前記発振制御工程は、前記アーク放電を検出したときに、P側(正側)の電力を出力するための前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるP側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、N側(負側)の電力を出力するための前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号を、P側スイッチング信号よりも先に出力し、前記アーク放電を検出したときに、N側の電力を出力するためのスイッチング素子のゲートをオン/オフ動作させるN側スイッチング信号の出力を停止した場合には、前記所定時間が経過した後に、P側スイッチング信号をN側スイッチング信号よりも先に出力することを特徴とするアーク抑制方法。 The oscillation control step stops the output of the P-side switching signal for turning on / off the gate of the second switching element for outputting the P-side (positive side) power when the arc discharge is detected. In this case, after the predetermined time has elapsed, an N-side switching signal for turning on / off the gate of the second switching element for outputting N-side (negative-side) power is designated as a P-side switching signal. When the output of the N-side switching signal for turning on / off the gate of the switching element for outputting the N-side power when the arc discharge is detected and the arc discharge is detected is stopped An arc suppression method that outputs a P-side switching signal before an N-side switching signal after a lapse of time.
前記出力電流値を電圧値に変換し、前記電圧値の絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、前記絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときにアーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力するアーク検出工程と、 Converting the output current value into a voltage value, comparing the magnitude of the absolute value of the voltage value and the arc reference value, and outputting an arc signal when the absolute value is equal to or greater than the arc reference value; An arc detection step of outputting a reset signal after shutting off power supply to the load for a predetermined time after outputting a shutoff signal for shutting off power supply to the load;
前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算工程と、 An initial pulse width command calculating step of calculating an initial pulse width based on the blocking signal and the reset signal;
前記初期パルス巾と、前記第2のスイッチング素子のゲートをオン/オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算/GATE制御工程と、 The initial pulse width, a switching frequency command value of a switching signal for controlling on / off of the gate of the second switching element, and a dead band period are input, and the pulse width is set within a predetermined time by the reset signal. A variable pulse width calculation / GATE control step for outputting a switching signal that gradually increases from the initial pulse width to the set pulse width;
を備えることを特徴とする請求項10に記載のアーク抑制方法。The arc suppression method according to claim 10, comprising:
前記出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換工程と、 A current-voltage conversion step of converting the output current value into a voltage value;
前記電圧値を増幅し、増幅した出力電圧値を出力する差動増幅工程と、 A differential amplification step of amplifying the voltage value and outputting the amplified output voltage value;
前記出力電圧値の絶対値を演算し、前記絶対値を出力する絶対値変換工程と、 An absolute value conversion step of calculating an absolute value of the output voltage value and outputting the absolute value;
前記アーク基準値を設定するアーク基準設定工程と、 An arc reference setting step for setting the arc reference value;
前記絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較工程と、 Comparing the absolute value with the arc reference value, and outputting the arc signal when the absolute value is equal to or greater than the arc reference value;
前記アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ/遮断信号発生工程と、 A latch / shutoff signal generating step for holding the arc signal and outputting a shutoff signal;
前記遮断信号により前記第2のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力工程と、 A restart signal calculation output step for outputting a reset signal after a predetermined time has elapsed since the gate of the second switching element is turned off by the shut-off signal, and releasing the held arc signal;
を備えることを特徴とする請求項11に記載のアーク抑制方法。The arc suppression method according to claim 11, comprising:
設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定工程と、 A pulse width attenuation ratio setting step for setting a pulse width attenuation ratio command value as a ratio of a predetermined pulse width to a set pulse width;
前記遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令工程と、 An arc interruption command step for outputting an arc interruption signal based on the interruption signal;
前記アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み工程と、 A rate command writing step for writing the pulse width attenuation ratio command value based on the arc interruption signal;
スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定工程と、 A rate time setting step for setting a rate time required for the pulse width of the switching signal to change from the predetermined pulse width to the set pulse width;
前記リセット信号により、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算工程と、 A rate calculation step of outputting the predetermined pulse width calculated from the rate time and a pulse width attenuation ratio command value by the reset signal;
前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定工程と、 A minimum pulse width setting step for setting a minimum pulse width of the switching signal;
前記所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択工程と、 Comparing the predetermined pulse width with the minimum pulse width, and selecting a larger pulse width as an initial pulse width;
を備えることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のアーク抑制方法。The arc suppression method according to claim 11 or 12, characterized by comprising:
前記基本電力指令値に、電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して新たな電力指令値を算出し、前記帰還直流電流値と前記帰還直流電圧値とを乗算し、前記新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第1のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第2の直流電力を制御することを特徴とする請求項10から請求項13までの何れかの請求項に記載のアーク抑制方法。 A new power command value is calculated by adding a swing power whose power waveform changes in a swinging manner to the basic power command value, and the feedback DC current value is multiplied by the feedback DC voltage value. The feedback DC power that is the multiplication result is subtracted from the power command value, and the second DC power is controlled by outputting the gate control signal of the first switching element based on the power deviation value that is the subtraction result. The arc suppression method according to any one of claims 10 to 13, wherein the arc suppression method is performed.
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